基于多电平滞环电流控制的牵引供电系统可控宽频带阻抗测量技术

精确获取牵引供电系统的宽频带阻抗特性,是分析车-网耦合系统的宽频带振荡问题的关键途径,对保障电气化铁路的安全稳定运行具有重要意义。目前的阻抗测量技术大多难以兼顾大功率与频带可控的测量要求,因此,该文提出一种基于多电平滞环电流控制的牵引供电系统可控宽频带阻抗测量技术,测量频带为10 Hz~5 kHz,可通过一次谐波扰动注入快速获取目标频带的系统阻抗,相比于传统的滞环电流控制方法,具有更低的开关频率,并且能有效避免死区效应,改善输出电流的波形,更适用于宽频信号的跟踪控制。最后,通过仿真和硬件在环实验验证了该测量技术的有效性。

1.3 GHz连续波超导射频腔的数字低电平射频系统和腔模拟器设计及测试

1.3 GHz连续波超导射频腔需要高精度低电平射频(LLRF)系统来稳定超导腔的电磁场。但由于1.3 GHz CW射频腔的高负载品质因数和宽电磁频段,射频腔在频域中的电磁带宽较小。射频功率源与射频腔体之间的微小电磁频率差异易造成发生器驱动谐振器控制系统的不稳定,最终导致腔体电磁场的变化。开发了一种自激环控制系统,以防止“有质”不稳定性的发生,并补偿微噪声的影响。此外,还开发了数字1.3 GHz射频腔体模拟器,用于验证LLRF系统的设计算法。测试表明,即使在射频腔失谐5 Hz时,自激励控制系统也能确保腔场的稳定性。经过对比,验证了1.3 GHz射频腔体模拟器是测试新算法的可靠平台。

一种快速的模块化多电平换流器电压均衡控制策略

模块化多电平换流器(modular multilevel converter,MMC)传统的电压均衡控制需要对电容电压排序,占用了大量计算资源。设计了一种无需排序的均衡控制策略。该策略通过比较前后控制周期中投入子模块的个数以及判断各桥臂子模块的电容电压与其平均值的偏差是否越界,来决定是否重新计算触发脉冲。选取桥臂电容电压的平均值作为基准值,各子模块由其电容电压与该基准值比较来确认投入与否:当桥臂处于充电状态时,优先投入低于基准值的子模块;当桥臂处于放电状态时,优先投入高于基准值的子模块。在PSCAD/EMTDC平台上搭建了MMC模型,对设计的均衡控制策略的有效性进行了验证。结果表明该策略可以在较低频率下实现电容电压的均衡控制。

中国散裂中子源直线射频低电平远程控制软件研制

中国散裂中子源一期工程的直线加速器,共有8套数字化射频低电平控制单元,射频低电平的本地控制属于EPICS的异构系统,无法直接与EPICS客户端进行通信。通过在射频低电平本地控制上位机程序中嵌入一个C#类型的EPICS服务器程序,实现了使用EPICS客户端对射频低电平系统的远程控制,从而把射频低电平控制系统接入基于EPICS框架的控制系统中。直线射频低电平远程控制投入在线运行以来,运行稳定可靠。

强流质子RFQ加速器高频数字低电平控制系统

强流质子RFQ加速器加速场的频率为352.2 MHz,加速场幅度和相位的精度分别要求控制在±1%和±1°的范围,为了达到这一要求,设计了一套数字低电平控制系统,该系统包括加速场的幅度和相位控制、腔体的谐振频率控制和高功率射频连锁保护3个部分。腔体采样信号的下变频及反馈激励信号的上变频由模拟器件来完成。幅相实时反馈处理过程采用数字I/Q解调的方法,在1块stratixⅡ的FPGA板上实现,板上另有3块DSP用于通信和协助FPGA进行数据处理。系统完成后与RFQ加速器进行联机调试,测试结果基本满足控制精度的要求。

基于冒泡原理的模块化多电平换流器快速电压均衡控制策略

模块化多电平换流器(MMC)传统的电压均衡控制需要对电容电压排序,排序运算的计算量降低了控制系统的响应速度。在分析冒泡原理基础上,提出一种快速电压均衡控制策略。每个控制周期内通过若干步冒泡运算分别得到投入、退出状态的电压最值子模块。当投入的子模块数量指令变化时,仅对最值子模块的开关状态进行改变。当投入和退出子模块电压差值超过电容电压允许偏差定值时,交换两者中越界的子模块开关状态。在PSCAD/EMTDC平台上搭建MMC模型,仿真结果表明所提策略可以在较少计算量下实现电容电压的均衡控制。

基于滑模变结构控制的多电平高效D类功率放大器

介绍了一种新颖的基于级联型多电平拓扑结构的开关型功率放大器,采用相移PWM技术,其开关频率是单个单元开关频率的2N倍,总的输出电压波纹很小,只需要一个较小的滤波器来抑制开关谐波。文中对多电平PWM输出信号的谐波进行分析,重点研究采用滑模电流电压双闭环控制的设计要点并推导其参数,之后研制一台2kW级联型多电平滑模控制的电流电压双闭环D类功率放大器。试验研究结果表明:采用滑模电流电压双闭环控制的级联型多电平D类功率放大器,明显提高了系统带宽,使系统不仅对阻性负载而且对桥式整流负载都具有良好的快速性和跟踪性能,很好的瞬时响应和稳定性,较高的效率和低的输出信号谐波总畸变率值。

采用双环控制的多电平D类功率放大器

介绍了一种新颖的基于级联型多电平拓扑结构的开关式功率放大器,采用相移PWM技术,其开关频率是单个单元开关频率的2N倍,通过电压电流双闭环控制保证输出信号的跟随品质,本文着重研究了双闭环控制的设计方法。试验结果表明,采用电流电压双闭环控制的D类功率放大器,系统带宽较宽,具有较好的瞬时响应和输出品质。

微波信号发生器中自动电平控制系统设计

针对微波信号发生器中自动电平控制系统的高准确度和大动态范围要求,本文设计了一种高性能前馈式自动电平控制系统,该系统由定向耦合器、检波器、对数放大器、环路积分器、指数放大器和线性调制器等单元组成。文中重点讨论了这些关键单元的特性及其对微波信号发生器性能的影响,并给出了相应的解决方法,最后给出了系统达到的主要技术指标。实际使用结果表明,设计的自动电平控制系统很好地满足了设计要求。

基于DSP,FPGA,CPLD三电平高压变频器控制系统

三电平高压变频器的开关器件较多,拓扑结构相对复杂,因此逆变桥控制电路的设计是装置研发中的重点。提出了一种基于数字信号处理器(Digital Signal Processing,简称DSP),现场可编程门阵列(Field Programmable Gate Array,简称FPGA)和复杂可编程逻辑器件(Complex Programmable Logic Device,简称CPLD)的新型控制系统硬件结构;介绍了该结构的设计思想和主要特点。在此基础上,通过DSP完成了改进的恒U/f控制策略,同时利用FPGA和CPLD实现了高性能全数字化的正弦脉宽调制(Sine Pulse Width Modulation,简称SPWM)信号发生、检测和故障闭锁。仿真和试验结果证明,所提出的硬件平台和控制方法具有更加安全、稳定和高效的性能,能够满足工程应用的要求。

宽带大动态范围自动电平控制技术研究

简要介绍了自动电平控制的作用及工作原理,深入分析了自动电平控制电路设计中的关键技术及难点,提出了一种应用于宽带大动态范围信号源中的自动电平控制技术方案,针对检波中根据输入信号的大小呈现的平方律线性特性,设计了双斜率对数放大电路,使对数放大器输出电压在大信号和小信号时始终与输入功率成线性比例关系,并对该电路进行了详细的理论分析,通过实验对设计的电路进行了验证,结果表明该设计稳定可靠,性能优良。

多相三电平逆变器-PMSM矢量控制系统研究

作为舰船综合电力推进系统的前期研究,本文研究了一种基于4组三电平逆变器的大功率12相永磁同步电机(Permanent Magnet Synchronous Motor,PMSM)矢量控制系统。文中首先介绍了三电平逆变器和PMSM矢量控制原理,在此基础上论述了多相PMSM变频调速系统采用多组三电平逆变器进行矢量控制的原理和实现方法。文中三电平逆变器采用空间矢量脉宽调制(Space Vector Pulse Width Modulation,SVPWM)控制策略,以TMS320LF2407型DSP为数控平台实现了三电平逆变器的空间电压矢量控制,并且多组逆变器之间采用CAN总线进行通讯。最后给出了相关的仿真波形和实验波形。

基于控制因子三电平空间矢量方法的研究

介绍一种基于控制因子的三电平空间矢量方法。该控制方法通过检测直流侧电压和中点电流的方向来合理选择控制因子,从而合理分配小矢量P,N状态作用的时间,以解决三电平逆变器中点电位不平衡的问题。另外,在开关序列安排上采用典型的7段法,每相开关序列的变换都只有一次。因此,该方法还具有开关损耗小的特点。最后采用Matlab的Simulink工具,对基于控制因子的空间矢量方法进行了仿真,比较了典型控制因子情况下的等效载波以及对中点电位的影响。实验结果验证了该方法的特点。

一种新的三电平中点电位滞环控制法

该文针对三电平中点电位平衡原理提出了一种中点电位的滞环控制方法,该方法根据当前的PWM组合和各相输出电流方向判断出中点电流方向,通过滞环比较的方式得到中点电压偏向,并由此判断当前PWM对中点电位的作用,将当前的PWM组合中可以实现中点电位平衡的组合重新分配使之有利于中点电位的平衡。该方法独立于具体的PWM调制模式,因此可以胜任各种PWM调制模式下的中点电位调整。而且也可通过调整滞环宽度的方法来调整中点电位的允许波动和开关管开关次数。该文以特定谐波消除PWM方法(SHEPWM)为例,仿真和实验结果显示了很好的中点平衡效果。该方法对三电平中点电位平衡上具有通用性。

具有自动电平控制的WCDMA直放站上行链路的研究与设计

提出了一种具有自动电平控制(ALC)的WCDMA直放站上行链路系统,详细地分析了系统的上下变频和自动电平控制的原理,并进行了系统级仿真。此系统具有通带内增益高、带外衰减大和输出功率稳定可调的优点。

一种自动电平控制电路的最坏情况分析

针对一种应用于宇航设备的自动电平控制电路开展了最坏情况分析,建立了各电路模型并提取了分析参数,根据温度环境和辐射环境,采用极值分析法分析并计算了控制阈值及控制精度。结果表明,温度范围内器件参数的变化对系统输出功率影响较大,而辐照条件下运放参数的恶化对系统输出功率的影响则相对较小。

采用最近电平控制的模块化多电平换流器损耗一致性分析

为研究半桥结构的模块化多电平换流器(modular multilevel converter,MMC)子模块的损耗分布特性和一致性,首先,分析了MMC换流器的基本工作原理和损耗数值计算方法;其次,应用PLECS仿真软件针对半桥子模块结构进行仿真计算,分析了最近电平控制下不同均压、环流抑制方式下的子模块损耗特性;最后,对比分析了不同控制方式下的子模块损耗特性。研究结果表明:在不影响换流器工作状态的前提下,使用保持因子法均压以及使用三相解耦二次谐波环流抑制算法进行环流抑制时,各子模块损耗分布一致性更高,整体损耗率更低。

多电平电压源逆变器控制策略研究

采用多电平拓扑结构已是大容量应用领域的必然趋势,针对多电平电压源逆变器,研究、分析和比较各种控制方法的特点,并以DSP和FPGA为核心控制芯片介绍中点箝位型三电平变换器的软硬件设计。

基于预测控制技术的新型多电平单相Boost功率因数校正开关变流器

重点研究了有源功率因数校正开关变流器的拓扑和DPS系统的数字控制。分析和研究了三电平Boost PFC变流器主电路工作特征,以及在解决功率器件承受高电压应力、系统的整体损耗、磁性器件的选择等方面所具有的优势;提出了采用改进的预测控制算法控制的三电平BoostPFC变换器方案。最后,给出了电路分析、设计,以及实验分析结果。

CSNS RCS射频系统双谐波模式低电平控制模拟实验

介绍了中国散裂中子源/快循环质子同步加速器一期工程(CSNS-Ⅰ/RCS)拟采用的双谐波加速方案。针对该方案需要在加速周期内对8个射频腔之一进行工作模式切换的特殊要求,对设计实现的基于现场可编程门阵列(FPGA)技术的数字化低电平控制系统采取了一系列优化措施,包括模式切换时段控制回路的开环、功率源两级调谐回路的错时闭环等。在射频系统样机平台开展的模拟实验表明该低电平控制系统动态性能良好,双谐波方案可行性得到了一定程度的验证。