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作者：张育源华东交通大学

学位级别：硕士

两级式单相逆变器广泛应用于低压直流源供电的交通和电力系统中。本文首先介绍了两级式逆变器拓扑结构的分类,比较了常用前级DC/DC变换器和常用后级DC/AC逆变器拓扑的优缺点,最终确定了本文研究的两级式逆变器为前级采用Boost电路、后... 详细信息

两级式单相逆变器广泛应用于低压直流源供电的交通和电力系统中。本文首先介绍了两级式逆变器拓扑结构的分类,比较了常用前级DC/DC变换器和常用后级DC/AC逆变器拓扑的优缺点,最终确定了本文研究的两级式逆变器为前级采用Boost电路、后级采用单相全桥逆变电路。前级Boost电路用于升压完成逆变器输入输出之间的电压匹配,后级全桥逆变电路用于直流到交流转换并给终端负载供电。基于双环控制和数字控制技术的突出优点,本文研究的两级式逆变器系统采用的控制策略为DSP实现的平均电流控制。由于逆变器输出的电压和电流都是交流电,使得输出的瞬时功率中除了有直流分量外,还含有2倍于工频的脉动功率,而系统的输入功率是直流量,从而导致输入输出功率的不平衡。中间直流母线电容作为两级式逆变器前级和后级的解耦电容,承担了系统中存在的2倍频的脉动功率,从而使得母线电容电压中含有二次低频电压纹波。该低频电压纹波会引起母线电容发热从而危及母线电容的运行寿命,会导致逆变输出电压波形出现削顶而产生畸变,还会使得作为直流输入电源的蓄电池、燃料电池、光伏电池等寿命的缩短。为了解决直流母线低频电压纹波所带来的问题,本文提出了3种抑制方法:改变控制器参数的抑制方法、注入二次谐波的抑制方法和输出功率前馈的抑制方法。为了验证所提出的抑制方法的正确性和有效性,本文搭建了一台500 W的两级式逆变器原理样机,实验结果证实了所提出的抑制方法的正确性和有效性。

关键词：两级式逆变器直流母线电容低频电压纹波抑制 DSP数字控制

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双三相PMSM系统电容电流谐波抑制与RMS值估计研究

双三相PMSM系统电容电流谐波抑制与RMS值估计研究

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作者：张鹏程湖南工业大学

学位级别：硕士

由于双三相永磁同步电机(Dual-three phase Permanent magnet synchronous motor,DT-PMSM)具有容错性高、控制灵活、转矩脉动小和满足低压大功率的要求等优势,广泛运用于军舰、飞机和特种战车等国防特种装备领域。直流母线电容器的使用... 详细信息

由于双三相永磁同步电机(Dual-three phase Permanent magnet synchronous motor,DT-PMSM)具有容错性高、控制灵活、转矩脉动小和满足低压大功率的要求等优势,广泛运用于军舰、飞机和特种战车等国防特种装备领域。直流母线电容器的使用寿命决定着DT-PMSM的可靠性和经济性。电容电流均方根(Root mean square,RMS)值是决定其设计成本和寿命预测的重要参考指标。DT-PMSM系统的多逆变器并联结构使直流环节电容承受大量电流谐波,造成温升效应,并且目前的RMS值估计方法过程繁杂和精度较低。针对以上问题,提出了DT-PMSM系统双三相逆变器控制的载波调制策略(Carrier Modulation Strategy,CMS)和直流环节电容电流Cotes计算方法,解决了直流母线电容电流RMS值过大和计算繁杂且精度较低的问题,最后进行了仿真与实验验证分析。本文的主要研究内容如下:(1)介绍DT-PMSM的坐标变换方法,利用传统的Clark扩展变换方法建立DT-PMSM的数学模型。分析DT-PMSM的绕组特点并结合数学模型,从双d-q坐标变换方向解释DT-PMSM的解耦过程,给出DT-PMSM同步旋转坐标系下的电压、磁链、转矩方程。分析了基于部分解耦和完全解耦控制两种方式下的空间矢量脉宽调制(Space vector pulse width modulation,SVPWM)控制机理。(2)针对DT-PMSM系统直流母线电容电流RMS值较大的问题,提出了一种基于双逆变器控制的载波调制策略。对双逆变器的进行载波不同步控制,使部分流经直流母线电容的电流谐波得到抑制,从而达到电流RMS值减少的目的。仿真结果表明所提方法无须增加附加电路和繁杂的控制成本,且达到了良好的抑制效果。(3)提出一种DT-PMSM系统双逆变器并联结构的直流母线电容电流RMS值估算方法,解决了传统计算方法只应用于单三相PMSM系统和计算过程繁杂的问题。通过对直流母线电容模型的分析,针对采用SVPWM调制驱动的情况下,对算法调制函数使用几何壁模型分析;推导出双逆变器结构的直流母线电容电流RMS值二重傅里叶积分形式。为避免双傅里叶积分计算的繁杂过程,利用插值求积思想提出Cotes方法,对双傅里叶积分RMS值计算公式进行简化。仿真结果表明所提出的Cotes方法避免了大量的积分计算过程,与传统时域分析计算方法相比准确性和快速性得到了提高。(4)利用RTU-BOX204平台建立了DT-PMSM传动系统实验平台对本文提出的直流母线电流谐波抑制策略和直流母线电流RMS值计算方法进行验证,实验结果表明双三相逆变器结构CMS方法能大幅度抑制直流母线电容电流RMS值。基于双逆变器结构的Cotes直流母线电容电流RMS值计算方法解决了传统计算方法复杂度较高和精度较低的问题,计算速度与精度优于传统计算方法。

关键词：双三相永磁同步电机直流母线电容 SVM载波移相调制 Cotes计算方法

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功率变流器中关键器件在线监测技术的研究

功率变流器中关键器件在线监测技术的研究

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作者：龚灿重庆大学

学位级别：硕士

十三五规划提出生态环境质量总体得到改善的目标要求,为解决生态环境与能源危机等问题,促进了新能源发电技术的发展和应用,尤其以风力发电为代表的新能源发电装机容量逐年增加。根据实际工程应用数据表明,功率变流器是风力发电系统中最... 详细信息

十三五规划提出生态环境质量总体得到改善的目标要求,为解决生态环境与能源危机等问题,促进了新能源发电技术的发展和应用,尤其以风力发电为代表的新能源发电装机容量逐年增加。根据实际工程应用数据表明,功率变流器是风力发电系统中最薄弱的环节之一。作为风力发电系统的核心部件,功率变流器的可靠性直接影响新能源发电的并网以及大电网的安全运行。功率变流器故障主要由IGBT模块和直流母线电容老化失效引起的。由于风能的随机性和不稳定性,风电变流器在处理能量的过程中功率器件的结温会发生大幅度的波动,再加上IGBT模块封装材料热膨胀系数差异较大,较高的结温波动使得IGBT模块焊料层和键合线极易出现老化。在变流器工作过程中,直流母线电容电解液会逐步挥发,使得母线电容发生老化。随着变流器中关键器件的老化,风电变流器的可靠性逐渐降低。为避免因IGBT模块或直流母线电容老化而突然失效给风力发电系统带来灾难性后果,实时在线监测IGBT模块和直流母线电容的老化特征量,及时发现并更换健康水平较低的器件,是目前亟待解决的问题。本文提出了一种功率变流器关键器件的在线监测方法,能同时对IGBT模块和直流母线电容的健康水平进行在线评估。在变流器正常工作过程中,加入短路测试,在线测试IGBT模块的短路电流以及直流母线电容端口电压的突变量。IGBT模块的健康水平可以根据测得的短路电流大小进行判断;根据IGBT模块的短路电流和直流母线电容的端口电压,可以计算出直流母线电容的等效串联电阻(ESR),进而在线评估直流母线电容的健康水平。本文的主要工作如下:首先,详细分析了IGBT模块和电解电容的老化机理,并提出了IGBT模块和直流母线电容的状态监测方法。本文提出了一种基于短路电流的IGBT模块状态监测方法,从理论上分析了IGBT模块键合线老化对IGBT短路电流的影响。根据本文提出的方法,只需监测IGBT模块的短路电流,就可以直接判断模块的健康水平而不需要考虑芯片的结温。同时对电解电容的老化特征量和状态监测方法进行了详细的分析。其次,提出了基于短路电流的IGBT模块及直流母线电容的在线监测方法。以短路电流作为IGBT模块的老化特征量,等效串联电阻作为直流母线电容的老化特征量。详细分析了短路电流及ESR的在线测量方法。在变流器正常工作过程中加入短路测试,使待测IGBT模块工作在电流饱和状态,实现IGBT及直流母线电容的在线监测。同时,短路测试对关键器件的影响以及对变流器正常工作的影响在本文中进行了详细的分析。最后,通过实验验证了本文提出的在线监测方法的正确性。设计了一款用于功率变流器关键器件在线监测的IGBT驱动电路,该驱动电路能输出三种不同的电平使变流器中的IGBT可以工作在不同状态。利用设计的IGBT驱动电路,在恒温箱中,对IGBT模块不同键合线老化状态、不同芯片结温时,在不同门极驱动电压下进行短路测试,并分析IGBT模块的短路电流与门极驱动电压、芯片结温以及键合线老化状态的关系。并搭建了一套单相逆变器实验平台,对IGBT模块的短路电流以及直流母线电容的ESR进行在线测量。试验结果与理论分析基本符合,验证了本文提出的在线监测方法的正确性。

关键词：变流器 IGBT模块直流母线电容短路电流在线监测

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一种单相MMC预充电控制策略

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电源学报 2017年第1期15卷 49-54页

作者：何震林磊林艺哲李昂华中科技大学电气与电子工程学院强电磁工程与新技术国家重点实验室武汉430074

模块化多电平换流器(MMC)的预充电通常可分为两个阶段:不控整流以及boost升压。三相MMC的boost升压控制技术已经较为成熟。然而与三相MMC不同的是,单相MMC的直流侧具有独立电容。因此,单相MMC的boost升压阶段必须同时考虑子模块电容和... 详细信息

模块化多电平换流器(MMC)的预充电通常可分为两个阶段:不控整流以及boost升压。三相MMC的boost升压控制技术已经较为成熟。然而与三相MMC不同的是,单相MMC的直流侧具有独立电容。因此,单相MMC的boost升压阶段必须同时考虑子模块电容和直流侧电容,这是单相MMC预充电的难点所在。文中提出了一种基于单相半桥子模块(HBSM)的预充电策略。该策略的第一阶段仍为不控整流,第二阶段通过上下桥臂的能量之和与能量之差的控制来实现子模块电容的boost升压。之后,直流侧电容电压被交流侧持续馈入的能量充到额定值。该控制方案使整个启动过程快速、平滑、稳定,对单相MMC做整流运行具有重大价值。最后,所提方案的有效性及正确性在一台单相8个子模块的实验样机上得到了验证。

关键词：单相MMC 预充电控制直流母线电容 boost升压

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基于等效转动惯量的电动汽车测试平台

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湖南工业大学学报 2013年第5期27卷 67-71页

作者：江元元龙永红易吉良姜建伟张宝湖南工业大学电气与信息工程学院湖南株洲412007

针对现有电动汽车电驱动系统测试平台采用机械飞轮惯量模拟汽车行驶惯量,存在体积大,不能连续调节等问题,设计一种能对电动汽车电驱动系统进行动态加载的测试平台。采用交流电力测功机系统,用电模拟惯量,实现道路负载模拟和车辆的惯性... 详细信息

针对现有电动汽车电驱动系统测试平台采用机械飞轮惯量模拟汽车行驶惯量,存在体积大,不能连续调节等问题,设计一种能对电动汽车电驱动系统进行动态加载的测试平台。采用交流电力测功机系统,用电模拟惯量,实现道路负载模拟和车辆的惯性载荷模拟,并能将能量回馈至电网,减少能量损耗;并且优化了直流母线滤波电容和滤波电感参数的估算方法。仿真结果表明,该试验平台能较精确地进行动态加载模拟车辆的实际行驶工况。

关键词：惯量模拟交流电力测功机直流母线电容

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