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电工技术学报 2019年第A01期杂志 文档列表

电工技术学报杂志电机与电器

永磁同步电机无速度传感器控制离散化方法研究52-61

摘要：基于定子电流模型参考自适应的永磁同步电机无速度传感器控制算法简单,对参数扰动具有较强鲁棒性,适用于中高速运行场合下的转子位置估计。利用数字处理器执行无速度传感器控制算法时,需要将连续的电机时域模型转换为离散模型,常用的前向欧拉方法随着离散化步长的增加,已不能构造准确的可调模型。本文以内置式永磁同步电机无速度传感器控制为目标,分析在开关频率变化时,七种不同离散化方法对于转子位置估计精度的影响。仿真与实验结果表明,当开关频率大于5kHz时,采用前向欧拉法或阶跃响应法,可以节省控制器运算资源,防止数字系统超限;在低开关频率2kHz下,采用斜坡响应变换法或时移阶跃响应变换法可兼顾转子位置估计精度与运算时长要求,更加适用于大功率、低开关频率的场合。

基于磁动势平衡分析的多相感应电机容错控制62-69

摘要：变频器供电的多相感应电机系统中,由电力电子器件损坏造成的绕组开路是一种常见故障,而多相电机系统可以利用其冗余性高等特点,采用容错控制使多相感应电机在出现绕组开路故障时继续平稳运行。本文通过对五相感应电机缺相前后磁动势的对比分析,得到转矩脉动最小时剩余各相绕组中电流必须满足的条件,在此基础上,建立电机缺相后的模型方程,提出基于磁动势平衡分析的容错控制方法。对所提方法分别进行仿真和实验验证。实验结果表明,由于该方法充分考虑了基波和3次谐波之间相耦合带来的影响,可以大大减小缺相后的转矩脉动。

基于新型滑模观测器的永磁同步电机无传感器矢量控制系统70-78

摘要：现代永磁同步电机(PMSM)矢量控制系统中多采用机械式速度传感器检测转子位置和转速信息,因电机内部工作环境复杂恶劣,机械式速度传感器无法保证系统稳定性,因此逐渐采用无速度传感器进行控制。在众多无速度传感器控制中,滑模观测器因具有对参数变化不敏感、鲁棒性强而得到广泛应用。基于sigmoid函数的传统滑模观测器控制系统因高频信号切换导致系统存在较大抖振,针对这一问题,该文提出一种新型滑模观测器,该观测器采用分段指数型函数代替传统滑模观测器中的开关函数。并利用Lyapunov稳定判据对系统稳定性进行分析。最后对所提出的新型滑模观测器进行仿真分析和实验验证,结果表明,相比于传统滑模观测器,所提出的新型滑模观测器性能更好,稳定性更强。

带LC滤波器的永磁同步电机控制系统及策略研究79-86

摘要：永磁同步电机(PMSM)通常采用不带输出滤波器的PWM逆变器直接驱动,但随着电力电子器件趋于高频化,长线效应更加严重,由此带来的过电压问题严重威胁电机的绝缘安全。针对这一问题,采用逆变器带输出LC滤波器的方式,可以滤除开关次电压谐波使输出电压正弦,但电容支路的存在导致逆变器侧电流和电机侧电流存在偏差,因此提出一种逆变器侧电流反馈(ICF)加基波电容电流补偿的控制方法,并采用基于二阶广义积分器(SOGI)的电容电压微分算法求取电容电流基波分量,实现对电机侧电流的准确控制;分析控制方法的稳定性并给出调节器设计的稳定范围。最后通过Matlab/Simulink仿真证明了本文所提控制方法的有效性。

永磁同步电机电流谐波抑制策略87-96

摘要：逆变器非线性、反电动势波形非正弦等因素会使得永磁同步电机绕组电流中包含5、7次谐波,从而导致电机转矩波动,并使电机产生振动和噪声,影响系统的控制性能。本文对电流谐波抑制策略进行综述,阐述其原理,并进行实验对比。

基于旋转注入的同步磁阻电机电感辨识方案97-104

摘要：同步磁阻电机(SynRM)运行中电感随电流变化较大,若对其线性化将产生很大的误差,有必要先进行电感辨识。由于电机转子结构的凸极性较大,电流中易产生较大的谐波分量会影响辨识的精度。针对谐波分量导致的误差问题,本文通过旋转电压注入法,提出一种基于定向旋转变换的信号幅值解调方案,该方案无需使用滤波器,避免了滤波器导致辨识结果失真的问题。同时,采用递推离散傅里叶变换(DFT)算法计算静止轴系中的电流正负序分量幅值,该算法运算量小,易于数字实现。最后在5.5kW SynRM实验平台上进行实验,结果证明本文所提方案具有较高的检测精度。

基于空间磁场分布的干式空心电抗器匝间短路检测方法105-117

摘要：干式空心电抗器(DAR)匝间短路故障会影响变电站稳定安全运行,据此提出一种基于DAR空间磁场分布的匝间短路检测方法。设定位置为“上、中、下”和程度为“轻、中、重”的多种匝间短路故障,分析DAR沿轴向中心轴(ATC)和径向中心轴(LTC)方向的空间磁场分布,得出故障与DAR空间磁场之间的关联。然后,将观测点磁感应强度变化量分别与故障位置h及程度s拟合得到检测函数并加以验证。结果表明,检测函数的绝对误差均不超过0.3,相对误差均在1.5%以下。检测函数可较准确地检测故障位置及程度,证明了基于空间磁场分布匝间短路检测方法的有效性。

基于多信息融合的航空线路串联故障电弧识别方法118-125

摘要：航空电气线路工作环境复杂,故障电弧判别可靠性要求较高,而单特征的识别方法诊断效果相对较差。针对这一问题,提出运用多特征信息融合算法对航空低压配电线路故障电弧检测的方案。采用脉宽百分比、变异系数、间谐波均值和小波奇异熵四个特征量对线路电流时域、频域和时频域特征进行提取;依据突变理论建立故障电弧评价模型,对多特征量信息融合求出故障电弧评价指标;根据评价指标,对线路中是否出现故障电弧进行判断。结果表明,正常情况和故障电弧下的评价指标区分明显,易于设定阈值,且该方法适用于多种负载类型和电流等级。

基于马尔科夫模型的直流断路器可靠性评估方法126-132

摘要：直流断路器控制电流通断过程的成败取决于整体的可靠性。基于机械式、混合式和全固态直流断路器的拓扑结构,采用故障树梳理各支路的故障事件。利用马尔科夫评估模型描述直流断路器组成部件与整体,以及不同故障状态间的转移过程,提出基于故障率和可用率特征参量评价不同拓扑结构直流断路器平稳运行状态概率的方法。最后对±7.5kV中压直流配电网的三种不同拓扑结构直流断路器进行可靠性计算,辨识影响其整体可靠性的薄弱环节,并对可靠性随冗余设计的变化趋势进行预测。结果表明,目前机械式直流断路器可用率最高,机械开关、IGBT模块是制约断路器可靠性提升的主要因素。随着电力电子器件技术发展,通过合理的冗余设计,全固态直流断路器可用率将超过机械式,在未来直流配电网发展中更具应用优势。

电工技术学报杂志电力电子

低压氮化镓器件谐振驱动技术及其反向导通特性133-140

摘要：继硅(Si)和砷化镓(GaAs)之后,半导体材料出现了第三代以氮化镓(GaN)为代表的宽禁带半导体材料,其特点包括临界击穿电场高、饱和电子速度高、电子密度高、电子迁移率高及导热率高等,是一种适用于高频、高压、高温、大功率的抗辐射等级高的半导体材料。由于GaN器件的开关特性、驱动技术及损耗机制相比Si MOSFET有显著差异,如何实现合理的驱动,对发挥其优势至关重要。以同步Buck变换器为例提出一种谐振驱动技术,并给续流管栅极加一偏置电压,以减小反向压降、提高效率。实验结果表明,此谐振驱动技术可有效提高驱动的可靠性,加载偏置电压后变换器的效率也可得到有效提高。

混合模块化直流固态变压器Ⅰ:工作原理及稳态特性分析141-153

摘要：作为柔性直流配网的关键设备,直流固态变压器(DCSST)的控制性能和效率对提高系统实用性和经济性具有重要意义。不同于现有的模块化级联型 DCSST,结合移相型双有源桥(PS-DAB)变换器和串联谐振型双有源桥(SR-DAB)变换器,提出一种混合型模块化直流固态变压器(HMDCSST)。该 DCSST 融合了 PS-DAB 控制灵活以及 SR-DAB 运行效率高的优点,较原有的 DCSST 拓扑,在保持灵活的电压调节能力的同时,可提高功率传输效率,且由于 SR-DAB模块运行于开环模式,进而降低了系统设计复杂度。分析 HMDCSST 的工作原理,给出平均值数学模型以及功率损耗模型,并对该混合模型在定输出电压控制模式下的输入输出特性及功率传输效率进行详细分析。最后,通过实验结果表明,所提出混合模块化直流固态变压器的功率传输效率可达 96.4%,较单一 PS-DAB 型 DCSST,可提升约 1.0%。此外,输入侧和输出侧扰动实验进一步验证了工作原理及稳态特性分析的正确性。

谐振开关电容变换器中硬开通问题154-162

摘要：谐振开关电容变换器(RSCC)凭借高功率密度和高效率的性能得以被广泛研究。理想情况下其谐振电流从零开始缓慢增大,使开关器件实现了零电流开通,但由于变换器的寄生参数影响,谐振电流不可避免地会产生电流尖峰或电流阶跃等硬开通问题,增加了RSCC开通损耗,并影响其安全运行。为解决上述问题,在建立数学模型的基础上,分析RSCC硬开通与脉冲调制、寄生参数之间的关系,并提出相应的解决方案。最后,搭建仿真模型和实验平台对上述理论和解决方案进行验证,实验结果表明提出的方案能够有效解决硬开通问题,进而提高了变换器的效率和安全性。

单相程控电流源PI+重复控制163-170

摘要：为解决小功率电流源输出波形质量不佳的问题,采用 PI+重复控制算法,应用在单相程控电流源逆变器的输出波形控制上。首先搭建小功率电流源逆变器模型,分析单电流环 PI 控制和 PI+重复控制下系统的传递函数,在此基础上设计 PI 控制器和重复控制器,并做参数设计。仿真对比表明,该复合控制策略比 PI 控制输出波形质量更好、控制精度更高。最后搭建一台功率为25W,输出范围为 0~5A 标准程控电流源实物样机并进行相应实验,验证了理论分析的可行性。

基于扩张状态观测器估计补偿的Buck变换器带恒功率负载无源控制171-180

摘要：针对Buck变换器带恒功率负载(CPL)稳定性降低甚至不能稳定运行的问题,该文采用基于无源性的控制方法对其进行控制。考虑到变换器中寄生电阻的存在会导致控制器控制性能降低,将变换器中寄生电阻所造成的影响视为未知扰动,并采用扩张状态观测器(ESO)对其进行观测,由无源控制器进行实时补偿。对于扩张状态观测器中通用的非线性函数会出现无界的问题,对其进行改进,使得其更易用于实际工程中。通过零极点分布图等工具分析了控制器参数变化对于系统稳态性能及动态性能的影响。经计算机仿真证明了本文所提方法的正确性。

考虑最佳开关序列的三电平变换器非正交坐标系空间矢量调制简化算法181-188

摘要：在三电平变换器的控制过程中,相较于传统正交坐标系下的空间矢量调制算法,60°非正交坐标系算法能够大大简化计算过程,因此得到了广泛应用。但是在最佳开关序列的实现过程中,如果仍采用和正交坐标系算法一样的查表方法,则无法充分发挥该算法在简单性和直观性方面的优势。从60°非正交坐标系矢量空间的独特对称性出发,在传统最佳开关序列实现方法的基础上,提出一种仅需两步排序即可完成的简化方法,既便捷地实现了最佳开关序列,又充分发挥了非正交坐标系简化计算的优势。通过仿真和实验对所提算法的有效性进行了验证,结果表明,该简化算法能够实现与正交坐标系算法一致的输出波形质量和谐波性能。

LCL并网逆变器预测电流控制算法189-201

摘要：传统 LCL 逆变器模型预测电流控制算法(MPC-i1)以 LCL 逆变器侧输出电流为控制目标,通过直接控制逆变器侧电流间接控制网侧电流,控制性能存在提升空间。为此,提出将 LCL网侧电流矢量、逆变器侧电流矢量以及滤波电容电压矢量分别加入价值函数的预测电流控制算法(MPC-i1i2与 MPC-i1i2uC)。MPC-i1i2在谐波频域使用电容电压比例反馈有源阻尼方法,从而改变系统控制结构,抑制谐振,同时以低频域 LCL 数学模型为基础,通过两种不同离散化方法相结合建立系统预测模型与价值函数。MPC-i1i2uC 将滤波电容电压预测值加入价值函数,无需状态变量比例反馈有源阻尼。最后两种方法通过价值函数来选择为使得系统下一时刻输出值与给定值误差最小时本时刻所需输出的电压矢量,并将其输出。仿真与实验结果表明,提出的方法可有效提高MPC 的电流控制效果。

单相PWM整流器虚拟矢量控制策略202-211

摘要：单相PWM整流器虚拟矢量控制策略能够实现电流有功分量和无功分量的独立控制,受到国内外学者的广泛研究。但是传统的构建虚拟矢量(OSG)会影响系统的动态响应和稳态性能,且鲜有文献推导耦合项对系统性能的影响。本文提出一种考虑耦合项的单相PWM整流器虚拟矢量构建方法,将数字锁相环中广泛使用的二阶广义积分器(SOGI)引入虚拟矢量控制策略中,并简单介绍单相PWM整流器虚拟矢量控制策略的工作原理,推导出单相PWM整流器虚拟矢量控制策略在静止坐标系中的等效模型,将虚拟矢量控制策略与比例谐振控制策略进行比较分析,并基于该模型对不同OSG方法和解耦方式对系统性能的影响进行深入的对比分析,最后搭建基于Matlab/Simulink的单相PWM整流器仿真模型和实验平台,对所提控制策略和其他基于虚拟正交分量的矢量控制策略进行对比分析,验证所提控制策略的正确性和有效性。

基于坐标变换的微源逆变器虚拟复阻抗功率分配方法212-223

摘要：微电网中线路的阻抗特性与微源逆变器的功率解耦控制、环流抑制、电能质量等问题密切相关。针对传统虚拟阻抗控制容易引起公共连接点电压幅值跌落、控制鲁棒性差以及线路电阻漂移造成系统失稳等不足,提出基于坐标变换的微源逆变器虚拟复阻抗功率分配方法,通过引入虚拟复阻抗控制环实现并联运行的微源逆变器功率输出的精确解耦以及等效线路阻抗的匹配,从而使得负荷功率按微源逆变器容量比例进行精确分配。仿真和实验结果验证了所提控制方法的有效性。