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城市轨道交通碳化硅三电平牵引变流器应用探索

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铁道科学与工程学报 2024年第5期21卷 2001-2013页

作者：向超群李佳怡冯江华杜京润陈特放成庶中南大学交通运输工程学院湖南长沙410075 中车株洲电力机车研究所有限公司湖南株洲412300

城轨交通将绿色节能作为发展目标,城轨牵引变流器以低损耗为发展方向。碳化硅器件具有耐高温、所承受开关频率较高和功率损耗低的优势,应用于三电平变流器,可有效提高系统效率、降低能耗、减轻设备重量。针对碳化硅三电平牵引变流器在... 详细信息

城轨交通将绿色节能作为发展目标,城轨牵引变流器以低损耗为发展方向。碳化硅器件具有耐高温、所承受开关频率较高和功率损耗低的优势,应用于三电平变流器,可有效提高系统效率、降低能耗、减轻设备重量。针对碳化硅三电平牵引变流器在城轨牵引领域的应用,首先分析城轨牵引变流器功率器件和拓扑的发展现状,从牵引系统的发展需求提炼出牵引变流器的优化需求;结合材料特性研究碳化硅器件应用于城轨牵引领域的性能优势,以及可能给牵引系统设计带来的技术挑战。对比探究5种常用的三电平逆变器拓扑结构和各种牵引传动控制方法在城轨领域的适应性,总结其结构特点对碳化硅器件应用的促进作用。归纳三电平变流器在城轨牵引系统中的应用局限,探讨碳化硅器件对其输出性能的优化作用。讨论碳化硅三电平变流器拓扑在城轨牵引系统中的应用可能,通过仿真实验对比不同拓扑的器件损耗分布。研究结果表明:碳化硅器件本身即对降低功率损耗具有明显优势,三电平拓扑及合适的控制策略可降低碳化硅器件的应用成本,二者结合可进一步缩小变流器和相关设备的体积,延长系统使用寿命。因此,将碳化硅三电平变流器应用于城轨交通符合发展需求。研究可为后续城市轨道交通牵引变流器的优化提供参考。

关键词：碳化硅牵引系统变流器城市轨道交通三电平

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三电平辅助变流器寿命优化控制

铁道科学与工程学报 2024年第1期21卷 328-341页

作者：向超群杜京润孙士杰李佳怡范子寅于天剑中南大学交通运输工程学院湖南长沙410075 中车长春轨道客车股份有限公司吉林长春130062

辅助变流系统是动车组车辆上关键的电气组成部分,主要为空调机组、风机、照明等交流负载提供稳定的三相电源。结温是影响动车组三电平辅助变流器IGBT(Insulated-gate Bipolar Transistor)模块寿命的主要因素。为了提高动车组三电平中点... 详细信息

辅助变流系统是动车组车辆上关键的电气组成部分,主要为空调机组、风机、照明等交流负载提供稳定的三相电源。结温是影响动车组三电平辅助变流器IGBT(Insulated-gate Bipolar Transistor)模块寿命的主要因素。为了提高动车组三电平中点钳位(Neutral-Point Clamped,NPC)型辅助变流器寿命,提出一种降低结温的模型预测电流控制(Model Predictive Current Control,MPCC)策略。首先,考虑传统MPCC在每个采样周期需要代入27个电压矢量循环计算,计算量较大,因此将三电平基本电压矢量划分在间隔60°的6个扇区中,通过计算电压矢量在两相静止坐标下的相角,进而判断参考电压矢量所处扇区,将备选矢量数目从27缩减至10,减少了计算量;其次,传统MPCC直接应用于动车组辅助变流器会使IGBT模块的结温较高,老化速度加快,对变流器安全稳定运行产生不可预测的损害,本文对IGBT模块的开关损耗和导通损耗进行近似等效,得到了和集射极电压、集电极电流相关的功率损耗因子。通过预测每相电流的方向,进而预测IGBT模块的开关和导通情况,动态加入功率损耗因子,并在代价函数中约束每相IGBT及其续流二极管(Free Wheeling Diode,FWD)的功率损耗,使得最优电压矢量在降低功率损耗的同时保证一定的控制性能。通过仿真与实验验证,本文所提方法相比传统MPCC策略降低了功率器件的结温,提高了变流器寿命。

关键词：三电平中点钳位型辅助变流器功率损耗模型预测电流控制损耗因子变流器寿命

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牵引变流器五分频多目标优化同步调制策略

机车电传动 2024年第2期 51-58页

作者：金淼鑫杜京润范子寅向超群重载快捷大功率电力机车全国重点实验室湖南株洲412001 中车株洲电力机车有限公司湖南株洲412001 中南大学交通运输工程学院湖南长沙410075

受限于散热条件,为了防止功率器件产生过大的开关损耗,进而减少服役寿命,轨道交通牵引逆变器开关频率通常低于1 kHz。逆变器运行至中、高频区域时,载波比下降导致其输出谐波增加,造成输出性能下降的同时导致电流峰值增大,使得绝缘栅双... 详细信息

受限于散热条件,为了防止功率器件产生过大的开关损耗,进而减少服役寿命,轨道交通牵引逆变器开关频率通常低于1 kHz。逆变器运行至中、高频区域时,载波比下降导致其输出谐波增加,造成输出性能下降的同时导致电流峰值增大,使得绝缘栅双极晶体管(Insulated-gate Bipolar Transistor,IGBT)产生较大功率损耗,影响行车安全。针对现有低载波比的调制策略较多考虑输出性能的优化,而对IGBT功率损耗抑制考量较少的问题,文章提出一种针对牵引逆变器在五分频下的多目标优化调制策略,保证逆变器输出加权总谐波畸变较小的同时,降低总功率损耗。首先,根据逆变器负载模型建立输出电压与电流的数值与相位关系,根据器件厂商所提供的数据手册,从功率损耗产生机理出发,建立精确的IGBT功率损耗离散计算模型;其次,以逆变器输出电流谐波和功率损耗为优化目标,保证逆变器输出电压基波幅值与参考一致的前提下对开关角进行求解,实现逆变器多目标优化调制的目的。仿真结果表明,在工作区间内,与传统策略相比,所提优化调制策略显著降低了IGBT的功率损耗并保证了较优的输出性能。

关键词：变流器功率损耗五分频多目标优化调制加权总谐波畸变开关角

电容电压平衡的四电平有源中性点钳位逆变器的改进模型预测控制

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电工技术学报 2023年

作者：向超群杜京润 Zhang Xinan 席振丁颢西澳大学电气电子与计算机工程学院中南大学交通运输工程学院

多电平有源中点钳位（ANPC）逆变器具有功率器件电压应力小、较低的电流谐波和可调控的器件损耗等优点，被广泛应用于工业驱动中。针对四电平ANPC（4L-ANPC）逆变器的控制与调制研究相对较少，现有的调制方案实现复杂，中点电压（NPV）... 详细信息

多电平有源中点钳位（ANPC）逆变器具有功率器件电压应力小、较低的电流谐波和可调控的器件损耗等优点，被广泛应用于工业驱动中。针对四电平ANPC（4L-ANPC）逆变器的控制与调制研究相对较少，现有的调制方案实现复杂，中点电压（NPV）控制难度较大。因此，该文针对三相4L-ANPC逆变器，提出一种改进的有限集模型预测电流控制（FS-MPCC）算法，避免了复杂的调制过程。首先，使用仅包含电流误差的代价函数对位于六边形顶点的6个大电压矢量进行寻优；其次，对参与第一步寻优的大矢量划分扇区，使用包含电流误差和电容电压误差的代价函数对最优大矢量所在扇区的所有电压矢量滚动寻优，得到目标电压矢量并作用于逆变器；最后，仿真和实验结果表明，与传统的FS-MPCC相比，所提方法在降低系统计算负担的同时，还具有较好的控制性能和电容电压平衡能力。

关键词：四电平有源中点钳位逆变器有限集模型预测电流控制电容电压平衡代价函数

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结温导向的牵引变流器寿命优化控制

铁道学报 2023年

作者：向超群杜京润陈春阳李佳怡成庶中南大学交通运输工程学院

结温是影响IGBT寿命的主要因素，为了提高地铁两电平牵引变流器寿命提出一种降低结温的异步牵引电机双矢量模型预测转矩控制DVMPTC策略。将传统DVMPTC的第二个电压矢量选择范围缩小在与第一个电压矢量不切换或仅切换一次的范围，降低IGB... 详细信息

结温是影响IGBT寿命的主要因素，为了提高地铁两电平牵引变流器寿命提出一种降低结温的异步牵引电机双矢量模型预测转矩控制DVMPTC策略。将传统DVMPTC的第二个电压矢量选择范围缩小在与第一个电压矢量不切换或仅切换一次的范围，降低IGBT开关损耗的同时减小系统计算量；在代价函数中约束IGBT及其反并联二极管的损耗，动态加入损耗因子，并赋予权重系数，使得最优矢量的选择兼顾控制性能与降低损耗。通过仿真验证，本文所提方法相比传统基于分段调制算法的直接转矩控制策略能够降低结温及其波动，提高牵引变流器寿命。

关键词：两电平牵引变流器 IGBT模块结温双矢量模型预测转矩控制损耗因子牵引变流器寿命

配电室机器人自动寻路和精准定位的研究与应用

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配电室机器人自动寻路和精准定位的研究与应用

作者：杜京鹏北方工业大学

学位级别：硕士

在机器人领域快速发展的背景下,室内作业机器人逐渐代替人工在幽闭、嘈杂的配电室进行巡检及电表抄录等工作。依托于当下机器人SLAM(Simultaneous Localization and Mapping,同时定位与地图构建)和路径规划技术的发展,本文将改进ORB-SL... 详细信息

在机器人领域快速发展的背景下,室内作业机器人逐渐代替人工在幽闭、嘈杂的配电室进行巡检及电表抄录等工作。依托于当下机器人SLAM(Simultaneous Localization and Mapping,同时定位与地图构建)和路径规划技术的发展,本文将改进ORB-SLAM3算法对配电室场景进行重建,改进A*算法实现配电室中机器人的自动寻路功能,主要内容与研究成果如下:重建配电室场景并转换二维地图。针对ORB-SLAM3只能构建稀疏点云图的问题,加入了稠密建图功能,在静态配电室环境中有良好的建图效果。对配电室中存在动态目标干扰的情况提出了融合YOLOv5的ORB-SLAM3算法,通过语义分割将动态目标识别并剔除,进而构建出语义地图。实验结果表明,本文动态剔除算法相比于改进前有更精准的相机轨迹位姿及重建效果。对配电室三维点云图转化成八叉树地图,以获取场景中障碍物信息。通过调整点云图坐标轴及视角,并设置投影高度区间,使其可以精确投影至地面,生成可用于路径规划的二维地图。针对传统A*算法在配电室实际应用中的弊端,提出了改进A*的路径规划算法,引入了人工势场对场景中出现的动态障碍物进行躲避,并结合了三阶贝塞尔曲线使路线轨迹平滑化。经实验表明,改进后的算法具有寻路距离短、碰撞风险低的性能,且可以应对动态障碍物的干扰。在配电室中对于多机器人协同的情景,本文也加入了粒子群优化算法,对任务地点及执行顺序进行分配,以适应实际应用场景。在Gazebo中进行仿真实验,搭建仿真配电室环境,控制小车移动生成全局二维地图,在地图上标记终点以验证本文配电室机器人的自动寻路及动态避障功能,证明本文算法的可行性。

关键词：配电室场景重建 ORB-SLAM3 YOLOv5 八叉树地图 A*算法人工势场

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结温导向的两电平逆变器寿命优化控制

电工技术 2023年第8期 147-151,164页

作者：万宇宾刘红文杜京润李佳怡周瑞睿中车株洲电力机车研究所湖南株洲412000 中南大学交通运输工程学院湖南长沙410075

结温是影响IGBT(Insulated-Gate Bipolar Transistor)寿命的关键因素,为了延长两电平逆变器寿命,提出一种改进的模型预测电流控制(Model Predictive Current Control,MPCC)策略。首先,针对功率损耗产生原理,建立IGBT的损耗因子;其次,考... 详细信息

结温是影响IGBT(Insulated-Gate Bipolar Transistor)寿命的关键因素,为了延长两电平逆变器寿命,提出一种改进的模型预测电流控制(Model Predictive Current Control,MPCC)策略。首先,针对功率损耗产生原理,建立IGBT的损耗因子;其次,考虑三相电流方向和不同功率管的导通情况,在IGBT开关和导通时刻加入不同的损耗因子,控制功率损耗的产生。通过仿真验证,相比传统模型预测电流控制和空间矢量脉宽调制策略,所提方法在保证控制性能的同时降低了功率器件结温,延长了寿命。

关键词：结温寿命模型预测电流控制 IGBT 损耗因子

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新生儿坏死性小肠结肠炎的外科手术治疗现状

中国实用儿科杂志 2024年第5期39卷 334-338页

作者：杜京斌黄金狮首都医科大学附属北京儿童医院小儿外科北京100045

坏死性小肠结肠炎(NEC)是新生儿时期常见的疾病,过去传统的认知认为只有在腹腔肠道穿孔的时候才需要进行外科手术干预治疗。但随着对于坏死性小肠结肠炎的病理病程变化的不断了解,人们开始寻找早期进行外科干预的方法。目前认为需要外... 详细信息

坏死性小肠结肠炎(NEC)是新生儿时期常见的疾病,过去传统的认知认为只有在腹腔肠道穿孔的时候才需要进行外科手术干预治疗。但随着对于坏死性小肠结肠炎的病理病程变化的不断了解,人们开始寻找早期进行外科干预的方法。目前认为需要外科干预的相对指征主要参考临床表现、实验室检查和放射学检查的参数,一旦发现患儿临床情况恶化,则需要外科进行干预治疗。NEC的外科处理方式包括以下几种,腹腔放置腹腔引流管:单纯地放置腹腔引流可作为对于某些一般情况较差难以耐受手术的患儿或抢救中生命体征不平稳的最终选择;开腹探查术:在坏死肠管切除后进行肠道造口或吻合手术,特别是在局限病变的NEC患儿可以进行。对于一期肠吻合手术,在严重的、多灶性NEC,由于病变肠管较多,国外多采用空肠造瘘的高位置空肠造口术或采用对于残余肠管的“夹闭并放回腹腔”技术以提高患儿生存率;NEC情况下腹腔镜的使用:目前国内外尚报道不多,该技术对于急症的患儿存在加重腹腔内CO_(2)压力,增加麻醉风险和患儿内环境恶化的不利因素,目前尚无更多的数据支持广泛地使用该技术于NEC的患儿。

关键词：坏死性小肠结肠炎新生儿外科干预

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互联网嵌入对农民民宿创业意愿的影响研究

新视野 2024年第3期 47-57页

作者：殷平赵娣杜京哲北京交通大学经济管理学院北京市100044

构建以创业机会识别为中介变量、乡土情结为调节变量的理论模型,研究互联网嵌入方式对农民民宿创业意愿的影响,并采用504位北京市平谷区农民的问卷数据进行假设验证。结果表明:(1)互联网社群嵌入和互联网媒体嵌入对农民民宿创业意愿都... 详细信息

构建以创业机会识别为中介变量、乡土情结为调节变量的理论模型,研究互联网嵌入方式对农民民宿创业意愿的影响,并采用504位北京市平谷区农民的问卷数据进行假设验证。结果表明:(1)互联网社群嵌入和互联网媒体嵌入对农民民宿创业意愿都具有正向影响;(2)创业机会识别在互联网社群嵌入、互联网媒体嵌入与农民民宿创业意愿之间起部分中介作用;(3)乡土情结正向调节创业机会识别在互联网嵌入与创业意愿间的中介作用,同时正向调节互联网社群嵌入与创业意愿的关系,但在互联网媒体嵌入对创业意愿的影响路径中未起到调节作用。

关键词：互联网嵌入创业机会识别创业意愿乡村民宿乡土情结