非线性负载Norton等效模型的改进分析方法

建立高精度、计算简单的等效模型,对电力系统中非线性负载谐波情况进行准确分析,一直是国内外研究人员的关注重点。而Norton等效电路模型具有表达式及参数简单易于计算的优点,使其在非线性负载等效模型分析中广泛应用。但现有Norton等效模型没有考虑非线性负载谐波电流与谐波电压间的相互影响,分析结果存在较大误差。因此,为了提高Norton等效模型的精度,需要对其进行适当的改进。在传统Norton等效模型的基础上,对非线性负载存在影响的谐波进行分类,将得到的附加电流谐波分别用受控源表示,提出含有受控源的Norton改进等效模型。最后通过采用两种模型对电力系统非线性负载实测电压和电流计算对比,发现在不同的电压条件下,传统Norton模型等效阻抗计算结果差异达到2个数量级,而含有受控源的改进Norton等效电路模型计算得到的等效阻抗大小变化不大,基本可以近似相等。可见,相较于传统不含受控源的Norton等效模型,提出的含有受控源的Norton等效模型的精度与稳定性显著提升。     

基于分段线性的光伏阵列等效模型

根据光伏阵列在系统分析以及仿真实验等具体应用中的要求,为了对其非线性I-U特性进行简化等效,提出了一种基于分段线性的等效方法。该方法利用相对简单的线性模型以及相应的等效电路来描述光伏阵列的I-U特性。通过分段线性化,使光伏非线性关系由多段线性方程来代替。而对于每一段线性方程,用一个等效电路表示。最终提出了一个含多个并联支路的光伏电源I-U特性等效电路。利用PSCAD软件搭建了分段线性等效电路的仿真模型,并将仿真结果与数学解析计算结果进行了比较。分析结果表明,分段线性模型能很好地表示光伏阵列的非线性I-U特性。     

基于诺顿等效电路的多谐波源责任划分研究

明确区分多个非线性负载对电网公共连接点(PCC)处的谐波贡献是实现多谐波源责任划分的重要问题。首先采用波动量法将单相不控整流谐波源等效为诺顿等效模型,并通过谐波电流源值与单相不控整流电路的各次谐波电流值近似相等证明了诺顿等效模型的有效性。然后搭建了含有三个谐波源的等效电路,并等效出各自的诺顿等效模型。最后利用等效阻抗计算出各非线性负载各次谐波电压值,利用电压表示的谐波责任指标因子进行多谐波源电压责任分摊。文中方法简单明了且有效,有利于实际配电网含多谐波源责任划分的工程应用。     

考虑非线性极化的接地极对管道泄漏电流计算及验证

直流接地极对邻近埋地油气管道的腐蚀影响和危险影响问题日益突出,迫切需要更为准确的计算方法。文中在前续研究的基础上,将管道和接地装置使用矩量法建立等效电路模型,将管道表面破损处的极化效应考虑为非线性受控电压源,由此给出了考虑金属表面非线性极化的直流接地极对埋地金属管道影响计算方法。并通过搭建高压直流接地极和油气管道的缩比试验模型进行实验研究,得出了管道表面的断电电位和泄漏电流密度。基于实验结果对计算方法进行了有效性验证,结果表明该计算方法与测试结果在工程应用范围内吻合较好,可为工程应用提供估算参考。     

Z源逆变器的多变量线性状态反馈控制

针对Z源逆变器具有的非线性特征,以及提高直流侧电压控制对负载变化的响应速度,提出适用于Z源逆变器独立发电系统的多变量线性状态反馈控制方案.首先,利用功率平衡在dq坐标系下建立了Z源逆变器的6阶系统模型,分析表明该系统属于3输入3输出的非线性系统;继而,利用求李导数的方法进行坐标变换,获得新坐标系下的系统可观可控的线性状态方程:在Z源电容电压的控制方程中引入了电感电流的附加控制以保证系统坐标变换时产生的一阶内部动态的稳定性:电压控制采用PI控制器确保了目标电压的无误差输出;最后.通过Simulink建立了仿真模型.验证了在负载性质变化时和输入电压变化时控制系统的有效性.     

多发射端无线充电网络的电压控制策略

针对多发射端无线充电网络的电源管理问题,提出适用于任意数量发射端和接收负载的电压控制策略,使给定充电区域中任意位置的负载有最佳充电效率.首先建立磁耦合谐振式 MIMOＧWPT系统的等效电路模型并推导功率方程,再结合电路和发射功率约束建立以发射电压为优化变量的接收功率最大化模型,借助复数分解、搜索迭代、凸优化处理等方法求解得到最优电压激励,最后以０．４８m×０．４８m 区域内的四发射端网络为例,利用 HFSS和 MATＧLAB软件联合仿真验证策略的有效性.仿真结果表明,该策略可使位于任意子区域的负载充电效率均保持在５０％以上,显著降低了接收端位置偏移对传输性能的影响,同时适用于多负载充电场合。     

考虑迟滞效应影响的动力锂离子电池特性建模

论文以三元锂离子电池为实验对象,在利用线性粒子群优化算法对4种典型的等效电路模型参数进行参数辨识的基础上,比较了这4种模型的复杂度和精度。4种模型中,开路电压均取自标准脉冲实验的主迟滞回线的充电开路电压值和放电开路电压值的平均值。对4种典型模型预测结果误差进行分析,证明了电池极化过程引起的迟滞效应是造成预测结果误差的主要原因。基于此,提出一种改进方法,即构造分段线性迟滞电压函数,修正平均开路电压值和荷电状态之间的关系,以减小迟滞效应引起的预测误差。实验结果表明,提出的方法对多种等效电路模型具有普遍适用性,能够有效提高各等效电路模型的预测精度。     

基于等效模型的介质损耗数值算法

基于电阻和电容并联或串联等效电路模型提出了一种在非整周期情况下仍有较高精确度的介损数字化算法.测量电容型设备绝缘上的电压和泄漏电流信号后使用傅里叶算法或加窗插值傅里叶算法和修正理想采样频率法获得信号的谐波分量,分别根据阻容并联/串联等效电路模型以及电压信号对电流信号进行拟合,并将拟合模型中的变量进行适当的转化后使模型由非线性最小二乘变为线性最小二乘,直接计算获得电阻、电容进而得到介损和拟合泄漏电流信号,从而简化了计算.对仿真信号和实测信号的处理结果表明:阻容并联和阻容串联模型均能较好拟合电流信号,前者精度稍高;根据等效模型算法拟合后的电阻、电容计算所得介损在不同信号频率下仍有较高精确度,且该方法可获得绝缘的等效电阻和电容.     

传输线端接非线性负载时的两种电磁脉冲响应建模方法比较

为了深入了解不同方法的异同性,研究了基于SPICE等效模型和基于FDTD的两种传输线端接非线性负载时的建模计算方法,以端接TVS的传输线为对象,分析比较了这两种方法在建模和响应计算时的优缺点。首先给出了针对端接非线性负载的传输线SPICE等效模型方法和利用分段线性等效非线性负载特性的FDTD法,然后以理想大地上端接非线性负载的传输线为算例进行了建模计算。研究表明:FDTD法和SPICE等效模型法均可用于计算端接非线性负载的传输线的电磁脉冲响应,计算结果一致性很好;在处理非标准非线性器件的建模计算时,由于没有标准的SPICE非线性模型数据库,而FDTD算法只需要对非线性器件的U-I特性进行分段线性处理,所以FDTD法更为简单方便、效果好;在厂家提供相应器件的SPICE模型的条件下,SPICE模型法具有计算快、效率高的优点。     

三相 Z 源逆变器的最优滑模预见重复控制

针对微网逆变器带不平衡和非线性负载时三相逆变器输出电压电流谐波大的问题,提出一种最优滑模预见重复控制的 方法,实现对不平衡负载和非线性负载等非正常工况的快速响应和参考电压的高精度跟踪。 首先,在前馈补偿环节引入预见控 制器,并利用差分算子,设计包含目标值信号和滞后环节反馈的扩大状态误差系统,将逆变器的控制问题转化为线性离散系统 的调节问题;进一步,利用 Lyapunov 方法和线性矩阵不等式及最优控制器的设计方法,得到包含滑模控制、状态反馈、重复控 制、和预见补偿的最优滑模预见重复控制器。 实验结果表明,最优滑模预见重复控制带线性负载时电压波形畸变率从 3. 12%减 少到 0. 78%,响应时间从 10 ms 减小为 5 ms;其带非线性负载时电压波形畸变率从 6. 72%减少到 0. 92%,验证了所提方法的有 效性。     

电解脱脂电源的应用

介绍了电解脱脂段的生产工艺和工作机理.电解脱脂电源的主要技术要求是:输出直流电流为3～10 kA、输出直流电压为10～50 V、自动稳流或稳压运行、输出的直流电流或直流电压应定时改变极性.以在工业中成功应用的电解脱脂电源为例,详细介绍了全数字控制的晶闸管双反星带平衡电抗器整流电源系统的组成、自动稳流或稳压的工作原理、联动/单动操作模式、运行及保护.     

基于恒流源充电软开关型高压直流电源的研究

在开关频率小于1/2谐振频率的情况下,串联谐振变换器具有对小电容负载进行"等台阶"恒流线性充电和软开关特性。推导并分析了串联谐振变换器在一个工作周期内的6种工作模式及每种模式下的谐振电感电流和谐振电容电压公式。利用全桥串联谐振变换器对倍压整流器进行类似"均充"恒流充电,结合脉幅调制(Pulse Amplitude Modulation,简称PAM)和脉频调制(Pulse Frequence Modulation,简称PFM)控制方式,研制了一台软开关型高压直流电源。电源的设计过程和测试结果分析表明,该电源满足了软开关和恒流源充电的要求。最后提出一种采用多模块串联叠加技术来提高功率的改进方案。     

直流配网线路供电能力分析

随着用电负荷密度逐步增大及大量分布式电源的接入,目前配电网面临着供电能力不足的问题。直流配电网供电容量、线路损耗、各类电源与负荷接入适应性等方面与交流配电网络均有差别。通过对交流供电线路供电能力的分析,推导出直流供电线路在不同约束条件下的供电能力的计算模型,并在假设的不同电压等级及典型负荷分布形式下,分别对常用导线进行了负荷矩与供电距离的比较。由分析可知在计算供电线路供电能力时电压约束和线路损耗约束在交、直流系统中所起作用不同,提出交、直流配电网络线路供电能力计算选取依据,为今后的研究提供参考。     

Design of a linearization model for three-phase PWM rectifiers for electrochemical machining

Electrochemical machining (ECM) is a processing method for metals that uses a DC power supply and flowing electrolyte. In some cases, discharge occurs during ECM when the gap between the electrode and workpiece, whose distance is rather small, is filled with hydrogen generated via electrolysis. We attempt to utilize a DC inductor placed between the DC supply and the ECM load in order to limit di/dt of the short or discharge current, which damages both the electrode and workpiece. When the output current surges, that is, when discharge occurs, the output voltage is suppressed by the DC inductance. In this paper, we propose a method for designing a PWM rectifier to reduce the discharge current, establish a linear approximation model for use in the PWM rectifier, describe a control method of the PWM rectifier, and demonstrate the efficacy of the model via simulations and experiments.     

介质阻挡放电负载调功原理分析

利用电路谐振产生高频高幅值的正弦波电压的介质阻挡放电电源,通过调整电源的逆变电路的直流输入电压,同时逆变电路开关频率跟踪电路谐振频率,可以实现介质阻挡放电负载功率的近似线性调整。研究表明,随着逆变器直流输入电压的增加,负载放电电流逐渐增大,负载功率逐渐接近于给定直流电压下的电源输出的最大功率,负载功率因数逐渐增大,逆变器输出因数逐渐接近于1,电源效率逐渐增加。     

基于FFT和小波变换的交直流并联输电系统间谐波研究

运用谐波调制理论,结合开关函数的傅里叶分析,研究了在交直流并联输电系统下,交流系统供电电源含有畸变谐波时,直流线路和交流侧都产生间谐波的机理。给出了整流侧直流电压、直流电流以及交流电流产生的间谐波的一般形式。经过小波变换除去信号中的非稳态分量以后,再使用加窗快速傅里叶变换可以很好地得出其中的稳态分量。通过一个典型交直流并联输电系统数字仿真,同时在供电电源含有畸变谐波的情况下,对交直流系统的电压和电流量进行了间谐波计算。利用傅里叶小波分析综合分析法得到的仿真结果和计算结果相比较,验证了间谐波产生机理的正确性和有效性。     

不同位置再生制动能量吸收装置下直流牵引网潮流计算对比分析

城市轨道交通列车运行时广泛采用再生制动方式,再生制动能量回馈至接触网后被附近运行列车吸收,剩余再生制动能量通过再生制动能量吸收装置吸收以限制接触网压过高。目前,再生制动能量吸收装置安装位置主要有列车安装和变电所安装,不同安装位置下,列车再生制动能量引起对直流牵引供电系统的影响不同。分别建立两种再生制动类型下直流牵引供电系统潮流计算模型,仿真分析了多列车多变电所并列运行下,不同位置再生制动能量吸收装置对牵引供电系统电压、电流及再生制动功率分配的影响。     

地面雷达A／R显示器线性直流稳压电源的设计

通过设计一台运用于地面雷达A/R显示器电源,分析了一种线性直流稳压电源的原理和设计方法。这种电路结构特别适用于设计高输出电压的线性稳压电源。     

变抽头六相整流电路的分析

交直流供电系统中，必须有效抑制整流器交流侧电流波形畸变，减小输出直流电压脉动，提高系统的电磁兼容性，优化直流电源供电品质。该文通过理论推导和实验研究，对带有变抽头均衡电抗器的新型六相整流系统进行了详细分析，给出了该系统的数学模型。通过解析法得出交流侧电流和直流输出电压波形，对交流电流进行傅氏级数分解，计算了整流器变压器原边电流正弦性畸变率和直流电压脉动系数，并得到它们的变化规律。结合实验研究电流正弦性畸变率的影响因素，证明了理论分析的正确性，得到了抽头换接器的匝数匹配优化值，为变抽头整流系统的工程设计提供重要的技术指导。     

基于滑模变结构的Vienna整流器控制研究

三相三电平Vienna整流器由于具有功率密度高、开关电压应力小、网侧电流谐波小等优势,在数据中心供电系统等交直流混合供电电源中获得广泛应用。然而三相Vienna整流器并网电流性能对于控制器参数取值依赖性强,不合理的取值往往导致网侧电流畸变且系统抗干扰性差。为有效改善并网电流动静态性能,提出一种新型的基于双闭环滑模变结构的载波SVM控制策略,进一步采用了一种改进型幂次趋近律并给出了中点电位直流波动抑制策略。为验证所提滑模控制SMC（sliding mode control）方案的正确性,构建了完整的仿真与实验测试模型,给出了详细的理论分析与设计方案,仿真与实验结果表明所提控制策略可有效改善并网网侧电流动静态性能,同时保证了直流侧中点电位均衡。