适用于级联型电力电子拓扑电磁暂态仿真的N端口网络通用等效建模方法

级联型电力电子设备复杂的拓扑结构给电磁暂态仿真带来巨大的计算压力。常见的模块化多电平换流器(modular multilevel converter,MMC)的等效建模方法相对成熟。然而,近年来出现大量复杂的新型级联型拓扑,目前仍缺乏通用的等效建模方法。为此,该文提出一种适用于任意拓扑N端口子模块、以任意级联方式组成的电力电子设备通用等效建模方法,利用状态空间表达式的形式将原始电路经数值积分代换后的端口特性提取出来,再根据得到的状态空间表达式反向构造等效电路模型。算例分析表明,所提方法不仅能消去子模块内部节点、提升仿真效率,还可自定义子模块拓扑结构和级联方式,相比传统等效建模方法更加灵活、通用,已有的MMC等效建模方法可以视为本文所提通用方法的一种特例。

基于微带双脊间隙波导技术的Ka波段六端口网络电路

面向毫米波高精度雷达探测应用,文中提出了一种基于微带双脊间隙波导技术的六端口网络电路。设计了基于微带双脊间隙波导的功分器和耦合器电路,提出了微带双脊间隙波导至微带线的新型过渡转换结构,并基于简化的六端口网络原理框图,将所设计的功分器、耦合器以及过渡转换结构进行有机组合,实现了所设计的Ka波段六端口网络电路。实验测试结果表明:在所设计的37.5 GHz~42.5 GHz频率范围内,输入端口1与四个输出端口间的相位差均在±2.5°以内,输入端口2与四个输出端口间的相位差均在±5°内,工作中心频率处的输入输出间插入损耗约为7.3 dB。实验与仿真结果吻合较好。

有载二端口网络几何分析法及其应用

引介一种用解析几何原理分析有载二端口网络主要电气量与负载关系的方法。根据二端口网络解析表达式和复变函数映射原理,在复平面绘制一张几何图形。当负载阻抗等参数改变时,会引起该图形某些线段与圆弧的变化,从而直观地观察二端口网络主要电气量的联动变化趋势。该方法具有直观、全局和动态的特点,可以促进解析几何与复变函数在电路分析中的应用。

基于二端口网络参数方程的电力电子变压器电磁暂态等效建模方法

电力电子变压器(powerelectronictransformer,PET)在大规模交直流混联和新能源并网中发挥着重要作用。由于PET高矩阵阶数与小仿真步长的特点,其电磁暂态(electromagnetic transient,EMT)仿真效率极低,无法满足精确快速仿真需求。该文以二端口PET为研究对象,给出一种基于二端口网络参数方程的等效建模方法。以双有源桥(dualactivebridge,DAB)型PET为例,通过模块内部传输参数的累乘、各模块混合参数的累加,以及各类参数之间的相互转换,给出了DAB型PET二端口等效电路及参数的获取方法。其次,通过PSCAD/EMTDC仿真测试,当模块数大于50,所提等效模型可实现对详细模型2个数量级以上的提速,最大相对误差小于3%。

二端口网络参数的计算

本文介绍了几种二端口网络参数的计算方法。利用二端口网络参数的定义直接计算;利用建立电路的结点电压方程、网孔电流方程的方法计算;通过测量计算。

利用矢量网络分析仪单端口校准误差项提取二端口网络的S参数

提出了一种利用矢量网络分析仪单端口校准误差项提取互易二端口网络S参数的方法。该方法要求在不同的参考平面上分别进行两次单端口校准,然后利用两次单端口校准的误差项求解二端口网络的S参数,通过实验验证该方法的正确性。该方法可应用于负载牵引和噪声参数测量过程中阻抗调配网络的S参数提取。

复合多端口网络的参数矩阵计算

一些电路教材对二端口网络的连接方式进行了介绍并给出复合二端口参数矩阵的计算方法。多个二端口的任意连接可以构成复合多端口网络,其参数矩阵也可以由构成它的二端口网络的参数矩阵表示。本文类比了电路网络中的关联矩阵,建立描述二端口和复合多端口关系的端口关联矩阵,并利用二端口的特性和串并联的特点,给出了求解复合多端口网络参数矩阵的新方法。

计及发电机动态的多端口网络等值及中长期电压稳定监视

在中长期电压稳定过程中,发电机可能会由于无功短缺导致过励磁限制器(over-excitation limiter,OXL)启动,使得将发电机保持为PV节点的这一传统做法面临一定问题。该文对常规多端口网络等值方法进行了改进,将可描述OXL作用下的发电机模型应用到多端口网络中,给出了发电机OXL启动的在线判定方法,使得改进后的多端口等值网络能够有效计及发电机OXL的动态变化。进一步,基于计及发电机动态的多端口等值网络,推导出可辨识负荷功率最大值点的电压稳定性指标。仿真结果表明,该文方法对即将发生的中长期电压崩溃能起到有效的预警作用。

基于二端口网络的三相异步发电机不对称稳态分析

对星接自激异步发电机三相不对称稳态运行进行分析计算,重点研究发电机电压变化情况。分析过程以Z参数的二端口网络和对称分量法为基础,推导发电机负载端的二端口网络模型及参数,该二端口网络输入端、输出端分别与异步发电机的正、负序等效电路相接合,建立异步发电机不对称稳态运行的等效电路。通过电路方法分析自激异步发电机不对称稳态运行性能,计算过程中实现了两个求解量的解耦。新分析方法通用性强,能大大提高计算速度。针对自激异步发电机带多种不同组合的三相不对称负载进行实验,实验值与计算值吻合好,由此验证了分析方法的有效性和准确度。

基于双端口网络控制的多绕组变压器型可调电抗器

由于现有的可调电抗电感不能快速连续调节或是谐波比较严重等问题,提出了一种新的可调电抗原理:使用电压型PWM逆变器作为变压器二次侧的负载,通过对负载电流的控制,可以实现变压器一次侧等效阻抗的任意调节;采用变压器二次侧多绕组的结构,可提高可调电抗器的容量。本文采用双端口网络控制,使多绕组多模块控制系统简单稳定。通过求解多绕组变压器的支路电流方程和变压器电感矩阵,得到多绕组变压器的数学模型,并在Matlab中建立多绕组变压器型可调电抗的仿真模型。仿真与实验表明基于双端口网络控制的多绕组变压器型可调电抗具备控制简单,电感线性连续可调、响应速度快、谐波电流小的优良性能。

基于多端口网络理论的整车EMC预测方法

随着汽车电子/电气化程度的提高,汽车EMC问题日益突出。本文中提出了一种基于多端口网络理论的汽车EMC预测方法。该方法能实现汽车多干扰源/敏感设备并存情况下的EMC预测,并能应用于整车开发的全过程。文中给出了整车EMC的预测方法,以及预测所需的网络耦合特性和端口等效特性的建模方法,并通过台架试验模拟整车辐射发射问题,对所提出方法的有效性进行了验证。

多端口网络噪声系数测试方法

将多端口网络某端口噪声系数的定义推广到非等噪声输入情形,并提出了两种多端口网络噪声系数测试方法。第一种方法方便快捷,只需测量任意一个端口的噪声系数即可得到多端口网络噪声系数。第二种方法不包含系统误差,但测试工作量及计算量较大。分别给出了两种测试方法的测量实例,并对两者的结果进行了比较,两者结果在误差范围内完全一致。第二种方法关于输入噪声功率的计算结果表明,第一种方法的系统误差可以忽略。该测试方法不仅适用于等增益网络,也适用于非等增益网络,文中给出了非等增益网络的测量实例。该测试方法可广泛应用于相控阵雷达所用T/R组件等多端口网络噪声系数的测试。

基于迭代合并的多端口网络低压电力线信道建模研究

电力线信道建模是实现复杂电力线网络下可靠通信最重要的步骤之一。传统的电力线信道建模方法是基于端到端的电力线信道,而低压配电网实际是一个具有多端口的网络,各个端口之间的信道响应由于信道路径的相关因而具有关联性。目前的信道模型缺乏对整个网络不同端口信道响应的研究,忽略了电力线信道与无线信道在物理特性上不同之处。文章提出多端口网络环境下电力线建模的新方法,理论分析电力线信道多端口之间相关性问题,研究基于多端口网络信道冲击响应建模方法的理论基础,建立多端口子电路网络分解方法的理论模型,所提出基于迭代的信道响应合并方法能够有效解决复杂低压电力线拓扑环境下的信道建模问题,为分析电力线载波信道空间相关性并在电力线上实现多输入多输出(MIMO)技术提供理论依据。

射频六端口网络在软件无线电中的应用

对射频六端口网络在射频上直接解调各类调制信号的普遍适用性进行了理论分析,推导了射频六端口网络解调正交调制信号的一般表达式,并对QPSK、16QAM和π/4QPSK三种调制制式使用计算机仿真验证了表达式的正确性;此外,仿真研究了射频六端口性能指标对解调性能的影响,其结果表明对于QPSK调制信号正交电桥0.3dB的幅度不平衡度和3o的相位不平衡度带来的解调性能恶化小于0.5dB。

基于直接式AC/AC变换的单相混合式配电变压器及其松弛二端口网络建模

针对配电网中的电压波动问题,提出了一种由传统工频变压器与电力电子变换器组合而成的混合式配电变压器(hybrid distribution transformer,HDT)。首先,在不同HDT拓扑分析的基础上,选取了具有一定结构优势的双极性直接式AC/AC变换器(bipolardirectAC/ACconverter,BD-AC)作为HDT的电力电子组成部分;其次,对HDT的拓扑结构与运行原理进行了分析并提出了相应的控制策略;再次,基于状态空间平均法构建了HDT的状态空间平均模型,并以松弛二端口网络理论为依托,对HDT的系统特性进行了理论分析;最后,通过搭建仿真系统验证了理论分析的合理性与有效性。

关于联接二端口网络的S参数分析

先简述了二端口网络的概念,然后阐述了表征二端口网络S参数的原理。在二端口网络级联分析的基础上,推导了串联和并联两种联接方式的S参数,给出了计算公式,并用实例检验了算法的有效性。

基于多端口网络PEEC法的功率模块寄生电感快速提取方法研究

数值优化为功率半导体模块实现低感与均流设计提供了灵活有效的新途径,但同时也对模块整体与分布电感的评估效率提出了更高要求。为了适应寻优计算需求,基于部分元等效电路(partial element equivalent circuit,PEEC)理论,提出一种基于多端口网络模型的功率模块布局电感快速提取方法。该方法通过构建与芯片导通状态无关的多端口网络模型,从而将模块整体和分布电感的提取问题由多次大规模PEEC求解转化为单次预处理分解加端口网络求解。此外,为减少微元数量,针对模块线路的平面注入结构,对键合线、金属层直行区和注入区使用分区域离散策略。算例分析和实验验证表明,所提方法计算误差小于5%,满足工程应用需求,计算时间相比ANSYSQ3D软件减少85%以上,适合用于功率模块的快速寻优设计。

多端口网络驱动点导纳矩阵函数的综合

本文提出了用（p + q）端口回转器综合多端口网络驱动点导纳矩阵函数，将多端口网络驱动点导纳矩阵函数Y(s)分解成G·Y_b(s)·G^T的形式，并且给出了求矩阵函数Yb(s)和矩阵G的方法。给出了Y（s）= G·Y_b(s)·G^T的综合电路。

讲授二端口网络的时机和方法

介绍清华大学电路原理课程在教学改革过程中,提出的有关二端口网络讲授时机和方法的一种新的处理思路。二端口网络在电路原理课程中一般放在最后部分进行讲授,因此学生很难将二端口网络融入电路原理的教学内容,造成的后果是这部分内容普遍教学效果不好。本文提出的处理思路是将二端口网络讲授提前,并且在整个电路原理教学过程中从认知规律出发不断展现二端口网络的相应内容,弥补了传统处理方式的缺陷,提高了教学质量。

基于三端口网络的互感器电压系数测量方法

为消除电压互感器串联加法中屏蔽泄漏和临近干扰对电压系数测量带来的误差,提出一种基于三端口网络的针对双级互感器串联的电压系数测量方法。首先,通过分析互感器串联加法测量中附加误差的类型和来源,基于双级电压互感器串联建立了考虑附加误差的无源线性三端口网络电压比例量值模型,利用电路理论证明了该三端口网络模型的输出响应具有线性可叠加性;其次,在电压系数求解过程中,在传统电压串联加法的基础上提出新的三步递推测量方法和迭代算法,通过推导证明该方法可以消除屏蔽泄漏和邻近干扰的影响;最后,针对同1台110/√3kV电压互感器,将该文提出的测量方法与德国联邦物理技术研究院开展国际比对,针对同1台220/√3 kV电压互感器将提出的测量方法与传统串联加法进行比对。研究结果表明,国际比对的偏差小于比值误差2×10^(–6)和相位误差2μrad,该文提出的电压系数测量方法比传统加法有较大提升。该研究可为提升中国工频电压比例标准体系量值溯源的准确度提供支撑。