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中国电机工程学报 2011年第27期杂志 文档列表

中国电机工程学报杂志电工理论与新技术

液流储能电池系统支路电流的建模与仿真分析1-7

摘要：对全钒液流电池所特有的支路电流损耗进行理论分析和研究，建立支路电流等效电路模型，通过仿真计算对支路电流进行量化分析，并得出支路电流的分布规律及其对全钒液流电池外特性的影响。同时基于化学电池的经典三阶模型，通过引入受控元件的思想，提出包含支路电流损耗因素的全钒液流电池模型，并通过仿真对比分析发现，大规模全钒液流电池系统的支路电流损耗对电池系统外特性影响显著。尽可能地消减支路电流损耗，对于提高电池储能系统的效率和保障电池系统内部模块的电压一致性至关重要，尤其在电力系统领域大规模应用全钒液流储能电池时，支路电流的研究对于工程前期规划设计和系统运行的操作维护，均具有实际应用价值。

离子流场中导体充电电位的计算8-13

摘要：随着我国高压直流输电工程的快速建设，其电磁环境问题日益受到广泛关注，线下离子流场中导体充电问题是其中一项比较重要的问题。该文对上流有限元法进行改进，使其能够计算离子流场中经电阻接地导体的充电电位，计算结果与实验结果具有较好的一致性，证明了该算法的正确性。基于所提算法，讨论接地电阻变化时充电导体电位的变化规律。当接地电阻很大时，该方法计算结果为离子流场中悬浮导体的电位值；离子流场中悬浮导体充电电位绝对值比导体不存在时相同位置的电位值高。考察离子流场中悬浮导体的电位问题，需要进行离子流场数值计算。

中国电机工程学报杂志电力电子与电力传动

并联型APF补偿电压源型非线性负载时谐波电流放大效应的研究21-28

摘要：为拓展并联型有源电力滤波器（active power filter，APF）的应用，通过采用电路等效分析的方法，研究并联型APF对电压源型非线性负载的补偿特性，重点分析负载谐波电流放大效应，定性与定量地解释产生此效应的原因。在此基础上，从电路拓扑以及APF控制两方面提出抑制谐波放大效应的措施，使得并联型APF对电压源型非线性负载取得良好的补偿效果。仿真与实验结果验证了理论分析的正确性。

具有双级LC滤波器的恒功率负载系统在大扰动下的稳定性29-35

摘要：现代军用多电飞机270V直流供电系统中的功率电子负载和电动机负载不断增加，这种负载因内部闭环控制而呈现恒功率的特性，即呈现出负阻抗特性，该特性与滤波元件间的相互作用会严重危害系统的稳定性。研究具有双级LC滤波器的恒功率负载系统的稳定性，建立基于混合势函数理论的数学模型，推导得到系统在大扰动条件下的稳定性判据。该判据是在考虑恒功率负载负阻抗大小的基础上，给出了滤波器元件参数的约束条件。分析及实验结果表明，该判据能够保障系统在大扰动下的稳定性，且结构简单，便于应用。

相差控制的Boost三电平变换器工作模式分析36-44

摘要：基于一种利用Boost三电平（three—level，TL）变换器平衡输出侧中点电位的方法，对变换器的工作模式进行深入分析。该方法在不改变变换器电压输入一输出关系的前提下，通过调节两开关信号问的相差控制输出侧两电容的充放电时间，从而平衡中点电位。通过对工作模式的分析，推导出新的变换器不同工作模式间临界升压电感计算公式。公式表明，临界升压电感不仅与开关信号占空比有关，且与两信号间的相差有关。通过Matlab／Simulink软件进行仿真，并利用基于DSP（TMS320F2812）的硬件系统进行了实验验证。仿真与实验结果证明了理论分析的正确性。

基于双输入／双输出变换器的三端口变换器拓扑45-51

摘要：从端口功率流动的角度揭示三端口变换器的拓扑构成和运行机理，由此提出组合式三端口和集成三端口变换器拓扑族的系统生成方法。从构造三端口变换器所需功率流为切入点，与双输入变换器和双输出变换器比较，并构造新的可控功率通路，得到了一系列三端口变换器拓扑并给出拓扑生成方法。给出由典型的Buck、Boost和Buck／Boost生成三端口变换器的拓扑实例，进行分析和实验验证。

高频LCC谐振变换器的分析与轨迹控制52-58

摘要：LCC串并联谐振变换器兼有串联和并联谐振变换器各自的优点，但由于LCC谐振电路有3个谐振元件，变换器在工作中会出现出多谐振的过程，使其分析与控制繁琐。为研究电流连续模式下LCC串并联谐振变换器特性，阐述变换器的工作原理，绘出其状态轨迹图，推导轨迹方程，并提出一种简单、有效的轨迹控制方法。实验结果表明，所提状态轨迹的分析与设计方法是有效的，而且轨迹控制能使系统能在很短的时间内达到稳态。

三相电压型PWM整流器准定频直接功率控制66-73

摘要：建立三相电压型脉宽调制（pulse width modulation，PWM）整流器在不同坐标系下的数学模型，分析直接功率控制（direct power control，DPC）的工作原理。针对直接功率控制中开关频率变化问题，通过对PWM整流器瞬时功率分析推导，提出一种内环直接采用电流控制的新型准定频直接功率控制策略。仿真验证了算法的可行性。采用PM300DVAl20智能功率模块，设计50kVA的三相电压型PWM整流器控制实验，在10kHz、5us的开关频率下获得良好的实验结果。实验结果表明，所提方法实现单位功率因数运行，与现行的DPC—SVM定频控制方法相比，具有更好的动静态响应性能。

中国电机工程学报杂志电机与电器

大型发电机定子槽楔厚板模型及松动特征量研究81-87

摘要：大型发电机定子线棒在运行过程中受到100Hz的电磁力，波纹板和槽楔构成的紧固系统在电磁力长期作用下逐渐失去紧固性能，加剧定子线棒主绝缘劣化，甚至引发停机事故。该文研究波纹板紧固结构在松动过程中振动特性的变化规律，通过厚板振动力学建立了槽楔振动特性的物理模型；通过数学分析提出振动响应第一峰值点作为反映槽楔松紧程度的特征参数，并研究了振动峰值与激振力及波纹板紧固力之间的关系，通过实验数据验证了楔块物理模型的正确性。研究了波纹板形变量逐渐变小过程中振动特征参数的变化规律。在一定激振力作用下，第一峰值点随波纹板形变量增大而减小；在波纹板相同形变下，一定范围内提高激振力可以提升测量灵敏度。

变速风力发电机组的模糊-单神经元PID控制88-94

摘要：对风力发电机组的数学模型及常规PID控制器进行了分析设计，由于变速风力发电机组的转速变化范围很宽，表现出高度的非线性性和时变性，常规的PID控制器难以在全范围内得到理想的控制性能。为此，提出采用单神经元智能控制器来替代常规的PID控制器，以改善机组控制性能。在分析单神经元控制器的结构和控制原理基础上，为了进一步提高单神经元控制器的动静态性能，引入了模糊控技术，实现了单神经元控制器输出增益的参数自整定。在仿真基础上，建立了一套完整的实验系统，对几种控制方法进行了实验研究。仿真和实验结果表明，基于模糊自整定的单神经元控制器可有效地改善风力发电机组的控制性能，具有较强的自适应能力和鲁棒性。

空心补偿脉冲发电机温度场计算与分析95-101

摘要：空心补偿脉冲发电机采用新型复合材料替代传统的铁心，在提高电机的功率密度同时，也带来了一些新的问题。由于复合材料导热性能较差，导致电机整体的散热性能不佳，因而连续放电运行时电机的热性能预估显得十分重要。针对该问题，建立了空心脉冲发电机的温度场有限元模型，对绕组和气隙进行了合理的等效简化，提出一种计算电机内空气温度的迭代算法，并通过实验验证了仿真模型的正确性，为同类电机的温度场计算提供了方法。提出利用电磁场有限元仿真计算电机热源损耗的方法，分析了其驱动轨道炮负载时的温度场，讨论了不同放电周期下电机的温度分布特点及变化规律，计算出样机连续运行的安全放电周期，为后续指导电机的负载实验和优化设计奠定了基础。

基于半桥变换器的电励磁双凸极电机角度优化控制策略102-108

摘要：电励磁双凸极电机（doubly salient electro—magnetic motor，DSEM）采用传统的控制方法在换相时容易产生负转矩，带来较大的转矩脉动。对DSEM转矩脉动产生机理进行了分析，对基于半桥变换器的DSEM主功率电路中分裂电容充放电平衡情况进行研究，在此基础上提出了基于半桥变换器的角度优化控制策略，进行了仿真和实验验证。结果表明，该方法可以有效减小转矩脉动，使电机转速平稳，有利于提高该电机的起动性能。

永磁同步电机最优直接转矩控制109-115

摘要：永磁同步电机转矩中定子磁链幅值和转矩角均为可控变量，直接转矩控制的实现方法不唯一。根据永磁同步电机定子磁链和转矩角均可控的特点提出了一种最优直接转矩控制方法。该方法不要求保持定子磁链幅值恒定，直接以转矩为最终控制目标选择最优电压矢量实现对电机转矩的直接控制，省去了传统直接转矩控制方法中的磁链环。实验结果验证了理论分析的正确性和转矩控制方法的可行性。

永磁同步电动机混合非奇异终端滑模变结构控制116-122

摘要：为了进一步提高滑模控制系统的控制性能，提出了混合非奇异终端滑模控制（hybrid nonsingular terminal sliding mode，HNTSM）策略，该控制策略结合线性滑模与非奇异终端滑模（nonsingular terminal sliding mode，NTSM）的优点，提高了系统状态的收敛速度，实现了状态变量的全局快速收敛，并设计控制函数，解决了终端滑模的奇异性问题。应用该方法设计永磁同步电动机（permanent magnet synchronous motor，PMSM）混合非奇异终端滑模速度控制器，并与PI调节器进行了仿真与实验对比。仿真和实验结果表明，该速度控制器能够有效地提高系统的静态、动态特性与鲁棒性。

汽轮发电机励磁绕组不同位置匝间短路对励磁磁动势的影响123-129

摘要：为了研究汽轮发电机励磁绕组不同位置匝问短路故障时的磁场特性，将各个励磁线圈产生的矩形波磁动势进行傅里叶分解，利用傅里叶级数法获得了汽轮发电机励磁绕组正常和匝间短路时励磁磁动势表达式。据此得到了励磁绕组正常和不同位置短路3．75％时的励磁磁动势波形，结果表明：励磁绕组匝问短路时励磁磁动势畸变位置与短路所处空间位置角相对应；节距小的线圈比节距大的线圈短路引起的磁场不平衡程度明显；发生短路的励磁线圈节距越大，励磁磁动势基波幅值越小，从节距小的线圈到节距大的线圈分别短路时励磁磁动势出现的2次谐波幅值先变大后越小；实验分支电压频谱与励磁磁动势表达式的分析一致。

基于约束因子限幅控制的双馈感应发电机有功功率平滑控制130-137

摘要：在分析双馈感应发电机（doubly-fed induction generator,DFIG）运行特性和传统最大风能追踪控制（maximum power point tracking，MPPT）策略的基础上，给出一种基于约束因子限幅控制的DFIG有功功率平滑控制策略，提出功率输出限幅值可调的控制思想，结合发电机转速控制和风力机变桨距控制来实现输出功率保持在任意给定值。给出了约束因子的表达式和取值规则。在Matlab／Simulink仿真平台上采用所提平滑控制策略，对一个9MW风电场的有功功率输出特性进行研究，计算了2种控制策略下输出功率的平滑性能指标和方差值。实验结果表明，与传统最大风能追踪控制策略相比，所提出的平滑控制策略能显著减小发电机输出功率的波动，优化了系统的电能质量。

基于支持向量机沉没度预测的潜油泵冲次优化研究138-144

摘要：在石油开采过程中，利用直线电机驱动潜油往复泵是一种新型举升方式。这种举升方式可使抽油机具有较好的可控性。在这一背景下，提出一种基于沉没度预测的潜油往复泵冲次优化方法。文中对在采油厂采集的沉没度数据进行时间序列的输入空间重构，基于支持向量机（support vector machines，SVM）建立沉没度预测模型。以抽油机的经济效益为目标，以预测得到的沉没度为参量，对直线电机的冲次进行优化。采用沉没度一冲次子区间匹配方法改进原优化算法，进一步降低原方法的计算量和数据量。改进的优化算法可以更好地适应现场计算机对计算量的限制。该优化方法可有效地提高往复泵的产油量，并避免直线电机长期工作于满载或过载状态。