基于三相-单相变换的新型同相供电系统方案

针对当前电气化铁路供电系统中存在的负序、无功、谐波和电分相等问题,顺应铁路高速化、重载化的潮流,提出一种基于三相-单相变换的新型同相供电系统方案。该同相供电方式的整流侧采用不控整流电路,逆变侧采用H桥级联多电平单相SPWM变流器。由电压有效值和瞬时值双闭环控制,抑制不控整流电路的直流电压波动对逆变侧交流电压的不良影响,为机车负载提供稳定的电压支撑。分析了该新型同相供电系统的工作原理及其在不同工况下的供电性能,并在Matlab/Simulink平台上建立了系统模型。仿真结果验证了该方案的正确性与可行性。

应用于贯通供电系统的两相–单相变换器直流电压纹波特性与功率均衡控制

传统牵引供电方式存在不平衡、无功及谐波等电能质量问题,且无法实现多变电所互联互通,严重制约高速、重载铁路的发展。为解决这些问题,该文在现有牵引变电所的基础上,提出一种基于两相–单相变换器构建贯通牵引供电的新方案。分析功率流动对所提拓扑直流电压的影响,给出直流电容容值设计边界的计算公式。为抑制两相变换器功率不平衡对三相电能质量的影响,提出一种两相功率均衡控制策略。最后,在YNvd牵引变压器的基础上,仿真和实验验证所提拓扑应用在贯通供电系统的可行性,并验证所提功率均衡控制策略降低三相电网电流不平衡度的有效性。

基于谐波线性化的单相变换器改进镜像频率阻抗建模与稳定性分析

高铁动车组内部电力电子装置呈现出强耦合性与时变非线性特征,与牵引网阻抗的复杂交互使得牵引网侧电压电流出现低频振荡的不稳定现象。传统dq阻抗分析方法存在物理意义不明显、测量与建模较为复杂的缺点;而基于谐波线性化的传统镜像频率阻抗分析方法存在低频处建模不准确的缺点。针对这些问题,该文以CRH5型车为研究对象,提出一种单相变换器的改进镜像频率阻抗模型,分析了谐波在单相变换器中的产生机理与传递规律,阐述了系统参数对于低频振荡的影响机理。基于MatlabSimulink仿真平台,将该模型与传统3种镜像频率阻抗进行了对比,验证了该模型的准确性;最后,基于StarsimHIL半实物平台,对理论分析的结果进行了验证,进一步证明了该模型对于研究单相系统低频稳定性的有效性。

单相变换器简化多电平SVPWM算法

针对单相五/七电平变换器空间矢量脉宽调制(SVPWM)算法实现过程复杂的问题,提出一种简化的空间矢量脉宽调制算法。该简化算法通过将单相五/七电平SVPWM算法中的参考空间电压矢量分解成为偏移矢量和单相三电平SVPWM中的空间电压矢量,从而将单相五/七电平SVPWM算法简化为单相三电平SVPWM算法。相比于传统单相多电平SVPWM算法和现有对实现流程简化的单相多电平SVPWM算法,所提出的简化算法分析简便,计算复杂度降低,占用的控制器资源较少,并且可以较为容易地实现电容电压平衡。基于现场可编程阵列(FPGA)设计了单相级联H桥(CHB)和二极管箝位(NPC)五/七电平逆变器传统和简化SVPWM算法,验证了所提简化算法的正确性和有效性。

基于三相-单相变换器的牵引供电系统及并网控制

为了解决过分相给牵引供电系统带来的问题,研究了三电平三相-单相二极管箝位变换器,把三电平三相-单相变换器用作牵引变电所核心设备,搭建了基于此变换器的贯通式牵引供电系统。分析了三相变换器数学模型,设计了变换器控制系统,研究了单相变换器在贯通式牵引供电系统中的并网控制。利用Matlab/Simulink建立了三变电所贯通式牵引供电系统,仿真验证了该系统架构以及三相-单相变换器的控制性能和并网性能,证明了该系统的可行性。

无电解电容单相电力变换器直接脉动功率控制方法

在单相电力变换系统中,大容量电解电容常用于消除交流侧与直流侧瞬时功率不平衡所产生的直流侧二次纹波电流以及交流侧低次谐波引起的直流侧谐波电流。然而电解电容的使用会直接降低系统工作效率,缩短使用寿命,给单相电力变换系统带来不良影响。针对该问题,文中首先将直流侧谐波(由交流侧基波和谐波引起的直流侧谐波成分)抑制的本质归纳为脉动功率的减弱、转移和就地补偿,基于此分析提出将脉动功率控制在交流侧,通过控制交流侧串联交流电容瞬时功率直接就地补偿而不在直流侧补偿的直接脉动功率控制思路,并总结出适用于交流侧直接脉动功率控制的电路结构特征。基于该电路结构推导出补偿多次谐波引起的交流侧脉动功率的控制函数,提出适用于多模块串联结构的无电解电容单相电力变换器(整流和逆变)直接脉动功率控制策略。该方法在不增加硬件成本的条件下保证电能质量,同时在交流侧对脉动功率进行直接就地补偿,缩短了脉动功率流通路径,提高了系统的效率。通过实验验证了所提方法的有效性。

单位功率因数单相开关变换器的输出电压纹波

分别采用功率匹配的方法和等效电流源的方法，对含功率因数校正（ Ｐ Ｆ Ｃ） 环节的单位功率因数单相开关变换器的输出电压纹波进行了深入分析，得出对各种拓扑结构的单位功率因数单相开关变换器和各种控制方法均适用的统一表达式。结果表明：单位功率因数单相开关变换器的输出电压纹波取决于输出电流和输出滤波电容的大小，而与所采用的控制方式无关。

直接变换式三相–单相矩阵变换器的电流型解结耦矢量调制策略

为进一步丰富矩阵变换器的调制策略,针对直接变换式三相–单相矩阵变换器拓扑的特点,提出一种新型的电流型解结耦矢量调制策略,即解结耦调制和基于期望的输入电流12扇区划分的电流型空间矢量调制策略相结合的调制策略。所提策略运用解结耦思路以常规的单向可控开关变换器的角度分析和控制双向开关构成的矩阵变换器;通过改进空间矢量的合成顺序,使得矩阵变换器能够实现高频、工频交流脉冲输出与正、负直流输出。仿真和实验结果相一致,均验证所提出的解结耦电流型矢量调制策略的可行性和正确性。

具有Trans-Z源的单相交流变换器设计

针对传统单相电压源AC-DC-AC变换器存在电压传输比低、死区控制复杂的不足,提出了一种具有Transformer-based Z-source(Trans-Z源)的新型单相交流变换器。通过研究该变换器的拓扑结构和工作原理,分析了其稳态升压特性,并推导了变换器的升压公式;建立了变换器的小信号模型,分析了电路参数对系统性能的影响,进一步研究了耦合电感匝数比与逆变桥直通占空比对输出电压的影响。通过系统仿真和搭建200 V/50 Hz样机模型来验证变换器的性能。仿真与实验结果表明了所提变换器的可行性。

基于单相dq变换与改进PRONY算法的牵引网低频振荡检测方法

牵引供电系统中的电气低频振荡现象会引发机车牵引变流器封锁,从而造成大面积发车延误.为解决这一问题,本文通过大量实测数据分析,给出了振荡时网压和网流的数学描述,并结合简单的车网电气模型简要阐明了网压低频振荡发生机制.根据牵引网单相供电的特点,提出使用网压信dq分解得到的d轴分量作为低频振荡的表征信号和检测对象,设计了以改进PRONY算法为基础的辨识低频振荡主导模式的检测方法.利用低频振荡案例中的实测数据对该检测方法进行验证,结果表明:本文设计的检测方法可以在1.4 s内对频率小于30 Hz、幅值大于0.01网压标幺值的低频振荡进行识别、计算出振荡主导模式并发出告警信号.

单相直接AC-AC变换器的实现与分析

针对传统 AC-DC-AC变换存在的缺陷 ,采用高频调制直接 AC-AC变换技术 ,实现了两种不同结构的单相 AC-AC直接变换器 ,对其特点和仿真结果进行了分析 。

基于单相dq变换控制的光伏系统仿真

提出一种基于单相dq变换的光伏系统控制策略,通过将输出电压信号的dq变换值与参考信号的dq变换值进行比较来控制逆变器的输出,实现光伏系统的稳定输出;该策略在选取不同的参考值时能实现光伏系统在并网和独立两种模式下的良好运行。通过Matlab/Simulink建立完整的光伏系统模型,以Meteonorm软件提供的上海地区的气象数据为参考进行一天的仿真,实验结果证明了该控制策略的有效性。

功率解耦后三相-单相矩阵变换器的闭环控制策略

三相-单相矩阵变换器(3-1 MC)不含母线电容,单相脉动功率直接耦合到输入侧,导致三相输入电流谐波含量高、输入源容量要求大。因此,文章研究了含功率解耦电路的3-1 MC拓扑,该拓扑下单相脉动功率流入功率解耦电路并构成能量流通回路,根本上解决了脉动功率对输入侧的影响。但是,3-1 MC功率解耦拓扑中增加了功率开关,影响变换器的闭环设计。于是,文章利用开关器件平均模型法逐步简化3-1 MC功率解耦拓扑的数学模型,建立变换器dq轴坐标系下的小信号模型,结合小信号模型的特点和传递函数,提出一种虚拟直流母线电压反馈的闭环控制策略并研究控制参数设计方法。最后,实验结果表明该种闭环策略能有效控制3-1 MC功率解耦拓扑,具有良好的动静态特性。

三相-单相矩阵变换器容错控制与输入电流优化

为提高三相-单相矩阵变换器(3-1MC)的供电可靠性,针对开关元件的开路故障与短路故障,研究了3-1MC的容错控制调制策略并设计了带解耦电感的容错控制拓扑。利用快速熔断器将短路故障转换为开路故障,将2种故障归结为开路故障,并对不同桥臂的开路故障控制策略进行了分析与计算。为实现输入电流的优化,提出对补偿电感进行功率解耦、中线电流补偿及退出运行等策略。通过仿真与实验对所设计的容错控制策略进行了验证,结果表明,在硬件改动较小的前提下,在不同桥臂故障下3-1MC均能维持输出电压稳定,同时输入电流的畸变较小。

单相PFC变换器功率因数的数字分析方法

以临界导通模式(BCM)Boost PFC变换器为研究对象,分析了输入电流的过零畸变现象,并得到了输入电流时域模型以及该模型下功率因数的数字分析方法。制作了一台200W的PFC样机。实验结果显示,基于此数字化功率因数分析方法计算出来的结果和利用功率分析仪测出来的功率因数的相对误差在1%以内。

基于三相-单相矩阵变换器的串联谐振调制策略

在分析了三相-单相矩阵变换器驱动串联谐振负载基本调制策略的基础上,主要针对如何改善网侧输入电流波形,减少谐波含量,提出了一种全新的改进调制策略,并详细介绍了这两种调制策略的原理。经过仿真试验对比分析,结果表明改进后的调制策略在改善输入电流波形上具有很好的效果,大大降低了谐波含量。

基于简化H桥的单相电流型变换器研究

针对传统单相变换器存在二次功率脉动和能量不能双向流动问题,提出2种基于简化H桥的单相电流型变换器拓扑。将简化H桥串联到单相电流型变换器直流端则可等效于一个可控电压源,可实现二次功率解耦;将其并联到单相电流型变换器输出负载端则相当于一个电流换相器,可实现电池与电网间能量的双向流动,并能扩大输出电压的范围。详细阐述其串联实现二次功率解耦,并联实现能量双向流动的控制方案。实验结果验证了所提拓扑和方案的正确性。

基于SiC MOSFET的单相三电平变换器设计

围绕高开关频率小功率单相交直交变换器效率提升问题,设计了一种基于SiC MOSFET的高效率单相三电平三桥臂变换器。该变换器主要包括分别用于整流器和逆变器2个T型三电平桥臂和一个公共桥臂,其多电平拓扑可优化谐波性能,减少开关损耗。分析了变换器运行方式,并设计了包含直流电压控制的级联电压电流控制器。同时,因T型三电平桥臂的外开关承担了整个直流侧电压,采用SiC MOSFET器件可大大降低开关损耗。基于导通损耗和开关损耗分析,对比了不同开关频率下的损耗,优选了变换器的开关频率。搭建了3 kW单相三电平三桥臂变换器样机并进行了实验测试,实验结果验证了新型变换器在保证较好的输出电能质量的同时,其效率可达到99%。

基于MATLAB的单相矩阵变换器仿真分析

分析单相矩阵变换器的工作原理和拓扑结构,建立Simulink仿真分析模型.仿真分析结果表明单相矩阵交-交变换器具有输出频率和电压连续可调、输入输出电流较接近正弦波、但输出电压波形存在畸变等特点.单相矩阵变换器具有广阔的应用前景.

无差拍和矢量调制的单相三电平变换器

提出一种无差拍控制与调制策略,实现其电流和中点平衡控制功能。首先阐述无差拍预测控制的工作原理,提出了改进的无差拍有功和无功控制技术。和传统的PI控制器相比,无差拍控制器具有低电流谐波和无参数调节,动态响应快。针对单相三电平逆变器存在中点电位不相等情况,提出了单相三电平变换器空间矢量调制技术。基于空间矢量调制和无差拍电流控制方法能够很好地实现单相三电平变换器的控制。实验结果验证了所提方法具有很好的输出性能,中点平衡也得到有效控制。