模块化多电平换流器小信号模型及开环响应时间常数分析
摘要：模块化多电平换流器（modular multi—level converter，MMC）由于其交直流电压由分散储能的子模块电容建立，因此分析其主电路参数与动态响应的关系非常困难。为给MMC．HVDC工程控制器的设计提供依据，分析此类系统一般运动模型和控制模型的建立过程，推导旋转坐标系下的子模块平均值受控源解耦模型和换流器状态空间方程；利用系统稳态工作点附近的小信号模型得到开环传递函数和动态响应表达式。最后针对中国电力科学研究院开发的MMC-HVDC动模仿真装置，利用经验公式和该文的方法分别计算开环响应时间常数，对比结果证明理论分析的正确性。模块化多电平换流器子模块电容电压波动与内部环流分析
摘要：为了分析模块化多电平换流器（modular multilevel converter，MMC）子模块电容电压波动和内部环流的基本成分，以开关函数为出发点，对电容电压波动和环流进行了数学分析。分析结果表明：基频波动和2倍频波动是电容电压波动的基本成分，并得出其解析表达式；内部环流仅包含偶次谐波成分，且以2次谐波环流为主，并给出其幅值的解析表达式。针对环流对MMC运行的影响，分析了MMC交流侧相电压中的谐波成分，结果表明环流导致MMC输出相电压中的奇次谐波含量增大，尤以3次谐波最为明显，且给出了3次谐波幅值的计算表达式。仿真结果表明上述理论分析是准确的，为子模块电容值和桥臂电感的选取提供了理论基础。±800kV／4750A特高压直流输电换流阀研制
摘要：中国电力科学研究院成功研制了具有完全自主知识产权的±800kV／4750A特高压直流换流阀，并通过了型式试验。分析换流阀研制所涉及的基础理论和关键技术。从工作原理、运行工况、电气拓扑和宽频模型等角度完成对换流阀的物理解构；研究换流阀设计开发工作所涉及的暂态电磁特性分析技术、非线性组件协调配合技术、晶闸管反向恢复过程的解析逼近与动态仿真模型、抗震设计技术、换流阀系统热力场分析与冷却技术、自适应换流阀触发监控系统等系列关键技术。从关键零部件、阀模块样机及阀塔样机研制3个层面分析换流阀样机的主要设计理念、设计原则和技术特点。大功率三电平逆变器开关动态特性在线测试方法研究
摘要：大功率逆变器的动态特性在线测试是电力电子逆变器的一个重要研究方向。多电平系统由于元器件多，结构复杂，其开关动态在线测试极为困难，但此工作对于设计、研制高性能逆变器系统，实现状态监测、故障预防，提高逆变器工作的可靠性有着重要的意义。该文研究大功率三电平逆变器开关器件的动态特性在线测试方法，提出多电平逆变器功率开关状态可测性的概念。所提的方法很好地解决了在线测试的几个关键问题，包括：海量数据的传输处理、全状态参数同步检测控制、功率器件开关过程的高速数据采样、系统状态参数的直接和间接的提取和推算等。在750kVA三电平变频调速系统上成功实现了各种负载工况下的实时在线测量。该文所讨论的开关特性在线测试方法和系统可有效扩展到三电平以上的多电平实时在线测试技术中。基于运行模式分析的逆变器功率管开路故障诊断方法
摘要：提出一种新型逆变器功率管开路故障的在线诊断与定位方法。该方法在逆变器开关函数模型和运行模式分析的基础上，根据故障和正常状态下桥臂下管承受电压的不同，采用简单的硬件电路来实现，具有成本低、可靠性高、诊断时间短、适用性强等优点。对逆变器的运行模式进行研究，分别对正常状态和上下管开路故障状态时下管电压的实际值进行分析。分析结果表明，与由开关函数模型得到的下管电压估计值相比，上管和下管开路故障将产生不同的误差电压。另外，功率管开关延时、死区时间及测量噪声也会引起误差电压的产生，为了保障诊断的有效性需要加以消除。对于开关延时及测量噪声带来的误差电压，采用阈值比较和脉宽限制的方法将其滤除；同时通过将误差电压与开关信号进行调制，有效地消除了死区时间内的误差电压。给出硬件实现方法，在永磁同步电机矢量控制系统中进行实验验证。该方法不受闭环控制策略的影响，从表现出故障态到诊断输出的时间在10μm以内。峰值电流模式控制非理想Buck变换器系统建模
摘要：为提高开关变换器系统建模的精度，减少模型与实际电路之间的偏差，更好地指导系统芯片设计，基于能量守恒法和开关元件平均建模法，考虑各元件等效寄生参数及电感电流纹波等非理想因素的影响，加之输出电流波动对电路性能的影响，”建立包含输出阻抗的非理想Buck变换器功率级小信号模型。在此基础上，对峰值电流模式控制非理想Buck变换器的控制环路进行了非理想参数建模，最终建立起整个峰值电流模式控制的非理想Buck变换器系统小信号模型。通过模型分析以及在Matlab中的仿真可以看出，所建模型直观、有效、实用，且物理意义清晰，能够更加准确地反映实际电路的工作情况。一种新的不连续PWM统一化实现方法
摘要：针对三相电压源逆变器，提出一种新的实现DPWMMAX，DPWMMIN，DPWM0，DPWM1，DPWM2，DPWM3（统称为DPWMx）调制策略的统一化方法。文中将6扇区矢量图划分为12扇区，对各种传统III型DPWMx不连续调制策略参考电压进行分析与归纳，总结出III型DPWMx不连续调制策略参考电压与其对应的I型DPWMx连续调制参考电压的线性变换关系，并讨论I型与III型DPWMx调制策略的本质联系，从而为不连续调制策略的分析与实现提供一种新思路。理论上分析采用统一线性变换法实现各种DPWMx策略的可行性，仿真与实验结果验证了该方法的有效性与正确性。同步发电机不同实用模型的大扰动特性对比研究
摘要：为了研究同步发电机3种实用模型对电力系统大扰动特性和暂态稳定极限的影响，采用aqO坐标系下的实用模型与abe坐标系下的电网模型联立求解的方法，推导了发电机与电网接口关系的方程，建立了以实用模型为基础的单机双回线无穷大系统，并以经过试验验证的场-路-网耦合时步有限元模型作为标准响应，对各实用模型进行校验。采用上述模型对300Mw同步发电机进行仿真计算表明：3种实用模型的大扰动特性存在明显差异，且暂态稳定极限都较为保守；额定励磁下，实用模型与时步有限元的暂态稳定极限最大相差8．8％。研究结果为电力系统仿真中合理选择发电机模型提供了重要参考。高海拔用风力发电机流体场与温度场的计算分析
摘要：以一台高海拔用双馈风力发电机为研究对象，在基本假设的基础上，建立了发电机内流体场以及温度场相耦合的求解模型，根据给定的边界条件及电机内传热的基本特性，采用有限体积元法对发电机内的多元温度场进行求解。通过数值计算分析了发电机内部的流体场流变特性以及传热特点，并以平原地区的实验数据为依据，验证了温度场数值计算的合理性和准确性。最后，将高海拔地区的电机温升计算结果与采用不同标准获得的温升结果进行对比，进一步佐证了温度场计算的精确性，并且有效缩减了标准范围，为发电机在高海拔地区安全运行和设计提供理论依据。背绕式定子绕组高速永磁电机三维端部区域电磁场分析与计算
摘要：以一台117kW、60000r／min背绕式定子绕组的高速永磁同步发电机为例，建立电机三维电磁场全域数学模型，给出了求解域内的基本假设及相应的边界条件；采用有限元法，计算了电机空载及额定负载状态下端部区域的磁密分布，并与部分实测数据进行了对比。同时，以气隙磁密为主要研究对象，定量分析气隙磁密在端部区域的变化情况，然后对发电机端面附近区域的转子护套、气隙、定子齿顶及定子轭部磁密径向分量和轴向分量进行分析，给出了磁密径向分量和轴向分量沿电机轴向的变化曲线。最后，对高速永磁同步发电机不同转速下背绕式定子绕组端部漏磁场进行计算，研究端部漏磁随转速的变化关系。得到了一些有益的结论，为深入研究高速永磁电机提供了理论依据。永磁同步电机无位置传感器混合控制策略
摘要：转子位置混合观测策略对于实现无传感器内置式永磁同步电机（interior permanent magnet synchronous motor,IPMSM）全速域运行非常关键。针对IPMSM无传感器矢量控制系统，提出一种由高频信号注入法与反电动势模型法的位置误差信息相融合的混合观测方法。低速运行时注入脉振高频电压信号，通过对高频电流幅值处理获得转子位置误差信号，中高速运行则通过反电动势模型滑模观测器获得位置误差信息，对两种方法所得位置误差信号进行归一化处理，并根据运行转速对归一化后的位置误差信号以加权的方式进行信息融合。通过一个软件锁相环获取混合位置观测值，并分析混合观测器的稳定性及参数设计。最后通过2．2kWIPMSM无传感器矢量控制系统验证了控制策略的有效性。一种消除无刷直流电动机换相转矩脉动的PWM调制策略
摘要：无刷直流电动机由于本体设计和特有的控制策略存在较严重的转矩脉动问题。为了解决这一问题，提出一种简单的消除换相转矩脉动的换相区PWM调制策略。在换相时，通过三相配合调制，将换相过程中的每个PWM周期分成包含5个中心对称区间的3个功能区。通过计算给三相中的每一相分配不同的调制占空比，使关断相电流的下降速度和导通相电流的上升速度在每个PWM周期内保持相等。所提方法不仅可以消除转矩脉动，还可以通过不同的功能区比例组合来调节换相持续时间。给出所提方法的推导过程，并通过实验验证了所提方法的正确性和可行性。感应电机静态补偿电压模型及其稳定性分析
摘要：基于静态补偿电压模型磁链观测器的矢量控制系统在电机运行于低速时，稳定性不佳，负载能力不足。从静态补偿电压模型原理出发，深入分析了磁链静态补偿原理，并结合感应电机模型得出基于静态补偿电压模型的矢量控制系统磁链非线性动态方程。同时利用李雅普诺夫线性化理论，对非线性磁链系统进行局部线性化建立起磁链线性化模型，通过分析线性化系统的稳定性，给出了一种判别磁链非线性系统在平衡点处稳定性的方法。从理论上分析和证明了基于静态补偿电压模型磁链观测的感应电机矢量控制系统分别在高、低速运行时的稳定性。对理论分析给出了仿真和实验验证。非正弦供电十五相感应电机谐波电压确定
摘要：通过确定非正弦供电十五相感应电机的3次谐波注入电压，为电机PWM调制提供理论依据。把注入3次谐波电压的十五相感应电机气隙磁动势峰值下降幅度最大作为电机理想运行准则，得到基波磁动势与3次谐波磁动势之间空间位置关系与磁动势幅值间数值关系。以十五相感应电机基波等值电路与3次谐波等值电路为基础并从相应的激磁电流出发，计算基波电压与3次谐波电压有效值，求出3次谐波负幅值点与基波正幅值点间相位差，并通过电机空载实验对计算方法的准确性进行了验证。在额定基波电压下，计算了对应于不同给定转差率的基波激磁电流与3次谐波激磁电流，进而得到3次谐波电压有效值及磁动势波形间相位差，最终通过线性插值来获得任意转差率下的3次谐波电压。基于ZPETC和DOB的直线电机控制器设计及实验研究
摘要：直线电机驱动系统中存在的负载力、推力波动等干扰力会引起跟踪误差，降低跟踪性能。干扰观测器可以检测并补偿干扰，有效提高系统的抗干扰能力。前馈控制是提高系统跟踪性能的另一种方法，如直接速度前馈控制器、零相位误差跟踪控制器等，可以有效提高系统带宽，提高跟踪性能。针对直线电机在抗干扰和动态响应方面的需求，该文研究了基于直接速度前馈控制器、零相位跟踪控制器和干扰观测器的直线电机控制方法，并给出实验结果。结果表明，直接速度前馈控制器使位置能够无静地跟踪二阶指令输入，干扰观测器能够很好的抑制推力波动和摩擦力的影响，零相位跟踪控制器能够提高位置闭环带宽，改善跟踪性能，特别是三阶位置指令输入时的跟踪误差。可温度自动跟踪的高精度光纤光栅电流互感器
摘要：用光纤布拉格光栅（fiber Bragg grating，FBG）粘贴到超磁致伸缩材料（giant magnetostrictive material，GMM）上作为电流互感器的传感探头，用硅钢片构建磁路系统以约束并引导交变电流产生的磁力线进入传感探头，实现交变电流的传感，此传感系统具有全光纤结构和抗电磁干扰能力。由于光纤光栅是波长编码器件，该文提出一种基于分布式反馈（distributed feedback，DFB）半导体激光器的正交解调方法。该解调方法结构简单，解调精度高，能够解耦波长信息的同时剔除了温度对光纤光栅波长漂移的影响，解决了光纤光栅对温度和应变交叉敏感的问题。实验结果表明，电流互感器最小可测电流为0．33A，最大可测电流为293．25A，满量程精度可以达0．11％。应用DFB激光器解调技术的光纤电流互感器，运用激光器的波长可调谐特性，采用经典控制理论的PID算法实现了电流与温度同时测量。圆环坐标系下自供能转换器球冠型拓扑的建模与优化
摘要：电容式集能转换器的设计和优化直接影响自供能装置的整体性能。集能效率的优化可转化为体积约束条件下的拓扑参数优化，由此提出一种改进的球冠型集能转换器拓扑，并在圆环坐标系下基于分离变量法建立了其解析模型。提出储能增量系数的概念，并导出以球冠开口半径与球半径之比为变量的储能增量系数表达式。针对不同尺寸的球冠型拓扑，储能增量系数的实测结果与理论值吻合地较好，从而验证了所建立的球冠型转换器拓扑解析模型的正确性。研究结果为自供能装置集能转换器的优化设计提供了理论依据。Extended Summary
