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电工技术学报 2019年第19期杂志 文档列表

电工技术学报杂志电工理论与新技术

基于累积效应的铝材塑性损伤电磁超声非线性检测3961-3967

摘要：针对材料早期微损伤检测这一热点问题,基于导波在固体中传播的波动方程以及固体力学的非线性理论,利用 Murnaghan 模型进行电磁超声非线性有限元仿真分析。通过模拟不同程度的塑性损伤,观察基波与二次谐波幅值的变化,进而研究二次谐波的累积效应。通过对比完好试件与损伤试件实验,研究基波幅值、二次谐波幅值以及二阶相对非线性系数的变化规律,验证了超声波在传播过程中产生了可累积的二次谐波,并且二阶相对非线性系数与传播距离具有良好的线性关系,该方法可用于实现对塑性损伤区域长度的定量检测。

基于短时搁置端电压压降的快速锂离子电池健康状态预测3968-3978

摘要：最大可用容量是衡量锂离子电池寿命状态的重要依据。在分析电池寿命实验和开路电压实验特性的基础上,提出一种能够表征锂离子电池最大可用容量的健康因子。由于该健康因子仅利用电池充电或放电至某电压后,搁置 10min 内端电压压降信息,与传统方法相比,不限制电池的运行工况,能够快速预测电池健康状态,且获取健康因子时不需要对电池放电。论文进一步采用多种神经网络回归预测方法,建立健康因子与电池可用容量和寿命状态之间的关系,在对实验结果进行比较分析的基础上,提出一种加权混合神经网络模型。实验结果表明,所提出的健康因子能够用于表征电池寿命状态,且对实验工况有较强的鲁棒性,提出的加权混合神经网络模型能够获得高精度健康状态预测结果。

电工技术学报杂志电机与电器

开关磁阻电机共上管功率变换器的宽转速安全退磁控制策略3979-3988

摘要：开关磁阻电机(SRM)用共上管功率变换器可以有效地减少功率开关器件的数量,降低系统成本,同时也具备传统不对称半桥变换器相间独立、励磁快等优点,但是公共上管的存在将出现各相退磁困难的问题。该文以 2(n+1)共上管功率变换器下四相 8/6 结构 SRM 为研究对象,研究电流斩波控制和角度位置控制时安全退磁的角度优化控制策略,理论推导共上管功率变换器临界退磁换相时的导通宽度,确保系统在宽转速范围内高效可靠的运行;并通过仿真分析及实验结果验证了共上管变换器的SRM 在电流斩波控制(CCC)和角度位置控制(APC)模式下安全退磁的控制参数的合理性。

基于小波神经网络和非线性扰动观测器的直线伺服系统控制3989-3996

摘要：针对永磁直线同步电机(PMLSM)易受外部负载扰动、参数变化和摩擦力等非线性不确定性因素影响而导致伺服系统性能降低的问题,提出一种基于小波神经网络(WNN)的非线性扰动观测器(NDO)控制方法。首先,将非线性模型线性化,然后利用线性系统理论设计反馈线性化控制器(FLC),实现位置跟踪,从而使 PMLSM 控制系统稳定;采用 NDO 估计并补偿系统的不确定性,降低了系统跟踪误差。但是在实际运行过程中观测器增益较难选取,极易产生较大的观测误差,为了增强系统鲁棒性,通过 WNN 在线补偿 NDO 的观测误差,以改善 NDO 的补偿能力。通过系统实验,证明所提出方法的有效性,系统具有较强的鲁棒性和良好的跟踪精度,可以有效补偿系统存在的不确定性对系统跟踪性能的影响。

高速无刷直流电机自寻优换相校正策略3997-4005

摘要：换相误差是影响高速永磁无刷直流电机系统性能的主要因素之一,众多学者已对换相误差模型及校正技术进行了广泛研究。该文指出相电流与换相误差呈非线性关系,当且仅当换相误差被完全补偿时相电流存在最小值。为达到换相误差的最优补偿效果,提出一种基于最小相电流追踪的自寻优换相校正策略,即仅以电机相电流作为反馈信号对换相补偿角自动寻优。这种自寻优换相校正策略既不依赖于任何电机参数,又能统一补偿因电机阻抗效应、采样延迟及控制回路延迟等不同因素导致的换相误差。同时,该策略不受限于无刷直流电机的位置检测方法、调制方式或反电动势波形是否理想等条件,实现简单,具有较强的适用性。最后通过仿真和实验验证了该策略的有效性和优越性。

基于高频正交方波电压注入的永磁同步电机初始位置辨识4006-4016

摘要：传统高频方波电压注入法辨识内置式永磁同步电机的转子初始位置时,存在多个零点,闭环调节收敛时间长,无法准确辨识磁极极性等问题,导致电机起动失败甚至反转。为此,提出一种基于高频正交方波电压注入的转子初始位置辨识方法。该方法将正交方波信号注入静止坐标轴,利用其高频响应电流辨识转子磁极位置后,再通过在直轴注入低频正弦电流信号辨识磁极极性。该方法的磁极位置信号不需要通过闭环调节获得,可直接通过求反正切获取,响应快,工程实现容易。最后在 1.5kW IPMSM 驱动系统上进行实验,实验结果表明本文所提出方法准确且有效。

绕线转子无刷双馈电机漏感计算4017-4027

摘要：为准确计算和测定绕线转子无刷双馈电机漏感参数,该文根据绕组电流在电机内不同位置所建立漏磁场的不同特点,推导槽漏感、端部漏感、谐波漏感计算公式。求解槽漏感时建立单槽槽漏磁场能量模型,分区域分层计算该槽漏磁场能量,利用叠加定理求出槽内导体漏感,参考网络图论列写关联矩阵求出各相槽漏感。求解端部漏感时,引入气隙电流和镜像电流,在均匀介质中建立线圈端部漏感计算模型,采用离散化的毕奥-萨伐尔定律求解两线圈间端部漏磁链,列写关联矩阵求出各相端部漏感。求解谐波漏感时,由于气隙长度相等使得磁动势波形与磁通密度波形具有相似性,对两种极对数的磁场,分别利用总电感减去基波电感计算两线圈间的谐波互感,列写关联矩阵求出各相谐波漏感。根据该模型计算一台不等匝同心式绕线转子无刷双馈电机漏感参数,通过与堵转试验及传统方法所得数据对比,验证了该方法的准确性。

基于改进脉冲耦合神经网络模型的真空电弧燃烧过程研究4028-4037

摘要：真空开关开断电流过程中电弧形态演变和特征量变化过程是决定真空开关开断能力的关键特性之一。该文首先建立改进脉冲耦合神经网络(PCNN)模型,对真空电弧图像进行多值分割;然后利用形态学技术对分割电弧图像进行连通域选取和边缘噪声滤波,用于量化描述动触头位移、电弧面积等特征参数;最后结合特征参数曲线和电弧实验图像,对整个开断过程中真空电弧产生、发展和熄灭等燃烧过程展开定量和定性分析。研究结果表明,改进 PCNN 模型适用于处理边缘区域灰度梯度变化大的真空电弧图像,呈现出细节特征丰富、边缘清晰、噪声低和分割精度高等特点;结合电弧特征参数和实验结果对电弧燃烧过程进行定量和定性分析,相比前期研究工作更加细化深入;不同峰值电弧电流对电弧面积、电弧最大面积出现时刻、电弧各燃烧阶段持续时间和转变过程均有很大影响。本文将定量计算和定性分析相结合,较深入地研究了真空开关开断过程中电弧的燃烧过程,研究工作对真空电弧调控策略的提出具有一定的参考价值。

低压混合式直流断路器中真空电弧电流转移判据4038-4047

摘要：低压混合式直流断路器的电流转移性能对其开断过程起到至关重要的作用。为获得其电流转移特性及判据,分析低压混合式直流断路器的结构与工作原理,提出真空电弧电流转移过程简化电路。搭建低压混合式直流断路器真空电弧电流转移实验研究平台,采用高速 CMOS 相机观察转移过程中真空电弧发展演变规律。研究电流大小、转移支路参数、燃弧时间等对电流转移特性的影响规律,得到了真空电弧电流转移判据。通过修正参数得到适用于低压混合式直流断路器的真空电弧电流转移改进判据,并通过 400V/5kA 混合式直流断路器样机验证了其有效性,为高性能低压混合式直流断路器研制提供了参考。

基于振动信号时频图像识别的高压断路器分闸缓冲器状态评估4048-4057

摘要：分闸缓冲器的性能直接影响着高压断路器分闸机械特性与零部件寿命。时频分析能够准确揭示高压断路器振动信号的频率成分及时变特征,由此构建的时频图像包含丰富的高压断路器工作状态特征信息。为此,提出一种基于振动信号时频图像特征及支持向量机(SVM)的高压断路器分闸缓冲器状态评估方法。首先采用小波变换(WT)将高压断路器振动信号转换成时频谱图,然后提取时频图像的纹理特征和形状特征作为特征向量,最后利用 SVM 实现分闸缓冲器状态的识别。试验结果表明,所提方法能够有效识别高压断路器分闸缓冲器的状态,为高压断路器故障诊断尤其是分闸缓冲器状态监测与诊断提供了一种新方法。

基于统计回归和非线性Wiener过程的交流接触器剩余寿命预测4058-4070

摘要：电弧侵蚀引起交流接触器触头质量损耗,使其电接触性能不断退化,根据其性能退化过程可以对交流接触器剩余寿命进行预测。该文分析可线性化的非线性 Wiener 过程,采用统计回归的建模方法,利用触头质量损耗历史数据建立三阶函数退化轨迹模型,进而建立时间尺度变换模型,对分段累积操作次数进行时间尺度变换;以累积触头质量损耗首次达到失效阈值作为失效判据,提出基于非线性 Wiener 过程的可靠性评估方法和剩余寿命预测模型;在交流接触器电寿命试验基础上,进行试验数据变化规律分析,证明可以采用本文建立的退化模型和预测方法进行交流接触器剩余寿命预测;最后,通过试验数据进行交流接触器剩余寿命的极大似然估计,并比较分析不同数据处理方法的预测精度,验证了本文剩余寿命预测方法的准确性。

电工技术学报杂志电力系统

风电制氢技术现状及发展趋势4071-4083

摘要：风电制氢技术是提高风能的利用率和缓解弃风问题的有效手段。该文首先针对风电制氢技术的基本原理和技术特征进行简单介绍,然后回顾风电制氢技术的发展历史,详细介绍风电制氢技术在国内外的研究现状,对风电制氢技术优势以及研究成果进行总结。在此基础上对风电制氢系统进行详细的阐述,并且就风电制氢技术的应用前景进行深入的分析和讨论。最后就风电制氢的关键技术以及亟待解决的问题进行全面的综述,从多个角度对风电制氢技术发展进行梳理分析,为今后风电制氢技术的发展提供了借鉴和参考。

基于改进不确定边界的主动配电网鲁棒优化调度4084-4095

摘要：针对主动配电网中可再生能源出力不确定性问题,提出一种基于改进不确定边界的主动配电网可调节鲁棒优化调度策略。首先,引入可调节鲁棒优化方法,建立含压缩空气储能和柔性负荷的主动配电网鲁棒优化经济调度模型;然而,通过线性对偶理论和拉格朗日变换,将含不确定变量的鲁棒优化模型转换为仅含确定变量的混合整数优化模型;同时利用数学归纳法及不等式性质,通过数学推导提出基于改进不确定边界的鲁棒成本决策方法,并对含不确定变量约束的最大置信度进行定量分析,所提改进边界改善了现有不确定边界的保守度,并具有较好的求解特性,可有效地保证系统鲁棒性和经济性之间的协调关系;最后,采用算例验证了所提调度策略的有效性和合理性。

计及不确定性的柔性负荷聚合商随机-鲁棒投标决策模型4096-4107

摘要：随着以电动汽车、温控负荷和分布式储能为代表的柔性负荷在新一代智能电网接入的比例不断增加,柔性负荷聚合商将作为投标主体参与到日前电力市场的投标竞价中。该文提出计及不确定性的柔性负荷聚合商参与日前市场的随机-鲁棒联合投标决策模型,以柔性负荷聚合商投标支出最小化为目标,采用随机场景模拟电价的不确定性,利用可调鲁棒控制系数处理电动汽车充电行为及温控负荷中外界温度变化的随机性,使用响应意愿系数模拟柔性负荷的响应不确定性。通过对混合整数线性规划模型的求解,验证了所提模型的有效性,并得出不同时段在柔性负荷聚合商购买和售出能量的投标策略,为其参与电力市场投标竞价提供决策依据。

大规模风电直流外送系统单极闭锁场景下送端系统协调控制策略4108-4118

摘要：当高压直流输电系统送端换流站发生单极闭锁故障时,换流站交流侧无功功率将出现过剩,导致换流站交流侧电压骤升,从而进一步引起送端电网末端风电场机端电压的骤升。为了保证送端系统的安全稳定运行,分析高压直流输电系统发生单极闭锁故障后送端系统的潮流分布和送端系统过电压产生的原因,结合典型双馈风电机组的功率可控运行区域及直流换流站的短时过载能力,提出计及双馈风电场及换流站的协调故障穿越控制策略。仿真结果表明,该方案既能够有效抑制直流单极闭锁故障下换流站交流侧暂态过电压,又能够保证大规模双馈风电机组在高压直流输电系统单极闭锁下不脱网运行,有效地增强了故障下送端系统的暂态稳定运行能力。

含分布式光伏接入的辐射型配电网快速潮流计算4119-4134

摘要：针对含分布式光伏接入的辐射型配电网,结合光伏本地无功-电压控制策略,提出一种快速潮流计算方法,该方法具有简明的线性表达式,能够直接进行潮流近似求解。通过压缩映射定理和矩阵理论,论证了利用该方法所求得的潮流解为系统实际运行的可行解。利用 56 母线系统对所提方法进行测试,与现有的配电网潮流计算方法进行对比,并分析了网络参数对所提快速潮流计算方法的成立以及计算结果精度的影响。仿真结果表明,所提方法能够很好地适用于含分布式光伏接入的辐射型配电网快速潮流分析。

基于深度置信网络的电力负荷识别4135-4142

摘要：针对目前电力负荷自动识别中存在的人工选择特征困难的问题并且为了进一步提高识别精度,提出一种基于深度置信网络(DBN)的电力负荷识别方法。DBN 是一种深度神经网络架构,在图像识别、语音识别以及电能质量扰动识别等领域有着成功的应用。DBN 由多个受限玻耳兹曼机(RBMs)和一层后向传播神经网络组成。使用对比散度算法,首先对第一个 RBM 进行充分训练,获取初始特征;然后将这些初始特征值作为训练数据训练下一个 RBM 以获取高级特征,以此类推;最后,通过反向传播算法采用监督方式微调整个 DBN。实验结果表明所提方法在8 种电力负荷类型的识别上有很好的效果,平均识别率超过 98%。

基于分散式微电网的虚拟同步发电机无通信预同步并网方案4143-4153

摘要：分散式微电网结构因为设备间无通信,具有成本低、稳定性好的优势而成为研究热点,但是其多机预同步并网却成为技术难点。该文针对分散式结构,提出利用一台虚拟同步发电机(VSG)进行无通信的预同步控制方案,并通过引入电流限幅环节解决环流问题。首先介绍了基于虚拟功率的预同步原理和三种多 VSG 预同步方案;其次,采用小信号模型对比分析了两种相位预同步控制器的性能,采用 VSG 并联系统频率等效模型对预同步过程中的有功环流问题进行理论分析,采用等值机的方法对一阶虚拟惯性环节参数进行整定;最后进行仿真和实验验证。结果表明,该文的预同步方法能够减小多 VSG 并联系统的动态功率环流,满足快速预同步并网,进而实现分布式电源间的无缝切换控制。