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电工技术学报 2019年第14期杂志 文档列表

电工技术学报杂志电工理论与新技术

双线圈轴向压缩式管件电磁胀形电磁力分布规律与管件成形性能研究2855-2862

摘要：三线圈轴向压缩式管件电磁胀形能够实现工件的轴向流动,解决传统管件电磁胀形存在的壁厚减薄问题,但其工装结构复杂、线圈配合困难,导致其实际成形效果并不理想。为了更加简单有效地实现轴向电磁力与径向电磁力双向加载,本文首次提出双线圈轴向压缩式管件电磁胀形方法。该方法仅在管件顶部与底部对称设置驱动线圈,通过分析优化驱动线圈的几何参数及线圈与管件的相对位置,为管件提供合理的电磁力分布。此外,建立管件电磁胀形过程的电磁-结构耦合有限元模型,对比分析单线圈、三线圈和双线圈管件电磁胀形电磁力分布规律与管件成形性能,进一步研究驱动线圈几何参数对电磁力分布和管件壁厚的影响规律。分析结果显示,管件内壁胀形量相同时,因双线圈加载能够产生更大的轴向电磁力,壁厚减薄量较单线圈减小28.2%。显然,双线圈轴向压缩式管件电磁胀形亦能解决管件壁厚减薄的问题,且其工装结构简单、线圈配合容易,具有更加明显的技术优势与应用前景。

电-流-传质场作用下的换流阀冷却系统均压电极垢层动态沉积特性研究2863-2873

摘要：换流阀冷却系统是特高压换流站关键设备的散热保障,也是换流阀的主要薄弱环节之一。统计结果表明超过66%的阀冷系统故障及阀冷系统腐蚀和结垢相关。不同于其他工业换热器因介质溶解度饱和产生结垢,换流阀冷却系统结垢是由均压电极发生电化学反应导致,受到电场、流场和传质场的共同作用。因此本文建立电-流-传质场作用下的换流阀冷却系统均压电极动态结垢模型,综合考虑湍流场、传质场和垢层生长特性对均压电极结垢行为的作用。首先基于换流阀垢层X射线衍射(XRD)和扫描电镜(SEM)测量结果对换流阀结垢机理进行分析;其次,构建阀段冷却系统电-流-传质场耦合模型,结合任意拉格朗日-欧拉(ALE)方法分析垢层沉积过程-耦合场双向作用的影响,并利用现场试验数据验证该模型的有效性。结果表明本文模型与试验结果吻合度较好,能够有效表征换流阀冷却系统结垢规律。此外,均压电极结垢不仅导致反应电流减小,而且会破坏冷却系统均压能力导致其失衡,电位畸变幅值达到110V。

互补对称式LCC谐振网络的电场耦合式无线电能传输系统参数优化2874-2883

摘要：针对传统的电场耦合式无线电能传输(EC-WPT)系统所存在的传输距离小、补偿电感大以及传输效率低等问题,围绕双侧LC网络的EC-WPT系统,采用一种互补对称的LCC谐振形式的参数配置方法来增大传输距离、减小补偿电感。以传输效率为目标函数,提出一种结合非线性规划和自适应遗传算法的优化方法,对系统频率f和并联谐振电容与耦合电容比值k进行寻优,结合参数配置方法在一定传输距离下得到一组能满足系统零相位角(ZPA)、低激励电压和小补偿电感的系统参数,并使系统在满足所需输出功率的条件下,传输效率最大。最后通过仿真和实验验证所提出的优化方法的可行性和有效性。

电工技术学报杂志电机与电器

间接矩阵变换器-异步电机调速系统的优化模型预测控制2884-2893

摘要：在间接矩阵变换器-异步电机调速系统采用模型预测控制(MPC)时,由于开关状态有限,且控制频率固定,使得每个采样周期内的变换器输出电压矢量幅值受限,因此在电机中低速区域运行时,有限个输出电压矢量均与目标参考差异较大,从而导致网侧电流和电机定子电流波形有大量谐波,进而引起电机转矩和磁链波动。针对这一问题,提出一种优化模型预测控制方法,以网侧电流和电机磁链矢量为控制目标,在矩阵变换器的逆变级电路中插入变占空比的零矢量开关状态,通过理论分析和推导开关状态作用时间约束及品质优化函数的单调性,求取最优占空比及相应的开关状态组合,从而提高矩阵变换器在不同工况下的输入输出性能。同时,零矢量的插入可实现整流级电路中双向开关的零电流换相,以保证矩阵变换器的安全可靠运行。仿真和实验结果表明,该方法可实现矩阵变换器良好的网侧电能质量和电机优良的动静态性能,且比起传统的模型预测控制方法,该方法的网侧电流和电机电流谐波明显降低,尤其是在电机中低速运行工况下效果更好。

航天用无接触式锁定机构的解析分析与结构对比2894-2900

摘要：航天设备上的一些小力矩小惯量负载如观测设备,一般都工作在有限转角范围内,在工作区域以外,需要单独设置辅助机构对其锁定,以免对其他设备产生影响。现有文献所提出方案均为物理接触式方案,结构复杂、稳定性差。该文提出了一种无接触式锁定机构,并根据励磁方式的不同研究了电磁式和永磁式两种设计方案,通过解析法推导并统一了两种设计方案的电磁转矩表达式,清晰揭示了性能参数与结构参数之间的关系。通过三维有限元数值解法进一步对比研究了两种方案的主要性能参数,包括临界角、峰值力矩和能量密度,最后制作了永磁结构样机并进行实验验证,证明了所提出方案的工程实用性。

一种串联型故障电弧数学模型2901-2912

摘要：串联型故障电弧威胁着供电系统的供电安全.因矿井等供电系统存在易燃易爆物质,不宜现场开展串联型故障电弧实验,无法大量获得故障电弧样本.为了对不宜开展故障电弧现场实验的供电系统进行串联型故障电弧特征分析及故障诊断,该文首先在实验室开展大量串联型故障电弧实验,通过数值分析获得不同实验条件下的Mayr-Schwarz电弧数学模型参数:电弧时间常数系数τm、常量α、电弧耗散功率常数系数Ps、常量β、电弧电导g;然后再对实验条件与电弧数学模型参数进行灰色关联度分析,建立预测不同电路条件下串联型故障电弧数学模型参数的神经网络黑箱模型;在此基础建立串联型故障电弧的数学模型,并对故障电弧进行仿真分析;最后对比分析实验结果及仿真结果,验证了基于神经网络黑箱模型的串联型故障电弧数学模型的有效性.研究成果对不宜开展现场实验的供电系统开展串联型故障电弧诊断工作具有积极意义.

光伏直流电弧电磁辐射特性分析与测量方法2913-2921

摘要：直流故障电弧是威胁光伏系统安全运行的重要因素。该文研究光伏直流电弧电磁辐射信号特征及测量方法,探索电弧电磁辐射用于光伏直流电弧故障诊断与定位的可行性。直流电弧电磁辐射在时域呈现为一系列间断脉冲序列,其脉冲起始时刻与电弧电流突变时刻相对应,并且每个电磁辐射脉冲都是一个衰减的振荡信号。理论分析表明,电弧电磁辐射信号强度与电弧电流变化率近似成正比,电弧电磁辐射频谱最大值所对应频率与电弧电磁辐射脉冲宽度近似成反比。在此基础上,设计出一种用于电弧电磁辐射测量的三阶Hilbert分形天线,其有效频率范围为210~800MHz。实验结果表明,电弧电磁辐射强度与电流变化率的关系及其频谱最大值所对应频率与理论分析相吻合,验证了天线设计的正确性。此外,还分析了测量距离对电弧电磁辐射信号强度的影响,为电弧故障定位策略研究奠定了基础。

电工技术学报杂志电力电子

单相升降压型五电平逆变器拓扑及控制2922-2935

摘要：通过分析现有五电平逆变器拓扑的优缺点,提出一种具有升降压能力的五电平逆变器拓扑。相对于传统的多电平逆变器,新升降压型五电平逆变器具有能够实现升降压、拓扑简单、易于实现控制、功率器件少、开关损耗小等优点。在载波层叠调制策略下,对所提逆变器进行开环仿真,证明拓扑的升降压能力。基于传统的PR控制方法,对所提逆变器进行闭环设计并仿真。为了提高并网电流的质量,采用模型预测控制算法来对逆变器进行并网控制,通过仿真证明理论分析的正确性。并将这种控制方法与传统PR控制方法进行对比,突出模型预测的优越性。最后,基于该逆变器拓扑进行部分开环及闭环实验,验证了拓扑的可行性。

一种快速动态响应低电压纹波功率因数校正变换器的控制策略2936-2945

摘要：功率因数校正(PFC)变换器的输出侧并联有源储能单元,可有效抑制PFC变换器输出侧的二次纹波。以采用Buck型有源储能单元的三相交错并联Boost PFC变换器为研究对象,对其控制策略进行研究。首先,为弥补传统Boost PFC双闭环控制中电流参考畸变与电压外环动态响应差的不足,提出基于生成正弦基准的Boost PFC双前馈控制策略,改善了负载和输入电压瞬变条件下输出电压的稳定性,并加快了切相速度。进而,提出一种有源储能单元的自适应控制策略,该方法在满足电压纹波要求的前提下,考虑负载、输入电压频率与PFC输出电容对有源储能单元电流参考的影响,以达到有源储能单元控制简化和效率优化的目的。最后,基于一台1.3kW原理样机的实验结果验证了所提控制策略的有效性。

基于模型前馈的双有源全桥DC-DC变换器电流应力优化方法2946-2956

摘要：为了减小双有源全桥DC-DC变换器的电流应力,提高变换器的效率,同时显著增强变换器的动态性能,本文在双重相移控制的基础上提出一种基于模型前馈的电流应力优化方法。该方法通过建立变换器输出电压的离散模型并引入前馈控制,同时结合电流应力优化计算,可以实现变换器效率优化并显著地提高其对于负载突变和输入电压突变的响应能力。同时,该方法可以有效地改善变换器的起动特性,使得输出电压在无明显超调的情况下直接达到给定电压值。最后,搭建了以TMS320F28335为核心控制器的基于SiC MOSFET的双有源全桥DC-DC变换器小功率实验样机,以传统的单重相移电压闭环控制方法和双重相移电流应力优化控制为参考,对所提出的基于模型前馈的电流应力优化方法进行对比实验,实验结果验证了所提控制方法的正确性与有效性。

模块化多电平变流器子模块电压分组检测中过电压防护策略2957-2969

摘要：针对模块化多电平变流器(MMC)子模块电压分组检测引起的过电压问题,对子模块过电压防护策略进行研究。首先,指出子模块电压不能实时直接测量是过电压出现的原因;接着,研究负载接入运行前对子模块电压进行预检测的必要性;然后,提出负载接入运行过程中的子模块过电压检测及预防策略,最后,在Matlab/Simulink环境下搭建31电平单相MMC仿真模型进行仿真验证并在九电平单相实验平台上进行实验验证。仿真和实验结果表明,本文提出的过电压防护策略在电容参数一致和存在参数偏移时均能取得良好的过电压防护效果,具有很强的参数适应性。

级联H桥整流器稳定运行区域和直流侧电压平衡策略的调节能力分析2970-2979

摘要：对级联型整流器稳定运行区域(稳定域)的分析以及不同直流侧电压平衡控制策略的评估至关重要。针对多级级联H桥整流器稳定域却鲜有分析且没有一种适用范围较广的直流侧电压平衡控制策略评估方法,因此提出一种基于相量图的多级级联H桥整流器稳定域的通用分析方法,定义功率偏差系数来分析不同直流侧电压平衡控制策略的调节能力。建立级联H桥整流器直流侧电压数学模型,分析两级和多级级联H桥整流器的稳定域,给出以调制比调节法为例的功率偏差系数数学表达式。因此,对四级级联H桥整流器多种工况下调制比调节法所能达到的功率偏差系数范围进行求解,并对这些工况进行仿真和实验,验证了所提出的分析方法的有效性和准确性。

混合模块化直流固态变压器Ⅱ:动态特性及快速响应控制2980-2989

摘要：基于移相式-双有源桥(PS-DAB)变换器和串联谐振式-双有源桥(SR-DAB)变换器模块组合的混合模块化直流固态变压器(HMDCSST),兼具PS-DAB和SR-DAB在灵活控制和高效变换方面的优势,主要对其动态特性和快速响应控制策略进行研究。HMDCSST采用输入串联输出并联(ISOP)结构,在对PS-DAB和SR-DAB分别建立平均值和小信号模型的基础上,建立HMDCSST的整体小信号模型,并通过仿真证明小信号模型的准确性。为提高直流固态变压器的动态响应速度,抑制输入电压与负载功率扰动对输出电压的影响,提出一种输入电压前馈与负载功率预测相结合的快速响应控制策略,并利用频域分析伯德图对控制系统的稳定性进行分析。最后构建HMDCSST实验平台,对提出的快速响应控制策略进行实验验证,并与传统PI控制进行对比,实验结果验证了所提控制策略的有效性和优越性。

级联型电力电子变压器直流电压二次纹波抑制策略2990-3003

摘要：直流纹波电压的存在将影响电力电子变压器(PET)的可靠性,制约其体积的优化与能量密度的提升。针对这一问题,提出一种PET直流电压纹波抑制策略。首先,分析PET的拓扑结构与控制策略,从能量传输角度分析PET直流纹波电压的产生机理,提出基于纹波功率传递通路构建的直流纹波电压抑制策略;然后,对所提控制策略进行建模分析,并通过线性拟合的方法对控制系统的非线性环节进行解耦,实现控制系统中直流环节与交流环节性能的独立分析;最后,仿真与实验验证了理论分析的正确性与所提控制策略的有效性。

电工技术学报杂志电力系统分析与应用

基于运行可靠性理论的高可靠性供电路径搜索方法3004-3011

摘要：对于电力系统中的重要用户,往往存在多条供电路径,以保证用户供电的可靠性水平。供电路径的可靠性受多种因素影响,如何在实时运行环境中评估不同供电路径的可靠性水平,并选择高可靠性供电路径是本文的研究重点。本文提出了改进的证据理论,考虑不同停运因素间的相关性,建立基于实测信息的合成多种停运因素的元件停运率模型,综合主观判断及客观数据支持对不同停运因素进行合成。在此基础之上,评估不同供电路径的实时可靠性水平,搜索高可靠性供电路径,以保证用户供电质量。算例分析表明,合成后的元件停运率模型可用于量化元件在多种停运因素共同作用下的停运率,在电力系统短期评估中定量分析电气元件及输电线路的实时可靠性水平,为提高重要用户的供电质量提供决策依据。

利用多因素降维的配电网区段定位完全解析模型3012-3024

摘要：现有配电网区段定位模型由于没有将故障信息的漏报和误报计入故障变量,导致区段定位的容错能力在多节点信息畸变时存在不足。对此,构建一种配电网区段定位的完全解析模型来提高区段定位的容错能力。为了降低完全解析模型的变量维度,首先利用故障矛盾假说,将变量维度减小到3倍的节点数量;其次,利用模型分层,将单次区段定位的变量维度进一步减小;最后,将基于模型诊断的结果作为第一层定位的已知量,变量维度再次减小。算例表明:与未考虑漏报和误报的模型相比,该完全解析模型容错能力得到极大的提高,并且能同步获得漏报、误报警告信息;与没有利用多因素降维的完全解析模型相比,所提模型的定位速度和准确率相对较高,更加符合定位实时性要求。

异步互联电网柔性直流输电紧急功率支援与动态区域控制偏差协调控制策略3025-3034

摘要：在多条柔性直流并行的异步联网系统中,无论是柔性直流输电系统还是两侧交流电网发生严重故障,都会导致交流电网出现大幅功率缺额或盈余,对电网安全稳定运行造成严重危害。本文提出一种动态区域控制偏差(ACE)与柔性直流紧急功率支援协调控制策略。首先,对目标电力系统进行安全稳定分析,确定故障区域功率需求量以及动态ACE控制模块和柔性直流紧急功率支援模块两者的可支援容量;然后,根据所提出的协调控制数学模型和实施原则,选取最佳的紧急控制措施,同时确定各模块功率支援量。最后,根据关键断面潮流约束条件对协调控制指令进行修正并执行。以实际电网数据进行仿真,制定并实施该协调控制策略,结果表明异步互联电网的稳定性得到了有效提升,证明了所提控制策略的可行性。

适用于动态电压恢复器的最小能量柔性切换控制策略3035-3045

摘要：动态电压恢复器(DVR)采用最小能量补偿策略可有效减少其有功输出,增大补偿时间。考虑到系统电压跌落往往伴随着相角跳变,以及传统最小能量补偿在电网电压跌落和恢复时也会造成负载电压相角偏移,进而影响敏感负荷的安全运行,提出一种最小能量柔性切换控制策略。该控制策略可保证DVR有效减少有功输出的同时,在电网电压跌落时平滑进入最小能量补偿,而在电网电压恢复时又可平滑退出最小能量补偿,DVR输出电压相角在整个补偿过程中做到平滑过渡,由此可解决负载电压的相角跳变问题。此外,考虑到了DVR输出电压约束时的情形,通过对DVR参考电压的动态调节,使其在补偿的各个时期都不超过DVR输出的极限水平。实验和仿真结果验证了理论分析的正确性。