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电工技术学报 2016年第23期杂志 文档列表

基于改变定子齿槽参数的异步起动永磁同步电动机齿槽转矩削弱措施研究1-8

摘要：齿槽转矩是永磁电机的共有问题,是该类电机设计中需要重点考虑的问题之一。异步起动永磁同步电动机能够利用笼型转子产生的异步转矩实现自起动,齿槽转矩的存在会对电机的运行产生不利影响。研究了通过改变定子齿槽参数削弱异步起动永磁同步电动机的齿槽转矩,分别推导了改变定子齿宽、定子不等齿宽配合及定子不等槽口宽配合时的齿槽转矩解析表达式,给出了相应地能有效削弱电机齿槽转矩的定子齿槽参数确定方法。有限元计算结果表明,上述措施能有效削弱异步起动永磁同步电动机的齿槽转矩,并且不会对电机性能产生较大影响。

永磁直线同步电机的智能互补滑模控制9-14

摘要：针对永磁直线同步电机（PMLSM）伺服系统的位置跟踪精度问题,提出了一种基于径向基函数（RBF）神经网络的智能互补滑模控制（ICSMC）方法。建立了包含端部效应、参数变化、外部扰动及非线性摩擦等不确定性因素的PMLSM动态方程。设计了互补滑模控制器,采用广义滑模面和互补滑模面相结合的设计,降低了系统跟踪误差,提高了系统响应速度,并削弱了抖振现象;利用RBF神经网络直接对系统存在的不确定性进行估计,在线调整RBF网络参数以改善系统动态性能,提高系统鲁棒性,并用李雅普诺夫定理保证系统闭环稳定性。通过分析系统实验结果,验证了所提出的控制方法有效降低了系统跟踪误差,并使系统具有良好的动态性能和鲁棒性能。

三维分段分层法用于光滑实心转子异步电机参数计算与性能分析15-21

摘要：实心转子异步电机转子中复杂的三维非线性涡流场计算是分析电机性能的基础,而采用三维有限元分析的计算量十分庞大。提出了一种三维分段分层法计算实心转子磁场,可考虑定转子铁心磁路饱和、转子端部效应的影响,且计算量小。定子铁心磁路饱和采用波幅系数以及饱和系数予以考虑。对于转子磁路饱和以及转子端部对涡流分布的影响,将实心转子沿轴向分段、径向分层,各段、各层的磁导率互不相同,每段采用分层理论递推求解磁场量。转子表面磁场强度的收敛边界由定子电流给出,依据转子柱面和两个端面进入转子的能量计算等效转子阻抗,迭代求解转子磁场及阻抗参数,直至收敛。在不同工况下比较了三维分段分层法的计算结果与样机实验结果,两者较为吻合。可以采用这种算法计算光滑实心转子电机参数并分析性能,为设计优化电机提供依据。

永磁同步电机相电流测量误差分析与补偿22-30

摘要：为减小电流测量误差,满足永磁同步电机高性能调速要求,对相电流测量误差进行了分析与补偿。首先,介绍了电流测量误差产生原理,分析了测量误差对闭环调速系统性能的影响。然后,提出了一种对d轴电流进行分段积分的补偿策略,通过对d轴电流积分得到误差项,将其补偿到测量电流中。仿真和实验结果表明偏移误差和增益误差分别会引起转矩、转速在1倍角频率和2倍角频率处振荡,补偿策略可以很好地减小测量误差,从而减小转矩和转速周期性振荡。

基于定子电流矫正的异步电机间接定子磁场定向控制31-37

摘要：提出一种基于定子电流误差的间接定子磁场定向矫正控制方法。分析了定子dq轴电流以及定子磁链的关系,推算出q轴电流对定子磁场的去磁分量,在负载变化时加大d轴电流补偿该分量,实现定子电流dq轴分量的分解。采用了磁链开环的矢量控制,避免了传统磁场定向矢量控制在低速时磁场观测的复杂性和不准确性。然而为保证磁场定向的准确性,提出了基于定子电流误差的磁场定向矫正方法,通过分析磁场定向的超前和滞后时dq轴给定电流和反馈电流的关系,补偿到q轴电流,进而改变转差来弥补磁场定向不准带来的误差。最后,搭建了异步电机Matlab仿真模型和实验平台,结果表明,磁场定向在稳态运行和电机参数变化时有良好的矫正效果,保证控制系统的静、动态性能。

基于实时负载转矩反馈补偿的永磁同步电机变增益PI控制38-45

摘要：为了减小负载转矩扰动对永磁同步电机转速的影响,对负载转矩扰动下永磁同步电机（PMSM）伺服系统数学模型的频域特性进行了研究,总结出负载转矩扰动和速度PI控制器参数之间的关系,提出了基于负载转矩反馈补偿的永磁同步电机变增益PI控制方案。变增益PI（VGPI）控制器根据转速信号中特定频率分量的变化,进行控制器增益的实时调节;同时采用FPGA器件设计并实现了基于Kalman滤波器的负载转矩观测器,能够对负载转矩扰动进行实时观测和补偿,提高了永磁同步电机伺服系统对负载转矩扰动的抑制能力。实验结果验证了控制策略的有效性。

轴向磁通永磁同步电机转矩解析模型和转矩优化46-53

摘要：轴向磁通永磁同步电机的电磁场呈三维分布,其转矩的精确建模和优化通常需要采用三维有限元方法,但这非常耗时。提出一种转矩解析计算模型,并基于该模型对轴向磁通永磁同步电机的转矩展开优化。首先,通过磁通密度比磁导法建立了轴向磁通永磁同步电机气隙磁场解析模型。然后基于麦克斯韦张量理论推导得到电磁转矩和齿槽转矩的解析模型,并通过有限元法验证了该模型的准确性。该模型不仅指出了产生电磁转矩和齿槽转矩的判据,还明晰了转矩波动各阶成分与气隙磁通密度谐波之间的关系。最后利用该解析模型,采用径向变极弧系数法对一台单定子单转子轴向磁通永磁同步电机的转矩展开优化,结果表明径向变极弧系数法可有效削弱轴向磁通永磁同步电机的齿槽转矩和电磁转矩波动,而基于解析模型的优化则具有非常高的效率。

变磁通轴向磁场永磁电机机械动力学分析与弱磁能力研究54-62

摘要：对机械变磁通轴向磁场永磁电机（MVFAFPMEM）进行机械动力学与电磁场仿真分析,研究机械调磁装置的运动特性、角度调节能力及电机弱磁能力。基于机械系统动力学自动分析（ADAMS）虚拟样机技术,研究了不同转速下凸轮角加速度和弹簧形变情况,获得了转子错开角度随电机转速的变化规律;利用有限元方法计算了转子错开角度变化时的电机气隙磁场,研究了凸轮式机械调磁装置对电磁特性的影响。仿真结果表明,利用所设计的调磁装置,可使电机两转子间的错开角度在0°-21°范围内变化,弱磁能力较强。试验结果验证了理论与仿真分析的正确性,利用凸轮式机械调磁装置能够根据电机转速自动调节两转子间的相对位置,实现轴向磁场永磁电机气隙磁场强度的宽范围调节。

基于相电流正负序分量相角差的高精度内置式永磁同步电机转子初始位置检测方法63-69

摘要：对内置式永磁同步电机（IPMSM）转子静止初始位置检测技术进行研究,提出一种基于高频信号注入法的高精度IPMSM初始位置检测方法。该方法通过向电机绕组中注入高频旋转电压信号,通过带通滤波器得到高频电流响应,利用同步旋转坐标变换将高频电流响应的正、负序分量进行分离;然后分别对三相高频电流正、负序分量的相角进行最小二乘估计,利用任意一相高频电流正、负序分量的相角差提取出转子的位置信息;最后通过磁路饱和效应对转子N、S极性进行辨别。该方法具有较高的检测准确度,平均检测误差约为1.73°电角度,对一台11 k W的内置式永磁同步电机的实验表明了该方法的正确性。

一种基于磁电层合材料的新结构大电流传感器70-76

摘要：设计并实现了一种新结构的大电流传感器,其核心是由PZT压电材料和Terfenol-D磁致伸缩材料构成的圆片形磁电层合材料,配合铁氧体磁环,可较准确地测量几安到几百安范围内的工频电流。该电流传感器的结构设计具有无需直接接入主电路、无需额外提供电源的优点,可以随时装卸,便于安装和维护。试验测试得到该电流传感器的电流测量灵敏度为0.058 5 V/A,并具有一定的可靠性。这种新型的大电流传感器具有继续研究的价值和应用潜力。

基于参数辨识的消弧线圈接地电网单相接地故障测距方法77-85

摘要：为解决消弧线圈接地电网单相接地故障测距困难的问题,提出一种基于最小二乘参数辨识的消弧线圈接地系统单相接地故障测距方法。以消弧线圈接地电网故障零序全波等效电路作为辨识模型,将故障距离、过渡电阻、对地电容作为模型的未知参数,利用该模型所反映的单相接地故障电压、电流时域关系构造参数辨识目标函数,用最小二乘辨识方法进行最优参数求解,得到故障位置到母线端的距离。对于带分支线路的情况,在参数辨识测距方法的基础上建立了推理判断逻辑,提高了测距方法的适用性。所提出的测距算法可集成在故障选线装置中,无需增加额外设备即可实现故障选线、测距一体化功能。仿真和实验验证了所提测距方法的有效性与准确性。

光/储混合系统中的储能控制技术研究86-92

摘要：在含有高渗透率光伏发电的配电网中,安装储能系统可以减小光伏功率波动对电网的冲击。为了实现储能对光伏发电功率的平滑作用,提出一种基于低通滤波与短时功率预测技术的储能控制方法,大幅度消除了传统低通滤波方法造成的延时,同时可降低光伏功率预测误差对控制效果的影响,提高了平滑效果,节省了储能安装容量。仿真结果显示该策略能有效降低光伏发电功率的波动性,降低电池过充或过放现象的发生概率。

考虑故障电阻随机不确定性的电压暂降监测点优化配置93-99

摘要：电力系统元件发生短路故障时,故障电阻客观存在且具有随机不确定特性。为提高电压暂降监测点配置方案在不同故障电阻条件下的工程适用性,需将故障电阻这一关键参数引入到监测点优化配置模型中。首先基于网络参数和短路计算构建临界故障电阻矩阵,在此基础上以监测点数最少为目标,以各故障点短路时最小电压暂降可观率为约束,建立考虑故障电阻随机不确定性的监测点优化配置模型,并用遗传算法求解最优配置方案。应用该方法对IEEE 30节点测试系统进行了仿真分析,结果表明该方法能有效监测非金属性短路故障引起的电压暂降,相比传统方法更具工程实用价值。

基于切片采样的风力发电并网系统概率潮流计算100-106

摘要：在基于马尔科夫链蒙特卡洛（MCMC）模拟法的概率潮流计算方法中,被广泛应用的Gibbs采样算法需要进行大量复杂的迭代运算才能得到较精确的计算结果。针对该算法的缺陷,提出基于切片采样（slice sampling）算法的MCMC方法,并应用于风力发电并网系统概率潮流计算中。首先,采用加权高斯混合分布（WGMD）对风电场出力进行建模;然后,通过切片采样算法对风电场出力的概率分布进行采样,从而构建出风电场出力的样本空间;最后,对样本空间中的每组采样点进行潮流计算,并在含有风电模型的IEEE 39节点系统中与Gibbs采样算法得到的结果进行比较。结果表明：切片采样算法能够显著提高传统MCMC方法的计算准确度;同时,在与Gibbs算法采样迭代次数相同的情况下,切片采样算法所生成的马尔科夫链可以更快、更稳定地收敛于平稳分布。

计及时间约束的改进模糊Petri网故障诊断模型107-115

摘要：为充分利用故障事件记录的时间约束特性,进一步提高故障诊断的准确性与快速性,建立了一种计及时间约束的改进模糊Petri网故障诊断模型。首先,分析故障事件记录的一元、二元时间约束关系,研究不确定及缺失的报警信息对故障诊断的影响,利用虚拟有向弧及Petri网产生式规则,建立改进模糊Petri网模型;之后,通过正、反向时序推理分析,获得所有报警信息应该满足的时间区间,依据所建立的状态真值矩阵有效甄别出时序不一致的报警信息;在上述基础上,制定电网故障诊断的具体流程,提出继电保护装置动作行为辨识规则;最后,通过局部电力系统的多组算例仿真和实际系统故障案例测试,证明了所建模型能有效地诊断出电网故障,并具有较高的容错性。

复杂电能质量扰动事件源定位方法116-124

摘要：复杂电能质量扰动事件包含多个相关的基本事件和多个扰动事件源。在对复杂扰动事件的类型和时空特征进行分析的基础上,提出一种复杂电能质量扰动事件源定位方法。采用原子算法检测扰动事件,给出根据各基本事件的起止时间进行扰动区段划分的方法;采用叠加原理对瞬时功率进行分析,提出根据扰动能量的极性对各区段扰动事件源进行定位。算例结果表明,该方法能够实现复杂电能质量扰动事件源定位。

基于仿射算术优化的不确定系统区间潮流快速分解法125-131

摘要：传统基于单一运行点运算的电力系统潮流计算不能处理系统参数改变和负荷需求变化的不确定性,也无法为时变电力系统安全分析提供有意义的参考,因此潮流区间算法在电力系统潮流计算中得到应用。针对现有潮流区间算法结果保守的问题,利用区间仿射算术来考虑区间变量之间的相关性进行快速分解法潮流计算,并在每步迭代中引入线性优化,抑制区间增长。通过算例比较表明,该方法在保证完备性的同时,能有效地减少区间结果保守性。

G/E在液氮和变压器油中的雷电冲击沿面闪络特性对比132-140

摘要：随着超导电力装置电压等级的提高,研究液氮中沿面闪络特性的意义愈加重要。玻璃纤维增强环氧树脂复合材料（G/E）是应用于超导设备的重要绝缘和支撑材料。为了深入探索液氮中冲击沿面闪络过程的特性,通过实验,比较液氮和变压器油两种环境中不同电压施加方式下,G/E的闪络电压、放电时延和闪络痕迹的不同特点。经分析可知,变压器油和液氮环境两种介质本身特性的不同,造成两种环境中沿面闪络时材料表面温度骤变产生应力的不同,以及气化层形成过程、成分和分解产物的不同,从而造成两种环境中沿面闪络表现出不同的特性。通过对比,进一步揭示了液氮中冲击沿面闪络的特性,为超导电力装置的绝缘设计提供了原理参考。