粗粒土力学特性的大型三轴试验及离散元—有限元耦合模拟

本文旨在探究粗粒土的力学特性,并揭示细观力学组构与宏观变形特征之间的内在关系。综合室内大型三轴试验及离散元—有限元耦合技术,建立还原大粒径块石含量及形状的粗粒土三维数值模型,基于柔性围压加载,考虑Rigid Block刚性块优化块石的细观模型,采用PFC程序对粗粒土试样开展了大型三轴试验数值模拟研究,分析粗粒土试样的宏观变形特征及细观力学组构特性。试验研究表明:该试样呈现出应变强化效应,在围压柔性加载下,试样侧向鼓胀变形,试样中部发育“X”形剪切带,竖直方向接触力链逐渐加强,呈现贯通趋势。结合宏观变形特征和细观力学组构综合分析,发现试样在竖直方向由压缩引发的变形程度较试样径向方向由剪切破坏所引发的变形程度更为显著,且竖直各向异性变化程度大于水平各向异性变化程度,这表明细观力学组构与宏观变形特征的变化趋势具有明显的一致性。

混合电动汽车功率变换器的研究

针对现有混合电动汽车能量管理系统所存在的功率密度低、可靠性差等问题,提出了一种基于级联H桥和矩阵变换器结构的高功率密度变换器拓扑。电池储能单元和车载内燃机发电单元提供整车驱动所需要的电功率,二者分别通过级联H桥电路和矩阵变换器与中频多绕组变压器输入侧绕组相连,中频多绕组变压器完成整车功率在电源和负载间的高效传输。其中,级联H桥电路作为储能单元控制电路的重要组成部分,在电池充放电过程中,负责均衡电池模块的动态电压。所提出的车载变换器降低了电池的串联规模和电容的使用量,显著提高了能量管理系统的功率密度和可靠性。在Matlab/Simulink环境中建立了相应的仿真模型,仿真结果验证了所提拓扑结构和相应控制策略的正确性。

微电网运行模式平滑切换的控制策略

研究了一种典型微电网拓扑结构运行在孤岛、并网模式下的切换问题。分布式发电微电网系统是位于用户附近的小型模块化电力能源,它靠近用户现场并可以在配电电压等级上实现与大电网联网,具有节省输电投资、提高供电可靠性、减轻大电网供电压力、减轻环境污染的优点。本文针对交直流混合母线微电网系统切换问题展开研究,分析了典型交直流混合母线微电网的拓扑结构与逆变器控制策略,针对两种不同切换模式给出了与之对应的控制算法,有效地提高了微电网系统切换过程中的稳定性。

电流环模型预测控制在PWM整流器中的应用

为了提高脉冲宽度调制(PWM)整流器电流环的响应速度,降低其对交流侧电感参数的敏感性,提出了一种改进的模型预测控制(MPC)方法,并将其应用于PWM整流器的电流环。改进的MPC方法,以PWM整流器的一阶差分方程为预测模型,并将微处理器的PWM输出延时考虑在内,对被控电流进行两步预测,克服了传统MPC控制运算量大、实现困难的缺点,同时保留了传统MPC优化控制、反馈校正的优点。实验结果表明,相比于传统的比例积分(PI)控制,本文方法能够有效提高电流环的响应速度,并显著提高系统的鲁棒性,改进系统控制性能。

一种PWM整流器的模型预测控制方法

为了提高脉冲宽度调制(PWM)整流器的动态响应速度,降低其对系统参数的依赖性,提出了一种改进的模型预测控制(MPC)方法。该方法以PWM整流器的一阶差分方程为预测模型,采用不同的控制周期分别对内环电流和外环电压进行预测,并实现对性能函数的优化求解,将传统MPC的三元高阶受限最优解问题转换为一个二元一阶非受限最优问题和一个一元一阶非受限最优问题,克服了传统MPC运算量大、难以实时控制的缺点,同时保留了传统MPC优化控制、反馈校正等优点。实验结果表明,相比于传统的矢量控制,所提方法能够有效提高PWM整流器的响应速度,并显著提高系统的鲁棒性,改进系统控制性能。

混合钳位型四电平和五电平逆变器拓扑结构和控制策略

为了提高传统二极管钳位和飞跨电容多电平变换器的电平数并减少钳位器件的数量,同时避免五电平有源中点钳位拓扑中开关器件的直接串联,提出一种混合钳位四电平逆变器拓扑及其扩展五电平拓扑结构。为实现悬浮电容和母线中点电压的平衡控制,提出一种改进的载波移相PWM策略,通过微调PWM脉冲占空比实现悬浮电容和母线中间电容的平衡控制。在此基础上为实现上、下母线电容电压的平衡控制,提出一种基于最优零序电压注入的平衡控制策略。研制了一台实验样机并通过实验验证了该拓扑及控制策略的有效性和可行性。

混合电动汽车多电平车载变换器的研究

以车载电源为动力的混合动力汽车已受到越来越多的关注。针对现有车载功率变换器存在的问题:电池单体动态均压、功率密度、使用寿命与安全性等,本文提出一种由级联H桥单元、矩阵变换器与中频变压器组合的交直流混合多电平变换器。该拓扑可实现交、直流两种输入模式的独立控制,兼顾电池供电和发电机供电,兼容Plug-in模式。采用中频变压器和矩阵变换器减小了系统的体积与重量,实现高功率密度运行,并使系统具备四象限运行能力。由于拓扑中不存在大规模电池组并联,可有效地提高电池组的使用寿命、可靠性和电能利用率。仿真和实验均验证了所提出方法的正确性和有效性。

采用混合电压矢量预选和参考电压预测的逆变器共模电压尖峰消除方法

近年来,模型预测控制被广泛应用于两电平电压源逆变器以实现共模电压抑制。然而,常规的模型预测共模电压抑制方法存在计算量大、受死区影响等问题。为此,提出一种改进的可消除共模电压尖峰的两电平电压源逆变器预测电流控制方法。首先,该文采用无差拍控制的思想计算参考电压矢量,并建立基于电压矢量的目标函数,以实现预测电流控制,并简化控制算法。其次,详细研究可消除共模电压尖峰的电压矢量预选方法,包括死区影响分析和电流纹波影响分析等,并基于该分析结果提出一种可完全消除共模电压尖峰的混合电压矢量预选方法。仿真和实验结果验证了所提方法的有效性。

多电平变换器拓扑结构综述及展望

多电平变换器具有输出谐波小、dv/dt小、器件电压应力小等优点,广泛应用于电力系统、电力传动等高压大容量电能变换场合。该文对多电平拓扑结构进行分析总结,为构造满足不同应用场合、不同特点的多电平变换器提供思路。文章首先从基本单元分析法出发,得出了多电平电路的具体实现方式,然后系统地介绍几种典型多电平变换器的拓扑结构和工作原理,再分别从不同的拓扑结构出发,回顾国内外最新研究进展,分析多电平拓扑结构的发展趋势,并且指出多电平变换器在新拓扑结构、软开关技术上的重要发展方向,为多电平拓扑结构的发展提供了新思路。

二极管箝位型四电平逆变器的中点电压平衡控制方法

二极管箝位型四电平逆变器具有开关器件少、输出电压高、结构紧凑、功率密度高的优点,在中压变频调速领域有很好的应用潜力。针对其母线中点电压平衡问题,提出一种新型载波交叠PWM调制策略,满足伏秒平衡原则。在此基础上进一步提出了一种可平衡母线中点电压的解耦控制方法,将3个母线电容的电压平衡控制分为2个解耦的控制目标:1)上、下母线电容电压的平衡控制;2)中间母线电容电压平衡控制。首先通过零序电压注入的方式实现上、下母线电容电压的平衡控制,其次通过微调PWM脉冲占空比的方式实现母线中间电容的电压平衡控制。研制了一台二极管箝位型四电平逆变器的小功率实验样机并实验证明了该调制策略以及电压平衡控制方法的正确性和有效性。

不对称电网电压下双馈风力发电机的控制方法

分析了不对称电网电压下双馈风力发电机的运行特性,进而提出一种基于多频点比例积分谐振控制器的矢量控制方法,通过定子侧功率的单闭环结构,实现不对称电网电压下的双馈电机控制。相比于传统的正负序双dq域控制,所提方法既不需要负序dq域控制器,也不需要转子电流内环,控制结构简单。同时,该方法只需对一个简单参数(λ[0,2])进行调整,即可实现不对称电网电压下双馈风电系统的多种不同控制目标。基于MATLAB/Simulink平台搭建了1.5 MW双馈风电仿真平台,仿真结果验证了所提算法的正确性和有效性。

基于直接虚功率控制的双馈风电系统并网方法

对双馈风电系统的并网方法及并网过程进行研究,提出一种基于直接虚功率控制(direct virtual power control,DVPC)的并网方法,通过引入虚功率的概念,使传统的直接功率控制(direct power control,DPC)亦适用于电机并网前的工况,控制定子电压同步并网。该并网方法不需要PI控制器和旋转坐标变换,并网前后控制器结构一致,过渡平滑,可实现较宽转速范围内的无电流冲击软并网,是一种双馈电机并网控制的有效方法。搭建了7.5 kW的双馈系统实验平台,实验结果验证了该文所提出方法的正确性和有效性。

悬浮电容钳位多电平矩阵变换器拓扑与控制

矩阵变换器已广泛应用于中低压系统中,但在高压领域,矩阵变换器的使用受到了开关器件电压等级的限制。将矩阵变换器与多电平拓扑相结合,有望成为解决这一难点的重要手段。文中论述了多电平矩阵变换器的结构特点,重点研究了采用悬浮电容钳位实现多电平矩阵变换器的可行性以及悬浮电容电压控制策略,提出了完整的输出电压与输入电流的状态空间矢量调制策略。最后,通过仿真与样机实验论证了控制算法的可行性、可靠性和有效性。

多电飞机高压直流供电系统稳定性研究综述

高压直流供电系统是未来多电飞机供电系统的重要方案之一,但其中大量电力电子装置的应用使得负载体现很强的负阻抗效应,严重影响了系统的稳定性。此外,直接互联的集成方法也经常导致其稳定性问题面临挑战,传统的李雅普诺夫稳定判据难以分析复杂直流系统。本文总结了5种小信号阻抗分析和4种大信号分析方法,使得针对复杂直流系统的稳定性分析更简便和有效。相对于无源阻尼法,有源阻尼的稳定性补偿方法不增加元器件,得到了国内外学者的广泛研究。根据补偿信号的构成形式,将有源阻尼法分为线性补偿和非线性补偿两类,并详细综述了两类方法中补偿信号的构成和补偿信号注入的位置,进一步比较了两类方法的优缺点。

风力发电系统综述

风能以其清洁无污染、可再生的特性成为传统化石能源有竞争力的替代品。全球风能的资源是巨大的,每年高达53万亿kW.h,是水能资源的10倍。如能全部利用,全球风能资源可达到2020年全球电力需求的两倍。此外,风能还是一种清洁的、可再生的能源。因此,大力发展风力发电对优化能源结构、实现能源供应多元化、多样化、应对气候变化、保护生态环境、促进经济社会可持续发展具有十分重要的意义。

华中8型多通道控制技术在玻璃加工机中的应用

介绍了配置华中8型数控系统的多通道控制技术在带机械手辅助上下料的玻璃雕铣机中的应用,自动上下料系统的构成,双通道工作的流程以及双通道程序的编制方法。

基于模块化多电平矩阵变流器的可调速抽水蓄能系统

可调速抽水蓄能电站可以有效平抑新能源出力波动,增强电网对新能源发电的消纳能力。模块化多电平矩阵变流器(M3C)作为一种极具潜力的高电压、大容量、组合式多电平变流器,可以有效满足可调速抽水蓄能系统对超大容量交交电能变换装置的需求。为解决目前可调速抽水蓄能系统中电力电子变换装置容量小、谐波大、调节速度慢等问题,提出一种基于M3C的可调速抽水蓄能系统,可显著增强可调速抽蓄电站对电网的频率调节能力。为验证相关分析,搭建了10kW具有27个子模块的M3C实验平台,以全功率型M3C带感应电机为例,验证了M3C抽水蓄能系统在水泵及发电模式下的全频域运行特性。

用于离岸风场高压直流输电的并网型多电平拓扑研究(英文)

提出一种新型的风力发电变换器拓扑结构。可用于离岸型海上风电场,并可采用高压直流输电的方式接入电网。其中,离岸部分包括5个单元结构,每一个单元结构均由一个永磁同步电机(permanent magnet synchronous generators,PMSG)和一个三电平中点钳位(3-level neutral pointclamped,3L-NPC)变换器组成,通过最大功率点跟踪(maximum power point tracking,MPPT)算法控制3L-NPC变换器,进而控制PMSG运行速度。离岸平台由半桥结构串联组成,用于平衡各离岸单元电压并控制总体直流侧电压为给定值。超高压直流电缆将被用于离岸侧和岸侧的功率传输。在岸侧,采用一种模块化多电平变换器(modular multilevel converter,MMC)实现直流到交流的逆变,并将系统接入电网。

模块化多电平矩阵变换器开关次数最优的拓扑连接策略

模块化多电平矩阵变换器(MMMC)能实现三相AC-AC的变换,具有模块化及良好的低频特性等优点,可直接用于高压大容量变频调速系统。MMMC主要包括不含支路电感的传统拓扑与包含支路电感的拓扑,不含支路电感的MMMC能减小系统的体积与重量,但调制过程中拓扑连接方式多变且调制过程非常复杂。针对不含支路电感的MMMC进行研究,建立该拓扑的开关函数模型,基于空间矢量调制提出开关次数最优的拓扑连接策略。提出的拓扑连接策略保证了拓扑开关次数最优的同时大大简化了拓扑调制过程。仿真和实验结果验证了提出拓扑连接策略的可行性。

一种基于直流微网技术的新型地铁能量回馈系统

针对地铁传统能馈系统中刹车回馈能量损失较大的问题,提出了一种新型地铁能量回馈系统及其控制与能量管理策略。首先,所提出的新型能馈系统相比传统方案,通过引入超级电容与UPS电池构建混合储能,实现了列车刹车回馈能量的全部吸收,减小了牵引网侧直流母线电压波动和牵引变电站的功率峰值要求,同时充分整合站内浮充UPS资源,降低储能设备成本。随后,分析了系统源荷储在理想状态下的功率分配,并基于直流母线电压信号的下垂控制,提出一种可实现电池SOC复位的改进下垂控制方案,有效控制了牵引直流母线电压并合理分配了功率。并通过对电池SOC的闭环控制,在保证UPS应急功能正常工作下,充分发挥了电池的功率平滑优势。仿真和实验验证了所提出新型地铁能馈系统的可行性与有效性。