模块化多电平变换器改进两段式模型预测控制

基于有限控制集的模型预测控制应用于模块化多电平变换器(MMC)时通常会暴露出计算复杂与交流侧输出电流严重失真等问题。提出一种双矢量优化谐波电流模型预测控制策略,即改进两段式模型预测控制,可减少开关状态组合计算量,进一步优化交流侧输出电流。推导了MMC离散数学模型,并构建无权重因子的代价函数,通过计算实际电流与参考电流包围的最小面积重新定义同一周期内两阶段开关信号的占空比,并引入一种附加冗余子模块的方法抑制桥臂环流,接着提出一种败者树多路归并排序算法均衡电容电压。在MATLAB/Simulink平台搭建三相23电平MMC仿真模型验证该策略的有效性。相比于两段式模型预测控制,所提策略的交流侧输出电流跟踪更加精准,谐波畸变率更小。

单级式两开关无电解电容LED驱动电路

电解电容寿命是影响传统发光二极管(LED)驱动电源使用年限的主要原因。因此,本文提出了一种将反激变换电路与辅助储能电路高度集成的单级式两开关无电解电容LED驱动电路拓扑,并在此基础上提出了一种适应于该拓扑结构的控制策略,通过控制两个开关管同时关断时间与两个开关管同时导通时间,来控制储能电路充电和放电过程,进而平衡输入瞬时功率和输出恒定功率的脉动差,抑制了输出电流低频纹波。辅助储能电路吸收了引起电压尖峰的漏感能量,降低了开关管的电压应力。最后,本文通过30 W的实验样机验证了LED驱动电路的可行性和可靠性。

基于非线性维纳过程的电解电容剩余寿命预测

电解电容作为地铁列车牵引逆变系统中最重要的元器件之一,其性能好坏直接影响列车运行。针对电解电容剩余寿命预测问题,以电解电容的容值作为其性能退化指标,构建三种非线性维纳过程模型描述总体电容的退化进程。鉴于模型参数求解复杂,提出两步极大似然估计法结合遗传算法求解退化模型参数。基于目标电容的退化数据,利用贝叶斯公式实时更新模型参数,同时推导目标电容剩余寿命的概率密度函数并预测剩余寿命。最后通过NASA电解电容实测数据,验证了三种非线性模型的优劣,其中幂函数模型、幂函数与线性函数结合模型的总均方误差分别比指数函数模型高了111.0651和92.4321。此研究可为制定地铁列车电解电容维修策略提供参考。

研究与设计一种新颖的电容放电焊机——双电容佯谬电焊机

为了解决当前电焊机存在功率因数不高和高次谐波的问题,并且试图使当前的电容放电焊机体积缩小,质量减轻,采用两项措施:(1)将双电容佯谬电路引入到目前的电容放电焊机的放电回环,即将当前电容放电焊机中的储能电容器C一分为二。其中一组C1留在放电开关(如SCR)的左端,另一组C2接在开关(SCR)的另一端,使之形成"C1-SCR-C2"形结构。(2)在焊机进线端安装新型静止无功补偿器。改进后的焊机其出现在焊接工件上的电压和电流始终都具有同样的波形,同一的相位。因此,焊接时电路中只有有功功率的流通,不出现无功损耗和畸变损耗,电容器所储电能全部成为焊接所需的有功功率;本焊机的放电开关(SCR)中仅流过焊件中工作电流的一部分,从而减小了SCR的电流定额和散热器的体积;焊接电流和电压均为负指数衰减函数,其波前十分陡峭(垂直时间轴90°),容易引弧和维持电弧稳定;焊接功率也是负指数衰减函数,控制规律简便,有利于实现波控法和熔滴控制等。该焊机减少了该焊接设备的无功功率和高次谐波等,并缩小了焊机体积,减轻了质量。

两级式逆变器中间母线电压低频纹波抑制

两级式单相逆变器输出电压和电流都是低频交流电,输出瞬时功率中除含有直流量外还含有2倍输出频率的脉动量,造成中间母线电压出现二次纹波分量。为解决逆变环节产生的谐波引起母线电容发热从而危及母线电容的运行寿命以及母线电压脉动可能导致逆变输出电压畸变的问题,提出了一种通过改变前级直流变换器外环电压控制器参数以实现母线电压低频纹波抑制的方法,并研究了两级式直交逆变器中间母线电容电压特性,通过分析逆变环节输入电流中直流分量、二次谐波分量等表达式,从而揭示两级式逆变器中间母线电容低频电压纹波的产生及其影响因素。方法中前级直流变换器、后级逆变器均采用电压电流双闭环控制。仿真和实验结果表明该控制方法是正确、可行的,且母线电压低频纹波抑制效果明显。

40.5kV投切电容器组用双断口真空断路器的研究

针对40.5 k V真空断路器投切电容器组时重击穿概率高这一亟待解决的技术难题,利用串联断口技术实现电容器组电流开合,提出了40.5 k V双断口真空断路器的设计方案并进行了深入研究,以满足电力系统的要求。建立了由高频涌流振荡回路和工频振荡回路组成的容性电流开合试验回路,在试验样机上完成了多组背对背电容器组开合试验,表明双断口真空断路器可显著降低投切电容器组时的重击穿概率。采用合成试验方法对该样机进行了短路电流开合试验,表明双断口真空断路器具有足够的短路开断能力。为保证每个断口的工作负荷相近,对并联均压电容数值的选取进行了试验研究并确定了样机的优选值为400 p F。因此,文中提出的用于投切电容器组的40.5 k V双断口真空断路器设计方案是完全可行的。

四相SRM驱动系统两相励磁功率因数校正研究

针对开关磁阻电机传统功率拓扑结构电源侧电流畸变严重,功率因数较低的问题,通过将电容后置,并且增加相应的开关管和二极管,提出一种功率拓扑结构,将其应用于两相励磁条件下的四相SRM进行功率因数校正。对该功率拓扑结构及其电容补偿方案进行了机理分析,基于Mat-lab/SIMULINK构建了四相开关磁阻电机驱动系统两相导通模式功率因数校正拓扑结构模型,对开关磁阻电机电压、电流、转矩等进行了全面仿真研究,验证了所提出方案的可行性及有效性。仿真结果表明,该拓扑结构不但可以改善系统的功率因数,并且减小了因电源波动引起的转矩脉动,优化了电机的起动性能,提高了效率。

基于小波分频与双层模糊控制的多类型储能系统平滑策略

风电功率的随机波动会对电网的正常运行产生很大的负面影响,储能系统的接入可以有效地抑制风电功率波动。针对上述情况,提出一种应用实时小波变换进行频率分配并用双层模糊控制理论进行储能功率修正的多类型储能系统平滑控制策略。该策略创新运用一种基于小波变换理论的新型分频方法,根据风电功率波动部分频率的高低合理分配多类型储能系统功率,即用超级电容器平抑短期功率波动,用蓄电池减弱长期功率波动;同时应用双层模糊控制方法,进行储能系统功率的修正,自动调整储能设备的荷电状态,削弱单层模糊控制方法对平滑输出的影响,改善平滑效果。算例结果表明,所提出的控制策略能合理分配功率并可有效地平滑风电出力波动,同时保证多种储能设备的荷电状态维持在合理范围内;双层模糊控制方法较单层控制方法具有更好的平滑效果。

计及时序特性的主动配电网无功电源规划

主动配电网集成了丰富的可控资源,而当前配电网的无功电源规划并没有考虑主动管理手段,导致无功电源优化配置难以反映全面的综合性效益。针对此状况,考虑分布式电源、变压器分接头、储能、负荷调整等主动管理手段,计及主动配电网的时序特性,建立两层规划模型,在规划中考虑运行特性对电容器进行了综合优化配置,规划层考虑电容器的投资维护费用,运行层计及配电网的年运行费用,并采用基于小生境的遗传算法对两层规划模型进行优化求解。算例结果表明:在电容器规划中考虑主动管理手段,有利于提高资源利用率、降低配电网的投资和运行费用;充分利用分布式电源和储能的无功调节能力有利于配电网的安全经济运行。

一种R-C-R组合式12位逐次逼近A/D转换器

采用一种R-C-R组合式逐次逼近A/D转换方法,基于UMC 90 nm CMOS工艺设计了一种12位1兆赫兹采样频率的逐次逼近型A/D转换器.在电路设计上,通过复用两段式电阻梯结构,有效地降低了系统对电容阵列的匹配性要求.在版图设计方面,采用了特殊的电阻梯版图设计方法来减小连接电阻的失配影响,并采用金属叉指电容来提高工艺兼容性以减小工艺成本.在3.3 V模拟电源电压和1.0 V数字电源电压下,测得微分非线性为0.78最低有效位.当采样速率为1兆采样点每秒,输入信号频率为10 kHz时,测得的有效位数为10.3,包括输出驱动在内,功耗不足10 mW.整个转换器的有源面积小于0.31 mm2,符合嵌入式片上系统的应用要求.

高效太阳能电池

设计了一种可提高太阳能电池吸收太阳光的效率和有效存储能量的方法和装置。介绍了太阳能电池的伏安特性和法拉电容的充放电特性。该装置通过凹面镜实现太阳光的双面吸收,并以法拉电容存储太阳能。和传统单面受光电池以及用蓄电池储电相比,该装置太阳光吸收效率高、法拉电容充电时间快、放电电流大,可广泛适用于路灯及楼道灯照明等领域。

PWM型开关电容DC-DC变换器的非线性动力学行为研究

建立了PWM型二阶开关电容DC-DC变换器的二维离散映射模型,用非线性动力学理论分析了映射模型定点的稳定情况.以电压反馈系数为参数,通过数值计算描绘了系统动态演化的分岔图和最大Lyapunov指数变化曲线.以二阶串并电容组合开关电容DC-DC变换器为例,用PSPICE软件对其进行模拟仿真,得到了变换器的混沌吸引子.理论分析、数值计算和模拟仿真保持了一致.

电容储能螺柱焊机的放电电路结构与性能探索

本文对电容储能螺柱焊机的放电电路结构与性能进行了探索，设计了由两组电容器延时两次放电的放电路，并对不同电容量及放电次数情况下的放电电流波形进行了计算机模拟及相应的模拟焊接试验。结果表明：本文设计的这种放电电路能获得具有较理想的焊接工艺性的电流波形。

超级电容器中的二维材料

以石墨烯为代表的具有层状结构的二维材料因具有大比表面积等特性成为超级电容器电极材料的热门候选。文章着眼于针对诸如石墨烯、过渡金属二硫族化合物、过渡金属碳/氮化物、层状过渡金属氧化物/氢氧化物等二维材料在超级电容器领域应用的研究,尝试总结了其制备方法、产物形貌特征以及作为电极的性能等,并对这一领域的未来发展和面临的挑战提出了看法与预测。

考虑宽负载变化的有源电容等效容值控制与损耗分析

二端口有源电容是一种仅有2个引出端口而无需任何附加电气连接端子的有源电路。然而,基于传统控制方法的有源电容等效容值在理想情况下是无穷大的,这不适用于某些需要精确容值的无源电容应用场合。为此,提出了一种基于二端口有源电容的等效容值控制方法,该方法能根据不同的应用需求实现对有源电容的精准容值控制。首先,对有源电容的阻抗进行建模与分析;然后,通过基于单相整流器的仿真分析,将通过等效容值控制的有源电容与具有相同容值的无源电容进行对比,以验证控制精度;最后,通过与传统有源电容控制方式在功率损耗和动态响应速度方面进行对比,结果验证了所提出等效容值控制方法的有效性。

二控三型晶闸管投切电容器的投切策略研究

介绍了二控三型晶闸管投切电容器的基本原理和投切要求,为了减小投切时的涌流和过电压,对二控三型触发电路的特点和投切过程进行了研究,分析了投切过程中晶闸管和电容的电压波形,对各种情况下关断晶闸管后的电压值进行了比照,并对再次投入的方式进行了选择,最后给出了可靠的投-切-投方案。结果表明,所提出的投切方案达到理想的效果。

二象限开关电容DC/DC变换器

经典的DC/DC变换器,象Buck变换器、Boost变换器、Buck-Boost变换器、Cuk变换器和罗氏变换器,通常都是由电感和电容组成。因为,电路中存在着电感,所以,所有经典的变换器体积大而功率密度低。由于,开关电容可以集成在功率半导体集成芯片上,所以,它们被成功地应用于无感DC/DC变换器中,并开拓了设计高功率密度变换器的方法。然而,在文献中已有的多数变换器都是单象限运行。其中一些工作在推挽状态下,它们的控制电路和拓扑是很复杂的。本文介绍一个新型的变换器,通过开关电容,可以实现二象限DC/DC变换。由于,这种变换器应用了电压举升和电流放大技术,所以,它具有高功率密度、高功率传输效率和低电磁干扰等优点。试验结果证实它确实具备上述特点。

基于MSP430的电容式两线制湿度变送器设计

针对工农业生产中远程湿度测量的需求，给出了一种基于湿敏电容的湿度变送器设计方案；电路以低功耗单片机MSP430F2011为核心，通过程序中对片内比较器和GPIO的控制，交替对湿敏电容进行充放电，形成程控振荡器；随后，单片机以晶振为时间基准对振荡频率进行测量并换算成湿度，并通过电流环芯片XTR115输出4－20mA，同时实现环路供电；实验表明，湿度测量误差小于常见湿敏电容本身的误差，能够满足一般需求，并且具有良好的热稳定性，是一种高集成度、高性价比的湿度变送器方案。

开关电容网络频域的最小二乘曲线拟合

对利用双向非重叠时钟发生器和CMOS管建立互补模拟开关的方法进行了讨论,引入了开关电容频率曲线的含参最小二乘曲线拟合技术,在此基础上提出一种新的对开关电容电路进行晶体管级的频域仿真分析的方法.以5阶巴特沃思低通滤波器,进行了系统级和晶体管级的计算机模拟,两种结果一致.

Energy consideration in processes of transition to equilibrium state

A calculation of the energy loss due to a transition from non-equilibrium to equilibrium state is given. Three different physical systems are considered in this study: connecting an uncharged capacitor to a charged capacitor, emission of a photon from an excited atom, and releasing an object from a compressed spring. In this study, it is shown that a specific fraction of the total energy stored in a non-equilibrium system should be consumed to reach the equilibrium state.