有源电力滤波器拓扑结构及控制策略概述

更新时间:2018-08-26 09:12    分类:宝运莱娱乐平台   

  年第型客运电力机车主变压器平波电抗器株洲电力机车厂(株洲龙谷宗为满足铁路客运提速的要求,我厂于年新研制了型客运电力机车。

  图11为三角波比较器的控制框图,图12 为三角波比较示意图。其中图12给出了在并联型有源电力滤波器中经常采用的一种数字模拟混合控制器的模拟部分。其中参考电流信号由微处理器通过D/A转换变成模拟信号送到模拟控制部分。有源电力滤波器的补偿电流与参考电流进行比较,通过比例积分环节后成为调整信号,与三角波发生电路产生的作为载波信号的三角波进行比较,获得驱动有源滤波器逆变器的PWM驱动脉冲。图12中,当控制信号大于锯齿波,则PWM脉冲信号为高电平;相反,则为低电平。与瞬时值比较方式相比,该方式具有的特点:硬件较为复杂;跟随误差较大;输出电压中所含谐波较少,但是含有与三角载波相同频率的谐波;器件的开关频率固定,且等于三角载波的频率;电流响应比瞬时值比较方式的慢。

  因为提高直流侧电容电压Ud c(t)可以提高有源电力滤波器电流跟踪能力。因此设计有源滤波器时,应该根据最恶劣的条件估算出需要补偿的负荷电流的最大变化率,选择合适的直流侧电压。直流侧电压选定后,在保证安全裕度的前提下选择开关器件的电压、电流等级。直流侧电容容量在允许的范围内(电容容量应避免与电抗产生谐振)当然越大越好,但电容过大增加了装置的成本。直流侧电容容量的选择主要是防止直流电容电压的波动,计算电容电压波动时必须考虑谐波引起的电容电压波动。

  图冷却系统示意图一一平波电抗器一一下油箱一一主变压器器身一一屏蔽板一一油道隔板一一滤波电抗器一一操阀卜一油流继电器一一潜油泵一通风机一一过渡风道一一冷却柜。

  针对采用滞环比较器的瞬时值比较方式在环宽固定时的这一缺点,一种解决的方法是将滞环比较器的宽度H 设计成可随ic 的大小而自动调节的;另一种方法是采用定时控制的瞬时值比较方式,该方式中,用一个由时钟定时控制的比较器代替滞环比较器。每个时钟周期对ic 变化量判断一次,使得PWM信号需要至少一个时钟周期才会变化一次,器件的开关频率最高不会超过时钟频率的一半。这样时钟信号的频率就限定了器件的最高工作频率,从而可以避免器件开关频率过高的情况发生。该方式的不足是,宝运莱娱乐:补偿电流的跟随误差不是固定的,从波形上看,就是毛刺忽大忽小。

  这主要是因为有源滤波器对耦合变压器存在较高的要求,因此在设计选择耦合变压器时要注意:

  目前,有源滤波技术已在日本、美国等少数工业发达国家得到应用,有许多工业装置投入运行;国内对有源电力滤波器的研究尚处于起步阶段。

  有源电力滤波器的控制系统一般由两个部分组成,即控制算法部分和触发脉冲产生部分。其中控制算法处理部分对谐波检测环节送来的数字信号进行处理,采用谐波检测算法,快速检测出需要的谐波与有源滤波器产生的谐波进行比较,根据其差值采用一定的控制方法产生触发脉冲信号送给触发脉冲发生部分。而触发脉冲发生部分根据该信号产生适当的驱动脉冲去驱动有源电力滤波器的变流器,使其产生的谐波电流或电压与所需的谐波电流或电压相同,从而达到谐波补偿的效果。所谓数字模拟混合控制就是通过数字电路检测并产生所需补偿的参考谐波信号,获得参考谐波信号后,通过模拟电路实现谐波跟踪(通常为比例积分PI 控制),PWM脉冲控制具有更快的速度和更高的分辨率。

  1)可以灵活地改变逆变器的输出电压和电流,从而充分利用开关器件的电压与电流容量;

  系统及选用的控制算法是其滤波效果好坏的关键。有源电力滤波器的控制系统主要有模拟控制系统、数字控制系统以及数字模拟混合控制系统三类。近年来随着微电子技术的快速发展,各种数字处理芯片的性能大大提高,因此有源电力滤波器的控制系统逐步由模拟控制系统转化为模拟数字混合控制系统及纯数字控制系统。下面主要介绍有源电力滤波器的数字模拟混合控制系统与数字控制系统。

  主变压器的高压绕组及牵引绕组的电流密度高出型机车的而温升和它不相上下。)吸收及型机车的技术,主变压器采用强迫导向冷却方式5)采用立式铁心立式绕组饼式线圈。

  另外的主要原因是电流和大电压失控,引起的高电压失控中频电炉原理的电压升到一定的值时,逆变器颠覆,无法在高阻抗下运行,元件的耐压降低或冷却效果不 好,系统的绝缘性能降低,中频感应电炉电压升高时机器对地短路,检查中频电容和炉子。干扰也可能引起,逆变触发线要高主电路一些。另外就是大电流失控, 中频电压的反压角过小,触发电路是否接触不良,另外还要注意关断时间的一直性。

  2.滤波电抗器采用单相干式空芯结构,电感值5%连续可调,电抗器可采用一字形或品字形水平安装。

  2)逆变电路的水冷套及其他冷却水路是否堵塞,虽然这种情况比较少,但确实出现过,容易忽略。

  线圈稳定性好,抗大电流及过负载冲击。)采用一W型全铝板翅式油冷却器,重量轻油阻小,结构合理。)重量轻,体积小。

  器身上部用拉板,将器身与下油箱上部连接起来器身下部有连接板将器身与下油箱下部连接起来。

  随着微电子技术的快速发展,产生PWM脉冲的数字电路和具有可编程功能的器件快速发展,因而通过专门电路或通过可编程逻辑器件实现PWM 脉冲发生器已非常方便,而且在速度和分辨率方面也有着显著的提高,因此有源电力滤波器的控制系统已经逐步变成纯数字的控制系统。与其他的电力电子装置类似,根据有源滤波器控制算法的复杂性我们可以选择不同的数字控制系统来实现。通常的控制系统一般有基于单数字信号处理芯片的带有PWM信号的控制系统。由于DSP本身带有PWM脉冲产生部分,因此采用单片的DSP就可以实现有源电力滤波器的控制系统。当然,由于DSP芯片既要处理控制算法又要产生脉冲,因此只能实现简单的控制算法。如果要实现更加复杂与先进的算法,可采用多DSP芯片的控制系统或者DSP+FPGA(现场可编程逻辑阵列)的通用控制系统。采用双DSP 或DSP+FPGA结构,其中一个DSP处理器用来完成数据处理、控制与高层保护功能;另一个DSP处理器或FPGA用来产生高精度PWM脉冲。

  虽然变压器带来了很大的好处,但是在有源电力滤波器中采用耦合变压器本身也存在一些缺点。

  保护系统采用快速硬件保护(与功率单元直接连接)和高速DSP的软件保护相结合的方式,实现双重保护机制,使得系统安全,运行可靠。

  我们以3吨中频电炉为例,举例说明一下中频电源的工作原理:3吨中频电炉的电源供给是公司电网经过变压器,将570V工频50Hz交流电输送到电炉控制电 源,经过三相桥式整流,将570V交流电,整流成为 约750V直流电,经过电抗器滤波后,到逆变电路,经过逆变晶闸管2个桥臂交替导通,得到 1000V的中频电源,经过补偿电容倍压后,将约为2000V的中频交流电源输送到感应线圈,通过磁轭聚磁,涡流原理熔化铁水。

  对于并联型有源电力滤波器,其主要功能是补偿电流ic(t)快速跟踪负荷电流中的谐波电流,从而使流入配电系统的谐波电流很小,避免对系统的污染。为了使ic (t)能够快速跟踪要补偿的电流,需要有源滤波器产生的ic(t)具有两个条件:首先,ic(t)的大小要满足补偿电流的要求,即逆变器补偿的电流必须大于等于补偿电流,也即有源滤波器的补偿容量满足负荷补偿的要求;其次,有源滤波器输出电流的变化率即dic(t)/dt 要大于等于补偿电流的变化率,只有这样有源滤波器才能快速跟踪补偿电流的变化。

  3)根据接入点的电压等级及负荷的结构确定有源电力滤波器的电压等级及相应的主电路结构。对于380 V 系统,一般选择通过电抗器直接接入三相系统。而对于10 kV的系统,通常选择通过耦合变压器接入系统。

  逆变晶闸管烧损,是中频电炉最常见,但最难排除的故障。不管是过压还是过流引起的晶闸管烧损,一般情况都需要用排除法,缩小故障范围,排除故障。

  滞环比较控制采用滞环比较器,把检测出的补偿电流信号ie 与实际产生的补偿电流ic进行比较,两者的偏差作为滞环比较器的输入,通过滞环比较器产生控制主电路中开关通断的PWM 信号,从而控制补偿电流ic的变化。此类控制器中由于滞环比较器产生的补偿电流参考信号能够快速准确地跟踪谐波电流变化,具有很好的实时性,所以在有源滤波器中得到了广泛的应用。滞环比较控制的特点可归结为:硬件电路十分简单;属于实时控制方式,电流响应很快;不需要载波,输出电压中不含特定频率的谐波分量;属于闭环控制方式;若滞环的宽度固定,则电流跟随误差范围是固定的,但是电力半导体器件的开关频率是变化的。

  3)铁心结构选择由于有源滤波器输出的三相电压或电流是相互独立的,因此要求耦合变压器三相独立或三相之间相互影响小,所以有源滤波器的耦合变压器采用五铁心柱结构或采用三单相变压器,这样三相绕组之间的影响很小或三相完全独立。

  根据现场实际情况,可采用单凋谐回路,高通滤波回路组成一个滤波系统,对系统中要谐波成份进行滤除,同时满足无功补偿的要求。单调谐滤波回路针对电网特征谐波进行滤除,能够将谐波完全或大部分吸收,使系统电压的畸变减小;而对于基波频率(50Hz),滤波装置可向系统提供无功功率以提高功率因数,达到无功补偿的效果。高通滤波回路在高于某个频率之后有很宽的频带范围,用来吸收若干较高频率的高次谐波,达到滤波效果,同时补偿无功功率减少电压畸变。采用微机综合自动保护装置,实时跟踪系统变化,使设备安全可靠运行。

  1)应该根据所需要补偿的负荷谐波次数及容量确定有源滤波器补偿电流谐波的最高次数及谐波的容量。

  采用了许多轻量化措施,其重量指标与国内目前运行的几种机车变压器的对比表,国内几种机车主变压器, t比较车型容量重量(含平波滤波电抗器一的有无重盆偏差同容t巧十黔枷由此可知,型机车的主变压器在目前国内轴车中的重量指标是最优越的。

  指导老师王新、张文强等表示,在5个多月的备战时间里,同学们克服了时间短、学业任务重、国际参赛经验不足等诸多困难,经历了无数次不眠之夜,以团队形式从“头脑风暴”的方案设计到“四两拨千斤”的样机试制,从“攻坚克难”的细节优化到“精益求精”的改进调试,实现了农业工程、机电、机制、工业设计、农业机械化五个专业融合创新。在果实自动识别、机器自主采摘、路径规划、实时测产、数据无线传输等多个环节开展创新设计与系统集成,最终凭借极具挑战、创新的方案设计和高效、可靠的机械结构,以最高的作业效率和质量完成了“苹果”的机器人收获,赢得了最后胜利。

  1.滤波电容器组由多台电容器单元组成,单台滤波电容器采用单相结构以便分相调谐。滤波电容器采用全膜复合介质,具有体积小,损耗小,运行温度低等特点。

  日期一龙谷宗,男,岁,高级工程师,年毕业于西南交通大学电力机车专业,学士学位,长期从事电力机车主变压器电抗器系列产品的设计和研究工作。)电流密度高。

  有源电力滤波器的主电路型式多种多样,有很多种分类方法。具体分类方法见上所述。

  2)可以提供绝缘隔离,变压器的电气与一、二次侧的绝缘隔离可以防止出现不必要的电气连接,可以提高有源电力滤波器的可靠性,还可以防止电力系统中的各种干扰直接进入到有源电力滤波器中。

  在采用滞环比较器的瞬时值比较方式中,滞环的宽度通常是固定的,由此导致主电路中电力半导体器件的开关频率是变化的。尤其是当ic变化的范围较大时,一方面,在ic 值小的时候,固定的环宽可能使补偿电流的相对跟随误差过大;另一方面,在ic值大的时候,固定的环宽又可能使器件的开关频率过高,甚至可能超出器件允许的最高工作频率而导致器件损坏。另外,由于开关频率不固定,增加了高通滤波器及连接电抗器参数设计的难度。

  识别、采摘、甄选、剔除……一台形态结构灵巧的“苹果”收获机器人正在场地上自主作业,精准自动采摘成熟的(红色)、移除腐烂的(蓝色)、保留未成熟的(绿色),激烈的比赛现场,掌声阵阵、高潮迭起,这是我校工学院学子的创新作品在底特律市举办的美国农业与生物工程师协会(机器人大赛是国际农业工程领域的顶级年度赛事,具有极高的知名度和影响力。工学院学子首次出征,即囊括了

  此类控制器中滞环比较器由于产生的补偿电流参考信号能够快速准确地跟踪谐波电流变化,具有很好的实时性,所以在有源滤波器中得到了广泛的应用。滞环比较器的控制框图如图9所示,图10为滞环比较示意图。

  近年来,在电力电子工程师和研究人员的不断努力下,有源电力滤波技术取得了长足的发展,有源电力滤波器的价格也不断降低。随着人们对谐波污染认识的不断加深,有源电力滤波器的应用前景是相当光明的,在国内的应用也将越来越广泛。

  靠近铁心的牵引线圈(大桥用)有匝,电压为其外侧的线圈为双饼式线圈,由牵引线圈(小桥用)励磁线圈列车供电线圈组成。

  前面讲到的两种主电路结构都通过连接电抗器直接接入系统,但对于电压较高的情况,由于各种开关器件耐压水平的限制,变流器输出电压不可能太高,因此通常采用变压器接入方式。采用耦合变压器接入电力系统的好处有:

  FC-RX I型滤波补偿装置主要应用于高压(6KV、10KV、27.5KV、35KV)需要谐波治理的电力系统,设备采用大容量电抗器、电容器、放电线圈和无感电阻适当组合成LC滤波回路(单调谐滤波回路、高通滤波回路),该回路与谐波源并联。在实际设计中根据谐波电流的成份,大小以及无功需求情况进行设计,通过精确的仿真和计算,使得该滤波装置向谐波提供一个低阻抗通道。

  4)根据选择的电压等级及谐波电流的次数、容量以及所选择的主电路结构,参照开关器件的开关频率、电压等级、电流等级等选择合适的开关器件,确定有源滤波器直流侧合理的工作电压及连接电抗器的参数。

  第一个条件在设计有源滤波器时通过考虑容量即可满足,而第二条常常是衡量有源滤波器性能好坏的关键。因为非线性负荷种类很多,需要补偿电流的变化率可能完全不一样,为了保证有源电力滤波器的跟踪能力,在设计时必须非常重视其电流变化率。因此为了提高dic(t)/dt,要么减小有源滤波器的等效电感L,要么提高逆变器输出电压U(c t)。有源滤波器的等效电感L 越小,其电流跟踪能力越强,但是L 过小,有源滤波器输出电流中基于开关频率的特征谐波会很大,而且一旦有源滤波器本身出现故障,会产生较大的过电流,从而影响系统。因此有源滤波器的等效电感不能选择过小。通常,如果以有源滤波器的电流容量作为电流基值,接入电压作为电压基值,则等效电感对应的基波电抗的标幺值约为20%,电感值通常为mH级别。

  由以上可知,瞬时值比较方式和三角波比较方式各有优缺点,不能孤立地说孰优孰劣,实际应用时可根据系统要求选择。日本电气学会的调查结果也表明了这一点,两种方法在实际应用中大体上各占一半,基本相当。

  此次大赛,我校工学院选派了CAU Dream(研究生组)和CAU Beginner(本科生组)两支参赛队伍。CAU Dream由徐保岩、张圆圆、马一博、倪昕东、余杨、胡宝颜、王津、孙冬、胡勇等分别来自机电工程、农业工程和工业设计专业的8位研究生和1位本科生组成,指导教师为机电系王新博士和农工系张凯良博士两位优秀青年教师;CAU Beginner由张超、许蕾、陈科涵、侯泽禹、肖怡宁、杨昌地等来自机械设计制造和机电工程专业的6位本科生组成,指导教师为机制系张文强博士和机电系张春龙博士两位优秀青年教师。此外,工学院还特聘我校校友、兼职教授美国堪萨斯州立大学张乃迁老师作为两支队伍的合作指导教师。

  2)铁心材料的选择鉴于有源滤波器工作时的频率范围,耦合变压器的铁心材料一般选薄硅钢片或非晶合金磁性材料;