无线电能传输系统中有源阻抗匹配网络断续电流模式最大效率跟踪研究

针对无线电能传输系统(WPT)中传输效率对耦合系数、负载变化敏感的特点,该文提出一种基于断续电流模式(DCM)有源阻抗匹配网络的最大效率跟踪方法。首先,分析不同DCDC变换器输入阻抗表达式,证明了DCM模式Buck-Boost变换电路阻抗匹配的优越性。其次,给出了一种基于耦合系数辨识的最大效率跟踪控制策略,无需负载实时监测及进一步跟踪控制,即可在较大负载变化范围内使系统传输效率实现最大化并保持稳定;耦合系数变化时,系统也可根据发射接收侧电压电流信息实时辨识耦合系数并通过接收侧变换器占空比调节实现自适应最大效率跟踪。最后,利用实验验证了该方法的可行性和有效性,并且在动态响应、提高传输效率等方面有明显优势。     

负载电流对IGBT器件中键合线的寿命影响和机理分析

通过器件的功率循环试验可建立寿命模型,如最常用的CIPS08公式,用来预测实际工况下的寿命情况。其中结温波动和结温最大值对键合线寿命的影响最大,但是在功率循环试验中往往需要同时调节负载电流大小和开通时间来达到相同的结温波动和结温最大值。为了进一步评估负载电流和开通时间这两个参数对键合线寿命的贡献,尤其是负载电流的影响机制,该文对650V/20A的TO封装IGBT器件在相同的结温波动和结温最大值,但在不同的负载电流大小和开通时间的组合条件下进行了功率循环试验。结果表明,不同的负载电流和开通时间组合对器件寿命有不可忽略的影响,电流增大会显著降低IGBT器件中键合线的寿命。为了解释试验出现的现象并揭示其作用机制,该文建立TO封装IGBT器件的电-热-力多物理场有限元模型,考虑铝键合线和表面金属层的弹塑性特性,分析电流影响键合线应力大小的机理。同时引入金属疲劳寿命模型,得到的仿真寿命趋势与试验结果相吻合。该文研究可为IGBT器件的精确模型建立和键合线疲劳寿命预测提供指导意义。     

改进的线性自抗扰永磁同步电机转速控制器设计

基于线性自抗扰控制(linear active disturbance rejection controller, LADRC)在永磁同步电机(permanent magnet synchronous motor, PMSM)转速、电流复合控制中无法应对q轴电流突变和参数整定存在缺陷,提出一种改进的自抗扰控制器。首先,分析常规LADRC在转速、电流复合控制的设计方法,并对其核心参数进行剖析。其次,基于常规LADRC用最速控制综合函数(fhan)代替比例微分(the proportion of differential, PD)进行控制律设计,提高系统控制性能并优化参数配置方式;同时基于该函数特性,设计电流外环控制器,利用电流偏差反馈算法对q轴电流进行限幅控制,避免电流冲击过大损伤硬件。通过搭建实验平台测试,实验结果显示改进的LADRC能有效应对q轴电流冲击,同时具有与传统LADRC相当的抗扰能力,并且对扰动的瞬态响应时间缩短20 ms,表明改进的LADRC具有更高的安全性能和良好的抗扰能力。     

极端负荷下并联有源滤波器谐波补偿方法

对畸变电流信号的无静差追踪不能通过单一的PI控制完成,为提升电网电流质量,提出极端负荷下并联有源滤波器谐波补偿方法。创建极端负荷下三相四线制系统中并联有源滤波器的主电路拓扑结构,获得需补偿的畸变电流。建立基于SAPF控制与PI控制的复合控制系统,以畸变电流信号的基波周期特性为依据,重复控制误差信号,以提高追踪信号的稳定性与精准性。在此基础上,融入固定次数无静差控制技术,实现并联有源滤波器谐波补偿。搭建三相四线制系统平台进行实验,结果表明,该方法可降低电流畸变率,改善电流波形的正弦度,具有优越的动态性能与稳态性能。     

基于数据相关性分析的全光纤电流互感器误差状态在线评估方法研究北大核心CSCD

全光纤电流互感器是特高压输电系统中电流测量的关键设备,复杂的物理结构导致其测量误差易受多种因素的影响,稳定性较差。常规的误差检测方法是定期利用标准互感器进行比对测试,无法及时发现误差状态的劣化趋势,且经济性较差。针对这一问题,文中提出了一种基于相关性分析的全光纤电流互感器误差状态评估方法:采集换流站同一测量点下三台全光纤电流互感器的测量数据,在电气物理相关性的约束下,针对全光纤电流互感器的测量数据进行主元分形,将误差评估映射为Q统计量的变化分析。数据分析表明,文中提出的方法可实现全光纤电流互感器测量误差的实时评估,评估精度最高可达0.2级。     

基于FARADAY旋光镜的光学电流互感器分析与试验研究

为解决全光纤电流互感器因采用相位调制器、性能要求高的电子元器件以及复杂的调制解调算法等导致其成本高的问题,提出了一种基于法拉第旋光镜(faraday rotation mirror,FRM)的光学电流互感器(optical current transformer,OCT)方案;分析了该OCT的电流传感原理以及信号获取方法,试验研究了其电流测量精度和温度性能、谐波准确度以及振动特性,试验结果表明其满足5P20的要求,在-40～+50℃范围内,光纤传感环对该OCT系统误差影响不超过0.75%;OCT光纤传感环在承受10g的加速度冲击过程中,系统无异常信号输出。研制的该OCT主要技术指标满足中高压交流输电系统中保护级电流互感器的精度要求,可用于架空线—电缆混合线缆故障区域判别电流测量、分接开关故障电流监测等。     

基于变分模态分解的高压断路器合分闸线圈电流特征值提取

高压断路器合分闸线圈电流中含有大量信息,监测和分析线圈电流信号对于高压断路器故障检测和诊断意义重大。文中提出基于变分模态分解的方法提取线圈电流特征值,采用变分模态法分解断路器合分闸线圈电流信号,并对所得到的经验模态分量求其中心频率,根据频谱中峰值所对应的时间点,提取线圈电流信号的特征值。实验结果表明：使用该方法能够准确且有效地提取合分闸线圈电流信号的特征值。     

基于Vth和Vce的IGBT结温测量方法对比研究

小电流下饱和压降法（Vce法）和阈值电压法（Vth法）是IGBT热阻测试标准中推荐使用的两种结温测量方法,然而并没有说明两种方法测得的结温的关系及等效性。首先理论分析了小电流下饱和电压和阈值电压的电压构成,表明Vce法测得的结温反映的是芯片集电极侧的温度信息,Vth法测得的结温反映的是芯片发射极侧的温度信息,由于芯片内部存在垂直温度梯度,推断Vth法测得的结温将高于Vce法测得的结温;然后根据两种测量方法的测量原理,搭建了IGBT结温测量平台,在不同负载电流下用两种方法测量结温,实验结果验证了理论预测,且两种方法测得的结温的差值随着负载电流增加而增大。最后,提出一种简易热校准模型用于快速计算差值,使得两种方法的结果可以等效变换并进行公平对比。     

高压电机状态监测与预警技术的研究

研究了高压电机状态监测与预警技术,在电机处于投运状态时,实时监测电机电参量特征信息;在电机处于备用状态时,按照定值间隔时间自动监测电机的绝缘特征信息。该技术还采集物理特征信息;在特征信息不超过定值的情况下按照设定的常态参数记录所有监测状态量,在特征信息超过定值的情况下按照设定的暂态参数记录所有监测状态量,常态记录数据结合暂态录波数据实现高压电机全面状态监测;对采集的信号进行了时频分析,并结合分析结果提取信号中的早期故障特征参量,再结合预警条件判据,为电机故障诊断及预警提供可靠依据,为运维人员寻找故障、制定巡检计划、实现智能运维提供数据依据和技术支持。