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中国电机工程学报 2011年第12期杂志 文档列表

中国电机工程学报杂志电力电子与电力传动

基于半桥结构的新型高速铁路功率调节器1-8

摘要：随着电气化铁路朝着高速、大功率负荷发展,电力牵引系统的电能质量问题变得越来越至关重要。提出一种适合于大功率补偿的基于半桥变流器结构的新颖铁路功率调节装置。该补偿系统中,由2个背靠背的半桥变流器通过中间2个串联电容连接在一起,然后通过降压变压器分别与2个牵引供电臂连成一体。相对于传统功率调节器,该功率调节单元只需要2个开关桥臂和1组串联电容,减少了1对开关桥臂即4个功率开关管。在完成同样功能前提下,将功率开关减少了一半,减小了硬件成本,提高了补偿装置的可靠性能。这样将大大有利于装置的大功率模块化,与当今高速铁路大容量的功率补偿相对应,具有很好的发展前景。仿真和实验结果验证了所提补偿结构及其方法的有效性。

MMC型VSC-HVDC系统电容电压的优化平衡控制9-14

摘要：介绍模块化多电平换流器（modular multilevel converter,MMC）电容电压平衡的原理以及子模块（sub-module,SM）电容的充放电过程。指出传统的电容电压平衡控制下,子模块投切较频繁,器件开关频率较高,会造成较大的开关损耗。针对传统方法的问题,提出一种适合MMC型直流输电系统的电容电压优化平衡控制策略,将平衡控制的重点放在电容电压越限的子模块上。对电容电压未越限的子模块,优化策略通过引入保持因子使具有一定的保持原来投切状态的能力,以降低开关器件的开关频率。使用PSCAD/EMTDC对优化控制策略进行仿真,结果表明优化平衡控制策略与传统方法相比,可以在基本不增加电容电压波动的前提下,显著降低器件的开关频率。

华东电网500kV故障电流限制器晶闸管阀浪涌电流试验方法研究15-21

摘要：针对晶闸管浪涌电流试验采用半波10ms浪涌试验方式,提出连续多周波浪涌的试验方法,通过数学建模对试验方法进行仿真研究,同时与晶闸管样品浪涌试验结果进行分析对比,验证了通过晶闸管结温温升系列模型仿真计算来选择晶闸管阀的实际指导价值。从实际工程角度出发,给出晶闸管阀仿真和试验的方法,为晶闸管阀的选择和设计提供了试验结果支持。对华东500kV故障电流限制器示范工程用晶闸管阀进行结温温升仿真,及人工接地短路试验的结果分析,验证了6英寸晶闸管在故障电流限制器工程中应用的可靠性。

分布式发电系统离网运行模式下输出电能质量控制技术22-28

摘要：针对分布式发电系统离网运行模式下输出电能质量的需求,以实现不平衡与非线性负载下系统输出稳定幅值和频率电压为控制目标,提出了基于比例积分谐振（proportion integration resonance,PIR）的电压外环控制和预测电流控制（predictive current control,PCC）的电流内环控制的双闭环控制策略,以解决传统的比例积分控制器由于带宽限制而引起离网运行下系统输出电压性能恶化的问题。在此基础上建立了基于永磁直驱风电机组的实验平台,实验结果表明,该控制方案可实现系统在不平衡与非线性负载下具有稳定的电压输出性能,具备优良的负载动态适应能力,可增强分布式发电系统在不平衡与非线性负载下的运行能力。

双降压全桥并网逆变器29-33

摘要：提出一种双降压全桥并网逆变器。该逆变器采用滞环电流控制和单极性调制方式。与双极性调制相比,减小了输出滤波器的体积和重量。独立续流二极管代替开关管的体二极管续流,减小了二极管的反向恢复损耗。一半功率管只在半个工频周期内高频开关,其它功率管为工频且零电流开关,因此,减小了开关损耗。阐述该逆变器的工作原理。仿真和实验结果验证了理论分析,并符合IEEE929-2000标准要求。

带LCL输出滤波器的并网逆变器控制策略研究34-39

摘要：并网逆变器用LCL输出滤波器是一个三阶多变量系统,给控制系统设计提出了更高的要求。针对该问题,提出一种基于逆变器侧电流闭环和电容电流前馈的并网逆变器控制策略,通过逆变器侧电流间接控制并网电流。该控制策略能够保证系统稳定和单位功率因数运行,并且整个控制过程无需增加额外的传感器,降低了系统成本,增强了系统可靠性。仿真和实验结果验证了提出控制策略的有效性与可行性。

并联有源滤波器广义积分控制设计新方法40-45

摘要：广义积分控制能够无静差的跟踪正余弦指令信号,因此广泛应用于并联有源滤波器（shunt active power filter,SAPF）电流控制中。只要系统稳定,指定次谐波补偿精度都能得到很好的保障。然而如何设计控制器参数提高控制系统动态响应性能,却一直没有得到很好的解决。提出一种广义积分控制器参数设计方法,此方法通过配置闭环系统主导极点实部,保证系统较快的动态响应速度。分析和实验结果均证明该设计方法的有效性。

多特性双级功率变换器数字预估控制技术46-50

摘要：针对双级变换多特性功率变换器,介绍数字控制对系统的作用和影响,分析数字预测控制原理,提出将预测控制与常规PID控制相结合的新型数字预估控制算法,并应用于以TMS320LF2407A为控制核心的双级变换多特性电源样机。实验表明,新型预测控制算法对存在控制滞后的数字化系统,具有较好的控制能力和动态响应,样机运行良好,可稳定输出直流、交流变频变幅等多种波形组合。

单周期控制PFC变换器的输入电流畸变研究51-56

摘要：分析单周期控制单相功率因数校正（power factor correction,PFC）电路中传统单边调制方式对输入电流波形的影响,揭示输入电流中低频奇次谐波与调制方式之间的关系。在此基础上,提出以三角波作为载波的双边调制方法,使得开关周期内电感电流上升与下降的过程都得到控制,从而摒除了单边调制带来的输入电流低频奇次谐波,提高了电流质量。仿真和实验结果证明了理论分析的正确性,验证了双边调制单周期控制功率因数校正的可行性。

分布式电源系统中变换器的输出阻抗与稳定性分析57-64

摘要：稳定性问题是分布式电源系统的关键问题,它由源变换器的输出阻抗和负载变换器的输入阻抗共同决定。采用理论分析和实验相结合的方法,对连续导电模式（continuous conduction mode,CCM）下Buck型DC-DC变换器输出阻抗的小信号模型、影响因素及优化设计方法进行研究,为制定分布式电源系统中变换器的阻抗标准提供了参考依据。给出一种实用的电流扰动测试法,可以测量变换器的输入、输出阻抗以及级联变换器的阻抗比。采用此方法对搭建的一个级联式DC-DC变换器系统的阻抗比进行测量,并根据阻抗比禁止区对系统的稳定性进行判断。

中国电机工程学报杂志电机与电器

一种新型直线旋转永磁作动器的分析与实验65-70

摘要：现有的直线旋转作动器多采用直线作动器和旋转电机组合构成,结构复杂、控制精度差。该文提出了一种能实现独立或同时产生直线和旋转运动的新型直线旋转永磁作动器。分析了该作动器的结构特点和运行原理,建立了该作动器的圆弧直线等效磁路模型,推导出了旋转转矩和直线力的计算表达式。采用三维有限元方法分析了空载磁场分布,验证了磁路模型中定子永磁磁通的计算结果。最后,在所设计的样机上进行了原理性的验证,等效磁路法和有限元分析结果与实验数据吻合较好,表明等效磁路模型的计算精度能够满足工程设计分析的要求,所提新型LRPMA具有可行性。

基于双同步旋转坐标系的五相永磁同步电动机三次谐波电流抑制方法71-76

摘要：针对五相电压源逆变器的死区效应及五相永磁同步电动机转子磁场非正弦造成的3次谐波电流,提出了一种基于双同步旋转坐标系的抑制算法。研究了五相电压源逆变器死区效应的作用机理,将死区时间造成的误差电压脉冲序列等效为低频谐波电压。运用扩展对称分量法,得到了五相永磁同步电动机的解耦数学模型。死区效应形成的3次谐波电压以及转子3次谐波磁势作用在阻抗较小的3次谐波子空间会引起很大的3次谐波电流,在3次谐波同步旋转坐标系下增加一对谐波电流控制器以抑制3次谐波电流。在FPGA中实现了所提出的双同步坐标系控制算法,实验结果表明,所提算法可以有效地抑制五相电压源逆变器死区效应以及转子磁势非正弦引起的3次谐波电流。

全周期无轴承开关磁阻发电机的设计77-83

摘要：分析全周期发电模式下无轴承开关磁阻发电机（bearingless switched reluctance generator,BSRG）的悬浮机理和发电原理,利用等效磁路法推导全周期BSRG的一相磁场储能表达式。考虑到全周期BSRG的控制方式和主、悬浮绕组的电流波形,将两套绕组电流等效为方波;再根据机电能量转换原理,积分得到了利用方波电流峰值表示的平均转矩和平均悬浮力表达式。结合输出功率与平均转矩的关系,推导出了全周期BSRG的主体尺寸计算公式。利用平均悬浮力设计样机最大径向负载要求,并通过绕组峰值电流与气隙磁密的关系计算绕组的匝数。最后,基于所提方法设计了一台实验样机,并通过有限元仿真验证了所提方法的正确性。

多相感应电机的非正弦供电技术84-89

摘要：为充分利用多相电机的多控制自由度,分析了多相集中整距绕组感应电机非正弦供电的原理,对九相集中整距绕组感应电机分别在正弦和非正弦供电下的输出转矩和电机效率进行仿真分析。在保持2种供电模式下电机齿、轭部磁密幅值分别相等、定子铜耗相同的前提下,与正弦供电相比,重载下非正弦供电时电机输出转矩提高了约7%,电机效率也有所提高。构建了一套多相变频调速系统,在该系统下对上述理论进行实验验证,并同时与一台三相正弦绕组感应电机正弦供电作对比。实验结果表明,重载下多相集中整距绕组感应电机非正弦供电时可以提高输出转矩,改善电机效率,并分析了重载下多相集中整距绕组感应电机非正弦供电时电机效率和输出转矩提高的原因。

无刷直流电机无磁链观测直接转矩控制90-95

摘要：根据无刷直流电机的特点,在其直接转矩控制中,可以省去磁链观测环节。分析了无磁链观测条件下无刷直流电机电压矢量和电机转矩之间的关系,根据二者之间的关系得到最优电压矢量的选择依据,选择最优电压矢量直接控制转矩。根据无磁链观测条件下电机转矩和电流的关系,通过对转矩的控制实现对电流的限制。仿真和实验验证了最优电压矢量选择依据的正确性和电流限制方法的有效性,实现了无磁链观测条件下电机转矩的直接控制,为提高无刷直流电机直接转矩控制系统的性能提供了理论依据。

轴–径向磁通全超导同步电动机的磁场分析96-101

摘要：为了简化传统超导电机的低温冷却系统,提出一种新型轴–径向磁通全超导同步电动机,分析该电机的结构特点和工作原理。利用三维有限元法计算了电机的空载磁场分布,对不同轴向超导励磁绕组下的磁场以及轴向磁路对径向磁路的影响进行分析,分析结果通过空载反电动势实验得到了验证。在样机结构基础上,提出一种新型转子结构方案,分析了2种转子结构下的气隙磁场,并对气隙磁密的谐波含量进行了比较,得出一些有益的结论,为该新型大容量电动机的优化设计和性能分析提供参考。

带零漂补偿和定子电阻自校正的磁链观测器102-107

摘要：电压型磁链观测器的应用中,存在电动势零漂和定子电阻参数变化的问题,为此设计了一种自校正电压型磁链观测器。根据电动势零漂和定子电阻参数变化对磁链观测结果影响方式的不同,分别设计了电动势零漂估计器和定子电阻误差估计器,可以根据定子磁链计算值和定子电流进行零漂和电阻误差在线估计,并对相应变量进行校正。经过校正后,能够完全消除观测结果中的直流分量,并且保证磁链幅值、相角的准确性。观测器的效果通过Matlab/Simulink仿真和试验台实验进行了验证。仿真和实验结果表明了该磁链观测器的合理性和有效性。

基于经验模态分解的高压断路器机械故障诊断方法108-113

摘要：分析高压断路器机械振动信号的特性,提出一种以改进的经验模态分解（empirical mode decomposition,EMD）能量熵和支持向量机（support vector machine,SVM）相结合的诊断高压断路器机械故障的方法,并给出了可行的诊断步骤和分析。首先利用经验模态分解方法将高压断路器的振动信号分解成一些相互独立的内禀模态函数（intrinsic mode function,IMF）,然后利用正常状态标准信号所得各固有内禀模态函数包络信号的等能量分段方式,实现对待测状态信号各IMF包络的时间轴分段,计算各待测信号IMF包络的能量熵向量,以此构造的经验模态分解能量熵向量作为支持向量机的输入向量。采用＂次序二叉树＂向量机分类,利用梯度法和交叉检验优化支持向量机模型参数。实验结果表明,该方法诊断高压断路器机械故障能取得良好的效果。