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[期刊] 沈阳农业大学学报  [作者] 王俊  毕长生  谢易澎  董文静  
将可以实现软开关功能的零电压(ZVS)移相全桥直流变换器应用于电力电子变压器中,分析其各个环节的作用并设定相应的控制策略,仿真结果表明:该变换器在电力电子变压器中仍然可以实现软开关功能,适合工作于高频状态下,有利于降低装置的体积和提高装置的工作效率。通过采用合适的控制策略,电力电子变压器的输入电流和输出电压波形情况良好,证明电力电子变压器在实现电压等级变换和能量传递的基本功能的同时,还具备应对电压波动和网侧谐波含量大等电能质量问题的功能。
[期刊] 清华大学学报(自然科学版)  [作者] 樊志强  赵争鸣  施博辰  虞竹珺  郑嘉霖  
多端口电力电子变压器正成为新一代电网的关键设备,但其损耗建模和解算非常困难。DSIM软件适用于复杂结构电力电子变换器仿真解算,尤其是电力电子变压器。针对多端口电力电子变压器,该文进行了比较全面的损耗分析,并且例证了DSIM软件在复杂电力电子变换器系统损耗分析方面的有效性。建立了电力电子变压器损耗模型,通过仿真和实验验证了所提出的模型的准确性和有效性。结果表明:单台电力电子变压器具有最优效率点;对于两台电力电子变压器集群运行,轻载时只运行单台电力电子变压器效率最优,重载时两台电力电子变压器同时运行效率最优。该文对损耗模型的分析,可以为电力电子变压器运行效率优化提供参考。
[期刊] 清华大学学报(自然科学版)  [作者] 聂浩哲  沈瑜  赵争鸣  文武松  袁立强  
随着电力电子变压器在电力系统中的应用,其运行安全性和稳定性也开始受到广泛的关注和研究。并网点短路故障引起的电力电子变压器交流端口电压跌落问题会造成电力系统严重失稳,并使电网的故障恢复困难。针对一种模块化四端口电力电子变压器,该文从能量的角度分析了其高压交流端口发生电压跌落问题时的失稳机理。为了维持电力电子变压器在故障期间的安全稳定运行,提出了一种低电压穿越控制方案,通过切换电力电子变压器的功率平衡端口与端口控制策略,实现了电力电子变压器的低电压穿越功能。基于DSIM仿真平台对所提的低电压穿越控制方案进行验证,证明了该方案能够有效提高电力电子变压器的运行安全性和稳定性,实现了真正意义上的多端口电力电子设备的低电压穿越功能。
[期刊] 实验技术与管理  [作者] 张丽霞  王洋  杜银景  康伟  康忠健  
双向全桥直流变换器的电感电流应力和回流功率大小决定着变换器工作效率的高低。通过构造拉格朗日函数的方法对单移相(SPS)和双重移相(DPS)直流变换器的电感电流应力和回流功率进行分段优化控制,从而最大程度地降低变换器的电感电流应力和回流功率,提高变换器的工作效率。比较分析了各类型优化策略的回流功率和电感电流应力,最后通过MATLAB/Simulink平台仿真验证各种优化策略的可行性与有效性,在提高学生仿真能力的同时,使学生对双向全桥优化控制有一个更直观、全面的认识。
[期刊] 实验技术与管理  [作者] 杨文荣  何源  陈玥  
在考虑磁致伸缩力和麦克斯韦力的基础上,研究操作过电压对变压器振动特性的影响。首先建立了空载变压器模型,对分闸/合闸情况进行仿真;然后根据仿真数据,通过插值的方法建立的三相变压器二维磁-机械耦合模型,并进行空载下变压器振动仿真。根据仿真结果,分析了过电压对变压器铁心磁场、应力及振动加速度的影响,对基于振动信号的变压器运行状态监测和电力系统的安全运行具有实际意义。
[期刊] 清华大学学报(自然科学版)  [作者] 文武松  张颖超  王璐  赵争鸣  聂金铜  
快速准确获取电网电压幅值、频率和相位信息,是确保各种并网功率变换器的稳态、动态性能的关键。通过对电网电压同步算法进行分类,综述已有典型锁相环算法,指出其应用过程中存在的频率波动、谐波和三相不平衡、直流偏置以及相角突跳变等突出问题,并给出了相应的抑制方法。结果表明:基于同步参考坐标系和谐振控制器的锁相环是目前2种主流的电压同步方法;采用多通道解耦能有效抑制谐波和频率波动,单相系统可等效成三相系统处理;同时,电网电压同步技术正在向着准确性高、响应速度快、鲁棒性强的方向发展。
[期刊] 实验技术与管理  [作者] 易杨  林宝全  杨公德  桂尧杰  
电力电子变压器(electronic power transformer,EPT)是柔性交流输电系统(flexible AC transmission system,FACTS)中极具代表性的应用之一。该文研究建立了基于半实物仿真技术的EPT实验教学平台,阐述了平台总体架构,并以EPT向无源负荷提供定制电力的应用场景为例,介绍了实验教学平台的基本实验流程,还通过仿真和实验验证了该EPT实验教学平台的合理性和可行性。
[期刊] 实验技术与管理  [作者] 程子霞  王晨辉  务经纬  罗金良  
为了充实教学手段,该文提出了一种模拟变压器仿真实验设计。利用有限元仿真软件,在磁场和固体传热场耦合的多物理场下构建三维变压器模型,分析在短路和断路情况下的热源分布和磁通密度分布。利用改变网格划分方式提升网格质量,通过与经验公式、Steinmetz公式计算结果相比较证明仿真计算的合理性。对变压器仿真进行App开发,使仿真步骤简化,可对设备参数进行修改。本设计可脱离物理仿真软件独立运行,操作简单,贴合实际教学情况。
[期刊] 清华大学学报(自然科学版)  [作者] 崔彬  李欣阳  薛芃  蒋晓华  
随着新一代宽禁带半导体器件在双主动全桥(DAB)变换器中的应用,变换器交流侧出现较高的电压上升率(dv/dt)。高dv/dt含有丰富的高频谐波成分,引起变压器分布电容与系统感性元件之间产生严重的高频振荡问题。该文基于高频变压器π型三电容分布参数模型,推导了变压器端口电压高频振荡的时域解析方程,定量分析了dv/dt和变压器分布电容对高频振荡幅值的影响,并通过调节系统dv/dt实现了对高频振荡幅值的抑制。搭建了DAB变换器实验样机系统和对应的LTspice电路仿真模型,验证了高频振荡问题理论分析的合理性和正确性。
[期刊] 清华大学学报(自然科学版)  [作者] 谷庆  袁立强  赵争鸣  段任之  陆子贤  
双有源桥DC-DC变换器(DAB)在三重移相(TPS)控制下拥有3个独立的控制自由度,通过移相自由度的合理组合可以减小DAB的电流应力,然而软开关分析表明,当DAB的电流应力处于最优状态时,系统的效率并不一定是最优的。该文在电流应力优化控制的基础上,提出一种同时考虑电流应力和效率的DAB性能综合优化方法。首先,基于DAB的开关组合规律建立了TPS控制下DAB的损耗模型,通过换流回路分析,对任意开关组合下功率半导体器件的通态损耗、开关损耗,磁性元件的铜耗和铁耗分别进行计算。在此基础上,引入效率优化权重,构建综合考虑电流应力和效率的优化目标函数,采用二维遍历算法寻优获得DAB综合性能最佳时的工作点。实验对比了单独优化电流应力或者效率时DAB的性能差异,通过合理选择效率优化权重,使得实验样机在传输6kW功率时的效率绝对增加了0.83%,而电流应力只增加了0.5A。该方法可以在基本不增加电流应力的前提下,有效提高DAB的效率。
[期刊] 沈阳农业大学学报  [作者] 田有文  王睿  
以小波变换中多分辨分析为基础,提出一种以能量变化率的比值为判据—小波能量谱法,区分变压器励磁涌流和内部短路电流。应用MATLAB的PSB工具箱建立励磁涌流与短路电流仿真模型,应用小波能量谱法提取励磁涌流与短路电流的小波能量谱。仿真试验结果表明小波能谱法,计算简捷,能有效区分励磁涌流和短路电流。
[期刊] 实验技术与管理  [作者] 王攀攀  段森  童志刚  于东升  许允之  韩丽  
为解决传统Boost电路升压能力不足、输入电流纹波大的问题,提出一种基于耦合电感的新型DC/DC变换器。在变换器的前级将耦合电感和电容相结合,实现零输入电流纹波;在变换器的后级利用耦合电感倍压单元扩展变换器的电压增益;引入二极管+电容的箝位电路,用以抑制漏感带来的电压尖峰,进而形成新的变换器拓扑结构。依据电路理论分析了变换器的工作原理和工作特性,并以光伏发电系统中的直流升压环节作为应用背景,在Simulink仿真平台上进行了实验验证和分析。实验结果表明:该变换器具有高电压增益、零输入纹波和低电压应力的特点。
[期刊] 实验技术与管理  [作者] 冯兴田  李紫岩  周广睿  
该文设计了一种全桥-半桥模态切换的宽增益谐振变换器,首先通过优化谐振腔结构,在电流传输中引入三次谐波,减小能量循环及开关管损耗,然后根据输入电压控制变换器在两种不同模态切换,拓宽增益范围,使得变换器具有更灵活的调压特性。利用基波近似法推导电压增益,绘制增益曲线仿真图,分析谐振参数对电压增益的影响并设计合适的参数,运用变频控制优化输出波形,实现变换器在不同模态下的电压平稳输出。通过搭建实验样机展开实验分析,结果显示不同模态下变换器均能实现软开关,增益拓宽且输出效率明显提升。
[期刊] 实验技术与管理  [作者] 李文娟  马鸣一  邸金霖  岳春风  
为了使控制理论课程的教学效果更加理想,提出将控制理论的教学与负载模拟变换器仿真实验相结合的教学方法。探讨解决传统PI控制稳定性差、无法实现对指令电流的无静差跟踪等问题,提出了改进重复控制的方案。给出了改进重复控制器的设计步骤以及具体参数。在Simulink仿真平台上建立了负载模拟变换器的系统仿真模型,对阻感性负载、阻容性负载以及突变负载进行了模拟与分析。结果表明:采用改进重复控制的负载模拟变换器,可以实现对指令电流的无静差跟踪,并且谐波畸变率低,可以更好地模拟负载。
[期刊] 实验技术与管理  [作者] 马骏杰  孔维文  郝慎才  王钦钰  赵岩  
将Matlab/Simulink仿真软件引入电力电子课程实验教学环节,开发了斩控式交流变换器的Simulink仿真实验。以Cuk型AC-AC变换器仿真实验为例,使用Simulink搭建仿真电路模型,分析了占空比改变前后的AC-AC变换器输入输出电压波形以及关键元件处于异常时的输入输出电压仿真波形。实验结果与理论分析一致,说明将Simulink仿真应用在实践教学中可以准确、方便地获取实验结果。
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