电力电子系统中器件利用率计算与评估方法

电力电子系统性能评估有不同的评价指标,其中器件利用率是一个很重要的指标,但鲜有系统化的评价方法。在电力电子系统设计过程中,对于半导体开关器件的选型主要由工程经验确定,没有定量方法的指导。以电能路由器为例,提出一种计算和评估电力电子系统中器件利用率的方法,应用于各种不同的组合电路中,通过对电路及器件参数的分析与计算,得到器件利用率的结果。器件利用率的数值越高,说明器件利用程度越高。对不同方案的器件利用率进行计算与比较,得出不同方案中器件利用程度的定量对比结果,以此作为器件选型的定量依据。通过具体实例分析器件利用率的应用场景,验证了器件利用率计算和评估方法的有效性。     

考虑非理想器件模型的电力电子系统状态方程分析法

针对目前电力电子仿真软件存在的对功率开关器件电磁瞬态过程仿真不够准确,强刚性电路引起数值仿真计算发散等问题,提出一种基于量化状态系统(QSS)的离散状态事件驱动(DSED)仿真分析方法。该方法需要加入自动识别电力电子系统开关过程以及根据电路拓扑和所处状态自动列写状态方程的相关算法。针对该需求提出一种基于图论方法的状态方程及输出方程提取分析方法。首先,经理论分析得到,将选用的器件模型代入电路可以得到状态方程的标准形式;进而,提出电力电子系统电路的参数结构矩阵程式化列写方法,并基于此方法针对开关电路每一次开关器件切换都需要重新列写状态方程这一特点进行了相关分析。最后,对几个典型电力电子系统电路进行仿真计算,结果证明了该提取分析方法的有效性。     

后向离散状态事件驱动电力电子仿真方法

为解决电力电子系统中的刚性状态方程数值解算困难问题,在后向量化状态系统(BQSS)算法的基础上提出一种后向离散状态事件驱动(BDSED)仿真方法。BDSED方法是隐式的,其关键在于如何选择一组合适的量化函数值组合,使得据此计算出的导数向量能够让各状态变量向其对应的量化函数值趋近。由于在每一步计算中,每一个状态变量下一时刻的量化函数都有两种取值,所以对于复杂高维系统,枚举的方式并不可行;同时各状态变量的量化函数值的确定存在互相耦合、相互制约的关系,导致问题更加困难。为解决该问题,提出一种基于有限状态机的实现方案,并在带非理想器件模型的变换器电路上进行了算例验证。仿真结果表明,基于有限状态机实现的BDSED能高效地选取量化函数值组合,在解算变换器等刚性系统时仿真效率明显优于DSED方法和传统的时间离散刚性解法。     

光伏电池反向模型仿真分析及实验研究

以MATLAB软件为仿真平台,建立了光伏电池反向Bishop子电路模型,不同光照和不同温度下光伏电池电气特性的仿真和实验结果对比证明了该模型的有效性。分析了光伏组件模型各个参数对光伏电池电气特性的影响,对模型的参数提取和实际光伏阵列设计具有指导意义。大面积光伏阵列可能会出现热斑效应,利用光伏电池反向模型,分析了热斑效应形成原因、形成条件以及旁路二极管对热斑效应的进行了仿真分析,为并联旁路二极管拓扑结构的选择提供了依据。此外,仿真分析了实际商用光伏阵列在遮挡情况下所出现的多波峰特性,验证了旁路二极管对光伏阵列的保护效果。     

高压大容量变换器中快恢复二极管的模型

以高压大容量变换器中的快恢复二极管为研究对象,结合集总电荷模型和功能模型,提出一种新的二极管混合模型.模型采用四个阶段准确描述反向恢复过程,正向恢复过程考虑"电感效应".模型在电路仿真软件PSIM中实现,仿真结果与产品手册数据、实验结果对比表明,所提模型能准确地反映二极管正向和反向恢复特性.     

共高频母线电能路由器局部模块闭锁研究

以模块化多有源桥电路为基础的新型共高频母线结构的电能路由器由于具有变换环节少、功率密度高等特点，在交直流混合系统应用中具有显著优势。实际应用中，局部模块因故障保护或冗余控制等原因需封锁器件脉冲停运，但在杂散参数引发的高频振荡影响下仍能传输功率，可能造成系统安全问题。为保证装置的稳定运行，文中建立高频母线结构下的闭锁模块高频振荡模型，可快速计算不同工况下的电路稳态波形，由此分析局部模块闭锁后的系统振荡特性和模块功率传输行为，并提出于模块交流侧安装隔离开关的措施，分析隔离开关杂散参数对振荡特性和闭锁模块传递功率行为的影响。最后，在实际功率单元模块进行实验，仿真和实验对比验证了所提模型的准确性和隔离开关措施的可行性。     

无线电能传输平板型磁耦合机构电感解析建模方法EI北大核心CSCD

在无线电能传输系统中,磁耦合机构的设计优化对整个系统的性能至关重要。当前这一过程优化往往依赖于有限元仿真和经验优化,其仿真计算速度较慢,严重限制了优化效率。而现有的电感解析计算公式无法求解含有限大磁体的磁耦合机构电感。针对工程中大量采用的含有磁芯的磁耦合机构电感难以快速计算的问题,该文提出一种典型平板式磁耦合机构电感解析建模方法。该方法基于磁路分析、磁阻建模、参数定标与修正等,实现了磁耦合机构由几何参数到电感参数的快速映射。与有限元仿真相比,提出的解析模型提升了求解磁耦合机构电感的计算速度及磁耦合机构的优化效率。通过有限元仿真及实验,验证了该解析建模方法的精度和速度。