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关键词： 电力电子   耦合系数估算   谐波干扰   谐波利用   无线电力传输  

摘要： 现代电力器件与电子设备对于系统稳定运行的要求日益增高,所以设备附近的电磁干扰越来越引起人们的重视。电磁敏感场合对于环境中的电磁发射有明确的条例规范,例如汽车电子的CISPR25以及航空无线电的GB6364。对于通过电磁进行能量传输的无线电能传输技术(WPT)而言,其工作时会产生谐波干扰从而对附近电磁敏感设备造成影响。中国工信部最新发布的《无线充电(电力传输)设备无线电管理暂行规定(征求意见稿)》中也明确规定了WPT谐波干扰的发射限值,所以滤除WPT中的谐波能有效扩展其应用范围,同时这也是本文的研究内容之一。设备产生电磁兼容(EMC)问题从而造成系统不稳定的主要原因有两个,分别是电磁干扰(EMI)以及电磁耐受性(EMS)。EMS是指设备在稳定运行时耐受电磁干扰的能力。环境中处处存在电磁干扰,电气、工业、机械等设备因其技术特性具有比较强的EMS,同时大部分非精密仪器类设备也有一定的EMS,所以WPT中的谐波干扰对于非电磁敏感设备并没有太大影响,在很多应用中并不需要滤除谐波,同时因为谐波所承载的能量是非常小的,其对系统特性的影响很小,所以研究人员往往忽视谐波,并且很少对其本身的价值进行深入探究。在非电磁敏感环境中的谐波是不需要滤除的,在这种情况下WPT的谐波一直存在且容易忽略。谐波具有阶次种类丰富、频率高、能量小等特性,经过探究作者发现利用这些特性去解决WPT中某些重要问题时会展现出巨大潜力,所以谐波利用是本课题最具创新的另一项研究内容。本文关于谐波的两部分研究具体如下:1.谐波滤除对于WPT系统的谐波滤除而言,加入滤波器是一种通用并且有效的方法,但是在WPT系统中滤波器放置的位置以及滤波器参数的设计将极大影响系统性能以及滤除效果。在WPT中,产生谐波干扰的主要原因是逆变器输出方波中的谐波分量加载在了发射线圈上,所以本文研究了一种在谐振部分加入滤波器的谐波滤除方法,但是WPT谐振部分的电路是经过精确的参数匹配与设计,若在其上另外再加入一组滤波器电路将会极大影响WPT系统的整体效率与输出功率。为了使谐振端具有滤波器的WPT电路(LCR-WPT)具有良好的系统特性,本文分析了LCR-WPT数学模型后推导出了滤波器的设计方法以及效率最大化公式,还分析了LCR-WPT在两种不同控制方案下的应用,并通过实验证明了加入滤波器后系统的低次谐波干扰衰减了15d Bu V/m,而高次谐波基本上被消除了,同时系统还保持了良好的特性。2.谐波利用在无线电能传输控制系统中,若要在宽线圈充电范围下都能实现最优控制,则需要系统能够估算相应的耦合系数(k)。传统WPT系统的电信号主要是基波下的电流、电压,通过分析这些电信号去估算k需要大量的系统参数以及复杂的计算,这就造成了传统估算k的方法很难有足够的鲁棒性并运用于实际中。为了简化k的估算过程本文提出了一种只通过谐波电流估算k的方法,该方法通过谐波的高频特性去简化电路,使之相比传统方法的计算量大幅降低,同时参数扰动对结果鲁棒性的影响基本保持在了1%以内。本文站在谐波利用的角度,突破了谐波无用的思想,创新地提出了一套以谐波电流作为反馈信号的WPT控制系统,该控制系统的最大特点是通过谐波简化电路从而可以非常简单的估算k,这样就使得系统在更宽的充电范围下都能实现最优控制。

关键词： 电力电子变换器   整流器   逆变器   非线性控制方法   滑模控制   扰动观测器  

摘要： 随着世界各国能源、经济、环境之间矛盾的日益紧张,可再生能源的开发和利用成为解决这项难题的重要举措。而电力电子变换器不仅在可再生能源的开发和利用方面,起着重要的作用,而且是可再生能源与电能之间的转换的关键通道。因此,电力电子变换器的科学理论和工程应用研究成为电气与控制领域的研究热点之一,其中控制策略更是变换器控制系统的核心,决定着系统的动态和静态性能。目前通常利用线性控制方法来解决电力电子变换器的控制问题,然而电力电子变换器本身是一种典型的非线性控制系统,这样就会造成电力电子变换器的控制系统的参数变化敏感、动态响应速度慢、稳态性能差等问题。因此,为了改善与提高电力电子变换器的动静态性能,电力电子变换器非线性控制策略研究是一个具有挑战且有意义的课题。本文以现代控制理论研究为基础,采用非线性控制方法,研究了几种典型电力电子变换器的控制策略,主要内容如下:（1）介绍了电力电子变换器在可再生能源发电系统中的应用,简述了几种典型电力电子变换器控制策略的研究现状,给出了论文选题的理论意义和实际应用背景,以及本文的主要研究框架与研究内容。（2）针对DC-DC Buck变换器,分别建立了Buck变换器的标称系统模型和不确定性系统模型。基于变换器的标称系统模型,利用自适应和反推控制方法,设计了单环自适应控制策略;利用自适应和滑模控制方法,设计了双环自适应控制策略。基于变换器的不确定性系统,利用扰动观测器技术和反推控制方法,设计了基于扰动观测器的单环控制策略;利用扰动观测器技术和滑模控制方法,设计了基于扰动观测器的双环控制策略。（3）针对三相两电平电压源型整流器,研究了整流器输出电压调节和电流跟踪问题。首先建立了整流器的系统模型,基于该模型设计了一种双环自适应∞控制策略,外环采用自适应控制器调节输出电压并为内环提供电流指令,内环采用∞电流控制器保证电流能够跟踪其期望值。（4）针对三相三电平NPC型整流器,利用级联控制结构,在三相静止坐标系下设计了一种新颖的鲁棒控制策略,包括瞬时功率跟踪环,电压调节环以及电压平衡环。为了处理系统的不确定性,在瞬时功率追踪环基于RBF神经网络技术设计了一个自适应滑模控制器保证瞬时功率跟踪其期望值。在电压调节环,设计一个自适应电压控制器调节电容电压之和。基于降维观测器,在电压平衡环设计了一个自抗扰控制器处理直流侧电容电压的不平衡问题。（5）在三相不平衡电网下,针对三相两电平电压源型整流器,基于二阶滑模控制技术设计了鲁棒控制策略,实现功率-电流协同控制。首先在两相静止坐标系下,建立一个功率-电流协同控制目标,可灵活调整有功和无功功率波动以及三相电流的不平衡度。利用自适应观测器估测三相不平衡电压的正负序分量。基于整流器系统模型、控制目标和自适应观测器,构建电压电流双环控制策略。电流内环基于二阶滑模微分器,设计二阶滑模电流控制器保证电流跟踪其期望值。电压外环基于二阶滑模观测器,设计自抗扰控制器调节输出电压。（6）针对三相两电平LC型逆变器,采用积分滑模控制方法和扰动观测器设计鲁棒控制策略,调节逆变器输出电压。首先在同步旋转坐标系下建立逆变器的不确定性系统模型。采用扰动观测器估测系统的不确定性和外部扰动。采用输出电压误差、电压误差积分项和观测器估测值构建积分滑模面。利用李雅普诺夫函数,设计滑模控制器确保系统的稳定性和滑模面的到达性。

关键词： 电力电子技术   电气工程:应用  

摘要： 随着我国科学技术的进步,电力电子技术以其优越性,在电气工程中得到越来越广泛的应用。该技术突出了智能管控、日常运行管理与维护、基础运行管理等方面的技术优势。随着电力工程整体水平的提高,在当前节约型、环保型的环境下,电力电子技术的功能得到了显著提高。因此,加强电力电子技术应用研究具有重要的现实价值。

关键词： 电力电子技术   电气工程   应用分析  

摘要： 随着我国社会的不断发展,电气工程行业的发展规模不断扩大。为保证未来的可持续发展,建筑工程企业应积极结合现阶段电力行业的实际需要,将高效智能电子技术应用于电气工程项目中。在此基础上,文章尝试分析电力电子技术在电气工程中的应用。

关键词： 课程思政   协同开展   电力电子技术   案例设计  

摘要： “课程思政”是当代高等教育的一个重要课题,主要目标是培育德才兼备的新时代人才。文章将“课程思政”融合到电力电子教学中,并通过电力电子技术发展史设计案例、整流电路设计案例、软开关技术设计案例、电力电子技术实验教学设计案例、电力电子技术科创设计案例五个案例体现思政元素在电力电子技术课程教学中的实践设计,力求思政课程与专业课程协同开展。

关键词： 柔性互联装置   分布式电源   配电网运行控制   电力电子   示范工程  

摘要： 分布式电源的大规模接入、用电负荷的多元化增长及直流负荷比例的增加,给传统配电网的结构形态与运行方式带来了巨大影响。利用全控型电力电子器件对配电网进行柔性互联改造,有助于提高系统的可控性、可靠性与安全性,促进分布式电源消纳、满足高质量供电需求,是向未来智能配电网演变的重要手段。文章首先介绍了柔性互联配电网的关键环节——柔性互联装置(flexible interconnection device,FID)的基本结构与工作原理;然后结合国内外示范工程,对柔性互联系统3种典型形态及特点进行分析,对运行控制和规划设计方面的关键技术进行了讨论及研究现状总结,并指出现阶段亟需突破的关键问题;最后,为实现柔性互联配电网更广泛的应用,对其发展趋势进行了展望。

关键词： 碳化硅   宽禁带   电力电子器件   电力电子变压器  

摘要： 随着"坚强智能电网"建设的不断深化以及"泛在电力物联网"概念的提出,硅基电力电子器件以及电力电子化装置正面临着新的挑战。以碳化硅基为代表的宽禁带功率半导体器件,因其高耐压、高耐温、高频开关等优良特性,在中高压领域应用前景广阔。其典型应用之一即因硅基器件耐压水平有限而难有突破的电力电子变压器。电力电子变压器除了能实现传统工频交流变压器的电压变换和电气隔离功能之外,还在故障切除、功率调控、分布式可再生能源接入等方面有独特优势。首先,对碳化硅电力电子器件的研究与发展做简要概述;其次,对电力电子变压器的发展进行了简单梳理;最后,重点介绍了几种典型的应用碳化硅器件的电力电子变压器,表明了其在中高压和高频等不同应用领域的优势与广阔的发展前景,以便相关研究的进一步开展。

关键词： 新能源汽车专业   电力电子技术   课程建设  

摘要： 随着新能源汽车快速发展,各大高职院校先后开设了新能源汽车专业,其中"电力电子技术"是新能源汽车专业一门重要的专业基础课。本文从教学内容选择、教学方法改革和实践课程设计三个方面探讨了如何高质量的建设适合于新能源汽车专业的"电力电子技术"课程,希望能够促进新能源汽车专业的建设,培养适合新能源汽车行业发展要求的高素质人才。

关键词： 电力电子技术   电力系统   电力设备   输电技术   仿真技术   虚拟环境   仿真软件   能源转型  

摘要： 作为能源转型的核心,新一代电力系统承接着重要的使命,稳定、节能与高效的电力系统是社会高速发展的保障。仿真技术的出现为电力系统运行情况的评估、诊断提供了巨大帮助。近些年,随着数字化、信息化的发展,很多企业现在可以使用仿真技术在建造实体原型、生产线或是开始实际生产前,在虚拟环境中设计、模拟并测试各种复杂产品。从听说到了解,再到熟悉和使用,仿真软件已经拓展到电力设备、变电站、输电技术、电力电子技术以及新型能源发电技术等领域,为众多电力领域的用户解决了燃眉之急。