基于固态切换开关的感应电机类负荷电源快速切换新策略及参数计算

舰船、电厂和钢铁等生产中的重要负荷感应电机失电后要求快速地切换至备用电源,但这类动态负荷在不利条件下所带来的瞬态冲击会产生严重的后果。为解决这一问题,提出一种基于固态切换开关(SSTS)的感应电机类负荷电源快速切换控制新策略,其在各种备用电源与主电源间相位差下,既能够快速将关键负荷从主电源切换至备用电源上,又能够有效抑制电源切换中的瞬态冲击;然后,深入分析了备用电源投入控制过程中感应电机的复杂瞬态,重点讨论了影响瞬态冲击抑制的主要因素;此外,还研究计算了已知备用电源与主电源间具有相位差时控制参数与电流峰值之间的关系,并根据电流抑制需求确定控制参数;最后,通过定子电流计算结果和实测波形,验证了所提电源快速切换控制策略及参数计算的正确性和有效性。     

UPS故障引起660 MW机组跳闸原因分析及解决措施

某660 MW机组在UPS(Uninterruptable Power Supply,不间断电源)供电系统投运时,热控电源从UPS供电回路切换至保安段供电回路,切换过程产生冲击电流,使3台给水泵液压耦合器勺管控制电源开关跳闸,3台给水泵勺管同时关闭,给水流量低低保护动作,机组跳闸。通过对UPS、热控电源、给水泵勺管控制回路等进行检查分析,确定原因为UPS电源切旁路运行的时间长,使热控UPS主回路控制电源失电,且UPS和保安段两路电源相位差大,切换过程产生冲击电流。通过完善UPS运行和检修切换方式、变更热控电源相位和更换给水泵空气开关、增加电源阻尼等优化措施,解决了电源切换产生冲击电流的问题。     

一种基于磁链偏差矢量的多模式调制切换策略

在大功率牵引传动系统中,由于受到逆变器最高开关频率的限制,在全速度范围内一般采用多模式调制。不同调制方式之间的平滑切换对于整个系统的平稳运行有重要影响。文中针对以交流电机为负载的牵引逆变器提出一种基于磁链偏差矢量的多模式切换策略,该方法以切换前后电机转矩冲击最小化为目标,只需要切换时刻的调制比信息即可对任意两种同步调制在不同相位切换前后的定子磁链偏差矢量进行快速计算,并结合多模式调制的实现方式选择偏差矢量幅值最小的最优相位进行切换。该方法在实现切换过程转矩脉动最小的基础上间接实现了电流冲击的优化,避免了复杂的计算和分析,具有非常好的通用性。仿真和实验结果验证了该切换策略的实用性。     

反电势负载的高可靠性配电研究

本文着重对工厂供配电系统中属一、二级重要负荷的异步电动机反电势负载配电电源快速切换的可靠性问题作了研究。通过理论分析指出,异步电动机稳态运行时,快速切换配电电源会引起冲击电流。它是造成备用电源自动合闸(BZT)失败的主要原因之一。该冲击电流瞬时值的大小与自动开关合闸时刻密切相关。为了把该冲击电流值减到最小,提出了过零合闸的控制方案。实验证明是行之有效的,具有实际应用价值。     

感应电动机参数对厂用电切换方式的影响

厂用电快速切换是提高负荷供电可靠性的一种重要手段.鉴于现代负荷以感应电动机为主,文中以一个典型发电厂为例,采用PSCAD/EMTDC深入分析感应电动机参数对快速切换、同期捕捉切换和残压切换的三种电源切换方式的影响.研究发现电动机惯性常数和负荷转矩负载率主要影响快速切换和同期捕捉切换;而残压切换方式主要受电动机转子电阻,励磁电抗和负荷转矩负载率的影响.该文对于研制更为有效的厂用电切换装置具有一定的参考意义.     

发电厂厂用电源切换技术研究

分析了发电厂传统的厂用电切换方式,指出厂站备用电正常切换应是2个电源的同期操作．而事故切换是备用电源与仅靠惯性而无后续动力支持的电动机群的电气对接。进而对影响电动机群自启动的主要因素进行了分析,并对感应电动机静态电压特性及厂用电母线残压特性进行了研究,最后明确指出事故切换应综合考虑备用电源电压和厂用电母线残压的相量差及残压状况选择合适的时机。     

一种UPS逆变输出相位控制策略

UPS逆变输出与电网同步性是衡量UPS的一个重要指标。探讨一种UPS逆变输出相位反馈控制策略,通过软件锁相获取电网相位,作为逆变输出相位基准,再经反馈控制使逆变输出相位精确跟踪基准相位。在理论分析基础上设计了逆变器输出相位反馈控制的补偿网络,并在三电平UPS逆变器平台上对该控制方法进行验证,结果表明该方法能够实现逆变输出与电网同步。     

感应电动机失电残压的研究及其对重合过程的影响

由于失电残压的存在,对感应电动机进行重合闸或备用电源再投入操作时可能会引起大的冲击电流和冲击转矩,对电源与电动机造成危害,并引发线路保护误动及电能质量下降等问题。文章通过建立空间向量下的感应电动机模型来研究失电后电动机内部的电磁变化规律,推导出了感应电动机的失电残压解析式,并分析了电机在不同时刻恢复电源时引起的冲击电流与冲击转矩。     

感应电机电源切换中残压和电压差的研究及最优切换策略

为了在不同备用电源下均能够尽可能地抑制感应电机电源切换中的冲击问题,有必要寻求最优电源切换方式,并在考虑开关动作时间下确定最有利切换时刻,为此,需要对断电后定子残压及其与不同备用电源间的电压差和相角差进行更加准确的定量研究。本文首先根据感应电机断电后的定子电流实测波形,发现电机断电后依次进入两个阶段——定子两相不对称瞬态和转子自由运动阶段,这种考虑必然提高定子残压的准确定量计算;然后,基于感应电机对称、不对称空间矢量模型,对断电过程两个阶段分别进行深入的解析推导,求得定子残压解析表达式;最后,重点研究定子残压及其与不同备用电源间的电压差和相角差特性,据此确定最优电源切换策略和最有利切换时刻,并通过感应电机电源切换实测结果验证了所得结论的正确性和可行性。     

新型电源快速切换方法的研究与实现

快切装置支持不同的切换方法：快速切换,同相捕捉切换,残压切换等。快速切换在理论上是最优的切换方法。快速切换的切换速度越快,负荷断电时间越短,切换时对备用电源和电动机负荷造成的电流冲击和扭矩冲击越小。但在实际应用时,快速切换的定值难以整定,容易错过快速切换的时机。本文基于对母线残压特性和切换过程中冲击响应的研究和分析,提出了一种新型的基于残压特性预测的实时快速切换的方法,并且分析了实时快速切换的优缺点。     

Active power flow control in a distribution system using discontinuous voltage controller

This paper proposes a hybrid discontinuous control methodology for a voltage source converter (VSC), which is used in an uninterrupted power supply (UPS) application. The UPS controls the voltage at the point of common coupling (PCC). An LC filter is connected at the output of the VSC to bypass switching harmonics. With the help of both filter inductor current and filter capacitor voltage control, the voltage across the filter capacitor is controlled. Based on the voltage error, the control is switched between current and voltage control modes. In this scheme, an extra diode state is used that makes the VSC output current discontinuous. This diode state reduces the switching losses. The UPS controls the active power it supplies to a three-phase, four-wire distribution system. This gives a full flexibility to the grid to buy power from the UPS system depending on its cost and load requirement at any given time. The scheme is validated through simulation using PSCAD.     

一种新型晶体管小功率UPS系列电源的研究

介绍了一种小功率UPS系统.着重分析了通过静态开关,用以使主电源和备用电源随时进行快速切换的锁相同步跟踪技术与理论,并对整体设计做了简要地阐述.     

阻抗隔离型中压并联式UPS控制策略研究

UPS作为高敏感、大容量负荷的电力保障设备,能在电网受到扰动或发生故障时为负荷提供安全可靠的供电。提出了一种适用于并联连接至中压配电网的阻抗隔离型UPS的控制设计思路。为使UPS外部输出特性兼具响应速度和抗扰性能,内部三相逆变器采用了基于电压控制型虚拟同步发电机技术的功率控制及电压电流双闭环控制,配合电网电压和频率偏差响应,保证负载电压稳定,并实现网侧接近单位功率因数运行;设计了电网故障的隔离及故障恢复后的准同步并网控制策略,实现UPS系统离并网过程的无缝切换。最后在PSCAD/EMTDC上搭建了UPS系统运行的仿真模型,验证了所研究拓扑及控制策略的有效性和可行性。     

SPWM逆变电源的无互联信号线并联控制技术

该文提出了一种可适用于分布式发电系统或大容量UPS系统的高性能数模混合型逆变电源无线并联控制方案。这种控制技术以DSP为核心，通过检测逆变电源自身的输出功率来对高性能模拟SPWM逆变电源的电压幅值及频率进行下垂控制，从而实现了逆变电源的并联同步运行。实验结果表明，逆变电源均分负载电流的效果很好，逆变电源之间的环流很小。     

An adaptive sliding-mode control technique for three-phase UPS system with auto-tuning of switching gain

This paper presents an adaptive sliding-mode control (ASMC) technique for a three-phase UPS system with an auto-tuning mechanism of the switching gain. First, a sliding-mode control (SMC) scheme for the three-phase UPS inverter is designed to guarantee the robustness against the system uncertainties and external disturbances. Then, through addition of an adaptive control term, the ASMC algorithm is developed to optimize the switching gain without the prior information of the unknown and bounded uncertainties. It is shown that the upper bounds of the uncertainties are not required to be known in the SMC design. Also, the chattering problem in the reaching mode is considerably alleviated and the excessive use of electric power can be reduced by avoiding overestimation of the switching gain. Both the stability and robustness of the proposed ASMC method are proven by using the Lyapunov theory. In addition, a simple sliding-mode observer is used to estimate the load current without any additional current sensors. Therefore, the proposed ASMC system can accomplish the superior control performance (such as faster voltage recovery under a sudden load change, smaller steady-state error under parameter deviations, and lower THD under nonlinear load) compared to the conventional SMC scheme. Finally, the performance verifications of the proposed algorithm are carried out through the comparative simulation and experimental results on a prototype 1-kVA three-phase UPS inverter using TMS320F28335 DSP.     

UPS中三电平逆变器分析与设计

由于三电平逆变器可以提高输出电压波形质量,降低开关管耐压和减小电感损耗,因此在大、中、小功率场合得到了越来越广泛的应用.以三电平逆变器的最常用拓扑--二极管箝位型三电平逆变器拓扑为研究对象,结合它在不间断电源(UPS)中的具体应用,详细分析了其工作原理,并建立了其基本数学模型.依据得到的数学模型设计了解耦控制器,从而可以完全按照两电平逆变器的控制器来设计三电平逆变器的控制器.实验结果证实了理论分析和控制器设计的正确性.     

电机驱动用新型谐振直流环节电压源逆变器

为了实现电机控制系统的高功率密度和高性能运行,必须提高逆变器的工作频率以提高功率变换器的效率和增强性能。然而,较高的工作频率会引起严重的电磁干扰和开关损耗从而导致系统整体效率降低。软开关技术被认为是解决上述问题的有效方法,结合软开关技术的优点和脉宽调制(pulse width modulation, PWM)控制的特点,提出了一种新的用于电机驱动系统的谐振直流环节软开关电压源逆变器,通过在传统硬开关逆变器的直流环节添加辅助谐振单元,实现了逆变桥开关器件的PWM软开关动作,同时,辅助谐振单元的开关也为软开关操作。文中阐述了该软开关逆变器拓扑的动作时序和动作模式,并对软开关动作时序的瞬态过渡过程进行了数学分析。对提出的新型软开关逆变器驱动无刷直流电机进行了仿真和实验研究,结果验证了电路结构和理论分析的正确性与可行性。     

DC–AC Cascaded H-Bridge Multilevel Boost Inverter With No Inductors for Electric/Hybrid Electric Vehicle Applications

This paper presents a cascaded H-bridge multilevel boost inverter for electric vehicle (EV) and hybrid EV (HEV) applications implemented without the use of inductors. Currently available power inverter systems for HEVs use a dc–dc boost converter to boost the battery voltage for a traditional three-phase inverter. The present HEV traction drive inverters have low power density, are expensive, and have low efficiency because they need a bulky inductor. A cascaded H-bridge multilevel boost inverter design for EV and HEV applications implemented without the use of inductors is proposed in this paper. Traditionally, each H-bridge needs a dc power supply. The proposed design uses a standard three-leg inverter (one leg for each phase) and an H-bridge in series with each inverter leg which uses a capacitor as the dc power source. A fundamental switching scheme is used to do modulation control and to produce a five-level phase voltage. Experiments show that the proposed dc–ac cascaded H-bridge multilevel boost inverter can output a boosted ac voltage without the use of inductors.      

一种新型的大功率高性能逆变电源控制方案

分析了采用双极PWM方式的带电流内环的电压控制系统的特性，提出了一种新型的适用于大功率高性能逆变电源的控制方案。该方案将单相全桥逆变器的二重化同步 PWM技术与多环反馈控制方法结合起来，使逆变电源在开关频率不高及频波器参数不大的情况下，输出电压仍然是低谐波含量的高品质正弦波，同时系统具有优异的稳压特性、动态特性、对非线性负载的适应性以及小的电压调制量。该控制方案的有效性已经 在单相30KVA逆变电源实验样机上得到证实。     

一种用耦合电感实现零电压零电流开关的移相全桥变换器

在高压大功率场合,通常用IGBT作为开关器件。由于其关断的电流拖尾现象,IGBT零电流关断能有效减小开关损耗。提出一种新型移相全桥零电压零电流开关(ZVZCS)方案,通过1个双绕组的耦合电感和2个二极管实现滞后臂开关管在宽负载范围的零电流关断(ZCS)。所增加的二极管可以实现软开关,耦合电感的漏感并不会对增加的二极管产生附加的电压应力。为减小耦合电感的励磁电流对ZCS的影响,通过在所增加的2个二极管上各并联一个小电容,在不增大耦合电感尺寸的条件下增加复位电压的作用时间,保证滞后臂开关管的ZCS。在理论分析的基础上进行了计算机仿真,并设计了一台开关频率为68 k Hz、输出为100 V/10 A的样机进行实验验证。仿真和实验结果证明了所提方案的有效性。