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关键词： 电力电子与电力传动   学术年会   SPEED 2015   中国高校  

摘要： 中国高校电力电子与电力传动学术年会(Symposium on Power Electronics&Electrical Drives,SPEED)于2005年在北京交通大学举行筹备会。筹备会由浙江大学、清华大学、哈尔滨工业大学和北京交通大学发起,得到了华中科技大学、上海交通大学、南京航空航天大学,重庆大学、华南理工大学和武汉大学6所高校响应,并于2007年在哈尔滨工业大学召开了首次会议。会议发起之时,筹备会通过了年会章程,将年会定为每年举行一次,目标是将年会发展成为我国高等院校电力电子与电力传动学科的

关键词： 无功补偿   功率因数   C8051F580  

摘要： 随着现代工业的飞速发展,电网规模的逐渐增大,工业电弧炉、轧钢机、电力机车等冲击性负荷在工业应用领域中被大量使用,这些负荷功率因数低,无功变化大且急剧,运行时会造成电网电压的的波动,从而恶化电能质量,而且在系统中注入大量的高次谐波,会严重影响系统供电的电能质量,使用户的正常工作受到不同程度的影响。本论文在分析了无功补偿和功率因数补偿基本原理的基础上,设计了采用运算速度高、实时性好的C8051F580芯片作为主控制芯片,高精度电能计量芯片ATT7022E测量电网参数的智能功率因数补偿控制器。采用这种方案即保证了功率因数控制器的稳定性及抗干扰性,又简化了软件的设计。其次,针对低功率因数的问题,设计了以两输入单输出的模糊控制系统来实现电网的无功补偿,详细的介绍了无功补偿模糊控制器的设计过程,为了验证设计的模糊算法的可行性,本文借助MATLAB模糊逻辑工具箱(Fuzzy Logic Toolbox)建立了无功补偿模糊控制器的计算机模型,采用了Mandani推理法进行模糊推理,得到了控制系统的模糊控制查询表。实验表明本文设计的模糊控制规则是可行的。最后对控制器进行了模块化调试和整机调试,通过测试得出基于模糊控制的无功补偿器在提高功率因数、稳定系统电压等方面均能满足要求,实现了预先的设计构想。

关键词： 单相级联H桥整流器   电容电压平衡   机车电力电子变压器   小功率实验  

摘要： 电力电子变压器(Power Electronic Transformer, PET)牵引传动技术是高速列车牵引传动系统小型轻量化的发展方向之一。以单相多电平级联H桥整流器与中频隔离DC-DC变换器为核心的高速列车PET模式是目前较为典型的方案之一。因此对该PET模式中的单相级联H桥整流器开展研究具有重要的理论价值和工程应用前景。本文以单相级联H桥整流器的直流侧电容电压平衡问题为研究对象,主要从电容电压不平衡现象产生原理、不平衡抑制算法等方面开展研究,具体工作可总结如下：首先,研究了单相级联H桥整流器的拓扑,定义了其等效开关函数,分析了单一模块四种开关模态下对应的三种工作状态,并建立了相应的数学模型。在此基础上,介绍了传统单模块整流器控制与调制算法在级联H桥整流器中的应用及其优缺点。其次,以直流侧电容电压不平衡问题为研究对象,定量分析了调制方法、直流侧电容参数、电容等效串联阻抗、等效负载电阻等因素的变化对直流侧电容电压的影响。分析结果表明：载波移相调制影响整流器输入电流谐波分布,并最终影响直流侧充放电电荷总量,导致电容电压不平衡;直流侧电容参数变化时,电容电压稳态值不变,但电容电压纹波随着电容值增大而减小;电容等效串联阻抗变化时,电容电压稳态值亦不变,但阻抗值越大电容电压纹波就越大;电容电压之比等于负载电阻之比。基于以上分析,本文分别采用了一种基于最大电压误差模块选择的控制与调制算法,并基于MATLAB/Simulink软件对该控制与调制算法进行了仿真验证。与两种传统算法的对比分析表明,该控制与调制算法大大降低了控制系统的复杂度。最后,研制了单相七电平(3模块)级联H桥整流器的小功率实验平台。以DSP+FPGA为双核控制器核心,设计了适用于级联多模块变流器的控制器架构,并成功运用在小功率实验平台上。小功率实验结果很好地验证了理论分析的正确性,以及电容电压平衡算法的可行性和有效性。

关键词： 电力电子技术   高频变压器   电能质量   直流环节   三相不平衡  

摘要： 随着社会经济的飞速发展电力系统规模越来越大、新能源并网比重逐渐上升、各类非线性负荷、精密仪器和敏感负荷被同时大量应用,正是此种形势下用户对供电安全性可靠性以及电能质量的要求越来越高。配电变压器是最靠近用户的一种供电设备,固其运行稳定性、供电质量以及经济指标都会直接影响着用电设备的工作情况。传统变压器电压等级高、容量大且工艺发展成熟,但在发展过程中功能始终没变即变压、隔离和功率传输,因此难以满足用户对电能质量提出的更高要求。随着电力电子变压器(Power Electronic Transformer,简称PET)的出现为解决以上问题带来了新思路。PET不但具有传统变压器的所有功能,而且体积小重量轻、能抑制电压波动、电力谐波和短路故障等的双向传播,对电能质量起到极大的改善作用。PET同时兼有交、直流环节还能与FACTS装置相结合,其自身的特点使其具有处理当前电网出现的各种电能质量问题的潜能,固PET的研究对建设绿色电网和智能电网有着十分重要的理论意义和应用价值。本文首先总结国内外研究现;第二,介绍PET基本工作原理并对典型拓扑结构进行剖析,此外提出一种新型PET拓扑结构即PET单、三相混合供电拓扑结构;第三,推导数学模型并介绍PET控制方式;第四,分别介绍PET主要元件及其设计原理;第五,用PSCAD建立三相PET和新型拓扑结构模型:PET单、三相混合供电模型,并进行典型仿真试验和分析,仿真得到了较理想的结果充分验证了配电网PET对电能质量巨大的改善作用。

关键词： 氮化镓   高电子迁移率晶体管   电力电子   双异质结   AlGaN沟道MIS-HEMTs  

摘要： 自GaN(氮化镓)高亮度蓝光LED的发明获得2014年诺贝尔物理学奖后,新型化合物半导体GaN逐渐被大众所熟知。基于GaN的大功率电子器件以其高击穿特性、高电流密度、高开关速度、低开态电阻和高热稳定性等优势引起了学术界和工业界的极大兴趣。据统计,全球每年大约有10%的电能被浪费在电能转换过程中,这相当于全球每年获取的风能、太阳能和水能等所有清洁能源的总和。随着全球能源危机的加剧,人类迫切需要更为高效的电力转换系统,而大功率器件恰好是电能转换的核心技术。搭载GaN基功率器件的设备不仅可以节省用电,还可以简化笨重的散热装置,这对家用电器小型化以及大幅提升部分军用武器性能具有重要意义。本文就是在此背景下开展研究,采用击穿场强更高的AlGaN代替常用的GaN作为缓冲层,通过优化HEMTs(高电子迁移率晶体管)器件的缓冲层结构、沟道层材料以及器件结构,获得了兼具高击穿电压与低开态电阻的多种新型AlGaN基电力电子器件。取得的研究结果如下:1.采用AlxGa1-xN渐变缓冲层,实现了性能出色的Al0.30Ga0.70N/GaN/Al0.07Ga0.93N双异质结构材料与器件。该双异质结构材料的RMS(表面粗糙度)只有0.16 nm,(10-12)面XRD摇摆曲线半高宽只有540 arcsec,室温电子迁移率高达1744 cm2/V·s,2DEG面密度高达1.09×1013 cm-2。器件测试结果表明,双异质结HEMTs的电学特性全面超越常规单异质结HEMTs,包括饱和漏电流从990 mA/mm提高到1014 mA/mm,峰值跨导从182 mS/mm提高到194 mS/mm,亚阈值摆幅从113 mV/dec下降到78 mV/dec,开关比从105.3提高到106.2,漏致势垒降低系数从24 mV/V降到14 mV/V,肖特基漏电流大约降低了75%,击穿电压从59 V提高到109 V。2.比较研究了AlGaN缓冲层厚度与GaN沟道层厚度对GaN双异质结器件性能的影响。研究发现,具有1400 nm AlxGa1-xN渐变缓冲层和70 nm GaN沟道层的材料样品质量远高于具有800 nm AlxGa1-xN渐变缓冲层12 nm GaN沟道层的样品,包括RMS从0.22 nm降低到0.17 nm,刃位错面密度从2.4×109 cm-2降低到1.3×109 cm-2,载流子迁移率从1535 cm2/V·s提高到1602 cm2/V·s,载流子面密度从0.87×1013 cm-2提高到1.15×1013 cm-2,饱和漏电流从757 mA/mm提高到1050 mA/mm,开态电阻从5.3Ω·mm降低到3.6Ω·mm,台面漏电降低了两个数量级,击穿电压从72 V提高到108 V。值得注意的是,1050 mA/mm是所有已经报道的Al0.30Ga0.70N/GaN/Al0.07Ga0.93N结构双异质结HEMTs所达到的最高水平。3.采用AlGaN/GaN复合缓冲层,实现了高性能的Al0.40Ga0.60N/Al0.18Ga0.820N异质结材料和HEMT器件。与单纯AlGaN缓冲层相比,AlGaN/GaN复合缓冲层能够有效提升外延材料质量,降低异质结的表面粗糙度,提高异质结中2DEG的面密度和迁移率,降低异质结的方块电阻。HEMT器件的性能也得到了大幅提升,包括饱和电流提高了148%,峰值跨导提高了74%,开态电阻从31.2Ω·mm降低到了8.1Ω·mm。4.在国际上首次展示了AlGaN沟道MIS-HEMTs,并比较了栅漏间距对器件击穿场强和击穿电压的影响。采用SiNx栅介质可以有效的降低器件的栅漏电,使得器件在栅漏间距为2μm时,器件的击穿电压为359 V,平均击穿电场高达1.8 MV/cm。击穿电压并不随着栅漏间距线性增加,击穿电场随着栅漏间距的增加而逐渐下降。当栅漏间距达到20μm时,器件的击穿电压达到1661 V,平均击穿电场下降到0.83MV/cm,这是由于栅漏间距过大时负栅压难以有效耗尽靠近漏端的沟道中的载流子。栅介质的引入、势垒层、沟道层和缓冲层的材料禁带宽度较大是导致AlGaN沟道MIS-HEMTs拥有卓越的击穿特性的关键因素。5.研究了AlGaN沟道MIS-HEMTs器件的变温特性,发现该器件具有卓越的高温稳定性。当测试温度从25℃升高到275℃时,AlGaN沟道MIS-HEMTs的饱和电流从211 mA/mm下降到169 mA/mm(VGS=4 V),降幅只有20%,而器件的静态开态电阻也仅仅升高了24%。AlGaN沟道MIS-HEMTs高温稳定性主要得益于其载流子迁移率在高温环境下能够保持稳定。AlGaN沟道HEMTs的优异的高温稳定性非常适合工作环境恶劣的应用领域,比如航天器,航空发动机和采矿业等领域。

关键词： 电力电子变换   多功能PWM整流器   LC串联滤波器   两相正交逆变器   多模块并联直流电源   前馈+反馈复合控制方法   虚拟阻抗均流控制   直流侧电压控制   电能质量控制  

摘要： 我国工业部门消耗的能源占能源消费总量的近三分之二,而且越来越多的工业部门的用能方式转向电能形式,使得电能在终端能源消费中比例的持续提高。工业企业配电网是电能消耗和实现节能的重要环节。尤其多年以来,我国对工业用电领域仍不够重视,有些企业能源管理还处于粗放式阶段,企业电网用电设备老化、技术含量低、损耗大,负荷电能利用率低,节能装备效果和运行可靠性不理想,导致企业电能损耗大,严重限制了生产效益的提高。因此,提高电气设备的用电效率和电能质量,构建一个绿色,高效,安全的企业配电网是解决我国经济和社会快速发展过程中日益凸显的能源需求增长与能源紧缺、能源利用与环境保护之间矛盾的必然选择。目前,高能耗冶金工业的电气节能、负荷用能等电力电子电能变换系列关键技术和成套设备尚不成熟,节能效果有限。本文针对配电网电力电子变换和电能质量控制的关键瓶颈问题,以湖南省研究生创新基金项目和国家―863‖计划项目为依托,从企业配电网用中等功率或大功率多功能复合型PWM整流器、电磁搅拌用高效两相正交逆变器、多模块并联直流电源等几个方面,深入研究了企业配电网高效电力电子变换及控制的相关理论和方法。研究内容涵盖了高效电力电子变换装置的工作机理、结构模型、控制算法、优化设计、以及应用时关键工程技术问题等方面,初步形成了一套高效电力电子变换及控制的基本研究方法和技术方案,本文研究重点及获得的主要成果表现在以下几个方面:(1)研究了一种多功能复合型PWM整流器及其综合控制方法,既可以实现PWM整流功能,同时也能补偿邻近非线性负载产生的无功和谐波。针对谐波抑制,提出了一种基波域dq旋转坐标下的谐波综合控制方法,将6k±1次的特征谐波变换成基波域dq旋转坐标下的6k次的一种谐波,这样谐波控制器的数量大大减少,降低了控制系统的复杂度;为了保障PWM整流器在电网电压不平衡情况下的稳定运行,研究了一种正序dq旋转坐标下的电流联合控制方法,在正序同步旋转坐标下实现正序和负序电流的联合控制,同时结合前馈和反馈控制,提高系统的响应性能。(2)为了满足大功率应用场合,提出了一种LC串联滤波式三电平PWM整流器,该装置能实现PWM整流和补偿功能的有效集成,在分析其工作原理和运行性能的基础上研究了最小电压运行时的参数优化设计方法。为了减少PWM变换器的开关器件,研究了一种三相两臂式三电平PWM整流器,建立了其开关数学模型,并推导了正常运行时直流侧纹波及其分析表达式;在此基础上,提出了一种采用前馈控制+前馈解耦式反馈控制的复合控制方法,可以实现了两开关臂的独立控制,能够实现对电流的无差跟踪。(3)为了满足冶金电磁搅拌的特殊需求,研究了一种前级多功能pwm整流、后级三桥臂逆变的电磁搅拌用两相正交逆变电源及其复合控制方法。首先建立了系统功率平衡数学模型,分析和推导了直流侧二次纹波数学表达式,在此基础上提出了一种前级pwm整流器的复合控制方法,提高了电源的电能质量;针对后级三桥臂两相逆变器,通过分析其数学模型,提出了一种输出电流的前馈+迭代pr反馈的复合控制方法,可以有效提高装置的动态输出性能,可满足电磁搅拌器频繁正反转交替的要求。(4)为了满足电化学行业大功率直流电源的需求,研究了一种pwm整流的大电流直流电源及其均流控制方法。针对多电源模块并联问题,在分析引起均流误差主要因素,在此基础上,提出了dc/dc变换器的电压闭环和电流闭环两种控制模式下的均流阻抗式动静态均流控制方法,利用均流误差反馈控制来增加系统的均流阻抗,并通过采用输出前馈的方法提高系统的动态控制性能;建立了两种控制模式下的并联系统s域控制模型,并分析了并联系统稳定性,推得电流闭环控制模式下的均流控制方法具有更强的均流性能和稳定性能。(5)结合具体的工程背景,研究了特殊钢电磁搅拌用两相正交逆变电源和电解铜箔用大电流高频开关电源两种装置的工程应用若干关键问题。根据特殊钢冶炼的要求,首先分析和建立了电磁搅拌器的数学模型,在此基础上,研究了一种300kva两相正交逆变电源装备及其主电路参数设计方法,研究了装置dsp控制系统的硬件电路和软件控制系统的设计;根据电解铜箔的工程背景,研究了一种50ka高频开关电源装备及其主电路参数设计方法,并研究了其dsp控制系统的硬件电路和软件控制系统的设计。最后,装置投运后运行效果良好,企业产品质量显著提高、节能降耗效果明显。本文以配电网电力电子变换及控制、企业电气节能需求为背景,研究了高效多功能复合型pwm整流器、lc串联滤波式pwm整流器、电磁搅拌用高效两相正交逆变器和多模块并联大直流开关电源等及其控制技术,克服了单一电力电子在功能上的局限,实现了配电网供电系统的高效电能变换和电能质量控制等。论文对高效电力电子变换装置及其控制的研究方法,可以为其它高效电能质量控制装备的研究提供一定的借鉴意义,并为推进电力电

关键词： 人工智能   电力电子电路   故障诊断  

摘要： 对于一些故障信息,采取一般的故障诊断技术是很难获取有效的诊断结果的,比如引发故障至停电前的数十毫秒以内的故障信息,倘若采取一般的数字电路故障诊断或者模拟电路诊断,则很难获取准确的诊断结果。在此类情况下,人工智能诊断技术的应用便起到重要作用。本文以三相整流电路为例,重点对人工智能在该电路中引发的故障的诊断进行论述,希望以此获取有效的电力电子电路故障诊断方法。

关键词： 大容量   电力电子   应用系统   关键问题  

摘要： 随着经济的不断发展，人们的生活水平也日益提高，大容量电力电子技术及其装置处于一个快速发展的阶段，大容量电力电子应用系统的应用范围逐渐扩展。大容量电力电子应用系统的应用在我国经济发展中的重要作用也日益突显。大功率电器的使用率越来越高，相应的大容量电能需求也逐渐增加。电力电子作为大容量电能进行控制和转换的技术支持设备，其发展空间进一步加大。本文通过介绍大容量电力电子的应用热点和应用技术，探讨相关的应用问题。

关键词： 简单入门   层层递进   深入对比   案例分析  

摘要： 通过简单入门、层层递进、深入对比、案例分析等几方面触发学生学好电力电子技术的兴趣,建立学好的信心,使教学更多聚焦以学生为中心。

关键词： 电磁暂态   权重数值积分   重新初始化   重新同步化   多重开关  

摘要： 随着电力电子装置越来越多的应用到电力系统中,电力电子开关引起的高频次系统拓扑突变对电磁暂态仿真提出了新挑战,为此,本文新设计了一种用来处理电力电子开关动作的插值算法。在全局隐式梯形积分法条件下,该算法在开关动作点通过线性插值计算系统变量,并利用后向欧拉法对系统进行重新初始化,而后根据插值点在当步仿真步长的位置,利用权重法数值积分,灵活改变积分步长,快速积分至仿真整步时间点,对仿真进行再同步。本文阐述了传统电磁暂态仿真(EMTP)程序的基本计算流程,详细分析了在系统中引入电力电子装置后,开关动作可能会出现的数值计算问题的原因。文中给出了在含有电力电子装置的条件下,EMTP仿真程序的开关处理流程图。本文的工作使用Matlab M文件平台进行编程验证。通过与成熟的电力系统数字仿真软件进行对比,本文所提算法可以很好解决电力电子开关动作所可能引起的数值计算问题,并在保证精度的前提下,降低了计算负担,提高了程序效率。算例的计算结果证明了本文所提算法具有较高适应性和有效性。