牵引变流器直流环节有源功率解耦控制策略研究 被引量：1

1

作者 丁颢 曾一鸣 +3 位作者 李卓鑫 向超群 成庶 范子寅 《铁道科学与工程学报》 北大核心 2025年第1期344-356,共13页

为解决高速列车牵引变流器直流环节LC谐振回路体积大、质量重,造成整体功率密度降低,不利于轻量化等问题,引入有源功率解耦回路代替LC谐振抑制母线电压的二次纹波。为适应大功率低开关频率的轨道交通应用场景,选择Buck斩波有源功率解耦... 为解决高速列车牵引变流器直流环节LC谐振回路体积大、质量重,造成整体功率密度降低,不利于轻量化等问题,引入有源功率解耦回路代替LC谐振抑制母线电压的二次纹波。为适应大功率低开关频率的轨道交通应用场景,选择Buck斩波有源功率解耦拓扑作为LC谐振回路的替代方案。通过粒子群优化(particle swarm optimization,PSO)算法设计基于CR400AF高速动车组的拓扑参数,使解耦电容容值,解耦电感感值和4次脉动幅值尽量接近群体最优值,据此建立多目标优化函数,得到最优参数。针对该解耦电路提出了基于重复控制的功率解耦策略,以解耦电容电压为控制目标,包括二阶广义积分器(second order generalized integrator,SOGI)二次脉动电流提取、直流分量跟踪、交流分量跟踪以及脉宽调制(pulse width modulation,PWM)4个部分。研究结果表明:Buck斩波有源功率解耦拓扑,相比LC谐振回路减少28.3%,相比增大支撑电容拓扑减少5%,符合直流环节轻量化目标,在直流电压纹波方面,相比LC谐振回路增大约90V,相比增大支撑电容减少35V,约为3.47%,符合少于5%的规定。同时,对比负载变化50%响应时间,Buck斩波有源功率解耦用时最少,比LC谐振回路减少34.8%,说明动态性能得到了提升。Buck斩波有源功率解耦不仅可以有效滤除二次脉动,稳定直流电压输出,使网侧电流波形更加接近于正弦波,并在低带宽条件下实现高精度的指令跟踪,提高动态性能。研究结果可为直流环节轻量化的解耦拓扑选型与控制策略优化提供参考。 展开更多

关键词 牵引变流器 轻量化 有源功率解耦 重复控制 Buck斩波拓扑

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单相整流器二次纹波抑制的有源功率解耦控制算法 被引量：1

2

作者 成庶 李卓鑫 +2 位作者 周瑞睿 范子寅 向超群 《电机与控制学报》 EI CSCD 北大核心 2024年第8期94-103,共10页

为了解决单相整流器中LC谐振回路频率适应性差的问题,引入有源功率解耦电路代替LC谐振回路抑制母线电压二次纹波,选择直流母线电容分裂拓扑有利于减小支撑电容容值。首先,对有源功率解耦电路的工作模态进行分析,建立了单相整流器和分裂... 为了解决单相整流器中LC谐振回路频率适应性差的问题,引入有源功率解耦电路代替LC谐振回路抑制母线电压二次纹波,选择直流母线电容分裂拓扑有利于减小支撑电容容值。首先,对有源功率解耦电路的工作模态进行分析,建立了单相整流器和分裂电容有源功率解耦回路数学模型。其次,传统解耦控制算法间接计算解耦参考电压,为提高功率解耦效果,采用二阶广义积分器直接提取电压纹波作为电压参考,并提出一种基于滑模观测器的无电流传感器控制策略,滑模观测器降低了解耦电路成本,提高了抗干扰能力。然后,根据整流器性能指标和功率解耦要求,给出了有源功率解耦回路电感和电容设计依据。最后,对不同拓扑结构的单相整流器进行了稳态和动态实验对比,实验结果证明了控制算法的有效性。 展开更多

关键词 二次纹波电压 有源功率解耦 二阶广义积分器 滑模观测器 解耦参数设计

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基于双目标预测控制的有源功率解耦方法

3

作者 王议锋 石怀栋 +3 位作者 马小勇 周健 陶珑 王忠达 《电力系统及其自动化学报》 CSCD 北大核心 2024年第12期1-10,共10页

针对单相逆变器直流侧的二次功率脉动问题,提出一种基于双目标预测控制的有源功率解耦方法。首先,分析降压型功率解耦电路的工作原理,并基于虚拟阻抗思想控制解耦电路模拟串联LC谐振器的阻抗特性,由此推导出解耦电感电流给定值表达式;其... 针对单相逆变器直流侧的二次功率脉动问题,提出一种基于双目标预测控制的有源功率解耦方法。首先,分析降压型功率解耦电路的工作原理,并基于虚拟阻抗思想控制解耦电路模拟串联LC谐振器的阻抗特性,由此推导出解耦电感电流给定值表达式;其次,基于模型预测控制理论,构造解耦电感电流跟踪和解耦电容电压平均值稳压控制的双目标代价函数,将传统的双闭环功率解耦控制方法简化为单环控制问题;然后,对于预测控制带来的延时问题,提出一种延时补偿优化方法,改善系统动态特性。所提方法在主逆变电路中仅需采样直流母线电压,有利于有源功率解耦电路的模块化设计和即插即用。仿真和实验验证了所提方法的有效性和可行性。 展开更多

关键词 单相逆变器 有源功率解耦 模型预测控制 虚拟阻抗

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基于有源功率解耦的无谐波检测APF 被引量：4

4

作者 王云亮 张双杨 吴艳娟 《电力系统及其自动化学报》 CSCD 北大核心 2022年第12期145-151,共7页

为解决有源电力滤波器直流侧电压波动会影响谐波补偿效果的问题,本文设计了一种有源电力滤波器直流侧电压波动抑制电路和控制策略。首先,采用基于无谐波检测的网侧电流控制策略,推导了有源电力滤波器在αβ坐标系下的数学模型;其次,分... 为解决有源电力滤波器直流侧电压波动会影响谐波补偿效果的问题,本文设计了一种有源电力滤波器直流侧电压波动抑制电路和控制策略。首先,采用基于无谐波检测的网侧电流控制策略,推导了有源电力滤波器在αβ坐标系下的数学模型;其次,分析了有源功率解耦抑制直流电压波动的原理,给出了直流电压波动抑制实现方法,通过在有源电力滤波器直流侧增加1个Buck型有源功率解耦电路,将有源电力滤波器直流侧波动功率转移至解耦电容,减小直流侧电压波动,提高了有源电力滤波器谐波补偿效果,实现了用小容值的薄膜电容代替有源电力滤波器直流侧大容值电解电容;最后,通过Simulink仿真验证了所提方法的正确性和有效性。 展开更多

关键词 有源电力滤波器 直流侧电压 有源功率解耦 无谐波检测 电压波动抑制

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基于Buck变换器的单相逆变器有源功率解耦控制策略 被引量：3

5

作者 罗晓阳 边敦新 赵晓英 《水电能源科学》 北大核心 2023年第6期206-210,共5页

单相光伏并网逆变器直流侧与交流侧功率不平衡会导致直流侧产生二倍频功率脉动,附加有源功率解耦(APD)电路虽可以有效抑制二次纹波,但由于附加了额外的元件,必然会导致单相逆变器的系统工作效率降低。对此,提出了一种基于Buck变换器的... 单相光伏并网逆变器直流侧与交流侧功率不平衡会导致直流侧产生二倍频功率脉动,附加有源功率解耦(APD)电路虽可以有效抑制二次纹波,但由于附加了额外的元件,必然会导致单相逆变器的系统工作效率降低。对此,提出了一种基于Buck变换器的可以降低解耦电路功率损耗的控制策略,通过对解耦电路功率损耗的计算及其工作约束条件的分析,得到功率损耗与解耦电容平均电压值之间的关系,进而提出一种直接控制解耦电容平均电压的控制策略。仿真验证表明,所提控制策略有效抑制了直流侧电压纹波,并降低了解耦电路的功率损耗。 展开更多

关键词 单相逆变器 二倍频功率脉动 有源功率解耦 功率损耗

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面向机载脉冲负载的电压补偿型低频脉冲功率主动平抑方法

6

作者 张佐乾 杨帆 +2 位作者 金鑫 邢岩 吴红飞 《电工技术学报》 北大核心 2025年第10期3251-3259,共9页

高峰均比低频脉冲功率负载严重影响机载电源系统安全稳定运行。该文提出基于纹波电压补偿原理的脉冲功率主动平抑电路及其控制方法。利用脉冲平抑电路主动补偿储能电容电压波动,实现了母线电压和储能电容电压解耦,消除了直流母线侧电流... 高峰均比低频脉冲功率负载严重影响机载电源系统安全稳定运行。该文提出基于纹波电压补偿原理的脉冲功率主动平抑电路及其控制方法。利用脉冲平抑电路主动补偿储能电容电压波动,实现了母线电压和储能电容电压解耦,消除了直流母线侧电流脉动。由于脉冲平抑电路只需要补偿电容电压波动,其功率容量和损耗远小于脉冲负载平均功率,大大减小了主动平抑电路的体积、质量和损耗。该文详细分析脉冲平抑电路的工作原理、参数设计方法与控制策略,并通过实验对比验证了所提方法的正确性和有效性。 展开更多

关键词 机载电源系统 脉冲功率 有源功率解耦 纹波电压补偿 部分功率变换

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基于微升压功率解耦电路的无电解电容驱动系统研究 被引量：9

7

作者 张超 胡鑫 +2 位作者 朱孝勇 徐磊 全力 《电工技术学报》 EI CSCD 北大核心 2019年第16期3322-3332,共11页

提出一种具有微升压能力的有源功率解耦电路及无电解电容驱动系统控制策略。在同等升压条件下,该电路功率器件驱动信号范围更为合理,在降低逆变器功率器件电压应力的同时,有效地提高了无电解电容驱动系统输入侧电流质量。将直流母线电... 提出一种具有微升压能力的有源功率解耦电路及无电解电容驱动系统控制策略。在同等升压条件下,该电路功率器件驱动信号范围更为合理,在降低逆变器功率器件电压应力的同时,有效地提高了无电解电容驱动系统输入侧电流质量。将直流母线电压交流分量总谐波引入到驱动系统输入参考电流控制中,控制直流母线电压在设定范围内,并实现静、动态工况下无电解电容驱动系统高性能运行。分析该有源功率解耦电路的工作机理,对其数学模型进行推导,详述电路关键参数设计思路。最后,通过原理样机验证该解耦电路及对应无电解电容驱动系统的有效性。 展开更多

关键词 无电解电容 有源功率解耦 微升压功率变换器 母线电压波动

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二倍频功率解耦的升降压型无桥PFC变换器 被引量：4

8

作者 胡广 吴学智 +1 位作者 续文政 荆龙 《中国电机工程学报》 EI CSCD 北大核心 2023年第9期3507-3514,共8页

AC-DC变换器需加入有源功率因数校正(power factor correction,PFC)电路来减少网侧电流谐波。传统Boost型PFC电路因其升压特性而无法使输出电压宽范围变化。该文采用一种升降压型无桥PFC变换器,通过切换升压通路和降压通路实现电压宽范... AC-DC变换器需加入有源功率因数校正(power factor correction,PFC)电路来减少网侧电流谐波。传统Boost型PFC电路因其升压特性而无法使输出电压宽范围变化。该文采用一种升降压型无桥PFC变换器,通过切换升压通路和降压通路实现电压宽范围输出。为进一步减少网侧电流谐波,采用变载波调制,通过改变升压载波和降压载波的分配比例使其随输出电压变化而变化,相比于定载波调制降低网侧电流总谐波失真值。针对单相PFC电路存在二倍频功率需在输出端并联大电解电容的问题,文章利用双向Buck-Boost电路进行功率解耦以吸收二倍频功率。最后,介绍升降压型无桥PFC变换器的工作原理和控制策略,实验结果验证了升降压型无桥PFC变换器及其控制方式的正确性和有效性。 展开更多

关键词 功率因数校正 变载波脉宽调制 升降压输出 有源功率解耦

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面向二次脉动功率解耦的三端口LLC谐振变换器 被引量：7

9

作者 高桪 邢岩 +1 位作者 吴嘉昊 吴红飞 《中国电机工程学报》 EI CSCD 北大核心 2021年第15期5311-5319,共9页

为了吸收单相交直流系统中耦合的大量二次脉动功率,提出给予I3桥结构的三端口LLC谐振变换器。所提变换器实现双向解耦电路的开关桥臂和LLC谐振变换器的开关桥臂的集成,消除母线上的大容量电解电容、提高系统可靠性,而且减少有源开关的... 为了吸收单相交直流系统中耦合的大量二次脉动功率,提出给予I3桥结构的三端口LLC谐振变换器。所提变换器实现双向解耦电路的开关桥臂和LLC谐振变换器的开关桥臂的集成,消除母线上的大容量电解电容、提高系统可靠性,而且减少有源开关的数量和系统的开关损耗。详细分析三端口LLC谐振变换器的工作原理和控制方法,设计I3桥的开关驱动策略,实现功率解耦端口和直流输出端口的独立控制。实验结果证明了所提集成功率解耦功能的三端口LLC变换器及其控制方法的正确性和有效性。 展开更多

关键词 有源功率解耦 解耦电路 变换器集成 三端口 谐振变换器

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模块化解耦电路的协同控制策略 被引量：2

10

作者 刘永露 袁银浩 +2 位作者 王辉 粟梅 张莞箓 《电工技术学报》 EI CSCD 北大核心 2024年第10期3118-3128,共11页

有源功率解耦技术是解决单相变换器中低频二次脉动功率的有效方法。模块化电路具有标准化、独立性和通用性等优点,发展模块化的解耦电路是有源功率解耦技术的重要方向。现有控制策略仅针对单个解耦电路提出,没有考虑多个解耦模块共同工... 有源功率解耦技术是解决单相变换器中低频二次脉动功率的有效方法。模块化电路具有标准化、独立性和通用性等优点,发展模块化的解耦电路是有源功率解耦技术的重要方向。现有控制策略仅针对单个解耦电路提出,没有考虑多个解耦模块共同工作时的协同控制问题。对此,该文提出一种基于虚拟阻抗的多解耦模块协同控制策略,通过控制解耦模块模拟无源RLC电路的阻抗特性,实现单个解耦模块的即插即用和多个解耦模块的协同功率分配。所提出的控制无需解耦模块与主电路交互电网电压和电流信息,也无需解耦模块间的相互通信,避免了集中的中央控制器和昂贵实时通信的使用。实验以两个解耦模块的功率协同控制为例验证了所提控制策略有效可行性。 展开更多

关键词 单相变换器 有源功率解耦 协同控制 模块化

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高功率密度混合动力动车组牵引变流器研究 被引量：4

11

作者 沈来来 陈杰 +2 位作者 况阳 韩伟 刘志刚 《铁道学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2022年第2期34-41,共8页

为提升混合动力动车组牵引变流器的功率密度,提出分时复用Buck型双向DC/DC变流器,在实现为动力电池充放电的同时,还能取代无源LC谐振滤波器实现有源功率解耦。分析有源功率解耦原理并提出基于检测直流母线电压实现功率解耦的控制策略,... 为提升混合动力动车组牵引变流器的功率密度,提出分时复用Buck型双向DC/DC变流器,在实现为动力电池充放电的同时,还能取代无源LC谐振滤波器实现有源功率解耦。分析有源功率解耦原理并提出基于检测直流母线电压实现功率解耦的控制策略,进行解耦电路参数设计和可行性分析;同时,在分析直流母线二次脉动电压和牵引网低次谐波对四象限变流器影响的基础上,提出基于d-q坐标轴的四象限变流器谐波抑制策略。通过混合动力动车组地面实验平台验证了有源功率解耦及谐波抑制控制策略的有效性。 展开更多

关键词 混合动力动车组 有源功率解耦 谐波抑制 分时复用

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单相统一电能质量调节器二次纹波补偿及抑制策略 被引量：1

12

作者 马兰 曹晓琦 +2 位作者 张影 向诗彪 舒泽亮 《电工技术学报》 EI CSCD 北大核心 2024年第22期7197-7212,共16页

在单相半桥非隔离统一电能质量调节器(UPQC)中,交、直流间瞬时功率不平衡导致直流侧出现二次电压纹波,影响电能质量的补偿效果。该文分别在UPQC并网、离网两种模式下提出二次纹波的补偿及抑制策略。首先,分析UPQC在并网运行条件下直流... 在单相半桥非隔离统一电能质量调节器(UPQC)中,交、直流间瞬时功率不平衡导致直流侧出现二次电压纹波,影响电能质量的补偿效果。该文分别在UPQC并网、离网两种模式下提出二次纹波的补偿及抑制策略。首先,分析UPQC在并网运行条件下直流二次纹波的产生机理及其对电能质量补偿的影响,并提出分别在并、串联侧变换器加入陷波器及特征次谐波控制,以降低网侧电流及串联侧电压谐波。其次,在UPQC离网运行时,为有效抑制直流电压二次纹波,提出一种利用UPQC闲置的串联侧变换器与复用的直流分裂电容构建半桥有源功率解耦电路的方法,控制难度低且无需额外增加解耦电路元件。最后,通过仿真和实验验证了所提方法的可行性。在并网模式中,所提策略减少了74%的电流谐波及42%的电压谐波;在离网模式中,所提策略减少了66.7%直流电压二次纹波。同时,该文所提出的二次纹波的补偿及抑制策略,可优化直流电容参数设计,并进一步减小UPQC体积。 展开更多

关键词 单相统一电能质量调节器 并离网运行 二次纹波电压抑制 特征次谐波补偿 有源功率解耦

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基于虚拟直流母线结构的轴向磁场永磁电机小电容驱动系统 被引量：5

13

作者 张超 徐磊 +2 位作者 朱孝勇 杜怿 全力 《中国电机工程学报》 EI CSCD 北大核心 2021年第20期7141-7151,共11页

该文提出一种新的有源功率解耦电路及瞬时电压控制策略,基于此构建轴向磁场永磁电机(axialfieldpermanent magnet,AFPM)的小电容驱动系统。该有源功率解耦电路在电网、直流母线之间构建2套功率供给通道,增加了电网脉动功率控制自由度和... 该文提出一种新的有源功率解耦电路及瞬时电压控制策略,基于此构建轴向磁场永磁电机(axialfieldpermanent magnet,AFPM)的小电容驱动系统。该有源功率解耦电路在电网、直流母线之间构建2套功率供给通道,增加了电网脉动功率控制自由度和灵活性。控制解耦电容电压跟踪虚拟直流母线电压脉动量变化,有效抑制电网脉动功率对直流母线电压的影响。将瞬时电压控制策略引入到小电容AFPM电机驱动系统直流母线电压抑制环节,进一步将直流母线电压波动控制在较小的范围内,实现静、动态工况下小电容AFPM驱动系统高性能运行。分析该有源功率解耦电路的工作机理,对其数学模型进行推导,详述电路关键参数的设计思路。最后,通过原理样机验证该解耦电路及对应小电容驱动系统的有效性。 展开更多

关键词 轴向磁场永磁电机 有源功率解耦 虚拟直流母线 小电容驱动系统 瞬时电压控制

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电容失配下MAPD型级联H桥整流器纹波分析及控制

14

作者 陶海军 杨乃通 王宏祎 《电机与控制学报》 EI CSCD 北大核心 2023年第12期145-158,共14页

针对直流分裂电容型复用式有源功率解耦(MAPD)电路在电容失配下解耦效果变差的问题,提出一种适用于电容失配情况下的控制策略。首先,将MAPD电路移植到单相级联H桥整流器(CHBR)中,阐述了所结合电路的优势,分析了MAPD电路在电容匹配下运... 针对直流分裂电容型复用式有源功率解耦(MAPD)电路在电容失配下解耦效果变差的问题,提出一种适用于电容失配情况下的控制策略。首先,将MAPD电路移植到单相级联H桥整流器(CHBR)中,阐述了所结合电路的优势,分析了MAPD电路在电容匹配下运行的机理。其次,考虑到电容容值容易随温度等因素发生变化,对电容失配下电路中衍生的纹波进行分析,对分裂电容的电压参考值进行修改,研究电容失配情况下的纹波抑制方法,设计一种针对电容失配情况下的双环路控制策略,可有效解决电容失配对系统解耦产生的影响,具有鲁棒性好、解耦精度高的特点。仿真和实验结果均验证了所提出控制策略的有效性。 展开更多

关键词 级联H桥整流器 复用式有源功率解耦 分裂电容型 电容失配 纹波分析 解耦精度

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单相准Z源逆变器二倍频纹波的抑制及应力分析 被引量：6

15

作者 李佳逸 雷勇 +2 位作者 李媛 张芮 方番 《电力系统保护与控制》 EI CSCD 北大核心 2018年第9期25-33,共9页

单相准Z源逆变器(Quasi-Z-Source Inverter,QZSI)可在单级系统中实现DC-DC与DC-AC变换,但其直流侧含有二倍频纹波,在应用中受到限制。讨论基于有源功率解耦的单相QZSI二倍频纹波抑制方法,针对逆变器有输出无功的情况,提出逆变器功率因... 单相准Z源逆变器(Quasi-Z-Source Inverter,QZSI)可在单级系统中实现DC-DC与DC-AC变换,但其直流侧含有二倍频纹波,在应用中受到限制。讨论基于有源功率解耦的单相QZSI二倍频纹波抑制方法,针对逆变器有输出无功的情况,提出逆变器功率因数角在[-π/2,π/2]内变化时桥臂的电压、电流应力分析和推导方法。基于电压应力最小原则,给出新增回路交流解耦电容取值及其电压参考值的整定方法,并设计闭环控制策略。最后,通过仿真及实验结果验证相关理论的正确性和有效性。 展开更多

关键词 单相 准Z源逆变器 二倍频纹波 有源功率解耦 应力

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单相无电解电容VIENNA整流器研究 被引量：1

16

作者 李治 程红 +2 位作者 赵志浩 申伟良 王聪 《煤炭工程》 北大核心 2020年第10期170-175,共6页

针对煤矿井下空间狭小,粉尘、瓦斯浓度高,且传统矿用供电电源整流级中大容量电解电容寿命短、热稳定性差等固有缺陷严重影响整流器可靠性以及煤矿井下人员安全的问题。本文设计了一种无电解电容的VIENNA功率因数校正(PFC)升压整流器,通... 针对煤矿井下空间狭小,粉尘、瓦斯浓度高,且传统矿用供电电源整流级中大容量电解电容寿命短、热稳定性差等固有缺陷严重影响整流器可靠性以及煤矿井下人员安全的问题。本文设计了一种无电解电容的VIENNA功率因数校正(PFC)升压整流器,通过在直流母线增加一个改进型Buck-Boost变换器解耦直流环节的有功功率,从而迫使电压纹波转移到辅助电容器,使直流环节电容显著降低。因此,体积庞大的电解电容器可以用可靠性高的小型薄膜电容器代替。文章首先介绍VIENNA整流器直流母线电容与直流侧电压纹波关系,随后阐述无电解电容的实现原理及其参数定量设计的方法,最后通过仿真验证了理论分析和参数设计方法的有效性。 展开更多

关键词 VIENNA整流器 无电解电容 有源功率解耦 高可靠性

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