提高PWM整流器抗负载扰动性能研究

提高PWM整流器抗负载扰动能力、减少直流母线电容量是PWM整流器重要的研究内容.文章首先深入分析了PWM整流器在传统带负载前馈的双闭环控制方式下负载突变时动态响应受限制的问题,提出了稳态采用带负载前馈的双闭环、瞬态采用i*q≠0变结构控制的改进方案,有效地提高了PWM整流器抗负载扰动的能力.其次在对PWM整流器动态分析的基础上,提出了直流母线电容准确计算的解析表达式.仿真结果验证了变结构控制的有效性和母线电容计算的正确性.     

双极性直流系统三电平四桥臂整流器

三电平整流器把交流转化为直流,可用于双极性直流系统供电,但是在直流侧正负极母线负载严重不均衡的情况下,会引起两极母线电压偏差甚至失控.在此针对三电平整流器直流侧不平衡负载工况下,直流正负极电压母线偏差问题,通过在三相三桥臂基础上增加第4桥臂,用于对中点电位进行调节,并给出调制和控制方法.实验结果表明,所提的控制策略可以保证三相四桥臂整流器正常工作,满足直流负载全范围不平衡条件下稳定运行要求.     

基于自抗扰和负载功率前馈的高速磁悬浮系统PWM整流器控制策略

高速磁悬浮列车采用长定子直线同步电机驱动,在运行过程中采用分段供电的方式,当磁悬浮列车从一个定子段过渡到另一个定子段时,列车一侧的定子会经历电流降为零再增大的换步过程.对于高速磁悬浮系统中三相PWM整流器而言,负载在换步过程中变化剧烈,对直流侧输出电压产生了严重的影响.为了抑制负载扰动对直流侧电压的影响,提出一种结合自抗扰和负载功率前馈的电压、电流双闭环控制策略.通过硬件在环实验验证了该策略对负载变化具有较强的鲁棒性,降低了定子段换步过程中的直流母线电压波动,提高了PWM整流器的抗负载扰动能力和系统动态性能.     

基于无源半桥辅助电路的24脉航空变压整流器

为将变压整流器谐波能量再次利用提高能量转换效率和提高输入电流谐波含量和输出电压纹波含量抑制性能,该文提出一个应用在直流侧的无源高可靠性半桥辅助电路。辅助电路输出端与负载并联连接,将谐波能量再次利用转换为直流反馈至负载两端,产生一个具有15°相移的附加电压,负载电压由24个相位相差15°的电压矢量合成,形成24脉波直流输出。辅助电路迫使两组三相整流桥三种模态运行：并联运行和分别独立运行,对变压整流器输入电流进行调制,形成24个阶梯波,抑制输入电流谐波含量。对提出的24脉变压整流器电路结构、谐波抑制机制和工作模态进行分析。所提出的24脉波变压整流器结构简单,不需要同步控制信号,鲁棒性和实用性好,提高了能量的转换效率,输入电流具有良好的正弦性,可以直接满足航空航天谐波标准。     

适用于双负载模式的Vienna整流器调制方法

在工程应用中，Vienna整流器常处于双负载模式给串联电池组充电以提高效率和降低成本，此时，上、下直流侧的输出电压和功率不再相等，矢量的合成变得非常复杂。文中从载波的角度进行分析，通过注入零序电压实现了上、下直流侧输出功率的解耦和中点电压的主动控制，简化了计算过程。基于Vienna整流器拓扑的输出电平约束和调制约束分析了零序电压的约束条件，并基于上述约束条件给出了不同运行状态下Vienna整流器的上、下直流侧可输出的极限功率，为工程参数设计提供参考。此外，分析了双负载运行状态下Vienna整流器的电流过零畸变问题，提出了抑制电流过零畸变的方法，并直接给出了三相调制电压。实验结果验证了理论分析的正确性和所提方法的优越性。     

基于无源与自抗扰的Vienna整流器控制策略研究

为提高整流器抗干扰能力与减少对电网的不良影响,采用T型VIENNA整流器实施直流输出电压、交流输入电流的综合控制。在建立三相T型VIENNA整流器数学模型的基础上,提出非线性虚拟阻尼注入的无源电流控制算法,使输入电流具有跟踪速度快、稳态精度高、谐波畸变率低的特性;采用直流侧电压反馈误差非线性控制的自抗扰算法,实现了在负载扰动和电网电压波动时直流侧电压的快速恢复和稳定输出。该控制策略与典型的电压比例-积分调节(proportional-integral controller,PI)+电流PI或传统无源电流控制策略相比,可使Vienna整流器运行于高功率因数,低谐波畸变率,直流侧输出电压稳定,抗负载、电网电压扰动能力强。仿真与实验结果验证了T型Vienna整流器电压、电流误差非线性控制的无源与自抗扰策略的可行性和有效性。     

一种直流侧带混合谐波抑制电路的24脉波整流器

常规12脉波整流器会对电网造成大量谐波污染。为同时提高整流器交、直流侧电能质量,提出了一种直流侧带混合谐波抑制电路(Hybrid Harmonic Suppression Circuit, HHSC)的24脉波整流器。所提整流器由常规12脉波整流器、抽头变换器(Tapped Inter-Phase Converter, TIPC)和补偿电路(Compensation Circuit, CC)组成。TIPC的输出端与负载串联,直接调制整流桥的输出电流和电压。CC与负载并联,间接调制整流桥的输出电流,然后根据交、直流两侧电流关系和直流侧电压关系,最终使整流器输入电流接近正弦波,输出电压由12脉波倍增至24脉波。该方法仅需小容量(仅为输出功率的2.65%)的HHSC即可有效降低输入电流谐波和输出电压纹波,具有高谐波抑制性能、低谐波抑制代价等优点。在Matlab/Simulink中搭建仿真模型,验证了所提方法的正确性和有效性。     

基于开关函数的脉冲功率负载大信号模型研究

以现代电子雷达为代表的脉冲功率负载包含了大量电力电子开关器件,工作周期通常为10?2～10?1s级,若接入独立微电网运行,将给系统的安全稳定带来极大挑战。为研究脉冲功率负载接入对独立微电网系统稳定性的影响,提出基于开关函数的脉冲功率负载大信号模型。该模型基于脉冲功率负载等效拓扑结构,以三相不可控整流器、Buck变换器和直流开关负载为核心,通过分析整流器、变换器和直流开关负载各开关器件的工作状态及相应开关函数,建立脉冲功率负载与外部电网接口的电压电流动态方程。分析结果表明,采用上述模型所得出的柴油发电机组——脉冲功率负载系统频率波动率?f和直流电压波动率?u_dc的分析结论与实验结果相一致,验证了所提出脉冲功率负载大信号模型的正确性。     

一种使用无源谐波抑制方法的多脉波整流器

提出一种使用直流侧无源谐波抑制方法的多脉波整流器及其设计方法,该方法采用一组单相整流桥产生环流,调节多脉波整流器的输入线电流。单相整流桥的输入端与平衡电抗器的二次侧相连,其输出端与负载相连,将吸收的谐波能量回馈给负载。分析单相整流桥的几种运行模态,设计平衡电抗器的最佳匝比。所提出的多脉波整流器是一种24脉波整流器,其输入线电流的THD理论上约为7.6%。仿真和实验结果表明,该多脉波整流器输入线电流的THD低于5%。此外,该多脉波整流器具有易于实现且谐波抑制成本低的优点。     

改善三相电压型PWM整流器动态性能的研究

针对船舶电力推进系统中三相电压型PWM整流器启动瞬间产生冲击电流、且受负载扰动影响大的问题,设计一种电压平方环作为外环、整流器启动直流侧电容电流作为无功电流的控制方法,该方法可有效抑制整流器启动冲击电流。此外,根据在负载扰动瞬间的功率关系,把补偿电流与负载电流一起作为有功电流的补偿进行前馈控制,从而提出一种新的负载电流前馈控制方法,以提高整流器的抗负载扰动能力和船舶电力推进系统运行的可靠性。仿真启动冲击电流减小了60%,实验启动冲击电流减小了40%。     

移动电站直流并联功率分配研究

在分析了交流电源直接并联存在的不足的基础上,提出了采用三相PWM整流—并联—PWM逆变的供电模式。三相PWM整流器输出的直流电压含有谐波导致直流电压不断脉动,交流电源通过三相PWM整流器进行直流并联时,必须考虑电压脉动的影响。针对此问题,通过在整流器输出侧添加电阻的方式,抑制了电压脉动对并联稳定的影响;分析了并联模块接入时机对并联过程的影响;提出了一种实现并联条件下,单个模块输出功率自由分配的控制方式。最后,通过仿真验证了该控制方式的可行性。     

Recurrent modified Elman neural network control of PM synchronous generator system using wind turbine emulator of PM synchronous servo motor drive

The recurrent modified Elman neural network (NN) controlled a permanent magnet (PM) synchronous generator system, which is driven by wind turbine emulator of a PM synchronous motor servo drive, is developed to regulate output voltage of rectifier (or AC to DC power converter) and inverter (or DC to AC power converter) in this study. First, the wind turbine emulator of a closed loop PM synchronous motor servo drive is designed to produce the maximum power for the PM synchronous generator system. Then, the rotor speed of the PM synchronous generator, the output DC bus voltage and current of the rectifier are detected simultaneously to yield maximum power output of the rectifier through DC bus power control. Because the PM synchronous generator system is a nonlinear and time varying dynamic system, the online training recurrent modified Elman NN control system is developed to regulate DC bus voltage of the rectifier and AC line voltage of the inverter in order to improve the control performance. Furthermore, the online training recurrent modified Elman NN control system with the variable learning rate is derived based on Lyapunov stability theorem, so that the stability of the system can be guaranteed. Finally, some experimental results are verified to show the effectiveness of the proposed recurrent modified Elman NN controlled PM synchronous generator system.     

基于PWM整流器的无功补偿容量整定方法

为了充分利用PWM整流器的容量,实现对电网无功功率的调节及电网电压的稳定控制,深入分析了一种基于PWM整流器的无功补偿容量整定方法。重载情况下,PWM整流器在其容量范围内向电网不补偿或少量补偿无功功率,无功功率补偿量由PWM整流器的额定容量和直流负载功率共同决定;轻载情况下,PWM整流器能够补偿电网所缺的所有无功功率。文章还详细分析了直流电容参数的选取方法。最后通过MATLAB/Simulink仿真进行了验证,仿真结果表明该整定方法能够实现无功功率的动态补偿。     

直流融冰装置拓扑结构的比较研究

对直流融冰装置的三种典型拓扑结构(二极管不可控整流、晶闸管全控整流和基于IGBT的全控整流)的性能和经济实用性进行了综合比较研究。在分析三种结构的工作原理基础上,建立了三种融冰结构的整流模型,从整流调压性能、谐波及无功特性、装置功耗、经济成本特性、功能扩展等方面进行了对比研究,并结合某线路融冰需求对上述三种结构性能进行了仿真验证。对比后得出结论:不可控整流结构成本低、大容量装置易实现,可应用于中长距离线路融冰;晶闸管全控整流结构具有输出直流电压平滑调节、可扩展为SVC的特点,可应用于有无功补偿需求的线路融冰;基于IGBT的全控整流结构输出电压调节能力强、电能质量优越,但成本高、系统复杂,在短距离线路、小容量融冰应用中占有优势。比较研究结论将为直流融冰工程装置结构的选择和设计提供有益参考。     

Three-phase active harmonic rectifier (AHR) to improve utility input current THD in telecommunication power distribution system

Modern telecommunication power supply systems have several parallel-connected switch-mode rectifiers to provide -48 V DC. A typical switch-mode rectifier configuration includes a three-phase diode rectifier followed by a DC-DC converter. Such a system draws significant harmonic currents for the utility, resulting in poor input power factor and high total harmonic distortion. In this paper, a three-phase active harmonic rectifier (AHR) scheme is proposed. In the AHR scheme, a diode rectifier module is replaced by a six-insulated-gate-bipolar-transistor pulsewidth-modulation rectifier to supply load harmonics as well as its own active power. Each DC-DC converter module is connected to a shared 48-V DC link. The AHR module together with parallel-connected switch-mode rectifiers is controlled to achieve clean input power characteristics. The VA ratings of the AHR scheme is compared with an active power filter approach. The control design is based on the synchronous reference frame approach. Analysis, simulation, and experimental results show that the AHR offers several advantages such as lower VA rating, better current control response, efficient use of the AHR DC link, small size, and stable DC-link voltage control.     

三相四线整流器的中线电流控制

六开关三相四线PWM整流器拓扑是适合于中大功率高频UPS装置的前级整流器拓扑.与常规的六开关三相三线整流器相比,三相四线整流器输出正负直流母线,并且输入侧存在零序电流通路,如果沿用三相三线整流器的控制方法,必然会引起很大的中线电流.针对此问题.讨论了三相四线PWM整流器输出为正负直流母线电压均衡控制和中线电流控制问题,建立了三相四线整流器数学模型,分析了中线电流产生的机理以及抑制的方法,设计了基于同步旋转坐标系的三相四线整流器的控制算法.在功率40kW的实验样机上验证了控制方法的有效性,保证了输出正负母线电压的平衡及较小的输入电流谐波.     

电力操作系统中高频开关电源的并联均流技术

随着分布式电源系统的发展,高频开关电源模块逐渐取代了传统的相控整流电源,而高可靠性、大功率高频开关电源模块的需求已逐渐形成一种趋势。文中介绍了一种新型高频开关电源及220V/10A整流模块的实现方案。其中整流模块采用高可靠性电流型PWM整流器及全桥变换电路来分别实现三相功率因数校正和DC/DC变换,并在模块间采用最大电流自动均流法实现自主均流。     

High-current DC choppers in the metals industry

The chopper rectifier system converts AC power to DC power. The system rectifies AC power by utilizing a step-down transformer and unregulated diode rectifier to provide a bulk DC bus. The chopper circuit modulates the current from the bulk DC bus to provide a regulated output. This paper describes how DC-chopper systems have many operational benefits over conventional diode or thyristor rectifiers     

三电平PWM整流器用于直驱风力发电系统

直驱型风力发电系统的风力发电机需要通过大功率交直交变流器即全功率变流器将风力发电机直接并网,而开关器件水平无法满足全功率变流器的要求,因此研究了二极管箝位三电平PWM整流器在直驱型风力发电系统中的应用。针对这一拓扑和直驱型风力发电系统的特点,采用基于PWM整流器模型的跟踪指令电压矢量的空间矢量脉宽调制(SVPWM)电流控制策略,使用龙格库塔解析法和Matlab仿真了负载从半载到满载变化时,三电平整流器直流电压的动态响应波形,交流侧电压、电流的变化趋势以及d-q坐标系下有功、无功电流分量跟随参考量变化的波形等。结果表明,该PWM整流器可有效抑制注入电网的谐波,减小交流侧的电流波形畸变;在负载突变时保持直流电压恒定,输出有功、无功可调且动态跟随性能较好。三电平PWM整流器作为全功率变流器的整流部分适合于直驱型风力发电系统的应用。     

同步整流式电源变换器的设计

同步整流技术是采用通态电阻极低的功率MOSFET来取代整流二极管,因此能大大降低整流器的损耗,提高DC/DC变换器的效率,满足低压、大电流整流的需要。首先介绍同步整流的基本原理,然后重点阐述同步整流式DC/DC电源变换器的设计。