DC-DC降压转换器控制系统虚拟实验平台设计

为了研究DC-DC降压转换器的输出电压调节问题,利用Matlab软件的图形用户开发工具GUI设计了基于DC-DC降压转换器控制系统的虚拟仿真实验测试平台。同时利用可视化仿真工具Simulink在后台搭建了基于连续滑模控制算法的系统仿真模型。考虑到DC-DC降压转换器系统的输出电压通常会遭受参考电压和负载电阻变化的影响,为了显示所推荐控制方法的优越性,设计了基于传统双闭环PI控制和所推荐连续滑模控制的两组对照实验。实验结果验证了所搭建控制系统模型的正确性和整个实验平台的有效性。该实验平台既着重介绍了DC-DC降压转换器和PI控制方法的基础知识,又特别引入了先进的连续滑模控制方法,有效支持了自动控制原理课程的建模和控制分析实验。

高性能网侧变流系统仿真建模与应用

介绍了在高性能网侧变流系统的数学模型,在此基础上分析了矢量变换直接电流控制方法。在Mat-lab环境下建立基于开关函数和传递函数的系统理想仿真模型,同时采用Saber构建基于系统主电路拓扑结构的元件级半物理仿真模型。两种仿真模型结合使用能为系统设计和控制研究提供一个方便实用的实验平台,对实际工程设计有着很重要的意义。

制粉系统智能解耦控制的分布式仿真实验平台

钢球磨煤机制粉系统具有强耦合、非线性、大时滞等综合复杂性,为解决其智能解耦控制技术的工程化验证问题,建立了制粉系统智能解耦控制的分布式仿真实验平台。该实验平台由优化计算机、集散控制系统(DCS),仪表与执行机构的虚拟装置和模拟现场制粉系统的对象计算机组成。在对象计算机上,通过MATLAB和组态软件之间的无缝链接,有效地模拟制粉系统的输入输出特性。该实验平台的所有过程信号与工业现场一致,实验结果表明它可以有效地从工程角度验证智能解耦控制系统的控制性能。

交直流系统暂态仿真中换流器的改进准稳态模型

当交流系统发生三相不对称故障时,忽略直流系统负序分量的准稳态模型将给交直流混合系统的仿真带来较大的误差。文中考虑了整流器、逆变器的具体差异,给出了换相电压不对称情况下的直流电压计算方法,编制了换流器的仿真程序,并应用到考虑直流系统负序分量的换流器改进准稳态模型的混合系统暂态计算中,取得了令人满意的结果。

星形链式STATCOM直流侧输入阻抗及交直流功率耦合关系分析

星形链式静止同步补偿器(STATCOM)在交流系统发生故障时容易产生直流侧电压失稳现象,为其应用带来难题。首先引入相位补偿因子及电流交叉解耦环节推导交流侧输入导纳,通过对功率模组数学模型进行拓展分析推导直流侧输入阻抗。根据所得交流侧输入导纳及直流侧输入阻抗,建立交、直流侧电压扰动之间的关系,分析交、直流功率耦合关系。分析结果表明,交流侧电压扰动经交流侧输入导纳产生扰动电流,直流电压控制环对直流侧电压扰动的闭环控制也会产生扰动电流,2个扰动电流共同经直流侧输入阻抗形成直流侧电压扰动。采用经低通滤波的系统电压全前馈控制以及系统电压部分前馈控制策略进行实验验证,实验结果表明所提方法可以准确地分析交流系统故障下直流侧电压扰动水平。

交直流混联系统协调控制下的故障特征分析

交直流混联电网场景下交直流线路发生短路会产生新的故障特征.为此,构建了永磁直驱风电经柔性直流并网的交直流混联系统模型,系统的协调控制有助于提升其故障穿越能力,保障其安全稳定运行.故而,在借助于直流断路器(DCCB)、卸荷电阻以及改进的模块化多电平换流器(MMC)控制策略基础上,提出一种无需换流站间通信的交直流故障穿越协调控制方案,进而探讨了不同因素对故障特征的影响.研究结果表明:交流并网联络线故障时,MMC具有非线性、幅值受限和输出电流受控于电压等特征的电源输出特性;当发生不对称短路故障时,故障线路柔直侧的负序电流可被完全抑制;当并网点电压三相有效值跌落到0.9 p.u.以下时,MMC优先发出无功功率;当直流系统不平衡功率积累出现直流过电压现象时,在主从电压裕度控制策略起主要作用下仅三相短路故障导致直流电压超过1.05 p.u.,此时风场侧MMC凭借降压法及卸荷电阻的投切可使直流电压控制在1.05~1.10 p.u.范围内.针对直流故障时的低电压问题,采用就地检测就地保护的故障隔离方案实现了5~6 ms切除直流故障.最后,通过RTDS仿真实验验证了该交直流故障穿越方案的有效性,证实了此控制方案下故障特征与理论分析结论的一致性.

无须考虑电源接法和性质的三相电压型整流器平均模型

为克服三相电压型整流器现有平均模型的局限性,提出并推导一种无须考虑电源接法和性质的统一形式的平均模型.在建立开关模型过程中,处理纯电感割集时对独立状态变量个数以及独立方程数进行了严格界定;推导平均模型时,引入了冗余变量和冗余方程,使得所得模型更加直观易用.模型直接采用电感电流作状态变量,除基尔霍夫电流定律(KCL)和基尔霍夫电压定律(KVL)外,没有依赖任何额外假设.与现有模型相比,该模型去除了对输入三相交流电压波形性质的要求,因此完全适用于非正弦、非平衡、非对称的场合.仿真结果证明了模型的有效性.进一步的讨论说明,在三相正弦输入时,该模型与现有模型兼容.

一种带耦合电感和充电泵的单级式高增益光伏微逆变器拓扑

传统的双级式微逆变器通常由一级具有最大功率点跟踪功能的高增益DC-DC变换器和一级全桥逆变器串级组成。单级式微逆变器可以在一级功率拓扑中实现上述功能,因而具有结构简单、器件少的优势。然而,单级式拓扑在高增益升压、功率解耦方面给设计工作带来了挑战。提出一种带耦合电感和充电泵的单级式高增益微逆变器拓扑,引入耦合电感和充电泵实现高电压增益;利用Boost变换器与全桥逆变器共用开关管实现单级式拓扑;同时保留了高压直流母线,从而可以减小解耦电容容值。仿真和实验结果验证了该拓扑具有较高的电压增益、较小的解耦电容、高质量的正弦输出、以及较高的变换效率。

交直流大电网混合实时仿真(SMRT)平台研发与工程应用

为更准确、高效地研究南方电网受端多回直流换相失败、交直流复杂电网交直流相互影响、受端电网电压稳定和交直流电网稳定控制等问题,提出了研发基于RTDS实时仿真器与并行计算机联合闭环运行的电磁暂态-机电暂态混合实时仿真平台(super mixed real-time simulation,SMRT)。系统阐述了SMRT平台的架构和关键技术,即大规模电网实时机电暂态仿真技术、电磁与机电暂态全序量交互技术、RTDS与计算机仿真接口的数字化高速通信技术等。介绍了其在南方交直流互联大电网复杂系统运行分析、控制研究及运行人员培训中的应用。

光伏主导的交直流混合微电网实验平台

搭建了光伏主导的交直流混合微电网实验平台,该平台通过搭建器件化的底层电路和可拓展化的DSP控制器,配套实时化的上位机软件,编写模块化的实验程序,可选择进行半实物仿真或纯实物实验,能确保实验的准确性、多样性和高效性。平台在孤岛情况下成功进行典型的双光伏单储能协调控制实验,并进一步考虑并网整流时的电流冲击问题,提出对应的限幅式整流策略。

西门子6RA70用于电机试验台的分析与仿真

研究了西门子6RA70系列全数字直流调速系统的特点及功能,将其应用在实验室中用于100 kW和400kW两个功率等级的电动机和发电机的研究性试验的平台,并针对试验台的需要,对西门子6RA70876GV62的使用方法进行详细说明,仿真结果证明该设备用于电机试验台的可行性。

基于BP网络的含整流器负载IT系统绝缘监测

针对传统绝缘监测装置无法监测出带整流器负载的IT系统绝缘监测问题,提出利用基于LM算法的BP神经网络方法,搭建系统的仿真模型,通过对特征信号的提取,对系统的绝缘电阻值进行实时监测。分析结果表明,系统的绝缘电阻值与系统直流侧和交流侧的绝缘状态都有关。通过BP神经网络能同时反映系统交流侧与直流侧的绝缘状态,判断出系统绝缘下降的原因。

NPC三电平PWM整流器直接电流控制策略研究

基于矢量控制原理提出一种适用于NPC三电平PWM整流器的直接电流控制策略。首先建立了NPC三电平PWM整流器的数学模型,然后结合矢量控制的原理分析,提出一种dq矢量控制策略,最后在MATLAB/Simulink仿真软件中搭建仿真实验平台对策略的有效性进行验证。研究结果表明,该控制策略不仅可以实现有功、无功电流的独立控制,而且直流侧电压控制稳定,系统运行良好。

交直流调速系统实验平台的设计与开发

利用Matlab环境中的Simulink工具箱和图形用户界面GUI功能,设计实现了交直流调速系统课程可视化虚拟实验平台的构建。该平台既包含交直流调速系统教学中各种典型的实验模型,又可以进行实际系统分析,使学生更直观的理解交直流调速系统的组成和工作原理,培养了学生的研究和创新能力。这样既提升了学生的学习兴趣,又提高了课程的教学效果。