牵引四象限变流器的预测电流控制

以牵引四象限变流器为研究对象,在分析变流器工作原理的基础上,为提升变流器瞬态响应、降低网侧电流谐波、保证网侧单位功率因数和稳定直流侧电压,对变流器的预测电流控制策略进行了研究与分析。利用MATLAB/Simulink搭建四象限变流器主电路和预测电流控制系统模型,对牵引状态下的网侧电流谐波、网侧功率因数和直流侧电压进行仿真测试。仿真结果表明,在牵引工况下,基于预测电流控制的四象限变流器可以实现网侧电压电流同相、稳定中间直流电压以及降低网侧谐波含量。     

四象限变流器双闭环电流控制的研究

介绍了四象限变流器的工作原理,并在此基础上推导出四象限变流器的数学模型。通过四象限变流器双闭环直接电流控制的数学模型搭建了仿真框架,最后通过MATLAB/Simulink进行了仿真研究,结果表明基于双闭环直接电流控制的四象限变流器具有很好的稳态和瞬态性能,网侧功就因数接近于1。     

基于DSP的四象限变流器瞬态直接电流控制研究

介绍了四象限变流器瞬态直接电流控制的Matlab建模和仿真方法,建立了四象限变流器的数学模型,并对四象限变流器的牵引工况和再生工况进行了分析.仿真和基于TMS320F2812的实验样机验证了该控制算法不但能有效抑制注入电网的谐波电流,获得稳定的直流输出电压,而且实现了功率凶数校正和能量双向流动.     

基于CPS-SPWM级联型DSTATCOM直流侧稳态分析及电容容量设计

基于四象限双H桥变流器级联型的主电路结构以及CPS-SPWM的调制策略,在建立SPWM-H桥变流器数学模型的基础上,详细分析了对应于三相不对称畸变补偿电流分量(无功、负序及谐波电流)时DSTATCOM各级联功率单元H桥逆变器直流侧电流变化规律,以及基于单位功率因数的H桥整流器直流侧电流变化规律,并据此建立了功率单元直流侧各电流数学模型.结论显示,稳态条件下,直流整流侧电流包含2次交流分量和直流分量irdc-.而直流逆变侧电流不仅包含与无功和负序补偿电流分量对应的2次交流分量,以及等于irdc-对应于整流器与逆变器之间有功功率传递的直流分量,还包含与谐波补偿分量对应的4,6,…偶次交流分量.最后,根据所建立的直流侧电容电压、电流数学模型,结合电容电压控制的稳态和动态性能指标要求,给出了直流电容容量的设计方法.仿真结果表明,基于该主电路拓扑及电容参数设计方法的DSTATCOM,其直流电压稳定、均衡控制简单可靠、动态响应速度快,对非线性、不平衡冲击性负荷的补偿效果较好.     

基于切换系统理论的有源电力滤波器交流侧电感值设计

交流侧电感的取值对有源电力滤波器(Active Power Filter,APF)的补偿效果有重大影响.针对传统设计方法得到交流侧电感取值范围误差较大的问题,利用非线性动力学理论,阐述了一种全新的APF交流侧电感值设计方法.首先建立APF切换系统的精确离散模型.因为APF的强非线性,很难利用该模型得到相应的解析解,因此使用时域分析法迭代计算交流侧电感不同取值时APF补偿电流的数值解;然后通过该数值解分析不同电感值对系统动态特性的影响.在此基础上,根据已知的跟踪指标得到了交流侧电感的合理取值范围.使该取值范围和传统设计方法得到的取值范围进行比较,仿真结果验证了该方法的有效性和合理性.     

变频电源网侧LCL滤波器的设计

介绍了变频器输入端专用型LCL滤波器的性能:可以在较小的总电感条件下实现滤波功能,而且动态性能良好。并提出其设计原则主要归结为进线总电阻感的选择和滤波电容的选择,通过设定变流器侧允许最大纹波电流,滤波器吸收的最大无功功率和电网侧允许最大纹波电流分别计算得到变流器侧电感、滤波电容和电网侧电感的参数。     

大功率机车牵引四象限变流器解耦控制方案

在机车牵引等兆瓦级大功率四象限变流器(four-quadrant converter,4QC)应用场合,功率器件的开关频率低至数百赫兹,直接电流控制的优势难以发挥,通常采用间接电流控制。传统的间接电流控制又难以对变流器网侧的有功功率和无功功率进行独立控制。针对这类情况,在静止直角坐标系建模,采用功率解耦的电流控制方法,实现了单相四象限变流器有功功率与无功功率的独立解耦控制;通过引入有功电流和无功电流的有效值闭环控制,使得电流的稳态精度提高,降低了系统对输入电感参数和电网电压幅值的敏感度;采用两重化载波移相调制,使得网侧电流的谐波成分大为减少;分析了变流器两重化并联运行时环流的产生机理,并进行了有功和无功的均流控制。基于上述控制方案,实现了大功率机车牵引四象限变流器控制系统,实验证明了该控制方案的有效性。     

高速动车组网侧电流谐波特性的研究

研究了高速动车组注入牵引网电流的谐波特性。分析了两电平及三电平4象限变流器的主电路拓扑及控制策略。利用双边傅立叶级数法,给出了两种4象限变流器网侧电流的谐波公式,总结了谐波分布规律。编制了CRH2和CRH5型动车组4象限变流器的仿真软件,研究了不同牵引和制动功率下,网侧电流的THD及各次谐波电流大小,验证了理论分析的正确性。     

一种新型超导储能多模块并联的电流型多电平变流器

提出一种新型的超导储能多模块并联的电流型多电平变流器结构,该类拓扑结构是由多个三相六开关变流器模块和若干个分流电感组成,通过分流电感将直流侧总电流分成若干个电流等级来获得多电平的输出电流。为说明新拓扑的工作原理和结构性能,文中针对该类5电平变流器电路的开关状态、均流方法以及SPWM调制策略均进行了详细的分析。结果表明,该类拓扑具有冗余开关组合,并且变流器直流侧分流电感电流的均衡问题可以通过检测电感电流大小以及交流侧线电压极性来选择合适的冗余开关组合得以解决。文中采用载波相移SPWM技术对新拓扑进行调制,使得该类变流器在较低的开关频率下获得输出等效高频载波的效果,最后给出了该类5电平变流器的实验结果。     

交流励磁机的有限元多元化参数计算及瞬态仿真

由于交流励磁机电枢绕组电流在导通期间的时变性以及铁磁材料饱和特性的影响,瞬态电感是转子位置和电枢绕组电流的多元函数,解析法难以准确计及电流时变性和铁磁材料饱和性的影响。这里采用二维有限元多元化参数法建立交流励磁机的电磁场约束模型,并定量计算了转子位置、励磁电流以及电枢电流变化对瞬态电感矩阵的影响,利用该计算结果对交流励磁机在三相稳定短路、两相对地短路和单相接地短路等瞬态特性进行了仿真试验,进一步证明基于"场"的方法计算瞬态电感矩阵的可行性。     

级联式Buck-Boost AC／AC变换器

详细分析了Buck型和Boost型AC/AC变换器的工作原理及其控制方法,在此基础上提出了一种新型级联式Buck-Boost AC/AC变换器及其三模式控制策略.三模式控制策略是比较输入电压与基准输出电压的大小,使得变换器只有3种工作模式:Buck模式、Boost模式和滤波模式.该电路虽然由Buck型和Boost型AC/AC变换器2级变换器级联而成,并采用2级占空比调制,但实际上最多只存在一级功率变换,具有控制简单、变换效率高、开关管电压应力低等优点.仿真结果证明了级联式Buck-Boost AC/AC变换器及其控制策略的可行性和理论分析的正确性.     

正激式交-交型三电平AC/AC变换器

提出了正激式交-交型三电平AC/AC变换器电路拓扑,该电路拓扑由三电平变换器、高频变压器、输出周波变换器等构成,电路拓扑简洁,两级功率变换(LFAC/HFAC/LFAC)、双向功率流、高频电气隔离、输出滤波器前端获得三电平低频电压波,能够将一种不稳定畸变的高压交流电变换成同频率稳定的正弦交流电压,为实现新型电子变压器、正弦交流稳压器和交流调压器提供了技术基础.本文分析研究了这类变换器的电压瞬时值反馈控制策略、工作模式与稳态原理,给出了变换器外特性及磁复位所需满足的条件,并与传统的正激式两电平AC/AC变换器进行了比较,得出可以减小滤波电感并能降低主开关管电压应力等结论.最后通过原理试验波形充分证实了这类变换器的正确性和先进性.     

升降式交流斩波器

介绍了一种新颖的Buck-Boost型交流斩波器.该交流斩波器将Buck-Boost型DC/DC变换器的开关管双向化,可实现单级降压或升压的AC/AC直接变换和能量双向流动.该变换器使用较少的功率器件实现了单级功率变换和能量双向流动,有利于提高变换器的功率密度和变换效率.详细研究了其工作模态和原理.分析了该变换器的两种PWM调制策略,并指出采用第2种调制策略可降低开关损耗.采用滞环电流控制的Buck/Boost型交流斩波器可对输入电压畸变进行有效抑制,保持了输出电压波形的高度正弦化.仿真和实验验证了分析的正确性.     

两种高频交流环节AC/AC变换器比较研究

新颖的高频交流环节AC/AC变换器,包括基于Forward变换器的电压源型和基于Flyback变换器的电流源型两种。首次对两种高频交流环节AC/AC变换器的电路结构与拓扑、控制策略、原理特性、关键电路参数设计准则、原理样机等进行了深入的比较研究,获得了重要研究结论。相对于电压源型,电流源型变换器具有电路拓扑更简洁、输入电压范围更宽、输出波形质量更高、可靠性更高、成本更低、变换效率略低和适用于小功率变换场合等特点。两种高频交流环节AC/AC变换器的比较研究,为实现新型电子变压器、正弦交流稳压器和交流调压器提供了关键的技术依据。     

基于三相AC/AC直接变换的AC/DC变换器研究

利用AC/AC矩阵式直接变换原理,分析了带有高频隔离变压器的AC/DC变换器电路工作模态。将基本空间矢量进行优化组合,解决了高频变压器双向磁化中的复位问题。从理论上推导了电压传输比,采用PI调节器实现了系统的闭环控制。通过数字仿真与实验验证了分析方法的正确性。     

隔离式三电平交-交直接变换器

提出一种新型的隔离式三电平交一交直接变换器,该变换器可将不稳定的电网电压变换成稳定可调的优质正弦交流电.隔离式三电平交一交直接变换器拓扑由2个隔离式丘克(Cuk)变换器叠加组合而成,应用具有双向阻断功能的交流开关单元实现交流斩控.从理论上分析了该变换器的工作原理以及输出电感上出现的3种电平,公式推导了变换器输入/输出关系,制定了电压瞬时值反馈高频交流斩波的控制策略,给出了控制电路原理框图.通过对变换器建模仿真,结果证明了理论分析和控制策略的正确性,验证了变换器具有电气隔离、功率密度高、开关电压应力低、输出电压纹波小等特点.     

Boost型三电平AC/AC变换器

针对高输出交流电压的升压场合,研究Boost型三电平AC/AC变换器。相比于Boost型两电平AC/AC变换器,该变换器通过增加开关管数量和引进飞跨电容,构造了中间电平,可使开关管的电压应力降低一半,滤波器重量体积大大减小。其拓扑可以看成是两个输出电压极性相反的Boost型三电平DC/DC变换器组合而成,该变换器输入输出电压同相位,其飞跨电容电压等于输出电压的一半。详细分析其电路工作原理,给出一种新颖的控制策略,可对输出电压和飞跨电容电压同时进行控制;研制一台原理样机,给出了实验波形与测量结果。实验结果证实了理论分析的正确性和控制策略的可行性。     

改进型Zeta式三电平AC/AC变换器

为进一步提高高压电能变换领域输出波形的质量,基于多电平技术的相关原理,提出了无中间直流环节的改进型Zeta式三电平AC/AC变换器,进一步介绍了该变换器的电路结构、电路拓扑和高频控制策略。利用仿真软件Pspice建立了改进型Zeta式三电平AC/AC变换器的电路仿真模型,给出了该变换器闭环控制的主电路图,对其进行了闭环控制仿真验证,得出了闭环控制电路各部分的输出波形,并在输入端交流信号波动的情况下测试了输出端的稳压性能。结果表明:该改进型Zeta式三电平AC/AC变换器的拓扑结构简单,设计原理正确,控制方法简单可行,有较好的稳压功能。     

Buck型AC/AC直接变换器

新颖Buck型AC/AC直接变换器使用了较少的功率器件实现单级功率变换和能量双向流动,利于提高变换器的功率密度和变换效率.本文给出了其工作模态和工作原理的详细分析,讨论了该变换器的两种PWM调制策略,并指出第二种调制策略可降低开关损耗.采用滞环电流控制的Buck型AC/AC直接变换器可对输入电压畸变进行有效抑制,保持输出电压高度正弦.仿真和实验验证了理论分析的正确性.     

单相电压型Z源AC/AC变流器电路

提出了一种新型AC/AC变流器电路——单相电压型Z源AC/AC变流器;介绍了其电路拓扑、工作原理、控制方法等;给出了相应的仿真和实验结果。仿真和实验证实了该电路拓扑的合理性和优越性。