低压直流电（通用7篇）
低压直流电 篇1
活性污泥法被广泛应用于污水处理中, 在有效处理污水的同时, 会产生大量的剩余活性污泥, 引起二次污染, 影响生态环境[1]。近年来的研究表明, 破坏污泥的絮体结构、溶解微生物细胞, 可以改变污泥的性质, 有利于污泥的后续处理[2], 或可实现污泥的原位减量[3]。电化学处理技术具有高效、设备简单、易于控制、不产生二次污染等优点[4], 被广泛应用于环境治理领域。但电化学处理技术主要用于污水处理和土壤污染修复等方面[5,6,7], 在污泥处理方面的应用研究还鲜见报道。有研究表明, 施加适当强度的电流可以提高有机污染物的降解率, 使微生物的活性降低甚至死亡[8,9]。
本工作采用低压直流电电解剩余活性污泥。以污泥的溶解性化学需氧量 (SCOD) 表征污泥的破解效果, 优化了支持电解质的种类、加入量及电压梯度等电解条件, 并考察了在最佳电解条件下SS去除率、污泥中有机物的质量分数 (以VSS/SS计) 、污泥p H以及污泥沉降性能随电解时间的变化情况。
1 实验部分
1.1 材料、试剂和仪器
剩余活性污泥取自稳定运行的SBR装置。污泥p H为5.8, SS= (7 850±200) mg/L, VSS= (6 150±150) mg/L, SCOD= (61.2±20) mg/L, 污泥含水率为99%。
Na HCO3和Na2SO4:分析纯。
HJ-6A型加热磁力搅拌器:江苏省金坛市医疗仪器厂;RXN-605D-II型双路稳压直流电源:广东兆信电子设备公司;Seveneasy S20型精密p H计:瑞士TOLEDO公司;BX43型生物显微镜:奥林巴斯 (中国) 有限公司。
1.2 实验装置和实验方法
电解实验装置为有机玻璃制成的圆柱形反应器, 内径为10 cm, 容积为1 000 m L。阳极为石墨碳棒 (φ3 cm×16 cm) , 阴极为反应器内壁的筒状不锈钢网, 直径为10 cm。电解实验装置见图1。
1稳压直流电源;2石墨碳棒阳极;3不锈钢网阴极;4加热磁力搅拌器
常温下向电解反应器中加入一定量的污泥及一定量的支持电解质, 在一定的直流电压梯度下进行污泥电解实验, 测定污泥的SCOD, 以确定最佳的电解工艺条件。
在已确定的最佳电解工艺条件下, 考察SS去除率、VSS/SS、污泥p H以及污泥沉降性能随电解时间的变化情况。
1.3 分析方法
采用p H计测定污泥的p H;采用生物显微镜观察污泥的微观结构;采用文献[10]的方法测定污泥的SS, VSS, SCOD等。
以不同时刻泥水界面在量筒中的高度衡量污泥沉降性能。
2 结果与讨论
2.1 电压梯度对污泥SCOD的影响
在支持电解质Na2SO4加入量为0.40 mmol/g (以每克干污泥计) 的条件下, 电压梯度对污泥SCOD的影响见图2。由图2可见:在4种电压梯度下, 污泥的SCOD均随着电解时间的延长而升高, 但升高的幅度不同;当电压梯度较低时, SCOD随电解时间的延长升高不明显;电压梯度为5 V/cm时, SCOD随电解时间的延长而显著升高;电压梯度为7 V/cm时, SCOD的变化幅度最大, 电解60 min时SCOD最高, 达393.3 mg/L。因为施加的电压梯度越大, 污泥电解的电场强度越大, 污泥的溶胞效果越显著[11]。本实验采用电压梯度为7 V/cm较适宜。
电压梯度/ (V·cm-1) :●1;■3;▲5;◆7
2.2 支持电解质种类对污泥SCOD的影响
向电化学体系中投加支持电解质, 能提高系统的电导率, 为电解过程提供氧化还原性物质, 提高溶胞效率[12]。在电压梯度为7 V/cm的条件下, 支持电解质种类 (Na2SO4加入量为0.40 mmol/g, Na HCO3加入量为0.80 mmol/g) 对污泥SCOD的影响见图3。由图3可见:投加支持电解质后, 污泥的SCOD随电解时间的延长而升高的速率明显高于未加支持电解质的空白样, 可见投加支持电解质可较大幅度地提高污泥的破解效果;在电解的前20 min内, 投加Na HCO3的污泥的SCOD高于投加Na2SO4的污泥, 因为Na HCO3为碱性电解质, 使污泥显碱性, 有助于破坏污泥中微生物的细胞壁和细胞膜的结构[13], 在促进电解反应的同时, 加快胞内大分子有机物的溶出, 故SCOD较高;电解20 min后, 投加Na2SO4的污泥的SCOD高于投加Na HCO3的污泥, 这是因为HCO3-会与电极产生的·OH发生反应[14], ·OH不断被消耗, 导致电化学氧化作用减弱, SCOD上升幅度减小。电解60 min后, 投加Na2SO4的污泥的SCOD最高, 达393.3 mg/L。故本实验选择Na2SO4作为支持电解质。
●支持电解质Na2SO4;■支持电解质Na HCO3;▲空白样
2.3 Na2SO4加入量对污泥SCOD的影响
在电压梯度为7 V/cm、Na2SO4为支持电解质的条件下, Na2SO4加入量对污泥SCOD的影响见图4。由图4可见:随Na2SO4加入量的增加, 污泥的SCOD逐渐增大;当Na2SO4加入量为0.40 mmol/g时, 电解60 min后污泥的SCOD最大, 达393.3 mg/L。本实验选择Na2SO4加入量为0.40 mmol/g。
Na2SO4加入量/ (mmol·g-1) :●0;■0.15;▲0.25;◆0.40
2.4 SS去除率和VSS/SS随电解时间的变化
在电压梯度为7 V/cm、支持电解质Na2SO4加入量为0.40 mmol/g的最佳电解条件下, SS去除率和VSS/SS随电解时间的变化见图5。由图5可见:随电解时间的延长, SS去除率逐渐增大;电解60 min时, SS去除率达14.4%, 表现出良好的污泥减量效果;随电解时间的延长, VSS/SS逐渐下降;电解60 min时, VSS/SS为58.5%。因为电化学氧化作用使污泥中的大分子有机物转化成小分子物质溶解于上清液中, 或直接转化为CO2和H2O, 使污泥总的固体含量下降。
●SS去除率;■VSS/SS
2.5 污泥p H随电解时间的变化
在电压梯度为7 V/cm、支持电解质Na2SO4加入量为0.40 mmol/g的最佳电解条件下, 污泥p H随电解时间的变化见图6。由图6可见:随电解时间的延长, 污泥p H下降;电解前30 min, 污泥p H快速下降;电解30 min后, 污泥p H下降趋势变缓;电解60min时, 污泥p H最低, 为3.1。
受低压直流电作用时, 污泥絮体和污泥中微生物的细胞结构被破坏, 絮体间的和细胞内部的大分子有机物 (如蛋白质和多糖等) 被氧化分解成小分子的氨基酸、挥发性脂肪酸和小分子糖类, 使得污泥p H持续下降, 系统呈酸性[15]。在酸性条件下, 又反过来促进了大分子糖类的水解, 加快了污泥的破解进程。
2.6 污泥的显微镜照片
电解前后污泥的显微镜照片见图7。由图7a可见, 未电解的污泥中存在着较大的菌胶团, 且在菌胶团之间有大量的胞外物质, 可以观察到微生物完整的细胞结构。由图7b可见, 电解10 min时, 菌胶团结构被破坏, 菌胶团中的物质扩散。由图7c可见, 电解30 min时, 污泥絮体更加稀疏, 微生物的细胞结构已经破碎。由图7d可见, 电解60 min时, 微生物的细胞结构已不完整, 污泥絮体被严重破坏, 原有的团状物质被打破。
a未电解;b电解10 min;c电解30 min;d电解60 min
2.7 电解前后污泥的沉降性能
电解前后污泥的沉降性能见图8。由图8可见:电解后污泥的沉降速率加快, 且泥水界面高度下降;电解时间越长, 相同沉降时间的泥水界面高度越低;未电解污泥沉降90 min时泥水界面高度为30 cm, 电解60 min的污泥沉降90 min时的泥水界面高度仅为9 cm。
●未电解;■电解10 min;▲电解60 min
电解10 min污泥的沉降性能比电解60 min的污泥的沉降性能略差, 但能耗显著下降, 综合考虑, 实际工程应用时污泥电解10 min更适宜。
3 结论
a) 采用低压直流电电解剩余活性污泥的最佳工艺条件为:电压梯度7 V/cm, 支持电解质Na2SO4加入量0.40 mmol/g。在此最佳电解条件下电解60min时污泥的SCOD最大, 达393.3 mg/L, SS去除率达14.4%, VSS/SS为58.5%, 污泥p H为3.1。
b) 电解后污泥的微观形态发生了变化, 污泥中微生物的细胞结构已不完整, 污泥絮体被严重破坏, 原有的团状物质被打破。
c) 电解后污泥的沉降速率加快, 且泥水界面高度下降;电解时间越长, 相同沉降时间的泥水界面高度越低;电解10 min污泥的沉降性能比电解60min的污泥的沉降性能略差, 但能耗显著下降, 实际工程应用时污泥电解10 min更适宜。
低压直流电 篇2
以低压直流作基础产生较高的直流电压,常见的方式有3种类型:利用电容充电后再垫高负极电位,即自举升压;利用电感产生的自感电动势对电容强制充电;利用振荡电路将直流变为交流或直流脉冲,再通过倍压整流产生高压。
1 利用电容充电后再垫高负极电位
电容被电源E充电后,其正、负极之间将维持一定的电压Uc=U+-U-=E,若负极电位为零,即U-=0,则正极电位与电容上充的电压相等,U+=Uc;若充电完毕后,将负极接到某一电位U0上,尽管此时电容上的电压不变,但其正极电位就等于电容上的电压与负极所接电位之和,即U+=Uc+U0,从而可以实现U+>E,即得到高于电源的电压,有时将这种升压方式叫自举升压。
(1) 黑白电视机行扫描电路中的倍压电路
在黑白电视机中,整机内部采用12 V直流供电,但为了改善行扫描的线性,需要提高行输出级上的行偏转使用的电压,一般是将电源12 V提高到24 V左右加到偏转线圈上,采用的方法如图1所示:该图是黑白电视机的行输出级电路,整体看该级使用的电源为12 V,但工作时经过电容C0、二极管D0、电感L0组成的升压电路转换,行输出管集电极c实际得到的直流电压为24 V左右,即行偏转线圈实际使用的电源为24 V左右,达到了改善行线性的目的。
原理为:行输出管T在行脉冲的作用下工作于开关状态,因而其集电极流过的是脉冲电流,当T导通时,电流经升压二极管D0、行输出变压器Tr的初级线圈L0的下半部流过,并产生上正下负的自感电动势e1=12 V,上部自然会感应出电动势e2方向亦为上正下负,若D0的负极接在L0的中点,则有e2=e1(若不在中点,则有e2<e1或e2>e1),该电动势会通过D0对C0充电,使电容C0上出现大小与e2相等的电压,即升压电容C0上会维持12 V的电压,而C0的负极与电源12 V相连,这样C0正极对地的实际电位应是12 V电源电压与C0上电压之和,即可达到24 V,若用万用表的直流电压档测量,行输出管T集电极、电容Cs上的直流电压均为24 V,从而实现了提升局部供电电压的目标,达到了改善行线性目的。 升压二极管D0既给电源提供了向输出级输入能量的通道,同时又隔离了24 V倍压与12 V电源电压。显然,若D0的负极不是连接在L0的中间点,例如上部匝数偏多,则C0上的电压会大于12 V,最终的升压可能会大于24 V,反之则低于24 V。
(2) OTL功放电路中的自举升压
电子线路上常用的OTL互补对称功率放大电路,如图2所示。
T1,T2为2只互补型的功放管,静态时A点电压
(3) 手机读卡电路
在手机读卡电路上要用到5 V的电压,而手机所用电池早期为4.8 V,现在的手机均为3.6 V,因电池电压往往随所剩电量的多少有所变化,为确保手机工作稳定,不因电池电压的变化而影响通话质量,电池电压并未直接供给手机各部分使用,而是通过稳压IC变为3.2 V,2.8 V,3 V等更低的电压供各部分使用。在这种情况下就需要通过升压电路将3 V左右的电压升为5 V。如图3(a)所示,是用在爱立信788手机上的升压电路。
N750为一电子开关电路,型号为C70851,电压从2脚输入后,内部电子电路开始工作,可以实现将第1,8脚接的电容C752与第4,5脚接的电容C751定时相并联、相串联,也就是使两电容交替性地相并联、相串联。+3 V的电源经R607,C606,R751,C757组成的RC滤波网络后,电压约为2.5 V送入N750的2脚,首先C752,C751处于并联状态,2.5 V的电源对其充电,使两电容上均出现2.5 V的电压,然后经内部电子开关转换使C751与C752处于串联状态,并且其中一支的负极与另一支的正极相连,如图3(b),(c)所示,这样两电容上的总电压成为5 V,经电容滤波后从第3脚输出,供SIM卡电路使用。
2 利用电感的自感电动势强制对电容充电升压
电感产生的自感电动势的大小ε=Lⅹdi/dt,即电感量大小一定后,自感电动势的大小只与电感中电流的变化速度有关,而与电感上原来施加的电压无关。若电感中注入电流脉冲,当频率高到一定程度时,无论电感上施加的电压如何,上面就会产生远高于施加电压的自感电动势,然后再对这一感应电动势产生的电流进行整流,并对电容充电就会输出一较高的直流电压。
(1) 黑白电视机行扫描电路中的高压电路
在上述图1所示的行输出级电路中,产生的24 V倍压直流不仅用于改善行线性,其实在电视机中该级还承担着产生10 000 V直流高压的任务。该电压由行输出变压器次级输出,加到显像管上形成光栅,其产生过程为:由于行管的集电极有24 V的倍压,该电压同样也出现在与行管T的c,e极相连的电容CS上,工作时行输出管处于开关工作状态,当T导通时,Cs放电,电流经Ly,T的c,e极流过;当T截止后,由于Ly中的电流急剧变小,内部产生的较大的自感电动势,促使电流还要继续流动以释放电感上的磁能。由于此时T已截止,故刚刚通过T流动的电流,会对逆程电容C1做强制性的充电,最终Ly上的磁能会转化为C1上的电场能,根据
(2) 摩托罗拉手机读卡电源电路
如图4所示,是摩托罗拉V998电源模块U900的升压电路。由于该机供电电池电压为3.6 V,故内部使用的+B约3.6 V,但手机有些电路需用+5 V的电压,为此在电源模块的C5,B6端,要通过B10端得到5.6 V直流电压。方法是:+B经L901接到U900的B10端,B10端内部等效于与地断续相连的电子开关,当B10端与地相连时,电源电流流经L901入地。显然,电感L901上施加的电压为+B,当电流达到一定数值时,B10内的电子开关突然与地断开,L901上的电流会突然变小而产生较强的自感电动势ε,该电动势的方向为左负右正,该电动势经整流管CR901对电容C934充电,使C934上瞬时出现峰值接近于自感电动势的电压,B10内下次与地接通后,电源电流又经L901流向B10内部,C934上刚才充的电压由于CR901的存在而将C934与B10引脚隔离开,使C934上维持约5.6 V的直流电压,并通过C5、B6端向U900供电。
3 倍压整流升压电路
倍压整流是对直流脉冲或交流而言的,在直流电路中要通过倍压整流电路将较低的电压转换为较高的电压,就需将低压直流首先通过振荡电路转换出直流脉冲或交流,然后通过二极管及电容组成倍压整流得到较高直流电压。
(1) LCD液晶显示偏压电路
如图5所示,是爱立信788中文手机显示屏显示偏压生成电路,该屏正常工作时需要-5 V的显示偏压VLCD,而整机电路使用的是3 V左右的电压,-5 V的显示偏压VLCD产生过程是利用CPU D60095959696脚输出2.5 V左右的脉冲经倍压整流最后得到5 V左右的直流。95959696交替输出幅值约2.5 V的矩形脉冲U0,9696有脉冲时9595电压为零,该脉冲通过D1对C773充电,使C773充的电压为U0,通过D3使C770,C771上的电压为U0的一半,电容上的电压极性为左负右正;9595有脉冲时9696电压为零,该脉冲经D2对C770充电,由于此时C773左极板的电位是-U0故充电的结果是C770上出现2U0的电压,方向左正右负;9696脉冲到来9595电压为零,该脉冲又经D3对C771充电,由于C770右极板的电位是-2U0,故C771上会出现3U0的电压,并且方向是左负右正,所以下一时刻9696电位为零,C771左极板电位约为-3U0=-3×2.5 V =-7.5 V,因而C772经D4到C771的负极会有一放电电流,使C772上出现上负下正的电量,即电路的输出端对地是一负电压,由于每一只电容充电放电是交替进行的,经几个周期后,各电容上的平均电压会稳定下来,最终C772上的电压介于0与最大值-3U0之间,约为-5 V左右,当然输出电压的高低不仅与脉冲的高度有关也与脉冲的宽度有关,还与-5 V输出电流的大小有关。
(2) DC-AC-DC逆变升压电路
这种电路局部由低压直流供电,并产生自激振荡,在变压器的初级产生脉冲电流,若变压器设计成升压变压器,则次级就会输出更高的交流脉冲,该脉冲经倍压整流滤波后即可得到较高的直流电压。
如图6所示,是在小型电器中常用的DC-AC-DC直流变换电路。晶体管T与定时电容C,电阻R以及变压器Tr的初级带抽头的线圈L1,L2构成振荡电路,使T处于开关状态。故L2上流过的是直流脉冲,该部分使用的电源约为3 V,振荡电路工作后,L2上会出现峰值为3 V左右,频率约30 kHz的脉冲电压,波形如图7所示。
由于变压器次级匝数较多,故它是升压变压器,其次级会输出较高的脉冲电压,当然其频率与初级一样,后续电路为倍压整流电路,当脉冲的正半周到来时,方向上正下负,电压会经D1对C1充电,使C1上出现等于Tr次级峰值的电压,负半周到来时,电压方向相反,脉冲电压与C1上的电压之和经D2对C2充电,使C2上出现2倍的峰值电压,下一周期的正半周到来,次级电压与C1,C2上的电压合成后会经D3对C3充电,最终使C3上出现峰值的2倍压,经过n个周期后,除C1上为峰值的1倍压外其余均为2倍压,这样只要电路输出电流不太大,就可以确保从不同的位置取出峰值的1倍压、2倍压、…、n倍压的直流。
综合上述3种形式的升压电路,它们都是建立在电容储能后两极维持一定数值的电压这一基础之上。当单只电容上的电压达不到要求数值时,利用2只或2只以上的电容按一定方式进行组合,最终从电容器所在电路的某2点取出所需电压。但无论采取何种形式的变换电路,最后得到的较高电压其能量均是取自低压直流电源,即在遵从能量守恒的前提下电压转换只是电能表现形式的改变。
参考文献
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[4]解相吾,解文博.移动通信终端设备原理与维修[M].北京:人民邮电出版社,2005.
一种新型低压直流配电系统设计 篇3
1 系统设计
图1为本文所提出的一种新型低压直流配电系统。其中,A,B,C为三相交流电源的A相、B相和C相;D为变压器绕组采用三角形接法;Y为变压器绕组采用星形接法;C为电容;L为滤波器的电感。
2 系统各模块构成及作用
图1为低压直流配电系统,它包括双极三相变压器单元、整流器单元、直流电缆单元和终端用户型逆变器单元。其中,双极三相变压器单元与电源测、整流器单元连接,整流器单元与双极三相变压器单元、直流电缆单元连接,直流电缆单元与整流器单元、终端用户型逆变器单元连接,终端用户型逆变器单元与直流电缆单元、负载侧连接。
终端用户型逆变器单元是由以下3部分构成的:(1)逆变模块是由6组IGBT桥构成的,各桥的调制采用具有抑制共模作用的控制器加以实现;(2)LC滤波器是由基于非晶合金铁心的电抗器构成的;(3)隔离变压器采用的是频率为50 Hz、接线为星三角接法的变压器,用于隔离用户侧的负载。
3 结束语
与一般直流配电系统相比,该新型低压直流配电系统在实现直流线路故障快速隔离的同时,兼具了经济性,实现简单,并且配电网控制更简洁、灵活,可以输出高质量的直流电能。
摘要：新型低压直流配电系统包括双极三相变压器单元、整流器单元、直流电缆单元和终端用户型逆变器单元。其中,终端用户型逆变器单元由逆变模块、LC滤波器和隔离变压器构成;逆变模块由6组IGBT桥构成,各桥的调制采用具有抑制共模作用的控制器来实现;LC滤波器由基于非晶合金铁心的电抗器构成;隔离变压器采用频率为50 Hz、接线为星三角接法的变压器,用于隔离用户侧的负载。该新型拓扑系统的构造简单,经济成本低,并且可以实现逆变器与用户侧的有效隔离。
关键词：隔离变压器,直流配电系统,逆变器,IGBT
参考文献
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低压直流电 篇4
高压直流输电系统比起交流输电系统在控制系统上更加复杂,要求也更加精确。整个直流输电系统和相关的交流系统是否能够安全稳定运行与低压直流系统有直接的关系。
低压直流系统直流接地故障是常见的设备故障之一,由于其系统运行要求有所限制,导致换流站无法实现快速响应,也不可能进行长时间的停电检查,从而致使系统在运行时存在安全隐患和风险。低压直流系统是换流站的重要辅助电源,其承载着直流换流站控制、信号电源等重要负荷。正常运行时低压直流系统无法退出运行,再加上直流换流站受到较大的信号干扰,因此在线监测装置很容易因为受到干扰而无法定位故障点。故根据换流站低压直流系统直流接地的特性进行研究总结并采取相应的故障诊断方法具有重要意义和实用价值。
1直流接地的危害
(1)室外设备由于密封损坏或电缆老化,在电压等级升高时危害也会随之增大;而换流站具有大量的控制保护信号,因此直流电源的稳定性十分重要,尤其是直接作用于高压直流保护的部分设备指示信号,若是发生信号变位情况,则会导致对直流运行方式出现保护误判的变化,从而导致控制保护软件对电压、电流等进行重新计算保护,一旦满足条件则导致直流闭锁。另外,当线缆对地电容较大时,单点接地可能导致继电器误动;而在直流母线已经接地的情况下,若出现二次回路的新接地点,那么也有可能导致继电器误动或拒动;若是正负母线都接地,则可能因为直流电源经过接地点而出现短路,烧毁设备;若是有多点接地,则可能会导致继电器出现误动、开关跳闸以及信号错误等现象,从而导致直流保护采样产生误判、误动作,使高压直流系统闭锁。
(2)直流系统故障具有非常严重的后果。一起直流系统故障可能损坏大量直流场刀闸和地刀操作控制回路中的压敏电阻并直接导致大量直流场刀闸和地刀误动,最终造成双极停运,而双极停运带来的负荷损失可能导致电网发生严重的联锁反应。交直流混合并联电力系统中直流闭锁故障可导致受端电网发生电压稳定问题。
2FTA法在换流站低压直流系统直流接地故障诊断中的应用
FTA法是指把系统不希望发生的事件(失效状态)作为失效树的顶事件(TOP事件),用规定的逻辑符号表示,找出导致这一不希望发生的事件所有可能发生的直接因素和间接原因,它们是处于过渡状态的中间事件,并由此逐步深入分析,直到找出失效的基本原因,即失效树的基本事件。FTA法建立故障树的核心和关键在于构建一个全面、系统并对维修有针对性的系统可靠性逻辑框图。
本文所建造失效树的顶事件为“低压直流系统接地”,该系统有以下基本假设:(1)系统开始工作时各项性能均达到要求;(2)使用条件正确。
为使所建造的故障树符合实际情况,在建造故障树的过程中研究了大量的缺陷记录,向一线的运维工程人员进行了咨询及探讨。
3设备的故障及其故障树的建立
3.1第一段设备故障树的建立
第一段是直流母线及其引出线回路,可以分为充电机、蓄电池、电压变送器、电压监视器、馈线状态监测模块、微机绝缘监测仪、集中监测仪、电流变送器、母线转换开关、母线本体、母线避雷器、引出线共12个有电气连接的部分。
3.2第二段设备故障树的建立
第二段是总路空开馈出的电缆和桥接母线回路,可分为总路空开、桥接母线、馈线、电流互感器共4个有电气连接的部分,如图1所示。
3.3第三段设备故障树的建立
第三段是分路空开馈出的保护、控制、信号回路,可分为分路空开、馈线、保护屏、控制屏、信号接口屏;其中换流站保护屏可分为线路保护、断路器保护、母线保护、变压器保护(换流变压器、主变、站用变压器)、交流滤波器保护、直流阀组保护、直流极保护、直流滤波器保护、行波测距装置、故障录波装置、保护信息子站共13种类型;控制屏可分为就地控制接口屏、线路测控屏、阀控系统、站控系统、极控系统共5种类型;信号接口屏可分为交流场信号接口屏和直流场信号接口屏共2种类型。换流站二次设备相对变电站复杂,因为接入了大量的测量点及信号。
本文以断路器保护为例展开分析:断路器保护包括电源回路、开入回路、跳闸回路、信号回路。电源回路包括空开、馈线、电源板卡3个部件;开入回路包括空开、馈线、端子、开关位置接点4个可能的故障点;跳闸回路包括空开、馈线、操作箱、分闸线圈、合闸线圈、开关辅助接点、三相不一致继电器、压力接点、联锁接点共9个可能的故障点;信号回路包括馈线、信号板卡、TJR、TJQ、位置接点、跳闸信号、闭锁信号共7个可能的故障点。
4 FTA法在侨乡换流站的应用
以下列典型事件介绍FTA法在侨乡换流站现场的应用:母线避雷器故障引起单点接地。
4.1直流系统Ⅰ段负极母线避雷器击穿导致直流接地事件
接地特征:Ⅰ段负极接地;电压特征+233.8 V/0 V;对地电阻特征999.99 kΩ/0 kΩ。
原因分析:如图2所示,母线避雷器一端经空开连接低压直流母线,另一端接地,当母线避雷器击穿时,母线相当于经小电阻直接接地,从而产生负极母线电压降至0 V,对地绝缘电阻0 kΩ的现象,表现为金属性直接接地。检查母线避雷器,两端的电阻仅13Ω,因此避雷器击穿是导致母线直流接地的原因。
4.2使用故障树查找接地点的方法
通过查找故障树,从第一段故障逐个排查故障点,最后排查至母线避雷器时找到故障点,故障原因是母线避雷器击穿。
5结论
(1)本文基于故障树分析法(FTA法)详细分析了换流站低压直流系统直流接地故障的原因,建立了故障树。
(2)本文以云广二回特高压直流输电工程侨乡换流站母线避雷器击穿故障导致低压直流系统接地作为故障诊断案例,探讨了FTA法在工程实际中的运用。
参考文献
[1]余剑峰.直流系统接地故障监测研究[D].武汉:武汉大学,2004.
[2]杜松轩,陈亮宏,杨俊.一起换流站低压直流系统接地故障的分析及对策[J].广东科技,2012,21(21):49-50.
低压直流电 篇5
相较于传统的交流配电技术, 低压直流配电技术可为用户的设备直接提供电源, 电网与发电系统连接无需通过换流器, 从而使换流次数减少, 降低线损率。同时低压直流配电技术可防止电压出现闪变, 利用储能与分布式技术使电能质量大大提升。应用低压直流配电技术可避免换相失败, 对功率因数的控制更加的灵活。此外单线发生故障时, 不影响回路运行, 确保配电的稳定性。低压直流配电技术具备的诸多优势, 使其成为电力技术未来发展的主要方向。
1 当前低压直流配电技术运用中存在的问题
1.1 谐波
由于低压直流配电技术需采用大量的电力电子元件, 这导致了谐波问题。谐波不仅会使电缆、变压器等设备容量降低, 同时还会使设备老化速度的加快, 降低设备使用年限, 甚至直接损坏。谐波极大地影响了低压直流配电技术应用的可靠性与安全性。此外, 谐波还会造成电能浪费, 增加不必要的经济损失。因而谐波必须被充分滤除。目前而言, 滤除谐波的方式主要有谐波源改造, 如将整流装置的相数提高;以及设置滤波器, 即补偿法。目前较为常用的方式是设置滤波器, 既能够在一定程度缓解无功补偿设备的压力, 又能够节省成本。
1.2 无功补偿
低压直流配电系统无功功率损耗较大, 且需通过控制无功功率实现对系统电压的控制, 因而无功补偿技术至关重要。目前, 在低压直流配电系统中, 由于经济性高、操作灵活、维护简单等优势, 通常是采用并联电容器控制无功功率。但是并联电容器与谐波会互相影响。
电容器上基波电流被叠加谐波电流后, 会增加电容器有效电流值, 造成电容器温度过高, 缩短其正常使用年限。同理, 电容器基波电压上被叠加谐波电压, 会增加电压峰值, 影响正常使用。
低压直流配电系统中使用并联电容器后, 会使谐波阻抗既可能为容性也可能为感性。对于特定的谐波而言, 可能会引起系统与电容器的并联谐振。
2 低压直流配电技术
2.1 分类
低压直流配电根据输电连接可被分为双极型与单极型。双极型是目前应用最广泛的配电系统类型。单极型配电系统的连接主要通过一条导线完成, 回路在外界干扰因素多且大时, 通常采用金属结构。任意端的直流电压的测定都需由电压器 (额定) 完成。
2.2 系统元件
(1) 换流器。换流器 (电压源) 是由IGBT等开关器件 (全控半导体) 六脉或十二脉波组成电路, 负责变换直流/直流 (DC/DC) 、直流/交流 (DC/AC) 及交流/直流 (AC/DC) 。
(2) 联接变压器。联接变压器负责从换流器接收交流功率, 或是将交流功率提供给换流器, 同时变换电压 (交流电网侧) 到符合配电需求的范围内。在低压直流配电系统中为对三相或单相变压器调分接头, 通常采用Dy接法, 这一接法不仅能够增强无功状态与有功状态下的输送能力, 同时还能够避免交流系统受零序分量 (由调制模式引起) 影响。
(3) 相电抗器。相电抗器即可对短路电流与开关频率谐波量 (电流与电压由换流器输出) 进行抑制, 同时还能够对无功和有功功率的控制产生影响。简而言之, 功率输送 (换流器) 能力由相电抗器决定。
(4) 滤波器。电力电子元件构成的换流器, 谐波会在交流侧产生, 滤波器可对高次谐波 (直流侧电压) 、较低次特征谐波 (交流侧) 进行滤除, 从而使总谐波畸变率满足谐波要求标准。在对开关进行高频快速动作时, 可降低对周边环境、通信线路以及设备的电磁干扰。
(5) 直流测电容。换流站的支撑电压主要由直流侧电容提供, 同时可对直流电压的波动起到抑制作用, 使冲击电流 (桥臂开端) 得到缓冲, 从而降低电压谐波在直流侧的影响。
(6) 直流线路。电缆或是架空线都可作为直流线路, 现阶段而言, 电缆输电是直流输电系统 (柔性) 中的主要方式。采用这一方式, 可有效防止直流侧故障电流出现不可控问题, 使稳定性与可靠性得到提升。地埋式直流电缆在城市配电网中的应用, 不仅不会对城市市容造成不良影响, 同时还能够有效增加城市电网电容。
(7) 接地。低压直流配电系统的回线通常采用单极搭地的方式, 在大地电阻率偏高或是大地电流过大时, 需安装接地极防止出现接地电压过大问题。在无法采用大地作为回线, 或者地极的选择较为困难时, 可采用双极两端中心点接线或者单极金属回线的方式。
2.3 特性
(1) 运行方式。低压直流配电系统的运行方式受交流侧接线方式和直流侧接线方式有关, 接线方式的选择应视系统及其负荷而定。
交流滤波器接线、相电抗器联接、变压器联接等都属于交流侧接线。相电抗器与变压器的联接可提供等效电抗, 为直流与交流系统之间传输功率的搭建桥梁。同时还可对电流和电压 (有换流站输出) 的谐波分量起到抑制作用, 从而实现对短路电流上升速度的控制。
直流侧线接线主要有双极接线和单极接线两种方式。双极接线通过接地系统, 可确保每一换流站直流侧中点接地的可靠性, 在系统正常运行状态下, 两级电流一致, 方向相反, 谐波电流仅少量出现在对地回路中, 如图1。
单极极限只需采用一根极导线在直流侧, 返回线则采用金属线或是利用大地, 从而组成一个闭环回路在直流侧。在传输功率小、直流电压低时一般采用单极接线的方式。
(2) 调节方式。换流器输出电压与交流母线之间的夹角决定了低压直流配电系统有功功率传输大小。换流器输电电压则决定了系统无功功率传输的大小。低压直流配电系统中的换流器可视作一个发电机 (无转动惯量) , 并具备瞬时实现且独立调节有功与无功功率的效果。交流系统的电压相位及其电流的幅值, 可通过对相位角和电压UC幅值的控制, 进行调节。进而控制无功功率和有功功率在交流系统与换流站之间交换的方向与大小。
3 低压直流配电技术应用实例及效果
配电网全直流在当前技术水平下还无法实现, 但小区楼栋供电系统、家庭供电系统等低压配电系统处于配电网末端, 是能够利用现有技术实现低压直流配电的。
图2为家庭低压直流配电系统的基本结构设计图, 在该系统设计光伏发电 (PV) 接入电源容量为3k W, 采用蓄电池作为储能单元, 以保证供电的稳定性与可靠性。该设计能够满足1.5k W直流负荷与最大3k W交流负荷的用电需求, 同时设计中将220V交流系统保留。
该低压直流配电系统设计的优势与可行性在于: (1) 采用48V电压等级的直流母线, 安全性高; (2) 直流母线与蓄电池直接连接, 兼具效率与可靠性; (3) 采用最简单的Buck变换器将PV电源接入系统, 变换效率有保障; (4) 48V直流母线实现了电位隔离220V交流母线, 且采用负极接地方式, 接地可靠性高; (5) 功率在交流母线与直流母线间可实现双向流动, 使PV电源能量得到充分利用, 同时提升直流负荷与交流负荷供电效率及可靠性。
基于该设计进行模拟运行实验后, 得到结果如图3所示。
从实验结果可看出, 作为唯一电源的PV电源供电时, 直流负载为1.5k W, 蓄电池可缓冲多余电能;3k W交流负载在0.1s时投入, 系统在0.5s时并入电网;PV电源在1.0s时输出最大, 功率开始减小。分析结果后可知, 在最初PV电源产生功率超过负荷需要时, 蓄电池会将多余电能用于自身充电, 在交流负荷投入后, 功率输出不足的部分由蓄电池进行补充。并入电网后, 功率输出不足部分则由直流负荷提供。通过这一微型案例模拟实验表明, 低压直流配电技术的应用可对供电的经济性、稳定性及可靠性起到显著的提升作用。
4 结束语
我国的低压直流配电技术及其应用还需要与时俱进, 根据社会经济与科学技术的发展趋势, 不断创新技术, 探索更多的应用可能。这样才能够真正使低压直流配电技术得到推广和普及, 从而全面提升我国现代化电网建设水平, 为我国现代化经济转型提供坚实的基础和有力的支持。
参考文献
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[2]朱童, 余占清, 曾嵘, 等.全固态直流断路器在低压直流配电系统中的应用[J].南方电网技术, 2016 (04) :50-56.
[3]王振浩, 成龙.低压直流配电系统结构分析[J].电气自动化, 2016 (05) :74-78.
低压直流电 篇6
关键词：直流微电网,下垂控制,电流分配
1概述
近年来,由于气候变化和化石燃料枯竭,分布式发电(DG)已经引起人们的广泛关注。微电网(MG)是一种集成不同类型负载和DG单元的小型电力系统。其主要特点是灵活,高效,可靠和模块化。然而,微电网的可靠,高效运行取决于DG模块所采取控制策略。通常,微电网分为直流和交流,它们能同时在孤岛效应和并网下运行。由于现在电力系统大都是交流系统,故大多文献集中在交流微电网的研究。最近几年直流微电网获得了研究者的广泛关注。直流微电网与交流微电网相比,具有很多优势,包括更简单的控制方案(由于没有频率和无功功率控制),更高的效率和功率质量,更低的成本。如果采用合适的控制方法,所有这些特点都将实现。本文所述的下垂控制方法,下垂增益随负载电流自动改变,而无需使用与DG单元之间的任何通信连接。
2下垂控制分析
为了比较常规下垂控制方法和本文所述的方法,建立了一个基本的由两个参数相等的电源组成的直流微电网(图1)。其参数为额定电压(Vnom)为50V,负载电流(IL)为20A,额定电流(电源)为10A,线电阻1(r1)为0.1Ω,线电阻2(r2)为0.2Ω,线电感1(L1)为0.2m H,线电感2(L2)为0.4m H。由于两个电源的参数一致,故这两个DG单元的传统下垂控制系统的系数相等。为了进行稳态分析,电缆模型是电阻与电感串联。传统的下垂控制可以表示为
其中,I1是输出电流,n1是下垂增益,Vnom是额定电压,Vref,i是第i个源的参考电压。电流分配的准确性极大的受下垂增益的影响,随着下垂增益增加,电流分配误差增大。在下垂控制中,下垂增益模拟一个虚拟电阻。因此,较高值的增益模拟一个较高的虚拟电阻。这对CPLs的不稳定性影响将显著降低。
3控制方法
本节将提出一种新的自动下垂控制方法。在低负载电流时,由于功率损耗比DG模块的额定功率小得多,DG的输出电流远小于额定电流。另外,低负荷条件对CPLs的不稳定影响并较小。此外,对功率损失和电压调节而言,在低负载时最好选用小下垂增益,这能提高电压调节和系统效率。下垂增益是等效虚拟电阻,增加下垂增益将会增大由CPLs引起电压震荡的阻尼。下垂增益随负载电流的增加而增加。更重要的是增加下垂增益降低了电压调节作用。为了使大下垂增益来获得预想的电压调节性能,下垂特性必须用以补偿压降。下垂特性应在低(高)负载功率的小(大)下垂的增益。因此,该下垂曲线应根据负载电流自动改变其斜率。该下垂方程为
其中Vnom是额定电压,Ii是输出电流,Vref,i是参考电压,I-max,i是第i个电源的最大输出电流,Vmin是最小电压。mi和a分别是下垂曲线常数和系数。故可知等效下垂增益(RD,i)曲线在特定工作点的切线斜率随负载电流的增加而增加。由(2)和所述的电流得到
沿电压轴的等效电压偏移(ΔVi)式可通过等效下垂线与电压轴交点确定
4仿真
为了观察该方法的性能,在MATLAB/simulink中用三个DC-MG模拟三个DG单元。额定电流分别为(DG1;10A,DG2;10A,DG3;5A)。本文所提方法外部电压控制回路的电压作为参考电压。为实现轻负载,则令负载电阻Rload1=2Ω在t=0.2s时,再加一个为Rload2=4Ω的电阻来模拟更高的负载。为了与传统下垂方法作比较,令下垂增益n1=n2=0.2和n3=0.4作为小下垂增益,n1=n2=2和n3=4作为大下垂增益。输出电流如图3所示。在低负载电流时,DG单元的输出电流远小于最大限度值。由于电流分f配并不是特别重要,随着负载增大,DG的输出电流逐步接近最大限度值。本文所述方法,如图所示,通过增加负载,相当于下垂增益自动增大从而达到精确电流分配。
5结论
传统的下垂控制,小下垂增益能产生良好的电压调节,但电流分配不准确,而大下垂增益能做到电流分配准确,但电压调节由限。为了克服这个缺点,本文提出了一种新的控制方法,下垂增益随负载自动改变。仿真结果表明,通过改变负载大小自动的改变下垂增益,能同时实现精确的电流分配和电压调节。
参考文献
[1]郑永伟,陈民铀,李闯,徐瑞林,徐鑫.自适应调节下垂系数的微电网控制策略[J].电力系统自动化,2013.37(7),6-11.
[2]王成山,王守相.分布式发电供能系统若干问题研究[J].电力系统自动化.2008,32(20);1-4.
低压直流电 篇7
一、数据通信的实现
1.1电力载波终端
电力载波终端的电力载波芯片选用PL3105C, 它除了内嵌直序扩频通信的数字信号处理单元外, 还集成8/16位高速处理器内核和AD转换、定时器、串口等外围模块。电力载波终端的内部硬件结构如图1所示。
电力载波终端是实现电力载波信号与数字信号之间相互转换, 它是整个电力载波通信的核心, 它的特点与功能如下: (1) 兼主控制器和扩频调制解调功能; (2) DCSK扩频调制和Y-NET自动组网技术, 超强的电力线通信性能; (3) 开放的接口, 实现数据在电力线网络中透明的传输, 支持多种协议, 如串口等; (4) 使用方便, 即插即用, 无需二次开发, 快速实现点到点的通信, 应用十分广泛。
1.2通信实现
可根据需要, 自定义实现指定设备间的电力线通信, 即点到点, 串口到串口的连接方式, 现场设备通过串口分别与电力载波终端连接, 低压电力线载波通信系统的总体框图如图2所示, 进行信息交换。
二、面临的问题
(1) 直流低压电力线上干扰强, 它是影响数据在直流低压线上高质量传输的主要因素。直流低压线上的干扰主要来自加载在电力线上面的设备, 如开关电源、功放、电机等。开关电源发出的基波频率从15KHz到1MHz以上, 所占频带很宽, 其谐波的振幅也很大, 产生的强干扰将给通信带来致命的伤害, 以至于在接收端根本无法识别出发送的信号。 (2) 直流低压电力线上信号衰减强, 它制约了载波通信的距离。载波信号的衰减是随着传输距离的增加而增加的。 (3) 直流低压电力线上具有随机性和时变性。由于直流低压电力线上的容量不是很大, 当负载接入或打开时, 电力线上的容量有很大波动。由于负载的接入具有随机性和时变性同样造成电力线上容量的波动具有随机性和时变性。
三、解决方法
(1) 运用DCSK扩频技术。扩频通信用伪随机编码将待传送的信息数据进行调制, 实现频谱扩展后再传输, 在接收端则采用同样的编码进行解调及相关处理。DCSK扩频技术抗干扰性强、误码率低。对于各种干扰信号, 因其与接收端解扩码的非相关性, 解扩后窄带信号中只有很微弱的成分。此时, 信噪比很高, 达到了抗干扰性强、误码率低的效果。 (2) 采用中续通信。在长距离电力线上分段串入载波通信模块, 将长距离通信分割成数段短距离通信, 电力线中间串入载波通信模块起到通信中续的作用, 增强信号强度, 提高通信距离与质量。 (3) 降低电力线上的干扰, 这里主要是指降低开关电源的干扰。可将电力线上的开关电源换为线性电源, 在电源模块电源近端加EMC滤波器, 根据电源输出端的功率在输出端增加RC滤波和磁环。
四、结束语
本文在给出了载波通信模块设计的基础上, 综述了直流低压电力线载波通信的设计方案, 提出了在实际应用上面出现的问题, 同时给出了解决这些问题的方案。但直流低压电力线载波通信这一技术还需要我们更加深入的研究, 尽可能全面的实验, 为这项技术早日广泛应用于生产和生活而努力。
摘要：本文着重介绍了在直流低压输电线路上电力载波点对点通信方式的应用方法, 分析与总结出在使用过程中需要注意的几个问题及其解决的办法。
关键词：载波通信,低压电力线,干扰和噪声
参考文献
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