基于功率动态分配的自动驾驶机车牵引电机节能控制

为了降低大功率机车牵引电机运行能耗,提出了一种基于牵引功率动态分配的机车牵引电机节能控制方法。首先,结合现场运行数据,建立牵引电机效率与其发挥牵引力及运行速度间的数学模型。然后,利用机车自动驾驶系统规划的区间速度及牵引力运行曲线,基于所建立的数学模型对不同牵引力分配策略下综合牵引电机能耗指标等进行计算,并选择最小化目标函数值的牵引力功率分配方案,控制机车各轴牵引力输出。最后,基于HX D 1型自动驾驶机车现场某条线路各区间运行数据,对所提方法进行仿真分析,验证了该方法的有效性。     

中速磁悬浮列车分段式长定子永磁直线同步电机牵引控制策略

采用分段式长定子永磁直线同步电机牵引的中速磁悬浮列车在定子段换步时,相邻定子段绕组交链的永磁磁链的改变会导致牵引力损失,除此以外,在牵引过程中,馈电电缆长度的增加使得电机漏阻抗增大,在变流器供电容量的限制下,列车无法在试验线中完成全速度运行。该文首先建立含有定子段换步的长定子永磁直线同步电机数学模型,在此基础上,提出全速度运行的换步控制策略,以及适用于该电机的弱磁控制策略。该策略对q轴电流实时分配,保证在换步区间相邻定子段的q轴电流均跟随参考值;利用电机端电压计算得到d轴电流参考值,使电机在id=0控制和弱磁控制两种工况之间平滑切换。通过硬件在环实验,验证了采用所提策略可在线路长度和变流器容量限制下,实现列车全速度运行,并消除电机在定子段换步时的牵引力损失。     

异步牵引电机冷热态转矩控制策略

机车牵引变流器和电机的组合试验中,电机的冷热态转矩特性是调试的难点和重点。基于转子磁链定向的间接矢量控制理论,分析了电机牵引/制动工况下电机冷热态转矩输出变化的原因,提出了全速度范围内补偿转差频率的方法。经过试验验证,该方法能够减小牵引电机冷热态输出转矩的偏差,有效提高牵引系统的控制性能。     

高速磁浮列车双边串联供电牵引力特性及速度提升能力研究

传统的高速磁浮列车采用双边并联供电模式，上下行线路各需要三台变流器，这种供电方式虽然可以减小馈线电缆上的损耗，增加供电系统的可靠性，但产生的输出电流受变流器容量本身的限制，从而导致牵引力和速度能力受限。为了解决上述问题，提出了一种高速磁浮双边串联供电的牵引力及速度提升方法，在不改变传统变流器输出能力和绝缘的情况下，将电机首尾分别接在双边变流器上，改变输出电压的相角，实现磁浮列车牵引力和速度能力的提升。最后，在Simulink中建立牵引供电系统模型，验证发现双边串联供电在最高速度时的电压小于双边并联供电的电压，其更有利于速度的提升。     

一种可提高IGBT可靠性的新型结温管控策略

变换器在运行过程中频繁和大范围地随机出力变化,会导致IGBT模块内部结温剧烈波动,使器件持续承受交变的热应力冲击,严重影响器件的可靠性。提出一种通过调节驱动电压实现功率器件结温平滑跟踪和自适应管控的策略。首先,基于简化的IGBT损耗分析模型,阐述了驱动电压大小对IGBT损耗的影响。然后,根据结温变化趋势的大小自动调节驱动电压,在不影响变流器输出性能的同时最大程度抑制结温波动,改善器件周期热应力,提高器件运行可靠性和寿命。最后,通过一种新型应力测试电路的结温跟踪管控实验平台进行实验测试,证明了该结温跟踪管控策略具有可行性和有效性。     

双馈风电机组变流器IGBT结温计算与稳态分析

针对双馈风电机组机侧变流器长期处于低频下运行导致故障率高的机理问题,提出其功率器件绝缘栅型双极性晶体管(IGBT)结温准确计算方法及其变化规律的研究。首先基于不同损耗分析方法,结合IGBT热网络,建立了IGBT结温计算模型,并对一个实际IGBT在不同结温计算方法下的稳态结温进行比较。其次,结合双馈风电机组运行特性,分别建立其全范围工况下机侧变流器IGBT的结温计算模型。最后,分析了双馈风电机组在不同风速下机侧变流器IGBT稳态结温变化规律及其影响因素。结果表明,基于开关周期损耗的结温计算方法更适合较低频率运行下IGBT结温的准确计算;双馈风电用机侧变流器IGBT稳态结温波动幅值随变流器输出频率的降低而增大。     

基于三参数区间灰数的变电站全寿命周期成本估算模型应用

变电站在进行成本估算时会受到许多不确定因素的影响,为量化分析这种不确定性因素对管理决策结果的影响,基于变电站全寿命周期成本（full life-cycle cost,LCC）,提出了一种基于三参数区间灰数的变电站全寿命周期成本估算模型。该模型首先采用了三参数区间灰数来量化成本估算时的不确定性,然后采用净现值折算的方法针对变电站全寿命周期内发生的资本性投入成本、运维成本、检修成本、故障成本（风险成本）、退役处置成本这五大成本进行估算,进而依据全寿命周期的原理求出各方案三参数区间灰数形式的成本大小对各方案经济性的优劣进行排序。最后,通过以某新建变电站方案选型为例与文献[1]以区间数量化全寿命周期成本的方法进行对比,说明了该方法的有效性和可行性。     

区间分析法在电力变压器全寿命周期成本模型中的应用

提出了区间全寿命周期成本的分析方法以及电力变压器区间全寿命周期成本的估算模型.该模型涵盖了变压器生命周期内发生的一次投资成本、损耗成本、环境成本、运行维护成本、故障成本以及报废成本等,采用等年值法进行折算,通过比较年区间全寿命周期成本判断方案的经济性优劣.模型能够较为合理地将变压器全寿命周期成本各参数处理为区间数,在计...     

新型中点钳位三电平电池储能变流器设计及控制系统

基于新型中点钳位(A-NPC)拓扑结构的三电平变流器可以提高输出电压波形质量,有利于降低绝缘栅双极型晶体管(IGBT)耐压,以减小开关器件成本、IGBT损耗和电感损耗,来提高系统整体效率,因此在电力储能领域具有广泛的应用前景。基于A-NPC三电平拓扑结构,设计了电池储能变流器主电路,开发了变流器系统控制器软硬件,研究了变流器中点电压控制机理。样机实验结果表明:所搭建的A-NPC三电平电池储能变流器系统运行良好,与当前储能系统常用的两电平拓扑相比,在略微增加综合成本的基础上,实现了输出电流波形畸变小和输出电流谐波小、效率高等特点,应用在储能系统中,获得了很小的稳态总谐波畸变率和非常好的功耗特性。     

计及风险成本的配电网变电站规划方法

不确定因素处理方法的合理性将会直接影响配电网变电站规划的最优结果。在全寿命周期成本理论的基础上,改进了变电站的选址定容模型中不确定因素的量化处理方法,计入负荷、电价和土地价格的不确定性,建立以全寿命周期成本最低为目标函数的变电站规划模型。算例分析验证了所提规划方法的合理性,与传统规划方法相比,采用所提方法的全寿命周期成本较低,经济性更好。     

基于SiC器件的三电平ANPC牵引变流器损耗分析

在大功率牵引变流器中,采用具有开关速度快、耐高温、开关损耗低等诸多优势的SiC器件替代Si器件,并构建基于SiC器件的三电平ANPC变换器,可以大大减轻变流器的散热系统负担,有助于实现牵引系统轻量化,提升变流器的功率密度和整体效率。对4种三电平ANPC变换器拓扑（2种SiC+Si的混合型三电平ANPC拓扑、全SiC型三电平ANPC拓扑和全Si型三电平ANPC拓扑）及适用于不同拓扑结构的调制策略进行了详细的分析。结合4种拓扑工作于各自最优调制策略下的换流过程,对不同拓扑的功率损耗和热平衡特性等方面通过仿真验证进行了定量分析比较。结果表明,全SiC型三电平ANPC拓扑损耗分布最均衡,工作效率最高;2-SiC混合型三电平ANPC拓扑在保证性能的基础上成本更低,可以作为采用SiC器件的牵引变流器的一种较高性价比的选择。     

基于寿命消耗分布规律的风电变流器IGBT模块热管理控制策略

结温波动是引起绝缘栅双极型晶体管(insulated gate bipolar transistor,IGBT)热疲劳失效的重要原因之一,降低其幅值能够提高IGBT模块的可靠性。该文提出一种基于寿命消耗分布规律的热管理控制策略。所提策略首先结合一整年的风速和气温数据,量化分析IGBT模块的寿命消耗分布规律,讨论需要被重点管理的结温波动类型和大小;然后,通过将结温阈值下限设定为最低环境温度,研究对低频结温波动实现有效抑制的结温阈值上限。结果表明,风电变流器应侧重于抑制IGBT模块幅值较高的低频结温波动,并且应计入长时间的任务剖面以便反映出结温波动的实际分布规律。案例和实验验证所提策略不仅可以有效抑制低频结温波动,而且显著降低IGBT模块的寿命消耗。所提策略为如何提高长时间运行工况下IGBT模块的可靠性提供一种新方法。     

基于驱动电压调节的IGBT结温跟踪管控策略及实现

针对变流器在运行过程中由于频繁和大范围的随机出力变化,导致IGBT模块内部结温剧烈波动,影响器件运行可靠性的问题,提出并探讨了通过调节栅极驱动开通电压实现功率器件结温平滑跟踪管控策略的思想和具体实现方法。利用一种简化的IGBT损耗分析模型,阐述了驱动电压大小对IGBT损耗的影响,并通过双脉冲实验进行了验证。根据结温变化趋势的大小自动调节驱动电压,在不影响变流器输出性能的同时最大程度减少结温波动,并且具有较快的响应速度。构建了基于一种新型应力测试电路的结温跟踪管控实验平台,实验结果表明,该结温跟踪管控策略具有可行性和有效性,减小了器件承受的热应力冲击。     

基于全寿命周期的电铁牵引站接入系统导线截面选择方法

介绍电铁牵引负荷的特点,提出基于全寿命周期的电铁牵引站接入系统导线截面选择方法,分析导线的全寿命周期成本,结合一起电铁牵引站接入系统导线截面选择的案例,说明利用该方法可实现资产全寿命周期内成本最低,提高电网的经济运行水平。     

双馈风电场损耗最小化的有功无功协调优化控制

基于最优潮流模型,提出一种适用于双馈风电场的有功无功协调控制策略。该策略能够在分配机组的有功和无功功率的同时降低双馈风电场的网络损耗、发电机损耗和变流器损耗,也可以根据调度中心的调度需求实现双馈风电场的降载运行。通过优化双馈风力发电机的定子侧和网侧变流器的无功分配来降低双馈风机内部的发电机铜耗和变流器损耗。在此基础上,将双馈风电场构建成基于线性潮流方程的最优潮流模型,从而同时降低网络损耗和双馈风机的内部损耗。该文提出的控制策略能够在实现风电场降载运行的同时降低双馈风电场内部损耗,从而降低变流器等设备的累积疲劳效应。仿真结果表明,所提出的优化控制策略在实现跟踪有功功率、分配无功功率的前提下,能够降低双馈风电场的内部损耗。     

用于风电的模块化多电平变流器IGBT的定制化设计

模块化多电平换流器(MMC)已广泛应用于风力发电系统中,其中绝缘栅双极型晶体管(IGBT)模块的设计直接影响着系统的各项性能。而IGBT模块的设计选型缺乏理论指导,存在IGBT模块裕量选取过大造成的成本浪费现象,因此文中提出一种基于双目标优化的IGBT的定制化设计方法。首先以损耗和芯片成本作为IGBT定制化设计的指标,结合风力发电的年运行工况,根据风速的概率分布来评估IGBT损耗,通过双目标粒子群算法求得Pareto前沿。最后,分别采用IGBT模块和分立元件2种方法进行定制化设计,结果表明所提设计方法在降低器件成本的同时可以兼顾变流器的损耗和可靠性。     

基于多目标优化的电动汽车变流器IGBT及开关频率的选择

IGBT的选择对功率变换器的效率、可靠性和成本均有重要影响,是变换器设计阶段要解决的首要问题。然而,目前在功率变换器的设计中,IGBT及开关频率的选择更多依赖于设计者的经验,缺乏明确的理论依据。为此,该文提出一种新颖的基于多目标优化的电动汽车(EV)变流器设计方法。首先,建立了基于行驶工况的,与变流器损耗、可靠性和成本相关的三个性能评价指标;然后,通过所设计的多目标优化流程,获得了以IGBT和开关频率为设计变量的Pareto最优解集;最后,采用层次分析法选取一个最优解并进行实验验证。     

计及全寿命周期效益的超导故障限流器全局协同配置方法研究

超导型故障限流器(superconductingfaultcurrent limiter,SFCL)因其具有良好的应用前景,已经进入实际工程投用研究阶段。在其昂贵的成本限制下如何通过有限配置对全网短路电流超标进行治理应成为后续研究的重点。在故障限流器全局配置研究的基础上,为了进一步优化SFCL配置的经济性,该文提出一种计及全寿命周期效益的SFCL全局协同配置方法。首先提出短路电流校核的修正模型以避免过度校核的问题;其次,在构建SFCL运行寿命损耗模型的基础上,重点讨论全寿命周期意义下的SFCL全局配置总成本经济性最优问题:通过建立Pareto最优解函数利用NSGA-II多目标遗传算法求解得到基本配置方案的最优解集;构建基于蒙特卡洛的故障模拟模型以评估基本配置方案的全寿命周期运行维护成本;最终得到综合获得总等年值最低的最优配置方案。该文以IEEE30节点系统为算例,通过仿真,验证了所提配置方案的可行性与优越性。该文所提配置方法综合考虑了SFCL初配成本与后期维护运行成本,为SFCL的实际工程应用提供了新的经济性配置思路。     

器件混合型三电平变流器损耗优化PWM策略

碳化硅(SiC)与硅(Si)器件混合型三电平有源中点箝位(3L-ANPC)变流器可采用两种脉宽调制(PWM)方法。基于双脉冲测试平台得到器件开关特性及损耗,建立了两种不同PWM方法下的三电平变流器损耗模型。得到不同调制方法下变流器的损耗分布,通过分析损耗随载波周期内占空比及负载电流的变化关系,提出一种面向总损耗优化的混合型PWM策略,通过监测载波周期内输出电流以及占空比大小进行查表判断,选择损耗更低的PWM方法以实现更高的变流器效率。最后通过一个30 kW单相变流器实验平台及其效率测试数据验证了所提出PWM策略的有效性。     

基于物元模型的电力变压器全寿命周期成本风险评价

对电力变压器全寿命周期成本建模中的风险因素进行评估,是提高全寿命周期成本管理科学性的重要手段。针对影响变压器全寿命周期成本的风险因素,建立了变压器全寿命周期成本风险指标体系,引入物元模型和可拓分析理论,将定性指标定量化,提出了变压器全寿命周期成本风险评价物元模型。结合实例,将变压器全寿命周期成本管理时的不确定因素量化,构建了全寿命周期成本风险评估体系,应用物元模型评定变压器成本风险隶属等级,同时得到影响变压器全寿命周期成本管理的关键风险因素,供在实际应用中针对各种风险因素提出相应管控策略参考。