模拟换流阀长期运行工况的高压大功率晶闸管电热联合老化系统研制

近年来国内多个直流换流站发生严重事故,经调查发现事故起因多为长时间运行的换流阀晶闸管发生不同程度的老化甚至绝缘能力丧失。掌握晶闸管参数退化规律是开展晶闸管运维监测、预防此类事故继续发生的基础。因此为了深入了解换流阀晶闸管老化过程中特性参数退化规律与老化机理,首先需要搭建试验所需的模拟换流阀运行过程的晶闸管老化试验装置。文中首先分析了换流阀晶闸管的实际运行工况,并基于此设计了晶闸管电热联合老化主电路,接着对电路中涉及到的控制单元,包括绝缘栅双极型晶体管(IGBT)的驱动电路与晶闸管的触发电路进行设计与搭建,并基于晶闸管的实际运行工况设计了晶闸管结温控制系统。为了获得晶闸管老化过程中特性参数的退化规律,设计了晶闸管漏电流在线监测系统与反向恢复离线测量系统。经过检验,各个模块以及主电路均能够保持长期稳定运行,为换流阀晶闸管的老化试验打下了良好基础。     

大功率单相数字有源PFC的研究与实现

传统的模拟有源功率因数校正电路(APFC)外围电路参数固定,灵活性较差,并且容易受到分布参数、器件老化、环境温度和湿度等因素的影响,限制了电路的寿命,而且难以适应目前单相设备大功率化的要求。鉴于数字控制具有可编程性、抗干扰性、不易受硬件老化和环境变化优点,基于TI的DSP控制芯片TMS320F2808设计了一款数字APFC电路,基于经典的乘法器控制原理,采用CCM和平均电流控制策略,利用分段变PI调节器来进行电压、电流双闭环调节控制,实现了输入电流对输入电压的很好跟踪。实验结果表明,电路在高达5kW的整个功率范围内都得到了很好的校正效果,满足了IEC61000-3-2对于谐波的要求,促进了单相APFC向大功率方向发展。     

油纸绝缘老化评估的Davidson-Cole模型参数提取方法

针对目前变压器油纸绝缘老化状态评估中的纸板聚合度测定破坏性取样、介电响应法测量没有定量判据等问题,提出一种基于Davidson-Cole模型的现场绝缘老化状态定量评估方法。首先仿真研究Davidson-Cole模型参数提取方法,借助现场测量的去极化电流数据,计算出油纸绝缘等值电路参数与频域复介电常数,并利用所得数据绘制Davidson-Cole图,采用多变量最小二乘拟合方法得出松弛时间、介电常数变化量等Davidson-Cole模型参量。实验研究了油纸绝缘不同老化程度的Davidson-Cole模型,采用非线性拟合方法对其老化状态进行Davidson-Cole模型参量提取并分析参数变化,研究结果表明,模型参数与老化程度有直接关系,仿真结果与实验结果一致,对变压器油纸绝缘老化状态评估有参考价值。     

油纸绝缘等效电路参数辨识及老化状态评估

对油纸绝缘等效电路参数进行准确辨识是当前研究的一个难点。为此摒弃了传统利用恢复电压特征量对油纸绝缘等效电路建模和参数辨识方法,并提出了一种电路建模和参数辨识的新方法。恢复电压曲线含有丰富的介电弛豫响应信息,利用微分解谱得到包含介电弛豫响应信息的子谱线,分析子谱线弛豫参数与等效电路参数的关系并求解等效电路参数。该方法可以准确地确定等效电路拓扑结构,能避开复杂的方程组运算而准确辨识电路中的参数量,并可求解出各极化支路的非典型自由弛豫的线型参数。同时,对多台变压器绝缘等效电路的部分参数与油纸绝缘老化状态的关系进行了研究,结果表明:变压器绝缘状态良好时,恢复电压曲线可分解5条子谱线,线型参数较小且接近0.5;子谱线数量越多,线型参数越大,则变压器油纸绝缘老化越严重。因此,利用子谱线数量和线型参数能准确评估油纸绝缘老化状态。     

混联等效电路在油纸绝缘老化诊断的应用

针对常规电路在油纸绝缘老化诊断中的局限性,提出应用混联等效电路来表征油纸绝缘介质极化响应特性,并将其用于油纸绝缘变压器老化诊断的分析中。该电路在扩展德拜模型的基础上加入混联支路来表征复杂的界面反应,由此提出混联电路参数辨识的数学模型,最后结合回复电压测试仪RVM5461测量得到的数据进行混联电路的有效性分析和混联支路数的探讨。研究结果表明,混联电路更能真实反映极化谱特性,其吻合度高于扩展徳拜模型,且当油纸绝缘变压器老化或受潮越严重时,混联支路数有增多的趋势。因此,论文提出的油纸绝缘混联等效电路模型为准确评估油纸绝缘老化状态提供一种可靠有力的分析手段,具有一定的参考价值。     

航天器用二次电源优化设计与最坏情况分析

针对航天器用二次电源电路设计的特殊要求,采用反激拓扑主电路,并设计了输入欠压保护电路、输入/输出过压保护电路、输入限流保护电路。考虑高低温对电路三极管β值的影响,通过参数扫描分析对输入欠压保护电路元器件进行了参数优化。考虑元器件初始偏差、温度老化等对电路元器件的影响,对DC/DC电路进行了最坏情况分析,采用saber软件进行了仿真,仿真结果表明:设计的二次电源电路输出电压更加稳定且满足(13.6±0.2)V的波纹要求。     

油纸绝缘变压器介质响应电路参数辨识的研究

基于介质响应理论的回复电压测量方法能够有效地无损诊断变压器的绝缘状态,评估变压器绝缘纸中的水分含量。其中回复电压初始斜率特征量与热老化有着密切的关系,因此它也是评估绝缘老化的重要特征量。本文阐述了回复电压初始斜率在辨识介质响应等值电路参数方面具有重要的作用,并建立了利用回复电压初始斜率特征量求解介质响应等值电路参数的数学模型,该模型为含有指数函数的非线性方程组。本文利用最小二乘方法建立了数学优化模型,并应用智能优化算法求解。研究结果表明本文建立的模型是可行的,为评估变压器老化和研究新的特征量提供了新思路。     

变压器油纸绝缘极化谱的仿真研究

回复电压测量方法能有效检测变压器固体绝缘的含水量,然而对于含有局部峰值点的回复电压极化谱,难以给出明确的诊断结论.在引入扩展德拜模型基础上,建立了绝缘极化、老化过程和等值电路参数三者之间的关系,并仿真分析了电路参数的改变引起特征量和极化谱的变化规律.仿真分析结果表明,回复电压特征量的主时间常数能诊断不同几何电容的变压器...     

扩展Debye模型大时间常数与变压器油纸绝缘老化的定量关系研究

目前,应用极化/去极化电流(PDC)法量化变压器油纸绝缘系统老化状态需深入研究,为了推动该研究工作,通过一系列加速热老化试验以及吸潮试验制备了不同老化状态和水分含量的油纸绝缘样品,测量了样品的PDC图谱;借助扩展Debye电路模型拟合了PDC图谱并获取了模型参数,在深入研究老化对Debye模型参数的影响规律后提出了时域介电特征量扩展Debye模型大时间常数来量化绝缘纸板老化状态。研究结果表明,扩展Debye模型大时间常数与绝缘纸板的聚合度存在较好的指数关系,但与样品的绝缘尺寸无关。     

混联等效电路p参数诊断变压器油纸绝缘老化研究

针对油纸绝缘变压器内部绝缘介质弛豫响应的复杂性,根据油纸绝缘结构特征,结合Maxwell电路理论,提出建立混联等效电路新模型来表征油纸绝缘弛豫过程。根据混联等效电路的理论分析,推导出混联等效电路参数和回复电压的求解公式。在混联等效电路基础上,提出一个利用p参数来诊断变压器油纸绝缘老化状态的新方法,为其后续绝缘诊断奠定基础。研究结果表明:混联等效电路p参数与极化电压、充电时间变化无关,利用p参数与变压器油纸绝缘系统的纸中微水含量之间的函数表达式可准确诊断变压器油纸绝缘系统老化状况;当p在区间(+∞, 0.323)时,变压器绝缘状态良好;当p在区间(0.193, 0.323)时,变压器绝缘老化较严重;当p在区间(0, 0.193]时,变压器绝缘老化严重。     

新型Boost拓扑结构及其控制策略研究

本文提出了一种新的单相双Boost拓扑结构和相应的系统控制策略,并将其应用于APFC中。系统采用DSP实现全数字控制。分析了主电路的拓扑结构及相应的控制模式,提出了基于数字控制的PFC的实现方法。分析表明,上下双侧PFC电路可以进行独立控制,且双侧直流母线电压分别仅与本侧的控制相关。理论分析和实验结果均表明,该系统具有很高的输入功率因数和较小的输入电流谐波,而且可以获得稳定的直流母线电压。     

四级交错单相APFC的EL模型无源控制

传统线性控制策略的有源功率因数校正器(APFC)电流响应慢,动态性能和均流效果较差。针对以上缺陷,根据四级交错APFC功率电路拓扑结构,建立了电流连续模式下变换器的Eul-er-Lagrange(EL)数学模型,证明了四级交错APFC的无源性,采用状态反馈和阻尼注入的方法设计了无源控制器,并给出了仿真和实验。结果表明,所提控制方案在负载变化范围较宽的应用场合中,电流的动态响应快速,输出直流电压保持不变,很好地实现了APFC的功率因数校正和直流恒压输出功能,均流效果良好,每级APFC的电流偏差低于平均电流的10%。该控制方案不需要比例积分环节,控制简单,对输入电压,负载及系统元件参数的扰动具有较强的鲁棒性。     

基于PDC控制策略的APFC技术

分析了单相有源功率因数校正技术的原理及数字式控制现状,在此基础上提出了基于参考电流、电感电流、输入电压和参考电压的并联占空比控制的单相功率因数校正策略.改变了传统的电压电流双闭环控制策略.采用并联的电流闭环和电压闭环来控制输出电压和相位跟踪,传统占空比相应地被分为2个独立的电流占空比和电压占空比.在PSPICE环境下结合单相AC/DC拓扑进行了电路仿真,结果表明系统输入侧获得了单位功率因数,从而验证了控制策略的可行性.设计了单相AC/DC系统主电路和基于DSP的硬件控制电路,并采用C语言编程实现了单相AC/DC系统的功率因数校正功能.此外,考虑到电感电流的尖峰干扰等现象,采用了电感电流中点检测法使检测点远离开关噪声,保证了电感电流检测的准确性.仿真和实验结果基本一致,实现了系统输入侧的单位功率因数,并获得了期望的直流输出电压值.     

大功率单相数字有源功率因数校正的实现

基于DSP TMS320LF2808设计了一种传统有源功率因数校正的数字实现方案,并进行硬件电路设计和参数配置,包括高感值硅钢电感设计;系统地编制了DSP的控制程序,包括电流内环、电压外环的增量式数字PI调节器程序;设计了相应的数字除法器、乘法器和滤波器程序。最后,进行了数字APFC的试验,最大输出功率达到5．0kW,重载效率高达95％,表现出非常好的校正效果。     

Boost结构单周期控制的有源功率因数校正电路设计

以单相单周期控制Boost结构有源功率因数校正电路为研究对象,分析了有源功率因数校正技术的基本原理,并对其稳定性进行数学分析,同时推导出了单周期控制方程.基于IR1150控制芯片,用简单的电路实现该控制,因无需乘法器和检测输入电压电路,简化了电路.针对300 W实际样机,对整个功率因数校正电路的高频输入电容、Boost...     

单相有源功率因数校正电路的设计与仿真

有源功率因数校正(APFC)技术成为抑制谐波电流、提高功率因数的有效方法。研究了APFC的原理和方法,通过采用Boost型DC-DC变换器作为功率级,UC3854芯片控制脉冲宽度调制器(PWM)的占空比,并直接驱动MOSFET,使输入电流跟踪输入电压,使输入电流与输入电压接近同相位,以提高功率因数。根据设计目标要求对1.2kW400V平均电流控制的单相Boost型APFC电路的主电路及UC3854外围电路参数进行了设计和计算,使功率因数达到了0.9984,并在Orcad环境下进行仿真研究,取得了理想效果。     

并联交错数字APFC的研究

有源功率因数校正器( APFC)的应用场合日益增多,采用两级或多级并联交错APFC可以有效地降低电流纹波,减小电感尺寸,更好地应用于大功率场合.文中在首先描述两级交错并联APFC电路结构和工作原理的基础上,提出了两级均流的控制方法及其数字实现的基本方法.设计了基于dsPIC DSC的数字实现方案,采用Matlab/Si...     

基于si8250的有源功率因数校正电路研究

基于数字电源控制芯片si8250设计了有源功率因数校正电路。使用数字控制方式为电源系统提供闭环控制、系统保护和功率管驱动功能,采用电流内环与由PI调节器和数字低通滤波器组成的电压外环相结合的控制系统,实现高性能高速度的功率因数校正,与模拟控制相比具有更高的灵活性和可靠性。     

基于L6562A的APFC的建模与控制器设计

介绍了临界电流控制模式(TCM)下的有源功率因数校正(APFC)的工作原理,电路采用L6562A控制的Boost变换器拓扑,给出了APFC电路主要参数的计算方法及补偿网络的闭环设计过程。通过对APFC电路进行小信号建模,推导其控制传递函数及幅频特性、相频特性,并以此为依据,采用波特图法,利用MATHCAD设计出良好的反馈补偿网络,使得补偿后的系统稳定。根据理论分析所得参数,用SABER对补偿电路加入前、后系统进行仿真试验,仿真结果与理论计算结果吻合。在此基础上,设计了一台采用该芯片的输出功率为60 W的APFC样机。仿真及实验结果表明设计的闭环系统能够较好地提高输出电压或电流的精度和动态特性,使变换器具有良好的稳定性,高功率因数以及低THD。