有源电力滤波器重复控制方法的设计

分析了三相并联型有源电力滤波器(APF)原理和电流控制数学模型。接着将重复控制器嵌入到有源电力滤波器(APF)中,实现PI控制和重复控制的双闭环电流控制。同时讨论了重复控制的稳定性和稳态误差,分析了重复控制器的参数设计。最后在一台20kVA并联型有源电力滤波器样机上验证了该方法的使用性和有效性。

有源电力滤波器重复控制的实验研究

为解决有源电力滤波器(APF)采用传统比例控制算法时补偿精度不够高的问题,将比例控制与重复控制相结合的方法应用到有源电力滤波器电流跟踪控制环路中。开展了重复控制环路的参数设计,分析了重复控制环路的稳态精度及动态响应速度,并在15 kVA三相四线制并联型有源电力滤波器装置上进行了实验验证;在满足系统稳定的前提下,分别选取不同的重复控制环路参数实验,指出了最适合该装置工程应用的最优参数。实验结果证明,采用比例控制与重复控制组合的方法能够在保障系统动态性能的同时有效地消除稳态误差。

基于功率因数自适应的城轨辅助逆变器DPWM控制策略

随着轨道交通的快速发展,辅助电源轻量化需求日益迫切。传统不连续脉宽调制(discontinuouspulsewidth modulation,DPWM)控制因其开关管不工作区域固定,在任意负载功率因数下,无法实现开关管在电流最大区域处不动作。该文提出基于功率因数自适应的DPWM控制技术(power factor adaptation DPWM,PFA-DPWM),保证开关管在电流最大1/3周期内不动作,实现开关管最小开关损耗,提升城轨辅助逆变器的效率和谐波性能。该文首先建立连续与不连续空间矢量调制的统一数学模型;接着提出负载功率因数的实时检测算法,建立PFA-DPWM统一数学模型;然后对不同类型DPWM进行开关损耗和谐波性能的理论分析和对比;功率因数角φ在[-π/6,π/6]时,PFA-DPWM控制策略的开关损耗相比于连续调制模式减小了50%。最后,通过仿真和试验结果验证了PFA-DPWM在控制策略开关损耗和谐波性能方面的优越性,以及其可行性和实用性。

地铁辅助逆变器嵌入式重复控制研究

地铁辅助逆变器需要为地铁车辆的空调、风机、水泵、照明等辅助设备提供可靠高质量的电能,因此在地铁系统的稳定可靠运行中起着至关重要的作用。针对地铁辅助逆变器控制问题,提出了一种地铁辅助逆变器嵌入式重复控制策略,根据内模原理设计了交流侧电压嵌入式重复控制器,分析了控制器的稳定性;搭建了245 kVA地铁辅助逆变器仿真平台与实物实验平台,通过仿真与实验验证了所提出的嵌入式重复控制策略的有效性与可靠性。与传统比例积分控制方法相比,采用嵌入式重复控制可以简化地铁辅助逆变器控制系统结构、抑制交流侧电压电流谐波,有效提高地铁系统供电质量。

中压直挂光伏发电系统模块间电压–功率自主跟踪控制方法研究

中压直挂光伏发电系统不需要工频升压变压器和无功补偿装置,无夜间损耗,近年来受到广泛关注。大量光伏组串经隔离型直流变换器输出串联汇集,再通过模块化多电平变换器(modular multilevel converter,MMC)换流器并网送出功率,形成两级式中压直挂光伏发电拓扑。该拓扑运行效率高,但各光伏组串最大功率点追踪(maximum power point tracking,MPPT)控制较为困难。把隔离型直流变换器输入侧并联,并在光伏组串与隔离型直流变换器间插入MPPT变换器,有利于MPPT控制,但增加系统损耗。面向两级功率变换式中压直挂光伏发电系统,提出隔离变换器的模块间电压-功率自主跟踪控制方法,使变换器在实现各光伏组串最大功率点追踪控制的同时,不经过通信和闭环控制就可以实现各功率模块输出电压自动分配,从而可以减少功率变换层级,提高运行效率和鲁棒性。仿真分析和小功率实验结果验证所提模块间功率控制策略的有效性。

一种改进SVPWM算法在三相逆变器中的应用

为解决传统空间矢量调制(SVPWM)算法带来繁琐坐标变换和复杂计算量的问题,从理论上推导和分析了传统SVPWM算法的控制机理,研究了三相空间矢量调制的内在规律,提出了一种改进的基于abc坐标系的无扇区SVPWM算法。该算法采用更加快速简便的方式实现了传统SVPWM功能,利用三相电压的内在关系,推导出了各相SVPWM算法的调制时间函数,无需进行复杂坐标变换和扇区判断,降低了SVPWM算法计算量;接着将改进SVPWM算法运用于245 k VA地铁辅助逆变器中,实现了三相电压的精确闭环控制。理论和实验结果表明:该算法无需复杂运算,具有快速、简洁等优点,应用在三相逆变器中具有实用性和可行性。

一种模块化辅助逆变器设计及强度仿真

辅助逆变器作为轨道车辆中重要的组成部件,其性能直接影响到车辆的正常运转。介绍一种模块化设计的辅助逆变器,对各功能模块结构进行了阐述,并利用ANSYS有限元仿真软件对辅助逆变器虚拟样机的强度及模态进行了分析及结构优化。通过模块化设计提高了产品的通用性,使生产及组装效率得到提升,并且也有较好的集成性及可维护性。

超级电容车载应急牵引系统DC/DC变换器研制

设计了一种用于超级电容有轨电车应急牵引系统的DC/DC变换器,旨在实现上海松江有轨电车示范线电网故障时的应急牵引性能。双向DC/DC变换器在正常电网供电时超级电容组储存电能,在电网故障时超级电容组为车辆提供电能。通过系统的小信号模型分析,设计双向DC/DC变换器电压电流双闭环控制器;给出了变换器储能电感工程化计算方法。最后,通过实验验证了设计方法的可行性。

基于ZVS全桥变换器的有轨电车充电机的研制

设计了一款用于国产化现代有轨电车辅助电源系统平台的充电机功率模块。该模块的主电路拓扑采用了基于移相控制的全桥零电压开关(ZVS)变换器和倍流整流(CDR)电路,主控制芯片采用了TMS320F28335。主控制芯片发出的移相脉宽调制(PWM)脉冲控制信号经过IGBT的驱动模块2sc0435T进行功率放大和隔离后传输至IGBT的门极,以实现移相全桥变换器主功率开关的ZVS。在进行了ZVS软开关参数、系统软件和硬件的设计以及系统模型仿真之后,组装了一台实验样机。实验结果表明设计方案正确,软开关效果良好,并将实验样机产品化后推广至市场应用。

大功率三电平逆变器SPWM载波调制策略研究

本文针对传统大功率三电平SPWM控制算法实现的方法和亟待解决的问题,提出了通过在三相正弦波调制波中注入零序分量的调制方法,可将三电平SPWM与SVPWM进行等效,使调制控制软件和硬件的复杂性大大降低。此外,为了改善系统在低调制度下的输出电压波形的谐波特性,本文进一步提出了一种引入零电压分量和载波交叠的新型SPWM调制控制方式,很好地改善系统在低调制度下的输出电压波形的谐波特性。最后搭建了三电平逆变器软件仿真和样机试验平台,充分验证了算法的正确性和有效性。

基于T型三电平的大功率高频辅助电源箱的研制

基于T型三电平逆变拓扑,对大功率高频辅助电源箱的电气结构设计提出了合理的均流低感方案,并对该系统进行了并联风道的热设计和结构强度仿真,最后加工样机进行各项电气性能、温升和冲击振动试验。结果表明,功率模块散热器基板温升、磁性器件温升的仿真与试验温度误差在10%以内,并顺利通过冲击振动试验,验证了数值模拟的准确性和可行性。上述分析为大功率高频辅助电源箱的产品化应用提供了重要保证。

基于GaN的3.5kVA单相逆变电源研制

为了满足动车组列车对车辆设备轻量化的要求,研制一种容量为3.5 kVA的自然散热型车载单相逆变电源,并对其散热器的散热性能进行系统分析以提高该电源的散热效率从而降低工作温度以保证系统的可靠性。首先,基于热损耗理论、计算器件的功率损耗;然后,运用热分析软件ICEPAK对散热器翅片的厚度、高度、间距和基板厚度进行参数化仿真,再综合该电源结构强度和重量以确定散热器结构的最佳方案;最后,按照车载单相逆变电源设计容量和最优散热器结构加工样机进行温升和输出性能测试。实验结果表明,该电源的仿真温度与实验温度的误差在7%以内,证明了结构优化的合理性和数值模拟的可行性,同时稳定的、高品质的电源输出特性验证了电气系统和散热系统的可靠性。

一种铁路机车水冷系统管接头密封结构及其优化

为提高铁路水冷系统管道连接速度,提高其可靠性与密封压力,设计了一种基于金属密封的管道接头.建立参数化模型,利用响应面分析与多目标遗传算法,建立了密封环接触应力、接头公头最大结构应力以及驱动环推动力的响应面模型.利用多目标遗传算法对其进行优化,得到最优解.仿真优化最优解比原参数对应的模型密封环接触应力增大了1.52%,公头最大结构应力减小了30.3%,驱动环推动力减小了33.1%,连接性能有了很大的改善.

基于氮化镓功率器件的高频直流 DC-DC 变换器设计

本文提出了一种基于多级飞跨电容方案的直流双向充电变换器在轨道交通领域的设计方案。该方案基于 650V 氮化镓功率器件, 采用级联自举电路供给门极驱动,为电力机车提供稳定的低压控制电并可向蓄电池充电,其 FCML 拓扑结构搭配相对应控制策略,可实现 高频化软开关。目前研发的 2kW 实验原型机可实现最高效率 98.4%,功率密度 1500W/in3,同时与传统 DC-DC 变换器对比在体积及重量 上都有大幅减小和降低。

基于T型三电平的高频逆变模块热设计分析

基于T型三电平高频逆变模块结构,完成了热损耗模型建立,利用有限元仿真与热损耗模型数据相结合,优化出散热所需的关键风量,并通过搭建试验平台验证其可行性。上述分析对T型三电平高频逆变模块产品化的热稳定性和可靠性具有重要意义。

基于虚拟同步机技术的辅助逆变器并联策略研究

提出了针对列车辅助逆变器基于虚拟同步发电机(VSG)技术的多机组并联控制策略。首先进行了基于VSG技术的数学建模,研究采用虚拟阻抗的预同步技术,搭建VSG和虚拟阻抗的预同步技术Simulink模型,仿真验证了该控制策略的可行性,该方案无需采用传统并联控制的锁相环技术,即可实现辅助逆变器输出电压幅值和相位的同步,而且预同步过程平滑、稳定。最后通过2台160 kVA辅助逆变器并联试验的结果表明基于该策略的并联控制技术具有优良的并联效果。