基于VSR-VSI的电梯能量回馈系统建模与控制

基于电压源型整流器(VSR)与电压源型逆变器(VSI)整合而成的VSR-VSI双PWM变换器已在电梯能量回馈系统中得到应用。本文围绕VSR-VSI系统的直流母线电压可控与能量可双向流动的特点,首先阐述了基于VSR-VSI电梯永磁同步电机驱动系统在dq坐标系下的PI双闭环控制结构与参数设计方法,分析了VSR-VSI系统直流母线电压与并网电流存在谐波畸变的机理,在此基础上提出了基于PI+谐振(PI plus resonant,PIR)调节器的VSR电流内环改进控制策略以抑制并网电流谐波,最后利用仿真结果验证了上述理论分析的准确性与有效性。

Enhancement of thermal rectification by asymmetry engineering of thermal conductivity and geometric structure for multi-segment thermal rectifier

Thermal rectification is an exotic thermal transport phenomenon,an analog to electrical rectification,in which heat flux along one direction is larger than that in the other direction and is of significant interest in electronic device applications.However,achieving high thermal rectification efficiency or rectification ratio is still a scientific challenge.In this work,we performed a systematic simulation of thermal rectification by considering both efforts of thermal conductivity asymmetry and geometrical asymmetry in a multi-segment thermal rectifier.It is found that the high asymmetry of thermal conductivity and the asymmetry of the geometric structure of multi-segment thermal rectifiers can significantly enhance the thermal rectification,and the combination of both thermal conductivity asymmetry and geometrical asymmetry can further improve thermal rectification efficiency.This work suggests a possible way for improving thermal rectification devices by asymmetry engineering.

A Fractional Order Fast Repetitive Control Paradigm of Vienna Rectifier for Power Quality Improvement

Due to attractive features,including high efficiency,low device stress,and ability to boost voltage,a Vienna rectifier is commonly employed as a battery charger in an electric vehicle(EV).However,the 6k±1 harmonics in the acside current of the Vienna rectifier deteriorate theTHDof the ac current,thus lowering the power factor.Therefore,the current closed-loop for suppressing 6k±1 harmonics is essential tomeet the desired total harmonic distortion(THD).Fast repetitive control(FRC)is generally adopted;however,the deviation of power grid frequency causes delay link in the six frequency fast repetitive control to become non-integer and the tracking performance to deteriorate.This paper presents the detailed parameter design and calculation of fractional order fast repetitive controller(FOFRC)for the non-integer delay link.The finite polynomial approximates the non-integer delay link through the Lagrange interpolation method.By comparing the frequency characteristics of traditional repetitive control,the effectiveness of the FOFRC strategy is verified.Finally,simulation and experiment validate the steadystate performance and harmonics suppression ability of FOFRC.

Enhancement of holding voltage by a modified low-voltage trigger silicon-controlled rectifier structure for electrostatic discharge protection

A novel structure of low-voltage trigger silicon-controlled rectifiers(LVTSCRs) with low trigger voltage and high holding voltage is proposed for electrostatic discharge(ESD) protection. The proposed ESD protection device possesses an ESD implant and a floating structure. This improvement enhances the current discharge capability of the gate-grounded NMOS and weakens the current gain of the silicon-controlled rectifier current path. According to the simulation results, the proposed device retains a low trigger voltage characteristic of LVTSCRs and simultaneously increases the holding voltage to 5.53 V, providing an effective way to meet the ESD protection requirement of the 5 V CMOS process.

High-Efficiency Rectifier for Wireless Energy Harvesting Based on Double Branch Structure

A rectifier circuit for wireless energy harvesting(WEH) with a wide input power range is proposed in this paper. We build up accurate models of the diodes to improve the accuracy of the design of the rectifier. Due to the nonlinear characteristics of the diodes, a new band-stop structure is introduced to reduce the imaginary part impedance and suppress harmonics. A novel structure with double branches and an optimized λ/4 microstrip line is proposed to realize the power division ratio adjustment by the input power automatically. The proposed two branches can satisfy the two cases with input power of-20 dBm to 0 dBm and 0 dBm to 15 dBm, respectively. Here, dBm = 10 log(P mW), and P represents power. An impedance compression network(ICN) is correspondingly designed to maintain the input impedance stability over the wide input power range. A rectifier that works at 2.45 GHz is implemented. The measured results show that the highest efficiency can reach 51.5% at the output power of 0 dBm and higher than 40% at the input power of-5 dBm to 12 dBm.

A Hybrid Five-Level Single-Phase Rectifier with Low Common-Mode Voltage

Rectifiers with high efficiency and high power density are crucial to the stable and efficient power supply of 5G communication base stations,which deserves in-depth investigation.In general,there are two key problems to be addressed:supporting both alternating current(AC)and direct current(DC)input,and minimizing the common-mode voltage as well as leakage current for safety reasons.In this paper,a hybrid five-level single-phase rectifier is proposed.A five-level topology is adopted in the upper arm,and a half-bridge diode topology is adopted in the lower arm.A dual closed-loop control strategy and a flying capacitor voltage regulation method are designed accordingly so that the compatibility of both AC and DC input is realized with low common voltage and small passive devices.Simulation and experimental results demonstrate the effectiveness and performance of the proposed rectifier.

一种星载高效率电源的样机研制

针对星载合成孔径雷达电源高效率抗辐射的需求,对适用于星载领域的各种电源拓朴结构进行了对比分析,提出一种同步整流正激变换器拓扑方案。该方案采用单管栅极电荷保持驱动拓扑,解决了变压器死区时间续流管驱动问题,并对电路原理以及抗辐射加固方法进行详细说明,给出电路组成、关键器件和参数计算方法。根据所提方案制作了一台输入50 V~70 V、输出5 V/6 A的样机。实验结果表明:该电源具有高效率和抗辐射的特点,验证了技术方案的准确性,可以满足星载电源的需求。

用于射频能量收集的低阈值CMOS整流电路设计

基于TSMC 180 nm工艺,设计了一款高效率低阈值整流电路。在传统差分输入交叉耦合整流电路的基础上,提出源极与衬底之间增加双PMOS对称辅助晶体管配合缓冲电容的改进结构,对整流晶体管进行阈值补偿。有效缓解了MOS管的衬底偏置效应,降低了整流电路的开启阈值电压,针对较低输入信号功率,提高了整流电路的功率转换效率(PCE)。同时将低阈值整流电路三级级联以提高输出电压。测试结果显示,在输入信号功率为-14 dBm@915 MHz时,三级级联低阈值整流电路实现了升压功能,能稳定输出1.2 V电压,峰值PCE约为71.32%。相较于传统结构,该低阈值整流电路更适合用于射频能量收集。

一种新型三相双频PWM整流器

为了能够抑制开关纹波,同时提高整流器的转换效率,此处提出了一种新型三相双频脉宽调制(PWM)整流器拓扑结构和控制方法。三相双频PWM整流器由功率整流单元和辅助单元组成。功率整流单元以低开关频率将有功功率从电网传输到负载,从而减少开关器件的损耗,提高转换效率。辅助单元以高开关频率运行,其作用是消除功率整流单元产生的电流纹波,改善电能质量。该整流器采用前馈方式消除开关纹波,因此可以避免参考电流的提取和控制带宽的限制。介绍了三相双频PWM整流器的拓扑结构和纹波消除原理,并给出了相应的控制策略。最后,在10kW实验样机上验证了三相双频PWM整流器的性能。

面向电流源型PWM整流器的双矢量模型预测直接功率控制

电流源型脉宽调制(Pulse width modulation,PWM)整流器因其网侧存在LC滤波器,系统的控制难度增加。传统直接功率控制策略下的整流器功率波形存在脉动,因模型预测控制具有卓越的动态特性以及直观的控制规律,采用模型预测直接功率控制(Model predictive direct power control,MPDPC)对传统控制策略进行改进。首先建立了三相PWM整流器的数学模型,给出了每个采样周期内的功率变化率,并推导出相邻采样周期之间的功率关系,然后给出基于单矢量的模型预测直接功率控制策略,提出了基于双矢量的模型预测直接功率控制策略,并优选出两个电流矢量,计算在一个采样周期内的作用时间,并对其进行修正。最后,在Matlab/Simulink仿真软件验证了所提控制策略的可行性和有效性。

Vienna整流器一种包含过调制区域的调制方法

由于功率因数角的存在和电压矢量过调制,Vienna整流器输入电流会发生严重畸变。在此提出一种易于实现且包含过调制的调制方法,进一步扩展了Vienna整流器的运行范围。详细划分了Vienna整流器的线性调制区和过调制区,通过确定不同区域的边界条件及其对应的调制算法,能够有效地降低输入电流总谐波畸变率(THD)。最后通过实验验证了所提调制算法的优越性和理论分析的正确性。

考虑原动机调速特性的中压直流发电机组动态仿真模型

鉴于原动机调速特性对舰船中压直流(MVDC)发电机组运行影响的重要性,该文基于十二相同步发电机及其三相交流励磁机数学模型提出MVDC发电机组动态建模方法,以解决多相整流发电机及其励磁系统难以考虑原动机动态调速特性的难题。以某型燃气轮机整流发电机组动态仿真模型为基础,建立了频率不同的十二相同步发电机与三相交流励磁机组合模型,阐述原动机调速与发电机励磁调压相互耦合的计算流程。实测与仿真结果表明,该型燃气轮机发电机组在突加20%负载工况时转速跌落较大,且转速恢复过程需约20 s,但MVDC发电机组通过调节励磁系统可在1 s内使直流母线电压恢复稳定,从而为负载提供稳定直流功率输出。在校准仿真模型的基础上,通过系统分析突加不同比例负载时的转速、燃油流量、励磁电流、输出电压等性能参数变化规律,获取了燃发机组允许突加负载上限约为30%的运行边界认知,为MVDC发电机组励磁系统设计以及如何预留充足的短时强励能力提供了理论支撑。

基于AT89C52的交流UPS不间断电源系统研究与设计

随着计算机技术、通信技术的不断发展,铁路、医疗、数据存储等系统的安全可靠运行就与不间断电源息息相关。为了满足需要,设计了一款交流UPS不间断电源,系统由整流电路、蓄电池、逆变电路、静态旁路等部分构成。采用AT89C52为主控芯片,利用充电器以及蓄电池为UPS提供能量,经过稳压电路为逆变电路提供稳定的电压,通过逆变电路为UPS提供稳频稳压的交流电,经过静态旁路为UPS提供不间断的供电切换。最后,对该交流UPS不间断电源系统进行了仿真测试,结果表明,设计的交流UPS不间断电源可以稳定地给负载提供交流电压,且电源工作效率高,稳定性强、体积小、输出精度高,保证了对负载的不间断供电,具有一定的现实意义。

以二极管整流器为例的探索性仿真教学

二极管整流器属于不可控整流器,具有显著的非线性特性,在整流过程中存在许多难以理解的地方和难以发现的问题,属于教学难点。借助Matlab/Simulink仿真分析的灵活性,以二极管全桥整流器为背景探索如何深化仿真分析教学模式,给出具体的探索内容。结果表明,通过深化仿真分析,可以培养学生发现问题、分析问题和探究问题的能力,弥足单纯理论讲解的不足。

基于MATLAB_App Designer电力电子虚拟仿真实验系统设计

根据MATLAB_App Designer提供的界面布局功能,运用MATLAB_Simulink搭建电力电子仿真模型,设计了一套人机交互式电力电子技术仿真实验系统。该系统包含典型的电力电子仿真模型和实例,可以帮助学生和工程技术人员学习电力电子电路的工作原理,分析和研究参数设置对电路电压、电流等波形的影响,有利于提高学习者对电力电子技术的研究和设计能力。

飞跨电容型多电平整流器载波重构调制策略

针对飞跨电容型多电平整流器存在众多冗余开关状态的特性及飞跨电容的电压平衡控制需求,提出一种通用的载波重构调制策略。该策略通过构造多段锯齿形载波来增加调制自由度,在保持与载波同相层叠调制策略相同的线电压谐波性能的同时,还具备载波移相调制策略的飞跨电容电压自平衡特性。仿真与实验结果验证了所提调制策略的有效性。

基于二极管整流器的双极型复合式海上换流站及其控制策略

为提高海上换流站的紧凑型性并降低换流站一次性投入成本,西门子公司提出了基于二极管整流器(diode rectifier,DR)的高压直流输电技术,在此基础上,国内外学者对其控制策略及各种串并联拓扑进行了研究,但仍存在结构复杂、可行性差、运行灵活性低等问题。为此,提出了基于二极管整流器的双极型复合式海上换流站拓扑,正负极分别采用模块化多电平换流器(modularmultilevelconverter,MMC)和DR,以充分利用MMC灵活可控和DR体积小、成本低、可靠性高的优点。为降低直流电缆输电损耗,提出了复合式换流站正负极功率平衡控制,将接地极电流控制在零附近,提高了输电效率,可将高压直流电缆所产生的损耗降低67.7%。设计了限功率控制,在发生直流非对称故障期间通过低速通信,可主动对风电场发出功率进行限制,防止了换流站过电流风险,提高了系统可靠性。最后通过PSCAD/EMTDC仿真分析对所提拓扑及其控制策略进行了可行性验证。

CRH5动车组牵引脉冲整流器自适应优化控制方法研究

针对CRH5动车组牵引主回路脉冲整流器在牵引网压波动下的稳定性问题,提出一种基于自抗扰算法的参数自适应优化控制策略。在CRH5动车组牵引脉冲整流器现采用的dq双环控制结构基础上,针对电流内环采用最速综合fal函数实现控制响应及控制量大小随误差变化自适应调整,基于状态空间方程构建一阶线性自抗扰电压外环控制器以实现对系统扰动的观测及跟踪。由此改善控制器对外部扰动的估计及补偿能力,增强控制器对车网耦合特性变化的适应能力。通过Matlab/Simulink仿真对比分析了基于PID控制和基于参数自适应优化控制的dq电流控制器性能,仿真结果表明,基于参数自适应的dq电流优化控制策略下的整流器直流侧输出电压在启动过程中超调量更小,且在应对网压波动时输出电压波动恢复后的稳态误差小于指标值的1/6,抗干扰能力更强。为进一步验证该控制器应对网压低频振荡的抗扰动效果,在RT-LAB半实物实验平台上搭建动车组-牵引网级联耦合模型对比分析2种控制策略下的牵引网网压波形。结果表明:基于参数自适应的dq电流优化控制更能适应多列动车组同时接入而引发的扰动,抑制牵引网网压大幅度振荡;fal电流环的参数自适应特性能改善控制器动态特性,可根据瞬态误差及时调整控制器响应,且其控制参数适应范围较宽,易于整定。

抑制采样白噪声干扰的PWM整流器无差拍控制

无差拍控制(DBC)是一种应用于整流器电流内环的预测控制,但该算法对系统参数敏感,当采样受到持续噪声干扰时波形畸变严重。为此,此处提出了一种基于DBC的白噪声抑制算法,实验结果表明,该算法在较大电感参数偏差下能保持稳定,在白噪声干扰下能够显著降低电流畸变率。

基于占空比波表的三相四线整流器控制

三相脉宽调制(PWM)整流器应用广泛。针对三相四线(TPFW)PWM整流器,提出了一种基于占空比波表的电压电流双闭环控制策略。该控制策略电压外环采用波表系数步进调节控制,电流内环采用离散比例积分微分(PID)控制叠加电容电压步进调节均衡控制。该方法能够提高系统功率因数,同时也能抑制整流器输出直流侧电压波动以及实现电容电压均衡。最后在硬件平台上进行实验验证,实验结果表明该控制策略具有抑制输出电压纹波、功率因数高、系统稳定性好等优点。与传统方法相比,该控制方法控制简单,易于工程实践.