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电工技术学报 2019年第09期杂志 文档列表

电工技术学报杂志电工理论

埋地管道HEMP响应的不确定度量化1789-1797

摘要：高空核爆电磁脉冲(HEMP)会在埋地油气管道上产生感应电流和感应电压,可能对油气管道的测量监控装置及阴极保护系统产生影响。在耦合响应的计算中,有必要考虑参数变化引起的响应的不确定性。传统的蒙特卡罗方法(MC)随着样本数量的增加,计算效率下降。该文首先基于随机配点法(SC)和随机降阶法(SROM),构造了埋地管道电流和电压响应的不确定度量化的计算模型;然后采用 HEMP的 Bell实验室波形,以入射仰角、入射方位角作为随机输入变量,计算了埋地管道响应电流和响应电压的统计信息;之后以蒙特卡罗方法的计算结果为参考,对比了 SC和 SROM两种方法的准确度和计算效率;最后基于 SC方法研究了响应电流对输入参数的敏感度。该研究结果可为埋地管道不确定度量化研究提供相关参考。

锂离子电池变频变幅交流低温自加热策略1798-1805

摘要：低温下锂离子电池的可用容量和功率大幅下降,而且充电困难。对锂离子电池进行低温加热是改善其性能的有效途径。该文建立了电池的热-电耦合模型,设计了一种变频变幅交流自加热策略,在保证极化电压幅值不变的条件下,以加热功率最大为目标,根据电池在各个温度下得到的最佳加热频率实时调整交流激励的频率和幅值。对比不同策略发现,采用变频变幅交流自加热策略,电池在 700s内上升了 47.67℃,相比恒频变幅加热策略,其温升速率最大可提高 21.85%。所设计的变频变幅交流自加热策略具有良好的加热效果,有利于促进电动汽车在寒冷环境下的推广应用。

电工技术学报杂志电机与电器

单定子双转子盘式对转永磁同步电机动态滑模控制1806-1814

摘要：单定子双转子盘式对转永磁同步电机在不平衡负载及扰动情况下运行时会出现运行不稳定、鲁棒性差的问题。针对此问题,该文在双转子两边不同负载的情况下,分析了电机运行的稳定性,提出一种实时切换参考坐标系的动态滑模控制策略。该控制策略通过实时比较转矩角的大小以切换控制所需的坐标系来实现双转子的动态控制。同时,针对动态控制系统易受到负载扰动影响的问题,构建非奇异快速终端滑模速度控制器以提高系统的鲁棒性。实验结果表明,该文所提出的动态滑模控制策略能够使系统运行稳定可靠。

不同保护型式下的高速表贴式永磁转子应力与温升分析1815-1824

摘要：针对高速表贴式永磁转子的不同保护型式,建立了三层配合下的表贴式永磁转子应力解析计算模型,基于该解析计算模型对钛合金护套和碳纤维护套保护下的永磁转子进行设计,并通过有限元法对解析计算模型的正确性进行验证。研究了不同护套材料、过盈量、极间填充材料、温度等因素对护套等效应力的影响规律。建立了高速表贴式永磁转子涡流损耗与温升的计算模型,研究了不同护套保护措施、不同填充材料下,永磁转子涡流损耗分布与永磁体温升特性。在此基础上,完成了一台高速表贴式永磁电机的设计与制造,并进行了实验,结果证明了该文计算分析的正确性。

Halbach交替极永磁同步直线电机特性分析1825-1833

摘要：提出一种 Halbach交替极永磁同步直线电机(HCP-PMLSM),利用有限元法对隐极、交替极和 Halbach交替极三种次级结构永磁同步直线电机的空载电动势、电磁推力、磁阻力及推力波动等电磁特性进行计算与对比,并优化了 HCP-PMLSM的磁极尺寸,以进一步提高其推力。针对 HCP-PMLSM推力波动偏大的问题,提出一种次级双边错齿结构 HCP-PMLSM对推力波动进行抑制,并分析了 HCP-PMLSM的自感、反电动势、推力和推力波动等电磁特性。最后,制作了双边错齿结构 HCP-PMLSM样机,并进行了实验,实验结果验证了理论分析的正确性。

永磁同步电机新型转子位置估计误差补偿策略1834-1841

摘要：分析了传统永磁同步电机脉振高频电压注入法采用传统调制信号下,定子电阻与电感参数的不同匹配对电机转子位置估计系统稳定性的影响,表明不同的电阻与电感参数匹配易造成电机转子位置估计系统不稳定。针对该问题,利用锁相环技术锁定交轴高频电流响应相位,构造新型同相位的调制信号用于对高频交轴电流响应的处理,保证电机转子位置估计系统为稳定的负反馈系统。与此同时,提出新型转子位置估计误差补偿策略,有效避免转速升高情况下反电动势项以及交叉耦合项造成转子位置估计误差增大的问题。实验结果验证了新型转子位置估计误差补偿策略的有效性和实用性。

基于有限元场路耦合的十二相整流发电机系统定子匝间短路分析1842-1849

摘要：为研究十二相整流发电机系统在定子绕组匝间短路时的运行情况,建立了基于有限元场路耦合仿真的十二相整流发电机系统模型,该模型综合考虑了齿槽效应、谐波等的影响,具有较高的精确度,适用于系统的发电机故障和整流部分故障的研究。根据所建立的模型,对十二相整流发电机系统定子绕组匝间短路故障进行了研究,通过分析故障状态下系统的负载电压、相电压、相电流、短路电流等的变化特点,说明定子绕组匝间短路故障对系统产生的影响。通过仿真与实验结果对比,验证了该文所建模型的合理性和正确性。

大小极环形绕组实心转子感应电机工作机理及电磁特性分析1850-1856

摘要：为了拓宽感应电机的调速范围,提出一种大小极环形绕组实心转子感应电机(LSP-TWSRIM)。介绍了 LSP-TWSRIM的结构,研究了其工作机理,并给出了其设计参数。建立了二维有限元模型,并分析了不同工况下 LSP-TWSRIM的电磁特性(包括定子电流、气隙磁通密度、转速和转矩)。设计并制造了一台 LSP-TWSRIM样机,并进行了实验,通过对比仿真和实验结果证明了 LSP-TWSRIM的工作机理和电磁特性的正确性。

变速恒压混合励磁风力发电机的热分析1857-1864

摘要：针对混合励磁风力发电机的结构、损耗分布、散热条件和运行状态复杂的特点,以一台100kW变速恒压混合励磁风力发电机为例,采用有限元法对发电机进行热计算,揭示不同运行状态(最大增磁、额定运行和最大去磁)下发电机的温升分布规律。分析电励磁电流零点设计对发电机励磁绕组铜耗和温升分布的影响,确定了电励磁电流零点设计原则;同时分析风速和散热面积对发电机温升的影响。对100kW混合励磁风力发电机样机进行温升实验,通过实验和计算结果的对比分析,验证了计算结果的正确性。

双磁场调制同轴磁齿轮瞬态和振动特性分析1865-1874

摘要：为了准确预测双磁场调制同轴磁齿轮(DFM-CMG)在起动阶段和突变负载工况下的瞬态特性,该文在 DFM-CMG电磁有限元模型基础上,建立了其扭转模型和考虑转子位置与磁力转矩之间非线性关系的瞬态模型。通过对比扭转特性的理论计算值与实验测试值,证明了 DFM-CMG的电磁有限元模型和扭转特性分析模型的正确性。DFM-CMG动态特性仿真计算和实验测量结果表明,其具有较好的速度和负载跟踪能力。由于 DFM-CMG两永磁转子与辅助调制环之间存在耦合关系,导致辅助调制环受力振动特性较为复杂。通过将电磁力加载到辅助调制环极片上,建立了多物理场仿真模型,实现了对辅助调制环振动特性的定量仿真计算。计算结果表明,辅助调制环的固有频率值大于且远离电磁力频率值;同时,辅助调制环在电磁力作用下的最大振动变形量远小于其许用形变量。

Actor-Critic框架下的数据驱动异步电机离线参数辨识方法1875-1885

摘要：电动汽车用电机的参数辨识可以使电机在任意转速下尽可能输出更高的转矩及效率,是优化电机输出性能的重要手段。传统的基于模型驱动的参数辨识方法的缺点为易受模型误差的影响、抗干扰能力差以及无法实现全转速范围内的转矩最优。鉴于上述缺点,该文研究了一种完全基于实际数据的电动汽车用异步电机离线参数辨识方法,对电机的转子电阻和励磁电感在任意转速下进行了优化,从而使电机能够在特定转速和特定电流下输出最优转矩。为达到电机在特定转速和电流下输出转矩最优的目的,研究了一种基于 Actor-Critic框架的电动汽车用异步电机离线参数辨识方法,确定了框架中的观测、奖励和动作的设计。实验证明相对于传统参数辨识方法,该文方法具有更高的精确性和鲁棒性,同时确保了电动汽车用异步电机在任意转速下的输出转矩最优。

基于绕组温度约束的永磁同步电机裂比优化方法1886-1899

摘要：裂比是一个影响永磁同步电机转矩和效率的重要参数。该文提出一种基于绕组温度约束的永磁同步电机裂比优化方法。裂比优化中典型的热约束条件是电机所允许的最大铜耗或电流密度,然而,定子的齿、轭和绕组尺寸会随着裂比的改变而改变,导致电机的导热能力发生变化,因此典型的热约束条件难以限制绕组温度在同一水平。为此,该文通过搭建热阻网络,将绕组温升限制直接作为裂比优化的热约束条件。为提高热网络计算精度,提出基于热源位置的热阻分类方法。通过有限元分析和5kW样机温升实验,验证了提出的裂比优化模型的有效性。

考虑碰撞弹跳的接触器动力学模型建立及其弹跳特性影响因素分析1900-1911

摘要：接触器通断过程中,动、静触头以及衔铁、轭铁间的碰撞接触使接触器工作系统的运动状态变得极为复杂,合理处理动作过程中的碰撞接触问题是研究接触器动态特性的关键。以某型号螺线管式大功率接触器为例,基于分段线性结构动力学思想以及Kelvin-Voigt模型,考虑了能量损失、碰撞变形等因素对接触器碰撞弹跳的影响,给出了考虑碰撞弹跳的接触器动力学运动方程,并建立了接触器碰撞弹跳动力学模型。将接触器动力学模型与电磁机构有限元模型相结合,提出了一种快速耦合接触器机-电-磁-运动的多物理场计算方法,研究了考虑碰撞弹跳的接触器动态特性。然后利用接触器动态特性实验装置证明了该文提出的多物理场耦合计算方法的正确性。最后,分析了超程弹簧预压力、线圈励磁电压、触头开距和返回弹簧预压力对接触器碰撞弹跳的影响,从而为抑制接触器碰撞弹跳提供理论依据。

电工技术学报杂志电力电子

中频三相四桥臂逆变器控制策略不平衡负载状态相量模型分析1912-1923

摘要：三相四桥臂逆变器具备不平衡负载工作能力与三相解耦控制功能,但是在中频场合基于模拟控制的四桥臂控制策略较为复杂。该文基于第四桥臂开环、闭环控制方法,结合三次谐波注入控制策略,采用建立主电路电压、电流以及控制环路信号相量模型的方式,通过分析和对比不同控制策略在不平衡负载下的工作特性,得到第四桥臂控制方法与电路参数的关系,总结控制策略设计依据。证明基于三相电流环输出控制信号合成的三次谐波能够在不平衡负载状态实现对第四桥臂大部分零序分量的补偿。在此基础上,提出一种结合三次谐波注入与中线电流闭环的控制方法,该方法在保证直流电压利用率的同时,进一步提高了不平衡负载下三相输出波形质量。该文还通过仿真和实验验证了理论分析的正确性。

不平衡状态下MMC双回路环流抑制策略1924-1933

摘要：模块化多电平换流器(MMC)的内部环流将会增加换流器的功率损耗,降低桥臂容量利用率;同时加剧桥臂电流畸变,影响开关器件的安全运行。因此,需要采取有效的控制手段抑制环流。该文通过详细的相单元瞬时能量理论推导,得到 MMC内部环流和环流抑制控制器输出电压间的交互作用会造成环流四倍频分量增加的结论。在基于准比例谐振调节器的环流抑制策略基础上,添加环流辅助控制回路,提出了一种环流抑制能力增强型的双回路环流抑制策略。通过合理整定调节器参数可以改善环流抑制控制器的闭环零极点分布,增强控制系统的稳定性,同时提高环流抑制控制器在谐振频率附近处的环流抑制能力。在 PSCAD/EMTDC中搭建三相 MMC详细仿真模型,验证了双回路环流抑制策略的正确性和有效性。

电工技术学报杂志电力系统

基于同步补偿的孤岛微电网无功均分研究1934-1943

摘要：交流微电网孤岛运行时,由于分布式电源(DG)的等效线路阻抗存在差异,导致传统下垂控制无功均分精度较低,进而产生环流问题。为此,提出了一种基于同步补偿的改进下垂控制策略。当 DG运行在无功均分模式时,同步补偿下垂特性曲线的参考电压,可以提高无功功率均分的精度。当有 DG输出电压降至限定最小值时,各个 DG均切换至电压恢复模式,同步恢复电压至参考电压。同时设计控制策略协调无功均分模式和电压恢复模式,使得系统稳定运行,最终实现 DG输出的无功功率均分且输出电压在额定值附近。最后设计 Matlab仿真和 RTDS实验方案,结果验证了所设计的控制策略的有效性,且对通信带宽要求较低,具有较强的鲁棒性,仍保持了微电网各 DG的"即插即用"的特点。

输电线路自同步电流差动保护1944-1951

摘要：电流差动保护原理简单、可靠性高,但对数据的同步性要求严格,同步误差超过一定限值时会引起误动或拒动。针对电流差动保护常用的动作判据,定性分析了其在内、外部故障时的耐同步误差能力;以故障发生时刻为对时基准,提出了输电线路自同步电流差动保护方案,并对此方案的误差来源、可行性及应用条件等进行了详细的分析与论证;同时,借助现场录波数据和 PSCAD仿真结果,对输电线路中自同步电流差动保护方案的可行性进行了验证。理论与仿真分析表明,所述方案不依赖外部时钟,不受通道传输延时和路由变化的影响,在当前技术条件下,其同步误差在允许范围之内,可为输电线路电流差动保护提供一种新的实现方式。

基于PageRank改进算法的电力系统关键节点识别1952-1959

摘要：为了能够在电力系统发生故障之初准确识别出系统中关键节点,提出一种基于PageRank改进算法的系统关键节点识别方法。首先,通过雅可比矩阵获取系统的电压无功灵敏度矩阵和相角有功灵敏度矩阵,定义系统不同指标下的链接矩阵。其次,考虑电力通信系统对电网的影响,基于节点收缩原理定义系统衍生网络,并对链接矩阵进行修正得到网络拓展矩阵。最后,基于改进的 PageRank算法得到系统节点重要性权重,并按照权重值对节点排序。通过 IEEE39节点系统的仿真验证了该方法的正确性。