快沿脉冲下传输线集总参数电路模型的验证与分析

为得到快沿电磁脉冲对传输线的耦合规律,建立了无损和有损传输线的集总参数电路仿真模型,并利用其他方法和试验结果对其进行了验证。以一端接频变负载的无损三导体传输线为代表,建立了其无损集总参数电路模型,并利用状态变量法验证了模型的正确性。仿真发现:迭代线段长度越短,仿真结果越接近实际值,仿真时间越长;在迭代线段长度相同的情况下,传输线越长,仿真时间越长,2者基本成线性关系。以端接电阻、电容和瞬态抑制二极管的低损4芯电缆为代表,建立了其有损集总参数电路模型,并利用试验验证了模型的正确性。同时发现:负载上的响应与芯线排布、负载类型等有关。研究结果说明采用集总参数电路模型可以分析传输线对快沿电磁脉冲的串扰耦合问题,同时便于解决频变和非线性负载的响应,对多芯互联系统的电磁脉冲防护设计具有指导意义。     

计及PWM变换器传输线分布参数模型的宽频建模机理研究

多导体传输线是导致PWM变换器产生电压反射和加剧电磁干扰的关键因素,构建数值计算过程简化并准确表征传输特性的传输线等效模型是实现电压反射衰减以及电磁干扰预测的要点。基于Kirchhoff Law的集总参数模型高频时不能准确描述其自身固有属性,须兼顾参数的频率变化及其趋肤效应等引起的分布特性差异,并通过部分元等效电路法对多导体传输线TEM模式下的频变分布参数等效模型建模。为快速确定等效模型宽频寄生参数,通过Neumann公式与镜像构型理论,并计及导致共模传导干扰加重的接地回路对模型参数的影响,推导出传输线的部分电容参数计算公式。考虑到趋肤效应和邻近效应对导体电流分布密度的影响,利用基于RL梯形等效电路的矢量拟合算法对多导体传输线频域响应有理函数施加迭代计算,消除了最小二乘拟合残差及其收敛性问题,进而完成了估算模型准确逼近与稳定收敛,对PWM变换器系统的电磁兼容研究具有理论指导意义。最终,仿真与测试数据均验证了所提出的多导体传输线分布参数宽频建模机理的有效性和准确性。     

大型电力变压器线圈中特快速暂态电压分布的计算

用集总参数RLC电路模型计算大型电力变压器线圈中的特快速暂态电压(VFTO)分布,即使以线匝为单元进行剖分,也不能准确模拟VFTO中的高频分量。分布参数电路模型虽然能够在较宽的频率范围内模拟快速暂态电压分布,但是由于其求解的复杂性,不能用于大型超、特高压变压器整体绕组的建模。为此,提出了一种解决思路:首先改进集总参数电路模型结构,提高其适用频率范围;其次在高频段简化分布参数电路模型,降低其求解的复杂性,使之能够适用于整个大型线圈的建模。基于这种思路形成了频域分段模型,能够比较准确和方便地求解大型变压器线圈中的VFTO分布。在改进集总参数电路模型方面,不是从场的模型出发,来改造传统的电路模型,而是从传输线的数学方程出发,在不明显提高求解复杂性的前提下,推导出一种新型的集总参数电路模型,把集总参数电路模型的适用频率范围提高近1倍。     

外场激励下多导体传输线响应的节点导纳分析法

基于空间电磁场激励下的Taylor和Agrawal传输线模型,分别推导了Taylor 和Agrawal模型的均匀平面波激励下耦合多导体传输线终端响应的方程.将沿传输线分布的激励源等效为终端等效电流源,根据散射电压、入射电压和总电压的定义以及终端网络的边界条件,分别以传输线终端节点的总电压和散射电压为未知量,推导了均匀平面波激励下端接耦合多导体传输线的节点导纳方程.该方程为分析均匀平面波激励下含有复杂终端网络的传输线以及传输线网络的节点电压电流响应提供了简便途径,概念和计算过程简单,易于计算复杂传输线网络的节点电压.考虑大地的影响,本文全面阐述了传输线耦合电压响应分析过程,并验证了该方法的正确性.对含屏蔽地线的五导体传输线响应进行了数字仿真,并分析了地线对其他三导体响应的影响.     

永磁同步电机有限集无参数模型预测控制

针对常规有参数有限集模型预测控制(FCS-MPC)在参数失配时性能下降的问题,提出一种用于永磁同步电机电流预测控制的有限集无参数模型预测控制(NMPC)。NMPC基于局部建模思想,采用集总参数模型进行预测控制,将任何影响稳态误差的因素折合在集总电势中,任何影响电流变化率的因素折合在集总动态电感中,并在线估计更新模型,从而无需任何电机参数实现预测控制。采用包含电流预测误差的代价函数推导了用于两种集总参数在线估计的自适应律。仿真和实验结果表明,集总参数模型预测精度高,在参数和工况未知或时变的情况下,NMPC仍能达到模型精确FCS-MPC的控制性能,证明了方法的有效性。     

变电站电磁骚扰耦合路径分析

为研究变电站中电磁骚扰的传播,列举了变电站中常见的电磁骚扰源,通过引入电磁拓扑的概念,给出变电站中电磁骚扰源与二次回路的耦合对应关系,建立了变电站中电磁骚扰耦合的树状图。讨论树状图中分析模型的选择及电磁干扰的抑制的结果表明,应根据骚扰信号的频率确定模型类型(如集总参数、分布参数、传输线、天线模型等),采取屏蔽、接地等抑制措施时应处理好骚扰信号的返回路径。电磁拓扑法为分析多种骚扰与敏感电路的耦合关系,进而探讨干扰抑制提供了研究途径。     

基于拉氏反变换的传输线耦合电流半解析解

根据均匀平面波的特点，可将外场激励下传输线沿线激励的电源视为传输线首端等效电源的延迟，该延迟是空间电磁场相对于传输线入射参数的函数。基于Taylor传输线耦合模型，考虑均匀平面波激励下分布激励源的延迟性，推导了以理想大地为回线拉普拉斯域的传输线终端电流的半解析解公式，然后应用拉普拉斯反变换的性质推导出了时域电流的半解析解。终端耦合电流随着传输线参数和空间电磁场入射参数的变化而变化。仿真结果表明该半解析解公式收敛很快，对分析研究电磁场在传输线上的耦合机理和研究影响耦合电流大小的参数有特别意义。     

基于高频电力线模型的整流器传导干扰分析与验证

电力传输线是引起电力电子装置或系统发生电压反射以及无法满足电磁兼容限值的主要原因,为了实现整流系统电磁干扰估算,构建能够精确反映电磁传输特性的电缆模型是关键环节之一。高频时参数的频率变化及集肤效应引起的分布特性差异对导体电流分布密度产生影响,此时计及集总参数的S.Kim模型无法精确表征传输线固有特性。为实现模型宽频带寄生参数准确辨识,故采用基于"N-Branch"理论的传输线等效电路拟合策略,从而实现预测模型精确逼近和稳定收敛,为功率整流器系统的EMC设计提供有效的理论依据。最后,通过数值计算和实验结果对上述建模机理可行性与准确性进行验证,在低频段传导干扰实测值与预测结果几乎一致,而在高频段仅仅产生约5 d B的估算误差,预测趋势基本符合。     

基于高频电力线模型的整流器传导干扰分析与验证EI北大核心CSCD

电力传输线是引起电力电子装置或系统发生电压反射以及无法满足电磁兼容限值的主要原因,为了实现整流系统电磁干扰估算,构建能够精确反映电磁传输特性的电缆模型是关键环节之一。高频时参数的频率变化及集肤效应引起的分布特性差异对导体电流分布密度产生影响,此时计及集总参数的S.Kim模型无法精确表征传输线固有特性。为实现模型宽频带寄生参数准确辨识,故采用基于"N-Branch"理论的传输线等效电路拟合策略,从而实现预测模型精确逼近和稳定收敛,为功率整流器系统的EMC设计提供有效的理论依据。最后,通过数值计算和实验结果对上述建模机理可行性与准确性进行验证,在低频段传导干扰实测值与预测结果几乎一致,而在高频段仅仅产生约5 d B的估算误差,预测趋势基本符合。     

高频感应加热全数字锁相环的分析与FPGA实现

全数字锁相环存在非线性部件,传递函数难以表达。通过Z域分析法选择合适的参数,分析了触发器型全数字锁相环的工作原理,得出Z域闭环传递函数,并以此研究了锁相环的全局稳定性和稳态误差,提出了各参数的约束条件。采用Xilinx ISim仿真与FPGA逻辑器件验证相结合的方法实现了一种单相全数字锁相环,并给出实验结果。结果表明,该锁相环具有锁相范围宽、动态响应快和稳态误差小的特点,具有一定的应用价值。     

配网线路空间分布参数计算方法研究

为了提高配网线路分布参数的计算精度,本文提出一种有效的雷电环境下线路经过非理想大地时的分布参数计算方法。首先针对雷电流的高幅值、高频率特性带来的电晕问题和集肤效应问题,分析了传输线的起晕特性和集肤效应特性,建立了相应的输电线路等效模型;其次针对线路经过非理想大地的问题,本文利用复镜像法对线路的分布参数,包括分布电容和分布阻抗,进行了分析计算;最后为了研究集肤效应对线路分布参数的影响,本文还分析计算了复镜像深度算法下线路电阻和电感随频率的变化关系。文章的分析表明,基于复镜像深度算法的线路分布参数计算方法具有更高的精确性,同时在集肤效应的作用下,随着频率的增加,线路的分布电阻随之增加而分布电感则随之降低。     

互感输电线路零序分布参数带电测量方法研究

电力工程上不但需要知道互感线路的零序集总参数, 有时还需要知道分布参数。通过对线路端电气量的同步测量,可以计算得到线路的集总参数,继而可以分别对互感部分和非互感部分求取线路的分布参数。笔者首先给出了输电线路分布参数模型和集总参数模型之间的转化公式;在此基础上,提出了互感线路分布参数在线测量方法,并通过仿真试验对所提出的方法进行了验证。     

考虑频变参数的油浸式变压器绕组分数阶传输线模型

建立精确的变压器绕组模型对于准确分析研究绕组各处的电压分布具有重要意义。导线的趋肤效应和油纸介电常数的频变特性分别是造成变压器绕组传输线模型的阻抗和导纳参数频变的主要因素。然而,以往的变压器绕组传输线模型通常将油纸介电常数的频变特性和导线的趋肤效应忽略,影响暂态过电压分布计算的准确性。该文以具有单弛豫过程的Cole-Cole模型为基础,对油浸纸样品的实测介电常数进行拟合,利用拟合模型和平行板电容公式,推导出变压器绕组传输线模型的分数阶导纳参数,进而建立变压器绕组的分数阶传输线模型。通过对分数阶传输线模型进行仿真计算,得到绕组上的过电压波形,将仿真值与实验实测值以及未考虑频变参数时建立的整数阶传输线模型仿真值进行对比,验证了所提分数阶模型的准确性。     

适用于低压电力线通信的集总参数线缆模型

为在实验室环境下模拟实际低压电力线缆的信道特性,需要建立电力线通信频段下的线缆集总参数模型。提出了一种通过电磁仿真方法获得分布电阻和电感,以及采用开路阻抗测量方法获得分布电容的方法,在此基础上得到线缆的传输参数并将传输参数转换为Y参数,建立π形等效电路。基于矢量匹配法求解π形电路各支路的无源等效电路,从而建立线缆的集总参数模型。通过对比分布和集总参数模型下传输和阻抗特性的计算结果,证明了集总模型的准确性。所建模型可以通过电路级联模拟各种长度的实际线缆。     

基于GPS的互感输电线路零序分布参数带电测量研究与实现

工程不但需要互感线路的零序集总参数,还需要分布参数。输电线路零序参数带电测量的实现,不仅减少了停电次数,还适合于在线参数测量。通过利用GPS同步采样装置对线路端电气量的同步测量,可以计算得到线路的集总参数,继而可以分别对互感部分和非互感部分求取线路的分布参数。该文首先给出了输电线路分布参数模型和集总参数模型之间的转化公式;在此基础上,提出互感线路分布参数在线测量方法,并通过仿真试验对所提出的方法进行验证。     

高频Z源DC/DC变换器的非线性动力学行为分析

为了优化高频Z源变换器系统参数和提高系统稳定性,针对峰值电流控制下的高频Z源变换器分析其非线性特性。从其状态方程出发,建立该变换器的精确离散迭代映射模型,应用改进的雅克比矩阵法判断系统稳定性随高频Z源网络电感、电容等不同参数下变化规律,并确定系统的稳定运行区域,最后通过实验验证了理论分析的正确性。结果表明高频Z源变换器存在分岔、混沌等此类非线性现象;且当高频Z变换器的电路参数规定为稳定区域内时,将大大提高系统稳定性,进而为控制性能的提升提供参考。     

基于动态模型的无触点有载调压系统

提出一种新型的时域无触点有载调压变压器动态模型.模型中用Jiles-Atherton理论来解决变压器铁心磁滞引起的非线性问题,并考虑了调压绕组的投切引起的变压器参数突变问题.采用传输线模型(TLM)方法求解动态模型,所得结果为时域值.动态模型适用于研究含过渡电阻的无触点有载调压过程,其分接开关由晶闸管构成.选择恰当的晶...     

基于GPS的互感输电线路零序分布参数带电测量研究与实现

工程不但需要互感线路的零序集总参数,还需要分布参数.输电线路零序参数带电测量的实现,不仅减少了停电次数,还适合于在线参数测量.通过利用GPS同步采样装置对线路端电气量的同步测量,可以计算得到线路的集总参数,继而可以分别对互感部分和非互感部分求取线路的分布参数.该文首先给出了输电线路分布参数模型和集总参数模型之间的转化公式;在此基础上,提出互感线路分布参数在线测量方法,并通过仿真试验对所提出的方法进行验证.     

Z-800装置的全电路仿真及优化设计

对美国桑迪亚实验室提出的Z箍缩装置Z-800,电磁波在直线变压器驱动源(linear transformer driver, LTD)内部传输时间大于输出电流上升时间,传统的LTD型Z箍缩装置的模拟与优化方法并不适用。因此建立了Z-800装置的包括驱动源和单层钨丝阵负载的全电路模型,其中LTD采用串联传输线模型以反映其内部电磁波传输过程。基于该全电路模型,将能量传输效率作为评价指标,对丝阵负载参数和整体径向变阻抗线线型进行优化设计,并讨论了LTD采用串联传输线模型的必要性。根据仿真结果得到了最优负载参数,发现指数型变阻抗线性能最好,且LTD采用串联传输线模型对整体径向变阻抗线线型设计有影响。文中得到了Z-800装置的优化设计结果,建立了LTD型Z箍缩装置的全电路仿真及优化设计方法,为我国建立相类似的LTD型Z箍缩装置奠定了仿真基础。     

利用电磁暂态分析软件实现Taylor模型的方法研究

常用电磁暂态分析软件,如ATP-EMTP,PSpice等,具有多种电力元件模型,部分还具有传输线的分布参数模型,然而,它们都不能直接研究场-线耦合问题,而场-线耦合传输线模型能完成这项工作,但是无法利用现有电磁暂态软件直接实现它们,Taylor模型是其中常用的一种。为了利用内含分布参数传输线模型的电磁暂态分析软件实现Taylor模型,基于电路理论推导了Taylor模型新型等效电路,使之符合ATP-EMTP等电磁暂态分析软件的分布参数传输线建模特点。分别利用ATP-EMTP软件基于所推导的Taylor模型等效电路,以及Matlab软件基于Fourier变换和逆变换方法,对算例给出的传输线耦合外场的电磁暂态响应进行了计算,结果表明2种方法计算结果较符合,证明所推导的Taylor模型等效电路是正确的,可以利用电磁暂态软件ATP-EMTP对其进行建模。该研究结果的应用可降低场-线耦合研究的复杂度。