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电工技术学报 2018年第21期杂志 文档列表

电工技术学报杂志电工技术

有损大地上传输线HEMP响应的研究4901-4908

摘要：针对电磁脉冲对传输线产生干扰的实际情况,基于传输线的频域二阶电流基本方程,建立了高空核爆电磁脉冲(HEMP)激励下有损大地上传输线电磁瞬态响应模型,利用伽辽金法和矢量匹配推导出关于传输线的时域有限元(FETD)迭代算法。该算法以电流为单变量进行迭代从而计算出沿线电流分布,通过在空间和时间上离散时域第二电报方程计算得到沿线的电压分布,从而大幅度提高了计算效率。通过对比FETD法计算结果与时域有限差分(FDTD)法计算结果,证实了FETD法的有效性和准确性。该研究为工程和科研人员评估、分析HEMP激励下传输线的瞬态响应问题提供了一种可靠的指导方法。

正弦及谐波激励下的铁心损耗计算方法改进及仿真应用4909-4918

摘要：电力电子设备的大量使用导致铁心绕组的激励谐波含量增加,给铁心损耗的计算带来了一定困难。为了准确计算铁心损耗,首先对比分析了三种铁心损耗计算模型,并基于Bertotti损耗模型,引入磁滞损耗变量中磁感应强度的高次项,提高了磁滞损耗的拟合精度;其次,利用单片测试仪对硅钢片在正弦及谐波激励下的损耗特性进行测量,并分析了三种损耗模型拟合精度;最后,考虑到实际变压器叠片铁心与硅钢片磁特性的不同,搭建了一台产品级叠片铁心模型,测量其在正弦及谐波激励下的损耗,并采用磁场有限元软件MagNet进行仿真,基于仿真模型中各单元的场量,采用改进后的Bertotti损耗模型计算铁心损耗。对比结果表明,改进后的Bertotti损耗模型计算结果较其他方法更为准确。

碳化硅MOSFET换流回路杂散电感提取方法的优化4919-4927

摘要：在基于碳化硅(SiC)MOSFET器件的高压高频变换器中,快速的开关瞬态电流变化率di/dt会作用于换流回路杂散电感上,导致SiCMOSFET器件承受较大的电气应力,增加系统电磁干扰。因此,换流回路杂散电感的准确提取对于分析器件的开关特性非常关键。所以,该文提出了基于开关振荡频率的换流回路杂散电感提取方法,该方法具有不受杂散电阻、测量延时和平台尺寸的限制等优点。最后将该方法与现有的不同杂散电感提取方法进行了对比,验证了其有效性。

电工技术学报杂志电机与电器

一拍滞后对三相异步电机模型预测电流控制的影响及补偿方法4928-4940

摘要：模型预测控制概念清晰且易于处理包含约束条件的多变量控制问题,已经成为电力传动领域研究的热点。该文利用系统闭环模型及闭环极点分布等方法,研究了一拍滞后对三相异步电机连续控制集模型预测电流控制(CCS-MPCC)的影响,并从预测的动、静态特性以及电机参数敏感性等方面比较了四种基于模型的滞后补偿方法。首先,介绍了三相异步电机CCS-MPCC的基本原理;其次,利用系统闭环模型分析了一拍滞后对CCS-MPCC的影响,并给出了四种基于模型的预测补偿方法;最后,通过仿真和实验验证了一拍滞后对模型预测控制的影响,并比较了四种滞后补偿方法的特性。实验结果表明,改进降阶观测器具有良好的一拍滞后补偿特性,可以有效降低电流控制的超调、振荡以及纹波,提高CCS-MPCC的动态响应速度和控制稳定性。

Hilbert解调制方法诊断异步电机轴承故障4941-4948

摘要：针对电机电流信号特征分析(MCSA)方法诊断轴承外圈故障时易受到基频频谱泄露和偏心谐波以及供电系统噪声的影响,使得MCSA方法无法诊断低负载运行条件下的轴承外圈故障问题,提出一种基于Hilbert解调方法提取定子电流平方包络线的诊断方法。首先使用Hilbert变换构造定子电流解析信号,并提取定子电流解析信号的平方包络线;然后对提取的平方包络线做快速傅里叶变换(FFT)分析;最后根据FFT频谱中是否存在故障特征频率fof判断轴承是否发生故障。该方法能够将故障特征频率的检测从传统的边频带成分|f1±fof|转换为对轴承外圈故障特征频率fof的直接检测,能够有效消除基频频谱泄露和供电系统强噪声的干扰。电机在不同负载运行状态下的实验结果均验证了所提方法的有效性和稳定性。

基于虚拟绕组和全阶观测器的五相感应电机无速度传感器容错控制策略4949-4961

摘要：多相电机驱动系统可靠性高、容错能力强、控制自由度更多。该文提出了虚拟绕组容错控制的思路,电机断相故障工况与正常工况下采用统一的控制算法框架。算法将断相故障转换为空间尺度下控制指令的约束,同时在时间尺度下加入各次谐波平面上的谐波抑制算法,实现时空协同容错控制;另一方面,引入全阶观测器估计电机磁链和速度,实现多相感应电机驱动系统无速度传感器容错控制。最后,在五相感应电机实验平台上验证了所提算法的有效性,实现了电机断相工况下转子磁链和转子转速的准确估计,输出转矩波形中的脉动分量得到有效消除,断相切换过程平滑过渡。

离散型变增益永磁同步电机超螺旋滑模观测器4962-4970

摘要：针对传统滑模观测器存在的固有抖振问题,提出一种离散变增益永磁同步电机超螺旋滑模观测器。首先,该观测器增益随电机转速及系统内部状态动态调整,实现了宽范围变转速工况下的滑模抖振抑制。其次,设计一阶低通滤波器提高滑模控制系统暂态过程中的鲁棒性,基于反证法验证滑模轨迹在有限时间内的收敛性。最后,提出一种新型矢量控制策略对系统电流环d、q轴进行充分解耦,基于混合定向策略从观测器输出提取α、β轴有效反电动势分量,结合反电动势变换矩阵进行电流环内的前馈补偿。实验结果验证了该文所提出控制策略的有效性和实用性。

双直线电机伺服系统Elman神经网络互补滑模交叉耦合同步控制4971-4978

摘要：针对双直线电机伺服系统同步进给问题,提出一种基于Elman神经网络互补滑模控制器(CSMC)和交叉耦合控制器(CCC)相结合的同步控制方案。双直线电机由两台平行放置的永磁直线同步电机(PMLSM)构成。由于PMLSM易受参数变化、外部扰动和摩擦力等不确定性的影响,首先建立含有不确定性的系统动态模型。然后,利用Elman神经网络代替CSMC中的切换控制率,设计Elman神经网络CSMC来估计系统不确定性并削弱滑模控制中存在的抖振现象,确保PMLSM伺服系统实现高精度的位置跟踪性能;同时利用CCC消除双直线电机中存在的耦合现象,实现双直线电机伺服系统同步控制。系统实验结果表明,所提出的控制方法既有较好的跟踪性能,又有较强的鲁棒性能,明显地减小了系统的跟踪误差和同步误差。

基于输入整形技术的交流伺服系统抖动抑制4979-4986

摘要：交流伺服系统中,联轴器、减速箱等弹性连接装置的存在,将导致高转速运转的伺服电机定位时负载末端存在残余抖动,必然会影响定位精度,严重时会对机床和加工设备造成损伤,因此必须对定位时的抖动进行抑制。针对这一问题,该文首先将伺服定位系统建模为电机-负载双惯量模型,然后从频域角度分析抖动成因,并提出基于输入整形技术的定位末端抖动抑制算法,将输入指令和一系列脉冲序列进行卷积,得到新的输入指令发送给系统。最后,通过仿真和实验,对比零振动(ZV)、导数零振动(ZVD)和极不灵敏(EI)三种输入整形器算法在不同负载惯量情况下的抑制效果、时间滞后和鲁棒性。

笼型实心转子屏蔽感应电机电磁场及参数研究(四):等效电路参数有限元计算法及验证4987-4997

摘要：该文利用时谐电磁场有限元法对笼型实心转子屏蔽感应电机电磁场进行分析研究,根据冻结磁导率法、傅里叶分析法、矢量图法分析得到了定子侧等效阻抗参数提取法;利用坡印廷矢量法求解得到了适用于多种复杂转子结构的感应电机的等效电路参数分析法。将该方法计算得到的等效阻抗参数代入几种典型转子结构感应电机的等效电路进行计算。其中,笼型实心转子屏蔽感应电机(CSRIM)采用文献[1]建立的简化等效电路模型以及文献[2]提出的实用等效电路模型。最后,将计算结果与有限元电磁场计算结果、样机实测结果进行了对比验证。

基于磁链变量的宽电压智能交流接触器触头弹跳抑制策略4998-5006

摘要：为推进智能交流接触器小型化进程,建立无电容线圈驱动拓扑,并结合接触器电流闭环控制技术,在吸合过程中引入磁链变量,提出在宽范围控制电源电压下智能交流接触器触头弹跳抑制策略,实现宽电压下的触头弹跳抑制。利用两种不同规格的双E型直动式接触器验证了通过磁链判别触头是否即将闭合方案的可行性,并以其中一种规格为例探究控制电源电压和励磁相位对磁链变化的影响,建立宽电压触头弹跳抑制策略控制流程并进行实验。实验结果表明,触头弹跳抑制策略能够明显减小宽电压智能交流接触器的触头弹跳时间。

多断口真空开关电弧磁场调控需求与机理5007-5014

摘要：为寻求多断口真空开关有效的磁场调控措施,提出多断口真空开关协同效应的概念,分析了多断口真空开关的磁场调控需求——动态电压分布与动态介质恢复强度协同作用。在此基础上,搭建了多断口真空开关磁场调控试验研究平台,设计了试验用脉冲磁场调控系统,研究了不同磁场方式、脉冲宽度、磁场强度、施加时刻等对真空电弧发展过程及弧后电流、电荷等特性的影响规律。以动态电压分布为调控目标,研究了不同磁场组合方式下的动态电压分布特性,得到了磁场调控对电弧发展、弧后特性、动态电压分布的影响规律。实验结果表明,磁场调控机理为磁场调控电弧发展影响零区及弧后特性,进而影响弧后动态电压分布与动态绝缘特性。该研究结果为串联用真空灭弧室优化设计及多断口真空开关磁场调控提供了参考依据。

电工技术学报杂志电力电子

双PWM型动态电压恢复器的最大输出能力分析5015-5025

摘要：动态电压恢复器(DVR)可以抑制系统侧电压波动对敏感负荷的影响。该文综合考虑了电网电压跌落深度、负荷波动幅度以及并联变流器带载能力对双PWM型DVR补偿能力的影响,深入分析其极限输出电压范围。通过建立并、串联变流器的等效数学模型,从保持直流侧电压稳定的并联变流器带载能力角度出发,得到了串联变流器调制比与电网电压幅度、负荷大小、直流侧电压以及变流器电路参数的关系,由此确定了系统定参数下基于直流侧稳定的DVR最大输出能力,并绘制了电网电压跌落深度和负荷波动幅度对DVR输出能力的影响关系曲线。此外,结合以上分析对变流器电路参数和容量进行了系统设计。仿真和实验结果验证了理论分析的正确性。

基于磁放大器的半桥LLC变换器输入电压范围扩展方法5026-5035

摘要：提出一种基于磁放大器的半桥LLC变换器输入电压范围扩展策略。在输入电压范围比较低时,磁放大器不被使能,变换器的工作状态和传统LLC变换器相同。当输入电压较高时,磁放大器工作在辅助整流方式。通过调整磁放大器的阻断时间来扩展变换器的直流增益调整范围,从而扩展变换器的输入电压范围。对所提出变换器的主要工作原理进行了详细分析,并给出磁放大器的设计方法。最后,通过一台160~300V输入、25V输出、最大功率为400W的实验样机对该策略的可行性和理论的正确性进行了验证。

谐振式无线电能传输系统中高频逆变器的特性分析和参数设计5036-5050

摘要：磁耦合谐振式无线电能传输技术具有传输距离远、效率高、功率大的优点,近年来得到学者的广泛关注和研究。然而谐振无线电能传输技术要求20kHz~20MHz高频交流供电,给高频逆变器的选择和设计提出挑战。为此,该文结合谐振无线电能传输系统的特点,指出了高频逆变器的设计难点,对应用于MCR-WPT系统的高频逆变器类型进行了系统的梳理和归纳,分析了它们的工作特性,论述了它们的控制技术,并提出了高频逆变器参数设计和元件选型方法,为谐振无线电能传输技术的发展提供技术依据。

电工技术学报杂志电力系统

基于RSSD和ICA算法的低频振荡模态参数辨识5051-5058

摘要：针对目前低频振荡模态参数辨识方法在高斯有色噪声以及多通道信号中精度不高的问题,将用于滚动轴承故障诊断的共振稀疏分解(RSSD)和应用于混合图像分离的独立分量法(ICA)结合引入电力系统,实现低频振荡模态辨识。该方法通过RSSD去除高斯色噪声及瞬态冲击信号来提取低频振荡持续信号,进而利用ICA估算出低频振持续信号的频率和阻尼比。通过与ESPRIT和Prony方法的对比,表明该文方法可以在高斯色噪声和瞬态冲击背景下,更加快速准确地辨识出多通道信号参数,并满足电力系统低频振荡辨识的要求,具备很好的应用前景。

基于概率分布列的风电参与黑启动时电力系统安全裕度分析5059-5068

摘要：近年来风电渗透率的不断提高和风电控制技术的不断成熟,使风电参与系统恢复具有了必要性和可行性。该文首先基于风电对系统恢复的影响,提出了风电参与黑启动的安全裕度评价指标,以表征黑启动过程中系统接入一定容量风电后在既定时段内的安全程度;然后定义了“连续型随机变量的概率分布列”的概念,用于简化复杂连续型随机变量的概率分析;随后将历史模拟法应用于生成未来风电出力模拟集,得到了基于概率分布列的安全裕度分析方法;最后针对某具体黑启动方案,说明了安全裕度求解的一般步骤,多角度分析了风电对系统恢复安全性的影响,求解了不同风电接入容量下的安全裕度的概率分布列,确定了各时刻的安全风电接入容量,并找出了黑启动过程中提高安全风电接入容量的方法。

基于风电离散化概率序列的机会约束规划优化调度方法5069-5079

摘要：风电出力的不确定性加重了系统备用负担,影响了风电消纳。此外,传统计及风电不确定性的优化调度方法由于求解复杂、计算时间长,存在结果最优性与方法实用性之间的矛盾。针对以上问题,提出了一种基于风电离散化概率序列的机会约束规划优化调度方法。该方法利用一组Beta分布概率密度函数族描述风电不确定性,并结合概率序列运算理论将其简化为离散化概率序列,降低了风电概率分布模型的复杂程度;在此基础上,结合机会约束规划理论,建立了基于风电离散化概率序列的机会约束规划调度模型,并进行求解,进一步简化计算,降低求解时间,为考虑风电不确定性的优化调度问题提供了一种简单有效的解决思路。最后,以某地区电网为例,验证了所提方法的可行性和有效性。