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中国电机工程学报 2017年第22期杂志 文档列表

中国电机工程学报杂志国家重点研发计划

能源互联网规划研究综述及展望6445-6462

摘要：能源利用技术的发展、信息技术的进步以及其深度的融合催生出了新的能源利用体系——能源互联网。能源互联网对多种能源系统进行协调优化,接纳大规模可再生能源,并提高能源利用效率。规划是能源互联网从理论到工程实践的第一步,只有在先进、合理的能源互联网规划的理论支持下,能源互联网的工程实践才能有效实施。该文首先基于已有的能源互联网的相关研究,按照＂源–网–荷＂的结构对能源互联网进行划分,其次介绍了规划建模所需的多种能源的负荷预测、描述多能源转化的数学模型和多能流潮流模型。基于此,从基本的规划模型、能源生产环节的规划、源–网环节的协同规划、能源消费环节的规划、规划模型的求解方法这几个方面对能源互联网的规划进行了分析、探讨。最后对能源互联网的规划的未来研究方向进行了展望。

智能发电厂的架构及特征6463-6470

摘要：在我国能源大规模发展和能源结构转型的背景下,为了加快构建高效、清洁、低碳、循环的绿色能源生产体系,实现能源与信息深度融合的智慧能源发展策略,该文在分析我国发电企业现状和智能发电探索道路的基础上,对智能发电概念进行了阐述,并提出智能发电厂的体系结构,通过智能管控一体化平台统一智能生产和智能管理两个中心,实现智能设备层、智能控制层、智能生产监管层以及智能管理层之间的融合,使发电过程具备智能控制、智能安全、智能管理等功能,并形成一种具备自趋优、自学习、自恢复、自适应、自组织等特征的智能发电运行控制与管理模式。

适用于多馈入直流系统静态电压稳定分析的综合短路比强度指标6471-6480

摘要：针对过往多馈入直流（multi-infeed line commutated converter based high voltage direct current,MIDC）系统强度指标不能准确反映静态电压稳定的问题,该文研究计及MIDC系统静态电压稳定的强度指标定义方法。首先,在推导MIDC系统潮流分析模型的基础上,定义基于多馈入交互作用因子的等值耦合导纳的概念,等值耦合导纳可定量反映MIDC系统中其余直流子系统对被研究直流子系统的影响;并建立基于等值耦合导纳的MIDC系统单端口等值模型。其次,基于建立的MIDC系统单端口等值模型,提出一种能够准确衡量MIDC系统静态电压稳定的多馈入综合短路比（multi-infeed integrated short circuit ratio,MISCR）强度指标。最后,在不同直流功率增长场景和控制方式组合下的算例分析结果表明,所提MISCR指标比过往强度指标更能准确地衡量MIDC系统的静态电压稳定性。

开环模式谐振引发含变速风电机组电力系统振荡的机理分析6481-6491

摘要：针对变速风电机组控制环节间交互作用对系统稳定性影响,该文构建了由两个开环子系统组成的闭环互联系统模型。基于所构建模型,从开环模式谐振角度揭示含变速风电机组电力系统的振荡机理。当两个开环子系统对应的开环模式在复平面分布位置接近时将引发开环模式谐振,此时控制环节间将呈现强动态交互作用,使子系统开环模式对应的闭环特征根朝相反方向移动,其中一谐振特征根朝复平面虚轴方向移动,导致系统阻尼水平的降低。提出一种估计开环模式谐振条件下闭环特征根在复平面分布位置的方法,进而评估系统阻尼水平。此外,分析了变速风电机组与电网的连接强度、系统运行点对开环模式谐振的影响。最后,通过直驱和双馈风电系统仿真算例对所提分析方法和结论进行了验证。

提升并联型风电变流器运行效率的自适应功率优化控制6492-6499

摘要：由于功率器件容量的限制与系统可靠性要求的严苛,风电变流器一般采用变换器并联来提升容量和可靠性,控制上采用功率均分运行模式。风能的随机、波动特性使得变流器的负载功率波动很大,其平均负载功率低于额定功率的50%。变流器的运行效率与负载率相关,功率均分运行模式使并联变流器低载工况下的运行效率低下。该文提出一种提升并联变换器系统运行效率的自适应功率优化控制方法。基于单个变换器的效率曲线,采用穷举优化算法优化不同负载功率时各并联变换器的最优功率分配值。通过离线优化、在线查找方式提高波动功率下并联系统运行方式的优化速度。引入功率滞环控制,优化变换器的投切。该文比较3种运行模式下并联系统的运行效率,结果表明,提出的自适应功率优化控制可有效改善波动载荷下并联系统的运行效率。

变流器并网系统振荡与原–对偶复电路分析6500-6515

摘要：基于广义阻抗的分析方法可将变流器并网系统的振荡问题转化为变流器与电网广义阻抗间的串并联谐振问题,并可有效处理变流器和电网阻抗矩阵难以同时对角化解耦的难题,但仍然存在物理意义不明的缺陷。为了更深入地阐明振荡机理、解释广义阻抗的物理意义,该文提出了变流器并网系统的等效原–对偶复电路。首先,从极坐标形式的阻抗矩阵和雅克比传递函数矩阵角度,分别推导了变流器系统的广义导纳。其次,提出复空间中的原–对偶分量概念,实现了系统中耦合频率振荡量的统一描述。最后,基于特征方程推导了系统的等价原–对偶复电路,不仅可用于反映系统中原–对偶分量的耦合关系,也可用于分析系统的小干扰稳定性。给出了等效原–对偶复电路与实际系统阻抗之间的联系,说明系统振荡等价于等效原–对偶复电路发生串并联谐振,并通过仿真验证了等效原–对偶复电路的合理性。

感应电能传输系统基于阶梯波合成技术的谐波消除和脉冲密度功率调节方法6516-6523

摘要：为提高感应电能传输系统输出功率,满足轨道交通大功率供电需求,该文采用一种基于三重级联的多电平逆变器拓扑结构,通过阶梯波合成消除3次、5次谐波的同时提出采用脉冲密度调节输出功率的方法。首先,建立谐波消除方程,分析在只消除3次谐波的条件下,调节脉宽或移相角调节输出功率时存在的输出功率调节范围小或电压谐波失真值较大的问题。为提高系统工作效率,选择同时消除合成输出电压中的3次和5次谐波,并计算出最优脉宽和移相角。为实现在消除3次和5次谐波条件下输出功率的调节,提出一种基于阶梯波合成技术的脉冲密度调制策略。在研制的基于三重隔离变压器级联拓扑结构的感应电能传输样机上验证该方法的可行性和有效性。测试结果表明,提出的方法可降低谐波在IPT系统中产生的额外损耗,特别是降低轻载时功率器件的开关损耗,进一步提高系统的工作效率。

中国电机工程学报杂志定子励磁型无刷电机系统

基于电压矢量优化的磁通反向永磁电机模型预测转矩控制6524-6533

摘要：为了降低磁通反向永磁电机的转矩脉动,提出了一种基于电压矢量优化的模型预测转矩控制方法。首先,通过解析基本电压矢量与电磁转矩、磁链幅值两者之间的内在联系,将对转矩和磁链这两个变量的控制转化为对基本电压矢量的控制。由于控制变量减少为仅有电压矢量,进而避免了权重系数整定的问题。同时,采用基本电压矢量筛选和占空比控制相结合的方法,在减少备选矢量的前提下可以快速计算出有效电压矢量的作用时间。另一方面,结合脉宽调制方法可实现对电机的精确控制,降低了磁链幅值脉动和转矩脉动,提高了控制性能。仿真与实验结果都表明,该算法具有良好的控制性能。

基于谐振补偿策略的少稀土类齿轭磁势互补型双凸极永磁电机的驱动控制研究6534-6542

摘要：该文以少稀土齿轭磁势互补型双凸极永磁电机为研究对象,提出一种有效的谐振补偿控制策略,以实现转速脉动的抑制和电机驱动性能的提升。首先,对电机空载反电动势和定位力矩进行谐波频谱分析,并根据分析结果,针对电机转矩方程和运动方程的数学模型进行进一步推导。然后,在电机转速脉动呈近似正弦变化特点的基础上,提出一种将PI控制器与谐振控制器相结合的电流调节方法并确定控制系统的改进方案,尽可能地提升转速脉动抑制的效果。在Matlab中搭建基于谐振补偿控制策略的系统仿真模型,并针对补偿策略实施前后的转速脉动特性进行仿真分析。使用加工的原理样机,对仿真分析结果进行相应的实验验证。最后,仿真分析和实验结果均表明,所提出的谐振补偿控制策略可以有效的抑制电机的转速脉动,提升电机运行性能。

一种新型定子分区式混合励磁电机的设计与分析（英文）6543-6556

摘要：由于永磁体、励磁绕组和电枢绕组均置于唯一的定子上,传统定子励磁型混合励磁电机的转矩密度受到了限制。提出一种具有更高转矩密度的新型定子分区式混合励磁电机。在该电机中,励磁源（永磁体、励磁绕组）和电枢绕组被分别置于两个定子区域,而转子由调制块组成。从弱磁能力、转矩提升能力和纯永磁转矩三方面综合考虑,设计了电机的尺寸参数,并分析了电机的电磁性能。通过在内区定子上引入磁桥,所提出的定子分区式混合励磁电机的弱磁能力可从12.8%增强到79.4%,而转矩提升能力可从12.1%增强到79.1%。制作了一台样机,在样机上测试了空载反电势和静态转矩,实验结果与有限元分析结果吻合。

混合永磁轴向磁场磁通切换记忆电机分段弱磁控制6557-6566

摘要：混合永磁轴向磁场磁通切换记忆电机（hybrid permanent magnet axial field flux-switching memory machine,HPM-AFFSMM）采用钕铁硼和铝镍钴两种永磁励磁,既具有轴向磁通切换永磁同步电机转矩和功率密度高的优点,又具有记忆电机永磁磁化状态在线可调的特点。在研究HPM-AFFSMM调磁原理、电磁参数及数学模型的基础上,提出了一种HPM-AFFSMM宽调速控制方法。基于分区控制,低速区采用永磁饱和磁化方式运行,高速区采用分段弱磁方式运行。在分段弱磁区域,所需永磁磁链满足给定转速所在区间内的最大转速对应的永磁磁链。在全速度范围内,为实现充去磁,提出了一种对电机参数敏感性较低的自适应永磁磁链观测器设计方法。仿真和实验结果表明,在低速区,饱和增磁运行缩短了电机的起动过程;在高速区,分段弱磁运行优化了永磁磁链的控制,拓宽了电机的调速范围。因此,HPM-AFFSMM非常适合应用于电动汽车起/发一体机。

基于矢量控制的混合励磁轴向磁场磁通切换永磁电机分区控制策略6567-6576

摘要：混合励磁轴向磁场磁通切换永磁（hybrid excited axial field flux-switching permanent magnet,HEAFFSPM）电机是一种新型定子励磁型混合励磁同步电机,它结合了轴向磁场磁通切换永磁电机和电励磁同步电机的优点。为了研究该结构电机在全速度运行范围内的运行性能,论文详细分析了电机结构特征与调磁机理,构建了电机数学模型和矢量控制系统。基于分区控制策略,在低速区,为了提高电机驱动系统的功率因数,提出一种单位功率因数控制策略,且与id（28）0控制进行对比研究;在高速区,为拓宽电机调速范围,提出一种最大输出功率弱磁控制策略,且与传统弱磁控制策略进行对比研究。基于MATLAB/Simulink和d SPACE1103,采用提出的控制策略对电机全速度范围的运行性能进行研究。仿真与实验结果表明,在低速区,电机轻载或重载运行时,单位功率因数控制策略始终保持电机驱动系统运行功率因数为1,使逆变器容量得到了充分利用;在高速区,最大输出功率弱磁控制策略提高了电机弱磁运行区域的功率利用率,增强了电机带载能力,拓宽了电机调速范围,提高了弱磁运行区的效率。

永磁磁通切换电机的转矩冲量平衡控制技术6577-6584

摘要：永磁磁通切换（flux switching permanent magnet,FSPM）电机具有功率密度高、转子结构简单坚固等优势,适合运行在无刷交流场合。经典的矢量控制和直接转矩控制（direct torque control,DTC）可以应用到FSPM电机系统中。DTC具有优秀的转矩动态性能,然而,转速的动态性能受到转速环PI参数的影响。因此,研究了一种转矩冲量平衡控制来优化转速的动态性能。基于转矩冲量平衡控制的思想,在动态过程中,该算法可以使得转速只经过一次调节（一次减速、一次升速）过程即可收敛,达到了最优的转速动态性能。仿真和实验结果验证了算法的正确性和有效性。

次级无轭部双边磁通切换永磁直线电机及其控制6585-6593

摘要：该文提出一种双边磁通切换永磁直线（double-sided linear flux-switching permanent magnet,DLFSPM）电机及其驱动系统。该电机的永磁体和电枢绕组均置于初级定子,次级动子仅由导磁铁芯构成,并且次级无轭部。因此,该电机具有结构简单、可靠性高等优点,适用于高速电磁推进场合。基于有限元法分析该电机的结构特性、绕组互补特性和静态电磁特性。在此基础上,建立电机的数学模型并确定电机的控制策略。基于Matlab/Simulink构建DLFSPM电机和驱动系统的仿真模型,并分析DLFSPM电机的动态响应。加工制造DLFSPM实验样机并完成该电机的驱动控制平台和实验研究。仿真和实验结果表明,DLFSPM电机反电势正弦对称、动子简单可靠,具有良好的动态响应。

基于同步旋转滤波器的磁通记忆式双凸极永磁电机无位置传感器控制6594-6600

摘要：针对电机磁场空间谐波给反电势观测值带来谐波脉动,从而导致转子位置和速度观测值存在脉动误差的问题,研究一种基于同步旋转滤波器（synchronous reference frame filter,SRFF）的改进滑模观测器。采用SRFF消除反电势观测值谐波,提取反电势基波信号,用于计算电机转子位置和转速,提高观测精度,改善无位置传感器控制系统性能。最后建立磁通记忆式双凸极电机无位置传感器矢量控制实验平台,分别对采用传统滑模观测器和基于SRFF的滑模观测器电机控制系统性能进行比较,分析系统的稳态性能、转速跟随性能和抗扰性能。实验结果验证了控制策略的有效性。

无需转子位置角悬浮的双绕组无轴承磁通切换永磁电机驱动研究6601-6610

摘要：定子永磁型磁通切换电机具有永磁体散热容易、转子结构简单等优点。在传统的三相功率绕组的12/10磁通切换永磁电机拓扑基础上,基于空间对称线圈流过电流对空间对称气隙磁场进行相反方向调制的思路构建三相悬浮绕组。两套绕组均采用三相逆变桥供电,各相悬浮绕组正方向电流产生的悬浮力在空间近似互差120？,从而三相悬浮力合成出实现转子需要的悬浮力;功率绕组采用矢量控制算法实现转子切向旋转控制。理论分析及实验结果表明,电机稳态及动态运行中转子均能稳定悬浮于中心附近,最大控制误差小于？0.1mm;电机切向旋转运行对转子稳定悬浮控制影响较小。

磁通切换永磁电机模糊自适应PI控制策略6611-6618

摘要：磁通切换永磁电机参数具有很强的非线性,因此若能够在宽的速度范围内具有较好的调速性能,对该型电机的广泛应用具有重要意义。该文根据模糊控制器和PI控制各自特点,提出适应数字化磁通切换永磁电机调速系统的模糊自适应PI控制器,该控制策略算法简单且易于数字化实现,调速系统在抑制超调和抵抗扰动方面取得了明显的效果,具有良好的稳态和动态性能,仿真和实验结果验证了所提控制策略的有效性。

中国电机工程学报杂志智能电网

能源互联网结构及其典型应用模式6619-6626

摘要：互联网与智慧能源共同构成的能源互联网是未来能源供用体系的整体愿景。能源互联网基于先进的互联网技术,通过以电能为核心的能源替代与转化扩展能源供用的优化范围。该文提出能源互联网的分层结构,包括能源体系流程、综合能源供给系统与智慧能源的互联互补体系;设计了能源互联网架构及典型应用模式,并介绍能源互联网与多种分布式能源互动的协调优化互联信息模型,对未来能源供用体系的建设提供新思路。