一种基于离散观测器的DC/DC变换器参数在线辨识方法

针对功率变换器参数在线辨识问题,提出了一种新的基于离散观测器的DC/DC变换器主电路参数非侵入式在线辨识方法。基于Lyapunov函数提出了一种用于离散系统参数辨识的观测器算法,进一步引入模型噪声估计使得观测器能够适用于经低速采样离散化的混杂系统的参数辨识。为将提出的观测器应用到DC/DC变换器参数辨识中,以Buck变换器为例给出了DC/DC变换器离散模型的建立方法。在此基础上,设计了用于Buck变换器主电路参数辨识的离散观测器。观测器根据电感电流、输出电压以及控制器输出即可对滤波电感及其等效串联电阻、滤波电容及其等效串联电阻、负载等效电阻等多个参数进行在线辨识。仿真和实验结果验证了该方法的有效性。     

一种单级高频AC-AC变换器的低通输入滤波器的参数设计

单级高频AC-AC变换器将工频电网电压转换为高频(一般大于100k Hz)正弦交流电压,并实现功率因数校正的功能。由于其功率因数校正单元工作于电流断续模式(DCM),使得输入电流含有大量高次谐波,需采用低通输入滤波器予以滤除。上述低通输入滤波器的滤波参数不仅影响其滤波性能,还会影响到输入功率因数等诸多方面,因此滤波参数的确定十分重要。首先,根据叠加定理分别建立变换器交流侧等效电路模型,即工频分量和开关频率分量单独作用下的等效电路;进而,根据滤波器输入、输出要求合理设置相关预设参数,使加入滤波器后电网输入侧满足能量之星关于功率因数的要求。在此基础上以LC低通输入滤波器为例,对输入滤波器参数的定量设计过程进行详细阐述,并归纳出一种程序化的设计方法;最后,进行仿真及实验验证设计方法的正确性,该方法也可用于单级有源功率校正器的输入滤波器设计,而且对设计其他类型的低通输入滤波器有借鉴价值。     

基于键合线等效电阻的IGBT模块老化失效研究

已有研究表明,键合线老化脱落失效是影响绝缘栅双极型晶体管(IGBT)可靠性的主要因素之一。以此为研究背景,首先根据IGBT模块内部键合线的结构布局与物理特性,分析键合线等效电阻与关断暂态波形的关系,建立键合线等效电阻与关断过程中密勒平台电压以及集电极电流的数学关系式,通过实验测量获得键合线等效电阻,最后分别对键合线等效电阻与键合线断裂数的关系进行定性与定量的分析,得出键合线等效电阻会随键合线断裂数的增加同方向变化,这也证明了本文所提方法的可行性和正确性。     

大扰动Buck-Boost变换器的鲁棒高阶滑模控制

在利用诸如风、光、氢等随机性新能源发电的过程中,由于间歇性的能量输入和不断变化的输出负载等原因,对电源变换器的鲁棒性设计提出了更高的要求。针对传统滑模控制变换器自身存在不可避免的抖颤问题,该文基于一种Super-Twisting高阶滑模控制算法,设计了以TMS320F28035为控制核心的无抖颤、强鲁棒滑模电源变换器。并以Buck-Boost变换器为例,针对随机性新能源发电中输入输出端存在的大扰动问题,与增量式PI控制效果进行对比实验。实验结果表明:高阶滑模控制变换器在输出负载大扰动下具有很强的鲁棒性;高阶滑模控制变换器在输入电压大扰动下同样具有很强的鲁棒性。     

考虑基频结温波动的风电变流器可靠性评估

目前风电变流器可靠性评估,无法在考虑实际风速、气温等外部环境长期随机变化的情况下考虑基频结温波动对变流器可靠性的影响。文中提出一种结温迭代算法,可以快速数值计算出功率模块结温。该方法与结温电热仿真方法相比,在保证计算精度的同时能大大缩短计算时间。文中以1.2MW直驱风力发电系统为例,利用提出的结温数值计算方法并结合实际风速和气温数据快速计算整年器件结温,采用Bayerer寿命模型和线性累计损伤理论实现了计入基频结温波动的风电变流器可靠性评估。最后还对可靠性计算结果进行了验证,对比分析了机侧和网侧变流器的可靠性差异、低频和基频结温波动对变流器可靠性的影响。结果表明,大功率直驱风力发电系统,机侧变流器可靠性问题更为严重,且基频结温波动对变流器可靠性的影响不容忽视。     

IGBT加速老化实验研究

绝缘栅双极型晶体管(IGBT)功率模块作为电力电子设备的关键器件被广泛应用,其工作寿命与可靠性将影响到整个装置或系统的正常运行,对于IGBT可靠性研究具有重要意义。IGBT加速老化实验是研究IGBT可靠性问题的重要方法,其在不改变产品故障机制的前提下,提高实验应力,加速产品的故障进程,能有效缩短实验时间,节约成本。分析了IGBT的失效机理,依据IEC标准,设计了IGBT直流功率循环加速老化实验,自行设计搭建了IGBT加速老化实验系统,能够完成器件的老化以及监测老化前后器件参数的变化。研究成果为IGBT模块的可靠性研究以及健康状态评估提供了重要依据。     

零扰动补偿控制电流模式Buck变换器

针对峰值电流模式开关功率变换器系统普遍存在的次谐波和混沌不稳定行为,本文提出了一类零扰动补偿抑制新思路。结合峰值电流模式Buck变换器中输入和输出量之间的稳态关系,给出了简化的零扰动补偿控制条件,构建出相应的控制方程及模拟实现电路,基于傅里叶级数分解导出了系统分岔边界方程,确定出控制参数的可控范围。最后,给出了零扰动补偿控制效果的仿真和实验结果,验证了理论分析的正确性和所提零扰动补偿控制思路的有效性。     

一种弧焊逆变电源的小信号模型

采用状态空间平均法对弧焊逆变电源系统建立了小信号模型，推导系统的传递函数，并对其开环频率特性进行分析，在此基础之上，运用自动控制原理的方法对系统的补偿环节进行设计，最后使用仿真验证了所设计的系统，仿真结果表明，所设计的补偿环节使弧焊电源的快速性和抗扰动能力有了显著的改进，说明设计的正确性。     

单周控制光伏并网系统的最大功率控制研究

单周控制的单级全桥光伏并网系统具有容量大、效率高、成本低等优点.但现有基于单周控制的光伏电池最大功率跟踪存在着难以搜索最大功率点、难以稳定工作在最大功率点以及搜索精度差等缺点.针对以上不足,提出了基于增量电导的光伏电池最大功率跟踪算法,该算法将光伏电池输出功率引入到单周控制的输入量中,同时优化了光伏电池输出电压的给定量.该算法在硬件上实现简单,仿真和实验结果表明该算法能够准确跟踪光伏电池最大功率点,并具有较高的精度和稳定性.     

IGBT功率模块加速老化方法综述

功率变流器的可靠性评估和寿命预测已经成为非常重要的研究课题。IGBT功率模块的大量使用在诸多领域里越来越广泛,它们的失效主要由热机械疲劳引起,而在正常工作运行时,这种疲劳老化过程很漫长。因此,为全面观察和探究功率模块的疲劳老化失效过程,需要设计加速老化试验以缩短研究周期。最普遍的老化试验方法是对器件施加热应力和电应力,对器件不断热冲击实现加速老化进程的目的。文中主要归纳分析了各种加速老化方法的目的和差别,并重点总结了功率循环加速老化方法在不同试验条件、失效方式、试验持续时间、试验电路设计、监测的电气参数和热参数等方面的不同,目的在于提出加速老化方法的一般步骤和需要考虑的问题。最后根据这些问题对加速老化方法的研究进行了展望,为IGBT功率模块乃至整个变流器系统的失效机理分析、可靠性分析、寿命预测、健康状态评估和状态监测的研究奠定了基础。