Study on Rotor IGBT Chopper Control for Induction Motor Drive

Rotor chopper control is a simple and effective drive method for induction motor. This paper presents a novel IGBT chopper topology,which can both adjust rotor resistance and protect IGBT efficiently. Investigation on the quasi transient state of the rotor rectifying circuit is made, and a nonlinear mapping between the equivalent resistance and the duty cycle is deduced. Furthermore, the method for determining the magnitude of the external resistor is introduced.

Performance of the Boost Chopper, Comparative Study between PI Control and Neural Control to Regulate Its Output Voltage

In this study, we investigate the performance of a boost converter regulating its output voltage using two control methods: Proportional-Integral (PI) control and neural control. Both methods are implemented on a simulation platform (Matlab/Simulink) and evaluated in terms of accuracy, response speed, and robustness to disturbances. Indeed, the output voltage of converters exhibits imperfections that require a control method to optimize efficiency when applying a variable load. Results show that neural control offers superior performance in terms of accuracy and response time, with faster and more precise regulation of the output voltage. On the other hand, PI control proves to be more robust against disturbances. These findings can help guide the selection of the appropriate control method for a boost converter based on the specific requirements of each application.

基于智能卸荷电路的双馈风电机组故障穿越控制

双馈风电机组并网比例不断提高,加剧了电网遭遇外部故障导致规模化脱网问题。文章介绍了现有风机故障穿越控制方案的原理,考虑到频繁投切直流卸荷电路电阻易引起电压波形畸变、超级电容器控制方案成本过高等问题,提出了基于智能卸荷电路的双馈风电机组故障穿越控制方案。该方案将卸荷电阻通过DC/DC变换器与直流母线相连,在控制电路中引入有功功率-直流母线电压的下垂控制环节,实现故障期间电路电阻吸收功率的动态调节,同时设置高、低电压穿越两种模式,根据并网点电压变化情况自主启动。最后,在Matlab/Simulink中对智能卸荷电路控制策略进行验证。仿真结果表明,基于智能卸荷电路的风电机组故障穿越控制策略在直流母线电压抑制、电压恢复所需时间、转子电流畸变程度和方案经济成本等方面具有优势。

BELBIC Tuned PI Controller Based Chopper Driven PMDC Motor

In orthopaedic surgeries, permanent magnet DC motors are used to drill the bone and fix the screws. The Motor drive employs an inner current and outer speed control loop with a conventional or modern controller. To enhance the performance of the drive, this paper proposes a Brain Emotional Logic Based Intelligent Controller based chopper drive. The proposed drive scheme has been simulated using Matlab/Simulink and physically realized for validation. A comparative analysis has been made between the conventional PI controller based drive and the proposed system in order to prove that the proposed scheme has an edge over the traditional PI controller scheme counterpart.

海上风电经柔直并网系统故障穿越协调控制策略

本文分析了分布式直流耗能装置的拓扑结构、参数设计和控制策略,并对其控制策略进行改进,通过对比传统耗能装置、分布式耗能装置和采用改进控制策略的分布式耗能装置三者的响应曲线,表明采用改进控制策略的分布式耗能装置具有耗能曲线平滑、故障穿越(FRT)性能优越的特点。在此基础上,针对传统故障穿越策略存在的直流耗能装置成本较高的问题,基于永磁直驱式风电机组设计降压法,在故障发生时主动降低风电场的输出功率,并结合采用改进控制策略的分布式耗能装置设计FRT协调控制策略,能够显著降低耗能装置容量,在确保系统故障穿越性能的前提下降低系统造价。基于如东海上风电柔性直流输电工程的实际参数,在PSCAD/EMTDC中建立系统模型,对提出的协调控制策略的有效性进行了验证。

综合Crowbar和Chopper保护的双馈风机低电压穿越仿真研究

为了优化双馈风电机组的低电压穿越(LVRT)性能,在现有LVRT技术的基础上,充分借鉴和参考了撬棒(Crowbar)保护、直流卸荷回路(Chopper)保护和定、转子变流器控制(RSC)在LVRT过程中的突出优点,提出了利用Crowbar保护抑制转子回路过流,发挥Chopper电路稳定直流母线电压的作用,及时退出Crowbar电阻并重新激发RSC,使之及时向电网提供无功支持,并结合仿真对综合保护控制策略的状态特性进行了分析。

航空起发一体电机系统控制器的设计

提出了航空起发一体电机系统控制器的设计方案,采用矢量控制及弱磁扩速控制方式实现电动机起动控制,发电整流模块与起动模块分时共用MOSFET三相全桥主功率电路,采用专用芯片实现同步整流,采用BUCK电路并利用多相交错并联降低输出纹波,控制算法采用3零点3极点(3P3Z)补偿方法进行28V输出稳压控制,实现了航空发动机快速起动、永磁同步电机起动到发电的平稳转换以及28V直流电源输出。仿真研究表明系统的起动时间短、动态过程性能好,28V直流电源输出稳定,并联BUCK电路各支路均流理想,具有一定的工程应用价值。

双馈风电变流器单Chopper低电压穿越策略测试

低电压故障下的双馈风电机组(DFIG)常利用撬棒等硬件设备来泄放瞬间过高的转子电流,以保护变流器并实现低电压穿越(LVRT)。本文探讨了一种双馈风电变流器单Chopper低电压穿越策略的硬件设计和投切的控制算法,并在1.5 MW双馈风电变流器样机中按照国标要求进行了低电压穿越测试。结果表明,合适的单Chopper低穿组件设计配合合理的投切控制策略可以使双馈风电变流器具备完整的低穿能力,并且能大幅优化双馈变流器的低穿组件硬件成本。

开关磁阻电机低速运行无位置传感器检测方法

针对开关磁阻电机低速运行方法中的传统脉冲注入法只利用非导通相电流信息,存在导通区间受限和续流影响估计精度的问题。本文对低速控制策略与无位置检测原理进行研究,提出了一种双电流斩波限PWM滞环控制的三相电流斜率差值无位置传感器检测方案。所提方案在导通区采用双斩波限PWM滞环控制,使导通区电流斩波次数增加,能够改善低速运行时的性能,并提高电流斜率差值的计算精度。与传统非导通相电流比较方法只利用非导通相信息相比,该方案增加了导通相电流计算。在计算导通相电流斜率差值后,与两非导通相形成三相电流斜率差值,从而估计电机的实时位置信息。以三相12/8结构的电机进行了相关仿真和实验验证,实验结果表明,该方案能够有效解决传统方法存在的导通区间固定和实时角度计算受续流影响的问题。

基于后级斩波可控短路过渡GMAW电源设计

采用熔化极气体保护焊(GMAW),在短路过渡时,焊缝成形好,过渡频率高。但是在电弧重新引燃时,大电流产生的电弧力会引起过渡金属的飞溅,使得短路过渡飞溅量大。可控短路过渡技术在短路过渡结束与重新引弧的瞬间,通过迅速降低焊接电流能够明显减少飞溅量。本文结合短路过程燃弧和短路过程的解耦分析,设计了基于后级斩波控制的可控短路过渡GMAW电源,通过检测焊接电压来预测燃弧,在燃弧的瞬间降低焊接电流以减少飞溅。在同等试验条件下发现传统短路控制的飞溅量大,而采用后级斩波控制的飞溅量明显减少。

基于光伏逆变最大功率约束下垂控制策略研究

光伏逆变系统是基于传统下垂控制方法来实现有功功率的平均分配,但这会造成光伏单元最大功率制约及浪费。因此,为了提升光伏单元输出能量的最优利用率,提出了一种光伏逆变器改进型下垂控制策略。该策略基于变步长的扰动观察法进行光伏电板最大功率的跟踪控制,其最大输出功率约束将生成下垂有功功率补偿量,将其叠加到传统下垂控制有功功率对应频率参考值的修正,且保持无功功率对应的电压幅值不变,从而实现并联系统中光伏单元的最大功率输出。通过PSIM电力电子仿真软件对光伏逆变最大功率约束下垂控制策略进行仿真验证。结果表明,变步长的扰动观察法及改进型下垂控制策略在实际应用中的有效性及可行性。

新颖的小容量光伏/燃料电池供电逆变器

针对多种新能源联合供电场合,提出一种新颖的小容量光伏/燃料电池供电逆变器,并对其电路拓扑、能量管理控制策略、高频开关过程、双输入源占空比、输出电压复合控制器设计、双输入源共模抑制等关键技术进行深入研究。该电路拓扑是由双输入源选择开关、工作半个输出周期的2个双向Flyback直流斩波器、交流滤波电容级联构成。该文所提主从功率分配能量管理SPWM复合控制策略通过控制输出电压瞬时值和多输入源输出功率比来实现对输入源的能量管理和2种工作模式无缝切换。设计并研制的1 kVA光伏/燃料电池双输入逆变器样机的实验结果表明,该逆变器具有单级功率变换、变换效率高、占空比调节范围宽、输出波形质量高、不同供电模式间无缝切换等优良性能。

异步电机转子IGBT斩波调阻调速的准动态模型

转子斩波调阻是异步电机一种简便有效的调速方法，本文提出了一种新型的采用ＩＧＢＴ作斩波管的具有吸收保护作用的斩波回路拓扑结构，并对该系统整流回路的准动态过程进行了详细研究，推导出斩波管占空比与等效电阻之间的非线性函数关系，给出了外接电阻阻值的选择方法．

风电机组高电压穿越技术研究

随着风电入网比例的增大,风电入网导则也逐步发展建立,入网导则的主要目的是确保风电场的入网运行不影响整个电力系统的稳定。风电场低电压穿越(LVRT)已作为热点技术被广泛关注,但风电机组风电场高电压穿越没有得到相应的重视。文章基于常见机组类型,首先介绍了风电机高电压穿越(HVRT)方面现有电网要求,给出了现有风电场高电压穿越能力要求曲线,对风电机组高电压穿越软硬件的技术方案。最后仿真证明了所提技术方案的正确性,分析了该技术方案对风机运行成本方面的可行性。

基于转子串电阻的双馈风电机组故障穿越技术

针对撬棒保护技术存在的双馈风电机组失控问题,提出了转子串电阻和直流侧卸荷电路协调控制的故障穿越方案。该方案不仅能够保证双馈风电机组满足电网规范的穿越要求,同时也抑制了系统机组转速的过快增加,从而有效地改善了机组的转速稳定性和瞬态行为。首先分析了转子串电阻的理论依据,评估了不同限流电阻对机组瞬态特性的影响,选择了合适的电阻值,并分析了所提方案的工作原理。最后基于PSCAD/EMTDC仿真软件对所提方案的有效性进行验证。仿真结果表明,所提方案能保证双馈风电机组成功穿越低压故障,且具有较好的转速稳定性和瞬态特性。

相位和幅值可控电压调节器的控制策略

相对输入电压,相位和幅值可控电压调节器(voltageregulator with controllable phase and amplitude,VRCPA)能够分别连续地调节输出电压的相位和幅值大小。该文研究VRCPA输出电压相位及幅值与前后两级占空比各控制参数的优化关系,前级调节输出电压的相位,后级调节输出电压的幅值。提出了2种相位控制参数的优化动态选择方法,2种方法所依据的参数选择曲线在参考相位角处相交,具有相同的初始控制参数。方法 1需调节2个独立的控制参数,而方法 2只需调节1个独立的控制参数,因此相比于方法 1,方法 2简单、易行、控制稳定性高。由此构成VRCPA的控制策略,研制一台单相VRCPA原理实验样机,实验结果与理论分析一致,证明了控制策略的可行性。

含动态直流泄能电阻的MMC-HVDC提高风电场低电压穿越能力研究

提出了基于动态直流泄能电阻的模块化多电平柔性输电直流方案,以提高基于感应双馈电机风电场的低电压穿越能力。基于矢量控制及无源电压跟随控制分别设计了系统侧、风场侧柔性直流换流器在风电场稳态运行时的控制策略。当交流系统故障导致电压跌落时,详细分析了动态直流泄能电阻的工作原理、动作判据及导通持续时间,以实现风电场低电压穿越;同时研究了其与系统侧模块化多电平换流器在故障清除后电压恢复期的协调控制,以快速恢复风电场有功输出能力。仿真结果表明:当交流系统故障时,含动态直流泄能电阻的柔性直流输电系统能够维持直流电压且不改变风电场输出电压电流;当故障清除后,风电场输出功率恢复速率远大于电力系统行业标准相关技术指标。

Buck DC/DC变换器研究与设计

研究的DC/DC变换器技术已用于国际空间站上的一个大型科学实验,即阿尔法磁谱仪。由于太空装置受太阳光的辐射,位置变化时温度变化也非常大,而太空装置内仪器传感系统的温度必须保持在10℃～20℃内,因而必须研制一种热控制系统(Thermal Control System,简称TCS)。这里介绍的TCS DC/DC变换器,就是针对TCS的需求,使DC/DC变换器输出可变的直流电压,以此控制TCS的制冷和加热装置,使装置内的温度达到预期要求。基于实验和理论分析结果,分析了Buck变换器作为一类典型的电力电子电路所具有的固有非线性和不确定性现象,揭示了电路和器件的寄生参数是引起Buck变换器非线性的主要原因。

改进的DFIG与VSC-HVDC协调控制改善风电场低电压穿越能力

经VSC-HVDC并网风电系统在风电场侧故障时,风电机组出口母线电压过低,极易引起风力机脱网。而双馈风力发电机(DFIG)传统的Crowbar技术在故障时将转子侧变流器(RSC)短接,使发电机定子侧失去了为电网提供无功的能力,风力机的低电压穿越能力较低。提出一种改进的DFIG模型,加入了主动式DC-Chopper,与传统的Crowbar相配合,降低Crowbar动作的概率,使得DFIG转子侧变流器可以控制定子侧在故障时期继续提供无功功率。并利用此改进的DFIG与VSC-HVDC协调控制,改善风电场侧母线电压水平。通过算例仿真表明,在严重故障时采用改进式DFIG的Crowbar仍未动作。从而大大降低Crowbar动作的概率,双馈风电机组RSC故障期间可以继续投入运行并为电网提供无功支持。完成故障期间DFIG两侧变流器与VSC-HVDC风电场侧变流器(WFVSC)之间的无功协调,使风电场具有更好的低电压穿越能力(Low Voltage Ride Though,LVRT)。

超导磁储能系统用多相斩波器矢量切换控制方法

在高功率超导磁储能装置(superconducting magnetic energy storage,SMES)中,电压源型功率调节系统首先利用多相斩波器将超导磁体电流转化成稳定的直流电压,再利用后级电压源型变流器(voltage source converter,VSC)与交流系统交换功率。当SMES与电网交换功率快速大幅变化时,传统自均流PI法控制的多相斩波器存在直流电压偏移和相间暂时不均流的问题。直流电压的偏移会进一步影响后级VSC功率交换的控制精度及速度。为克服上述问题,该文导出了多相斩波器开关函数模型,并基于该模型提出一种矢量切换控制方法。该方法使用滞环规律切换控制矢量,实现直流电压的控制,并利用控制矢量冗余的开关组合实现均流。仿真分析表明,该文方法可基本消除交换功率突变时直流电压的偏移,从而为后级VSC的快速准确控制提供有利条件。此外,所提方法能够实现斩波器在多种工况下良好均流,保证长期运行的可靠性。