电力电子技术和运动控制

第2届电力电子技术和运动控制国际会议(IPEMC)于1997年11月3日至7日在浙江大学召开。会议由中国电工技术学会和国家自然科学基金会主办,浙江大学承办。大会收录论文193篇,其中口头报告144篇。内容涉及电力电子器件,功率变换和功率因数校正(PEC)技术,电力电子技术的应用,运动控制等方面,现综述如下。 1 电力电子器件英国GEc公司Z.Q.Liu博士报道了在高压IGBT器件的制造中采用Edge termination方法,即JTE(Junction Termination Extension Extension)技术以取代传统的guard rins,使IGBT的击穿电压大于3300伏。美国APT公司的R.Frey博士报道了该公司发展的标准TO-247封装的MOSFET,并以此单管制成了40.68 MHz/300瓦的功率源。

电力电子电路的数字化控制技术

阐述了单片机、数字信号处理器和现场可编程门阵列的性能特点和在电力电子电路数字化控制中的应用,展望了电力电子电路控制技术的发展趋势。

含有开关器件的电力电子线路在开关时刻的仿真计算稳定问题

对于含有开关元件的电力电子系统的计算机仿真，其开关元件可以采用简单的二值电阻模型．但是这种开关模型由于可能造成电路解的不连续，而使在开关状态变化时刻的数值计算不稳定．本文将对这种计算不稳定的原因作一定的分析，提出解决这一不稳定的方法．作为一个例子将这一方法用于对仿真软件ＳＰＩＣＥ２进行适当的修改，并扩充了一个控制仿真模块，使之发展成一个可以对电力电子系统进行包括闭环控制在内的动态特性进行计算机仿真的通用软件ＺＵＰＥＳＳ．文章最后通过实验对比证明了这一软件的可靠性．

串联混合有源电力滤波器基于双dq变换的新型控制方法

分析了一种可以降低有源部分容量的有源电力滤波器没有在实际中得到应用的原因。提出了基于双 dq 变换的控制方法,在此方法下,不管电网电压和负载电流是否平衡,逆变器都只要承担电网谐波电流和提供谐波压降,大大地降低了有源部分的容量,提高了整机的效率。5kW 负载的模型试验证明了新方法的可行性。

基于LCL滤波的vienna拓扑三相整流技术研究

vienna拓扑整流器具有低开关损耗、三电平电压波形等优点,适于提高系统功率密度。为进一步提高功率密度,将LCL滤波器引入到三相vienna拓扑整流器前端,分析了不同电流反馈下,系统控制系统数字延时对系统稳定性的影响。基于vienna整流器相比普通三相整流器能工作于更高的开关频率的特点,提出利用DSP固有的数字控制的延时特性,在保持一定开关纹波衰减的情况下,合理设计LCL滤波器谐振频率,达到保持系统稳定和减小滤波器体积的目的。最后通过仿真和实验验证了理论推导和分析的合理性。

蓄电池充电技术研究

研究了蓄电池快速充电技术,对各种充电控制方法进行了比较分析,阐明了充放电过程中应该把握的有关准则。

新型固态限流器三相主电路拓扑及控制策略研究

基于多项实用专利,提出适合限制三相电网短路故障电流的耦合法固态限流器电路拓扑结构及其工作原理,并得到该固态三相限流器的特点;通过建立其数学模型,并以逆变控制模式为例,分析了其限流机理。结合使用并联旁路电感的方法,可以使此三相拓扑电路具有基本不产生谐波、运行控制灵活且简单可靠等优点。通过样机试验,验证了该三相电路拓扑和控制策略的有效性,并具有工业应用化前景。

IGBT开关特性离线测试系统

介绍一套容量为1200V/150A的绝缘栅双极型晶体管(insulated gate bipolar transistor,IGBT)开关特性离线测试系统。该测试系统包括器件开关特性的硬件测试平台和开关损耗建模软件平台两部分。硬件测试平台将计算机作为控制中心,根据用户在LabVIEW界面上选择的母线电压、集电极电流、门极电压、门极电阻以及温度等参数,通过RS232接口控制DSP完成开关特性测试,通过GPIB接口设置示波器,保存记录的波形。软件建模平台利用记录的电压、电流波形数据,采用3种平均模型(幂函数模型,幂函数与多项式结合的模型,神经网络模型)建立开关损耗模型。该系统实现了电力电子器件开关特性测量和损耗模型建立,方便用户预测工作范围内任一测试条件下的器件开关损耗。

中高压IGBT开关特性的遗传神经网络预测

中高压绝缘栅双极型晶体管(IGBT)的开关特性在电力变换器设计、变换器性能、效率和寿命改善中至关重要。本文基于中高压功率模块离线测试平台的数据,分析了工作环境如门极电压、门极电阻、集电极电压、工作电流和器件结温等参数对IGBT在感性负载电路中开关特性的影响,对开关特性各参数建立了基于遗传算法优化的误差反向传播多层前馈神经网络模型,实现了在额定值范围内对各种环境条件下的IGBT开关特性参数如开关时间、开关损耗、最大电流尖峰和最大电压尖峰的可靠预测。

三电平空间矢量调制中的共模分量

根据多电平SVM调制与载波调制的本质联系,从多电平SVM调制的实现出发分析了两电平SVM和三电平SVM调制波中共模分量的分布。两电平SVM调制波的共模分量就是三相系统的零序分量,最常用SVM调制波中的零序分量与SFO-PWM调制的在调制波中注入的零序分量完全一致。进一步分析了三电平逆变器的特点,提出了一种适合三电平逆变器的共模分量注入方法,指出了三电平逆变器的调制波中可以注入的共模分量除了三相系统的零序分量,还包括每一相的两组调制单元间的共模分量。最后提出了经过两次共模分量注入的三电平载波调制方法,它可以完全等效三电平SVM调制。仿真和实验结果表明了该方法的正确性。

基于三相PWM整流器的无死区空间矢量调制策略

与常规的连续空间矢量调制 (SVM )相比 ,不连续空间矢量调制可使器件的平均频率低于采样频率 ,因而可降低变换器的开关损耗。该文分析了不连续SVM二种形式———单一零矢量SVM和分区零矢量的工作原理、实现方式及开关损耗的计算方法。这种不连续SVM可使平均开关频率降低约 1/ 3。通常电压型PWM变换器上下桥臂间的换流死区不仅增加谐波含量 ,并降低了电压利用率和可靠性。该文在分析了电压型整流器换流过程的基础上提出了电压型整流器的无死区控制策略 ,改善了这类变换器的工作性能。并与分区零矢量SVM的调制方式相结合 ,提出了无死区的分区零矢量不连续SVM控制策略。实验结果证实了所提控制策略的可行性及其在改善相应PWM变换效率方面的优越性。

基于LCL滤波的Vienna整流器占空比前馈控制

为进一步提高Vienna拓扑中三相整流器的功率密度,将LCL滤波器引入三相Vienna拓扑整流器前端。基于Vienna拓扑,对LCL滤波器进行建模分析。根据三相四线制的Vienna拓扑整流器和前端L滤波器的占空比前馈控制原理,提出一种基于LCL滤波器的占空比前馈控制,使整流器工作于电流连续模式(CCM)和电流断续模式(DCM)时,对系统做出正确补偿。最后通过实验验证了理论分析的正确性。

采用DRC-SPWM的VIENNA整流器在dq坐标系下的数学模型

针对采用双斜坡比较载波调制(DRC-SPWM)的三电平VIENNA整流器在dq坐标系下进行控制时,控制环路中出现Park变换和反Park变换导致系统传递函数无法写出的问题,提出了一种将载波调制变换到dq坐标系下的处理方法,建立了基于MIMO状态空间的LCL滤波器的数学模型,得出了VIENNA整流器完整的数学模型,并对系统的控制环路进行了设计。最后搭建了仿真平台和实验样机,仿真结果和实验结果验证了VIENNA整流器在dq坐标系下数学模型及控制环路设计的合理性及正确性。该方法将VIENNA整流器在dq坐标系下的数学模型完全量化表达,简化了VIENNA整流器控制环路的设计,可以广泛应用于开关电源的输入整流模块中。

感应电机全阶观测器的一种新型离散方法

针对感应电机全阶自适应观测器的离散化问题,通过将欧拉法和双线性变换法相结合,提出了一种新型离散化方法,用于实现感应电机精确的无速度传感器数字控制。自适应全阶磁链观测器的状态变量由定子电流和转子磁链构成。该方法对定子电流采用欧拉法离散,对转子磁链采用双线性法离散。通过合理近似,使得求解磁链的方程组实现解耦,其运算复杂度比传统的双线性法显著降低。该方法的运算量只比欧拉法有略微增加,但精度却比欧拉法有明显改进。实验结果表明,所提出的方法能取得较小的离散误差,从而提高了感应电机无速度传感器控制的准确度。

一种新颖的三相不平衡电网的锁相方法

针对电网故障时可能出现的三相电网电压不平衡的情况,提出一种静止坐标系下通过梯度下降法直接估测正负序分量的方法。该方法结构简单,无需将电网电压变换到同步旋转坐标系下,在静止坐标系下通过数值算法求解根据梯度下降法原理得到的非线性方程组,进而直接估测出正负序分量的幅值、相位和频率。通过实验评估该锁相方法的性能,实验结果表明,所提方法在电网发生不平衡故障时,具有较快的响应速度,即使电网电压在故障后相位、幅值和频率均有大幅跳变时,锁相环也基本能在两个工频周期以内完成锁相。

一种配电网用固态三相短路限流器的研究

提出了一种在配电网中应用的固态三相短路限流器 .该限流器在无短路故障工作时 ,对电网无影响 ;在短路发生时 ,可及时、有效地限制短路电流 .该限流器具有反应快、无过电压、低损耗等特点 ,可以对电网中任意的短路故障进行限流操作 ,并可进行无电流冲击的软重合闸 .本限流器的控制模式非常灵活 ,具有良好的应用前景 .

具有短路限流保护的固态开关

固态开关因过载能力较低，短路时极易烧毁而限制了它的应用。由电力电子技术的基本原理提出一种电路拓扑，能把短路电流自动限制在任意设定的倍数，因而可以发展成一种具有自动限流能力的固态功率开关。作为固体断路器和接触器，它更适合应用于存在易燃、易爆气体的场合。

新一代电流型PWM控制器UCC3802及其应用

ＵＣＣ３８０２是Ｕｎｉｔｒｏｄｅ公司最近推出的新一代电流型ＰＷＭ控制器，该控制器具有卓越的性能和完善的保护电路，用ＵＣＣ３８０２设计的开关电源，具有更高的性能指标和更低的成本。在ＵＣＣ３８０２和ＵＣ３８４２比较的基础上，介绍了ＵＣＣ３８０２系列控制器的技术特点及其在开关电源中的应用。

直流系统的计算机监控

提出了由高频开关充电电源和斩波调压器为主组成的直流系统的计算机监控技术,给出了监控系统的结构,阐述了各主要功能模块的功能。

两种感应电机磁链观测器的参数敏感性研究

在无速度传感器感应电机矢量控制系统中,准确的磁链和转速信息至关重要。但随着电机温度和运行状态的改变,电机参数会发生变化,磁链的观测和转速估算就会受到影响,可能导致电机无法正常运行。为此在电动模式和发电模式下对闭环电压电流模型磁链观测器和滑模磁链观测器参数敏感性进行了研究,通过仿真和实验比较了这两种观测器对定、转子电阻及励磁电感的敏感性。同时还研究了基于这两种观测器的模型参考自适应系统(MRAS)转速估算对参数的敏感性。