基于单边调制映射函数的LCC-HVDC直流侧阻抗精确建模

阻抗模型是电网换相换流器型高压直流输电系统小信号稳定性分析的重要基础,阻抗模型的准确程度直接影响系统小扰动稳定性分析。该文首先从同步触发原理出发,引入基于单边调制产生的映射函数,该函数蕴含控制及换相信息,可以准确建立换相/非换相期间交直流侧的映射关系;其次,考虑换相动态并通过谐波线性化和傅里叶变换建立完整的直流侧电压和交流侧电流的频域小信号动态模型;再次,考虑控制和换流阀阻尼回路,建立整流侧和逆变侧直流阻抗解析模型;最后,以CIGRE高压直流标准测试模型为例,基于PSCAD/EMTDC平台验证了直流侧阻抗模型的准确性及其用于小扰动稳定性分析的有效性。

基于双模式变频移相调制的单级式双有源桥型DC-AC变换器

针对单级式双有源桥(DAB)型DC-AC变换器关断电流较大和软开关范围有限的问题,该文提出一种双模式变频移相调制策略。首先,对DAB变换器的单移相(SPS)调制和扩展移相(EPS)调制进行时域分析,得到其功率传输特性;然后,分析变换器的关断电流与软开关条件,得到移相比和开关频率约束方程;在此基础上,分析双模式间的移相比边界条件,提出变换器运行模式的切换机制,从而在实现变换器单级功率变换的同时,保证全范围软开关并降低低压侧的关断电流;最后,通过仿真和实验验证了所提调制策略的有效性与可行性。

虚拟I/O模块在DCS以太网通信接口模块上的实现

为减少硬件模块的重复开发,在保留原DCS软硬件系统架构不变的基础上,在以太网通信接口模块硬件上虚拟不同的I/O模块。虚拟I/O模块与硬点I/O模块具有一致的输入、输出及参数属性,且组态方式和产物格式一致。同一以太网通信模块上可在不同的虚拟I/O槽位上配置不同的虚拟I/O模块,如Modbus TCP虚拟I/O模块和GOOSE虚拟I/O模块,进而在同一硬件实现不同的通信功能。虚拟I/O模块的使用一方面减少了DCS系统硬件模块的种类,简化备品备件,另一方面也提高了通信扩展的灵活性和便利性。

基于电流应力优化和6脉波调制的双有源桥AC/DC变换器控制策略

针对双有源桥(dual active bridges,简称DAB)AC/DC变换器,该文提出基于电流应力优化和6脉波调制的双有源桥AC/DC变换器控制策略.DAB和三相逆变器(three phase inverter,简称TPI)是双有源桥AC/DC变换器的两个关键单元.对DAB采用电流应力优化,对TPI采用6脉波调制.仿真实验结果表明:相对于单移相(single phase shift,简称SPS)调制策略,该文策略的电感电流的峰值更小,即能更有效地降低电流应力.因此,该文所提策略具有优越性.

基于联合功率量/载波调制的DC-DC变换器功率/数据复合传输方法

DC-DC变换器可以同时进行功率变换和数据传输。针对较低通信速率限制功率/数据复合传输(power/data multiplexing transmission,PDMT)应用的难题,提出一种联合功率量/载波调制(joint power/carrier modulation,JPCM)的新方案。与传统二进制PDMT方案不同,JPCM同时对功率量/载波进行2FSK调制,实现两种数据并行传输,可以看作一种四进制FSK,有效提高通信速率。相较于传统四进制PDMT方案,JPCM方案解调环节所需带通滤波器数目可减少一半,且软件开销更低。首先,证明PDMT在理论上的可行性;然后,根据4种不同电压纹波频率配置不同码元,并设计了包含高低数据位调制的JPCM和基于滑动傅里叶变换的数据解调方案;此外,重点分析输出参考电压突变对通信的影响,动态调整阈值可有效抑制误码;最后,搭建一个由2个Buck变换器并联的实验装置,实验结果表明在稳态、负载突变和输出参考电压突变的工况下,JPCM方案均能实现20 kb/s的通信速率,验证了该方案的有效性。

基于QFSK调制的DC-DC变换器功率/数据复合传输方法

传统电力线通信方案的硬件设计较为复杂。DC-DC变换器具有发送数据的潜能,可进行功率/数据复合传输。文中提出一种基于四进制频移键控(QFSK)调制的电力电子开关调制方案,通过调制开关频率将数据信息嵌入原始脉宽调制(PWM)信号中,使得电压纹波携带数据的频率特征;再通过基于滑动离散傅里叶变换的解调方案实现数据接收,最终实现功率/数据的同步传输。首先,证明了PWM信号与电压纹波频率一致的关系;然后,给出数据调制与解调的方案;以负载突变工况为例,通过对Buck变换器建模,分析功率变换暂态过程对通信的干扰影响;最后,搭建由两个Buck变换器组成的实验平台,验证了所提方案可实现20 kbit/s的通信速率;并以光伏优化器为应用背景,验证了所提方案的有效性。

用于智能量测开关的超宽输入DC-DC模块研究

为了解决智能量测开关内部自取电电流互感器输出电压变化大的问题,需要在后级级联具有超宽输入电压范围的DC-DC模块来产生稳定的系统供电电压。研究了一种基于恒定开通时间控制和断续模式非同步Buck电路的超宽输入DC-DC模块。根据输入电压和输出电压的差距大小,采用变频和准定频分段控制方式。实现大压差功率变换的同时,该DC-DC模块还具有极快的动态响应。利用PSIM软件对DC-DC模块电路的特性进行仿真分析和验证。研制了一台功率为5 W的硬件样机进行测试,给出了部分关键实验波形。实验结果表明,该DC-DC模块具有输入范围超宽、动态响应极快和稳定性高的特点。

高功率密度DC/DC电源模块结构设计与封装

高效率、高功率密度是DC/DC电源模块永恒的发展趋势。以一种封装尺寸为38.72 mm×22.80 mm×7.21 mm、输出功率为320 W的DC/DC模块电源为研制对象,从结构设计、热设计、封装工艺等方面进行了系统的研究。DC/DC电源模块采用“夹心”工艺结构,以高导热塑封工艺封装,工作温度范围为-55~125℃,可靠性满足航空航天领域高可靠要求。

EMI滤波器和DC/DC电源模块失效案例分析

混合集成EMI滤波器和DC/DC电源模块广泛地应用于军工领域。由于电源需要连续运行,同时经受恶劣环境条件考验,EMI滤波器和电源模块失效情况时有发生。针对某装备中滤波模块和电源模块的失效案例开展分析,详细地介绍了该类混合电路失效分析方法,提出了混合电路失效分析的思路,找到了滤波模块和电源模块的失效原因和机理,并给出了相应的改进措施,为电源模块的失效分析开展提供了参考。经失效分析,发现滤波模块和电源模块的失效原因为电源模块内部电阻受损,使用过程中微裂纹扩展,电阻开路,导致与之相连的MOSFET过功率烧毁,电源模块输入和输入地短路失效。电源模块短路失效,导致滤波模块的输出与输出地短路,从而形成大电流,导致基板过温,部分元器件焊点脱落,最终导致滤波模块无输出。

基于单片机的AC-DC变换电路设计

传统的AC-DC变换电路由于要通过高频变压器来实现电压变换,存在效率较低、电源的波纹很难降低等问题。因此,设计一种以单片机为核心控制器件的新型单相AC-DC变换电路。单相AC-DC变换电路设计结合BOOST开关器、输入负反馈和脉冲宽度调制,采用单片机辅助控制相结合的方式实现闭环控制,保证输出的稳定和高效。该电路包括全波桥式整流电路、BOOST开关器、电压反馈电路、电流采样电路和功率因数测量电路,通过负反馈控制UC3845芯片来改变PWM控制信号,从而调整BOOST开关器开关的通断,使输出电压稳定在36 V。单相AC-DC变换电路具有PFC功能,可通过LCD将实时的PF值进行检测,显示输出电流、输出电压、功率因数等数据。另外,在输出端设计了过流保护报警功能,该设计选取STC51单片机系列中的89C52RC芯片作为控制核心,结合电流电压检测共同来实现。实验结果表明,实测负载调整率为0.28%,电压调整率为0.28%,功率因数为0.91,说明所设计电路优于传统的AC-DC变换电路,具有转换率高的特点。

降低风电场机组DC-DC模块损坏率研究

降低风电场机组DC-DC模块的损坏率是一个复杂而具有挑战性的课题。首先对风电场机组DC-DC模块的功能、作用、组成和工作原理进行了概述,然后对其故障损坏类型进行了研究分类,针对性搭建了一款风电场机组DC-DC模块信息采集系统,最后创新性提出了一种基于数据驱动和一种基于知识库的风电场机组DC-DC模块故障处理流程,二者在保证风电场机组DC-DC模块故障处理准确性的同时,可以提高故障处理效率,减少机组停机时间,从而达到降低损坏率和提高生产效率的目的。

DCM模式下交错并联磁集成双向DC/DC变换器的稳态性能分析

针对目前交错并联磁集成双向DC/DC变换器工作在DCM模态下的分析不全面这一研究现状,以两相电感进行耦合的两相交错并联磁集成Buck/Boost双向DC/DC变换器为例,在轻载时关断MOS管,利用MOS管的体二极管具有单向导电的特性,避免电感电流出现负值,从而降低变换器的能量损耗,提高变换器的效率。首先深入分析了运行在Buck状态下的双向DC/DC变换器的DCM模态的稳态性能。其次,分析了变换器的工作状况转换条件,求出各模态转换的临界负载电流。并通过引入的变比与其他参数之间的关系具体分析变换器在各种工作情况(CCM/DCM)下每相相电流的变化规律,同时找出变换器的总输出电流的变化规律。最后,通过仿真和实验的具体数据验证理论分析的可靠性。

DCM模式下双向DC/DC变换器的性能分析

针对目前交错并联磁集成双向DC/DC变换器工作在DCM模态下的分析不全面这一研究现状,以三相电感进行耦合的三相交错并联磁集成Buck/Boost双向DC/DC变换器为实例,在轻载时关断MOS管,利用MOS管的体二极管具有单向导电的特性,避免电感电流出现负值,从而降低变换器的能量损耗,提高变换器的效率。首先,深入分析了运行在Buck状态下的双向DC/DC变换器的DCM模态的稳态性能;其次,分析了变换器的工作状态转换条件,求出各模态转换的临界负载电流,并且通过引入的变比与其他参数之间的关系来具体分析变换器在各种工作情况(CCM/DCM)下的每一相相电流的变化规律;最后,通过仿真和试验的实际数据来验证理论分析的正确性。

磁集成式双向DC/DC变换器的DCM模式分析

现有的关于双向DC/DC变换器的研究大多是分析在continuous current mode(CCM)的工作模式,而双向DC/DC变换器的discontinuous current mode(DCM)的工作模式少有人研究。然而,DCM模式被广泛应用在双向DC/DC变换器中,而且轻载时变换器的效率对延长装置的使用寿命至关重要。详细分析了双向DC/DC变换器Buck工作模态的DCM工作模式,此分析方法也可以扩展到N相双向DC/DC变换器。控制脉冲由TMS320F2812产生,闭环控制采用误差动作影响小、增量式与最近采样值无关和进行切换时,冲击较小的增量式PI算法,这样可以使输出电压和电流更加稳定。通过仿真和实验验证了理论分析的正确性。

一种DCM峰值电流控制模式AC/DC反激转换器环路的设计

对峰值电流控制模式的AC/DC反激转换器环路进行了研究。通过对DCM模式下电压环路的控制与输出调制函数、反馈和补偿函数的推导,建立了系统的传递函数,并对环路系统的增益和相位裕度进行了定量计算和定性分析;通过设计合理的补偿电路,使环路在全输出负载范围内均具有良好的稳定性。采用Matlab和Hspice软件对环路进行仿真,仿真结果表明,DCM工作模式下,AC/DC反激变换器的环路增益和相位裕度均能满足环路稳定性的要求。

IMU/GPS/DCM组合导航系统全组合算法研究

通过分析姿态组合算法中平台误差角与姿态误差角物理意义的不同,推导并得到了二者之间的转换关系;利用联邦滤波技术,设计了弹载IMU/GPS/DCM组合导航系统,其中IMU为战术级捷联式惯导系统,GPS为普通民用级;仿真结果表明在元器件精度很低的情况下,使用文中的算法及系统设计依然可以实现高精度导航;组合导航系统的姿态误差角可控制在10角分左右,位置精度在3 m以内,具有较高的实际应用价值。

基于串联型DC module的光伏发电系统研究

提出了一种基于串联型直流功率单元(DC module)电路的光伏发电系统,讨论了采用单端反激变换器实现的DC module电路。由于反激变换器用于升压变换时变压器原边电流较大,当并联使用时效率较低,为了减小DC module电路升压压力,提高每组变换器能量传输效率,采用串联形式的DC module电路,且每组DC module电路使用独立的最大功率追踪算法,由此组成的光伏发电系统提高了DC module电路的升压效率,且可以实现每块光伏电池板的最大功率点跟踪,解决了不同光照(阴影)、不同规格以及不同朝向等因素引起的失配问题。实验结果表明,当一路或多路电路中的电池板受到阴影影响时,各路电池板在控制器的作用下仍然工作在各自的最大功率点处。

Buck变换器DCM模式下的动态建模分析

为了解决断续电流模式下的Buck直流变换器建模困难的问题,针对这个离散的、时变的、非线性系统,提出引入虚拟开关数将一个开关周期中的三种电路拓扑统一到一组状态空间方程中。在应用动态相量法时,为保证模型的合理性,动态相量模型中保留傅里叶级数中的直流量、基频分量和二次分量,讨论虚拟开关占空比的取值,建立其非线性、大信号、时不变模型。仿真结果表明,动态相量模型接近于时域模型,验证了动态相量模型的合理性。

谐振直流环节逆变器驱动BLDCM的控制研究

结合无刷直流电机(BLDCM)脉宽调制(PWM)的特点和谐振直流环节逆变器的工作原理,提出了新型并联谐振直流环节软开关逆变器驱动无刷直流电机的控制策略。三相逆变桥仅实现BLDCM的换相运行,通过谐振直流环节开关的调制斩波,实现了BLDCM的PWM控制。实验结果表明,该控制策略实现了谐振直流环节逆变器的正常工作,BLDCM运转平稳,电流波形较好。

改进的多霍尔传感器BLDCM转矩脉动抑制方法

针对无刷直流电机(BLDCM)系统存在转矩脉动大的问题,提出了一种基于多霍尔传感器的改进型PWM调制方式,即拟POP调制方式,且适用于无刷直流电机的全转速段。仿真结果表明:与常用的基于三霍尔传感器H_PWM-L_ON调制方式相比,此方式可以使转矩脉动在低速段降低25%,高速段降低33%。