基于18相风力发电系统的环流抑制策略研究

多相电机具有转矩大、转矩脉动低以及容错性高的特点,尤为适用于风力发电系统这种低速大功率程度应用场合。文中提出一种基于18相直驱永磁同步发电机的风力发电系统,该系统由18相风力发电电机、三相桥式不控整流器、并联隔离型DC/DC变流器和模块化多电平变流器构成。针对并联隔离型DC/DC变流器之间易产生环流的问题,文中通过理论推导得出环流的计算公式,采用转速外环、电流内环的MPPT控制得到并联隔离型DC/DC变流器的参考导通比分量。将环流控制器以及电容电压反馈控制器输出叠加作为隔离型DC/DC变流器导通比的叠加分量,参考导通比分量和导通比的叠加分量得到隔离型DC/DC变流器的调制信号,通过对变流器开关器件的导通情况进行调节从而实现环流抑制。最后通过MATLAB/Simulink仿真结果验证了所提环流抑制策略的有效性。

过电压条件下高压不控整流阀暂态特性研究

为提升高压不控整流阀的抗雷击性能,这里建立了含二极管、电抗器、变压器和架空线等高压不控整流阀组件的高频等效模型,在此基础上构建高压不控整流阀的雷击过程模型,分析反向恢复电荷约束下的二极管过电压暂态物理过程,剖析高压不控整流阀的雷电过电压暂态特性。采用实验对比方法分析不同二极管等效模型下,串联二极管的雷电过电压分布特性,揭示反向恢复电荷和反向恢复时间对串联二极管电压不均衡的影响机理,为高压不控整流阀在雷击作用下安全稳定运行提供思路。

双反星形整流器的功率密度提升方法研究

为提高双反星形整流器的功率密度,文章提出了一种基于电力电子变压器的双反星形整流器拓扑。在该拓扑中,电力电子变换器和高频移相变压器构成电力电子变压器取代工频移相变压器,电力电子变换器采用AC-DC-AC式结构。为权衡系统的效率和功率密度,将变压器的工作频率提升至500 Hz。文章分析了两组三相半波整流电路的工作模态,推导了输入线电流和负载电压的解析表达式。仿真和实验均表明,该拓扑可在复制传统双反星形整流器性能的基础上,将变压器的体积降至工频变压器的1/3,提高系统的功率密度。

采用三相不可控整流充电机的电动汽车充电站谐波放大效应分析与计算

电动汽车充电站并联有源滤波器工作时,可能引起流过充电站集电母线的充电电流谐波出现放大效应。针对谐波污染最严重的三相不可控整流充电机,研究充电站各次谐波电流与谐波电压的耦合关系,定义电动汽车充电站总谐波电流放大系数,提出一种充电站集电母线电流谐波放大程度的量化方法。该方法实现了电流谐波放大效应的解析计算且具有较高精度。在此基础上,探讨谐波放大系数随充电机台数、有源滤波补偿率及相位差等因素的变化规律,为有源滤波器容量配置与控制设计提供依据。

电动汽车三相不控整流充电机频域谐波模型

电动汽车充电站的谐波污染主要来自充电机前级的不控或相控整流电路,针对采用无源功率因数校正的三相不控整流充电机,分析其在充电电流连续和断续模式的工作原理,根据充电过程中电压和电流平衡方程,推导充电机的频域谐波耦合导纳矩阵,并由充电等效电路得到不同模式下的谐波导纳矩阵参数,由此建立电动汽车充电机频域谐波解析模型。该模型将充电机时域非线性特征转换成频域线性导纳矩阵,以表征其各次谐波电流与机端各次谐波电压的耦合关系。最后,通过仿真和实验分析验证了该模型的正确性。

兆瓦级永磁直驱风力发电机组变流技术

当前主流的风力发电系统采用"双馈电机+双PWM变流器"的变流技术,但存在效率低、控制复杂的问题。采用六相低速永磁同步发电机代替双馈发电机,变流器采用"不控整流+升压斩波+SPWM逆变"变流技术。六相不可控的二极管整流器对低速永磁发电机发出的交流电进行12脉波整流,这种不可控的整流方式增加了系统可靠性,简化了控制系统;采用升压斩波电路进行升压,以降低系统对电机输出电压的限制,拓宽风机的工作范围,同时将2个升压斩波电路并联,以降低单个电抗器和IGBT器件通过的电流;逆变器采用2个三相桥式PWM逆变器并联方式,在最佳风能捕获(MPPT)算法和逆变器数学模型的基础上,采用直接电流控制对逆变器进行输出控制。用PSIM软件进行了建模和仿真,仿真结果证实设计的正确性。

基于单周控制的三相直流侧串联型有源电力滤波器

针对大量使用的三相不可控整流桥,提出了一种新型的基于单周控制的三相直流侧串联型有源电力滤波器,该滤波器串联在整流桥和谐波源负载之间,只需要工作在电压电流2个象限,仅处理部分功率,不需要进行复杂的谐波检测计算,通过简单的控制即可实现对谐波电压和无功的同时补偿。文中详细分析了该滤波器的工作原理,通过理论推导,建立了单周控制实现方程。理论分析和仿真结果表明,该单周控制的三相直流侧串联型有源电力滤波器谐波电流跟踪效果好、动态性能优良,能有效补偿整流桥非线性谐波源。

不可控整流回路参数优化设计的研究

三相不可控整流回路的参数设计基本上依赖于经验公式,因此往往造成由滤波电感和储能电容构成的滤波回路参数数值偏大。为解决这一问题,本文从电路的实际工作过程出发,得出了电路在电流连续状况下的工作模态,并在模态分析的基础上得出了电流连续的条件、电流的表达式和网侧功率因数表达式。从本文的推导可知,一旦电路中的电流处于连续状态,网侧的功率因数就会超过0.8,根据这一结论,提出了三相不可控整流回路的优化设计原则。另外,为验证所推导公式的正确性,以网侧功率因数为分析对象,对比了理论计算结果和实验结果。对比结果表明,理论计算结果和实验结果的误差小于2%,因此可以采用所提出的设计公式和设计曲线对三相不可控整流回路进行优化设计。

一种基于极限轨迹法的新型矩阵变换器过调制策略(英文)

针对矩阵变换器波形质量差和调制策略复杂的问题,本文提出了一种新型的基于极限轨迹矩阵变换器的过调制策略。该策略适用于虚拟不可控调制的矩阵变换器且在整个过调制区域中用于确保线性调制,算法简单。这种简单的控制算法减少了存储空间,而且用线性运算替换了查寻表格。仿真和实验表明电压传输比从0.95提高到1.0,并且有效地改善了输出波形质量。

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。

电力电子非线性负载数字化实现方法

针对电力电子负载模拟非线性负载算法中存在的计算繁琐、准确度不高的问题,提出一种数字化实现方法。该方法是依据三相不控整流桥输入电压瞬时值与直流侧电压的数学关系以及二极管的导通条件,获得其七个工作阶段的判定条件,再利用后向差分法数字求解不同工作阶段的电路微分方程。得到三相不控整流桥的输入电流,作为负载模拟变换器电流环的控制指令信号,并在αβ坐标系下采用比例谐振控制器跟踪交流参考电流。仿真及实验结果表明了所提出的方法具有计算简洁,准确度高,响应迅速等特点。

虚拟不可控整流矩阵变换器研究

矩阵变换器控制策略复杂以及电压传输比较低的问题,结合"虚拟直流母线电压"策略,提出虚拟不可控整流SVPWM的方法,虚拟整流器采用不可控整流方式,根据最大虚拟直流母线电压,从9个双向开关中选择相应的6个开关作为虚拟逆变器的控制开关;虚拟逆变器采用空间矢量调制技术进行调制。其控制算法与交—直—交变换器控制算法的复杂度相当,电压传输比在理论上可达到0.955。仿真和实验结果与理论分析一致,证明了该新型调制策略的可行性和优越性。

电压型不控整流电路

通过对电压型不控整流电路拓扑结构的理论分析及仿真分析,比较每一种拓扑结构的输出电压波形、输出电压平均值、网侧电流谐波含量,总结电压型不控整流电路的优缺点。同时对电路中滤波电容的能量耗散、容值大小的选择进行了仿真分析,阐述拓扑结构中滤波电容大小选择的重要性。

基于电压波形相似度测量的十二相不控整流装置故障诊断

为实现十二相整流发电机整流装置故障准确定位,首先对正常和故障情况下的整流二极管两端电压进行解析分析,得到两种情况下整流二极管两端波形的解析表达式;其次,建立了十二相不可控整流装置的仿真模型,仿真验证解析表达式的正确性,并指出了整流二极管在故障前后的电压波形变化规律;再次,基于向量夹角余弦提出了十二相不可控整流装置故障诊断算法,并通过动态滑动窗口算法解决了电压波形的相位对齐问题;最后,以十二相同步整流发电机整流装置中整流二极管两端的实际电压波形试验验证了该方法的有效性。

盘式永磁同步发电机的设计及输出特性分析

盘式永磁同步发电机以其特殊的结构,优越的性能特点被广泛地应用于小型垂直轴风力发电系统中。介绍了盘式永磁同步发电机的结构及工作原理,初步设计了一台300 W的无铁心盘式永磁同步发电机,利用Maxwell软件建立电机与负载电路联合仿真模型,并对其进行静态与瞬态仿真,研究空载与负载状态下的电机性能,探讨电机经三相不可控整流桥接直流负载时的性能变化,为下一步优化设计方案提供了理论基础。

三相直流侧APF补偿性能的频域研究

三相不可控整流桥装置产生的电流谐波具有谐波含量大,谐波频谱分布宽的特点。直流侧有源电力滤波器是针对不可控整流桥装置提出的谐波治理方案。从频域角度分析直流侧有源电力滤波器电流环带宽与谐波补偿性能的关系,得到不同带宽所对应的补偿后电流THD理论数据,从而对三相直流侧有源电力滤波器的补偿性能进行定量的研究。通过该频域分析方法,将三相直流侧有源电力滤波器与传统交流侧有源电力滤波器进行对比分析。分析表明,在三相不可控整流桥带大电感负载情况下,当电流环带宽取1 kHz时,直流侧有源电力滤波器补偿后电流THD为0.41%,交流侧有源电力滤波器补偿后电流THD为9.63%。采用平均电流控制策略,完成三相直流侧有源电力滤波器的设计。实验测试结果验证当电流环带宽取1 kHz时,三相直流侧有源电力滤波器实现整流桥负载谐波电流的有效补偿。

基于双调谐滤波的动态电压恢复器设计

针对储能装置为不可控整流器的动态电压恢复器易造成直流侧电压不稳定以及电网谐波污染的问题,给出了采用低通滤波和电压闭环控制策略稳定直流侧电压的方法;提出了在不可控整流器前并联双调谐滤波器来滤除谐波,降低储能装置对电网的谐波污染的方法,并详细介绍了双调谐滤波器参数的设计原则。仿真和实验结果验证了设计的合理性。

不可控发电运行过程分析与系统优化

内置式永磁同步电动机(IPMSM)弱磁高速运行时,逆变器开关管的信号突然消失会导致电动机系统处在不可控发电运行状态。此时,逆变器的续流二极管组成不可控整流桥,电流由电机通过整流桥整流,然后流向直流侧电池。文章首先建立了系统的数学模型,然后通过对系统运行过程进行仿真分析,求得电池吸收能量值和整个过程反馈能量值。接着,为避免不可控发电对电池、电机、逆变器以及其它系统组成部分的损害和有效地对电池进行充电,对电路提出了改进措施。

换相重叠角的计算机仿真及辩识

为避免繁杂的等效电抗测量计算,在确定发电机无刷励磁系统换相重叠角时,将其作为系统辨识的一个待估参数.在估计出电枢电感参数的基础上,从二极管的广义牛顿拉夫逊迭代模型与储能元件的离散化伴随模型出发,对无刷励磁系统的三相不可控整流电路进行仿真,并与换相重叠角的近似解析公式比较.经验证,仿真结果与解析式相对误差均值在1%以内,说明模型在这两个参数变动范围内有良好的泛化与逼近能力,可作为进一步发电机评估建模基础.仿真程序可以代替实际的无刷励磁模型,参与换相重叠角的辩识及可行的重叠值范围估计.

基于电压波形分析的三相不控整流装置故障诊断

提出了一种基于整流二极管电压波形分析的三相不可控整流装置故障诊断算法。对三相不可控整流装置在正常和故障情况下整流二极管两端的电压波形进行了解析分析,得到两种情况下整流二极管两端波形的解析表达式。通过仿真验证了理论推导的正确性并指出整流二极管在故障前后的电压波形变化规律。提出利用电压波形的正向特征值作为故障诊断特征函数,最后由试验验证了该故障诊断方法的有效性。该方法可推广应用于其他六相以上不可控整流装置。