电力机车辅助电源传动试验台系统控制策略研究

介绍了电力机车辅助电源传动试验台系统,对系统组成和工作原理进行了说明。其采用PWM整流器作为系统负载,利用PWM整流器调节被试逆变器的输出电流来进行各种工况的试验,PWM整流器采用了基于交流电压定向的电流控制策略实现解耦控制,并采用了预测电压法提高控制性能。

Cascode型GaN HEMT输出伏安特性及其在单相逆变器中的应用研究

近年来随着氮化镓器件制造工艺的迅速发展,氮化镓高电子迁移率晶体管(Ga N HEMT)已经开始应用在电力电子领域。高压共源共栅(Cascode)Ga N HEMT的出现使得Ga N器件可以在高压场合进行应用。本文首先研究了耗尽型Ga N HEMT及Cascode Ga N HEMT全范围输出伏安特性及其特点。结合Si MOSFET和耗尽型Ga N HEMT的特性,本文重点研究了Cascode Ga N HEMT的工作模态及其条件。最后,给出了500W基于600V Cascode Ga N HEMT单相全桥逆变器的实验验证。实验结果和仿真验证证明了理论分析的正确性。

光伏并网逆变器低电压穿越优化设计研究

依据国网电力科学研究院公布的《光伏电站接入电网技术规定》,提出光伏并网系统基于前馈控制的低电压穿越优化控制策略。前馈控制策略通过将电网电压以及负载电流的变化引入电流环,能有效加快电流环对扰动的反应速率,抵消电网的影响。以所研制的100kW光伏并网逆变器为研究对象,给出了仿真结果和实验验证。试验结果表明,所采用的控制策略有良好的动态性能,能抑制电网电压跌落时的逆变器过流,保障系统正常运行。

无源无损软开关中压控可变电容的研究

在无源无损软开关中采用压控可变电容的方法来进一步减少IGBT的关断损耗,从而缓解其散热压力。该压控可变电容由两个缓冲电容和辅助MOSFET构成,其控制方法简单,可自动实现电容容值的变换。同时,辅助MOSFET由其串联支路上的电容电压和辅助电源控制。在IGBT关断之前,MOSFET由于其控制信号为高电平而处于导通状态,因此当IGBT关断时,可变电容等效为两个电容并联,从而表现为大电容特性,减少其CE两端电压的上升斜率;当MOSFET的控制信号下降到关断阈值时,可变电容表现为小电容特性,从而快速达到IGBT的关断稳态。依据可变电容的理论波形对其工作原理进行详细分析,并对该无源无损软开关回路中额外损耗进行理论计算。最后通过搭建Buck变换器的实验平台对上述理论进行验证。

双输入直流变换器的优化设计方法研究

提出一种综合考虑多种工作模式的双输入直流变换器的参数设计方法,使变换器获得最佳的工作性能。以双输入Buck直流变换器为例,给出了具体的设计过程,并给出了实验验证。

基于桥臂电路的能量有源回馈吸收单元研究

提出一种基于桥臂电路的能量有源回馈吸收单元(EARS),不仅能够实现桥臂电路的软开关,还能解决能量回馈过程中的环流问题。EARS由无源软开关吸收回路和能量有源回馈支路构成,无源软开关吸收回路能够实现主电路开关管的零电流开通和零电压关断;而储存于缓冲电容的能量则能通过能量有源回馈支路返回至电源侧,并解决了无源回馈支路中的环流问题。能量有源回馈支路中辅助开关管的控制策略简单并且与主开关管相互独立,有利于系统模块化,提高了系统的可靠性。最后,通过搭建1 k W的能量有源回馈吸收单元实验平台,对上述电路拓扑的有效性和优越性进行验证。

多族微电感功率变换器的相平面分析及特性研究

传统直流变换器中存在大电感,限制了能量传递速度并降低了变换器的功率密度。微电感功率变换器利用电感、电容等器件实现软开关,可以提高开关器件的工作频率,从而加快响应速度并提高功率密度。本文针对以下微电感功率变换器进行研究:谐振LLC变换器、SAC变换器、微电感全桥变换器、电感钳位变换器、级联型Buck-Boost变换器及开关电容功率变换器。采用相平面分析法分别绘制稳态工况的相平面轨迹,根据相平面轨迹图分析开关管的软开关实现方式、输出特性及最优工作模式等特性,在此基础上提出一种相平面轨迹图及相关特性的分析方法并进行扩展,为后续的研究奠定基础。

一种带功率解耦的Flyback微型逆变器研究

单相光伏并网逆变器中由于输入输出瞬时功率存在差异,通常需要并联很大的电解电容来平衡这部分功率,由于电解电容寿命短,严重限制了逆变器的寿命,所以在电路中加入功率解耦单元,用长寿命的薄膜电容代替电解电容。本文研究一种带功率解耦的Flyback微型逆变器,并对其进行参数计算和损耗分析,推导出了通用的计算公式,最后通过仿真和实验验证了该拓扑的可行性。

误差消除型里程计定位方法的分析与研究

全向移动平台可向任意方向直线运动而无需事先旋转运动，可在直线运动的同时执行旋转运动，机动性及避障性能好。本文介绍了基于NI公司myRIO-1900型控制器的误差消除型里程计定位系统，在基于编码器、陀螺仪的传统里程计定位的基础上，引入红外传感器、超声波传感器，通过均值滤波与修正，精确测量平台的姿态，并周期性将累计误差清零，达到消除累计误差的目的。该方法已应用于2017年世界技能大赛移动机器人项目，竞赛平台运动控制效果良好，满足高速、精确的运动控制要求。本文提出的误差消除型里程计定位方案性价比高，实用性强，控制精确，应用前景广阔。

高速列车与牵引供电网高次谐波谐振分析

本文主要研究了由于高速列车与牵引供电网参数不匹配而引起的高次谐波谐振现象。首先,简要介绍了高速铁路牵引供电系统与高速列车牵引传动系统建模的理论和方法。从理论上分析了高速列车网侧电流谐波特性,基于传统的牵引网单线模型分析了谐振现象产生机理。然后,参考京沪线先导段某供电区间和CRH-380A型动车组,搭建了系统仿真模型,仿真分析了高次谐波谐振引起的列车端电压升高的现象、供电区间谐振点分布规律及阻抗特性。

PWM变换器在矢量旋转坐标系下比例谐振控制策略及其鲁棒性设计

提出基于矢量旋转坐标系选取合理的电感电压矢量进行脉宽调制(pulse width modulation,PWM)变换器调制的方法,建立扇区位置计算和最优开关状态判定规则,从而取代传统空间矢量调制中派克变换及dq坐标系下非线性、强耦合特性,省去锁相环(digital phase-locked loop,PLL)相角实时检测与前馈解耦等环节,并给出对此调制方式的实现方法。针对产生的电流误差矢量消除,提出优化的内环电流矢量旋转比例谐振控制器,利用零极点匹配与抵消法对控制器进行配置,探讨控制器各参数与系统鲁棒性的关联规律,借助零极点簇云图和频域响应特性提供系统稳定性判据,明确变换器控制系统参数整定和鲁棒性设计的一般方法,并采用脉冲响应周期延拓映射法离散化实现。通过仿真和实验验证所提出基于内环电流比例谐振控制器的矢量旋转坐标系调制方式的有效性及正确性,电流环基本实现零稳态误差快速跟踪,电能质量得到明显改善。

航天用非隔离集成三端口变换器的建模与控制系统设计

航天器电源系统中,集成化变换器可减少模块数量、缩减电源体积,得到了广泛研究。本文基于一种非隔离的集成三端口变换器,分析其工作原理并提出多模式控制策略,实现太阳电池阵端口、蓄电池端口、母线端口之间的功率平衡和对被控量的调节作用。非隔离的集成三端口变换器存在多种工作模式,并且控制环路相互耦合,其建模与控制系统设计复杂。本文采用状态空间平均法建立了集成三端口变换器在不同工作模式下的小信号数学模型,并在此基础上提出补偿器的设计方法。最后,采用仿真及实验验证多模式控制策略及控制系统设计的可行性。

过调节现象对顺序开关分流调节器的影响

基于顺序开关分流调节器(sequential switching shunt regulator,S3R)的工作原理建立系统小信号数学模型,分析系统的幅相特性、输出阻抗。详细叙述过调节现象的成因及变化过程,定量分析其临界电流值以及最大母线电压纹波和开关频率。最后提出S3R控制系统参数设计方法并制作原理样机,实验结果表明系统的各项性能指标均能符合设计要求。