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电工技术学报 2018年第02期杂志 文档列表

电工技术学报杂志电工理论

基于有限元的电场区域分解法的广义极小残量迭代算法225-231

摘要：提出用基于有限元的区域分解法计算三维多尺度电场的思路,在有限的计算资源下,同时获得大尺度模型区域和小尺度模型区域的高精度计算结果。针对区域分解法迭代算法收敛速度慢的问题,在没有区域分解法系数矩阵的情况下,导出区域分解法的广义极小残量（GMRES）迭代算法,提高了迭代效率。利用二维电场有限元模型,验证了区域分解GMRES迭代算法的正确性,将算法用于计算高压直流输电接地极的入地电流场,同时获得接地极附近和远离接地极区域的电场分布。

B样条曲面边界元方法及其在特高压绝缘子串电场计算中的应用232-237

摘要：在计算特高压绝缘子串三维静电场的边界元法中,为了精确确定电场强度和电位分布,提出用双2次B样条曲面拟合实际边界面的B样条曲面边界元法。该方法利用二阶剖分单元的节点坐标信息来求解双2次B样条曲面参数方程,再利用B样条曲面参数方程和面积比值法定义对应于B样条曲面单元4个顶点节点的形状函数;用B样条曲面单元4个顶点作为计算节点,与二阶四边形边界元法相比,计算量大大减少;与线性平面边界元法相比,双2次B样条曲面与实际边界面更接近,从而可以明显提高计算精度。用球形电极和球板电极的电场分布计算进行验算,结果表明：在网格剖分节点数相同时,B样条曲面边界元法的计算精度明显优于线性边界元法。最后,将B样条曲面边界元法应用于交流特高压绝缘子串的电场强度和电位分布计算。

电工技术学报杂志电机与电器

一种优化表插式永磁电机性能的方法238-244

摘要：针对表插式永磁同步电机转矩脉动较大的问题,提出在永磁体磁极间开辅助槽的方法提升电机性能。分析磁极间开槽的原理,指出在磁极间开槽能够改善气隙磁场分布,减小反电动势中的谐波含量,进而使电机转矩脉动得到抑制。并且磁极间开槽会改变电机的交、直轴电感,使电机的弱磁扩速能力得到提升。利用有限元分析得出最佳开槽形状,并验证开辅助槽能减少反电动势谐波含量并抑制转矩脉动;通过仿真计算电机电感变化,并对比等效直轴去磁状态下电机的气隙磁通密度波形与以不同最高转速时所需的直轴电流,得出开槽后的表插式永磁同步电机更适合用于弱磁扩速。本文所研究的新结构对提升电机性能有一定的指导意义。

双端励磁内置转子磁分路混合励磁电机设计与转子强度分析245-254

摘要：讨论一种新型双端励磁内置转子磁分路混合励磁电机的结构与原理。针对实心转子磁极存在转子涡流损耗严重的问题,提出转子磁极表面粘贴软磁复合材料（SMC）的组合转子结构,为进一步改善电机转子三维结构加工工艺,采用转子导磁体模块化方法。考虑软磁复合材料抗拉强度的局限性,研究碳纤维保护套下转子损耗特性,并进行转子结构强度分析,为该类新型混合励磁电机结构优化奠定了基础。

双盘式线圈结构快速斥力机构设计与运动特性仿真研究255-264

摘要：近年来基于涡流原理的快速斥力机构成为研究热点,但该机构很难适用于长开距、高电压等级断路器。因此,研究适用于长开距的斥力机构具有重要意义。提出一种双盘式线圈结构的快速斥力机构,建立其数学模型,并对其运动特性进行仿真研究。通过与涡流斥力机构对比发现,该斥力机构的电能利用率更高,优势更为明显。根据40.5k V真空断路器的参数要求,比较分析各项参数对机构运动特性的影响,结果表明：两线圈初始间距影响最大,其次是线圈轴向匝数,影响最小的是线圈径向匝数。最后对机构应用于长开距的高电压等级真空断路器进行了展望。研究成果对新型高压快速斥力机构的设计具有一定的参考价值。

一种自适应同步滤波器和正交锁相环相结合的滑模观测器265-274

摘要：为了提高表贴式永磁同步电动机的速度和位置观测性能,提出一种自适应同步滤波器和正交锁相环相结合的滑模观测器。首先,基于电机数学模型,构造滑模电流观测器,得到反电动势;其次,滤波器以锁相环计算的位置信号为参考,自适应调节带通截止频率,滤除反电动势中的大量抖振和谐波,并同步输出基波反电动势;之后,锁相环根据基波反电动势计算出转子速度和位置;最后,搭建Matlab/Simulink仿真模型和基于d SPACE半实物仿真实验平台。仿真和实验结果表明所提出的方法跟踪性能好并且对电机参数摄动具有很强的鲁棒性。

低压大电流双凸极无刷直流发电机电枢绕组股线环流的抑制方法275-283

摘要：为了有效抑制低压大电流双凸极电机电枢绕组中的股线环流,提出电枢绕组结构优化方法。首先建立能够充分考虑绕组股线位置、线包间股线串联顺序的精细化二维有限元仿真模型,对低压大电流双凸极电机中电枢绕组股线环流产生的机理进行研究。在此基础上,提出三种优化过的电枢绕组结构,并分别建立仿真模型将它们与未优化过的结构在股线环流分布、铜损、效率等方面进行对比分析。最后,制作两台不同绕组结构的股线环流验证原理样机进行对比实验研究。仿真和实验结果表明,股线均匀穿过槽深与槽宽的电枢绕组结构具有最好的股线环流抑制效果。

电工技术学报杂志电力电子

一种零输入电流纹波高增益DC-DC变换器284-292

摘要：提出一种零输入电流纹波高增益DC-DC变换器。该变换器有两个耦合电感：一个耦合电感与电感电容组合再并入输入侧,消除了输入电流纹波,且零纹波条件与占空比无关;另外一个耦合电感实现了拓扑的高增益功能,在其二次侧加入倍压电路,电压增益得到进一步增大,由于漏感的作用,二极管的反向恢复损耗几乎为零,进而可提高变换器效率。该变换器的两个有源开关互补导通,在实现零电压开通的同时,降低了谐振产生的电压尖峰,可选择低耐压开关管来提高变换器效率。最后通过一台250W的实验样机来验证该变换器的零输入电流特性和高增益高效率特性。

零电压开关三电平Buck-Boost双向变换器293-300

摘要：针对非隔离型三电平Buck-Boost双向变换器,提出一种零电压开通（ZVS）实现方案。该方案在不添加任何辅助元件的情况下,可使非隔离型三电平Buck-Boost变换器的所有开关管在全负载范围内实现ZVS,提高变换器的效率。此外,利用异相控制、电感电流倍频降低电感的体积,提高功率密度。首先对实现ZVS的工作过程进行分析,并且分析反向电流IR对软开关的影响;然后推导出死区时间和开关频率表达式;最后搭建实验样机,通过Buck模式和Boost模式的实验来验证该方案的正确性和有效性。

电工技术学报杂志默认

“先进电驱动技术”专题征稿启事300-300

摘要：近电驱动系统在航空航天、国防装备、交通运输、国民经济等领域获得了广泛应用,为装备电气自动化水平的提高发挥着重要作用。＂中国制造2025＂制造强国战略的实施,对作为装备制造领域核心部件的电驱动系统提出了更高的要求。

电工技术学报杂志电力电子

一种适用于新能源并网的高增益单向直流变压器301-309

摘要：提出一种名为高电压比级联式LC-AC transformer（LCT）型单向直流-直流变压器,特别适用于新能源并网等应用场合。该变压器首先通过电压源型换流器（VSC）将直流电压逆变成交流电压,利用电感电容（LC）电路取得第一级升压。然后,LC电路输出的电压将会通过交流变压器得到进一步升高,从而通过两级升压实现40倍左右高电压比。最后,利用二极管电路将交流电压整流得到直流电压。本文首先阐述了LCT DC-DC的参数设计步骤,同时提出了一种有效的有功功率控制策略,研究拓扑的器件选择及其运行损耗估算。最后通过在PSCAD/EMTDC下搭建的LCT DC-DC仿真算例证明本文所提出拓扑的技术可行性。

适用于中高压配电网的高功率密度谐振型级联H桥固态变压器310-321

摘要：现有中高压配电网固态变压器（SST）拓扑,其电容、模块、IGBT与高（或中）频变压器用量大,成本高,功率密度低。在现有级联型SST拓扑基础上,提出一种适用于中高压配电网的高功率密度谐振型级联H桥固态变压器（RCHB-SST）拓扑。RCHB-SST拓扑利用串联谐振的选频作用,实现了一台高频变压器对应多个H桥模块的特殊结构,较传统中高压配电网SST拓扑,能有效减少电容器、模块、IGBT和高频变压器用量以提高功率密度,同时模块的减少和DC-DC环节采用开环控制有利于控制系统的简化。分析RCHB-SST工作原理,建立RCHB-SST的数学模型,提出RCHB-SST的控制策略和模块电容值计算方法,并进行了仿真证明。

一种基于并联谐振的高频隔离型并网逆变器322-330

摘要：针对DC-DC变换型高频隔离型逆变器中开关损耗大、电压尖峰大、稳定性差的问题,提出由并联谐振与传统DC-DC变换型逆变器相结合的新型逆变器电路拓扑。该逆变器可以实现高频功率器件的零电压开通、体二极管和整流二极管的软关断,从而消除功率器件的开关尖峰,减小逆变器的损耗。详细介绍电路的工作过程和各开关器件软开关原理,同时建立电路的谐振等效模型,以及谐振参数对增益和软开关的影响关系,给出谐振参数的设计原则。为了消除由于加入死区而引入的低次谐波,在控制系统中添加了死区补偿,以提高逆变电流质量。最后制作实验样机,经过实验验证电路拓扑和控制策略的正确性。

考虑最大输出电压和效率的LLC谐振变流器的设计方法331-341

摘要：基于能量守恒法,计算LLC谐振变流器在谐振点处的效率。首先,根据效率的需求对谐振频率和励磁电感进行优化设计。然后,分析谐振电感对最小开关频率和最大输出电压的影响,根据所需最小开关频率和最大输出电压对谐振电感进行优化设计。同时,为了提高谐振参数的设计精度,通过能量法计算变压器的漏感,并将其考虑到谐振电感的设计过程中。为了证实所提出的设计方法,制作一台用于车载充电机的3.3k W LLC谐振变流器的样机,其输出电压范围为230~430V。在全输出电压范围内,样机的效率超过95.9%,峰值效率超过97.5%,实验结果验证了所提出的设计方法可在宽输出电压范围内提高LLC谐振变流器的效率。

模块化多电平矩阵变换器开关次数最优的拓扑连接策略342-352

摘要：模块化多电平矩阵变换器（MMMC）能实现三相AC-AC的变换,具有模块化及良好的低频特性等优点,可直接用于高压大容量变频调速系统。MMMC主要包括不含支路电感的传统拓扑与包含支路电感的拓扑,不含支路电感的MMMC能减小系统的体积与重量,但调制过程中拓扑连接方式多变且调制过程非常复杂。针对不含支路电感的MMMC进行研究,建立该拓扑的开关函数模型,基于空间矢量调制提出开关次数最优的拓扑连接策略。提出的拓扑连接策略保证了拓扑开关次数最优的同时大大简化了拓扑调制过程。仿真和实验结果验证了提出拓扑连接策略的可行性。

混合钳位型四电平和五电平逆变器拓扑结构和控制策略353-360

摘要：为了提高传统二极管钳位和飞跨电容多电平变换器的电平数并减少钳位器件的数量,同时避免五电平有源中点钳位拓扑中开关器件的直接串联,提出一种混合钳位四电平逆变器拓扑及其扩展五电平拓扑结构。为实现悬浮电容和母线中点电压的平衡控制,提出一种改进的载波移相PWM策略,通过微调PWM脉冲占空比实现悬浮电容和母线中间电容的平衡控制。在此基础上为实现上、下母线电容电压的平衡控制,提出一种基于最优零序电压注入的平衡控制策略。研制了一台实验样机并通过实验验证了该拓扑及控制策略的有效性和可行性。

非隔离型级联H5光伏逆变器共模漏电流特性分析361-369

摘要：共模漏电流抑制是非隔离型光伏并网系统需要解决的关键问题。首先建立传统非隔离型级联H桥光伏并网系统共模模型,推导出系统共模漏电流数学表达式,分析影响系统共模漏电流的主要因素,指出传统级联H桥逆变器无法抑制共模漏电流的原因。然后提出一种级联H5逆变器拓扑及其调制策略,有效地抑制了系统共模漏电流。最后搭建数字控制实验样机系统,对级联H4拓扑和级联H5拓扑进行对比实验,实验结果验证了所提方案的有效性。

电工技术学报杂志配网与新能源

基于强跟踪泰勒-卡尔曼滤波器的动态相量估计算法433-441

摘要：同步相量估计算法是同步相量测量技术的核心,在电力系统动态条件下如何提高算法的测量精度和改善算法的动态性能至关重要。提出基于强跟踪泰勒-卡尔曼滤波器（STKF）的动态相量估计算法。首先在考虑谐波和噪声影响以及电气信号幅值、相位时变特性的基础上,基于动态相量的泰勒级数展开项建立动态电气信号的状态空间模型;然后考虑到基于泰勒-卡尔曼滤波器（TKF）的相量估计算法在递推估计各状态变量时无法快速跟踪系统参数突变的缺陷,引入强跟踪滤波器的思想,根据理论残差和实际残差的失配程度及时自适应性地调整估计协方差矩阵,增强了算法对时变电气信号的跟踪能力。分析含噪声的数值信号及Matlab/Simulink的仿真故障电压信号,结果表明,STKF算法比泰勒-卡尔曼滤波器（TKF）算法具有更好的动态响应性能和更高的测量精度,且稳定性更好。