采用非接触电流相位互感器的自激式非接触谐振变换器
摘要：自激控制方法由于控制方法简单、对系统参数变化响应速度快,在非接触供电系统中存在广阔的应用前景。该文由完全补偿条件下非接触变换器中逆变器电压与副边电流同相的特殊关系,引入转移阻抗的概念,分析并提出适用于串/串补偿非接触谐振变换器的自激控制方法。为在变换器原边实现副边电流相位的检测,保证变参数条件下检测的准确性和快速性,提出测试绕组短路的非接触电流相位互感器。此外,为保证自激控制的准确,对非接触电流相位互感器及控制回路中寄生参数造成的相位延迟进行分析和补偿。最后,制作完成一台60 W的采用非接触电流相位互感器的自激式非接触谐振变换器。实验结果表明,非接触电流相位互感器能够准确检测副边电流相位并反馈至原边,自激控制方法则可以通过检测副边电流过零点控制逆变器开关管,使得变换器在变参数条件下自动工作在电压增益恒定的频率点。设计的动态实验也证明了所述自激控制方法能在一周期内响应变换器参数变化。基于LCL补偿的多负载移动式感应非接触电能传输系统
摘要：针对多负载移动式非接触感应电能传输（inductive contactless power transfer,ICPT）系统的设计与控制进行研究,分析LCL电路的输出特性和阻抗特性,当其电感之比等于1时,其谐振频率与负载无关,满足多负载ICPT的要求;介绍多负载移动式ICPT系统的结构,并建立其等效电路模型,通过对等效模型的分析,提出原副边独立控制的控制策略和补偿电路设计原则,补偿电路要能够实现谐振频率与负载无关,以实现负载可变;分析LCL补偿电路的设计方法,分析副边LCL补偿和串联补偿的区别,当副边品质因数小于1时,LCL补偿输出功率更大;建立多负载移动式ICPT系统的仿真和实验平台,对理论分析和设计方法进行验证。不对称控制方式三相三电平直流变换器
摘要：三相三电平直流变换器中开关管具有低电压、电流应力,适用于高压大功率场合。采用对称控制方式,可提高输入输出电流脉动频率,从而减小滤波器,但开关管为硬开关,存在较大开关损耗。为解决该问题,提出一种适用于该变换器的不对称控制策略,在保留变换器原有优点基础上,可利现开关管的零电压开关,从而提高变换器效率。简要分析采用输出滤波电感和变压器漏感（或外加谐振电感）的能量实用不对称控制方式后变换器的工作原理,重点讨论其基本特性及软开关实现条件,完成一台540~660V输入、48V/20A输出的原理样机,实验结果验证了理论分析的有效性和正确性。二极管钳位型五电平逆变器高调制比高功率因数改进的均压方法
摘要：多电平变换器以其优良的性能而被广泛研究,其中二极管钳位型多电平存在直流侧电容电压不均衡的问题。二极管钳位型五电平（five-level diode-clamped converter,5L-DCC）基于目标函数优化最近三矢量空间矢量调制（space vector modulation,SVM）均压算法受调制比和功率因数影响,调制比小于0.5（简称低调制比）时可以实现全功率因数范围均压,而调制比大于0.5（简称高调制比）时,调制比越大,功率因数越低。提出一种5L-DCC高调制比高功率因数改进的矢量分解SVM调制均压方法,算法利用内六边形6个有效矢量4种冗余状态对电容电压的调节能力,解决了5L-DCC高调制比电压平衡受功率因数限制的问题。仿真与实验表明,改进的矢量分解SVM均压方法具有良好的均压能力。MMC-HVDC换流器阻抗频率特性分析
摘要：分析模块化多电平换流器（modular multilevel converter,MMC）交直流侧呈现的阻抗频率特性是系统设计的重要内容。首先根据MMC的基本运行机理和连续模型,推导交直流侧阻抗的等效表达公式;然后提出基于测试信号法的阻抗计算方法和详细实现流程;最后利用PSCAD/EMTDC对典型系统进行仿真计算。结果表明：1）在电压源激励和电流源激励下所呈现的交流侧阻抗特性不同,而直流侧阻抗特性一致;2）交流侧阻抗特性难以利用无源元件简单串并联模拟,而直流侧阻抗可等效为单调谐滤波器;3）稳态运行点变化对交直流侧阻抗几乎没有影响;4）不同控制模式下交直流阻抗特性曲线基本趋势一致,主要在低频范围内略有不同。基于满意优化的三电平PWM整流器瞬时开关频率抑制方法
摘要：提出一种新型的基于满意优化的三电平脉冲宽度调制（pulse width modulation,PWM）整流器有限控制集模型预测控制（finite control set model predictive control,FCS-MPC）方法,将满意优化思想引入模型预测控制的在线规划中,代替传统方法中的权值函数,避免了复杂的加权系数整定过程。然而受到电力电子系统结构的限制,三电平PWM整流器仅可输出27种可行电压矢量,过多的控制约束被引入后,极易造成系统优化无解。该文采用几何分析法揭示了优化无解现象的产生原理,并论证了其与瞬时开关频率过高问题之间的内在联系。通过约束松弛的方式弱化满意和失控的界限,使低优先级指标可以参与在线规划。仿真和实验结果表明,该方法在保证系统功率、中点电位等多项指标达到期望满意度的前提下,最大限度的降低了开关动作频率,避免了高采样频率造成器件局部过热损坏。与经典矢量控制的对比结果可知,在较低的开关频率下（fs≈300 Hz）所提方法可获得更优异的动、稳态性能。基于超级电容器储能的交直交变频驱动系统制动能量综合回收利用方法研究
摘要：交直交变频驱动系统已经在工农业生产中得到了广泛的应用,但是大部分都采用能耗制动,造成了能量的巨大浪费。采用超级电容器储能的制动能量回收利用系统,能够在电机制动时回收制动能量,并在电机启动或加速时释放出去,从而实现能量的节约利用。然而,该方案存在储能容量配置较大、价格昂贵等缺点,制约了其推广应用。该文以提高制动能量回收利用系统性价比为目标,提出制动能量综合回收利用方法以及超级电容器储能单元储能量和充放电变流器功率优化设计方法,设计交直交变频器、储能单元、制动电阻之间无需通讯线的协调控制策略,并通过在石油钻机上的示例分析和仿真验证所提方法的正确性和有效性。基于G-范数和sum-范数的三相交流级联系统稳定性判据
摘要：在三相交流级联系统中,源模块以及负载模块之间的相互作用将导致整个系统性能下降,甚至有可能导致系统不稳定,尤其是在含有恒功率负载的系统中表现尤为明显。通过分析系统的小信号模型可以看出,模块之间由于相互耦合而产生的稳定性问题和子模块的端口阻抗以及导纳有着直接关系。因此,基于子模块端口阻抗以及导纳的稳定性判据是分析系统级稳定性问题的有效方法。目前,基于子模块阻抗以及导纳的稳定性判据已经广泛应用于直流系统。但是,由于交流系统和直流系统在系统特性上的内在差异,目前广泛应用于直流系统的稳定性判据无法直接使用于交流系统。根据交流系统的系统特性,提出一种基于端口阻抗以及导纳矩阵的G-范数和sum-范数的稳定性判据。且根据矩阵计算的特点,对所提出的稳定性判据做进一步改进,以减少判据的保守性。最终,将所提判据和现有的范数判据进行保守性的比较,可以看出,所提判据的保守性最小,更利于实际应用。感应子发电机带整流大容性负载的瞬态特性分析
摘要：分析感应子发电机带整流大容性负载充电电源的瞬态特性,根据换流重叠角的大小划分系统在不同阶段的工作模态;同时,分析换流延时角的特性并根据不同的工作模态,具体分析充电系统的瞬态特性和换流过程对系统充电性能的影响;最后在理论分析的基础上,对系统进行仿真,并完成实际装置的试验。仿真和实验均验证了该文对瞬态特性分析的正确性,该方法适用于所有的整流带大容性负载瞬态特征分析。电站动叶可调式轴流风机叶轮动力特性研究
摘要：基于有限元分析方法,结合流固耦合理论,对某电站两级动叶可调式轴流风机叶轮的静态及动态特性分别进行了研究。研究结果表明,离心载荷及气动载荷对叶轮应力及变形分布具有重要影响,考虑流固耦合作用后,叶轮最大等效应力值减小约6%,最大总变形位置从叶尖后缘点变为叶尖前缘点;叶轮一阶模态的坎贝尔图表明,在风机转速1 490 r/min附近,最危险的是k（阶次）=m（节径数）=10＂三重点＂共振条件,共振裕度为1.9%。当节径数m≤6时,该文的叶轮振动特性避开了＂三重点＂共振。研究结果对动叶可调轴流风机的安全运行具有重要的理论意义与工程价值。应用B样条理论改进的变压器三比值故障诊断方法
摘要：为了解决三比值法在变压器故障诊断应用中存在的问题,提出一种基于B样条理论改进的方法。该方法在对三比值法进行空间几何分析的基础上,采用B样条曲面表示故障特征区域间的分界面,通过柔性自适应地调整分界面的形状,可将误诊样本对应的故障特征纳入到正确的故障特征区域内,从而提高诊断精度。方法突破了原三比值法固定区域边界的限制,为故障诊断问题求解提供了一种新的解决思路。实例分析表明,改进后的方法既保留了三比值法对大多数样本能够准确识别的特点,又使三比值法具备了学习能力,其学习过程具有可视性,且学习效果是可控的。气体绝缘开关设备母线接头过热失效的相似模型
摘要：气体绝缘开关设备（gas-insulated switchgear,GIS）母线接头过热失效由开始发展到形成的时间较长,直接采用母线原型开展故障过程模拟试验缺乏客观现实性。为了再现GIS母线接头的过热失效过程,根据过热失效所包含的功率损耗、气体流动以及温升现象的数学模型,利用相似学原理推导了涡流–流体–热耦合场的相似关系,并对其进行了合理简化和修正,以提高相似模型的实用性,设计了GIS母线的局部相似模型,给出了模型的几何条件、物理条件和边界条件。利用三维有限元法分别计算了母线原型与相似模型涡流场及温度场,将电流密度及温度分布的计算结果进行对比,验证了相似建模的有效性。长空气间隙负极性操作冲击放电特性研究（Ⅱ）-间隙系数
摘要：大气环境、电极布置方式和间隙类型等对长空气间隙的负极性操作冲击放电特性均有不同程度的影响。分别采用20/2 500μs和80/2 500μs两种负极性操作冲击电压波进行放电试验,研究了气象条件、波头时间、下电极高度及导线接地方式等对空气间隙放电特性的影响,并对以棒–板间隙为基准,分析计算棒–棒间隙、棒–线间隙的间隙系数。试验结果显示：湿度对长空气间隙的负极性操作冲击放电特性试验具有明显的影响;间隙距离大于3 m时,20/2 500μs负极性操作冲击电压波作用下空气间隙的50%放电电压较高,间隙距离小于3 m时,80/2 500μs负极性操作冲击电压波作用下空气间隙的50%放电电压较高;下电极高度对棒–棒间隙放电特性具有一定的影响;导线接地方式对棒–线间隙的50%负极性操作冲击放电电压具有显著影响。间隙系数随间隙距离呈非线性变化趋势,棒–线间隙对棒–棒间隙的间隙系数随间隙距离增大基本趋于稳定值1.05。220kV线路悬式绝缘子串异物临近放电机制研究
摘要：为研究玻璃绝缘子串在鸟粪和鸟巢材料（异物）下落时的放电机制,用铁丝模拟异物进行了试验研究,首先开展了异物临近时间隙放电试验,基于对不同铁丝长度和空间布置时放电电压的测量和放电路径的观察,分析了放电机制。研究表明：当足够长的铁丝临近绝缘子串时,放电过程仅是铁丝上下两端空气间隙的击穿过程;当较短的铁丝临近时,放电过程为空气间隙击穿和绝缘子沿面放电的混合。然后开展了铁丝与金具电极间隙放电试验,基于对不同间隙长度下放电电压的测量,分析了间隙放电特性,研究表明铁丝–金具间隙与典型的棒–棒间隙击穿特性相似,理论计算中取平均击穿电压梯度为4.0 kV/cm。最后建立了实际线路和试验布置的三维有限元模型,研究异物临近对绝缘子串周围电位和电场分布的影响,将仿真计算得到的放电电压与实际试验电压进行对比,验证了试验结果的准确性。放电机制、试验和仿真结果可为输电线路杆塔涉鸟故障风险区域划定提供参考依据。半波长输电线路潜供电弧弧根运动和熄灭特性实验研究
摘要：潜供电弧是发展特高压半波长输电技术面临解决的关键问题之一。采用典型的特高压输电线路参数配置,通过计算仿真获得了半波长输电线路单相故障时潜供电流和弧后恢复电压梯度的分布规律。采用分布参数模型,通过对三相耦合电路的合理简化,给出了半波长线路潜供电弧物理模拟的单相等值实验拓扑。基于建立的物理模拟实验平台,获得了半波长线路潜供电弧的弧根弧柱运动图像和熄灭特性。实验发现半波长线路潜供电弧的阴极和阳极弧根运动具有明显的极性效应,并进一步分析了阴极和阳极弧根的运动机制与特征。实验指出,不同的补偿网络对半波长潜供电弧的熄灭特性影响较大,适当的补偿条件可使得潜供电弧的熄灭时间大为缩短。该研究工作可为发展特高压半波长输电线路潜供电弧的抑制技术提供参考依据。下击暴流作用下输电铁塔荷载取值及承载性能分析
摘要：下击暴流会给输电线路造成巨大危害,已引发生多起倒塔事故。基于ASCE关于高强度风区域输电线路设计的相关规定,综合考虑下击暴流尺度特征和输电线路经济性设计原则,提出了下击暴流作用下输电线路的设计荷载取值建议。采用Vicroy风速剖面模型,计算得到了内陆和沿海地区典型输电铁塔在下击暴流作用下的风荷载。建立了输电铁塔空间有限元分析模型,通过结构受力分析,确定了输电铁塔在下击暴流作用下的受力特征和破坏模式。结果表明：下击暴流作用下,输电铁塔杆件应力主要由45°大风控制。对于设计风速较低的内陆地区,尽管铁塔结构高度不在下击暴流最高风速区域,下击暴流风荷载明显高于常规风,塔腿横隔面以上主材会首先发生破坏;对于设计风速较高的沿海地区,下击暴流风荷载低于常规风,下击暴流在铁塔设计中不起控制作用。特高压变电站人体工频电场暴露水平评估
摘要：人体在特高压变电站内的工频电场暴露水平一直受到研究人员的关注,但相关研究却并不多见。以特高压长治站为研究对象,采用ANSYS谐响应分析方法,通过子模型技术实现了特高压变电站内含人体空间域的工频电场分布计算。研究了人体的电位、电场强度和电流密度分布及鞋子的影响;对比了站内不同路径上电场分布的数值计算结果与实地测量结果以及人体内部电流的数值计算结果与理论公式计算结果;验证了所用计算方法的正确性与所得计算结果的准确性。研究结果表明：人体内部以传导电流为主,最大感应电流密度为9.15 mA/m^2,满足职业标准。该研究成果可以判定特高压变电站内工频电场对人体是否安全并为后续工程提供参考。《中国电机工程学报》2009—2010年度优秀学术论文名单
