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电工技术学报 2017年第23期杂志 文档列表

电工技术学报杂志电机及其控制

双永磁电机系统转速同步控制1-8

摘要：针对双永磁同步电机系统中,由于负载扰动造成双电机转速不同步而极易引发差速振荡的问题,该文结合交叉耦合控制结构和滑模控制算法,提出一种基于积分型滑模速度控制器的转速同步控制策略,使用指数趋近律以及饱和函数抑制滑模固有的抖振现象。此外,设计了转速同步控制器对两电机的电流环进行补偿,通过选择合适的耦合同步系数,使两电机速度尽快达到同步。实验结果验证了在所提出的控制策略下,双永磁同步电机系统的鲁棒性、转速跟踪性能以及同步性能均得到提升。

永磁直线同步电机伺服系统的分段变论域模糊迭代学习控制9-15

摘要：针对执行重复任务的永磁直线同步电机（PMLSM）在迭代学习过程中易受负载扰动、参数变化等非重复性扰动的影响而难以实现高性能跟踪控制的问题,提出了一种迭代学习控制（ILC）与变论域模糊控制相结合的分段变论域模糊ILC方法。在误差较大的时间段,采用变论域模糊控制实时地改变ILC的学习增益,并智能地调整模糊控制的论域,抑制不确定性因素对系统的影响,提高控制精度;在误差较小的时间段,采用PD型ILC,使学习增益稳定,进一步减小位置误差。实验结果表明,该控制方法可以有效地加快收敛速度,提高位置跟踪精度,并增强系统的鲁棒性。

永磁同步推进电机电磁振动分析16-22

摘要：依据Maxwell应力方程推导了永磁同步电机径向电磁力的解析表达式,分析归纳了电机内各阶次、各频率径向电磁力的来源。以一台45槽10极永磁同步推进电机为例,分别建立了电机电磁有限元模型和结构有限元模型,并进行了模态分析;将电磁有限元模型中得到的径向电磁力耦合到结构有限元模型中,对电机进行了电磁振动谐响应分析;最后将样机实测加速度频谱与有限元仿真结果进行对比,验证了径向电磁力解析式及电磁振动有限元仿真结果的正确性。

基于广义二阶积分器的表贴式永磁同步电机低速转子位置检测方法23-33

摘要：在基于脉振高频电流注入的表贴式永磁同步电机无位置传感器控制中,常采用高阶滤波器来调制信号以抑制阶跃信号带来的误差。该文提出一种基于广义二阶积分器的新型转子位置观测器,由两个广义二阶积分器串联构成。前级实现高频信号提取功能,后级用于误差幅值获取。该结构有效减小了信号处理产生的延时,减轻了运算负担;同时在位置观测器中引入微分前馈控制,明显降低了动态过程中阶跃信号对位置观测器的影响;最后基于RT-LAB控制器对上述方法进行了实验,结果表明所提观测器改善了系统的控制性能。

基于虚拟脉振高频注入法的永磁电机初始位置检测34-41

摘要：对传统脉振高频注入法进行了分析,并在传统脉振高频注入法基础上,加入虚拟高频旋转坐标,对传统脉振高频注入法进行改进,提出基于虚拟脉振高频注入法的永磁同步电机位置检测方法。该方法和传统脉振高频注入法相比,不需要PI调节,工程实现简单,并且解决了传统脉振高频注入法的过零点问题。通过仿真和工程实验,验证了该方法的正确性和有效性。

考虑磁饱和的感应电机MTPA转矩控制42-50

摘要：感应电机的最大转矩电流比（MTPA）控制算法根据需求转矩调节磁链幅值,以达到转矩与定子电流比值的最大化。因磁链随转矩的变化而变化,不再像传统控制算法保持磁场幅值恒定,磁场非线性饱和效应会对控制系统产生影响。针对此问题,该文提出考虑磁饱和特性的MTPA转矩控制系统。根据需求转矩以及饱和模型,通过线性搜索寻找最优磁链目标值,并在计算励磁电流时考虑d轴转子电流的动态特性,用降阶观测器观测转子磁链,并在设计滑模磁链控制器以及反步法设计转矩控制器时考虑观测误差,以确保控制器参数的设置能达到全局稳定。仿真和实验结果证明了所设计控制器的有效性。

二维云模型在线优化永磁同步电机无传感器电压模型控制51-60

摘要：提出一种基于二维云模型在线优化智能PID的永磁同步电机无传感器电压模型控制算法。在虚拟γ-δ旋转坐标系下利用实际电压值与理想电压值之差对电机转速误差进行实时校正,获取到相对准确的电机转速以及转子位置估计。同时,设计了一种具有参数动态实时自整定功能的智能PID对上述电压模型控制中的转速、电流进行实时调节。通过引入混沌粒子群算法离线优化控制参数,使整个控制系统处于优化状态,再利用二维云模型在线调节模块对其实时整定。实验结果表明,该控制算法能够准确估计出电机转速以及转子位置,对电机内部参数摄动以及外部负载扰动具有较强的鲁棒性。

两种不同笼型转子结构无刷双馈电机的稳态运行性能对比61-71

摘要：无刷双馈电机（BDFM）在变频调速及风能发电领域具有良好的应用前景。目前,转子磁场调制效果差、运行效率偏低的问题仍然制约着笼型转子BDFM的发展。首先从理论上分析了带公共笼条和公共端环的笼型转子产生的空间谐波磁动势及其影响因素,充分考虑了不同笼型转子结构的特点以及转子各短路环在电磁耦合中的作用。在此基础上,提出了一种混联式笼型转子结构,并通过有限元法对两种不同笼型转子结构BDFM样机的运行性能进行了数值计算与对比分析。最后,成功研制了混联式笼型转子样机,并对两种不同转子结构样机的稳态运行性能进行了对比实验研究。结果表明,混联式笼型转子样机定子绕组空载电流较低,运行效率及功率因数均明显提高,为笼型转子BDFM的发展拓宽了研究思路。

盘式对转双转子永磁同步电机的设计和特性分析72-80

摘要：针对一种对转螺旋桨驱动用盘式对转双转子永磁同步电机进行了分析,提出了该电机的基本设计方法,得到了电机主要尺寸参数的设计方程;利用有限元软件对该电机进行了三维建模和动态仿真分析,得到了其磁路特性和主要性能参数,并重点分析了两个永磁转子存在位置差时电机总反电动势波形的特点,利用有限元结果对永磁转子所受的轴向磁拉力进行了计算和分析;最后对所设计的2.2 k W电机样机进行了试验验证。

永磁转子偏转式三自由度电机磁场和转矩特性的计算与分析81-90

摘要：永磁转子多自由度电机可实现输出轴的多自由度运动,简化电机机械系统的结构,提高传动系统的响应速度和定位精度,是国内外电机领域的一个研究热点。该文提出了一种蝶形永磁转子偏转式三自由度电机,基于有限元法建立了该电机的三维有限元模型,对电机转子磁场的分布进行了计算和分析,并与解析模型的计算结果进行了对比验证。在此基础上,计算并分析了该电机的自转转矩和偏转转矩,并与鼓形永磁转子偏转式三自由度电机的磁场和转矩进行对比分析,结果表明蝶形永磁转子偏转式三自由度电机可增大气隙磁通密度和自转转矩的幅值,有效改善和提高偏转转矩的幅值,并增加偏转运动的范围。最后,对样机进行了测试,并将实验结果与有限元及解析模型的计算结果进行了对比验证。

基于扩展反电动势法的长定子直线同步电机无速度传感器控制研究91-99

摘要：针对长定子直线同步电机高速运行时,机械传感器无法准确地获得转子位置和速度信号的问题,研究了一种适合在长定子直线同步电机中应用的扩展反电动势法无速度传感器控制策略。基于长定子直线同步电机的数学模型,分析了扩展反电动势法用于长定子直线同步电机无速度传感器控制的鲁棒性。仿真和实验结果证明了基于锁相环的扩展反电动势法无速度传感器控制能够实现高速时电机的无速度传感器闭环控制,并且此方法对电机参数变化具有较强的鲁棒性。

电工技术学报杂志电力系统

基于逆系统解耦的电磁轴承飞轮转子系统二自由度控制100-114

摘要：针对电磁轴承高速飞轮转子系统的振动抑制问题,提出了一种基于逆系统解耦和改进型二自由度控制的方法。首先采用逆系统方法对电磁轴承飞轮转子系统进行解耦,将非线性、强耦合的电磁轴承飞轮转子系统解耦为四个彼此独立的子系统,再用改进型二自由度控制器对解耦后的子系统进行整定,使控制系统的设定值跟踪及外扰抑制特性能够分别调节,并通过速度观测器获取阻尼控制信号,增强系统的抗噪声能力。从理论上分析了所提出控制算法的稳定性、设定值跟踪性能及鲁棒性,并对其性能进行了仿真和实验验证。结果表明,该文提出的控制算法能够使飞轮转子稳定悬浮并有效抑制其振动,具有稳定性好、鲁棒性强、抗噪声能力强等优点。

基于历史数据纵向协同性的电子式互感器伴随故障甄别策略115-126

摘要：当系统由于线路故障、电源或者负荷投入切除而出现大幅扰动时,往往会引发复杂明显的电磁干扰信号,这将使存在电磁兼容性缺陷的电子式互感器采样输出数据异常,导致保护控制系统的误动和拒动。站域保护的出现为上述问题的解决提供了可能性,该文首先证明了输电线路故障动态特性相似性区域的存在,提出了电力系统拓扑离散性假设和状态离散性假设,得出输电线路同型故障的概念;然后根据系统动态实例与历史案例之间的相似性,结合站域保护中各点信息可共享性,提出了电子式互感器伴随故障甄别的原理、判据及具体实现方案,并给出描述故障电子式互感器的故障程度的评估指标;最后通过PSCAD搭建典型电力系统仿真模型,构建不同情况下的电磁干扰算例,证明了所提甄别原理和方法的可行性及应用价值。

光储柴独立微电网中的虚拟同步发电机控制策略127-139

摘要：针对由可再生能源发电系统、常规柴油发电机组（DGS）和蓄电池储能系统组成的独立微网,提出一种适合微网在孤岛模式下稳定运行的虚拟同步发电机（VSG）控制策略。首先,建立DGS在同步旋转坐标系下的数学模型,并分析其输出电压和转速的阶跃响应特性;其次,在充分考虑DGS和VSG不同控制特性的基础上,提出一种适应独立微网分层协调控制的改进型VSG策略;然后,在基本VSG控制器中增加虚拟阻抗环节,灵活实现对微网谐波的抑制;最后,建立一套包含2台100 k V·A VSG及1台440 k W DGS并联的独立微网实验平台,实验结果验证了所述控制策略的正确性与有效性。

基于压缩感知估计行波自然频率的输电线路故障定位方法研究140-148

摘要：提出了一种基于压缩感知估计行波自然频率的输电线路故障定位方法,能够准确估计多次行波自然频率,具有较高的故障定位精度。针对故障行波信号的频域特征设计了新的过完备字典,使行波信号能够被有效地稀疏表示。进行故障定位时,首先用小波模极大值方法确定故障行波信号的频率边界,并采用FIR滤波进行预处理滤除低频干扰成分,然后将其变换到频域使其能够在过完备字典上稀疏表示。在此基础上,该文利用改进的基于Dice系数的OMP算法（DOMP算法）对故障行波的频域信号进行重构,精确辨识行波信号的多次自然频率值,最终结合反射角和波速实现准确地故障定位。通过仿真分析验证了字典设计结合改进的DOMP算法的方法具有较高的定位精度和可靠性。

大用户直购电对系统风电消纳的影响149-157

摘要：大用户直购电政策的推行,会进一步压缩电力系统的调度空间,而当系统中接入大规模不可调控的风电机组时,系统的优化调度将面临更加严峻的挑战。为了分析大用户直购电对系统风电消纳能力的影响,建立了含大用户直购电的电力系统风电消纳模型。该模型在传统机组组合模型的基础上,引入了风电出力约束和可削减的直购电电量合同约束,并对目标函数进行了相应的调整。使用ARIMA模型对风速时间序列进行建模和预测,为机组组合模型提供原始数据。将10机系统扩展为40机系统,并引入1 600 MW的风电机组,分析了不同直购电电价、直购机组以及直购电规模下直购电合同对系统消纳风电能力的影响。

基于加速时间预测的现代有轨电车储能系统能量管理与容量配置优化研究158-166

摘要：电池寿命过短和配置空间有限是现代有轨电车储能系统应用存在的重要问题,给其能量管理策略和容量配置方法的设计带来了挑战。该文首先对影响电池寿命的因素进行了分析,建立了寿命估计模型。针对电池与超级电容混合储能系统,提出了基于加速时间预测的能量管理策略：根据车辆加速时间计算超级电容的实际可用功率,进而决定电池和电容的功率分配。该策略基于有轨电车运行周期性确定加速时间预测窗口,并充分考虑超级电容放电时间。仿真和实验验证了该策略具有充分利用超级电容能量和减弱电池寿命衰减的良好效果。同时,分别基于基本阈值策略和加速时间预测控制策略进行优化容量配置,分析不同控制策略对容量配置结果的影响。结果表明该文的策略通过降低超级电容的配置要求以及延长电池寿命实现了全寿命周期成本的降低。

复杂土壤结构对水电站接地装置散流机理影响分析167-175

摘要：准确计算复杂土壤结构中接地装置接地参数及其散流机理是水电站接地装置合理优化设计的基础。提出考虑大范围复杂土壤结构的接地装置有限元计算方法,针对有限元数值计算方法中大范围求解区域和接地导体截面尺寸的差异导致的计算量过大问题,采用二维接地导体与三维散流土壤耦合的有限元数值计算方法;基于有限元模型分别建立垂直三层土壤模型、块状土壤模型以及落差土壤模型,对接地装置散流过程中土壤中的电流密度、电场强度分布规律进行了详尽分析;并对河道两岸土壤电阻率、河水深度对水电站接地网散流过程及接地电阻的影响规律进行了定量分析。对比分析了三种不同土壤模型对水电站接地网散流过程及接地电阻的影响规律,结果表明河水深度是影响接地装置散流过程的重要因素,复杂土壤结构中水电站接地网设计中宜采用考虑实际河水深度的块状土壤模型和落差土壤模型。