基于准Z源双向DC-DC变换器的双电压供电系统

随着汽车自动化和电力电子技术的发展,车用电气设备越来越多样,传统的14 V供电系统已经不能满足日益增长的汽车电子设备的需要。为了兼顾传统的14 V汽车供电系统,采用一种过渡方案,即14 V/42 V双电压供电系统。对基于电压型准Z源双向DC-DC变换器的双电压供电系统进行研究。其中,双向DC-DC变换器是核心技术环节,通过PWM控制双向功率开关实现功率流的双向传输,并对该双电压供电系统的结构和工作原理做了详细的描述和简要分析。仿真结果表明了该系统的合理性和优越性。

基于GaN器件的有源箝位正激变换器设计

有源箝位正激变换器因为开关管的软开关控制,可以降低高频下的开关损耗,已是中型功率隔离变换器实现高效率、高功率密度的主流解决方案。文中基于有源箝位正激变换器设计一款输入28 V、输出3.3 V/30 A的电源样机,开关频率为700 kHz,原边主开关管采用低栅极电荷、低输出电容、零反向恢复损耗的氮化镓(GaN)器件,再结合平面变压器技术及次级同步整流(SR)技术,使样机峰值效率达到95.13%。最后通过对样机测试结果分析来验证方案的高效率和高功率密度。

基于SWT与改进卷积神经网络的轴承故障诊断

针对传统轴承故障诊断依赖专家经验且存在时频特征提取效果不佳,导致故障诊断效率和精度较低的问题,提出一种基于同步压缩小波变换(SWT)与改进卷积神经网络(CNN)的轴承故障诊断模型(SICNN)。首先,将一维的非平稳轴承振动信号通过SWT转换为高频率表达的二维时频图像,作为卷积神经网络的输入;然后,引入SRM对提取的特征进行风格池化与融合,调整卷积通道合适的特征权重,提高重要特征的关注度进而提高网络的表征能力;最后,通过Softmax层输出故障诊断结果。为了验证所提出的模型性能,使用凯斯西储大学采集的轴承数据集开展实验。结果表明,该模型故障诊断准确率可达到99.88%,与其他传统方法相比,具有良好的可行性和收敛性能,实践层面应用价值较高。

基于深度学习的逆变器电路图像数据智能识别方法

进行逆变器电路图像数据识别时,特征信息提取不充分使得无法准确捕捉到关键特征,导致识别精度下降。为此,提出一种基于深度学习的逆变器电路图像数据智能识别方法。首先,利用逆变器数据采集系统,采集逆变器电路图像数据。然后,将图像数据输入到卷积神经网络模型中,通过卷积核提取数据的特征。最后,采用YOLO算法对其进行有效识别,基于CA模块对特征信息进行关注,并利用Detect模块输出识别结果。Detect模块主要包括置信度函数和模型的损失函数,将两者结合,利用分类框和检测框来实现对逆变器电路图像的识别。实验结果表明,所提方法的识别误报率最高仅为6%,具有实用性。

一种双极性输出的高增益变换器

随着分布式能源高渗透率接入电网,双极性直流微电网固有优势愈发突出。针对光伏电池投入到双极性直流微电网运行时,对于高增益双极性变换器的需求,提出一种组合式且可提供双极性输出的高增益变换器。在传统Sepic变换器的基础上加入一个二极管和电容,通过开关管控制电容、电感能量的交替传递,从而提升变压器增益;其次,基于元件复用的方法将开关电容单元和Boost电路进行组合,实现正负极电压均衡的双极性输出。此外,详细阐述了所提变换器的工作原理,开关器件的电流和电压应力、电路参数设计。为验证所提拓扑结构的可行性,搭建了一台24 V/336 V(±168 V)、112 W的实验样机,实测变换器增益可达14倍。实验结果表明,所提变换器具有增益高、器件电压应力低、输入电流连续的特点。

超低能耗公共建筑能源系统协调控制系统设计

能源协调控制系统是对能源进行合理分配和利用的系统。针对公共建筑易受到耗能功率较大的装置的影响,导致供暖和制冷耗能大,无法达到节能效果的问题,文中设计一种超低能耗公共建筑能源系统协调控制系统。首先,在d-q旋转坐标系下,利用交-直变换器对外环与内环进行解耦;利用PI控制器将各种电子信号转换成数字信号,并将所收到的资料以IP形式传送至以太网。其次,通过预先自动设定的系统协调控制策略对系统配置进行自动设定,并对其进行控制和管理,计算建筑结构散热、耗能设备输出功率,依据计算结果构建总负载目标函数;再采用点与点之间的交互协议使目标函数达到最优。最后,对错误调节信号进行预处理,计算信号期望值,获取有效控制结果。通过实验验证得出,所设计系统的供暖能量节约20 J,制冷能耗节约2 J,能够达到有效控制能耗的目的。

CLLC谐振变换器变频+间歇Bang-Bang电荷混合控制策略研究

以LLC为代表的DC/DC串联谐振变换器对效率有着较高的要求,往往需要在宽电压范围内实现软开关特性,并且能够在宽负载条件下工作。然而,当变换器负载较轻时不可避免地会出现增益失真,导致输出电压升高,损耗增加,效率降低。针对CLLC型谐振变换器轻载电压漂高和效率损耗现象,提出一种变频PFM调制+间歇BBCC的混合控制策略。在变换器正常工作时,采用PFM调制进行变频控制,在变换器处于轻载运行时,采用间歇模式的Bang-Bang电荷控制(BBCC)。仿真结果表明,文中提出的控制策略可以有效抑制CLLC型DC-DC串联谐振变换器轻载运行时电压漂高,减小功率损耗,提高轻载工作效率,实现全负载范围内稳定高效运行。

一种单输入高增益DC-DC变换器设计

针对新能源发电系统中输出电压低,传统升压变换器存在的增益低、纹波大、电压应力大等不足,文中设计一种单输入高增益交错并联DC-DC变换器。该变换器前级采用交错并联结构,并用2个电感单元代替传统电感实现储能;后级增加二极管电容网络多个电容实现充放电,通过调节2个开关管的占空比,在开关管不同状态下电路处于不同模态共同作用来改善电压增益。理论分析和实验结果表明,在相同条件下,所设计的变换器输出电压增益是传统交错并联结构的4倍,开关管所受电压应力是输出电压的1 5,并且能够有效降低输入电流纹波和提高电能质量,从而达到并网的要求。该变换器结构简单、输出电压增益高、性能优良、稳定性好,在新能源发电系统及其他电力行业具有较高的实用价值。

双输入三电平半桥DC-DC变换器及其回流功率优化控制方法

在双极性直流微电网中,正负极母线之间存在电压不平衡的问题。为平衡正负极母线电压和提升母线的功率输出性能,文中提出一种适用于双极性直流母线的新型双输入三电平半桥DC-DC变换器。通过分析变换器的工作原理,在双重移相控制的基础上建立输出功率、电压传输比与回流功率的数学模型,并提出最小回流功率追踪控制方法,降低变换器的损耗。根据双极性直流微电网的特性,在最小回流功率追踪控制的基础上进行切换电压传输比的改进,以一定程度上解决正负极母线电压不平衡的问题,并且进一步降低变换器的回流功率,有效地提升变换器的工作性能。最后利用Matlab/Simulink仿真模拟并分析不同工况下变换器的工作状态,验证文中所提出的双输入三电平半桥DC-DC变换器及其回流功率优化控制方法的有效性与优越性。

基于通用平均技术的开关变换器建模研究

开关变换器是一类其内部电路结构随时间变化的非线性系统,通过经典控制理论寻求该系统的解析解并对其进行分析与设计,难以描述系统的非线性暂态特性,故需要建立基于变换器实际拓扑结构的数学模型。为了改善常见的开关变换器建模方法的不足之处,采用通用平均技术,以两类典型的开关变换器为研究对象建立其数学模型并进行仿真,仿真结果与实际电路精准模型进行比对,验证且凸显了通用平均模型具有瞬时性、准确性、普适性的特点。同时,通用平均技术与传统的开关变换器建模方法相比,较为细致地描绘且刻画了开关变换器状态变量中的纹波分量,从而解决了开关变换器的非线性特性问题,使其转化为线性时不变系统,极大地简化与便捷了后续对开关变换器的分析与控制。

基于SiC器件的交错并联双向DC-DC变换器的设计

针对传统组串式储能变流器存在的系统损耗大、输出电能质量低及整体可靠性差等问题,文中提出一种新型两相交错并联变换器拓扑,以提高系统效率及过流能力。首先给出交错并联DC-DC变换器的拓扑结构,分析两相交错并联拓扑结构工作原理,并推导相应的小信号模型,求其开环传递函数;然后以提升系统响应速度为目标,设计基于电流内环、电压外环的串级控制器,搭建基于SiC器件的10 kW样机。通过大电流实验、双脉冲实验对样机进行稳定性验证,最后对样机充放电模式分别进行效率测试。实验结果表明,基于SiC器件的两相交错并联双向DC-DC变换器能在一定程度上减小电流纹波,提高变换器功率等级,显著提升效率。

递归量化分析的变压器健康评估与故障诊断

针对传统时域、频域分析方法忽略信号的部分频率信息的问题,提出一种基于递归定量分析(RQA)和鸡群算法(CSO)优化支持向量机(SVM)的变压器健康分析与机械故障诊断方法。首先利用相空间重构技术构建变压器振动信号的递归图;然后进行递归定量分析,提取故障特征并结合马氏距离(MD),以置信度-故障程度关系式进行变压器健康评估;最后利用CSO优化SVM参数,进行故障识别。实验结果表明,提取的递归定量特征参数可以有效地评估变压器的健康程度,综合识别率为94.07%,较传统时域、频域特征高约15.4%、8.96%;相比于传统模型,采用CSO-SVM故障诊断模型可将诊断精度提高至99.26%。

同步降压DC/DC变换器的损耗分析

同步降压DC/DC变换器以其高效稳定的优点被广泛应用于低压、大电流的场合,其功率损耗主要包括电感损耗、功率开关管损耗、同步整流管损耗、电容损耗和控制器损耗。文中对各部分损耗的原因进行详细分析并给出计算公式,其次,搭建实验电路验证理论计算的正确性;最后,计算出不同输出条件下的各部分损耗,根据损耗占比情况优化元器件选型,合理选择变换器的工作模式。

状态空间法的非线性负载三相逆变器建模研究

含非线性负载的三相逆变器难以建立精确的数学模型,为此,文中以三相电压型SPWM逆变器为研究对象,提出一种基于状态空间平均法的非线性负载下三相逆变器建模的方法。根据三相逆变器的工作原理建立系统的小信号模型,利用相关坐标变换及状态空间平均法导出其状态方程,对其平均变量进行分离扰动和线性化处理,经过拉普拉斯变换后得到系统的状态空间平均模型。在Matlab/Simulink环境中分别搭建系统在线性负载和非线性负载条件下的方框图模型,对于两相旋转坐标系和三相静止坐标系下的三相逆变系统进行相应的仿真。结果表明,利用状态空间平均法对三相逆变器进行建模的可行性强,且所提方法具有仿真结果精确、误差小、鲁棒性强、仿真时间短等优点。

基于同步压缩小波变换和ResNet的变压器放电故障诊断方法

为实现电力变压器运行状态的智能监测和有效辨识,文中提出一种基于同步压缩小波变换图谱与残差神经网络(ResNet)的变压器放电故障诊断方法。利用同步压缩小波变换技术将采集得到的原始声纹进行相应的时频变换,进而得到不同状态下的时频图谱数据集;然后利用残差神经网络实现电力变压器不同状态的辨识;最后,搭建包含三种电力变压器设备典型放电故障的试验对系统进行模拟测试。试验结果表明:所提方法不仅能够有效表征变压器不同的工作状态,而且辨识精度有显著提升,相比于常规方法提升约10%。

基于Matlab的FIR型希尔伯特变换器设计

在通信系统中,希尔伯特变换是被广泛应用的重要变换。为了实现数字解调,通常需要借助希尔伯特变换器对信号进行分解,利用Matlab设计希尔伯特变换器是一种最为快捷、有效的方法。通过具体的设计、仿真及对原始信号和经过希尔伯特变换器输出延迟信号的比较,说明Matlab是一个在滤波器设计方面很有力的工具。

采用LC滤波的大功率本安Buck开关变换器

随着矿井智能化的不断推进及安全级别的不断提高,本质安全型电气电子设备正被广泛推广使用,而其中的核心控制芯片所需的电压越来越低,所以对低压大功率本安电源的需求也就越来越大。为了提高本安Buck变换器的输出功率,采用了一种在基本本安Buck变换器的输出端附加LC滤波电路的方法,分析了采用LC滤波的大功率本安Buck变换器(LC-Buck变换器)的组成及工作原理,通过实验对比得出了本安LC-Buck变换器在同等条件下可以有效提高输出功率的结论。

一种CLLLC谐振型双向DC/DC变换器效率优化技术研究

为提升CLLLC谐振型双向DC-DC变换器的工作效率,文中提出一种基于间歇控制技术的变频恒压控制方法。首先,建立变换器基波等效模型得到变换器的电压增益和传输效率特性,通过对原边逆变器的变频控制来改变电压增益,实现输出的恒压控制;然后,针对变换器在轻载时效率较低的情况,提出一种效率优化控制方法,在改变原边逆变器工作频率的同时改变间歇控制占空比,使副边整流器的输入等效负载维持在最优负载处,实现变换器的高效恒压输出;最后,搭建一台30 W的实验样机验证所提方法的可行性和有效性。实验结果表明,变换器轻载时,采用间歇控制变频恒压方法的工作效率比采用变频恒压控制方法提高约6%,在整个负载范围内效率可达87%以上。

多端柔性直流系统的直流电压控制策略研究

直流电压是衡量真双极多端柔性直流输电(VSC-MTDC)系统安全稳定运行的重要指标。针对传统换流站直流电压下垂系数固定而未考虑实际运行工况导致的直流电压偏差较大这一问题,文中以传统直流电压下垂控制为基础,提出一种考虑功率裕度与电压运行参考点的自适应直流电压下垂控制方法。通过构建功率裕度系数HP来实现下垂系数的实时变化;通过分析HP大小对下垂控制的影响,引入直流电压影响权重μ调整下垂控制参考电压运行工作点,保障HP过小时直流电压偏差不越限。基于PSCAD/EMTDC搭建大规模新能源接入的四端真双极VSC-MTDC系统,在稳态、风电场功率波动、换流器单极闭锁运行工况下进行仿真,验证直流电压的稳定性和功率分配的合理性。文中研究可为进一步提高真双极VSC-MTDC系统控制的安全稳定运行提供参考。

预测模糊PI控制的反激变换器设计与仿真

针对传统控制技术应用于反激变换器时控制精度低、超调大等问题,提出一种预测模糊PI控制策略。在对反激变换器进行频率响应分析、PI和PID补偿分析的基础上,进而分析变换器的非线性特性。基于模糊PI控制提高系统的控制精度,同时引入单值模型预测算法改进模糊PI控制器的输入,最大限度地减小相位滞后的影响。Simulink仿真验证结果表明,相比于PID控制模式,该系统的稳态误差控制在0.55%左右,动态调节时间为0.02 s,超调量几乎为零。仿真结果验证了控制策略的性能。