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基于抑制起弧原理的中压无弧直流断路器

电力系统自动化 2017年第12期41卷 238-247页

作者：向学位柴建云孙旭东清华大学电机工程与应用电子技术系北京市100084 电力系统及发电设备控制和仿真国家重点实验室清华大学北京市100084

直流断路器是多端直流输电和直流配电网的关键设备。机械式和混合式直流断路器面临的困难是开断过程中触头间存在燃弧问题。文中讨论了产生电弧的电场强度和电压条件,并通过大量实验统计分析,总结出了抑制起弧所需满足的电场强度和电压... 详细信息

直流断路器是多端直流输电和直流配电网的关键设备。机械式和混合式直流断路器面临的困难是开断过程中触头间存在燃弧问题。文中讨论了产生电弧的电场强度和电压条件,并通过大量实验统计分析,总结出了抑制起弧所需满足的电场强度和电压条件。设计了抑制起弧的辅助缓冲电路,用以限制开断过程中触头间电压的上升,使其低于由机械开关速度决定的触头间介质绝缘电压,从而实现了直流断路器的无弧开断。通过仿真和低压模拟实验验证了抑制起弧原理和缓冲电路设计的正确性和有效性,并分析了中压无弧直流断路器的可行性。

关键词：直流断路器起弧条件抑制起弧机械开关

驱动永磁同步电机的新型机械-电子混合逆变器

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电机与控制学报 2022年第5期26卷 17-25页

作者：向学位袁彬柴建云李辉重庆大学输配电装备及系统安全与新技术国家重点实验室重庆400044 清华大学电力系统及发电设备安全控制和仿真国家重点实验室北京100084

针对机械逆变器存在起弧风险、电子逆变器成本较高的问题,提出一种用于永磁同步电机驱动的新型机械-电子混合逆变器。换向器、换向电刷、辅助滑环和辅助电刷组成的机械部分用于将直流电压逆变为方波电压,并实现三相电压的固定输出。电... 详细信息

针对机械逆变器存在起弧风险、电子逆变器成本较高的问题,提出一种用于永磁同步电机驱动的新型机械-电子混合逆变器。换向器、换向电刷、辅助滑环和辅助电刷组成的机械部分用于将直流电压逆变为方波电压,并实现三相电压的固定输出。电子部分为电容和二极管组成的续流电路,能使起弧电压条件和电场强度条件无法同时满足,从而抑制机械换向器电弧。混合逆变器能简单、低成本和高效率地实现永磁同步电机无位置传感器驱动:120°方波驱动的方波永磁同步电机各项性能均达到和电子逆变器相当的水平;150°方波驱动的三相正弦波永磁同步电机相电流谐波较小,电磁转矩脉动小于方波永磁同步电机。实验过程中混合逆变器正常运行,无电弧产生,最高效率达98.9%。

关键词：混合逆变器换向器无弧无位置传感永磁同步电机

抑制碳化硅电驱系统共模电压的多矢量模型预测控制策略

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电机与控制学报 2023年第4期27卷 10-22页

作者：周童李辉向学位张爱博姚然周豪重庆大学输配电装备及系统安全与新技术国家重点实验室重庆400044

针对高频碳化硅电驱系统现有策略受限于备选电压矢量较少,难以兼顾共模电压和电流畸变抑制效果的问题,本文提出一种基于多矢量组合型模型预测控制方法。首先,对碳化硅逆变器进行三相双脉冲测试,研究不同电压矢量对碳化硅高频开关特性的... 详细信息

针对高频碳化硅电驱系统现有策略受限于备选电压矢量较少,难以兼顾共模电压和电流畸变抑制效果的问题,本文提出一种基于多矢量组合型模型预测控制方法。首先,对碳化硅逆变器进行三相双脉冲测试,研究不同电压矢量对碳化硅高频开关特性的影响。其次,分析基于双矢量模型预测的共模电压抑制方法产生电流畸变的原因,并提出通过增加一组逆向相邻矢量组合的多矢量调制电流畸变抑制方法,以及提出对应的多矢量作用时间推导方法和多矢量死区补偿策略。最后,对所提出的方法进行了仿真和实验,结果表明所提方法共模电压幅值在全频率段均得到有效衰减,最大衰减约60 dB,电流畸变率降低至原来的1/3,有效抑制共模电压同时降低电流的总谐波畸变率。

关键词：永磁同步电机模型预测控制碳化硅逆变器共模电压电流畸变

基于改进零脉冲插入法的永磁同步电机相电流重构策略

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电机与控制学报 2024年第6期28卷 25-35页

作者：陈思宇向学位李辉周豪蒋鹏重庆大学输配电装备及系统安全与新技术国家重点实验室重庆400044

直流母线单电流采样永磁同步电机系统存在相电流重构盲区,导致电流采样失真,提出一种改进零脉冲插入法,实现相电流重构。首先,分析传统固定零脉冲插入法的缺点,由于各相插入零脉冲作用时间相同,未能发挥“双开关PWM”模式抑制电流纹波... 详细信息

直流母线单电流采样永磁同步电机系统存在相电流重构盲区,导致电流采样失真,提出一种改进零脉冲插入法,实现相电流重构。首先,分析传统固定零脉冲插入法的缺点,由于各相插入零脉冲作用时间相同,未能发挥“双开关PWM”模式抑制电流纹波的优势;其次,通过各相PWM占空比调整零脉冲时间,延长电流采样窗口,提出改进零脉冲插入法重构策略,消除重构盲区,并针对该方法重构盲区出现其他扇区有效电压矢量的情况,分析其空间电压矢量合成关系,证明参考电压矢量合成的准确性;最后,基于戴维南电路法,提出不同电压矢量作用时的电路简化模型,对比两种方法的电流纹波幅值,并搭建永磁同步电机实验平台进行实验。结果表明,改进零脉冲插入法的电流重构误差低于3%,相比传统方法,电流纹波抑制效果达到50%,相电流畸变率从12.72%下降到6.87%。

关键词：单电流传感直流母线采样相电流重构重构盲区永磁同步电机零脉冲插入法

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基于多层级模拟的压接型IGBT器件短路失效机理分析

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中国电机工程学报 2023年第6期43卷 2392-2403页

作者：李辉余越姚然赖伟向学位李金元输配电装备及系统安全与新技术国家重点实验室(重庆大学) 重庆市沙坪坝区400044 全球能源互联网研究院有限公司北京市昌平区102209

压接型绝缘栅双极晶体管(press pack insulated gate bipolar transistor,PP-IGBT)器件具有功率密度高、短路失效等优势,已被广泛应用于柔性直流输电换流阀中。现有压接型IGBT器件短路失效研究主要基于宏观测试结果,难以揭示由微观材料... 详细信息

压接型绝缘栅双极晶体管(press pack insulated gate bipolar transistor,PP-IGBT)器件具有功率密度高、短路失效等优势,已被广泛应用于柔性直流输电换流阀中。现有压接型IGBT器件短路失效研究主要基于宏观测试结果,难以揭示由微观材料失效诱发器件短路失效的机理,该文基于圧接型IGBT器件短路测试结果,提出压接型IGBT器件短路失效机理的多层级模拟方法。首先,搭建短路冲击实验平台,基于短路实验获取失效发生条件与失效芯片;其次,建立压接型IGBT宏观器件——介观元胞模型,研究圧接型IGBT器件短路失效时器件–元胞复合应力变化规律;最后,建立微观元胞铝–硅界面分子动力学模型,分析短路失效发生条件,揭示短路失效机理,并提出芯片失效部位相对概率分布。结果表明,短路工况下芯片靠近栅极的有源区边角是最容易发生失效的薄弱区域,铝、硅材料失效是导致压接型IGBT器件短路失效的直接原因。

关键词：压接型绝缘栅双极晶体管器件短路失效多层级模拟失效机理

考虑调相机饱和参数的分阶段励磁控制优化策略

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电力系统保护与控制 2023年第15期51卷 42-54页

作者：袁彬李辉向学位曾韵竹谭宏涛梁力元输配电装备及系统安全与新技术国家重点实验室(重庆大学) 重庆400044

针对常规励磁控制在故障期间未能充分发挥调相机暂态无功输出能力和难以准确有效地支撑电网电压的问题,提出考虑调相机饱和状态下电机参数的分阶段励磁控制优化策略。首先,推导调相机暂态无功输出表达式,分析不同运行工况下饱和参数对... 详细信息

针对常规励磁控制在故障期间未能充分发挥调相机暂态无功输出能力和难以准确有效地支撑电网电压的问题,提出考虑调相机饱和状态下电机参数的分阶段励磁控制优化策略。首先,推导调相机暂态无功输出表达式,分析不同运行工况下饱和参数对调相机暂态无功特性的影响。其次,基于调相机参数与输出无功的数学关系引入考虑饱和参数的无功增量,分阶段优化励磁环节中内环电压参考值与外环PI控制。最后,建立锡盟-泰州特高压直流输电系统的无功控制模型,通过仿真验证励磁控制策略优化效果。研究成果为调相机的优化设计提供技术支撑,也对提高调相机的电网电压故障支撑能力和提升我国高压直流电网的电压稳定水平具有重要作用。

关键词：调相机暂稳态电抗饱和参数励磁控制优化分阶段励磁

基于两阶段迁移学习的调相机暂态电抗参数在线辨识方法

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电力系统自动化 2023年第14期47卷 149-156页

作者：袁彬李辉向学位曾韵竹谭宏涛傅楚频输配电装备及系统安全与新技术国家重点实验室(重庆大学) 重庆市400044

针对常规迁移学习辨识网络需要大量历史辅助数据而影响参数辨识准确性的问题,提出考虑小样本下两阶段迁移学习的调相机暂态电抗参数在线辨识方法。首先,获得不同运行工况下的暂态电抗参数变化规律,利用支持向量机(SVM)和反向传播(BP)神... 详细信息

针对常规迁移学习辨识网络需要大量历史辅助数据而影响参数辨识准确性的问题,提出考虑小样本下两阶段迁移学习的调相机暂态电抗参数在线辨识方法。首先,获得不同运行工况下的暂态电抗参数变化规律,利用支持向量机(SVM)和反向传播(BP)神经网络算法获得辅助数据。其次,基于电抗参数变化规律、故障下实时变化的暂态电抗目标数据及辅助数据,采用深度稀疏自编码器(DSAE)与反向传播神经网络进行两阶段特征迁移学习。最后,对不同电网故障下的暂态电抗进行在线辨识,并进行比较验证。结果表明,基于两阶段迁移学习的DSAE与BP神经网络在辨识调相机暂态电抗参数时具有更高的辨识精度。

关键词：调相机暂态电抗参数辨识故障迁移学习

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双馈抽水蓄能机组最优功率控制策略及提升风电并网能力仿真

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太阳能学报 2024年第6期45卷 171-181页

作者：彭瀚锋李辉谢宁宁周芷汀向学位周平重庆大学输配电装备及系统安全与新技术国家重点实验室重庆400044 东方电气自动控制工程有限公司德阳618000

提出一种考虑损耗及转速影响的抽水蓄能机组最优功率控制策略。首先,对抽水蓄能机组在发电和抽水工况下的功率损耗来源进行辨析,推导计及损耗与转速影响的电磁功率与机械功率表达式。然后,计及转子动能对阶跃变化与斜坡变化的不同功率... 详细信息

提出一种考虑损耗及转速影响的抽水蓄能机组最优功率控制策略。首先,对抽水蓄能机组在发电和抽水工况下的功率损耗来源进行辨析,推导计及损耗与转速影响的电磁功率与机械功率表达式。然后,计及转子动能对阶跃变化与斜坡变化的不同功率控制策略进行调节能力分析,提出最优功率协调控制策略。最后,构建半实物仿真平台对发电与抽水工况下抽水蓄能机组的不同有功功率阶跃模式进行仿真对比验证。结果表明,该文所提控制策略可优化调速器与励磁控制的协调配合,与传统方法相比,该文方法的功率调节速率更快,对电网功率指令的响应也更为准确,且有效缓解了风电等新能源所带来的消纳及一次调频问题。

关键词：储能电站最优功率控制风电消纳变速抽水蓄能机组半实物仿真

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双永磁同步电机自适应抗负载扰动交叉耦合稳定控制策略

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中国电机工程学报 2024年

作者：伍云艳向学位李辉李文东陈思宇重庆大学输变电装备技术全国重点实验室

双永磁同步电驱系统广泛应用于高精度位置同步传动，针对现有独立控制策略下负载扰动易造成位置同步性能下降问题，提出交叉耦合控制的双永磁同步电驱系统自适应参数整定优化策略。首先，基于传递函数方法，分析交叉耦合结构作用于单电... 详细信息

双永磁同步电驱系统广泛应用于高精度位置同步传动，针对现有独立控制策略下负载扰动易造成位置同步性能下降问题，提出交叉耦合控制的双永磁同步电驱系统自适应参数整定优化策略。首先，基于传递函数方法，分析交叉耦合结构作用于单电机不同位置控制的稳定性和带宽，提出兼顾稳定性和抗扰能力的基于电流环交叉耦合的双永磁同步电机PID位置同步控制结构。其次，基于频域分析传递函数，理论上获取PID控制器参数与双电驱系统稳定性和抗扰能力之间的耦合映射关系，提出了表征系统稳定性和抗扰性的等效控制参数和抗负载扰动的自适应参数整定方法。最后，搭建双永磁同步电机实验平台，在阶跃和脉动负载工况下与传统PI控制策略作对比实验，结果表明所提控制策略在不同转速下抗不同负载的有效性。

关键词：双电机系统交叉耦合控制扰动抑制参数自适应位置同步