一种模型预测控制PMSM系统共模电压抑制策略

PWM共模电压干扰直接威胁逆变器驱动的电机系统安全和稳定性,针对模型预测控制的永磁同步电机系统提出了一种共模电压抑制策略,可分别采用电流扇区判定及开关函数直接控制两种方法,对死区开关管进行控制,通过改变电流续流路径,抑制共模电压幅值。建立系统的仿真模型,对抑制策略下的共模电压进行了仿真分析,并搭建了实验平台进行测量。仿真和实验数据表明,基于两种控制方法的抑制策略均可有效抑制系统共模电压,并减小单位时间内的开关次数及电流谐波含量,其中采用开关函数直接控制法的抑制效果更为显著,在不同转速下均能实现将CMV幅值抑制在U dc/6,且开关次数与传统方法相比下降约5%。

基于可控自恢复消能装置的直流送端暂态过电压抑制方法

常规特高压直流输电系统受端换相失败或直流闭锁时输送功率受限,将导致送端换流站的无功消纳盈余进而诱发送端系统过电压。提出基于可控自恢复消能装置的过电压抑制方法,能够防止常规特高压直流输电系统送端电压上升过大。首先,分析了送端过电压产生机理;其次,介绍了可控自恢复消能装置的过电压抑制原理,并给出了装置参数整定方法;最后,结合PSCAD/EMTDC和试验平台验证了可控自恢复消能装置实现常规特高压直流输电系统暂态过电压抑制的有效性。

单开关谐振脉冲电源的过电压抑制

单开关谐振电路只需使用一个开关即可产生高压脉冲,然而当开关在谐振电流为正关断时会产生关断过电压,使开关损坏。为解决该问题,可在开关两端并联RCD(Resistance-Capacitance-Diode)吸收电路或在变压器原边并联R-D(Resistance-Diode)续流支路。但在高压脉冲条件下,这两种过电压抑制电路在不同负载下的带载特性以及效果优劣不明确。文中对比分析了两种电路的过电压抑制机理、参数选择依据、过电压抑制效果和元器件功耗。结果表明,含R-D支路的电源开关过电压与漏感电流和支路电阻R成正比,若R较大,其过电压系数大于含RCD吸收电路的电源。若R较小,元器件功率损耗较大。在高压脉冲电源中,RCD吸收电路的电容不需要在开关导通时将电放完。由于漏感限制,谐振脉冲电路在短路时电流不会过大而烧毁开关。同时,在驱动容性介质阻挡放电时电流能够自动反向,可实现零电流关断。

三相PWM变换器的共模电压抑制方法综述

脉宽调制(pulse width modulation,PWM)技术是电力电子变换器中最常用的控制技术之一,但不可避免地会产生共模电压。共模电压及其感应产生的轴电压、轴承电流等会严重危害电机甚至整个系统的安全运行,因此必须从源头上对它进行有效地抑制。首先分析共模电压的产生及作用于电机的基本原理,随后分别总结空间矢量PWM和载波PWM两种调制策略下进行共模电压抑制的控制自由度及相应控制方法,并对不同方法的性能进行对比,最后对其后续的发展方向进行展望。

电力电容器的精准相控投切与过电压抑制

并联电容器组在配电网的应用过程中,可以有效提高电能输送的效率和质量,但由于电力电容器投切方式的某些不合理因素,也会因其产生过电压,从而影响到电网的稳定性。研究分析电力电容器投切暂态状态,对于合闸暂态,通过建立电力电容器组合闸并联时的单相等效电路,简化电力电容器投切暂态过程;对于分闸暂态,计算断路器触头在电力电容器投切状态下产生的恢复电压。由储能电容器、开关电源、功率驱动输出接口以及电流/电压传感器接口等硬件组成同步开关控制器,实现电力电容器的过电压保护。为验证该方法的应用性能,开展实验分析,在合闸和分闸两种状态下采用同步控制器对电力电容器展开投切测试,三相电压波动具有对称规律性,且幅值变化较为平稳,有效抑制了电力电容器的过电压峰值。实验测试结果表明,所提方法的投切稳定性高、过电压抑制效果好。

直流输电工程换流站内部暂态过电压抑制方法

由于换流站内部暂态过电压持续时间较短,导致传统优化设备与开关的控制策略下抑制效果不佳,文章提出直流输电工程换流站内部暂态过电压抑制方法。根据直流输电工程换流站元件模型模拟计算出内部暂态过电压,配置能量同步转换装置,控制该装置抑制换流站内部暂态过电压。试验结果表明,该方法在降低换流站内部暂态过电压幅度的同时,抑制了暂态过电压后稳态电压偏高的问题。

基于弧光转金属接地的弧光接地过电压抑制装置研究与仿真

针对目前现有的弧光接地过电压抑制装置存在的缺陷,提出一种将故障相接地的过电压抑制方法,在谐振接地配电系统中增加了控制装置,通过三相电压和开口电压将故障相强制金属接地,从而消除弧光接地故障.为了验证装置的可行性,利用ATP-EMTP软件加以仿真研究,结果表明装置在不同故障阻抗下均能够对故障进行熄弧,从而实现了过电压抑制.

基于有源箝位的IGBT过电压抑制技术

在介绍绝缘门极双极性晶体管(IGBT)在关断过程中产生过电压原理基础上,分析了传统的过电压抑制方法存在的问题,给出了一种基于有源箝位的IGBT过电压抑制策略。所给出的有源箝位电路由瞬态电压抑制器(TVS)构成,位于IGBT的集电极与门极之间。基于Saber的仿真结果证实了该策略可将IGBT关断时的过电压箝位在瞬态电压抑制器的设定值,能有效地减小IGBT关断时产生的过电压。

±1000kV级直流输电工程系统过电压抑制和绝缘配合

换流站过电压抑制和绝缘配合是±1 000kV级特高压直流输电工程的关键技术之一,对降低设备的绝缘水平和制造难度具有重要的意义。为此,论述了抑制±1 000kV级特高压直流换流站电气设备上的过电压措施及高性能避雷器参数的选取,指出提高避雷器的荷电率和减小避雷器的残压比是降低避雷器保护水平的重要措施,并详细介绍了采用高性能避雷器降低设备绝缘水平的可行性。给出了±1 000kV级特高压直流输电工程设备绝缘配合方法—确定性法,该方法须通过仿真计算可确定合理的避雷器配合电流和配合电流波形,以准确地进行绝缘配合。通过计算,给出了±1 000kV级特高压直流设备冲击绝缘水平的推荐值:±1 000kV、±1 100kV直流极线的操作/雷电冲击绝缘水平分别为1 900kV/2 250kV、2 050kV/2 400kV;±1 000kV、±1 100kV换流变阀侧Y绕组端子/D绕组端子的操作冲击绝缘水平分别为1 950kV/1 500kV、2 050kV/1 600kV。同时,根据线路过电压沿线分布的研究结果,建议线路杆塔绝缘配置应结合线路过电压幅值、分布特性和沿线海拔高度综合分析,并采用分段设计原则以使线路杆塔的造价更加经济合理。

一种改进的永磁同步发电机模型预测共模电压抑制方法

模型预测控制因具有实现简单、控制灵活等优点而在大功率电压源逆变器控制领域受到广泛关注。然而,传统的模型预测控制方法因采用零矢量而导致共模电压较大。直接弃用零矢量的模型预测控制方法虽然可以减小共模电压,但仍然存在计算量较大、开关频率较高等问题。因此,提出了一种改进的永磁同步发电机(permanent magnet synchronous generator,PMSG)模型预测共模电压抑制方法。所提出的方法每个周期采用4个非零矢量进行优化运算,包含3个相邻非零矢量和1个不相邻非零矢量,从而降低了开关频率,且不影响电流控制。此外,文中还通过实验研究了所提出的共模电压抑制算法对PSMG转速控制的影响。实验结果表明,所提方法可以降低共模电压和开关频率,减小计算量,且不影响PMSG的电流和转速控制性能。

兼有共模电压抑制作用的逆变器输出无源滤波器

提出了一种以差模电压滤波为主 ,兼有抑制共模电压作用的逆变器输出无源滤波器。该滤波器是在基本RLC滤波器基础上通过在滤波电感上增加附加绕组来实现的。其特点是将两种滤波作用有机结合。仿真及试验表明 ,在满足差模滤波要求的同时 ,可减小共模电压有效值约6 0 %。文中示出了该滤波器的基本结构及其差模和共模等效电路 ,分析了差模和共模电压转移函数 ,给出了滤波器参数的工程计算方法 。

一种低温漂高电源电压抑制比带隙基准电压源设计

通过将具有高阶温度项的MOS管亚阈值区漏电流转换为电压,并与一阶温度补偿电压进行加权叠加,实现二阶温度补偿.采用高增益的运放和负反馈回路提高电源抑制能力,设计一种低温漂高电源电压抑制比带隙基准电压源.基于0.18μm CMOS工艺,完成电路设计与仿真、版图设计与后仿真.结果表明,在1.8 V的电源电压下,电路输出电压为1.22 V;在温度变化为-40~110℃时,温度系数为3.3 ppm/℃;低频电源电压抑制比为-96 dB@100 Hz;静态电流仅为33μA.

基于下垂并网的双馈风力发电机谐波电压抑制策略

在双馈感应发电机（doubly-fed induction generator,DFIG）基于电压源输出并入弱电网的条件下,针对系统中含有非线性负载的情况,提出一种改善公共连接点（point of common coupling,PCC）谐波电压的方法。首先建立双馈发电机基于电压源下垂并网输出的功率小信号模型。然后根据模型建立谐波源到输出电压的传递函数。以抑制并网点电压的5次和7次谐波为目标,在转子电流内环采用比例积分控制器的基础上,利用准谐振调节器直接提取并网点电压的谐波分量,引入比例前馈补偿,有效降低并网点谐波电压含量和输出功率脉动。最后通过实验验证所提控制策略的有效性。

瞬态电压抑制器的雷电通流与箝压特性测试

为提高箝位电压和峰值脉冲电流测量的准确度,利用冲击电流发生器测试3种系列不同类型瞬态电压抑制器的雷电流通流能力、箝位电压特性和伏安特性,分析了它们与额定电压、脉冲峰值功耗及极性的关系。结果表明,TVS额定电压越高,雷电流通流能力越小,同样额定电压的TVS管,脉冲峰值功耗增大后通流能力并未增大,TVS管只适宜作为次级限压性防护元件。随着额定电压的升高,箝位电压逐渐增大,临界箝位系数趋于减小,低额定电压时箝位电压分散性大,高额定电压时箝位电压分散性小,选用和考虑TVS绝缘配合时应予注意。

瞬态电压抑制二极管对半导体桥换能元电爆特性影响的模拟

为了解决瞬态电压抑制二极管(TVS)用于半导体桥火工品抗静电设计的参数优化问题,采用电路模拟和试验相结合的方法,构建了电容放电发火测试电路等效模型和半导体桥PSpice电子器件模型,研究了TVS参数对半导体桥换能元电爆特性的影响。结果表明,当钽电容等效串联电阻为288mΩ,钽电容等效串联电感为0.68μH,导线电感为40nH和回路电阻为3.3mΩ时,22μF/16V电容放电发火电路的等效电路模型和实际吻合。以阻抗-能量列表模型的方式创建的半导体桥PSpice电子器件模型模拟曲线和实际曲线吻合,且模拟电爆数据偏差小于3%。模拟和试验结果表明,TVS对半导体桥电爆性能的影响程度随着其击穿电压的升高而降低。当TVS的击穿电压在8~12V之间时,即使TVS击穿电压低于半导体桥发火电压,半导体桥仍能正常爆发,TVS击穿造成的分流导致半导体桥爆发延迟(2μs),且延迟时间随着TVS击穿电压的降低而延长。

二极管箝位三电平逆变器共模电压抑制技术

针对二极管箝位三电平逆变器,根据小矢量作用时中点电流与相电流方向,将小矢量分为正小矢量和负小矢量,提出一种不含正小矢量的脉宽调制矢量合成策略,将逆变器输出共模电压幅值由原来的1/3直流母线电压降低到1/6直流母线电压。将参与输出电压合成的负小矢量按照矢量合成关系分为过渡小矢量、附加小矢量1和附加小矢量2,并根据不同小矢量作用时对中点电压的控制能力推导出最优小矢量选择标准,实现对中点电压的有效控制。通过试验验证了纯电感负载和单位功率因数2种典型工况下共模电压抑制策略与中点电压控制策略的有效性。

电力机车过分相过电压抑制新方法

针对电力机车过分相时导致变电所跳闸、电弧烧损接触线等问题,建立过分相过程的高阶等值电路,理论分析影响过电压的因素,得出机车过电分相的时刻是引起过电压的决定性因素,高压互感器的饱和引起铁磁谐振过电压是造成设备绝缘击穿和保护装置误动作的主要原因。提出了利用自动过分相装置的强迫信号、机车速度与接触线的电压相位信号来控制电力机车达到过电分相的时刻来抑制过电压产生的新方法,实现无过电压通过分相。利用电磁暂态仿真软件PSCAD/EMTDC对过分相过程及抑制方法进行仿真验证。仿真结果表明,新的控制方法可以有效地控制电力机车过分相过电压低于50kV,提高了机车运行的安全稳定性。

基于混合电压矢量预选的逆变器模型预测共模电压抑制方法

死区会导致常规的模型预测共模电压抑制方法出现±u_(dc)/2的电压尖峰。针对该问题,详细分析了死区对共模电压尖峰的影响,并得出了共模电压尖峰产生的原理。根据该分析结果,设计了一种基于电流扇区的新型电压矢量预选方法,以克服死区的影响。对于因电流纹波较大导致电流扇区难以准确判断的问题,进一步改进电流扇区划分方法,并最终设计了一种混合电压矢量预选方法,以完全克服死区的影响。仿真和实验结果表明,所提出的方法不仅可以完全将共模电压限制在±u_(dc)/6之内,而且可以降低电流总谐波畸变率。

整流桥式过电压抑制装置的工作机理及应用分析

整流桥式过电压抑制装置能够显著地抑制电炉变压器空载开断时的过电压,但其工作机理和应用尚未得到系统论证。文中在电磁暂态数值仿真分析的基础上,分析了该装置抑制过电压的机理,即利用大容量电解电容器吸收截流后电路中存储的电磁能量,同时过电压的幅值因较小的变压器绕组漏感而得到限制,典型情况下该装置可将过电压降至1.15倍。另外,给出了过电压幅值和倍数的估算公式,分析了变压器的短路阻抗、容量、空载截流值以及端口对地电容等因素对电压倍数的影响,变压器的短路阻抗越小或容量越大,越有利于降低过电压倍数。

背靠背永磁直驱风电变流器共模电压抑制方法

针对常规的模型预测共模电压抑制方法需要设计权重因子、计算量大、开关频率高等问题,提出了一种改进的基于电压矢量优化的背靠背永磁直驱风电变流器共模电压抑制方法。详细分析了每个电压矢量对背靠背风电变流器电流变化率的影响,从而揭示了3矢量法存在电流畸变的本质原因,并基于该分析结果提出了一种改进的4矢量模型预测共模电压抑制方法。该方法不仅适用于机侧变流器,而且适用于网侧变流器。在实现共模电压抑制的同时,该方法还可以降低开关频率并减小计算量,且没有明显影响电流的动稳态特性。仿真和实验结果验证了所提方法的有效性。