Adaptive controller design based on input-output signal selection for voltage source converter high voltage direct current systems to improve power system stability

An input-output signal selection based on Phillips-Heffron model of a parallel high voltage alternative current/high voltage direct current(HVAC/HVDC) power system is presented to study power system stability. It is well known that appropriate coupling of inputs-outputs signals in the multivariable HVDC-HVAC system can improve the performance of designed supplemetary controller. In this work, different analysis techniques are used to measure controllability and observability of electromechanical oscillation mode. Also inputs–outputs interactions are considered and suggestions are drawn to select the best signal pair through the system inputs-outputs. In addition, a supplementary online adaptive controller for nonlinear HVDC to damp low frequency oscillations in a weakly connected system is proposed. The results obtained using MATLAB software show that the best output-input for damping controller design is rotor speed deviation as out put and phase angle of rectifier as in put. Also response of system equipped with adaptive damping controller based on HVDC system has appropriate performance when it is faced with faults and disturbance.

双三相同步磁阻电机单相开路故障下的容错控制策略

双三相同步磁阻电机(dual three-phase synchronous reluctance motor,DTP-SynRM)转子不含永磁体,没有高温退磁风险,成本较低,且由于其系统自由度高、冗余性强,因此具有较好的容错性能。开路故障是双三相同步磁阻电机系统中最常见的故障类型之一,该文针对一种两套三相绕组中性点相互独立的双三相同步磁阻电机单相开路故障,建立DTP-SynRM矢量空间解耦模型,实现对电压、电流和磁链方程的完全解耦。在开路故障状态下仍将其视为一个正常的双三相电机,分析故障状态对电机的电流约束和信号传递的影响,并指出在开路故障下z2轴电流与β轴电流不再独立,电机由正常运行时的四阶系统降阶为三阶系统,而由于开路故障导致的电压信号传递不准确则会在dq坐标系中引入二次谐波电流,并产生二次和四次转矩波动。该文提出一种同时考虑电流约束和信号传递误差的故障容错方法,电机处于三闭环运行状态,补偿电压信号传递误差,抑制开路故障时电机的转矩波动并降低电流谐波。搭建实验平台进行实验,验证所提容错方法的有效性和可行性。

基于电振联合特征的高压断路器多故障诊断

针对利用单一信号诊断高压断路器多种故障的局限性,本文提出了一种电振联合特征的高压断路器多故障诊断方法。首先,对高压断路器合闸操作过程中的线圈电流信号用峰值谷值算法提取电流波形关键时间节点及对应幅值构建电气特征;对振动信号进行VMD分解,计算不同模态分量下的多尺度散布熵值构建机械特征;然后,将电气与机械特征向量进行主成分分析与降维,根据得到的方差贡献率生成电振联合特征,有效解决了特征向量冗余问题;最后将不同故障下的电振联合特征输入到模糊C均值聚类中,精准分类出高压断路器故障类型。实验结果表明,所提方法比单一信号故障诊断准确率更高,分类效果更显著,并在不同诊断模型中进行验证,识别准确率达98.6%,可以有效实现高压断路器多故障诊断。

面向地电极电流场透地通信的两阶段长相关信号捕获方法

地电极电流场透地通信可以为地下强遮蔽空间信息传输提供解决方案。针对接收的电流场信号信噪比(SNR)低、易畸变且受载波频偏影响大导致捕获困难的问题,该文设计一种长同步信号帧结构,在此基础上提出一种联合频偏粗估计和精估计的两阶段长相关信号捕获算法。该算法第1阶段利用接收时域信号中的训练符号,依据最大似然算法进行采样间隔偏差粗估计,并计算采样点补偿间隔粗估计值。第2阶段结合粗估计值和接收信噪比,确定采样点补偿间隔精估计值的遍历范围,进而设计本地补偿后的长相关模板信号,实现电流场信号的精确捕获。本研究在距离地面30.26 m的地下强遮蔽空间中进行了算法性能验证。实验结果表明,与传统的滑动相关算法相比,该文所提算法具有更高的捕获成功概率。

直流受端馈入站与近区风电场系统振荡特性分析

随着高压直流输电工程的不断投产,以及风电项目的增多,越来越多的风电场出现在电网换相换流器高压直流输电(line-commutated-converter based high voltage direct current,LCC-HVDC)受端换流站近区,两者构成的系统存在振荡风险。为此,该文针对直流受端馈入站与近区风电场系统的振荡特性展开研究。首先,建立并验证系统的状态空间模型,基于该模型计算出系统特征值,确定LCC-HVDC与风电场共同参与的振荡主导模式并进行参与因子分析。进一步地,通过对比是否接入LCC-HVDC的主导模式,得到LCC-HVDC的接入会削弱系统阻尼的结论。最后,从系统额定容量、交流系统短路比、风电场并网线路长度等方面探究系统稳定性的影响因素,并分析系统的不同短路比、潮流比对风机网侧换流器(grid-side converter,GSC)外环控制和换流站定电流控制器性能的影响。

基于功率谱密度的地下水管道漏水点智能检测

为及时发现管道漏水问题,提高检测准确率,提出一种基于水声信号的地下水管道多漏水点检测方法。在地下水管道安装两个电压式加速度传感器,采集漏水信号,根据冲激响应函数、差分方程分析FIR滤波装置去噪原理,结合等波纹逼近、雷米兹算法设计其内部运算,完成漏水信号的去噪处理;使用功率谱密度描述信号频带分布情况,判断水管道是否漏水,若漏水,根据信号时延差及其在管道中的传播速度,确定漏水点位置。仿真结果表明,所提方法去噪效果好,能有效检测出水管道漏水点位置,且检测精度高,用时短,可广泛使用。

基于微电流探头在线标定的高精度便携式免拆信号发生器

在传统的通道校验或者通道检查过程中,需要将原有回路断开,再将信号发生器串入回路,实现信号的给定和调节。该方法效率低下,且存在人为失误的风险,将给系统的正常稳定运行带来巨大影响。因此,该文提出一种免拆线信号发生器,具体包括电压(电流)检测回路、信号源模块、反馈控制与信号处理、显示等4部分。电压(电流)检测回路以高精度微电流传感器为核心,搭配24位的高精度A/D转换芯片,在激活测量模式并消除偏移的基础上,实现对待测通道中信息的高精度测量;信号源根据输入的信号类型和大小指令,灵活生成相应的信号输出;反馈控制与信号处理通过模型估算传感器和检测电路,实现传感器与信号发生器数据信息的解耦;显示则用于直观展示测量结果、显示输入信号的类型和大小,并提供数据存储功能,将免拆线信号源并接在线路回路的传感器端,调节给定的电压、电流或电阻信号。相比于传统方案,免拆线信号发生器装置在无需断开原有信号回路的基础上即可实现信号的给定和调节,且具有精度高、便携的优点,为通道校验或通道检查提供可靠、安全的技术保障。

高压非共地信号采集系统设计及误差标定分析

针对引信电路板拼板测试需求,设计了一种多通道高压非共地信号采集系统。建立了信号调理电路和模数转换电路的误差模型,提出了增益误差校准算法,解决了信号采集电路在小电压范围内相对误差过大的问题,保证了全电压范围内的采集精度。同时,提出了信号调理电路模块化标定技术,通过最小二乘法求出标定最优解,实现了对信号调理电路的软件校准,解决了因分压电阻阻值误差、运放失调电压产生的误差问题。经试验验证表明,数据采集系统能够精确复现多通道信号波形,全电压范围内的相对误差不超过1%,满足测试系统精度需求,大大简化了多通道调理电路标定步骤。

基于端电压尖峰的无刷直流电机无位置传感器换相控制策略

针对现有的换相误差补偿方法需要额外滤波电路和检测电路导致无传感器换相方法变得更加复杂的问题,提出一种端电压尖峰脉冲换相误差补偿方法,实现了对无刷直流电机无传感器换相误差的准确补偿。研究了抗干扰性强的端电压尖峰脉冲信号的变化特性,得出了端电压尖峰脉冲持续时间是随着换相误差单调变化的结论,并利用端电压尖峰脉冲设计了换相误差闭环控制方法。该方法无需额外的滤波电路和检测电路,简化了换相误差补偿方法的电路设计,并且具备良好的鲁棒性和准确性。搭建了仿真和实际实验平台,对比了补偿前后的换相误差,实验结果表明,所提出方法能够实现准确的换相误差补偿。仿真实验和实际实验中,换相误差分别被控制在了1.1个电角度范围内和4个电角度范围内。在速度调控实验中,补偿后的无传感器方法表现出了和霍尔传感器相似的动态特性。相比于现有方法,提出方法更适合无刷直流电机无传感器方法在高性能电机控制场景的应用。

一种用于铝电解区域浓度跟踪控制系统中的微电压采集单元的设计及应用

本文针对用于铝电解区域浓度跟踪控制系统中的微电压采集单元的设计进行了阐述,其中详细描述了系统的整体设计构架以及微电压采集单元采集、隔离、放大、调零等各部分的设计原理及相关参数。同时,对其在铝电解区域浓度跟踪控制系统中的关键作用进行了阐述,其作为铝电解区域浓度跟踪控制系统的重要信号感知终端,是系统的整体精准性、稳定性的基石。

高精度激光信号源的设计实现

随着激光信号在激光测量、激光通信,光学传感等领域中的应用,半导体激光器的调制成为满足激光信号在各领域中应用的低成本且高效的方法。提出了一种基于激光器的直接调制原理的高精度激光器信号源,实现输出激光信号在频率、相位和幅值上独立可调。输出激光信号的形式为正弦信号,其频率为10 kHz~20 MHz。该系统调制信号主要由AD9959提供,由AD5791提供高精度偏置信号,通过压控电流源为半导体激光器提供稳定的驱动电流信号,以保证输出激光信号的稳定。实验结果表明,该调制系统能够有效输出激光信号,且激光幅值、频率、相位均独立可调,调制深度优于0.85,可实现10 kHz~20 MHz频率的光信号调制;对光电转换后的激光信号曲线拟合,得到频率误差可达190 ppm,残余误差为-2.168×10^(-2) V。能够实现高精度、大带宽幅值范围的激光信号调制,输出激光信号质量能够满足激光测量等领域的需求。

城市道路中的景观照明配电系统

详细分析了景观照明与传统的路灯供电方案存在的明显差异,并结合工程实例,着重阐明市政道路中的景观照明易于出现的技术难题,并探讨了最佳解决方案。

深度残差网络下的电缆隧道低压故障检测

针对数据梯度消失导致电缆隧道低压故障检测结果精度不高的问题,提出了一种基于深度残差网络的电缆隧道低压故障检测方法。该方法对电缆隧道低压回路电流进行分析,建立深度残差网络,通过初始化学习得到线路电流故障特征值,并在权重层中引入激活函数,结合传递梯度进行特征重构,有效避免了梯度消失问题,输出信号特征,通过过零率判别得出故障检测结果。实验结果表明:应用所提方法得出的故障检测结果表现出的高频系数衰减比值图像呈现均值变化且较为密集,检测结果精度较高,满足了电缆隧道低压回路的现实运维需求。

一种高精度单极性交流电有效值测量电路设计

交流电的精确计量是众多用电行业终端设备不可或缺的基本需求。为了实现这一目标,采用单片机、电流互感器、电压互感器和单极性模数转换器设计了一种高精度单极性交流电电流电压测量电路。基于交流电有效值的定义,结合单片机实现了算法矫正,以提高测量精度。用高精度电流电压测量仪进行对比试验,结果显示,该测量电路的误差率成功控制在了千分级。该测量电路可应用于充电桩、逆变器等设备的电流电压检测。

智能功率模块失效分析与应用过程中的可靠性研究

智能功率模块在变频空调中出现的电功能失效,不仅与智能功率模块本身技术参数相关,同时外围电路的布局也会影响智能功率模块在应用中的可靠性。通过大数据分析挖掘规律锁定失效模式,并利用典型的失效分析方法锁定智能功率模块的失效机理为过流短时间的窄脉冲信号导致过热,同时识别母线电流为智能功率模块应用过程中的关键敏感信号。通过优化地线环路,减小干扰产生的震荡负电压,减小对敏感信号的影响,从而提高智能功率模块在应用中的可靠性,为后续设计开发提供重要依据。

XDZ-B型信号机点灯单元测试台研制

为了及早发现信号机点灯单元故障,确保列车运行安全,研制XDZ-B型信号机点灯单元测试台。详细介绍点灯单元硬件和软件设计内容。点灯单元测试台利用线性光耦放大器采集主灯丝和副灯丝电压,利用穿心电流互感器采集主灯丝和副灯丝电流,利用场效应管实现灯丝切换,利用电桥电路测试继电器接点电阻,并进行现场测试。测试结果表明,测试台能够对XDZ-B型信号机点灯单元基本功能和性能指标作出评估,提前发现性能下降的点灯单元。点灯单元测试台测试XDZ-B型信号机点灯单元的电压误差最大为0.17%,电流误差最大为0.16%,接点电阻误差最大为0.15%,能够满足现场对点灯单元参数测量准确度的要求。

基于GaN器件的单相逆变器TCM控制策略研究

氮化镓(GaN)高电子迁移率晶体管具有开关速度快、器件损耗小的优点,在高频应用场合得到广泛应用。为了进一步提高变换器效率和功率密度,将三角电流模式(TCM)调制用于基于GaN器件的单相逆变器中,通过控制负向电流与死区时间实现了全范围零电压开关(ZVS),达到提高变换器效率和功率密度的目的。搭建了1台样机进行验证,实验结果表明,TCM调制在不同负载条件下均可实现软开关,最大开关频率可达300 kHz,峰值效率可达98.5%。

一种新型四极杆质谱仪数据采集系统的研制

电子倍增器是目前大多数四极杆质谱仪采用的检测器方案,这种检测器输出的是微弱电流信号,这种微弱电流信号在后续的处理、采集过程中容易被噪声信号干扰,导致仪器信噪比降低。针对传统四极杆质谱仪数据采集系统易受干扰且信噪比较低的问题,研制了一种新型数据采集系统,对于模拟模式,使用VFC(电压-频率转换Voltage-Frequency Conversion)方案替代了传统的ADC方案;对于脉冲模式,研制了一种新型脉冲信号调理电路,可将脉冲模式输出的不规则电流脉冲信号转换为幅值、脉宽信号一致的电压脉冲以方便采集。在本团队自制的ICP-MS样机平台上利用本套系统测试含有9Be、59Co、89Y、115In、140Ce、209Bi的梯度浓度标准溶液,实验结果表明,在ICP源强烈的电磁干扰影响下,新型数据采集系统的稳定性、精度等关键指标满足仪器需求。

基于异常电流信号的高压真空断路器故障自动诊断

高压真空断路器故障自动诊断方法的故障诊断效果差。为此,提出基于异常电流信号的高压真空断路器故障自动诊断。提取高压真空断路器永磁机构行程曲线特征参数,基于异常电流信号构建高压真空断路器故障诊断模型,设计高压真空断路器故障自动诊断流程以实现诊断。结果表明,该方法在识别故障方面表现优秀。

基于等效仿真模型的VSC-HVDC次同步振荡阻尼特性分析

电压源换相高压直流输电(VSC-HVDC)是基于电压源换流器(VSC)的新一代高压直流输电技术。该文首先分析VSC的工作原理,在此基础上建立以交流侧受控电压源和直流侧受控电流源描述的VSC等效仿真模型。通过与VSC-HVDC电路模型的时域和频域响应对比,验证利用VSC等效仿真模型分析VSC-HVDC次同步频率范围内动态特性的有效性。利用复转矩系数法的时域实现方法——测试信号法及VSC-HVDC等效仿真模型,可计算得到连续且光滑的发电机电气阻尼De特性曲线;基于De曲线,分析VSC-HVDC采用不同控制方式及比例积分(PI)控制器中比例系数和积分时间常数,对发电机电气阻尼特性的影响。最后对加入VSC-HVDC的IEEE第一标准测试系统的仿真表明,配置次同步阻尼控制器(SSDC)的VSC,通过对其有功功率或无功功率的动态调制,均可显著增加发电机的电气阻尼,有效抑制发电机次同步振荡。