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电机与控制学报 2011年第05期杂志 文档列表

永磁风力发电机分布式直流并网动态电压解耦补偿控制1-6

摘要：针对永磁（同步）风力发电机分布式直流并网的要求,提出并研究了一种基于机侧电压动态解耦补偿的且具有宽运行范围的分布式直流并网控制策略。分析了永磁风力发电机励磁分量控制原则,进而为电机的高性能运行提供依据。基于同步旋转坐标系把宽范围运行下系统所有的交叉耦合项和电压波动等原因造成的系统扰动统一定义为一个新的变量扰动,然后对控制系统进行补偿。采用辅助支撑电容的直流斩波电路进一步实现不同直流电压等级的匹配,最终实现永磁风力发电机的变速恒压控制。通过仿真和实验验证了控制策略的可行性和有效性。

双通道开关磁阻起动/发电机系统建模与仿真7-15

摘要：针对双通道开关磁阻电机运行时两个通道存在强烈电磁耦合的特点,提出一种双通道开关磁阻电机的建模方法。基于有限元模型,对双通道开关磁阻电机的磁场进行有限元分析,建立考虑互感耦合影响的双通道开关磁阻电机的非线性数学模型,对电机在不同工作模式下的稳态和动态特性进行对比仿真分析。搭建以功率变换器和DSP为核心的控制系统实验平台,分别在单通道和双通道工作模式下进行电动和发电运行实验以及闭环建压实验,实现双通道开关磁阻电机系统的两个通道的同步稳定运行和控制,实验结果验证了建模方法和理论分析的正确性。

感应式电气变速器的电磁耦合与解耦控制16-21

摘要：针对基于感应电机原理的电气变速器共外转子同心分布结构造成的内部电磁耦合问题,研究耦合场的分布规律及其对主参数的影响。使用有限元仿真定量计算电气变速器内、外电机相自感和互感的变化范围,基于所得电感数值并结合所推系统数学模型进行变参数系统建模;参照恒定参数模型对电气变速器内、外电机的绕组相电流和输出机械转矩、转速的变化情况进行对比仿真分析。结果表明恒参数模型输出转矩波动,转速失控,而变参数模型结果合理;通过样机实验验证了变参数解耦算法的正确性。

内部导体结构对GIS母线损耗发热的影响22-27

摘要：为研究内部导体结构对GIS母线的损耗发热的影响,运用有限元方法,以单相GIS母线为例,建立其损耗发热的电磁场—流场—温度场求解模型。在综合考虑集肤效应、涡流损耗、电导率温度效应、对流与辐射散热、以及重力加速度等多种因素影响的基础上,针对圆环、八边形、开缝圆环及开缝八边形等内部导体结构设计方案,计算分析了母线的热源和温度分布规律,并与测量数据进行了比较。结果表明：对于上述4种单相GIS母线内部导体结构,当母线水平放置时,其温度分布的大致规律为：内部导体与金属外壳的温度分布呈上高下低,左右对称的规律,在两者之间的气体空间,等温线呈弯曲的S型分布,同一圆周上温度分布并不均匀,整个母线最高温度位于内部导体。而内部导体开缝,对加强气体流动散热,降低自身温度,具有明显的效果。没有棱角或棱角较少的内部导体,由于最大电流密度、最大损耗密度及总损耗均低于棱角较多的内部导体,从而在开缝后具有较低的温度。

无刷交流电励磁磁通切换电机电磁性能研究28-36

摘要：开关磁阻电机具有转子结构简单坚固、无励磁源的优点,为实现其全周期工作方式和定子磁链的双极性变化,提出一种电励磁磁通切换电机拓扑,通过在定子齿开槽,嵌入励磁绕组,实现电机的全周期工作能力。介绍电机的工作原理、磁通切换方式和基本参数尺寸设计,重点与分裂绕组开关磁阻电机（全周期工作）的电磁性能进行对比研究。有限元仿真结果和样机实验结果表明：磁通切换电机具有双极性磁链、高正弦度反电势、适合运行无刷交流场合,两种电机总铜耗相等时,前者具有更高的转矩（功率）密度。

LCL滤波并网逆变电源的控制策略研究37-41

摘要：针对LCL滤波的并网逆变电源采用直接并网电流单闭环控制时,存在系统稳定性和控制精确度等问题,提出一种控制策略。控制方案采用电网侧直接入网电流有效值作为外环反馈值,桥臂侧电感电流的瞬时值作为内环反馈值的双闭环控制策略,对该方案进行系统建模并结合劳思-赫尔维茨稳定判据验证控制系统的稳定性,给出该控制策略的理论依据和实现方法。在一台以DSP为核心控制器件的1kVA光伏电池并网逆变电源装置上进行实验验证。实验结果表明,该控制策略既保证了系统的稳定性,又提高了入网电流的直接控制精确度,能同时实现并网逆变电源的高精确度并网电流稳态输出波形和快速动态响应性能。

三相PWM变换器传导干扰的预测分析42-48

摘要：为了预测整流-逆变-感应电机系统的传导干扰,建立系统的共模和差模等效电路。等效电路由干扰源和耦合通道构成,用干扰源的数学模型代替电力电子器件开关时的非线性环节,对整流桥产生的共模和差模干扰采用傅里叶变换得出共模和差模干扰源的表达式,对逆变桥产生的共模和差模干扰采用双重傅里叶积分法得出干扰源的表达式,根据共模和差模传播路径的不同给出耦合通道相应的高频模型,根据整流桥和逆变桥各自产生的共、差模干扰源以及共、差模传播通道的高频模型构成的共模和差模等效电路,采用叠加原理得出整个系统的共模和差模干扰。仿真和实验结果验证了等效电路的正确性,建立干扰源和耦合通道频域模型的方法适用于整流-逆变-感应电机系统传导干扰的定量预测分析。

电能质量混杂补偿控制及其在企业配网的应用49-56

摘要：为实现对配网电能质量全面治理并实现综合电气节能,结合有源和无源各自优势,提出多种补偿方式相结合的低成本混杂动态补偿方案。利用有源的快响应和可控性来抑制电压闪变、谐波;利用无源大容量实现低成本大容量分级补偿。结合某配网实况,以分层无功平衡为指导,针对不同负载的实际需要,对晶闸管控制电抗器、晶闸管投切电容器、链式静止无功发生器、多重化静止无功发生器进行有机组合和配置,并提出基于专家规则的静止无功发生器与晶闸管投切电容器协同控制,以解决两者由于补偿速度不一致而导致的在无功补偿时的冲突问题;提出基于分时段变频的多重化静止无功发生器控制策略,以充分利用有源容量,提高对谐波的抑制效果;并研制了能满足各种控制功能的控制平台。系统投入后的各项电能质量指标有了明显改善,电气节能率达36.8%。

计及温度的永磁操动机构动态特性仿真与分析57-62

摘要：针对环境温度变化会对永磁操动机构动态特性产生较明显影响的问题,考虑到温度变化的影响,建立永磁操动机构运动过程中两个阶段动态特性的数学模型。利用其模型,分析了计及温度的静态特性参数与电容器电容、线圈电阻等动态特性参数的温度特性,得到计及温度的永磁操动机构动态特性。通过计算及实验分析表明,在工作温度范围内,分合闸时间分散性较大,而在考虑温度影响后的动态特性计算结果与实验测试结果更为接近。通过分析曲线发现：当温度发生变化时,永磁操动机构的特性参数受温度影响的程度是不同的,即永磁体的性能参数受影响最大,其次是电容器电容,最后是线圈电阻。该计及温度的永磁机构特性分析方法可为完善同步投切控制及优化机构设计等方面提供理论指导和依据。

多电平逆变器多载波调制策略的谐波分析63-71

摘要：针对多电平逆变器多载波调制策略的谐波问题,采用双边傅里叶变换方法,提出了一种通用的谐波分析方法,得出输出电压谐波的解析表达式,从理论上阐述了多载波调制策略的谐波特性。根据所得出的通用谐波解析表达式,推导了一种具有特定相邻载波相位关系的调制策略谐波解析表达式,给调制策略的实际应用提供了理论依据。同时对3电平、5电平及7电平PD调制策略的谐波分布特性进行了仿真及实验研究。仿真及实验结果表明PD调制策略的谐波分布规律与理论分析是一致的。

一种新型的有源软开关变换器72-77

摘要：为实现一种结构简单,高效,高频,低的电压应力,简于控制的软开关升压变换器,提出一种有源辅助谐振换流新型软开关变换器,即通过采用简单的有源辅助谐振网络实现了主、辅开关管的软开关,主开关管实现了零电压零电流开通、零电压关断,开关管电流电压应力小,辅助开关管实现了零电压零电流关断、零电流开通,特别适用于以绝缘栅双极型晶体管（IGBT）作为开关器件的高电压大功率场合。本文以其在Boost变换器的应用为例,分析了他的工作原理,软开关实现条件,给出了谐振参数的设计方法,该软开关设计思想可以推广到其他基本的DC-DC变换器中。制作了一个使用IGBT的3kW-16kHz的实验样机,通过仿真和实验验证了该变换器的有效性。

外永磁转子爪极电机转矩研究78-82

摘要：为了研究具有特殊结构的新型外永磁转子爪极电机的转矩密度和齿槽转矩,在对电机的结构、材料、特点以及运行机理进行分析的基础上,对转矩密度和齿槽转矩的计算公式进行推导,从理论上分析出外永磁转子爪极电机转矩密度和齿槽转矩比常规交流电机高的本质。利用有限元分析软件,对电机进行三维电磁场分析,运用场的方法计算出齿槽转矩和电磁转矩,分析外永磁转子爪极电机极数对转矩密度和齿槽转矩的影响,通过对样机的实验证明公式推导和仿真结果的正确性。理论分析、仿真计算和实验结果表明,外永磁转子爪极电机的转矩密度比传统电机大,而且具有特有的齿槽转矩特性。

非线性电力系统中对称分量法的应用83-88

摘要：运用对称分量法原理对经过Furrier变换后的三相不对称,非正弦电压和三相线性不平衡负载电流进行分解,并与其他功率理论方法如电流物理份量法和瞬时无功功率理论对系统的功率现象和定义进行分析和比较。通过比较可见在频域上,对于线性负载系统,应用对称分量法对所有三相四线电压不对称,负载不平衡的线性系统的分解与定义较其他的功率方法更合理。对于三相三线电压不对称,负载为非线性不平衡系统可以先按有功功率潮流方向将系统分拆为2个线性子系统再应用对称分量法分解即可得到最多的电量参数。同时也证明了对该类系统的补偿存在一些难以解决的问题。

大型水轮发电机阻尼条数对电磁参数和附加损耗的影响89-94

摘要：针对大型水轮发电机稳态运行时阻尼条根数的变化对附加损耗的影响,以五强溪电站水轮发电机为例,结合发电机结构的对称性,给出相应的求解域和数学模型,利用有限元方法,计算水轮发电机在稳态运行时,极靴表面阻尼条分别为6根和8根2种结构下的电磁场。在此基础上,计算稳态运行时极靴表面2种结构的直、交轴同步电抗和直轴瞬态电抗,稳态运行时,阻尼条增加2根后对直轴和交轴同步电抗和直轴瞬态电抗影响均不明显。将计算结果与实验值进行比较,计算结果满足工程实际要求。此外,计算2种结构下空载和负载时的附加损耗,结果表明阻尼条根数增加,空载额定电压时极靴表面的附加损耗略增加,定子绕组高次谐波在极靴表面产生的附加损耗略小。

一种改进的近似动态规划方法及其在SVC的应用95-102

摘要：近似动态规划的基本思想是通过近似计算代价函数,从而避免动态规划中的＂维数灾＂问题。随机选取初值使得近似动态规划方法需要多次的学习才能最终收敛,极大地限制了在实际系统中的应用。针对上述问题,提出一种基于改进PID神经网络的直接启发式动态规划算法,将初始执行网络与PID控制器之间建立起一种等价关系,因此可以利用已经设计好的PID控制器来指导其初值选取,从而使算法收敛性大大提高。改进的神经网络与常规PID神经网络相比,结构简单且具有更好的扩展性,性能上具有更强的鲁棒性。对4机2区系统的静止无功补偿器附加阻尼控制进行仿真测试,仿真结果表明基于改进PID神经网络的直接启发式动态规划算法和初值选取方法的有效性,并且在部分状态反馈和延时两种情况下有着很好的控制效果。

一类不确定非线性系统的动态面输出调节方法103-108

摘要：针对一类由线性中性稳定的外系统驱动的具有未建模动态和外界扰动的非线性不确定系统的输出调节问题,结合动态面控制法和内模原理提出一种具有动态面控制的设计方法。根据非线性输出调节问题可解的必要条件,运用状态变换和标准内模将输出调节问题转化为镇定问题。运用动态面控制法将一阶滤波器引入反步设计中,避免了反步设计中所存在的＂膨胀项＂。引入具有误差的内模方程,根据外系统信息设计出控制律镇定闭环系统。仿真结果表明,得到的控制器能够实现闭环系统的信号全局最终有界且跟踪误差在期望的任意精确度范围内。