阶梯波多电平变换器特定谐波消除的完全解

针对数值算法和智能算法在求解阶梯波多电平变换器特定谐波消除问题时存在初值选取困难且只能求得部分解的问题,依据Groebner基和对称多项式理论的代数算法,将多元高次多项式方程组的求解转化为一元高次多项式方程和线性方程组的求解,给出了无需选取初值且能得出方程组的所有解的求解方法。与目前已有的其他代数算法(例如结式消元法、吴方法)相比,所能求解的开关点数大幅提升。给出了三相13电平阶梯波变换器在全调制比范围内开关角度的所有解,并通过实验对解的正确性进行了验证。     

PWM型开关变换器闭环系统时域分析的精细积分法

为了探讨开关变换器的拓扑结构计算方法,将精细积分法应用于开关变换器闭环系统的时域分析,利用递推的方法求解指数矩阵,将分段线性开关网络转化为离散时域方程,并用二次插值算法求解开关切换的时刻。实例仿真表明,该方法使得方程的求解精确度高且仿真时间短,各拓扑切换时刻的确定简单而高效。     

线性低频正弦磁场的边界元分析

运用边界元法求解二维线性低频正弦磁场的问题,给出了边界单元在混合插值方案下的各离散积分表达式,求出了奇异积分的解析表达式。引入了τ方法计算特殊函数值,加快了级数的收敛速度,提高了求解精度,并给出算例。     

求解特定消谐逆变器开关角度的完备算法

数值算法和智能算法在求解特定消谐方程组时存在诸多局限,例如初值选取困难,只能得到局部最优解等。针对此问题,提出一种基于groebner基的完备算法。首先将消谐方程组转化为多项式方程组,再通过计算此多项式方程组在纯字典序下的约化groebner基将其化为三角列,最后通过逐次的代入求解并结合约束条件完成对消谐方程组的求解。此方法的优点是无需给定初值且能够求出方程组的所有解,进而得到全局最优解,对于开关点数小于9的单相逆变器和开关点数小于6的三相逆变器都能快速有效求解。仿真结果验证了该方法所求开关角度的有效性。     

面向中压交直流配电网的高频链直流固态 变换器损耗模型和分析

高频链直流固态变换器(DCSSC)是中压交直流配电系统的关键设备之一。针对传统方法未考虑硬开关运行问题,本文提出了一种基于输入串联输出并联双有源桥的高频链固态变换器损耗计算方法。分析了高频链直流固态变换器软开关和硬开关工况下的工作原理,给出了不同阶段下开关器件有效导通时间,推导了软开关和硬开关下的电流平均值和有效值解析模型。建立了高频链直流固态变换器的通态损耗和开关损耗模型,给出了改进型高频变压器损耗计算方法。最后通过Matlab和PSIM仿真软件在开关频率和传输功率变化情况下对高频链固态变换器的各部分损耗分布和系统效率进行了验证和分析。     

一种高增益Cuk变换器

为了提高传统Cuk变换器的电压增益和变换器工作效率、同时减小电流纹波和变换器的体积重量。提出一种适用于光伏发电系统的高增益Cuk变换器。利用带有自举电容的开关电感单元替代传统Cuk变换器中的输入电感,并对开关电感单元与输出电感进行了磁集成。分析了变换器的工作模态,推导得到了变换器电压增益表达式;分析了二极管与开关管电压应力的大小,给出了电感耦合度的设计准则。给出了高增益Cuk变换器集成磁件设计方案,并给出了设计方法。与传统Cuk变换器相比,高增益Cuk变换器的电压增益提高了2倍。仿真与样机实验结果验证了理论分析的正确性,表明提出的高增益Cuk变换器具有优良的综合性能。     

基于PSCAD／EMTDC的开关元件的暂态仿真算法研究

提出了开关元件在电力系统电磁暂态仿真中的仿真算法问题,并以PSCAD／EMTDC仿真程序中采用的插值算法为例,详细介绍了电磁暂态仿真中开关元件的仿真算法。采用插值算法可以精确确定这些开关性元件的通断时刻,实现开关元件暂态等值计算电路的求解。     

磁集成隔离型开关电感Sepic变换器研究

针对传统Sepic变换器电压增益低,电感电流纹波大,电磁干扰严重等不足,提出了具有磁集成技术的隔离型开关电感Sepic变换器,该变换器将传统Sepic变换器中的储能电感替代为开关电感,加入隔离变压器实现电气隔离,并将开关电感与变压器进行磁集成。详细分析了该变换器的工作过程,推导了电压增益表达式与电感电流纹波表达式,并给出了磁集成设计方案。该变换器电压增益为传统Sepic变换器的N(1+D)倍,电感电流纹波减小为传统Sepic变换器的一半。最后通过实验验证了所提变换器的合理性。     

磁集成开关电感高增益Sepic变换器

将开关电感引入基本Sepic变换器,同时对变换器中所有电感进行磁集成以减小电感电流纹波或提高电压增益,同时减少磁性元器件的数量,提高变换器功率密度。分析了变换器工作模态,获得了变换器电压增益表达式;分析了变换器电感电流纹波与磁集成耦合系数的数学关系,给出了电感耦合系数设计准则;分析了变换器动态响应和开关管电压应力,给出耦合系数与动态响应的关系;制作了实验样机,验证了理论分析结果。     

基于遗传算法的PWM斩波变换器优化设计

基于遗传算法对斩波变换器的数学模型中的优化目标及约束因子进行分析,将每半个工频周期开关k次的斩波变换器的输出电压表示为傅里叶级数的形式,以最优开关角度为控制量,输出电压和谐波含量最小为目标,构成多目标优化问题。利用遗传算法求解非线性规划问题的优势,将遗传算法用于斩波变换器控制参数(开关角)的优化设计。优化结果表明,采用改进的遗传算法用于斩波变换器控制参数(开关角)的优化设计,能取得令人满意的结果。     

基于切比雪夫窗的电力系统谐波/间谐波高精度分析方法

基于离散傅里叶变换的谐波分析方法通常采用加窗插值的方式来减小频谱泄漏和栅栏效应的影响。针对谐波/间谐波及负频率成分对关注频率存在频谱干扰,提出了基于切比雪夫窗的高精度谐波/间谐波分析方法。对信号加切比雪夫窗截断,并采用相位旋转及奇数点插值的方法,求解信号的频率、幅值和相角,极大地抑制了频谱泄漏。对经典谐波信号和电力谐波信号进行了仿真分析,计算结果表明,所提出的方法在谐波/间谐波测量上具有更高的测量精度,并且具有一定的抗噪性。     

基于Walsh变换的多电平逆变器谐波消除技术

将Walsh函数引入到多电平逆变器选择性消谐法(SHE)开关角的求解中.为此,在介绍Fourier-Walsh变换的基础上,得出了级联型多电平逆变器基于Walsh函数的消谐模型,并提出了一种快速求解消谐模型在基波幅值整个变化范围内开关角的全部解的方法.应用分析表明所提方法是可行的,级联型多电平逆变器开关角的解是关于基波幅值的分段线性方程.因此,所得的分段线性方程解决了逆变器SHEPWM技术在线求解开关角的难题.最后,多个算例的计算结果和实验结果证实了该方法的正确性.     

Application of differential evolution for cascaded multilevel VSI with harmonics elimination PWM switching

Harmonic elimination pulse width modulation (HEPWM) method has been widely applied to multilevel voltage source inverter (MVSI) to remove low frequency harmonics from its output voltage. However, the computation of the HEPWM switching angles for MVSI is very challenging due to several constraints, namely angle sequencing, very tight angular spacing and the numerous possibilities of angles distribution ratio. Realizing the potential of Differential Evolution (DE) to handle complex problems, this work proposes its application to solve the HEPWM problem for cascaded MVSI. Its emphasis is on improving the availability of HEPWM for higher output voltage by extending the maximum range of modulation index (M). It also removes the discontinuities in the switching angles and reduces the number of distribution ratio required to obtain the required solution. Compared to the most advanced (similar) work, i.e., 7-level MVSI with seventeen switching angles, DE covers a wider range of M; the maximum achievable M is 2.80. Furthermore, it exhibits very low second order distortion factor (DF₂): for the worst case, the value of DF₂ is 0.0014%. To verify the viability of the proposed algorithm, simulation is carried out and hardware prototype is constructed. Both results show very good agreement with the theoretical prediction.     

级联多电平逆变器全调制比的特定谐波消除

级联多电平逆变器采用阶梯波调制策略虽然能够产生所需要的基波电压而又不产生低次谐波,但该方法只能在很高的调制比下才能应用,而在中低调制比下不存在具有实际意义的解.为了解决这个调制宽度问题,提出了用多段调制模式的办法来计算级联多电平逆变器的开关角度.本文中利用四段式的方法证明了在中低调制比下,具有实际意义的开关角度仍然存在.针对特定消谐方程组的求解,本文提出一种高效的同伦迭代计算方法,通过将非线性方程组转化为偏微分方程组,然后采用龙格库塔法对其进行求解,最后将该值作为迭代算法的初值继续计算即可求得.对比其他的迭代法,该方法具有很宽的收敛范围.实验结果证明了这种多段式调制模式以及同伦迭代算法的可行性和正确性.     

微电网日内调度计划的混合整数规划模型

为进一步调和微电网日内调度计划模型求解速度与精度的矛盾,提出了一种适用于微电网日内调度计划的混合整数规划模型。构建了蓄电池充放电过程模型,能有效计及充放电循环次数和老化成本;在现有微电网经济调度模型的基础上,建立了考虑电压幅值的线性化潮流方程、基于解析几何的线性化支路容量、公共连接点功率交换和功率因数限制等约束模型。通过算例验证所提模型,结果表明:1所提模型求解精度高,快速稳定收敛于全局最优解,且不依赖于初值;2蓄电池充放电过程模型符合工程实际,克服了现有模型中蓄电池频繁充放电加剧老化的局限性。     

基于SHEPWM的三电平NPC逆变器中点电位平衡控制算法

以三电平中性点钳位型(NPC)逆变器为对象,提出基于特定次谐波消除脉宽调制(SHEPWM)的中点电位平衡控制算法。首先介绍空间矢量脉宽调制中点电位平衡原理与SHEPWM开关角求解模型,然后分析三相SHEPWM波形在不同调制度下对应的开关矢量序列和作用角度,基于此设计了三种冗余矢量调整方案,最后通过检测负载电流与中点电位,由中点电位滞环控制器和控制逻辑组合作用,直接对三相脉宽调制信号进行在线调整,实现中点电位平衡。实验结果表明:不同的矢量调整方案具有不同的中点电位平衡速度、平均开关频率等,但均不影响线电压的谐波消除能力;采用中点电位三级滞环控制器可兼顾中点电位平衡、波形对称、共模电压幅值,且不增加器件开关次数。     

基于能量函数的暂态稳定概率分析方法

考虑到系统故障类型，故障位置，故障切除时间以及系统负荷水平的随机特性，传统的确定型稳定分析方法不足以反映系统的这些概率特性，因此概率稳定分析是对传统确定型稳定性分析方法的一种重要补充，文中提出一种基于能量函数的暂态稳定概率评估方法，分析了能量裕度与故障切除时间之间的变化规律，并用一待定系数的函数关系式，通过少数的系统采样来确定其函数关系。同时考虑断路器动作时间的不确定性因素，提出了一种计算故障后系统稳定概率的方法。与传统的蒙特卡罗概率分析方法相比，该方法不需要大量的仿真计算，大大减少了稳定分析的计算量。     

基于随机牛顿法(SNM)的级联多电平逆变器特定谐波消除

特定谐波消除脉宽调制(SHEPWM)技术,通过计算最优的开关角度,在保证期望基波电压输出的同时有效消除选定的低次谐波,具有开关频率低、波形质量高等一系列优点。为了提高SHEPWM非线性方程组的求解可靠性和快速性,提出了将粒子群优化算法(PSO)与牛顿迭代法相结合的随机牛顿法(SNM),通过Matlab编程求解SHEPWM非线性方程组验证了SNM求解的可靠性和快速性。最后通过搭建单相7电平级联H桥逆变器和三相D型接线11电平级联H桥逆变器仿真实验系统,验证了SNM求解的开关角度能够实现基波控制目标并有效消除选定的低次谐波。     

多元多项式理论在NPC逆变器消谐中的应用研究

针对传统迭代方法求解非线性消谐方程组存在的不足，提出应用多元多项式理论消除中点箝位式(neatral point-clamped, NPC)三电平逆变器中的谐波技术。文中以消除5、7、11次谐波为例，说明了在求开关角过程中如何应用初等对称多项式降幂和结式理论消元，并总结出应用多项式理论求解消谐方程的一般性步骤。研究表明，该方法一方面克服了数值求解消谐非线性方程组迭代初值选择困难的情况，另一方面可以求得精确全局解，而且借助数学计算软件求解速度快、实时性强。最后对求出的两组开关角进行了仿真和实验验证，结果证明了方法的有效性。