基于分数阶滑模控制的直接矩阵变换器控制策略研究

直接矩阵变换器是一个无中间直流环节的AC-AC变换器,但是它和传统的间接矩阵变换器一样,在电网电压不平衡时其输出性能会下降。针对这一问题,提出了一种分数阶滑模控制以改善矩阵变换器的输出性能。首先,分析了矩阵变换器的拓扑结构和数学模型,得到了不平衡电网下的输出功率,并且根据输出功率表达式设计对应的输出补偿。其次,结合控制目标和直接矩阵变换器的数学模型设计出应用于不平衡电网的分数阶滑模控制器。所设计的控制器旨在实现恒定的有功功率,同时以单位功率因数输入。接着,结合输出补偿使输出的有功功率无脉动,同时无功功率能够跟踪参考信号。最后,在Matlab/Simulink和RT-LAB实验平台建立对应模型,验证该算法的有效性。实验结果表明,分数阶滑模控制在控制性能上要明显优于传统PI控制。     

含深度学习代理模型的有源配电网电压无功控制进化算法

分布式可再生能源的大规模接入,加剧了有源配电网(Active Distribution Network, ADN)的三相不平衡,容易导致系统电压越限与线损增加。然而,由于当前配电网量测设备安装不全,部分节点负荷数据难以准确获取,因此传统基于全局观测的ADN电压控制方法难以满足实际控制需求。为解决上述问题,提出一种含深度学习代理模型的电压无功控制(Volt/Var control, VVC)进化算法。设计以高速公路神经网络为代理模型,精确拟合局部量测负荷信息、调压控制策略与系统性能指标之间的映射关系。将训练后的代理模型嵌入非支配排序遗传算法的迭代寻优过程中,对电压偏移率、三相不平衡度及线路损耗指标进行直接计算,实现数据驱动的配电网VVC策略快速求取。在改进的IEEE 123节点三相配电网算例上进行测试,验证了所提算法的性能优势及求解效率。     

基于断线扰动的电压控制区域边界节点修正方法

电压控制区域(Voltage Control Area, VCA)之间具有弱耦合性,修正VCA能够提升区域内电压变化的一致性,从而优化电网分区结果。传统分区修正法存在计算量大、PV节点归并缺乏理论依据等问题。因此,提出了一种修正VCA边界节点的方法,可以有效减少分区修正的计算量。所提方法采用小元素去除法得到各阈值下的电网划分结果,以Q-V曲线为判据选取各划分结果中最佳阈值对应的准分区。基于区域间的弱耦合性,采用所提方法修正准分区,得到优化后的分区结果。所提方法针对准分区的边界节点进行断线修正,并采用平均电气距离归并剩余的PV节点,不仅能减少分区修正的计算量,而且为各区域无功源的合理分配提供了理论依据。以新英格兰10机39节点系统为算例,通过仿真分析验证了所提方法的有效性。     

基于能量平衡的模块化多电平变换器调制方法

基于模块化多电平变换器（modular multilevel converter, MMC）的DC/DC变换器因其模块化结构,容易实现低中高压之间的电压转换而广泛应用于直流配电网。该文研究了一种基于模块化多电平变换器的电隔离双向DC/DC变换器,根据DAB变换器的典型两电平电压波形,提出了一种基于能量平衡的模块化多电平变换器调制方法,可以在离散水平上产生适应的电压增益,并对MMC桥臂子模块电压平衡关系和能量平衡关系进行了理论分析,最后通过仿真方法验证了所提出的基于能量平衡的模块化多电平变换器调制方法的性能要优于经典能量平衡策略。     

一种电弧引燃电缆的电气火源模拟方法

模拟故障电弧引燃电缆的火源对电缆火灾模拟试验和防火性能评估十分重要,现有的电气火源大多基于化学燃烧,较难反映故障电弧引燃特点,为了模拟故障电弧引燃电缆,本文开发了一种基于电弧的火源。首先,本文分析了110 kV电缆发生接地线被盗或两侧交叉互联线被盗等故障时金属铠装层上的感应电压,其可高达数千伏。其次,对比研究了工频交流电压和20 kHz交流电压条件下金属护套对地电弧和雅各布天梯电弧的击穿前电压与维持电压,发现两者电弧击穿与维持特性接近。进一步提出了基于雅各布天梯电弧引燃电缆的电气火源模拟方法,并实验验证了该火源能够使110 kV电缆引燃和火焰蔓延。所得结论为：高频雅各布天梯电弧能够模拟故障电弧特点并有效引燃110 kV电缆。     

空间电荷及金属颗粒对换流变阀侧套管的电场分布影响

换流变压器阀侧套管承受交、直流复合电压,对套管的性能和质量有严格的要求。直流电压下,不同介质界面处空间电荷积聚会引起局部电场的畸变,金属颗粒的存在也会大幅提高局部场强,二者均会降低套管的绝缘性能。文中根据换流变压器阀侧套管的结构,采用有限元分析软件,建立了阀侧套管的仿真模型,分析了加入空间电荷后不同类型电压下套管的电场分布以及金属颗粒对局部电场的影响。结果表明,直流电压下介质界面处空间电荷更容易积聚,交直流复合电压下空间电荷能够引发套管内部局部电场的畸变。与交流电压相比,直流电压下金属颗粒对局部电场的畸变程度影响更大,在SF₆气体中金属颗粒对电场畸变程度的影响大小与其所在位置的关系不大。     

磁集成开关电容高增益级联Boost变换器

为进一步改善基本级联Boost变换器的电压增益等关键性能,提出了一种磁集成开关电容高增益级联Boost变换器。该变换器利用拆分开关电容的两个倍压单元,使之与级联变换器的前级储能结构重新组合,同时将磁集成技术应用其中,一方面实现高电压增益,同时减小开关管的电压应力与电感电流纹波。分析变换器的各个工作模态,推导出性能参数,给出了磁集成设计方案,最后通过仿真和实验样机实验,验证了理论分析的正确性。     

应用于水处理的高频数字化电源

高频电源可实现高频功率输出,其后再加特定装置产生磁场,用以研究高频磁场下水的特性变化。为了在宽功率范围实现移相全桥的零电压开关ZVS （zero-voltage-switching）,提高整机效率,在Boost-PWM与移相PWM双自由度控制的基础上提出一种基于模型前馈的控制方法。通过建立输出功率模型,加以模型前馈控制,结合闭环PI控制,不但可以保证输出功率满足要求和全功率范围内实现ZVS,还能够提高对于负载突变时的动态性能。首先提出该高频变换器的拓扑结构,再详细分析其工作原理和运行状态,得到精确的基于负载输出功率数学模型,给出相对应的输出功率范围和ZVS软开关范围,最终设计基于DSP和碳化硅（SiC） MOS管的电源样机。实验结果验证了所提理论的正确性,且该电源可以满足水处理实验的基本要求。     

半桥三电平双有源桥不对称均压控制策略

半桥三电平双有源桥(HBTL-DAB)电路工作时必须解决三电平侧上下直流母线电容均压问题,在传统对称控制模式中,可通过微调占空比的方法,实现带载情况下的电容电压均衡控制。然而在空载情况下,对称控制模式难以从控制策略上实现上下直流母线电容电压的均衡调节。针对该问题,文中提出一种针对HBTL-DAB电路的不对称控制方法,首先从理论上分析对称模式不能均压的原因,进而根据不对称方法计算空载时上下直流母线电容分别在正负半周期内传输的能量偏差。通过调节该能量偏差实现上下直流母线电容电压的均衡控制,并同时指出影响电压均衡控制效果的主要因素。最后通过仿真,对所述不对称控制方法在多种工况下的运行情况进行验证。结果表明,无论是外部持续存在不平衡因素的工况、只存在初始不平衡因素的工况,还是内部存在脉冲误差的工况,不对称控制方法都能实现空载和带载时的电压均衡控制。     

基于BAS-BP分类器模型的电压暂降源识别

为提高不同电压暂降扰动源的识别正确率,对电压暂降进行有效治理,提出一种利用天牛须搜索(BAS)算法和反向传播(BP)神经网络构建BAS-BP分类器模型的电压暂降源识别方法。文中应用改进S变换提取16个特征指标,组成电压暂降源识别指标体系,为消除冗余信息对分类结果的影响,利用组合赋权法筛选出9个指标作为分类器的输入量。通过BAS算法对BP神经网络的初始权值和阈值寻优,构建BAS-BP分类器模型,实现对配电网不同类型电压暂降源的识别。仿真结果表明,该分类器模型具有一定的抗噪能力与适用性,并且与常规分类器模型相比,具有更好的分类效果。