A Conceptual Design Study for the Error Field Correction Coil Power Supply in JT-60SA

This paper describes a conceptual design study for the circuit configuration of the Error Field Correction Coil （EFCC） power supply （PS） to maximize the expected performance with reasonable cost in JT-60SA. The EFCC consists of eighteen sector coils installed inside the vacuum vessel, six in the toroidal direction and three in the poloidal direction, each one rated for 30 kA-turn. As a result, star point connection is proposed for each group of six EFCC coils installed cyclically in the toroidal direction for decoupling with poloidal field coils. In addition~ a six phase inverter which is capable of controlling each phase current was chosen as PS topology to ensure higher flexibility of operation with reasonable cost.

一种单电源九开关二倍升压九电平逆变器

针对现有九电平逆变器存在使用器件较多且调制策略复杂的问题,提出1种新型的开关电容九电平逆变器,其拓扑仅需1个直流电源、9个开关、2个电容和2个二极管即可输出九电平,同时实现二倍升压。该逆变器具有电容电压自平衡的能力,无需复杂的控制算法和外部均压电路来维持电容电压平衡。采用多载波层叠调制策略对该逆变器进行调制,逆变器中4对开关的工作状态互补,可以使用非门逻辑电路来降低调制策略的复杂度。首先对该逆变器的拓扑结构和工作原理进行理论分析;其次,对调制策略进行了详细介绍,并将所提拓扑与其他九电平拓扑进行比较,介绍了该拓扑的优点;最后,搭建的仿真电路和实验平台验证了所提拓扑及调制策略的可行性和有效性。

含分布式光伏接入的三相牵引供电系统电压协调控制方法

牵引供电系统中光伏并网逆变器普遍处于弱可控状态且缺乏多机间协调配合,为了使分布式光伏在实现牵引能耗优化的同时,主动参与牵引网电压调控,提出了用于三相牵引供电系统的电压协调控制策略。针对含光伏的新型三相牵引供电系统拓扑,分析了系统电压-有功和无功定量关系。结合分布式光伏无功裕度及协调关系,设计了3阶段分布式电压协调控制策略,根据电压灵敏度判定各节点补偿与削减优先度,实现了分布式光伏无功协调补偿及有功优化削减,达到牵引网电压主动控制。最后,通过对系统多工况下仿真,验证策略有效性。仿真结果表明,所提协调控制策略在三相牵引供电系统复杂的运行工况下,能够在兼顾光伏能量利用率的同时,增强系统电压调控能力,解决牵引网电压越限问题,并有效降低牵引网损耗。研究通过有效利用光伏支撑牵引网电压,为机车的安全、高效运行提供保障。

考虑储能系统控保协同体系的光伏场站送出线路突变量选相能力恢复策略

针对新能源接入电网后,突变量选相元件动作性能显著劣化,尤其在弱电源侧难以保证选相正确性的问题,提出考虑储能系统控保协同体系的突变量选相能力恢复策略。通过理论分析,得出逆变电源侧负序阻抗基本恒定这一实施选相能力恢复举措的前提条件。在此基础上,提出将光伏场站中储能侧逆变电源控制策略中的负序抑制短时屏蔽,并将故障线路两侧的正序分配系数控制到与负序分配系数相等,以此营造令传统突变量选相元件实现动作的最理想条件。该控制可以通过控制储能设备电流内环中的d轴和q轴电流实现。基于PSCAD/EMTDC的仿真结果表明,在该控制策略作用下,线路两侧正序分配系数与负序分配系数几乎相等,极大程度恢复了弱电源侧的选相特征,在不同故障工况下均有较好的适应性,且不会干扰系统侧选相元件的正常动作,具有很高的可靠性。

基于不对称低压穿越的逆变型电源的故障计算模型

新能源具有分布特性,使得新型电力系统易发生近电源故障,导致三相不对称,对逆变型电源的影响难以忽略。逆变型电源的传统正序模型只能对称地输出无功补偿,无法正确地计算新型电力系统的近电源不对称故障。基于此,首先指出现有低压穿越规范在三相不对称时存在的问题,并对其进行改进和完善,采用相电压指标设计了一套不对称低压穿越规范。然后,建立了逆变型电源的通用故障计算模型,并分别分析了其接入大电流和小电流接地系统时的等效方法,通过对单电源系统的仿真来验证模型的有效性。最后,提出了新型电力系统的相分量故障计算方法,推导了各故障类型和逆变型电源模型的代入计算方法。并通过算例验证了所提算法的正确性。

基于三相-单相变换的新型同相供电系统方案

针对当前电气化铁路供电系统中存在的负序、无功、谐波和电分相等问题,顺应铁路高速化、重载化的潮流,提出一种基于三相-单相变换的新型同相供电系统方案。该同相供电方式的整流侧采用不控整流电路,逆变侧采用H桥级联多电平单相SPWM变流器。由电压有效值和瞬时值双闭环控制,抑制不控整流电路的直流电压波动对逆变侧交流电压的不良影响,为机车负载提供稳定的电压支撑。分析了该新型同相供电系统的工作原理及其在不同工况下的供电性能,并在Matlab/Simulink平台上建立了系统模型。仿真结果验证了该方案的正确性与可行性。

考虑平衡端点相位不对称及光伏接入的低压配电网三相潮流模型

考虑到光伏逆变电源接入低压配电网的多样接入方式和复杂控制策略,建立了光伏逆变电源的三相电压与功率相对于中性点的控制模型。在此基础上,进一步提出了一个综合考量平衡端点相位不对称性以及光伏逆变电源接入因素的低压配电网三相潮流计算模型。为了验证该模型的有效性和准确性,在经过修正的IEEE 13节点测试系统上进行了仿真实验。仿真结果表明:所构建的模型能够精确、高效地计算包含光伏逆变电源在内的低压配电网三相潮流,为低压配电网的规划与运行提供了有力的理论支持和技术手段。

多电平三相电压源逆变器结构优化设计

目前多电平三相电压源逆变器被广泛应用于高压、大功率电子设备中,为解决传统三相电压源逆变器运行中出现的直流侧电容电压失衡问题,基于空间矢量调制开关直流电源对逆变器结构进行优化设计。建立多电平三相电压源逆变器等效模型,利用60°坐标的空间矢量调制算法实现空间矢量调制,利用电容电压平衡算法充分考虑不同矢量间的切换顺序,实现电容电流平衡。实验结果表明,对比传统方法,该方法调制多电平三相电压源逆变器输出线电压波形畸变率为0.18%,电容点电压波动可控制在3 V以内,优于对比方法,具有更好的应用性能。

基于正弦函数的自动驾驶电动汽车换道控制系统设计

由于交通道路环境具有不确定性,为实现对换道行为的有效控制,对基于正弦函数的自动驾驶电动汽车换道控制系统进行了研究;利用正弦型三相逆变控制电源输入的电力信号,驱动换道模拟平台与换道信息通信编码器,完成自动驾驶电动汽车换道控制系统的各级应用部件设计;筛选出关键的换道片段,在此基础上,提取始末换道位置,构建车道中心线势场,定义具体的换道轨迹簇,生成控制所需的电动汽车换道轨迹簇;根据安全换道车距的正弦函数计算结果,搭建反馈控制器闭环,并利用该模型实施对换道轨迹的控制与规划,实现基于正弦函数的汽车换道行为控制,联合各级应用结构,完成自动驾驶电动汽车换道控制系统的设计;实验结果表明,上述系统不会因不及时换道导致自动驾驶电动汽车的行车碰撞问题,且能够准确识别道路中的障碍物,提升行车安全;该系统的设计和实现为自动驾驶电动汽车的发展和应用提供了有益的参考和启示。

船用多级式单相逆变电源传导发射的抑制技术

此处针对船用多级式单相逆变电源电磁兼容设计中的传导发射(CE101和CE102),研究其测试方法,分析其超标原因。通过采用PR控制策略抑制了多级式单相逆变电源的二次谐波电流,使其满足CE101要求。通过设计合适的滤波器,使其满足CE102要求。实验证明采用PR控制策略及合理的滤波器设计对多级式单相逆变电源传导发射有非常明显的效果。

逆变器电源型输电线路三相重合闸研究

逆变器电源等效惯性小,调压、调频能力弱,重合闸时容易因为合闸条件不满足而导致合闸失败。本文分析了逆变器电源的输出电压幅值、频率差、合闸时相位差对合闸冲击电压、合闸冲击电流的影响,明确逆变器电源合闸的条件。并通过仿真算例验证了本文方法的有效性。

计及锁相环动态特性的逆变电源双向故障诊断方法

为准确诊断逆变电源故障,提出一种计及锁相环动态特性的逆变电源双向故障诊断方法。考虑到锁相环动态特性,采用时域分析法对逆变电源信号的故障特征参量进行描述,同时对故障信号电压相位进行变换;然后利用对称分量理论确定瞬时值以诊断逆变电源双向故障。实验选择并联逆变电源故障作为测试对象,按照开路故障、短路故障以及负载电阻故障形式进行划分,分别诊断不同故障下的电压数据的波峰系数。实验结果表明,所提方法检测出的波峰系数与正常态波峰系数范围(1.63,1.68)、VT_(1)开路波峰系数(1.80,2.10)、VT_(2)开路波峰系数范围(1.91,1.95)、VT_(2)短路波峰系数(1.65,1.70)、负载电阻开路波峰系数(1.90,1.92)基本一致。证实了所提方法可以实现故障电压波峰数据的精准判断,具有应用价值。

动力集中动车组辅助供电系统技术发展趋势探讨

动力集中动车组供电系统由牵引供电系统和辅助供电系统组成。其中,辅助供电系统具有为车上空调、插座等保障旅客舒适出行的设备供电的重要作用。文章首先以CR200J动力集中动车组的辅助供电系统为例,对DC 110 V充电机、AC 380 V三相逆变器、AC 220 V单相逆变器和蓄电池的技术现状进行了论述,分析了其技术短板;然后结合碳达峰碳中和、智能制造等新发展理念,从节能高效、轻量化、智能化BMS等方面,对辅助供电系统的未来技术发展趋势进行了展望,并对核心关键技术进行了可行性分析与验证。

基于DU-PLL的超声波功率源复合频率跟踪控制

高频超声波功率源谐振频率跟踪控制无法同时实现大范围、高精度跟踪是目前工程中普遍存在的一个问题。本文从理论上分析了等效阻抗与谐振频率的关系以及换能器失谐的原因。在此基础上,提出了一种基于PI控制和微分环节锁相环(DU-PLL)相结合的复合频率跟踪控制方法。该方法通过电流采样判断频率失谐范围,当失谐范围小于设定阈值时,直接由DU-PLL进行精确跟踪,当失谐范围超出设定阈值时,则由PI控制进行快速调谐至误差允许范围内,再由DU-PLL进行精确跟踪。Simulink仿真结果表明,本文方法具有很好的动态性能,能够实现高精度的频率跟踪功能。设计了2.5 kW、1.1 MHz的超声波功率源验证提出的控制方法,实验结果表明本文方法能及时调节功率源的工作频率,克服了分布参数的影响,提高了功率源的工作效率。

基于200 kV/15 A逆变型直流高压电源的控制策略

针对传统三相三电平逆变器在较小占空比模式下输出电压纹波较大的不足,提出了一种新的双重控制策略。该策略通过控制直流母线电压大小与逆变器的占空比,从而实现对输出直流电压较大范围内的可控调整。建立200 kV/15 A的逆变型直流高压电源MATLAB/Simulink系统仿真模型,采用上述控制策略,实现了输出电压分别为200 kV和20 kV时,纹波均小于±1%,验证了新型控制策略在输出电压宽范围情况下,输出电压纹波能够满足负载要求。

两相/三相复用电磁搅拌专用变频电源设计与应用

电磁搅拌专用变频电源分为用于板坯的两相(互差90°)和用于方圆坯的三相(互差120°)两种变频电源。设计了一种两相/三相复用电磁搅拌专用变频电源。首先对两相/三相复用电磁搅拌电源的主电路方案和调制算法进行分析,再根据所带负载的参数特性表计算出主电路各个部分的参数并进行了电路设计,最后制作了一台样机并使用所设计的复用电源样机分别驱动两相辊式电磁搅拌器和三相方圆坯电磁搅拌器,验证了所提方案的可行性。

基于SVPWM控制的三相逆变电源装置的研制

介绍了基于空间电压矢量脉宽调制(SVPWM)控制的船用三相逆变电源装置的设计方法。SVPWM控制利用逆变器输出电压矢量的正多边形运动轨迹去逼近正弦电压的圆形运动轨迹,构造的正多边形边数越多,逆变器输出电压就越逼近基频正弦波。实验结果表明,该电源装置解决了船舶供电网络中电压波动范围大、频率不稳的问题,提高了船舶电源的供电可靠性。该装置不仅可满足使用恒频恒压正弦交流电船舶的电气设备的要求,还可满足使用变频变压正弦交流电的调速电机的要求。此外,该装置具有体积小、效率较高、直流电压利用率较高等特点。

一种燃料电池独立发电逆变器的研究

本文介绍了一种单相独立发电燃料电池应急电源系统,分析了燃料电池从起动到额定功率工作、系统检测、故障保护等整套逆变装置功能,详细介绍了燃料电池起动电路、前端DC/DC变换电路、DC/AC逆变电路以及蓄电池充电电路的设计方法。最后通过实际系统测试表明,该逆变器工作稳定可靠,具有良好的工作特性。

基于载波移相大功率并联逆变器输出谐波分析

以超导托卡马克核聚变实验装置(EAST)中的快控电源为背景,研究分析了采用载波移相PWM技术实现逆变器并联输出的系统设计方案,并利用双重傅里叶变换对逆变器并联输出谐波进行分析,建立其数学模型。仿真和实验表明,采用载波移相PWM技术实现逆变器并联输出可以消除低次谐波,提高等效开关频率,对实现电源系统大电流输出与快速响应具有良好效果。

EAST大功率快控电源设计

针对超导托卡马克核聚变实验装置(EAST)中等离子体位移快控电源高压和大电流快速响应的要求,采用半桥三电平结合移相PWM多重化技术,实现多组变流器并联运行,提高了变流器的等效开关频率控制,从而改善了电流波形品质。分析了半桥三电平逆变电路工作原理,并针对移相PWM多重化技术,采用Matlab进行了仿真。实验结果说明,该系统设计方案合理,具备良好的大电流输出和快速响应能力。