局部阴影下基于GWO-P&O混合算法的光伏最大功率点跟踪

针对局部遮阴环境下传统灰狼优化(Gray wolf optimization,GWO)算法在跟踪最大功率点时P-U特性曲线出现多峰值、后期收敛速度慢、稳态精度低等问题,结合灰狼优化算法和扰动观察法(Perturbation and observation,P&O)各自的优势,提出了基于GWO-P&O的混合优化最大功率点跟踪(Maximum power point tracking,MPPT)算法。首先,采用灰狼优化算法逐渐向光伏的全局最大功率点靠近。其次,在灰狼优化算法收敛后期引入P&O法,既保持了灰狼优化算法较高的稳态精度,又能以较快速度寻找到局部最大功率点。最后,在不同环境工况下,将所提出的GWO-P&O方法与传统GWO算法进行对比。结果表明,改进的GWO-P&O算法在保证良好稳态性能的同时,一定程度上提高了GWO算法后期跟踪最大功率时的收敛速度。

高压大功率SiC MOSFETs短路保护方法

碳化硅(SiC)MOSFETs短路承受能力弱,研究其短路保护方法成为保障电力电子设备安全运行的重要课题。现有方法大多围绕低压小功率SiC MOSFETs,然而随着电压和功率等级的提升,器件特性有所差异,直接套用以往设计难以实现高压大功率SiC MOSFETs的快速、可靠保护。该文首先详细研究了几种常用短路检测方法;其次基于高压大功率SiC MOSFETs器件特性,深入对比分析了不同短路检测方法的适用性,提出一种阻容式漏源极电压检测和栅极电荷检测相结合的短路保护方法;最后搭建了实验平台验证所提方法的可行性。结果表明,提出的方法在硬开关短路故障(hard switching fault,HSF)下,保护响应时间缩短了1.4μs,短路能量降低了62.5%;且能可靠识别负载短路故障(fault under load,FUL)。

标准化视域下光伏电池输出特性与最大功率跟踪研究

随着时代的不断发展,基于光伏电池的太阳能发电技术得到了愈发广泛的应用。针对光伏电池的输出性能以及功率特征进行分析研究对保障其运行稳定性具有关键性作用。文章以光伏电池的工作原理作为切入点,针对电池的物理模型与数学模型进行了构建与分析,同时基于扰动观测与电导增量等方式探讨了不同参数选择变化对于最大功率点跟踪所产生的影响,力求进一步强化对于光伏电池输出能力的控制,进一步保障光伏电池的功率稳定性。

基于多正弦信号注入的大功率并网逆变器电网阻抗在线测量技术研究

文中研究基于多正弦扰动信号注入的大功率并网逆变器电网阻抗测量技术。选取多正弦信号作为电压扰动,参考空间光场理论中的Gerchberg-Saxton相位恢复算法对扰动信号进行优化设计;剪辑函数作为其中的关键要素,能够决定扰动信号时域波峰的剪辑速度和剪辑能力;为提升上述性能,提出采用反正切函数代替传统算法中的对数剪辑函数,仿真结果表明,相位恢复算法的剪辑性能得到大幅提升;随后,通过逆变器将扰动信号注入电网,采用Gauss-Newton非线性最小二乘法对采集到的扰动信号特征谐波频率点的信息进行曲线拟合,获取当前电网阻抗信息;最后,于搭建的1.5 MW并网逆变器RT-Lab平台进行多弱电网场景下的阻抗测量实验,实验结果验证了此方案的有效性和准确性。

基于周期性最大功率点检测的风电机组功率备用控制方法

风电机组通常运行于最大功率输出模式,无法为受扰电网提供紧急功率支撑。稳态时预留部分出力可提高风电机组主动电网支撑能力,为此提出一种基于周期性最大功率点(MPP)检测的风电机组功率备用控制(PRC)方法。通过周期性执行最大功率点跟踪程序检测风电机组实时MPP,一旦检测到MPP即可确定PRC模式参考值并切换为直接功率控制。设置伪单调转速-机械功率曲线使风电机组稳定运行在超速功率备用点,并通过储能装置平抑MPP检测产生的峰值功率波动。仿真结果表明提出的控制方法在定风速和变风速情况下均可以准确控制检测风电机组MPP并实现PRC,并且使得风电机组一次调频效果优于传统PRC。

用于激光无线能量传输的分布式最大功率点追踪系统研究(内封面文章)

在激光无线能量传输中,由于瞄准系统误差和物体遮挡的影响,光电池阵列接收到的激光辐照分布不均匀,导致光电池阵列组串内的电池间出现电流失配,输出功率下降。针对该问题,采用分布式最大功率点追踪(Distributed Maximum Power Point Tracking,DMPPT)技术,减少光电池阵列组串内的电池间电流失配,并用并联型Boost(PT-Boost)电路替代传统Boost电路,降低DC/DC转换器的输入电流纹波,使DMPPT系统获得高追踪效率。实验结果表明,相较于传统Boost电路,PT-Boost电路的追踪效率提高3.6%,达到93.5%。在上述研究的基础上,设置了遮光率分别为0%、25%和50%的激光无线能量传输场景,DMPPT系统整体效率分别达到了93%、92.6%和90.3%。该研究结果对激光辐照不均匀场景下激光无线能量传输的最大功率点追踪指导意义。

永磁同步风力发电系统的最大功率跟踪模糊分数阶控制

在“双碳”背景下,风电作为零碳电力和新能源发电的主力军,在助力社会全面绿色低碳转型方面发挥了关键性作用。在保证发电稳定的前提下实现风能的最大化利用,提升风力发电系统发电量至为重要。文中针对永磁同一步风力发电系统的最大功率跟踪(maximum power point tracking, MPPT)问题进行研究。首先建立了永磁同步风力发电系统的机理仿真模型,用两电平双PWM全功率换流器连接风力发电机与电网。然后基于以上模型,分别设计了整数阶PI控制器、分数阶PI"控制器、模糊分数阶PP控制器以实现MPPT控制。最后对以上控制策略进行了仿真研究。结果表明,无论在阶跃风速还是随机风速下,模糊分数阶PU控制器相较于其他两种均具有更出色的MPPT性能与更强的鲁棒性。

基于肖特基二极管的紧凑高效型大功率整流电路

为了解决微波整流电路功率容量低、整流效率低、电路尺寸大的问题,提出了一种结构紧凑、整流效率高、频率在2.45 GHz的大功率微波整流电路。采用4只肖特基二极管桥设计了两路微波整流电路,其结构具有对称性且共用一个匹配网络和谐波抑制网络,使得电路在整流效率不下降的条件下提升整流电路的功率容量;采用λg/8终端短路微带线并联于二极管与地之间和在射频分流处添加扇形开路支节来设计谐波抑制网络,使得整流二极管的二次、三次谐波被抑制,省去了输入低通滤波器的设计,达到小型化和整流效率的提高。在ADS软件仿真、优化下制作出实物,实测结果表示输入功率为38 dBm时,整流效率达70%,电路的尺寸为45 mm×65 mm。与其他大功率整流电路相比,该电路具有设计方法简单、电路尺寸小、功率容量大、整流效率高的特点,更适合应用到大功率、高电压供能系统中。

基于长短期记忆网络-模糊控制的光伏最大功率点跟踪算法

光伏阵列具有非线性特点且其最大功率点会随环境变化而产生偏移现象。尽管最大功率点跟踪算法被广泛地应用于跟踪和预测光伏系统的最大功率点,但仍然面临着模糊控制的动态品质低、控制精度不佳等挑战。为解决前述问题,提出了一种集成长短期记忆网络与模糊控制的光伏最大功率点跟踪算法。首先,采用长短期记忆网络以时间序列法预测最大功率点电压。其次,将该预测电压与光伏阵列电压间偏差及其导数作为模糊控制的输入,然后直接调节Boost变换器的占空比。再者,为防止开关管常通,预先设置了变换器的最大、最小占空比。最后,在四种可变大气条件下,利用MATLAB/Simulink对所提算法进行仿真验证。实验结果表明:与长短期记忆网络、电导增量法和遗传算法相比,所提出的算法具有良好的跟踪性能、稳定精度及效率,并且具有波形更平滑、振幅较小的优点。

大功率白光LED荧光胶和荧光片玻璃封装的光热性能

大功率白光LED封装主要分为玻璃荧光片封装和荧光粉胶封装。本文提出一种用荧光胶封装大功率白光LED的方法,优化白光LED的发光面的均匀性,并分析了荧光胶封装和用荧光片封装的大功率白光LED的光热性能。实验结果表明,在1 400 mA电流驱动下,荧光胶封装白光LED的光通量为576.07 lm,比荧光片封装白光LED的光通量高15.5%,光转换效率为35.8%。在温度从25℃提升到125℃的过程中,荧光胶封装器件的亮度衰减了20%,色温从5 882.11 K提高到6 024.22 K。荧光胶封装的白光LED在常温下的热阻为1.7 K/W,与玻璃荧光片封装的热阻接近。在840 h高温高湿老化和1 600 h高温老化实验中,荧光胶封装的相对光衰均能稳定在97%。

基于定位收缩法的局部阴影条件下光伏最大功率点跟踪

光伏最大功率点跟踪是提高光伏发电效率的重要手段。在局部阴影条件下,光伏阵列的特性曲线呈现多峰形状,常规的传统算法容易陷入局部最优。如何在局部阴影条件下找到全局最大功率点(global maximum power point,GMPP)至关重要。提出了一种定位收缩法(locate and shrink algorithm,LSA),采用收缩边界的思想使得边界逐渐收缩到GMPP。LSA第一阶段提出了一种峰的定位方法,通过自适应采样结合I-V特性曲线能够定位主要峰的占空比范围。定位法能够与其他单峰算法结合,具有较强的扩展性。第二阶段提出了一种基于三点准则的收缩法,能够在单峰范围内通过收缩边界快速找到峰值点,并且具有很强的环境适应性。将LSA与多个算法进行仿真和硬件实验对比,结果表明LSA在跟踪速度、跟踪精度和稳态振荡方面有着明显优势。

大功率质子交换膜燃料电池电堆膜电极一致性研究

随着燃料电池应用领域的拓宽以及应用规模的不断扩大,大功率燃料电池电堆的需求也不断上升。大功率燃料电池电堆的电压一致性是衡量或影响电堆性能的重要指标。对某公司生产的65 kW大功率电堆进行了单电池一致性的研究,考察不同运行条件对于电堆一致性的影响,并对其产生的可能原因进行了深入的研究和讨论。研究结果表明:在额定功率和给定的运行条件下,电堆表现出了较好的一致性;电堆输出功率、电堆温度和温差、反应气体计量比、气体湿度等对电堆膜电极一致性均有较大的影响。其中输出功率、空气计量比、气体湿度对于电堆一致性的影响最为强烈,输出功率增高、空气计量比和空气湿度降低均会大幅度降低电堆的一致性。在研究结果的基础上,提出了保持大功率燃料电池电堆一致性的运行条件的建议。可为改善大功率电堆的设计和优化大功率电堆的运行条件,及促进我国燃料电池技术及产业的发展提供参考。

大功率充电连接器相变冷却换热特性研究

直流大功率快充技术可显著缩短电动汽车充电时间,缓解充电焦虑,然而在高电压、大电流下,充电连接器的温度短时间内急剧上升,将降低连接器使用寿命且易引发安全问题。为此,提出一种适用于大功率充电连接器的高效相变冷却技术,分别对单相和相变冷却性能进行数值建模分析,研究了冷却液种类、流量、套管厚度等参数对冷却性能的影响规律。结果表明,充电时长为5 min,加载电流为600 A时,采用40℃水单相冷却可将电缆温度降低至69℃,而采用R134a两相相变冷却则可将电缆温度降低至40℃以下。电缆温度随两相冷却液流量增加而降低,随套管厚度增加而增加,套管厚度相较冷却液流量对电缆温度的影响更为显著。

基于工况协同的大功率柴油机循环性能优化

建立某型大功率柴油机的三维仿真模型并进行实验验证,基于验证模型的仿真结果对该型大功率柴油机循环工况的整体性能进行优化,在优化过程中提出“正向工况”和“协同工况”的概念和确定方法。结果表明,在仅对喷油角度进行调整的情况下,通过“正向工况”和“协同工况”间多工况的协同匹配,在保持循环比油耗基本不变时,循环NOx排放相比原机降低了6.43%;在保持循环NOx排放基本不变时,循环比油耗相比原机降低了1.53%,降幅达到3.18 g/(kW·h)。本研究提出的优化方法和过程对大功率柴油机循环工况或多工况整体性能的优化具有指导意义。

大功率涡扇发动机负载下基于加速度调节的航空三级式电机起动控制策略研究

针对某大功率航空涡扇发动机电起动过程中,存在的因特殊负载力矩特性对地面电源瞬时功率需求变化等会影响起动可靠性,引起电源保护等问题,提出了基于加速度调节的三级式电机起动控制策略。在保证发动机起动成功的前提下,对不同速度范围内加速度进行合理规划,减小起动初始阶段的转矩冲击,降低对地面电源的功率需求。通过对该负载情况下仿真分析和台架起动试验,验证了所提起动控制方法的有效性,为航空三级式电机起动/发电系统在涡扇发动机上的应用提供了参考。

电子束熔丝增材制造大功率电子枪研制

根据电子束熔丝增材制造需求,结合理论计算,利用三维造型软件设计了电子枪结构包括阴极组件、栅极、阳极、聚焦线圈、扫描线圈;利用模拟仿真软件对电子枪结构进行优化,最终得到优化后的电子枪栅极球面直径14 mm、阳极孔径3.5 mm、阳极倾角140°、阴阳极距离10 mm、聚焦线圈匝数1 800匝、磁轭间隙30 mm、线圈内径60 mm、外径150 mm;设计了电子枪聚焦及偏转扫描驱动电路,带载测试聚焦电流最大值可达1.49 A,偏转扫描最大电流可达±1.06 A,扫描频率达2 kHz;对电子枪性能进行测试,最高耐压达到-75 kV,功率达到30 kW,TC4的熔丝增材成形效率达到5.16 kg/h。研制的电子枪结构轻便、束流品质好、成形效率高,适合于用作真空室内动枪。

几种家用大功率负荷精细化建模研究

该文基于家用负荷的物理模型、用户的使用习惯和用户的舒适度要求,提出了家用大功率负荷的精细化建模方法,该方法可应用于家庭能量管理系统,具有良好的应用前景。首先,建立考虑电热水器负荷的精细化热力学动态模型,考虑气温、墙体等因素的空调房间的精细化热力学动态模型和电动汽车负荷的精细化储能模型;然后,建立这三种负荷的精细化控制模型,通过自定义家庭算例将不同个性化的精细化参数模型对比分析。MATLAB仿真结果表明,该文建立的精细化动态模型能够准确描述用户的用电规律,对用户积极参与到电力系统需求响应中去起到促进作用。

大功率发动机轴瓦失效分析及预防措施

轴瓦性能的好坏,对发动机正常运转起着重要作用。大功率发动机三台机组在试车和耐久性试验过程中,发生轴瓦异常磨损和烧瓦故障。通过理化检验和试验检测,分析了轴瓦失效的原因,提出了改进和预防措施。

大功率低速直驱电机电磁特性对比分析

针对大功率低速直驱电机,对其电磁特性进行对比研究,以设计的一台36槽30极极槽数相近的大功率低速直驱电机为例,在空载和负载两种状态下,对比不同定子硅钢材料对该种电机的电磁特性及效率的影响。有限元分析表明,采用取向硅钢定子材料的大功率低速直驱永磁电机与常规硅钢定子材料的该种电机相比,电磁特性更优,空载时取向硅钢材料会削弱齿部饱和现象,负载时提高了电机的输出转矩,降低了电动势波形畸变率;降低了永磁体涡流损耗幅值,两部电机效率相差不大,为该类电机工程上实际生产提供参考。

基于贝叶斯优化卷积神经网络的路面光伏阵列最大功率点电压预测方法

路面光伏阵列上快速行驶的车辆,所形成的车辆阴影具有复杂的动态随机分布特性,将导致路面光伏阵列的输出功率-电压(P-V)特性曲线呈现动态多峰特性,给路面光伏阵列最大功率点跟踪(maximumpowerpointtracking,MPPT)控制带来挑战。基于此,文中提出一种基于贝叶斯优化(Bayesianoptimization,BO)卷积神经网络(convolutional neural network,CNN)的路面光伏阵列最大功率点电压预测方法。首先,将路面光伏阵列的光照和温度的环境信息以图像形式输入基于贝叶斯优化CNN的最大功率点电压预测模型进行学习;然后,利用训练出的预测模型,对当前时刻下路面光伏阵列最大功率点工作电压进行预测;最后,仿真和试验结果表明,提出的预测模型具有良好的适应性,能够精准预测不同车辆阴影工况下的路面光伏阵列最大功率点工作电压,尤其是大幅度提高最大功率点工作电压的预测速度,为动态随机车辆阴影下路面光伏阵列的最大功率点跟踪控制奠定基础。