共高频母线电能路由器局部模块闭锁研究

以模块化多有源桥电路为基础的新型共高频母线结构的电能路由器由于具有变换环节少、功率密度高等特点,在交直流混合系统应用中具有显著优势。实际应用中,局部模块因故障保护或冗余控制等原因需封锁器件脉冲停运,但在杂散参数引发的高频振荡影响下仍能传输功率,可能造成系统安全问题。为保证装置的稳定运行,文中建立高频母线结构下的闭锁模块高频振荡模型,可快速计算不同工况下的电路稳态波形,由此分析局部模块闭锁后的系统振荡特性和模块功率传输行为,并提出于模块交流侧安装隔离开关的措施,分析隔离开关杂散参数对振荡特性和闭锁模块传递功率行为的影响。最后,在实际功率单元模块进行实验,仿真和实验对比验证了所提模型的准确性和隔离开关措施的可行性。

基于AI制图的数据集制作方法及可行性论证

为了解决传统数据集采集困难、部分数据对环境要求高等问题,提出一种基于AI制图的图像数据集扩展方法并通过实验证明其可行性。验证实验以改进后的残差网络(residual network,Res Net)为基础,采用等间距学习率调整法实现模型优化,同时使用原数据集进行对照实验。实验结果表明:利用AI生成图像作为数据集的方法是具备可行性的,该方法准确率相较于样本较少的数据集提高了9.3%,与作为对照的原数据集训练的模型相比提高了7.8%。

无线电能传输平板型磁耦合机构电感解析建模方法

在无线电能传输系统中,磁耦合机构的设计优化对整个系统的性能至关重要。当前这一过程优化往往依赖于有限元仿真和经验优化,其仿真计算速度较慢,严重限制了优化效率。而现有的电感解析计算公式无法求解含有限大磁体的磁耦合机构电感。针对工程中大量采用的含有磁芯的磁耦合机构电感难以快速计算的问题,该文提出一种典型平板式磁耦合机构电感解析建模方法。该方法基于磁路分析、磁阻建模、参数定标与修正等,实现了磁耦合机构由几何参数到电感参数的快速映射。与有限元仿真相比,提出的解析模型提升了求解磁耦合机构电感的计算速度及磁耦合机构的优化效率。通过有限元仿真及实验,验证了该解析建模方法的精度和速度。

面向交直流混合配电系统的多端口电力电子变压器研究综述

多端口电力电子变压器作为交直流混合配电系统的一种关键枢纽设备,具备能量流动双向、潮流灵活调节、谐波无功可控和端口故障隔离等功能,近年来得到越来越多的关注。针对面向交直流混合配电系统的多端口电力电子变压器,层层深入推演了其拓扑结构的发展历程,从图论的角度归纳出星型和串型结构,从公共能量汇集环节形式的角度归纳出共直流母线结构和高频耦合的结构。然后,对比分析了不同拓扑结构的优劣势,并给出实际交直流混合配电系统不同需求下的拓扑结构选取原则。进一步地,总结了多端口电力电子变压器在仿真、设计、控制与保护方面的应用挑战,进而展望了未来的技术发展方向。

基于开关组合规律的双有源桥DC-DC变换器传输功率特性

双有源桥DC-DC变换器(DAB)采用移相控制时拥有三个互相独立的移相自由度,通过DAB一次侧、二次侧输出电压的解耦,将三个移相自由度任意组合下的DAB工作状态划分为12个模式。对12个模式的传输功率分别进行计算,推导各模式下传输功率的取值范围,并在此基础上对三重移相控制下DAB的传输功率特性进行研究。通过对三个移相自由度做一些特殊赋值,三重移相控制可以简化为单重移相控制、拓展移相控制和双重移相控制,研究这四种移相控制方法的传输功率范围,并对它们功率传输的灵活性进行比较。最后,通过实验验证了理论分析结果。

一种基于损耗模型的双有源桥DC-DC变换器效率优化方法

对双有源桥DC-DC变换器(DAB)系统中的各部分损耗进行建模,并依据此模型,以提升效率为目标,对DAB系统进行优化设计。首先,介绍单移相调制策略下的DAB工作原理,并推导漏电感电流有效值的解析表达式。为突出DAB的电流波形特征,引入电压转换比的概念,这一概念与变压器匝比相关。然后,介绍损耗建模方法。DAB系统的损耗主要分为两部分,一部分源于半导体器件;另一部分源于高频隔离变压器及电感。两者的损耗数值不仅由本身的材料特性决定,同时与运行工况紧密相关,如传输功率、电压、电流等。将单移相调制下的DAB电流、电压波形特征,与器件和变压器的本身特性结合考虑,解析建立DAB的稳态损耗模型。并在此基础上,通过数值计算的方法,对电压转换比进行优化设计,同时优化移相比的选择,增强软硬件的适配性,提升DAB的整体效率。最后,通过实验对所建损耗模型及优化方法进行了验证。

基于能量平衡的降低模块化多电平变换器子模块电容电压波动控制策略

电容器是模块化多电平变换器(MMC)子模块的关键部件,降低子模块电容电压波动是提高电容器可靠性和降低变换器成本的双重要求。首先分析不同环流对MMC电容电压波动的影响,指出注入典型2次环流是降低电容电压波动和减少器件损耗较好的折中方案。然后,在介绍已有基于工频周期的能量平衡控制策略基础上,提出基于控制周期的能量平衡控制策略,在达到注入典型2次环流降低MMC电容电压稳态波动的同时又能取得较好的暂态性能。所提出的基于能量平衡的控制策略,与常规PI控制器相比避免了繁琐的参数整定过程,并适应各种工况。最后,通过仿真和实验验证了所提控制策略的有效性。

基于开关瞬态波形提取高频隔离变压器漏感参数

双有源桥(DAB)DC-DC变换器中的高频隔离变压器是电能路由器的核心器件之一,在整个系统中承担着电气隔离、电压变换和功率双向传输的功能,对高频隔离变压器的漏感参数进行精确提取具有重要意义。而基于传统变压器实验的漏感测量方法不能很好地匹配变压器的实际工作波形,为此,提出一种基于DAB移相控制实验的提取漏感方法。基于该方法,在不同的工作频率和电压条件下,对待测变压器进行了多组实验,实验结果证明了该方法的有效性。最后分析总结了变压器漏感和工作频率、电压幅值、移相比等因素的变化关系。

级联恒功率负载情况下三相并网PWM整流器基于TS模糊模型的稳定性分析

恒功率负载(constant power loads, CPL)的负阻抗特性是引起前端独立运行能够稳定的变换器带负载时却失去稳定的主要原因,由于电路状态方程的非线性,难以得到状态变量的时域解来判断系统稳定性。基于小信号线性化、以特征根的分布来评估系统稳定性的方法,需要在平衡点处线性化并以数值方法求解特征根,且无法描述出大信号扰动时的渐近稳定范围。针对并网型三电平整流器直接带恒功率负载和以LC滤波器连接恒功率负载的2种系统,使用Takagi-Sugeno(TS)模糊推理模型方法建立考虑主电路参数和控制器参数的全阶模型,以线性矩阵不等式(linear matrix inequality,LMI)的半正定规划是否能够求解作为系统稳定判据,从而能够分析系统参数与稳定区间之间的关系。同时构造的Lyapunov备选函数能够绘制出稳定吸引域(stability domain of attraction,DOA),实现大扰动情况下的稳定性分析。仿真和实验验证了该方法的有效性和实用性。

电能路由器设计自动化综述——设计流程架构和遗传算法

电能路由器在未来能源互联网、泛在电力物联网等领域具有广泛的应用前景,具有多级联、多端口、多流向和多形态的特征,这些特征给传统人工设计带来诸多难题。电力电子设计自动化有望克服设计目标权衡困难、裕量设计浪费成本、硬件迭代耗时耗力、设计自动化程度低等挑战。在宽禁带器件蓬勃发展、计算机性能快速迭代、变换器应用场景延伸细化的三重推进下,电力电子设计自动化有望实现设计集成化、精细化和快速化。电能路由器设计问题可以抽象为多学科优化问题,该问题数学性质差、问题规模大,传统优化算法难以胜任,而遗传算法在解决此类优化问题上性能优异。该文在系统总结当前主流的电力电子系统的设计流程和设计软件架构的基础上,分析了遗传算法解决电力电子设计自动化问题的适用性,总结了电能路由器设计自动化潜在的问题和挑战,并给出相应的建议。

高性能电力电子设计自动化求解器关键因素与解决方法

电力电子设计自动化有望加快电力电子系统设计效率,优化设计结果,兼具实用性和通用性。但面对复杂结构的大容量电力电子装置设计问题时,现有的设计工具在设计速度和精度这两个矛盾性能上的权衡失调,无法应用于工程实践。当前研究侧重多物理模型的建立和求解,忽略了设计架构、设计流程、优化算法等求解器范畴的关键因素对设计性能的提升。文中提出一种用于电力电子设计自动化的求解器,方法论上,所提出的求解器与电力电子系统特性深度适配、与实用需求紧密结合、搭建统一框架,预留接口增加可扩展性和适用性;效果上,与已有设计工具相比,能在更短的设计周期内,优化并平衡了变换器损耗与体积的综合性能。最后,使用该工具设计一套50kW隔离双向DC-DC变换器样机,通过实验验证了所述工具计算合理性和优异性。

基于占空比同步的电力电子变压器低压交流端口模式切换控制

多端口电力电子变压器是面向未来智能配电网的关键设备,正示范应用于新能源发电、交直流混合电网和数据中心供电系统中。当多台电力电子变压器集群运行时,能够提供互联、共享、互补、优化的能力,但需要互联端口模式切换控制的支撑。该文依托电力电子变压器集群示范工程,提出一种基于占空比同步的交流端口模式切换控制,能够不依赖端口控制策略的同构性,而有效减小切换过程的暂态冲击。该文通过谐波线性化方法分析了并联逆变器系统阻抗特性,对切换过程中出现的振荡问题进行了分析,提出基于改进阻尼和分步同步切换策略,提高了切换过程的稳定性。在两台MA·A级电力电子变压器互联系统上,实验验证了所提控制的有效性。

电力电子系统中器件利用率计算与评估方法

电力电子系统性能评估有不同的评价指标,其中器件利用率是一个很重要的指标,但鲜有系统化的评价方法。在电力电子系统设计过程中,对于半导体开关器件的选型主要由工程经验确定,没有定量方法的指导。以电能路由器为例,提出一种计算和评估电力电子系统中器件利用率的方法,应用于各种不同的组合电路中,通过对电路及器件参数的分析与计算,得到器件利用率的结果。器件利用率的数值越高,说明器件利用程度越高。对不同方案的器件利用率进行计算与比较,得出不同方案中器件利用程度的定量对比结果,以此作为器件选型的定量依据。通过具体实例分析器件利用率的应用场景,验证了器件利用率计算和评估方法的有效性。

电能路由器公共高频母线超瞬态过程机理及抑制措施

作为一种新型拓扑,基于模块化多有源桥的共高频母线结构正被应用于多端口电能路由器领域。由于H桥桥臂输出电压突变,会造成高频变压器内部集成的移相电感和分布电容产生自由振荡,从而引起高频母线电压出现数MHz的超瞬态过渡过程,极易造成电磁干扰、触发驱动板故障,对模块规模化的高压大容量电能路由器的可靠性产生严重负面影响。该文首先对振荡支路的分布参数网络进行简化等效,并建立超瞬态过程的时域模型,对其产生机理进行了深入研究;其次,基于时域模型,分析这类超瞬态行为的主要影响因素,并通过时间尺度的转换,提出一种在高频母线上并联"不控整流(10)阻尼电阻"的抑制措施,介绍了阻尼电阻的设计方法;同时,给出关键分布参数和瞬态行为的关系,有助于实现高频变压器参数的提取和科学设计;最后,通过模块级、装置级实验分别对两端口和多端口拓扑结构进行验证,证明理论分析的准确性和抑制措施的有效性、实用性。

基于离散状态事件驱动的电力电子仿真技术和仿真软件发展现状与展望

电路仿真已经成为电力电子系统分析设计的基础性和支撑性技术之一,基于此形成的电力电子仿真软件是相关科学研究、产品开发和工程应用不可或缺的数值实验平台。然而,由于电力电子系统具有连续与离散过程相互混杂的特点,系统动力学行为跨越s到ns等多个时间尺度,其仿真技术和仿真软件发展仍面临诸多挑战和瓶颈问题。近期,相关系列研究提出了离散状态事件驱动(discretestate event-driven,DSED)的建模仿真理论方法,基于此形成了通用电力电子仿真软件,为解决电力电子混杂系统多时间尺度高效仿真提供了新的技术路线和解决方案。这一方法正在动态发展之中,为了更好地总结和展望其相关研究成果,文中首先分析电力电子系统的多时间尺度混杂特性,在此基础上阐述电力电子仿真技术的发展现状及面临的瓶颈问题,然后系统性地总结针对瓶颈问题提出的离散状态事件驱动建模仿真理论方法,进一步介绍和对比分析电力电子领域常用的商业仿真软件及基于离散状态事件驱动形成的DSIM仿真软件,最后展望相关电力电子仿真技术和仿真软件的未来发展方向。

共高频交流母线的电能路由器直流端口控制策略

在电能路由器的开发中,共高频方波交流母线的拓扑得到越来越多的关注。相较于传统的共直流母线拓扑,共交流母线的模块化多有源桥拓扑在模块化设计的基础上,可以灵活实现不同电压与功率等级的端口扩展。对该拓扑的两部分电路(模块化多有源桥和电压平衡器),分别设计了对应控制策略以实现对直流端口的控制。给出了端口在恒功率、恒压2种运行模式下的稳态运行及模式切换的控制策略。针对双极性直流端口,给出了对应的电压平衡器的建模与控制策略。最后,通过仿真和实验样机对策略进行了验证。

电能路由器中压交流端口多形态的多维解耦控制

电能路由器(electric energy router,EER)的中压交流端口(medium-voltage AC,MVAC)连接10kV交流电网,要求同时兼顾有功跟随、无功补偿和有源滤波等多种功能形态,而多形态的控制存在强耦合的特点。该文采用功率和电流两个维度的分析方法,在规律分析中实现多形态的解耦和控制。从功率的维度,在dq坐标系下对瞬时有功功率进行分解,获得三相有功功率的分布规律,通过注入负序电流和对三相有功偏差的调节,解决三相有功不平衡的控制问题。从电流的维度,提出在正序dq坐标系下对基波正序和高次谐波构成的统一分量进行调节、在负序dq坐标系下对基波负序分量进行调节的控制方案,通过合理组合不同中心频率的陷波滤波器(notch filter,NF)并用于控制回路中实现对电压、电流的解耦和准确提取,采用PI+矢量PI(vector proportional integral,VPI)调节器对基波正序和高次谐波构成的统一电流分量进行控制,有效补偿了被控对象造成的相位偏移影响,实现了对高次谐波电流的跟踪。该文还从系统的稳态和动态性能出发,对各控制环节的参数进行了详细设计,最后通过等比降容的MVAC-EER实验平台验证了控制策略的有效性和参数设计的正确性。

InterTan系统内固定对老年股骨粗隆间骨折患者髋关节功能的影响

目的探讨InterTan系统内固定对老年股骨粗隆间骨折患者髋关节功能的影响。方法 选取我院2016年1月至2018年1月收治的老年股骨粗隆间骨折患者40例作为研究对象,采用随机数字表法将之随机均分为2组,对照组20例采用动力髋螺钉(DHS)治疗,观察组20例采用InterTan系统内固定治疗,观察比较两组手术情况、髋关节功能及并发症发生情况。结果 观察组手术时间、下地负重时间较对照组明显更短,术中出血量较对照组显著更少(P<0.05);观察组髋关节功能恢复优良率为95.00%,比对照组70.00%的恢复优良率显著更高(P<0.05);观察组术后未发生并发症,而对照组术后并发症发生率为20.00%,观察组明显低于对照组(P<0.05)。结论 临床治疗老年股骨粗隆间骨折采用InterTan系统内固定能够有效缩短手术时间,减少出血量,促进患者术后髋关节功能快速恢复,提高恢复效果,减少并发症,值得推广。

强夯法处理湿陷性黄土地基的试验研究

通过对比分析强夯后夯点与夯区外的现场及室内试验结果,得出单击夯沉量随夯击次数的增加逐渐减小,并逐渐趋于稳定。根据夯点下土体变形分析可得,夯击能主要消耗在土体的竖向压缩变形上,侧向挤出量不大。试验夯点相对于夯区外土体的参数有较大改善,使土体压缩,增加其承载性能,同时随着深度的增加各参数提高幅度逐渐减小,夯点与夯区外逐渐趋于相同,说明在强夯过程中夯击能量逐渐消散。实测数据具有科学价值,能为学者今后的研究提供有意义的参考。

面向区域电能路由器的高效仿真建模方法

随着区域电能路由器功率等级的提升,其拓扑结构和控制策略设计越来越复杂。如果基于装置的详细拓扑搭建仿真模型,则会导致装置或系统的电磁暂态仿真效率十分低下。针对已有的围绕电力电子装置或系统高效仿真建模方法的不足,该文基于暂态等值模型,提出了适用于区域电能路由器的高效仿真建模方法。该方法通过级间解耦方法,将复杂的电路网络分割成若干个子网,并通过模块及模块组合的Thevenin等效方法降低了单个网络的节点数量,从而实现了对节点导纳矩阵的降阶处理,提高仿真效率。该方法可适用于装置的稳态及负载切换、故障时装置的运行调试,也可适用于与电网的联合仿真。基于一台10kV/1MW四端口区域电能路由器进行测试,证明了该方法的快速性和准确性。