浮点协处理器设计及其在电力电子数字控制平台中的应用

由于定点数字信号处理器(digitalsignalprocessor,DSP)存在字长效应和运算能力不足的问题,在一些电力电子应用场合不得不采用浮点DSP。为了解决定点DSP的电力电子数字控制平台的计算瓶颈问题,该文提出了用现场可编程逻辑阵列配置浮点协处理器的方法来提升平台的计算能力。该文给出了浮点运算单元的详细设计过程,并提出了一种更为简单的浮点除法算法实现方法,该算法的误差分析表明:最大绝对值误差不超过2个最小位。仿真和实验验证该浮点协处理器的运算速度可达2.5千万次浮点运算。用快速傅里叶变换算法测试运算效率的实验表明:浮点协处理器的运算效率比DSP算法运算效率快5倍之多。

高压非穿通P-i-N二极管等离子体抽取渡越振荡集总电路模型及封装抑制方法研究

高压非穿通P-i-N二极管反向恢复阶段产生等离子抽取渡越时间(plasma extraction transit time,PETT)振荡,对功率模块的驱动电路和设备EMC性能造成严重干扰。文中根据二极管PETT振荡阶段载流子运行特征将器件内部分为等离子区、漂移区和无源区3个区域并将各区域等效成电阻、电感和电容等集总电路参数,利用二极管等效电路与外围电路参数构建了PETT振荡集总电路模型。该模型可计算得到振荡阶段回路各阻抗的动态变化,复现PETT振荡失稳–自稳振荡现象。该集总电路模型表明PETT振荡出现根本原因是回路出现负阻,而负阻出现的原因是空穴渡越角位于π~2π之间,基于该模型解析得到回路寄生电感的优化范围,通过优化封装布局的方式可将空穴渡越角移出负阻出现的区间。最后,在模块内部通过优化绑定线布局将回路寄生电感调整至优化范围内,从而避免回路负阻以抑制PETT振荡的出现,实验证明了该封装抑制方法的有效性。

一种可再生能源并网逆变器的多谐振PR电流控制技术

在介绍三相并网逆变器电流双环控制策略的基础上,对基于LCL滤波器的并网逆变器在两相静止坐标系下建立完整的开关周期平均模型。在电流环中,应用多谐振比例谐振(proportional resonant,PR)调节器来达到无静差跟踪正弦电流基波给定并减小输出电流中特定次数的谐波含量,以提高并网电流质量。针对多谐振PR调节器阶数高、设计难的问题,采用根轨迹理论分析PR调节器参数、系统延时以及LCL滤波器参数对闭环系统极点的影响,并基于此理论分析设计极点位置,选择合适参数,在保证系统稳定的前提下使电流环达到最佳的性能。最后搭建一台10 kW并网逆变器样机,验证多谐振PR调节器对并网电流的改善作用以及基于根轨迹理论设计多谐振PR调节器的实用性与可行性。

模糊控制在三相PWM整流器无差拍控制中的应用

无差拍电流控制为了补偿控制延时,需要对参考电流进行超前预测,由于参考变化的不确定性,单一的预测算法在不同参考变化情况下可能产生较大的电流超调或者相位滞后。本文通过对三种常用预测算法进行比较分析,得出预测参数与电流超调和相位滞后之间的关系,以此提出一种基于模糊控制的预测算法。该算法针对不同的参考电流变化选择合适的预测参数,折衷考虑电流超调和相位滞后的影响,限制电流超调最大值,优化相位滞后。最后,结合TMS320F2812数字信号处理器(digital signal processor,DSP)控制平台在三相电压型脉宽调制(pulse width modulation,PWM)整流器上进行实验,验证了理论分析的正确性。

大功率三电平逆变器开关动态特性在线测试方法研究

大功率逆变器的动态特性在线测试是电力电子逆变器的一个重要研究方向。多电平系统由于元器件多,结构复杂,其开关动态在线测试极为困难,但此工作对于设计、研制高性能逆变器系统,实现状态监测、故障预防,提高逆变器工作的可靠性有着重要的意义。该文研究大功率三电平逆变器开关器件的动态特性在线测试方法,提出多电平逆变器功率开关状态可测性的概念。所提的方法很好地解决了在线测试的几个关键问题,包括:海量数据的传输处理、全状态参数同步检测控制、功率器件开关过程的高速数据采样、系统状态参数的直接和间接的提取和推算等。在750kVA三电平变频调速系统上成功实现了各种负载工况下的实时在线测量。该文所讨论的开关特性在线测试方法和系统可有效扩展到三电平以上的多电平实时在线测试技术中。

新型单级隔离型软开关功率因数变换器

提出一种兼具软开关和箝位的新型单级隔离型功率因数校正(power factor correction,PFC)变换器拓扑。该变换器能满足电气隔离的应用要求,提升单级隔离型PFC的功率等级。与传统单级结构相比,新拓扑输入电流校正效果明显,功率因数接近1。比较理想地解决了限制单级PFC功率等级的变压器漏感和直流母线电容应力问题。箝位电容被充分利用简化了零电压过渡(zero voltage transition,ZVT)技术在隔离型变换器中的应用,既改善了半导体器件的开关环境、优化系统电磁兼容,又提高了变换效率。实验制作一台87kHz,1kW的样机。实验结果表明,这种变换器的效率基本能够达到93%(半载以上),功率密度提高,适合于中大功率应用场合。

基于磁放大器的半桥LLC变换器输入电压范围扩展方法

提出一种基于磁放大器的半桥LLC变换器输入电压范围扩展策略。在输入电压范围比较低时,磁放大器不被使能,变换器的工作状态和传统LLC变换器相同。当输入电压较高时,磁放大器工作在辅助整流方式。通过调整磁放大器的阻断时间来扩展变换器的直流增益调整范围,从而扩展变换器的输入电压范围。对所提出变换器的主要工作原理进行了详细分析,并给出磁放大器的设计方法。最后,通过一台160～300 V输入、25 V输出、最大功率为400 W的实验样机对该策略的可行性和理论的正确性进行了验证。

中大功率单级功率因数校正变换器中的偏磁分析及其数字化抑制技术

单级型功率因数校正变换器(power factor corrector,PFC)由于具有功率密度高和电气隔离等特点,在工业界某些应用场合得到应用,然而,用于该拓扑的变压器很容易饱和。基于隔离型全桥拓扑,分析单级型PFC变换器中变压器偏磁产生机理,并推导出每个工频周期内最大的理论偏磁值。对传统偏磁抑制方案进行分析,阐述数字控制本身对偏磁抑制的原理,提出一种能对偏磁有效抑制的数字补偿方案。新型数字控制方案能够避免传统方案所带来的诸如占空比减小和效率降低等问题,且不会增加电路复杂度。通过额定输出功率为5.1kW的样机验证了所提出的偏磁抑制方案的有效性和优越性。样机满载功率因数达到0.994,效率超过92%。

三相混合开关电流型整流器的优化方法

针对一种三相混合开关PWM电流型整流器电路拓扑进行改进,并提出一种优化的空间矢量控制方法。该混合开关整流器在大功率领域具有显著的电流特性和成本优势,并能有效地降低对电网造成的谐波污染。使用优化的电流型空间矢量进一步提高该混合开关电流型整流器的工作频率,减小了系统滤波元器件的成本和体积。电路仿真以及实验结果均验证该改进的混合开关整流器使用优化的空间矢量控制可实现高功率因数运行,并有很好的谐波抑制效果。

新型电流型固态短路限流器驱动电源

介绍了一种新的固态短路限流器的驱动电源架构,提出新的谐振型高频交变恒流源拓扑方案,获得了低谐波含量的电流型高频交流母线。新型驱动电源采用功率和控制信号分离传输技术,以高压电缆线和高压光纤作为电气隔离基础,以磁环作为电流变压器实现多路输出;具有电压隔离等级高、扩展性好和安装便捷等优点;新母线技术,简化了电路,提高了变换效率和可靠性。分析其工作原理和输出特性,讨论了参数的影响,并给出设计参考。试制一台400W、2.5A输出的样机,进行实验验证。结果表明,新型的驱动电源可实现软开关,获得高效率(最高效率为91%),在全负载范围内的频率调整范围小,并获得低谐波含量的高频交变电流母线。

MMC中全桥子模块损耗分布优化的调制方法研究

为了提高全桥子模块的运行可靠性,该文研究全桥子模块的损耗分布,并提出一种损耗分布优化的控制方法。首先,根据全桥子模块的输出特性及其器件的损耗特征推导出子模块损耗分布的解析表达式,由此揭示出功率输出对损耗的影响。其次,根据损耗分布表达式,分析全桥子模块冗余开关状态对损耗分布的影响,确定可实现损耗均衡的冗余开关状态投切原则。最后,为了实现上述投切原则,引入轮换及结温反馈两种调制方法对开关状态投切进行控制,并通过仿真验证损耗分布分析的正确性及所提方法的有效性。