柔性直流输电系统的设计及运行特性实验

柔性直流输电系统(high voltage direct current transmission system based on voltage source converter,VSC-HVDC)具有功率独立可控、可向无源负荷供电、能够抑制可再生能源并网发电功率波动等技术优势。该文研制了一套背靠背的VSC-HVDC实验样机,基于输电系统的工作机理设计了电压源换流器(voltage source converter,VSC)的电气参数及其控制策略,设计了输电系统控制功能协调的系统级控制与功率跟踪的换流器级控制结合的分层控制结构。在并网输电和向无源负荷供电工况下,对样机运行特性进行实验,结果表明,该样机并网输电时具备有功、无功功率独立可控,以及功率反转的能力,同时具有向无源负荷供电功能,且动态性能良好、运行稳定,验证了样机系统设计的正确性。

IGBT串联器件门极RCD有源均压电路

研究了一种门极RCD有源均压电路,用于解决IGBT串联组件中各个器件集射极电压动态分配不均衡的问题。介绍了门极RCD有源均压电路的工作原理和参数选择原则,利用IGBT不同开关状态下的等效电路分析了各个均压元件的作用,提出了满足均压技术指标要求条件下门极RCD有源均压电路参数的计算方法,建立了IGBT串联均压实验系统。实验结果表明,采用本文提出的均压电路参数设计方法,门极RCD有源均压电路在门极驱动信号同步或延时情况下均具有较好的均压效果。

IGBT器件的门极驱动模型及应用

针对IGBT器件驱动电路损耗计算及驱动电源设计,分析了IGBT器件门极控制机理,建立了器件驱动电路在开关过程的等效电路,推导了门极电压和电流的解析式,给出了驱动功耗的计算方法。仿真和实验结果表明,建立的开关模型能够精确描述IGBT在开关过程中的电压电流变化,基于此模型的驱动电路功耗计算结果可作为驱动电源设计或选型的依据。

IGBT串联型电压源换流器的桥臂直通机理分析

应用绝缘栅双极型晶体管(IGBT)串联组件是提高电力电子装置耐压最直接的方法,但将门极RCD有源均压电路应用于五段式空间矢量脉宽调制(SVPWM)的电压源换流器(VSC)时,可能会产生桥臂直通短路现象。从均压电路工作原理出发,分析IGBT均压箝位电容电压突增导致换流器桥臂直通短路的机理,并通过实验验证了该桥臂直通短路现象的存在,基于门极RCD有源均压的串联IGBT组件不宜用于五段式SVPWM的VSC中。

IGBT高压串联组件的失效检测与恢复策略

针对IGBT串联组件中失效器件导致整个装置异常的问题,提出了一种IGBT器件开路失效的检测方法与组件功能恢复策略。从IGBT的内部结构分析了器件失效机理,借助于IGBT驱动电路监测组件中各个IGBT的状态,根据状态反馈对IGBT器件的开路失效故障进行诊断和定位,针对IGBT的开路失效故障,设计了在串联组件阻断后吸合相应旁路开关以恢复组件功能的重启动策略。建立了串联组件中IGBT失效监控实验系统。实验结果表明该系统能准确识别组件内失效的IGBT器件,并及时可靠地恢复了IGBT串联组件的正常开关功能。

串联IGBT的一种复合均压方法

针对IGBT串联应用时的集射极电压均衡问题,提出并研究了一种门极平衡核与无源RCD缓冲电路相结合的复合均压方案。分析了门极平衡核的均压原理,借助门极驱动等效电路模型,导出了门极平衡核的参数设计方法。在IGBT门极与发射极之间引入瞬态电压抑制器,有效减缓了平衡核变压器的漏感与IGBT输入电容引发的门极信号振荡幅度,同时有效保护了IGBT门极过电压。建立了复合均压方案的仿真与实验系统,实验结果表明,复合均压方案对由于IGBT特性参数差异和门极驱动信号不同步而引起的IGBT集射极电压不均问题具有显著的平衡效果。

基于AC/DC/AC型电力电子变压器的电能质量改善研究

设计了一种电力电子变压器,其采用AC/DC/AC型拓扑结构,输入级采用有功和无功的解耦控制,中间级采用开环控制以获得较快的同步响应速度,输出级以配电系统电压控制为目标、采用基于瞬时值反馈的定交流相电压控制。仿真结果表明,该电力电子变压器及其控制方法具备优良的改善电网电能质量的能力,能够显著降低在电网电压跌落、骤升、不平衡、频率变化等工况下电能质量对用电设备造成的不利影响。

五相永磁同步电机串级模型预测电流控制

在五相永磁同步电机(PMSM)模型预测控制中,通过繁琐的计算法获取权重系数难以保证系统控制性能最优。针对该问题,本文采用级联模型预测控制的思想,提出五相PMSM串级模型预测电流控制。首先,分析所提方法选择最优电压矢量的机理。然后,结合五相PMSM的特点,设定被控变量的控制优先级,提出两种无权重系数的成本函数设计方案:基波电流优化方案采用幅值高的电压矢量,提高直流母线电压利用率和动态响应能力;谐波电流优化方案减小定子电流谐波,以降低系统噪声和振动。实验结果表明,所提方法能够保证施加电压矢量的最优性,使五相PMSM在不同工况下获得转矩脉动小、动态响应快、谐波电流小的良好性能。

永磁同步电机改进型模型预测磁链控制

为了消除永磁同步电机(PMSM)模型预测转矩控制(MPTC)代价函数中的权重系数并减少控制算法的计算量,优化传统MPTC方法,提出了一种基于广义基本电压矢量的改进型模型预测磁链控制策略。该策略依据电磁转矩、参考定子磁链幅值和转子磁链信息构造参考定子磁链矢量,根据参考电压矢量位置信息进一步对广义基本电压矢量进行筛选且实现最优占空比控制,利用定子磁链矢量误差选择最优电压矢量。仿真与实验结果表明,该策略可改善PMSM的转矩脉动,验证了所提方法的可行性与有效性。

永磁同步电机预测模型参数误差分析研究

永磁同步电机无差拍电流预测控制模型参数误差决定了系统控制性能,通过对永磁同步电机数学离散模型分析,分别研究了模型中电阻和电感等重要参数失配对系统稳定性的影响,并对参数失配范围进行了较深入分析,为实现无差拍电流预测误差补偿控制提供依据。利用Matlab软件仿真了理论分析,结果表明该分析过程的有效性。

无刷直流电机速度控制器改进策略研究

无刷直流电机调速系统中,通常采用的比例积分控制器使电机调速面临着转速的超调量过大或振荡问题。设计一种改进型速度控制器,将常规转速控制器中的比例器设置在转速反馈通道中,构成改进型速度控制器(IP控制器),消除了传统PI控制器速度超调现象。结果表明,该改进型控制器可通过控制器的参数合理设计实现电机转速快速响应和稳态误差控制,达到良好的调速性能,具有简单易于工程化应用的优点。

多电平变频器远距离供电系统的电压质量改善

远距离变频供电系统 1.供电方案在海洋油气开采这一特殊应用环境下,由于油气井很多距离开采平台较远,甚至达上百公里,变频器与电动机之间需要靠长距离电缆连接。远距离变频驱动供电系统由变频器、电缆及负载电动机组成。其中,变频器多为高压变频器,电缆长度〉30 km,负载电动机多为笼式结构。2.系统过电压机理当变频器为PWM型变频器时,由于PWM输出脉冲的dv/dt较高,当驱动距离增加。

电流源驱动异步电机矢量控制方法研究

为了提高异步电机矢量控制的鲁棒性和闭环控制性能,采用输出电流控制异步电机,研究按定子和气隙磁链定向的矢量控制,通过推导解耦控制方程,附加去耦项,实现系统的彻底解耦控制。研究表明,按定子和气隙磁链定向时磁链和转矩计算公式不含转子参数,避开了易于变化的转子参数对调速系统性能的影响。仿真结果验证了新方法可以有效提高磁场定向的准确性和解耦能力,改善闭环控制的动态性能,提高了系统的鲁棒性。