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新一代高压变频器混合型整流级直流电压脉动研究

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电力系统保护与控制 2020年第15期48卷 43-49页

作者：徐冬冬张国澎黄凯同煤集团虎峰煤业山西临汾041000 河南理工大学电气工程与自动化学院河南焦作454000

混合无桥级联(HybridCascadedBridgeless, HCB)是一种能量单向传输的高压拓扑,作为新一代无工频变压器高压变频器的整流级,可在实现单位功率因数运行的同时,极大的减少全控型器件的使用。但由于其工作过程的特殊性,导致不同类型级联桥... 详细信息

混合无桥级联(HybridCascadedBridgeless, HCB)是一种能量单向传输的高压拓扑,作为新一代无工频变压器高压变频器的整流级,可在实现单位功率因数运行的同时,极大的减少全控型器件的使用。但由于其工作过程的特殊性,导致不同类型级联桥的直流侧脉动不一致,这将影响到对直流侧后级供电的一致性。在HCBR运行与控制的基础上,对直流电压脉动不一致的成因进行了分析,推导了适合HCBR可靠运行的直流电压升压比,并给出HCBR直流电容值的设计方法。仿真结果验证了理论分析的正确性。

关键词：混合级联高压变频无桥电压脉动直流电压

不平衡电网下隔离型固态变压器非线性一体化控制

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电网技术 2022年第6期46卷 2317-2326页

作者：张国澎李子汉王浩杨明河南理工大学电气工程与自动化学院河南省焦作市454003

由多个功率变换级构成隔离型固态变压器(solid state transformer,SST)是一种非线性、强耦合系统。由于前后2级功率传递的响应不同,系统整体的动态性能难以保证。不平衡的三相电网环境又会进一步加剧此类变流器控制难度,SST2级间电容承... 详细信息

由多个功率变换级构成隔离型固态变压器(solid state transformer,SST)是一种非线性、强耦合系统。由于前后2级功率传递的响应不同,系统整体的动态性能难以保证。不平衡的三相电网环境又会进一步加剧此类变流器控制难度,SST2级间电容承受的电压应力与交流侧的并网电流质量更加难以保障,影响着SST的运行安全与适用性。为此,根据SST前后级的非线性特性,建立三相电网不平衡条件下SST一体化仿射非线性模型。在此基础上,采用输入-输出精确反馈线性化的方法,实现前级电流环、前后级级间电压与SST直流侧电压的解耦,加强了前后2级功率传递的一致性,保障了SST交流侧并网电流的质量。为进一步提高系统整体的动态性能,将解耦的线性系统与积分滑模控制器结合,改善了系统对参数摄动的鲁棒性。仿真和实验结果验证了以上方法的正确性与有效性。

关键词：固态变压器不平衡电网前后级精确反馈线性化滑模控制

基于采煤机和刮板输送机能耗模型的速度协同优化控制

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煤炭学报 2022年第6期47卷 2483-2498页

作者：陈迪蕾郑征黄涛张国澎河南理工大学电气工程与自动化学院河南焦作454000 河南理工大学河南省智能装备直驱技术与控制国际联合实验室河南焦作454000 都灵理工大学能源系皮埃蒙特区都灵10129

综采工作面“智能化+装备”协同控制是实现煤矿综采智能化关键技术之一,采煤机和刮板输送机作为综采工作面的两大核心装备,其协同运行状态决定了整个综采过程的智能化程度、效率和能耗。基于前期研究建立的采煤机能耗模型,结合双向割煤... 详细信息

综采工作面“智能化+装备”协同控制是实现煤矿综采智能化关键技术之一,采煤机和刮板输送机作为综采工作面的两大核心装备,其协同运行状态决定了整个综采过程的智能化程度、效率和能耗。基于前期研究建立的采煤机能耗模型,结合双向割煤工艺特点,通过对刮板输送机在不同工艺阶段的煤量线密度、实时煤量及运行阻力的分析,建立了刮板输送机的能耗模型。为验证该模型的合理性,以山西某煤矿9105综采工作面双机系统作为研究对象,通过MATLAB仿真得到的双机基准速度及其同比率增加或减少时的系统能耗变化趋势与实际经验相符。为明确牵引速度、滚筒转速及刮板链速度变化对采煤机和刮板输送机能耗的影响,通过对45组不同速度协同组合下采煤机和刮板输送机的能耗变化情况进行仿真分析,得出双机能耗最速下降路径的速度协同组合方向。其次,在满足采煤量、速度要求、生产时间等约束条件下,以采煤机和刮板输送机协同运行时的总能耗最小为目标,建立了双机速度协同优化模型,提出基于双机能耗模型的速度协同优化控制方法。为突出协同优化控制方法的优势,以同一综采工作面为研究对象,通过仿真得到优化协同速度及相应的能耗,与基准速度下的能耗相比,在一个生产循环中,采煤机可节能4.47%,刮板输送机可节能11.71%,双机系统总节能可达10.9%,因此,所提出的协同优化控制方法能有效降低采煤机和刮板输送机双机系统的能耗。

关键词：速度协同优化控制能耗模型采煤机刮板输送机

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一种适用于级联H桥整流直流侧电容电压快速平衡的新型调制方法

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电工技术学报 2013年第8期28卷 120-127页

作者：王聪张国澎王俊蔡莹莹中国矿业大学(北京)机电与信息工程学院北京100083

针对无工频变压器大功率多电平变流器级联H桥(Cascaded H-Bridge,CHB)整流级的结构与特点,本文提出了一种使单位功率因数下运行的CHBR在安全工作区的优化工作点上工作的概念以及相应的新型调制策略。该新型调制策略不仅可以使负载突变后... 详细信息

针对无工频变压器大功率多电平变流器级联H桥(Cascaded H-Bridge,CHB)整流级的结构与特点,本文提出了一种使单位功率因数下运行的CHBR在安全工作区的优化工作点上工作的概念以及相应的新型调制策略。该新型调制策略不仅可以使负载突变后CHBR各级联H桥直流侧电容电压达到快速平衡,还可以使CHBR各级联H桥负载的不平衡程度达到最大限度地扩展。本文首先从理论上对于所提优化工作点的概念进行了讨论,然后分析了新型调制策略可以使CHBR各级联H桥直流侧电容电压达到最快平衡的基本原理,同时给出了在此优化工作点下,CHBR各级联H桥负载容许的不平衡程度最大值的定量描述。之后进一步详细讨论了利用CHBR交流侧输出电压与输入电流的极性关系,通过二维调制区域中两条不同的调制轨迹的相互配合,实现新型调制策略的具体方法,最后通过搭建的试验平台验证了该调制方法的正确性和优越性。

关键词：级联H桥整流单位功率因数二维调制电压平衡无工频变压器

隔离型交−直流固态变压器前后级一体化滑模控制

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浙江大学学报（工学版） 2022年第3期56卷 622-630页

作者：张国澎李子汉王浩郑征河南理工大学电气工程与自动化学院河南焦作454000

为了提高固态变压器(SST)控制系统的动态性能和鲁棒性,提出SST前后级一体化滑模控制方法.根据SST前后级的非线性特性,建立整体仿射非线性的数学模型,采用输入−输出精确反馈线性化,实现前级电流环、前后级级间电压以及SST直流侧电压的解... 详细信息

为了提高固态变压器(SST)控制系统的动态性能和鲁棒性,提出SST前后级一体化滑模控制方法.根据SST前后级的非线性特性,建立整体仿射非线性的数学模型,采用输入−输出精确反馈线性化,实现前级电流环、前后级级间电压以及SST直流侧电压的解耦,加强前后两级功率传递的一致性.将解耦的线性系统与积分滑模控制器结合,进一步提高系统整体动态性能,改善系统对参数摄动的鲁棒性.仿真和实验结果表明,在外部发生扰动时,SST采用一体化滑模控制方法能够快速、有效地调整电网侧电压、两级间电压和直流侧电压的波动,改善前、后级功率传递的一致性,在发生参数变化时仍具有较强的鲁棒性.

关键词：固态变压器前后级精确反馈线性化暂态性能一体化滑模控制

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开关磁阻电机直接转矩控制系统研究

开关磁阻电机直接转矩控制系统研究

作者：张国澎西安科技大学

学位级别：硕士

开关磁阻电机结构简单坚固,调速范围宽,调速性能优异,而且在整个调速范围内都具有较高的效率,系统可靠性高,近年来受到广泛关注。但开关磁阻电机(SRM)特殊的结构造成了它噪声大、转矩脉动大。本文从控制的角度入手,探讨改善开关磁阻电... 详细信息

开关磁阻电机结构简单坚固,调速范围宽,调速性能优异,而且在整个调速范围内都具有较高的效率,系统可靠性高,近年来受到广泛关注。但开关磁阻电机(SRM)特殊的结构造成了它噪声大、转矩脉动大。本文从控制的角度入手,探讨改善开关磁阻电机噪声和转矩脉动的方法。文中推导出四相开关磁阻电机瞬时磁链、转矩方程,探讨了四相开关磁阻电机直接转矩控制的空间电压矢量,并制定出相应的开关表,通过对空间电压矢量合理选择,将转矩脉动限制在一个小的误差滞环带内。使磁链轨迹成圆形,定子电流、磁链波形变化平稳。从仿真结果可以看出直接转矩控制有效的控制了SRM的转矩脉动,从而降低了电机噪声。为了更好的控制电机转速,直接转矩控制系统的速度控制器采用PI调节控制,达到了很好的调速效果。本文详细介绍了以TMS320F2812 DSP为核心控制器,设计的SRM控制电路,包括主控模块、功率变换器、电流检测模块、电压检测模块、位置速度检测模块及其它功能的辅助电路。设计了整个系统的软件。控制系统软件利用CCS2.2开发环境,采用C语言编写了电流斩波起动程序,直接转矩程序以及其它相关的子程序,实现了电机的电流斩波起动,为更进一步研究打下了基础,具有一定的实用价值。

关键词：开关磁阻电机直接转矩控制电流斩波

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双有源桥无回流功率控制的死区影响与补偿

浙江大学学报（工学版） 2024年第11期58卷 2406-2416页

作者：张国澎蒋闯闯陶海军陈卓河南理工大学电气工程与自动化学院河南焦作454003 河南理工大学河南省煤矿装备智能检测与控制重点实验室河南焦作454003 可再生能源发电系统研究部中国科学院电工研究所北京100190

针对三重移相协同控制(CTPS)加入桥臂死区后,会导致双有源桥(DAB)变换器回流功率发生及软开关失效的问题,提出针对CTPS控制的死区补偿策略.通过分析CTPS控制不同模式下桥臂死区引起的变压器原副边电压及漏感电流的变化,基于回流功率产... 详细信息

针对三重移相协同控制(CTPS)加入桥臂死区后,会导致双有源桥(DAB)变换器回流功率发生及软开关失效的问题,提出针对CTPS控制的死区补偿策略.通过分析CTPS控制不同模式下桥臂死区引起的变压器原副边电压及漏感电流的变化,基于回流功率产生的原理,更正了不同模式移相比之间的耦合关系,对功率传输模型及CTPS控制模式的切换条件进行修正,实现了死区对CTPS控制影响的有效控制.利用所提的补偿方案,抑制了由死区引起的回流功率,恢复了CTPS控制的软开关性能,具有较补偿前更优的电流应力.分别开展死区补偿前、后的实验,对死区影响的分析和所提出的补偿策略进行验证.

关键词：双有源桥变换器 CTPS控制回流功率软开关死区补偿

LCL型并网逆变器并联谐振机理分析及抑制方法

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上海交通大学学报 2020年第10期54卷 1065-1073页

作者：陶海军周犹松张国澎郑征河南理工大学电气工程与自动化学院河南焦作454000

针对两个并网逆变器并联系统,利用叠加定理分析了各逆变器对并网电流的影响,对并网电流进行分解,研究了由交互电流和公共电流产生谐振的机理,对比分析了相同和不同容量多个并网逆变器并联系统的谐振频率点特性.基于并联系统中交互电流... 详细信息

针对两个并网逆变器并联系统,利用叠加定理分析了各逆变器对并网电流的影响,对并网电流进行分解,研究了由交互电流和公共电流产生谐振的机理,对比分析了相同和不同容量多个并网逆变器并联系统的谐振频率点特性.基于并联系统中交互电流产生的谐振频率点,设计了数字陷波器,引入到传统电容电流反馈有源阻尼控制中,实现了对基波信号的无静差控制,满足了此类系统的并网要求.搭建了相同和不同容量的逆变器并联系统模型,仿真结果验证了所提策略的正确性和有效性.

关键词：多逆变器并联不同容量数字陷波器谐振

LCL型并网逆变器新型电容电压有源阻尼策略

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太阳能学报 2023年第2期44卷 399-408页

作者：杨明宋明洋张国澎解宝河南理工大学电气工程与自动化学院(河南省煤矿装备智能检测与控制重点实验室) 焦作454003 光伏系统教育部工程研究中心(合肥工业大学) 合肥230009

在弱电网条件下,数字控制延时会导致虚拟阻抗呈现负阻性,无法起到阻尼效果,因此并网逆变器在电网阻抗变化情况下不能稳定运行,鲁棒性受到严重威胁。针对上述问题,提出一种双线性正反馈有源阻尼策略,以扩大系统的有效阻尼区。为了节省传... 详细信息

在弱电网条件下,数字控制延时会导致虚拟阻抗呈现负阻性,无法起到阻尼效果,因此并网逆变器在电网阻抗变化情况下不能稳定运行,鲁棒性受到严重威胁。针对上述问题,提出一种双线性正反馈有源阻尼策略,以扩大系统的有效阻尼区。为了节省传感器成本,将其优化为电容电压正反馈有源阻尼策略,在电容电压两端添加合适的正反馈阻尼环节,使得系统的有效阻尼区扩大为(0,0.477f3)。分析结果表明该策略使得并网逆变器在弱电网条件下始终具有良好的鲁棒性,即使谐振频率等于1/6采样频率时,系统也具有较好的稳定性。最后,以三相LCL型并网逆变器为例进行实验验证,实验结果验证了该策略的正确性。

关键词：数字控制弱电网并网逆变器有源阻尼有效阻尼区