风电变流器DC-Link电容器准在线状态监测方法

DC-Link电容是风电变流器中最核心但又最易失效的元件之一,对其进行状态监测可有效提高系统运行的可靠性。该文提出一种风电变流器DC-Link电容器准在线状态监测方法。首先,利用预充电阶段的交流电流重构DC-Link电容器的直流充电电流;采用二阶指数函数对电容器在预充电阶段的电压和电流波形进行精确拟合;取拟合函数的参数作为特征值,将实测的电容器状态参数(C和RESR)作为特征值对应的输出,并通过实验获得的样本数据,构建特征值与其输出的映射关系;最后利用多输出最小二乘支持向量回归算法对数据集合进行学习训练,建立特征值与电容器状态参数的回归模型。该方法无需增加额外传感器和改变变流器控制算法。实验结果验证了本方法的有效性。

基于可靠性的无二次谐振回路牵引变流器电容优化设计

为保证电容器稳健可靠运行,文章以“复兴号”动车组牵引变流器为研究对象,对无二次谐振回路(简称“无二次回路”)牵引变流器的支撑电容器的基本设计思路进行了阐述,搭建了相应仿真模型,并基于该仿真模型提出了一种基于可靠性的无二次回路牵引变流器支撑电容器参数优化设计方法。其选取由制造、测量等因素引起的电容器容值偏差、网压存在的随机波动作为不确定性来源,以无二次回路牵引变流器中间电压的纹波系数作为约束函数,实现支撑电容器的参数优化设计,得到了更为稳健的电容器设计值,进一步保证了牵引系统的稳健可靠运行。最后,利用该电容器参数可靠性优化结果进行无二次回路牵引变流器设计及试验验证,结果显示,变流器中间电压波动在±5%以内,体积缩小了28.4%,重量减轻了28%,试验验证了该电容设计方法的有效性以及无二次回路牵引变流器的体积、质量优势。

基于换流器电容存储能量的DFIG虚拟电容控制

传统双馈风力发电机组由于自身特性,缺乏类似同步机组的惯量响应能力,导致系统在运行过程中的抗扰动能力减弱,电网稳定性受到挑战。根据换流器特性,建立变流器直流母线电容电压和变流器有功功率偏差的函数模型,提出一种基于换流器直流母线电容存储能量的虚拟电容控制。在风速变化以及暂态故障下能够充分利用换流器直流母线电容所存储的能量来增强风力发电机自身惯性,降低直流母线电压变化幅值,提高风机功率输出稳定性。通过仿真验证了附加该控制策略的有效性。

PMSG风机直流电容虚拟惯性控制及惯性影响分析

为解决风电在电力系统中渗透率不断增加而导致的电网惯量不断降低的问题,提出了永磁直驱风机参与电网频率调节的直流电容虚拟惯性控制。该虚拟电容控制能够耦合直流电压和交流频率,利用储存在直流电容中的静电能提供惯性支撑,并能有效地抑制频率变化的斜率和减小最大频率偏差,提高频率的动态特性。此外,详细研究了影响虚拟惯性时间常数的关键参数以及虚拟惯性时间常数与直流电容的确切关系,并给出了相关参数的选取方法。最后,在PSCAD/EMTDC中搭建仿真算例,仿真结果表明直流电容虚拟惯性控制能够准确模拟同步发电机的惯性响应,其控制性能优于传统转子虚拟惯性控制。

基于EEMD-SVR与经验模型的电容器电容量预测方法

电容器的可靠性是评估电子系统安全性、稳定性和可持续发展性的关键指标之一。为了提高电容器老化过程中电容器损失的预测精度,采用集成经验模态分解下的支持向量回归模型(EEMD-SVR)与经验退化模型对电容器损失百分比进行预测。以NASA的铝电解电容器加速老化实验数据作为数值算例对所提方法进行验证,预测结果表明该模型能实时准确地预测电容量损失,可进一步有效地估算电容器的剩余使用寿命,为轨道交通电子系统故障诊断、状态监测与智能运维奠定基础。

基于虚拟电容与转子转速控制的双馈风电机组稳定性研究

传统双馈风力发电机组因自身特性,缺乏类似同步机组的惯量响应能力,会减弱系统在运行过程中的抗扰动能力,使电网稳定性受到挑战。本文根据变流器特性,建立变流器直流母线电容电压与变流器有功功率偏差以及转子转速响应的函数模型,提出一种基于变流器直流母线电容电压变化的虚拟电容控制以及转子转速协同控制策略,最后在软件中验证策略的可行性。仿真结果表明,在不同工况下,该协同控制策略能增强双馈风力发电机惯量响应能力,提高转子稳定速度,降低变流器母线电压与有功功率变化幅度,稳定机组输出。

牵引变流器中支撑电容器研究

为牵引变流器中支撑电容器的参数选择提供了理论依据。首先以脉冲整流器为例对支撑电容器参数计算原理进行了详细推导,并采用仿真方法进行了验证,对5种常用支撑电容器选型方法进行了归纳,5种方法分别为电路分析计算法、仿真法、估算法、能量计算法、试验验证法。

一种小波变换和支持向量机相结合的配电网电容器投切扰动源定位方法

提出一种小波变换和支持向量机(support vector machine,SVM)相结合的配电网电容器投切扰动源定位方法。该算法使用小波变换对电容器投切产生的暂态扰动信号进行分析,提取扰动能量和扰动持续时间2个特征量作为SVM分类器的输入,以识别扰动,实现投切电容器的自动定位。基于PSCAD/EMTDC仿真软件建立典型10kV配网模型,并选取3个不同位置的电容器进行投切操作,仿真电容器投切产生的暂态扰动。以改变电容器投入时间得到的不同投切事件作为算法样本进行了仿真分析。结果表明,所提算法定位电容器投切扰动源的准确率可达99.17%。

PWM整流器中支撑电容的研究

随着电力电子技术的发展以及人们对电路中谐波危害的认识,PWM整流技术以其功率因数高,对电网产生的谐波冲击小而得到了迅猛的发展。但以往对电路中的关键部件———支撑电容选取的研究不是很充分,使得支撑电容的选取具有一定的盲目性。从电路的功率传递关系出发,得到了支撑电容的一种计算公式,并通过仿真验证了此公式的正确性。

湿敏电容器的温度补偿方法研究

为了精确辨识湿敏电容器的温度补偿模型,减小系统测量误差,分析了湿敏电容器的温度补偿原理,提出了一种基于改进的遗传算法(GA)和支持向量机(SVM)相结合的补偿算法。基于湿敏电容器,建立了GA-SVM补偿模型,并与BP神经网络方法进行了比较。共144个样本点,经过补偿后GA-SVM和BP模型的相对误差绝对值小于3%的个数分别为143,110;最大分别为0.34%,19.68%。结果表明:改进的GA-SVM算法有效地补偿了温度影响,提高了湿敏电容器的测量精度,同时该算法的逼近能力和泛化能力均要优于BP神经网络。因此,该方法用于湿度传感器温度补偿是有效可行的。

单相APF谐波补偿电流对直流侧电压和电流纹波的影响分析

单相有源电力滤波器输出谐波补偿电流时,存在直流电压波动大、直流支撑电容器纹波电流大的特点,影响了电容器以及滤波器的使用寿命。本文根据有源滤波器的等值电路和交直流侧电压电流变换原理,建立了直流电压波动分量和电容器纹波电流与谐波补偿电流之间的解析关系式,揭示了滤波器补偿电流对直流电压波动和纹波电流的影响规律,仿真和实验结果验证了理论分析的正确性,最后给出了直流支撑电容器的选择建议。

基于机器学习的核电厂DCS卡件故障诊断研究

随着核电厂运行时间的累积,数字化仪控设备的老化问题日益凸显。开关电源电路模块是分布式控制系统(DCS)卡件的关键组成部分。该模块的故障会导致卡件失效,甚至可能破坏核电厂的安全经济运行。针对核电厂某DCS卡件开关电源电路模块,开展了基于机器学习的板级故障诊断研究。根据传统机器学习和深度学习,分别开发了粒子群优化(PSO)-支持向量机(SVM)和一维卷积神经网络(1D-CNN)模型。小波包变换用于PSO-SVM模型的电路故障特征提取。基于加速寿命试验获得的电容老化过程数据,通过Saber电路建模仿真采集了开关电源在对应故障模式下的输出电压波形,用于模型的训练和测试。试验结果表明,所开发的故障诊断模型均表现出良好的诊断性能。该研究完成了故障诊断方法的可行性验证,不仅为DCS卡件的预测性维护提供了具有实际工程意义的应用参考,也为后续开展系统级健康管理研究奠定了一定的理论基础。

基于SVM构造的FLANN数据融合方法在CPS修正中的应用

在对常规函数链接型神经网络(FLANN)构造方法的认识基础上,讨论了一种基于支持向量机(SVM)技术的FLANN构造新方法,并利用该方法对实际的电容压力传感器(CPS)系统进行非线性修正及温度补偿。先将SVM的拓扑结构与常规FLANN结构进行比较,确定两者的等价性。因此,可通过SVM求解二次规划问题来实现FLANN结构的唯一优化。用常规FLANN方法在同样条件下进行对比实验,实验结果表明用该方法构造的FLANN具有结果唯一、结构简单、全局优化等特点,特别是在实验数据较少的小样本条件下仍然具有更高的鲁棒性和修正精度。

基于超级电容器的电梯后备电源系统设计

超级电容器具有优良的电气性能,利用其电能储存特性可构成电梯混合动力系统中的新型备用电源。对基于超级电容器的电梯后备电源设计进行了研究,建立了试验装置。试验结果表明,该系统构建成本低,运行安全可靠,无环境污染,基本不需维护保养,是高层建筑电梯安全运行后备电源的理想替代装置。

HXD1型机车变流器中的直流支撑电容

HXD1型交流机车直流中间回路起着衔接整流和逆变两个环节的作用,其支撑电容不但能稳压、滤波,还能给交流电机负载提供无功功率。本文简单介绍了HXD1型变流器中直流支撑电容的作用、容量的取值、联接方式及放电检测方法。为更深入地研究牵引变流器中的直流支撑电容提供一种了解途径。

中频电源并网运行直流支撑电容安全性研究

中频电压源型逆变器并联运行时,IGBT内部并联二极管在逆变器启动前实际上做整流器运行,直流支撑电容有可能在充电过程中损坏。对比工频逆变器,分析了中频逆变器并联的特点,建立了系统简化模型,从理论上分析了并联电抗,直流电压利用率与滤波电容对直流支撑电容安全的影响,并通过Simulink仿真模型对理论分析进行验证,最后提出了保护支撑电容的措施。

三电平多相H桥变频器支撑电容电流抑制方法

目前对支撑电容电流抑制的研究尚不充分,而电容电流有效抑制可减少支撑电容体积,延长电容寿命,对设备尺寸、可靠性有严格要求的船舶应用场合尤为重要。为此,针对共直流母线三电平五相H桥推进变频器,首先推导载波移相前后推进变频器直流输入电流表达式,并予以理论计算与仿真校核;其次,提出一种可表征不同载波移相角下电流谐波抑制性能评估函数,并得到不同载波移相角下电流谐波抑制性能曲线,结果表明,通过理论计算的载波移相角可实现推进变频器电容电流最优抑制。最后,仿真和试验验证本文所提方法的正确性、有效性。所提方法为在不增加硬件条件下的三电平多相H桥推进变频器支撑电容优化设计提供一种解决思路。

风电机组故障穿越与频率调节风储联合控制策略研究

风电场因故障切机脱网频繁导致大停电事故,暴露出风电机组在故障穿越以及主动调频两方面能力的不足,但少有文献同时兼顾这两种需求进行综合研究分析。文中针对直驱风电机组,在故障穿越与频率调节的原理和需求分析基础上,提出一种基于旋转备用加直流侧储能的风储联合控制策略,利用风轮机机械动能提供虚拟惯量支撑,超级电容储能实现一次调频和故障穿越;并依据行业标准,定量分析故障和扰动期间的功率调节公式及参数设计,通过逻辑控制原则实现多运行模式切换。该策略在只增加储能的基础上,带来了机组多方面的性能提升:保证了高/低电压穿越期间的有功平衡,满足优先向电网提供动态无功以支撑电压恢复;同时有效解决了传统调频策略中频率的二次跌落、预留备用的电能浪费,调节裕度不足等问题,从而整体上提升风机运行稳定性和经济性。通过仿真系统验证策略的优良特性。

柔性直流输电工程用电容参数研究

柔性直流输电工程用电容器是柔直工程的关键组成部分,为柔直系统提供直流电压支撑,决定了直流侧的电压波动范围。本文介绍了模块化多电平换流器中子模块电容和两电平换流器中直流侧电容的电容参数设计方法及影响因素,对比分析发现两者电容值的选取存在等效关系。

支撑电容可分离的直流变压器短路故障电流限流控制方法

直流配电系统因线路阻抗低,线路短路故障时电流上升率高,会造成电流限流困难及线路设备二次恢复运行速度慢等问题。该文针对直流配电网中目前存在问题进行分析,提出一种主动控制实现的电力电子变压器短路电流限流新方法。通过对电力电子变压器电路拓扑的改进,并辅以相应的输出电流主动控制方法,实现在发生直流短路故障时切除变压器内部的支撑电容,使该储能元件中的能量不再对线路产生冲击大电流。同时,该方法可对电流实现快速跟踪控制,以满足新能源发电设备实现低电压穿越时的电流控制需要。最后通过仿真和硬件在环实验验证了该文所提方法的正确性。