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中国电机工程学报 2011年第33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

四桥臂变流器新型三维空间矢量脉宽调制策略1-8

摘要：四桥臂有源电力滤波器开关状态多，电压调制复杂，为了简化调制算法，提出新型三维空间矢量脉宽调制（three—dimensional space vector pulse width modulation algorithm，3D-SVPWM）策略。基于分类算法，对变流器三相相电压进行线性运算，获取中间变量并比较，得到最大和次大的中间变量，从而判断参考电压矢量所在三棱柱；根据参考电压矢量在a,Oy坐标系下的分量与相邻平面的关系，判断其所在四面体；基矢量的作用时间根据中间变量的线性组合直接获取。针对参考电压对称无畸变及含有谐波两种情况进行了仿真和实验验证，结果表明所提算法均能调制得到与参考电压吻合的输出电压，证实了新型3D．SVPWM算法的正确性和可行性，且该调制算法直接根据中间变量进行三棱柱判断和时间计算，实现简单，计算量小。

网压非对称条件下双馈风电系统的PS-VS及NS-VR综合控制分析9-18

摘要：当前诸多文献研究了电网电压对称跌落状态下双馈风力发电系统的穿越控制策略，但是电网发生非对称跌落的概率约占网压跌落事件数的80％。该文提出一种电网电压非对称条件下的双馈系统优化动态综合控制策略。分别建立了正序电压支撑（positive sequence voltage support，PS．vs）及负序电压抑SO（negative sequence voltage restrain，NS-VR）的控制模型，并且在变流器的输出电压中将正序电压控制分量与负序电压控制分量给予合成。此控制策略实现了电网电压不对称故障条件下风电场电网公共接入点电压质量的显著提升。论文研究了根据电网电压跌落幅度对PS．VS子功能与NS—VR子功能的容量分配算法。通过Matlab／Simulink对PS．VS控制及NS．VR控制的综合控制仿真结果表明，该控制策略实现了风电场电网电压非对称状态下双馈风力发电系统并网条件的明显提升。

基于最优传感器配置的光伏阵列故障诊断19-30

摘要：对光伏阵列在不同故障态下的输出特性进行仿真，总结了光伏阵列在故障下输出特性的变化规律。分析了基于支路电流检测与电池板电压检测相结合的故障诊断策略，对比了3种电压传感器放置方法，优化设计了传感器放置策略。将光伏阵列等效为矩阵，建立了权值节点矩阵，提出了基于权值边覆盖的最优电压传感器放置方法，并在此基础上以3x3光伏阵列为例，分析了各种故障下电压传感器的特征值。在故障诊断的基础上，提出了阴影影响下光伏阵列多极值点最大功率点跟踪控制策略。通过搭建光伏阵列对所提的最优传感器配置方法和最大功率点跟踪方法进行了验证，实验结果验证了所提方法的正确性。

基于电流模式的DC／DC升压变换器非线性PI控制31-36

摘要：为改善DC／DC升压变换器的控制性能，在电流模式控制的基础上，设计一个非线性PI控制器对输出电压进行调节。控制器包含两部分，一部分为电感电流的比例控制，可以保证被控系统的稳定运行；另一部分为电容电压的线性比例控制和非线性积分控制，可以保证输出电压准确跟随期望电压。该控制器保留了电流模式控制的优点，结构简单，易于实现，并能克服系统非最小相位特性对控制性能的影响。同时，由于引入了输出电压的非线性积分，可以有效缩短过渡过程，提高稳态精度，并对参数变化有着很强的鲁棒性。对某DC／DC升压变换器的实验结果表明，所提控制器是可行的。

同步整流式三端口半桥变换器37-43

摘要：提出一种适用于独立新能源供电系统的同步整流式三端口变换器拓扑。该拓扑形式与同步整流半桥变换器相同，蓄电池并联于分压电容，变压器同时用作储能电感，同步整流支路为此电感一变压器的电流提供续流回路；原边两开关管相互独立控制，实现三个端口之间的功率控制，并且任意两端口之间均为单级功率变换；详细分析变换器的工作状态、原理和电路模态，实验验证了拓扑及理论分析的正确性。将拓扑构成和控制思想推广，进一步提出其它形式的三端口和多端口半桥变换器。

新型双功率MOSFET管谐振驱动电路44-51

摘要：提出一种新型双功率MOSFET管互补谐振驱动电路，对电路的工作原理、性能特性和关键电路参数设计进行分析，并建立仿真和样机实验。该驱动电路由1个变压器和6个半导体器件组成，类似反激变换器的电路结构，并且以谐振方式工作。理论分析表明，该电路具有拓扑结构和控制简单、驱动损耗低、驱动速度快、驱动电路中的开关管实现了部分软开关等优点。仿真和实验结果验证了理论分析。

微电网中三相逆变器孤岛运行控制技术52-60

摘要：分布式电源通常采用无互联线的传统“功率一电压一电流”三环下垂控制器来实现并联系统问的功率均分，但采用三环下垂控制不仅控制器复杂，而且其控制效果受连线阻抗阻感比影响严重。尤其是在线路短、阻抗小的微电网系统中，过小的连线阻抗会严重影响功率均分效果甚至会导致系统不稳定。为此设计一种基于虚拟阻抗的“电压一电流”双环下垂控制方法，使并联系统在连线阻抗很小且不对称，传统功率下垂控制方式已不能稳定工作的情况下，仍然能够维持良好的电流均分效果。对比传统三环下垂方法，其具有稳定裕度大，动态响应快，实现简单等特点。最后在理论分析的基础上进行实验研究，通过与三环下垂控制方式的对比，验证了双环下垂控制的有效性。

耦合电感单级升压逆变器61-67

摘要：传统的两级式升压变换器通常由Boost变换器作为前级，以提升输入电压至合适的母线电压，防止输入电压较低时无法输出所需的交流电压。当升压比要求很高时，Boost变换器的占空比就会接近极限，过大的占空比会恶化Boost变换器的二极管反向恢复问题，增加开关管的开关损耗，降低效率。提出一种新型单级升压逆变器，在典型三相桥前加入包括耦合电感在内的无源网络，通过对耦合电感的设计和逆变桥直通时间的控制，可以使逆变器在直流输入电压较低时仍实现中间母线电压幅值的较大提升，输出稳定的交流电压。理论分析和实验结果表明该单级升压逆变器具有良好的性能。

微网中三相逆变器无互连线并联新型下垂控制策略68-74

摘要：首先论述基于公共节点电压的逆变器并联功率理论的局限性，从新的角度推导基于逆变器输出端电压的并联功率理论。通过线性组合定义“类功率”变量，类有功功率和类无功功率分别只与相位差和幅值差有关，从而提出无互联线并联“类功率”下垂控制策略。推导新型控制策略下的并联系统小信号数学模型，为并联系统的性能分析和参数设计提供理论依据。在2台三相逆变器并联平台上进行实验研究，仿真和实验均表明并联系统具有良好的均流效果。

基于时变相量小信号模型的逆变器并联控制系统分析与设计75-84

摘要：在逆变器无线并联系统中，下垂控制器的参数会影响功率均分的动态响应和稳定性。传统的方法是利用准稳态相量的小信号模型来辅助设计下垂控制器。然而，交流信号的准稳态相量在分析动态响应较快的逆变器并联系统时会受到局限。以使用下垂控制的400Hz逆变器并联系统为研究对象，建立该系统基于时变相量的小信号模型。理论分析表明，传统的小信号模型在设计并联系统参数时有局限性。与传统的模型相比，所建立的基于时变相量的小信号模型考虑了下垂调节的暂态过程，解释了传统模型扩大了系统参数选择范围的原因，并对并联系统的参数提供了更加精确的选择范围。仿真和实验结果验证了该小信号模型的准确性。

PWM整流器的欠驱动特性与非线性控制85-92

摘要：针对三相电压型脉宽调制（pulsewidthmodulation，PWM）整流器级联式双闭环控制系统结构的选择成因尚缺乏理论阐释的问题，基于欠驱动系统理论对此结构进行理论研究。建立PWM整流器在砌同步旋转坐标系下的数学模型，并对其欠驱动特性进行分析。给出PWM整流器驱动变量与欠驱动变量的选择方法，利用零动态分析理论与部分反馈线性化控制策略，设计电流内环控制器。为增强PWM整流器抵抗电网电压和负载扰动的能力，提出白抗扰比例积分电压外环非线性控制方案。所设计的PWM整流器控制系统具有较好的稳态和动态性能，特别是对电网电压／负载扰动具有很强的鲁棒性。仿真与实物实验结果证明了所提理论的正确性和控制策略的有效性。

一种新型40kW软开关三相脉宽调制整流器93-100

摘要：针对三相脉宽调制整流器开关损耗问题，研究了一种软开关三相整流器，可以只采用1个辅助开关，实现所有开关的零电压开通，并抑制二极管反向恢复。分析了软开关三相脉宽调制整流器的软开关过程，给出了谐振参数设计步骤，量化了主开关和辅助开关的通态损耗和开关损耗，设计了三相软开关整流器在电网电压不平衡条件下的控制策略，研制了40kW实验样机并完成了实验验证。

中国电机工程学报杂志电机与电器

超声波电机转速控制的动态模糊建模109-114

摘要：超声波电机动态模型是实现其高性能转速控制的前提。设计基于模糊逻辑的辨识建模方法，建立了超声波电机系统动态模糊模型。在设计实验获取建模所需数据的基础上，采用等分区间法确定了模型结构，进而利用最小二乘法辨识得到了模型中的待定参数。模型输出与实验数据的对比表明，所建模糊模型精度较高，反映了驱动电压幅值、频率与电机转速之间的非线性动态关系，可以用于超声波电机性能分析与转速控制器设计。

基于时步有限元分析的超高效电机定子槽形优化设计115-122

摘要：在我国，中小型电机的定子槽形通常为梨形槽，且不同机座号的槽形尺寸己沿用了数十年。为研究有利于降低电机损耗的定子槽形尺寸，建立了基于时步有限元法的损耗计算模型，以一台5．5kW异步电机为例，分析了槽口宽度、槽口高度、槽肩角、槽宽、槽高及槽半径等6个槽形尺寸对损耗的影响程度。结果表明，槽口宽度、槽宽和槽底半径对损耗影响较大。在槽满率基本不变，且确保电机原有起动性能的前提下，提出了基于时步有限元法的定子槽形优化设计方法，利用该方法对上述5．5kW电机定子槽进行改进设计。经改进后，电机空载损耗降低了约7％，满载损耗降低了约2％。

开关磁阻电机位置信号的故障检测与容错控制123-130

摘要：开关磁阻电机位置信号出现故障后，导致相应相不能正常励磁，电机输出转矩降低。通过对开关磁阻电机位置故障信号的分析，提出一种可统一诊断位置信号故障的方法，即通过检测各相位置信号双边沿的触发顺序以及相邻触发边沿之间的角度差来实现故障检测，并利用位置传感器信号之间的位置角度关系实现故障后的容错控制。当故障位置信号恢复正常时，利用故障诊断方法排除错误触发沿，使位置传感器平稳切入，重新恢复工作。最后通过故障模拟实验，验证了位置传感器信号故障检测、容错控制及恢复切入策略的正确性和可行性。

五相集中整距绕组感应电机缺相容错控制131-137

摘要：定子绕组开路是多相电机调速系统中的常见故障。建立了五相集中整距绕组感应电机绕组开路后的方程，计算了电机绕组开路后的稳态输出电磁转矩，分析了减小转矩脉动的条件，提出了五相电机缺相容错控制方法。此方法在无需额外增加硬件的前提下，可以保证电机继续平稳地运行。对于电机定子绕组多相同时开路，建立相应的变换矩阵、重新计算电感参数后，也可以采用提出的控制方法。对电机定子绕组一相开路进行的仿真和实验结果表明，该容错控制方法可以大大减小电机缺相运行时的转矩脉动。

面向动态性能的永磁直线同步电机设计138-143

摘要：针对直线电机在数控机床应用时提出的越来越高的动态性能要求，将快速响应作为永磁直线同步电机设计的目标。综合永磁直线同步电机的定位力、电感、推力特性的规律，建立动态性能的分析模型，得出了影响速度响应的3个关键参数：永磁体厚度、气隙长度和线圈匝数，并逐个分析了这3个参数影响速度响应的规律。提出将速度响应和推力波动综合优化，建立综合优化目标函数，按照权重系数的不同分析方案的特点，得到速度响应快、推力波动小的设计方案。通过实验和仿真证明了理论的正确性。

计及铁心饱和直线感应电动机模型及参数研究144-150

摘要：在整体尺寸受限的大载荷运输场合，为提高直线感应电动机的功率密度和推力密度，电机需要运行在大电流（10kA以上）工况，此时电机铁心处于饱和状态。对铁心饱和直线感应电动机的模型进行了理论分析，并利用试验摸索了铁心饱和规律，得到了铁心饱和程度随电流增大而增加，随转差频率增大而减弱的结论。在铁心饱和规律的基础上，利用最小二乘法分别基于实测电磁推力频率曲线和端口电压实测曲线对不同饱和工况下的激磁电感和定子漏感进行辨识。上述规律的正确性、参数辨识方法的可行性及精度通过峰值功率为100MW、最大出力为400kN的大功率直线感应电动机实验系统进行了验证，为铁心饱和直线感应电动机的模型和参数的精确获取提供了参考。