高轻载效率少功率器件的可模块化扩展ZVS高增益变换器

提出一种高轻载效率且少功率器件的可模块化扩展零电压开关高增益Boost变换器。该变换器可以通过增加升压模块数量n,极大地提高变换器的升压能力;具有2个开关管和n+1个二极管,且各功率管承受相同的电压应力,均为[(n+1)U_(in)+U_(o)]/(n+2);输入电感工作在连续导通模式,其余电感工作在双向导通模式,且反向峰值电流之和大于输入电感电流的谷值,从而实现所有功率管的软开关。所提变换器采用柔性开关频率控制策略,即根据输入电压和负载大小适当地调整开关频率,使电感电流脉动量维持在合适的范围内,既确保实现功率管的软开关,又具有较小的通态损耗,因此在整个负载范围内均具有较高的运行效率。以一个扩展模块为例,对所提变换器的工作原理、稳态特性、软开关条件、控制方法进行深入分析,并通过一台250 W的样机实验验证了理论分析的正确性。

基于多目标优化的高频DAB变换器混合多重移相控制策略

随着双有源全桥(dual active bridge,DAB)变换器开关频率的提升,半导体器件的开关损耗占比越来越大,基于回流功率、电感电流峰值或有效值的单目标效率优化策略的优势逐渐丧失。为提升DAB变换器的高频工况运行效率,文中对DAB最优模态与优化目标进行定量分析与选择,提出一种可同时实现电感电流有效值准最优、宽范围软开通的移相策略,在该策略下轻重载工况所有开关管均可实现软开通,中载仅有两个开关管丢失软开通。为保证软开通的有效实现,根据电荷交换和死区时长两个条件推导实现软开通所需电流的统一表达式。再者,将软开通谐振过程线性化处理,所得简化表达式可与本文移相模态相结合,可实现任意开关管在任意模态下的软开通。最后,搭建6.6 k W/150 k Hz的碳化硅实验平台进行验证。实验结果表明,所研究的多目标优化策略可同时减小开通损耗与导通损耗,有效提升DAB变换器在高频工况下的运行效率。

基于励磁电流补偿与混合移相调制的高频DAB变换器全范围ZVS运行策略

随着宽禁带功率半导体器件的广泛使用,更高开关频率的双有源桥(dual active bridge,DAB)变换器带来了更大的开关损耗,对于软开关技术提出更高要求。为了进一步拓展零电压开通(zero-voltage switching,ZVS)范围,文中对ZVS精确模型和传统电感电流全局最优条件方法进行分析,提出一种结合励磁电流运行的移相调制策略,该策略可实现DAB变换器全功率范围内所有开关管的ZVS运行(8-ZVS运行)。在考虑开关管非线性特性和死区时间限制基础上得到更精确的ZVS模型,并推导引入励磁电流的ZVS模型。此外,所提出的控制方案具有无缝模式转换的特点,电感电流的有效值也可以达到准最佳状态。最后,搭建6kW/150kHz的高频DAB变换器样机以验证模型有效性。实验结果表明,该控制算法可以在任意模式和工况下实现8-ZVS运行,从而提升系统在轻载和中载工况下运行效率。

高压大电流磁轴承功率放大器的系统研究与应用

针对三相三线制交流电网输入、高压大电流隔离输出、交流掉电不间断供电10 min,以及较大频率响应范围、稳态特性和动态特性良好的要求,提出一种N+1冗余不间断的稳压电源和三态PWM调制的功率放大器。阐述了磁悬浮轴承控制系统的工作原理,设计并制造了600 V/60 A的高压大电流功率放大器系统。实验结果表明,稳压电源能够实现10 min左右的不间断供电且变换器具有冗余功能,磁轴承功率放大器具有较小的输出电流纹波,同时具有较好的跟随特性、稳态特性、动态特性和较大频率响应范围。样机实验结果表明,所设计系统能够满足要求,对磁悬浮轴承控制系统的商业化生产制造具有一定的指导意义。

基于双端初始电流行波时频矩阵相似度的柔性直流输电线路保护原理

针对目前柔性直流(voltage source converter-based high voltage DC,VSC-HVDC)电网的线路保护中存在的问题,提出一种基于双端初始电流行波(Initial current traveling wave,ICTW)时频矩阵相似度的柔性直流输电线路保护原理。首先,对柔性直流电网在线路区内外故障下两端保护所在处ICTW的故障特性进行分析,总结出在特定时间窗内,区内故障下两端ICTW的频域相似度远高于区外故障。在此基础上,利用S变换对双端ICTW进行时频分析,建立时频矩阵,并对其做奇异值分解(singular value decomposition,SVD)。然后根据特征矩阵构造双端ICTW的相似度计算公式,以该相似度的大小判别线路区内外故障。另外,根据线路两端ICTW的高低频能量比识别雷击干扰。最后,各种故障情况下的仿真结果表明,该保护原理不依赖线路边界元件,可以保护不同长度线路的全长,具有更高的耐过渡电阻和抗噪声能力,并且能够满足柔性直流电网主保护的速动性要求。

柔性直流输电系统高频谐振自适应抑制策略

近些年柔性直流在高频范围引起的振荡稳定问题日益频繁,已经对电力系统的安全稳定运行造成了影响。由于实际系统的网络拓扑与运行方式复杂多变,因此柔性直流高频带宽内的谐振特性复杂,给柔性直流高频谐振的抑制带来了挑战。为提升高频谐振抑制策略在系统多运行方式情况下的适应性,首先对系统的阻抗特性进行了建模研究,然后分析了不同抑制策略的缺陷,基于以上研究提出了基于自适应带阻滤波器的高频谐振抑制策略。该策略通过调节附加带阻滤波器的数量及参数,有效解决了交流系统不同运行方式下高频谐振频率多变问题,具有较强的适应性,最后通过PSCAD电磁暂态仿真验证了所提抑制策略的有效性。

高压软启和高压变频在铁合金烧结主抽风机上的应用

在原有主抽风机同步电动机高压软启动控制基础上,增加高压变频器,实现高压软启和高压变频技术并用于主抽风机同步电动机启动与控制,更加利于工艺控制。应用后可根据实际情况,频繁启停风机,最大限度节能降耗。

基于模块化多电平矿用中高压变频器仿真研究

针对井下中高压大功率应用设备在工作过程中耗能大的问题,为减少能源消耗及改善设备性能,本文提出将基于模块化多电平换流器(MMC)结构的高压变频器应用到井下变频系统中,该变频系统能够有效改善高压大功率设备的工作效率与耗能问题。主要介绍了模块化多电平换流器的拓扑结构、工作原理、调制技术及子模块电容电压平衡等,并在Matlab-Simulink软件中搭建井下高压变频系统仿真并进行验证。仿真结果表明,系统具有良好的动态性能,能够实现井下变频系统和感应电机正常工作,波形输出基本稳定,对解决井下中高压大功率运行设备节能具有重要意义。

矿用提升机电控系统智能化设计及应用分析

针对提升机所用的传统电控系统存在控制效率低、精度差、运行安全可靠性差等不足,为有效解决上述问题,本文基于提升机系统的主要结构,通过应用PLC可编程控制器,高压变频器及上位机等设备,创建了新的提升机智能电控系统,经应用高压变频器来优化改造原调速系统,电动机实现了平滑调速,应用上位机与PLC合理结合,提升机实现了变频调速,改造后不仅提升机电控系统的自动化、智能化水平显著提升,而且提升机运行更节能、更高效,取得了较好的应用效果,可为类似工况下提升机电控系统的改造提供参考。

基于多电平技术的防爆高压变频器的研究与应用

针对在含甲烷、煤尘等爆炸性气体环境的煤矿井下的高压电气设备如何安全供电的问题,基于多电平技术理论、防爆理论,设计了一款防爆高压变频器,最终将其成功应用于带式输送机。此外,还给出了带式输送机用高压变频调速技术的解决方案。

高压变频节能改造技术在煤矿主通风机中的应用

主通风机是煤矿的主要设备之一,部分煤矿在开采后期主通风机的运行功率远超出煤矿正常生产所需运行功率,能量损耗较为严重。基于此,文章针对煤矿主通风机高压变频节能改造需求,提出了煤矿主通风机高压变频节能改造方案。经实践分析,煤矿主通风机高压变频节能改造效果较好,实现了提质增效的目的。

330 MW供热机组电泵变频器改造计划研究

传统液力耦合器在低负荷率下效率低,文章对330MW供热机组的电泵变频器改造计划进行了研究,重点分析了通过高压变频调速技术提升节能效果的可行性。研究表明,通过变频调速技术可以显著提高水泵运行效率,降低年耗电量和运行成本。改造后,系统运行效率和稳定性大幅提升,达到了显著的节能降耗效果,提高了电厂的经济效益和运行可靠性。

10kV高压防爆变频器在煤矿主运皮带机的应用

本文介绍了新风光10kV高压防爆变频器在贵州省大方县营兴煤矿主运皮带机中的应用情况,对应用案例进行了介绍。结果表明,采用单元级联主回路拓扑结构的防爆变电变频器装置,它相比传统井下变频器具有低频力矩大、输入输出谐波含量低、操作供电方便、长距离供电、主从机功率平衡等优点,在煤矿皮带机输送系统上采用防爆变电变频器具有较高的经济效益和社会效益。

Simulation of multiphase boost DC-DC converter with the stable control strategy

The multiphase boost DC-DC converter with stable control strategy is presented. Multi- phase boost DC-DC converter is designed for high voltage and high power applications, and could be achieved by the adjustment of voltage doubler rectifiers on the secondary side of high frequency transformers. The stable control strategy for three phase boost DC-DC converter has been utilized during simulation in this study and this strategy can be extend to N-number of phases. The stable control strategy consists of only three voltage loops, which are sufficient for appropriate and efficient operation of three phase boost DC-DC converter. With the stable control strategy, the equal power balance sharing can be obtained between input and output. The stability of control strategy has been evaluated by simulating the multiphase boost DC-DC converter for the same and mismatch turn ratios of high frequency transformers. The simulation result is good and the objective of the strategy is a- chieved.

考虑频率耦合效应的柔性直流输电高频谐振抑制措施

模块化多电平换流器的频率耦合效应会影响换流器的阻抗特性,进而影响高频谐振抑制措施的有效性。文中首先考虑频率耦合效应建立模块化多电平换流器交流侧导纳矩阵模型;接着,定量地分析常见高频谐振抑制措施对系统频率耦合效应的影响,结果表明在常见高频谐振抑制措施下系统频率耦合效应有加剧趋势;随后,提出一种同时抑制频率耦合效应和高频谐振的措施;最后,以鲁西背靠背异步联网工程广西侧模型为例,通过PSCAD/EMTDC仿真验证了模型的正确性及所提措施的有效性。

孤岛新能源场站接入柔性直流高频振荡机理及抑制策略

大规模新能源孤岛经柔性直流送出系统的高频振荡问题在近期工程中日渐突出。文中建立了考虑一次主电路设备内部动态过程、控制链路延时、序分量分离环节、内外环控制环节的不同频率耦合特性的柔性直流换流器阻抗数学模型,并对数学模型进行简化,确定孤岛新能源场站接入柔性直流换流器的高频振荡机理为控制链路延时与内环电流反馈、电压前馈环节共同形成了柔性直流系统高频负阻尼,进一步得到了影响柔性直流换流器高频阻抗特性的关键因素。针对关键影响因素设计了孤岛新能源场站接入柔性直流系统的高频振荡抑制方案。相应解决方案在PSCAD模型中得到验证,同时解决了中国张北、如东新能源经柔性直流送出工程现场的高频振荡问题。

VSC-HVDC参与送端电网的调频控制策略

电压源型直流输电(voltage sourced converter-high voltage direct current,VSC-HVDC)具有控制灵活且易于在送受端扩展新落点等优点,有助于新能源的友好接入,因而在新能源基地的直流输电中具有广阔的应用前景。随着柔直送端电网新能源占比不断增加,导致送端电网系统等效惯量持续降低、调频能力大幅减弱。针对高新能源渗透率的送端电网系统,利用VSC-HVDC对有功功率的独立与快速调节的特点,在传统的定有功功率控制中引入有功功率-频率(P-f)斜率特性,设计反下垂控制策略,使其参与送端交流系统的频率调节。并在PSCAD/EMTDC中搭建两端柔性直流输电电网模型进行仿真验证。结果表明,所提出的控制策略提高了送端系统的频率稳定性,具备一定的有效性与可行性。

转炉干法除尘系统关键控制技术的研究

本文主要介绍了转炉干法除尘蒸发冷却器、静电除尘器、轴流风机、煤气切换站、煤气冷却器等各子系统现有的控制技术和控制难点以及干法除尘各子系统影响转炉吹炼的条件;详细叙述了在干法除尘系统运行过程中蒸发冷却器出口温度控制、转炉煤气泄爆、轴流风机炉口微差压精确控制、煤气回收安全控制等问题以及应对措施;全面详细分析了转炉干法除尘各子系统的控制思路。

固态开关串联的高压重频脉冲电源

随着脉冲功率技术在生物医疗、食品加工、电磁成形、等离子体研究等领域日益广泛而深入的应用,脉冲发生器的研制面临高压高频化、全固态化等新要求。为了满足这种新要求,设计了一种固态开关串联的高压重频脉冲电源。脉冲电源主要由高频触发电路、主电路以及LCL谐振电路组成:主电路为8级Marx电路串联,MOSFETs作为充放电控制开关;触发电路输出触发信号驱动MOSFETs工作;LCL谐振电路可实现输出电流恒定。电源结构触发同步性好,充电速度快,结构紧凑。对电路的结构设计、电路原理、参数设置进行了详细阐述,并利用Simplorer软件仿真验证高压重频脉冲电源电路的可行性。最后搭建了一台高压重频脉冲电源样机,实验样机参数为脉冲电压0~4 kV,重复频率0~8 kHz可调,脉冲宽度5~12μs可调。

低扬程轴流泵反向发电技术研究与应用

为实现大型低扬程立式轴流泵反向发电运行,利用电子变频技术代替机械变频技术,将高压四象限变频器应用于淮阴二站反向变频发电,并分析了并网方案、变频控制策略,同时对现场进行改造,实现了水泵发电运行的无级调速,可根据运行工况自动跟踪水泵机组最优发电转速从而达到最大发电功率,使效益最大化。