基于等效阻抗的铁心磁导率小信号测量及分析

现有软磁材料磁特性测试设备通常针对带材或者圆环形标准试样,对于大容量变压器或电抗器的铁心磁特性测量则需要搭建测试平台,用时域法测量铁心磁导率。LCR电桥小信号测试方法相比于时域法可以较为方便地测量变压器铁心激磁电感,进而在一定程度上评估铁心磁导率。因此,基于测试回路的等效电路,对比分析了LCR电桥开路电压模式、恒电压模式、恒电流模式3种工作模式下磁导率的测量原理和铁心磁化曲线工作点,总结了基于LCR电桥的铁心磁导率小信号测试方法的适用范围,针对非晶铁心试样开展了浸漆前后磁导率的对比测试。研究结果表明:LCR电桥小信号测试方法相比于时域法,测试步骤更简单便捷,适用于批量化变压器或者电抗器的铁心一致性测试。

双有源桥DC-DC变换器三移相调制及其死区效应分析和补偿

针对双有源桥(DAB)变换器宽电压范围应用,该文研究一种全工况连续、表达形式统一、计算量小的三移相(TPS)调制策略,并分析其功率传输特性及软开关性能。结合工程应用中的非理想因素,对TPS调制不同开关模式下的死区效应及其边界进行研究,给出DAB宽电压范围运行时避免电压跌落和极性反转的约束条件。针对死区引入的移相比损失、软开关范围减小等问题,提出一种基于开关脉冲调整的死区补偿策略以补偿移相比损失,重新获取全工况软开关范围,降低死区引入的附加电流应力及损耗、提升效率。最后通过仿真和实验验证所提策略的有效性。

考虑漏感频变特性的三相立体卷铁心变压器建模及分析

针对一种宽输入电压范围双向逆变电源,可采用磁集成方法提高其功率密度。与传统三相平面叠铁心变压器相比,立体卷铁心变压器具有磁路对称、重量轻等优势,该文拟开展PWM非正弦激励下考虑漏感频变特性的立体卷铁心变压器建模相关研究。首先,基于Foster频变磁阻模型,提出一种考虑漏感频变特性的立体卷铁心变压器模型,通过全局优化算法计算模型参数;其次,针对级联H桥组合式DC-AC拓扑的典型工作点,分析了PWM非正弦激励的谐波特征,重点关注不同H桥之间各次谐波的相对相位关系,给出简化等效电路;最后搭建逆变电源试验平台,开展了稳态和动态试验,验证了模型的准确性。

基于端口电压积分与变下垂系数的逆变器并联下垂控制策略

孤岛微电网中逆变器采用传统下垂方法并联时,由于逆变器输出阻抗和线路阻抗差异,可能存在无功功率不均分和输出电压偏移过大的问题。该文分析了并联系统功率分配机理和输出电压外特性,提出了一种基于端口输出电压积分与变下垂系数结合的下垂控制方法。通过电压电流双环控制器参数设计,实现有功功率和无功功率的解耦,使逆变器适用P-ω/Q-V下垂控制策略;通过无功功率均值与实时无功功率误差调整下垂系数实现无功功率的均分,通过端口输出电压积分抑制输出电压偏移过大。仿真和实验结果表明,该文所提控制方法提高了无功功率均分精度,同时将逆变器输出电压相对于额定电压的偏移维持在±5%范围内。

基于多次采样的中压大容量逆变电源建模及控制参数全局优化

中压大容量逆变电源可以实现中压直流至低压交流的电能变换,如何在低开关频率下实现较高的动态响应能力是其核心瓶颈问题之一。针对上述问题,该文尝试引入多次采样控制技术。首先,建立中点钳位(NPC)H桥组合式三相逆变电源主电路的状态空间平均模型,并基于Pade近似建立考虑多次采样的逆变电源系统级闭环模型。然后,基于上述模型分析不同采样次数下系统的动态特性,分析结果表明,多次采样能增大系统带宽、降低系统超调量和扩大系统控制参数的选取范围;进一步提出基于闭环带宽的采样次数选取方法。再次,分析闭环系统对控制参数的灵敏度,进而对控制参数进行全局优化。最后,通过等比例缩小实验平台验证了该文所提方法的有效性。

大容量非晶合金中频变压器的噪声抑制技术

从噪声源和噪声传播途径两个方面讨论了大容量非晶合金中频变压器的噪声抑制措施:通过对比两电平与三电平移相全桥逆变电路输出电压的总谐波畸变率确定直流变换器中逆变电路的工作点,从源头上抑制噪声;通过增加内衬吸音海绵的隔音柜阻碍空气噪声传播,并通过自行研制的一台大容量直流变换器进行了试验验证。结果表明:该措施能够很好地抑制中频变压器噪声。

三电平移相全桥直流变换器的变压器直流偏置分析与抑制

隔离型中压大容量直流变换器在低开关频率下可能存在直流偏磁问题。针对三电平移相全桥直流变换器拓扑,首先分析中频变压器一次电压谐波含量,结合电压电流双闭环控制策略,推导考虑移相角波动的变压器一次电压直流分量表达式,研究移相角交流分量与一次电压直流偏置分量的关系,再进一步分析控制频率对电压直流分量的影响。建立实验平台进行实验,对比不同控制频率下中频变压器的直流偏置,验证理论分析的正确性。

直流区域配电低压交流网络协调保护试验

传统船舶电网普遍采用辐射状交流网络结构,由交流发电机供电,采用时间电流原则整定断路器以实现协调保护,而船舶直流区域配电系统中,低压交流网络由DC/AC变电模块供电,电力电子装置输出过电流能力有限,若无法为下级断路器提供足够的短路电流以切除短路,可能导致大范围失电,因此低压交流网络存在电力电子装置与下级网络的保护协调问题。从直流区域配电系统中DC/AC变电模块主电路结构、控制保护策略及下级断路器整定配置3个方面探讨了低压交流网络的保护方法,在PSCAD/EMTDC软件中建立了仿真模型,构建了由逆变器供电的低压交流网络,并进行了相关试验。仿真和试验结果验证了上述保护方法的有效性。

中频变压器并联绕组环流的频率特性及其对等效电阻的影响分析

传统降压型大容量电力变压器普遍使用一次侧分段串联、二次侧并联(PSSP)的绕组形式,以增加二次绕组的导体截面积,但是PSSP变压器应用于中频场合会产生绕组环流问题。为分析PSSP变压器绕组环流,该文建立PSSP变压器的耦合模型,提出用转折频率描述环流比例系数幅值的关键特征,并推导转折频率计算公式,进而研究二次绕组直流电阻不对称、耦合电感不对称对绕组等效电阻的影响,并建立实验平台。结果表明,考虑环流理论模型计算得到的等效电阻值与实测值误差在3%以内,转折频率的计算公式同样得到了验证,可用于中频变压器并联绕组的设计校核。

基于辅助绕组的中频变压器绕组交流电阻测量方法

在电力电子应用场合,为了校核中频变压器绕组损耗设计值,需要进行绕组交流电阻的精确提取。目前通常用阻抗分析仪、LCR参数测试仪等设备测量变压器短路阻抗以得到绕组交流电阻,但是仅能得到一次、二次绕组总的等效交流电阻,无法将一次、二次绕组的交流电阻分离。该文主要研究能够实现一次、二次绕组交流电阻分离的测量方法。首先建立变压器互感耦合模型,进行辅助绕组测量方法的误差分析,研究各绕组之间的耦合关系对阻抗测量结果的影响;进而提出对称耦合辅助绕组测量方法,开展2kW中频变压器样机在负载工况下的交流电阻在线测量实验,通过理论分析、有限元仿真及短路试验结果验证所提测量方法的准确性。

大容量箔绕式中频变压器散热气道设计方法

针对传统电力变压器风冷散热设计方法难以满足大容量中频变压器散热需求的问题,首先基于中压大容量DC/DC变流器拓扑及其移相控制PWM方式,讨论了非正弦供电中频变压器的铜耗、铁耗计算方法;然后,基于损耗平均分布的原则提出非正弦供电大容量中频箔绕式变压器散热气道设计方法,进行散热风道的精细设计,实现了变压器各发热体的良好散热,并进行了有限元仿真及温升试验。试验结果表明:绕组气道平均风速达到12.6m/s,绕组温升49K(温升限值85K),验证了该散热气道设计方法的有效性。

飞轮储能抑制舰船综合电力系统直流母线电压波动的研究

舰船综合电力系统直流网络突加一定恒功率负载时会产生较大的电压波动,这主要是由电网中电能供需的不平衡造成,而飞轮储能装置可以解决上述问题。本文详细分析了储能装置运行特性,将其划分为充能、保持、调节三种工作模式,设计了一种基于矢量控制的综合控制策略。在PSCAD/EMTDC仿真平台中构建了综合电力系统直流网络简化仿真模型,仿真结果表明此控制策略下飞轮储能装置的工作模式能平滑快速切换,功率控制响应速度快,直流母线电压暂态过程波动显著减小。

电力电子动态仿真可信度的初步研究

随着电力电子技术的发展及普及推广,电力电子数值仿真也得到了广泛应用。与此同时,电力电子动态仿真的可信度也备受重视。首先介绍了仿真可信度的主要研究热点,在此基础上归纳电力电子仿真可信度研究的关键问题,如电力电子系统试验测量不确定性评估、仿真误差评估、模型及参数修正方法、先验仿真的不确定度评估等,最后给出了电力电子先验仿真在样机研制过程中的应用示例。

舰船综合电力系统飞轮储能控制器设计

未来舰船综合电力系统将采用中压直流分布式供电网络结构,其动态特性易受故障、投切负载、脉冲负荷等影响,需配置储能模块以满足系统供电需求。为此,该文设计了由异步电机、飞轮和双向变流器三大模块组成的直流并联型飞轮储能装置,以空间矢量脉宽调制(space vector pulse width modulation,SVPWM)技术为基础,提出了飞轮调节阶段"电压外环+电流内环"和保持阶段"转速外环+电流内环"的双模式双闭环控制策略,以及相应的飞轮工作模式自动切换流程。通过构建飞轮储能装置试验平台及对应仿真系统,完成了突加负载时的仿真、试验对比分析,结果表明,所设计的飞轮储能装置能够根据系统监测结果自动切换工作模式,调整直流主网电压,补偿系统功率,有效抑制舰船综合电力系统的电压波动,提高供电品质。

舰船综合电力系统智能保护方法研究

舰船综合电力系统在保护方面存在若干问题:多种工况导致断路器整定值难以选取;系统分级增多,时间原则下的保护延时大大增加;电缆长度较短,致使相邻两级故障难以区分。基于BP神经网络,提出一种电流、电压有效值作为输入,神经网络识别结果作为输出,并用输出结果来控制断路器的通断,实现舰船综合电力系统故障定位的智能保护方法。介绍PSCAD/EMTDC与C接口原理,对神经网络输入量选取原则及处理方法进行说明,并调用BP神经网络C程序进行了仿真验证,结果表明该智能保护方法是保护舰船综合电力系统,提高舰船战斗力和生命力的有效方法之一。

一种四管动作的高压大功率三电平变流器双脉冲测试方法

多电平逆变器适用于高压大功率的应用场合,但其结构复杂,所需的功率开关器件众多,给电路的设计和性能测试带来很多新问题。为了测试各开关器件的电压电流应力、缓冲电路抑制电压尖峰的效果和层叠式复合母排的性能,该文针对一台高压大功率二极管箝位型三电平变流器,提出一种四管动作的双脉冲测试方法,该方法不同于用常规的斩波电路进行双脉冲测试,而是在实际装置中进行,能够模拟变流器正常工作时的所有换流模态,更真实地反映各功率开关器件的动态特性。若双脉冲的时序和脉宽设计不当,功率开关器件会出现非正常的换流模态和很大的关断过电压,过大的关断过电压可能导致器件失效。该文深入研究了产生过电压的原因并得出故障时封锁脉冲的时序。该文研究成果为二极管箝位型三电平全桥电路的测试提供了有效手段,对于设计可靠的三电平变流器具有理论和现实意义。

中压大容量三重化三电平直流变换器冗余容错控制

三重化三电平直流变换器适用于高压直流输入、大电流直流输出的应用场合,其多模块交错并联组合的特点可有效提高系统工作的可靠性。为了切实体现这一优点,需实现该系统的冗余容错运行。首先从理论上分析交错角对系统冗余容错运行的影响,计算得到交错角的最佳值;继而提出一种电压电流双闭环PI控制加实时调节交错角的冗余容错控制策略,该控制策略依托于变换器的光纤环网通信分布式控制系统,保证了各模块的对等独立和功率均分,实现了变换器的冗余容错运行。最后通过一台MW级样机验证了所提控制策略的正确性和有效性。

十二相同步发电机降阶等效模型研究

十二相同步发电机整流系统能够提供高品质直流电能,但是发电机模型复杂,解析分析困难。为此,推导了十二相整流发电机的等效三相降阶模型和状态空间平均模型,简化了模型复杂程度,提高了仿真计算效率。等效三相发电机模型能够同时适用于大、小扰动,经突加突卸负载、调整励磁电压以及突然短路验证,能够正确反应十二相电机运行特性。状态空间平均模型在小扰动时能够准确模拟十二相电机计算结果,进一步提高计算效率,并为整流发电机系统的理论分析奠定了基础。最后,在PSCAD中建立了十二相电机的三相等效模型和平均模型,通过对其进行大、小扰动仿真对比,验证了降阶后模型的正确性。

直流变换器模式快速识别PI自适应控制策略

针对三电平H桥直流变换器在传统的PI控制下,受到电流连续模式和电流断续模式切换大扰动时动态性能较差的问题,提出了一种新颖的模式快速识别PI自适应非线性控制策略。采用状态空间平均法和开关网络平均法,建立了变换器在两种模式下的数学模型,并设计了数字控制器。控制器有效提取了电感电压特征,能在一个开关周期内对模式进行快速识别,克服了依据电感电流检测模式速度慢且准确性不高的问题,从而根据模式实时改变PI参数以实现最佳的动态性能。将新型控制策略和传统PI控制进行了对比实验研究,实验结果表明变换器在突加50%负载工况后,采用新型控制的输出电压最大跌落较传统控制降低了25.2%,从而验证了该新型控制策略的可行性和有效性。

考虑涡流的中频变压器箔式绕组电磁振动数值计算与分析

在应用于直流微网、舰船直流区域配电等独立电网领域的隔离型直流变换器中,中频变压器绕组是主要振源之一,需要分析其产生机理及分布规律。本文建立考虑涡流的中频变压器箔式绕组电磁振动仿真计算模型。首先仿真分析箔式绕组电流密度的二维分布规律以优化网格划分,并通过三维模型计算了箔式绕组的电磁力;研究了箔式绕组的自由振动模态及其影响因素;在此基础上针对25kW中频变压器建立了箔式绕组电磁-结构顺序耦合模型,考虑了中频非正弦输入时涡流对电磁力分布的影响,实验测量与仿真振动加速度响应的平均误差约为1.3dB。本文工作为非正弦供电中频变压器的电磁振动预测及分析奠定了基础。