课程思政建设背景下电气工程及其自动化专业课程教学探索与实践——以电机学课程为例

在阐述课程思政建设背景和意义的基础上,分析电机学课程思政建设现存问题,构建电机学课程思政教学案例库,进行课程思政建设背景下电气工程及其自动化专业课程教学探索与实践,实现专业知识和思想政治教育同向同行,使学生在掌握专业知识的同时树立良好的科研价值观,增强学生的创新精神、社会责任感、爱国情怀等精神素质。

弱电网下光伏并网逆变器谐振抑制方法综述

“双碳”目标背景下电力系统形成“高比例可再生能源”和“高比例电力电子设备”的“双高”趋势,以致电网呈现弱电网特性。弱电网下电网阻抗实时变化,导致光伏并网逆变器谐振频率偏移、逆变器集群多谐振峰等稳定性问题。针对光伏并网逆变器在弱电网下最新的谐振抑制方法尚未得到系统地归纳总结,从弱电网下逆变器单元谐振抑制方法和逆变器集群谐振抑制方法两方面综述“双高”电力系统下光伏并网逆变器谐振抑制热点控制方法,为光伏并网逆变器的稳定性提升指明发展方向。

四自由度调制下DAB变换器的自抗扰控制

采用变频加三移相(TPS)的四自由度调制可以提高双有源桥(DAB)变换器工作效率。为改善四自由度调制下DAB变换器动态响应性能,提出了一种基于虚拟功率控制的自抗扰控制(ADRC)策略,建立了从虚拟功率到系统输出电压的数学模型,设计了一种四自由度调制下DAB变换器ADRC结构,并搭建了实验样机进行验证。

基于扩张式主从自适应陷波滤波器与动态频率跟踪的永磁同步电机无传感器控制

磁链观测法是永磁同步电机在中高速区域一种有效的无传感器控制方案。但是由于逆变器非线性、初始位置误差、电流测量偏置等因素,磁链估计结果将不可避免地含有斜坡信号、直流偏置和各次谐波等多种干扰信号。这些干扰信号的存在将降低无传感器控制的稳态精度,增加转速波动,严重时甚至使系统失稳。针对这一问题,提出了基于扩张式主从自适应陷波滤波器(EMAF)的磁链观测方案。利用不同干扰信号的特性,EMAF可同时跟踪磁链观测中的多种干扰信号;通过对积分对象中的直流偏差进行反馈补偿,EMAF可消除积分环节产生的斜坡信号。进一步地,给出了EMAF的参数整定图解法,将多参数整定问题转换为单参数整定。另外,为了提高频率跟踪环节的动态性能,提出一种考虑电机运动方程的动态频率跟踪算法。相比锁相环或锁频环,该算法在频率变化时可减小频率跟踪误差,避免频率突变引起的暂态振荡。不同条件下的实验结果验证了所提方法的有效性。

基于泰森多边图的分场景充电基础设施规划

随着电动汽车的普及和发展,充电基础设施的规划和建设将步入规模化、网络化及配置合理化时代,充电基础设施的布局规划尤为重要。该文以汉中市电动汽车充电基础设施规划为研究对象,采用层次分析法预测了汉中市电动汽车保有量、年充电量和需新建充电站数量,并根据泰森多边图对充电站进行了合理规划。规划结果表明,多场景充电基础设施规划方法能够大幅提高充电基础设施的覆盖率,提升电动汽车基础设施规划的科学性、合理性。

不平衡电网电压下精简矩阵变换器扩展直接功率模型预测控制

针对精简矩阵变换器(RMC)传统直接功率预测控制在电网电压不平衡工况下网侧电流畸变严重、输入功率和直流侧输出电压存在较大波动的问题。该文提出一种适用于RMC的扩展直接功率预测控制方法。推导分析不平衡输入电压下有功功率和无功功率的二倍频波动表达式,利用1/4电网周期延迟法提取电网电压、电流正负序分量,采用扩展瞬时功率理论重新构建瞬时功率的参考值,实现网侧功率和直流电压纹波波动的自抑制,最后搭建一台实验样机对所提方法进行了验证。实验结果表明,电网电压不平衡下所提方法使直流侧输出电压、有功功率和无功功率波动相较传统直接功率预测得到了有效抑制,实现了RMC网侧电流正弦且单位功率因数运行,验证了所提出方法的有效性和正确性。

带中点电位平衡控制的Vienna整流器滞环电流控制方法

针对三相三电平Vienna整流器存在的固有中点电压波动问题,提出将直流侧中点电压偏差引入滞环电流闭环控制中,通过调节指令电流的直流偏移量实现直流侧中点电压平衡控制。结合等效电路分析了Vienna整流器滞环电流工作原理,设计了电压外环控制器,并给出了滞环宽度和中性点补偿系数的选取依据。最后搭建了一台Vienna整流器样机对该方案进行了验证,实验结果验证了该方案的可行性。

适用于双级矩阵变换器的空间矢量过调制策略

针对双级矩阵变换器电压传输比低的固有缺陷,结合电流型及电压型变换器的过调制策略,提出了分别适用于双级矩阵变换器整流级和逆变级的空间矢量过调制策略,该过调制策略使最大电压传输比从0.866提高到1.053,输出电压基波幅值精确线性控制,谐波畸变率较小,其中逆变级调制策略还可有效抑制输入电压突升突降对输出性能的影响,同时无需预存大量数据,算法简单,易于实现。仿真和实验表明了文中过调制策略的可行性和正确性。

具有高电压传输比且能抵御非正常输入的Z-源双级矩阵变换器

针对传统矩阵变换器存在电压传输比低和输出性能易受非正常输入影响的两个固有缺陷,提出一种Z-源双级矩阵变换器(Z-source two-stage matrix converter,ZSTSMC)及其调制方法。利用Z-源网络的升压特性以提高电压传输比,通过Z-源网络电容电压闭环对直通因子进行自适应地调节,从而有效抑制非正常输入对输出性能的影响。闭环控制中采用一种非线性PID算法,削弱了Z-源网络表现出的非最小相位特性带来的不良影响,提高了系统动态性能和抗扰能力。仿真和实验验证了该拓扑的可行性和正确性。

基于模型预测控制的三相-一相矩阵变换器偏磁控制

针对3相1相矩阵变换器(3-1MC)中间侧无储能电容导致的弱抗扰性缺陷,提出一种适用于3-1MC带偏磁控制的模型预测控制(MPC)方法,利用模型预测控制提高3-1MC抗扰性。模型预测控制开关选择存在随机性,此随机开关状态会导致变压器直流偏磁饱和,在不改变硬件电路的前提下,在模型预测控制脉冲序列分配环节或品质函数中引入偏磁控制形成两种偏磁控制方案。搭建一台样机对方案进行验证,实验结果表明模型预测控制下3-1MC系统具有较强的抗扰能力,方案一改善了偏磁现象,方案二能有效解决3-1MC在模型预测控制下的偏磁问题。

矩阵变换器-永磁同步电机系统的S型滑模观测器矢量控制

针对传统滑模观测器开关函数切换带来的抖动、滤波器延时问题,利用S型开关函数替代滑模观测器中传统符号开关函数,在解决了上述问题同时省去了观测器中的低通滤波器和角度补偿环节,使系统具有响应快、鲁棒性强和结构简单等优点。分析了该观测器结构及消抖原理,依据稳定性判据给出了滑模增益取值范围,并将此S型观测器应用于双级矩阵变换器驱动的永磁同步电机系统,获得了优良传动性能的同时,更具有"绿色"网侧性能。实验结果验证了方案可行性和正确性。

带相位补偿环节的双级矩阵变换器网侧电流闭环控制

针对双级矩阵变换器(TSMC)输入功率因数易受系统参数和负载影响的问题,提出了一种带相位补偿环节的双级矩阵变换器网侧电流闭环控制方案。电流闭环确保输入电流严格跟踪电压,补偿环节实现了输入相位的无差控制。在推导TSMC数学模型,分析其输入功率因数角特性的基础上,给出了该方案的理论依据,并搭建了一台基于DSP+CPLD的实验样机。实验结果表明,该方案的采用最终使TSMC在各种系统参数和负载下具有优良传动性能的同时均能实现单位功率因数,并且降低了系统输入电流谐波含量,提高了输入电流正弦度,从而验证了该方案的可行性和有效性。

矩阵变换器改进型共模电压抑制方法仿真研究

针对双级矩阵变换器(Two-stage Matrix Converter,TSMC)传统空间矢量调制策略下共模电压瞬时值较大的不足,在分析共模电压产生规律基础上,提出了一种适用于TSMC的改进型共模电压抑制方法。为有效抑制共模电压,将整流级6扇区细分为12扇区,并根据整流级参考电流矢量所在扇区位置及直流侧电压大小,重新定义和分配逆变级开关切换点,并合理选择和分布逆变级零矢量,从而使TSMC共模电压瞬时最大值降低至原有的57.7%,有效降低了共模电压幅值,抑制了共模电压负面效应。仿真结果验证了方案的可行性。

基于DSP+CPLD的双级矩阵变换器调制策略实验研究

针对传统矩阵变换器(CMC)复杂的调制策略和换流问题,研究了一种能保持CMC所有优点而又能克服其不足之处的双级矩阵变换器(TSMC)。推导了其调制策略,分析了零电流换流原理,给出了实现框图,并最终搭建了一台基于DSP+CPLD的实验样机。实验结果表明,TSMC输入输出电流均正弦波,且输入单位功率因数。

双级矩阵变换器混合式换流

针对双级矩阵变换器(TSMC)整流级窄脉冲处四步换流失效和宽脉冲处零电流换流较难追踪覆盖的不足,提出一种混合式换流方案,将脉冲分为宽窄脉冲,宽脉冲下采用四步换流策略,窄脉冲处采用零电流协调换流,零电流换流协调会导致逆变级载波为动态不规则波形,较难实现,提供了一种依据整流级开关占空比调整逆变级信号波的简易实现方法,分析了原理,给出了示意图。搭建了一台样机对上述方案进行了实验验证,结果表明该方案的采用在确保系统具有优良网侧和传动性能的同时,实现了安全可靠换流,从而有效消除了由上述问题导致的过电流/过电压尖峰,提高了系统可靠性,为TSMC进一步工程应用奠定了基础。

基于改进型磁链观测器的TSMC-PMSM无速度传感器矢量控制系统研究

针对TSMC和PMSM各自独特的优点,设计了基于改进型磁链观测器的TSMC-PMSM无速度传感器矢量控制系统。整流级和逆变级分别采用无零矢量调制和电压空间矢量调制策略。采用反电动势积分法,通过带饱和反馈环节的磁链观测器和锁相环结构的转子位置和速度观测器,实现了位置和转速的估算,分析了各部分工作原理,给出了系统控制框图,并搭建了一台试验样机对方案进行实验验证。结果表明,文中方案的采用可确保系统在中高速场合具有良好传动性能和更优异的网侧性能。

TSMC-PMSM系统的高频信号注入法低速控制

针对双级矩阵变换器(TSMC)驱动永磁同步电机(PMSM)系统低速区,基于反电动势的传统速度估算方法失效的问题,将脉振高频电压注入法首次拓展至此系统,通过注入高频电压信号并检测转子电流响应获取转速信息,实现低速下速度准确估算。分析了不同注入信号对该算法的影响,根据需求选择了IIR滤波器作为该算法滤波器,给出了滤波器传递函数和设计步骤,为系统实现提供了依据。实验结果验证了方案的可行性和有效性。

带负载电流前馈的VIENNA整流器PR控制

针对三相VIENNA整流器传统PI控制器存在输入交流静差和抗负载扰动动态性能差的问题,提出一种适用于VIENNA整流器的负载电流前馈比例谐振(PR)控制策略。利用PR控制器有效消除输入电压电流相位差,实现无静差跟踪。并在电流闭环外嵌入负载电流前馈补偿环节,将负载扰动信息通过前馈环节直接作用于电流给定,提高抗负载扰动动态调节时间,增强系统抗扰性。并将所提方法与传统PI控制策略进行性能对比测试,实验结果表明所用方法可以有效提高负载扰动下的动态性能和改善输入功率因数。

基波幅值线性控制双级矩阵变换器过调制策略

针对双级矩阵变换器(TSMC)电压传输比低的固有缺陷,采用一种可提高电压传输比的双级矩阵变换器空间矢量调制策略,该调制策略分为线性调制区和过调制区,过调制区参考电压矢量由两部分组成,推导了过调制区参考电压矢量表达式,并得出了与线性区相似的占空比表达式。该过调制策略不仅能使TSMC最大电压传输比从0.866提高到0.955,扩宽了电压输出范围,而且具有输出电压基波幅值可以精确线性控制,输出谐波畸变率小、无需存储大量数据和数字化实现容易等优点。良好的实验结果验证了文中过调制策略的正确性和可行性。

双级矩阵变换器换流策略研究

针对双级矩阵变换器(TSMC)特殊的换流问题,研究了一种可使TSMC安全可靠工作的换流策略。分析了四步换流原理,给出了实现框图,并最终搭建了一台基于英飞凌单片机XE164+CPLD的实验样机,对换流策略进行了实验验证。实验结果表明,四步换流是一种切实可行的换流措施,不仅能实现TSMC安全可靠换流,且对TSMC输入输出性能无影响。