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摘要： 针对《电力电子技术》课程实验教学中因实验装置结构固化、可操作性差、实验参数固定、实验结果单一造成学生在实验中机械式操作、被动式学习的问题，本文结合虚拟仿真模型和硬件实验装置，探索了虚实融合实验平台及虚实融合实验教学的新路径，以提高实验教学效果，使课程教学质量得到进一步提升。

关键词： 数字控制   电力电子实验平台   控制策略   DSP   人机交互界面  

摘要： 现有的电力电子实验装置主要采用模拟控制方式或者专用模拟集成控制芯片方式实现,存在体积大、结构复杂、动态响应慢、制造成本高、通用性不强等缺点,并且只能做一些演示性或验证性实验,限制了学生动手能力和创新能力的培养。采用数字控制技术,其硬件电路结构简单,控制灵活,易于实现先进、复杂的控制策略。本文搭建了电力电子实验平台并在此基础上进行了控制策略的研究与实现。该实验平台采用部分元器件共用的方式,将实验集成在一起,通过拨动开关选择相应的电路实验,在不更换硬件电路的情况下可以实现先进、复杂的控制策略,具有良好的扩展性、灵活性和可靠性,满足了后续对设计性和创新性实验的研究。本课题的主要内容如下:(1)阐述了国内外相关研究现状,并对本文电力电子实验平台的设计理念进行了介绍。(2)主要研究了Boost变换器、Buck变换器、单相SPWM逆变器和单相PWM整流器的控制策略。其中Boost变换器采用电压闭环PI控制;Buck变换器采用电压电流双闭环PI控制;单相SPWM逆变器采用PI+重复并联控制;单相PWM整流器电压环采用滑模控制,电流环采用准PR控制。(3)完成了系统的软硬件设计。阐述了实验平台整体硬件结构并简要说明了各组成部分的硬件构成和实现功能。为了提高程序的可读性和逻辑性,对DSP程序设计采用了模块化结构,主要由主程序、中断程序和控制算法程序组成。其中中断程序有ADC中断、SCI中断、e PWM中断和e CAP中断;控制算法程序包括了PI控制算法、准PR控制算法、重复控制算法和滑模控制算法。(4)人机交互界面设计采用C++语言编写,通过USB转RS232接口与电力电子实验平台连接,在监控界面上可以在线选择不同的电路实验,并能实时显示当前时间下的电压、电流具体数值和动态曲线。(5)搭建了实物平台并对各实验所提出的控制策略进行了验证。实验结果与仿真结果基本一致,验证了所提控制策略的有效性与可行性。

关键词： 电力电子变压器   电压均衡   功率均衡   阻抗控制   电压波动   前馈控制  

摘要： 随着智能电网与分布式能源的不断发展,电网的功能需求也日益复杂,传统电力电压器将不再适用于未来电网。而电力电子变压器(power electronic transformer,PET)不仅能够实现基本的电压等级变换和电气隔离,还可以实现交直流变换、无功补偿、以及可再生能源接入等功能,并且体积小、重量轻、供电端口丰富,引起了人们的广泛关注。电力电子变压器通常由若干个子功率变换模块组成,各子模块采用串入并出(input-series and output-parallel,ISOP)的结构串联或者并联,以适应高压大功率的应用场合。然而,多模块串并联也对电力电子变压器内部模块的控制策略提出了更高的要求。本文针对电力电子变压器的控制技术进行深入研究,旨在提高功率波动下电力电子变压器的安全性与稳定性。本文的主要工作和成果如下:1.电力电子变压器电压与功率均衡控制策略研究。以级联H桥(cascaded Hbridge,CHB)型PET为例,分析了传统PET电压与功率均衡控制策略的局限性。分析PET并联单元电压与功率不均衡的根本原因,提出了一种基于虚拟阻抗控制的均衡控制策略。该策略实现了并联双有源桥(dual active bridge,DAB)变换器的暂态阻抗均衡,因此在功率波动时仍然能够保证PET的电压与功率均衡,进一步提升了PET运行的安全性和稳定性。仿真结果验证了所提策略的有效性。2.电力电子变压器负载电流前馈控制策略研究。基于PET数学模型,分析了负荷变化对PET中间直流电压与输出直流电压的影响;研究前馈控制策略在PET中的应用,分析了传统前馈控制策略在PET场合的应用局限性,并结合阻抗控制策略,提出了一种改进前馈控制策略。该策略在不影响PET均衡性能的前提下,进一步抑制了负荷波动下PET的直流电压波动。半实物实验验证了所提策略的可行性与优越性。3.级联变换器改进功率平衡控制策略研究。针对传统功率平衡控制存在控制偏差而难以实现准确功率补偿的问题,以单相整流器与DAB变换器级联的功率变换系统为例,提出了一种改进功率平衡控制策略。该策略通过闭环控制对功率平衡控制的功率平衡系数进行调节,可对功率损耗、采样偏差等控制偏差进行补偿。所提策略可有效提高功率平衡控制的计算精度,并且对电流传感器故障导致的负载信息缺失或采样偏差大的故障工况也具备一定的容错性。半实物实验验证了所提策略的有效性与优越性。

关键词： 电力电子技术   混合模式教学   线上线下  

摘要： 文章分析了目前“电力电子技术”课程教学中的不足，阐述了改革的必要性，并通过线上教学的引入，构建了基于混合式教学模式的“电力电子技术”课程，完善了相应的评价机制，进而满足学生多元化的学习要求，提高学习效果。

关键词： 电力电子   无电解电容   单级单相非隔离   Buck-Boost   光伏逆变器  

摘要： 能源与环境挑战的大背景下,“双碳”等国家政策的加持使得发展前景本就广阔的光伏逆变器更加大有可为。本文以单级单相非隔离逆变器为研究出发点,针对当前拓扑升降压能力有限、结构及控制冗杂、无源器件多造成系统偏离轻量化和小型化等问题进行分析研究。本文在着重研究单级单相非隔离型Buck-Boost逆变器的基础上,给出了一种无电解电容的单级单相Buck-Boost逆变器。通过进行拓扑结构对比以及运行和控制原理分析等工作发现,作为单级非隔离逆变器,有利于降低传到损耗,提高工作效率体积小,造价低且安装更为方便;该拓扑具备灵活的升降压能力,可使得在恶劣的环境条件影响下依然能够保证输出保持稳定;此外,该逆变器无源器件使用极少,仅使用了一个低感值直流储能电感工作在正负半周,电感利用率和系统功率密度都得以提高,整体结构及控制十分简洁,符合逆变器小型化、轻量化的发展趋势。本文首先对该拓扑进行了工作原理、调制方式及升降压能力分析,之后对电路拓扑进行了数学模型建立、滤波器设计、PR调节器设计以及并网系统分析设计,对整个系统的实现进行了硬件及软件设计选型,并在理论的基础上进行了仿真,闭环系统满足稳定性、准确性以及快速性要求,并网系统在升降压模式下也能够有符合规定的良好输出,初步验证了理论分析及参数设计的正确性。最后,在理论分析及仿真验证的基础上,搭建了功率1000W左右的实验样机,实际运行结果表明该单级单相Buck-Boost逆变器系统的参数设计得当,开闭环逆变输出、抗扰动测试以及并网运行等工况运行均与理论与仿真分析结果保持一致,符合预期。

关键词： 电力电化配电网   分布式谐波治理   全局优化   电压检测型SAPF   数据驱动  

摘要： 随着配电网分布式电源、灵活负荷的供电需求的增大,大量的电力电子装备接入电网,配电网逐渐呈现出电力电子化的态势。电力电子装置作为典型的谐波源,大量接入后将导致配电网谐波负荷分布全网化的污染新特点,与此同时,各个谐波源之间、谐波源与电网之间的相互作用机理也趋于复杂,给电力电子化配电网的谐波治理带来了一系列挑战。此外,配电网由无源向多源、由单一网架向多种网架、单一负荷向多样负荷发展的特征致使网络结构参数具有复杂多变性,传统的建模驱动谐波治理的策略存在局限,随着智能电网的推广和大数据技术的研究开发,数据驱动电能质量分析与治理应运而生。针对上述问题,本文依据数据驱动决策的思路,提出一种基于电压检测型的并联有源电力滤波器(Shunt Active Power Filter,SAPF)的谐波全局分布式优化治理策略。首先,针对配电网谐波治理分区问题,依据节点间电压电流耦合关系,运用层次聚类算法分别分析了节点谐波阻抗矩阵和节点关联度矩阵,获得配电网建模分区结果和数据驱动分区结果,节点谐波阻抗矩阵是通过配电网建模分析获得,节点关联度矩阵是通过运用分段线性表示方法实现数据压缩处理后运用灰色关联度分析方法所得的数据分析结果,仿真中以配电网建模分区结果验证了数据驱动分区方法的有效性。在面对实际电网谐波动态变化、配电网拓扑和污染源模型无法准确获得的情况下,数据驱动决策的方法能够准确地反映节点间谐波耦合关系,获得有效的分区结果,为配电网的谐波全局分布式治理提高时效性。其次,基于数据分区结果建立长时间尺度内的SAPF区域优化治理模型,确定节点的治理权重和区域优化目标,在一定的约束条件下运用粒子群优化方法求解,实现“分区自治、全局优化”的谐波全局分布式优化治理。最后,针对电力电子化配电网谐波源输出谐波电流的随机波动性,在全局分布式优化治理基础上,根据SAPF本地协调特性建立短时间尺度的实时反馈策略,用以修正全局优化治理在实时波动情况下所存在的控制误差,实现对配电网谐波随机波动的有效抑制。对IEEE 33节点配电网进行MATLAB仿真,结果表明本文所提的全局分布式优化治理+本地协调反馈策略可以有效地实现电力电子化配电网谐波污染的治理。

关键词： 无功优化   虚拟同步机   控制参数优化   光储协控  

摘要： 近年来随着对新能源的开发和利用,电网开始呈现高渗透率新能源、高比例电力电子装置的“双高”发展特征,随之产生了一系列电网稳定性的问题。虚拟同步机(Virtual Synchronous Generator,VSG)控制技术是应对这些问题的一个重要解决方法,未来其应用将会越来越广泛。为顺应这样的发展趋势,结合虚拟同步机和新能源进行电网系统的无功协调与优化成为研究重点之一。本文针对VSG控制技术并网的新型光储系统模型,分析其无功电压控制策略;基于VSG控制参数构建无功优化目标函数,采用粒子群优化算法对系统参数完成求解与整定,以实现输出功率的控制与调节;并在配网环境中与传统无功补偿装置相结合,共同达到系统无功优化和电压调节的目的。本文主要研究内容如下:(1)根据同步发电机的工作原理建立了虚拟同步机的系统结构与模型,再结合光伏发电和储能的工作原理,设计并提出了VSG协控光储的新型新能源系统与控制策略。(2)在微网系统中,以有功网损最小和电压偏差最小为原则,构建了VSG控制参数参与的无功优化目标函数与约束条件,并采用含罚函数的粒子群优化算法进行整定。在含有高比例电动机和电弧炉冲击负荷两种代表性负荷波动场景下,仿真分析了VSG协控光储控制策略的无功优化效果,并与配电网静止无功发生器(Distributed STATCOM,D-STATCOM)的补偿效果进行对比,验证了本策略在微网系统中平抑电压波动的有效性。(3)将VSG协控光储的系统应用于配电网中,并且考虑与D-STATCOM补偿装置相结合,协同实现配网区域内的无功优化。通过分析VSG协控光储系统在电网内的不同并网位置和不同并网容量的影响,确定了系统最佳并网点与最佳容量比,并完成搭建了含VSG协控光储系统、D-STATCOM装置的配网系统模型。以网损和电压最小为优化目标,建立了配网无功优化的目标函数,再采用PSO优化算法进行求解,通过对比仿真验证协同控制策略明显的优化效果。

摘要： 随着能源革命和电力电子技术的快速发展,电力电子变压器的应用前景日益广泛,除了实现电压变换、能量传输、电气隔离等基本功能外,电力电子变压器还具备无功补偿、谐波治理、电网互联、新能源并网等潜在功能,是构建新一代能源互联网的核心模块之一.此外,电力电子变压器在轨道交通牵引供电、电动汽车快充站、以及飞机、船舶、岸电等系统中亦展现出了良好的应用潜力,近年来受到广泛关注.

关键词： 电气自动化   电力系统   电力电子  

摘要： 电气自动化技术对电力系统的安全稳定运行和有效管理至关重要,是电力系统应用的基础技术,对我国电力工程建设和电力系统管理具有深远影响。本文阐述了电气自动化技术在电气自动化技术、电气自动化系统中的应用原理和优势,以及电气自动化技术的技术应用。目的是提高电气工程师对电气自动化技术的认识,提高电气系统的自动化水平。

关键词： 电力电子技术   电力系统   app应用  

摘要： 电力电子技术是支撑当前高新技术产业的重要基础技术之一,在传统的改革和发展中发挥着重要作用。随着电力电子技术的快速发展,其应用范围越来越广,取得了良好的应用效果,在日常生产生活中发挥着重要作用。电力电子技术在电力系统中的合理应用不仅是未来电力系统发展的重要趋势,也是推动电力电子技术发展需要研究的重要问题。首先,简要分析了电力电子技术及其特点。在此基础上,探讨了电力电子技术在电力系统中的应用,为电力生产和供应提供了一些思考方向。