Controllable thermal rectification design for buildings based on phase change composites

Phase-change material(PCM)is widely used in thermal management due to their unique thermal behavior.However,related research in thermal rectifier is mainly focused on exploring the principles at the fundamental device level,which results in a gap to real applications.Here,we propose a controllable thermal rectification design towards building applications through the direct adhesion of composite thermal rectification material(TRM)based on PCM and reduced graphene oxide(rGO)aerogel to ordinary concrete walls(CWs).The design is evaluated in detail by combining experiments and finite element analysis.It is found that,TRM can regulate the temperature difference on both sides of the TRM/CWs system by thermal rectification.The difference in two directions reaches to 13.8 K at the heat flow of 80 W/m^(2).In addition,the larger the change of thermal conductivity before and after phase change of TRM is,the more effective it is for regulating temperature difference in two directions.The stated technology has a wide range of applications for the thermal energy control in buildings with specific temperature requirements.

单相级联型多电平变换器直流纹波电压分析及抑制策略

级联H桥型多电平变换器采用移相变压器+整流供电时具有功率因数高、输出电压谐波含量低等优点,在大功率工业领域范围内得到了广泛应用。传统的调制算法都以假设直流母线电压恒定为前提,然而在直流侧会出现低频纹波并被调制和传输到负载,导致输出电压波形畸变。目的为了探讨级联H桥单元供电侧存在大量直流纹波电压导致输出负载电压波形畸变的问题,方法本文首先采用双重傅里叶理论分析直流纹波电压,在此基础上引入一种直流纹波前馈补偿策略,通过测量每个级联H桥的直流侧实际输入电压除以电压基准值并与传统载波信号相乘,进而与调制电压进行载波移相调制;同时采用矢量控制,通过FFT变换虚拟出无功电压,以获得更快的收敛速度、更高的稳定性和更小的振荡。结果仿真和实验结果表明,所提调制算法和控制策略可有效抑制负载电压中的低次谐波,减小输出电压波形畸变,实现逆变电源的快速动态响应和无稳态误差控制。结论实验结果验证了本文所采用的调制策略和控制策略的可行性与合理性。

两桥臂交叉解耦不平衡控制策略研究

由于非不平衡控制策略中没有考虑线电压和相电流的相角差,造成三相电网的有功、无功电流无法完全补偿。为了解决这一问题,根据电压电流相角差,推导出单相补偿器中无功参考补偿电流与负载电流的关系,提出一种两桥臂交叉解耦不平衡控制策略,利用多变量滤波器和交叉解耦双复系数滤波器优化锁相环,精确锁定三相不平衡电网的电压频率和相位,对2个单相背靠背变换器的无功电流分别控制,进而利用两桥臂变换器补偿三相不平衡无功。实验结果验证了所提两桥臂交叉解耦不平衡控制策略,可抑制三相有功不平衡及补偿三相不平衡无功,将三相电流的不平衡度从150.0%降低至2.6%,三相电网功率因数从0.257提升至0.997,减少了三相无功补偿器的开关管个数。

工程教育专业认证背景下电力电子课程实验教学研究

解决复杂工程问题能力是工程教育认证的核心能力指标,为通过实验来提升学生解决复杂工程问题的能力,文章以电力电子技术课程中三相桥式整流实验为例,将硬件平台实验与软件平台仿真融合,分别从复杂问题提出、实验设计、实验分析多个环节出发,对基于解决复杂工程问题能力的实验教学进行了研究。该研究能够加强学生对复杂工程问题的理解,培养学生解决复杂工程问题的能力,对工程教育专业认证背景下实验教学改革具有一定的借鉴意义。

基于PREF的扫描磁铁电源设计与实现

PREF装置是中国科学院新疆理化技术研究所与近代物理研究所联合设计建造的10~60 MeV质子同步加速器,属于国内唯一的位移损伤效应模拟试验专用装置。针对该装置的扫描磁铁电源输出电流频率200 Hz、跟踪误差小于≤±5×10^(-3)的技术要求,采用三组H桥串联拓扑方案,通过移相控制,基于脉宽调制实现技术要求。经仿真与测试结果表明:电源能够输出峰-峰值为±420 A,幅值与频率均连续可调的高精度三角波电流,满足工程应用要求。

分数阶移相全桥变换器的建模与优化控制

基于电路中的分抗元件具有非整数阶特性,利用分数阶微积分理论和状态空间平均法,对分数阶移相全桥变换器进行建模与优化控制分析。建立了移相全桥变换器的分数阶状态平均方程,研究电感和电容的分数阶特性对移相全桥变换器频域特性的影响。结合遗传算法的优点,得到满足误差绝对值积分的最优分数阶比例积分(PIλ)控制器参数与最优整数阶比例积分(PI)控制器参数,并搭建了分数阶移相全桥变换器的电路仿真模型与不同控制器的仿真模型,进行了不同控制器、不同工况和负载变化下电路仿真结果的比较。结果表明:相较于整数阶PI控制器,分数阶PIλ控制器能够提供更优的控制性能,使分数阶移相全桥变换器具有更快的响应速度、更好的稳态性能和更强的鲁棒性。

级联半桥拓扑直流直挂储能装置的设计

随着海上风电、光伏等新能源的大规模建设,产生了直流输电、交直流互联和储能的应用需求。目前储能技术的研究和应用主要集中于交流储能领域。模块化多电平电池储能系统(modular multilevel converter based battery energy storage system,MMC-BESS)虽然在交直流互联的同时,实现了储能的功能,但电池中流过的工频、二倍频等脉动电流成分对电池寿命有潜在影响,且传统的模块化多电平(modular multilevel converter,MMC)换流站的改造成本高。本工作提出的直流直挂储能装置将换流和储能分离,电池电流仅为直流和高频脉动成分,工况对电池友好,且直流直挂储能系统需要电池单体数量仅为MMC-BESS的1/6,成本低。对直流直挂储能装置的拓扑结构及工作原理进行分析;对级联子模块的数量和参数进行设计;基于载波移相调制,推导直流纹波电流,进而对并网电感参数进行设计;建立直流直挂储能装置的数学模型,推导控制模型,根据控制框图进行功率控制。最后,通过仿真和样机实验,验证该半桥拓扑级联型直流直挂储能装置设计的可行性及正确性。实验证明,该设计和控制方法效果良好,对高压大容量直流直挂储能装置的设计有一定参考价值。

基于双重移相控制的双向全桥DC-DC变换器最小回流功率分段优化控制

双向全桥DC-DC变换器以其重量轻、高功率密度、能量双向流动等优点成为直流微电网中不可或缺的一部分。但双向全桥DC-DC变换器在传统的单重移相控制下存在回流功率和电流应力等问题,尤其当输入电压和输出电压不匹配时,回流功率和电流应力会显著增加。针对输入电压和输出电压不匹配的情况,该文提出了一种双向全桥DC-DC变换器在双重移相下的最小回流功率控制策略。该控制策略通过对回流功率进行分段优化,得到了变换器在不同传输功率范围下的最优移相角。通过将所提控制策略和传统的双重移相控制进行对比分析,发现该文所提控制策略具有更小的回流功率和电流应力,提升了变换器的效率。最后基于所提控制策略搭建了实验样机,实验结果验证了控制策略的正确性和有效性。

虚拟同步机控制策略下的STATCOM相间电容电压平衡方法研究

针对基于直挂式级联H桥拓扑结构的静止同步补偿器在运行时产生的相间电容电压不平衡的问题,本文在虚拟同步机的控制策略基础上提出了一种平衡相间电容电压的方法。虚拟同步机具有响应速度快的优点,但用于静止同步补偿器来作无功补偿时会产生相间电容电压不平衡的问题。因此本文首先引入电容电压平均值来完成虚拟同步机的快速并网,其次将虚拟同步机算法的无功调节分为3部分来实现分相无功补偿,再在电压合成前引入电容电压平均值作反馈,以实现相间电容电压平衡。最后在Matlab/Simulink环境下搭建仿真模型,验证了所提控制策略能有效解决相间电容电压不平衡问题,并且仿真结果表明所提控制策略具有良好的动态响应特性。

单相级联H桥整流器平方电压反馈控制算法

以单相级联H桥整流器为研究对象,对其控制策略进行了研究。首先在采用双闭环控制策略的基础上,构建了dq前馈解耦模型,并通过二阶广义积分算法改善了虚拟交流分量对系统的影响,实现了网侧电流对电压相位、频率的快速精确追踪。其次,对传统电压平衡控制算法进行了改进,通过对功率平衡关系的定义,将输出电压平方作为控制信号,增强了系统自适应能力,提高了系统在投切载时的动态性能。最后,基于MATLAB/Simulink软件进行仿真,验证了所提策略的正确性和有效性。

基于改进粒子群算法的移相全桥模糊PID控制

[目的]为了得到具有良好性能指标的移相全桥(PSFB)控制方案,本文提出了基于改进粒子群算法(IPSO)寻优的模糊比例积分微分(PID)控制方法.[方法]在PSFB的小信号模型基础上,使用模糊控制器改善PID的参数,随后应用自适应惯性权重和压缩因子法优化PSO的全局特性和收敛性,进而计算模糊控制器的比例因子和量化因子,以提高系统的控制效果.在Simulink仿真环境中分别使用常规PID、模糊PID、IPSO优化模糊PID三种方式对移相全桥拓扑进行仿真,并设计了一台100 W的样机,验证所提控制策略的有效性.[结果]仿真结果中,IPSO优化的模糊PID控制相对于常规PID和模糊PID,其调节时间、超调量、稳态误差分别下降79.6%、99.4%、42.9%和40.2%、20%、87.5%;基于TMS320F28034硬件的实验结果中,IPSO优化的模糊比例积分(PI)控制相对于增量式PI和模糊PI,其调节时间、超调量、稳态误差、电压输出纹波分别下降52.4%、56.4%、46.7%、75.0%和12.1%、37.4%、20%、66.7%.[结论]将IPSO应用于PSFB的PID控制,相对于常规PID和模糊PID,具有更高的控制精度、更快的收敛速度、更强的抗干扰能力.

基于积水高度的下凹桥区交通信号实时控制仿真模拟

针对目前各大城市下凹桥区降雨积水情态与交通管控无法联动,且下凹桥区降雨积水时交通安全及应急处理处置缺失的问题,系统地解析下凹桥区降雨积水水位感知、安全警示标识和交通信号管控的具体形式,确定下凹桥区周边交通路口相位信号配时的调控模式,进而建立基于积水高度的下凹桥区交通实时控制系统,并采用交通仿真测试环境模拟评估下凹桥区周边交叉口相位信号配时优化方案在不同积水高度条件下的适应性和改善效果。结果表明:降雨天气将增加下凹桥区周边交叉口整体的延误和排队长度,而相位信号配时优化能有效提高下凹桥区周边交叉口的车辆通行能力,提升交叉口整体服务水平,降低降雨天气对交叉口交通带来的不利影响。

全移相双有源全桥直流变换器的瞬态电流偏置抑制策略

针对双有源全桥(DAB)直流变换器在功率突变时产生的电流偏置问题,该文提出一种新的瞬态直流偏置抑制策略。首先,以基于全移相调制的双有源全桥直流变换器为研究对象,分析DAB变换器产生直流偏置的原因及危害。然后,在全局电感电流应力最优结果的基础上,对功率在四个工作区域突变时产生的瞬态直流偏置问题进行详细分析,推导各种电流突变情况下的直流偏置表达式,并据此提出一种新的过渡态引入方法,对于不同的功率突变状态可以得到统一的过渡移相角表达式,简化了控制过程。接着,根据所得过渡态结果,提出统一的载波调制方法,并对调制策略的适用性进行分析。最后,通过实验平台验证了所提方法可以有效消除功率突变时产生的电流偏置。

基于线性自抗扰控制的单相电力电子变压器整流级控制策略

针对电力电子变压器的非线性特性,传统PI控制的单相电力电子变压器整流级具有对参数变化敏感,响应速度慢,抗扰性能差的特点。提出了一种基于线性自抗扰控制(line active disturbance rejection control,LADRC)的电压环控制策略,该控制策略具有响应速度快、超调量小、鲁棒性强的特点。在仿真软件MATLAB/Simulink中通过搭建三级联H桥整流器模型进行仿真,并与传统PI控制器相比较,仿真结果表明所采用控制策略的优越性、有效性。

六相全桥逆变器驱动PMSM的简化模型预测电流控制

全桥逆变器电机驱动或称开绕组结构虽然兼具相间电气隔离、容错性能好及器件开关频率低等优点,但存在逆变器输出电压矢量多、冗余严重且控制约束等问题。文中以共直流母线供电的六相全桥逆变器驱动六相永磁同步电机为研究对象,提出了一种基于二级矢量优化的简化模型预测电流控制算法,在实现电机定子基波电流有效跟踪控制的同时有效抑制了定子电流的谐波及零序分量。文中基于矢量空间解耦理论对六相全桥逆变器的输出电压矢量进行了分层分析,以定子基波电流控制、谐波及零序电流抑制为准则对逆变器输出的729个电压矢量进行二级优化,得到候选的12个电压矢量,以此为基础设计了模型预测电流控制算法。实验结果表明,该简化模型预测电流控制方法具有良好的动静态性能,能在基波电流控制的同时有效抑制谐波及零序电流分量,可为多相电机驱动系统研究提供一定的理论支撑。

基于自抗扰解耦的电力电子牵引变压器整流级直接功率控制

【目的】为改善电力电子牵引变压器(PETT)整流级在传统dq电流解耦双闭环控制下抗干扰能力差、对参数变化敏感、谐波含量高等问题。【方法】通过对直接功率控制(DPC)的解耦方式进行改进,提出了一种无需系统角频率和电感参数基于自抗扰控制(ADRC)的功率解耦控制器。最后,在Matlab/Simulink中搭建模型进行不同工况的仿真分析。【结果】仿真结果表明新型控制策略较传统控制策略网侧电流THD值减少5.38%,等效电感突变时电压跌落值减少48 V,电压频率偏移时电压跌落值减少14 V,新型控制策略在负载突变和负载不平衡工况下具有较好的平衡控制效果。【结论】该控制器通过解耦实现了有功功率和无功功率精确且独立的控制。仿真结果验证了所提控制策略的合理性与有效性。

基于三相整流桥的直流电源输出自动控制方法

受电源内阻以及负载变化的影响,直流电源输出会出现不同程度的波动.为此,文章提出基于三相整流桥的直流电源输出自动控制方法,在构建包含电源部分、二极管桥、负载部分以及滤波部分的三相桥式整流电路拓扑结构基础上,通过对三相桥式整流电路拓扑结构中的电容值和电感值进行针对性设置,利用反馈控制策略,结合直流电源的实际运行工况,实现对其输出的自适应控制.在测试结果中,设计控制方法下的输出电压与输入电压参数的拟合度最高,对应的控制效果最好.

动态电压恢复器精准相控整流方法研究

动态电压恢复器是一种新型的电力电子装置,串联于电源和敏感负载之间,主要功能是治理电网电压扰动。动态电压恢复器主要由储能元件、双向变流器、静态转换开关和控制单元组成,电网电压处于稳定状态时,静态转换开关导通,电网通过此回路向负载供电;电网电压异常时,静态转换开关切换至由变流器为负载供电。在研制小容量动态电压恢复器过程中发现,储能元件(超级电容)相控整流充电过程中,出现交流侧充电电流突然急剧增大的现象,导致变流器IGBT模块损坏。针对出现的充电电流突增现象进行理论分析和仿真验证,根据分析验证结果更改设备控制策略和参数设置,解决了储能元件(超级电容)相控整流充电过程中电流激增的问题。

低压大电流DCDC变换器并联均流控制研究

本文讨论了低压大电流工况下移相全桥变换器双模块并联电流失衡机理与均流控制技术。该技术采用电压环、电流环与均流环三环平均电流控制结构,给出了控制系统设计原则。利用Matlab仿真与一台10 kW样机分别进行仿真与实验验证,验证结果表明该控制结构有较好的自适应性,能够兼顾负载调整率与均流精度。

基于DPS的双有源桥DC-DC变换器回流功率优化控制

针对双有源桥(DAB)DC-DC变换器进行回流功率优化研究,在运用传统双重移相控制(DPS)进行调制,变压器两侧的输入电压跟输出电压不匹配时,回流功率会显著增大。提出一种双重移相的多目标优化控制方法,对双重移相控制的工作原理进行分析,推导出对应的输出功率和回流功率的关系式,以此搭建数学模型,并基于该模型对回流功率进行优化;以KKT作为条件,针对回流功率的最小化问题,解出内外移相角的最优组合;为了迅速改变当前的传输功率,通过虚拟电压补偿方法来实现,从而达到优化系统回流功率的目标;通过MATLAB/Simulink仿真对该方案与传统SPS(单移相控制)方案、传统DPS方案进行对比分析,验证了该方案的有效性及优越性。