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摘要:作为风力发电、舰船动力、电气化交通、航空航天、国防军工等系统的关键与核心,电机系统的停转或功能丧失会严重威胁重大装备整体运行性能,甚至带来致命性影响,导致灾难性事故。开展高可靠度、强容错性能的电机系统研究工作,避免因故障造成的停转或功能丧失,具有重要的理论和现实意义,对于国民经济建设和国防安全具有战略性影响。
摘要:近年来,多相电机由于具有控制自由度高、可靠性高的优点在很多对可靠性要求较高的场合得到了越来越多的关注。电机故障后不改变硬件电路,仅通过控制算法实现无扰运行已经成为国内外学者的研究热点。该文分析20多年来多相电机容错控制的研究成果,将目前主要的容错控制算法分为转矩脉动最小为原则与故障前后磁动势不变为原则二大类。分别分析每类方法中的典型控制策略及研究重点;讨论各类控制算法的优缺点;介绍各类容错控制研究现状。随后,简要介绍多相发电机的容错控制研究。最后,对多相电机容错控制技术进行总结和展望。
摘要:多相电机的缺相容错运行是其安全性、可靠性的重要保证。针对舰船十五相新型推进感应电机可能出现的各种缺相故障,分别从转矩和磁势的角度分析缺相故障对电机性能的影响。从磁动势的角度找到了各种断路故障下输出转矩最大的容错控制方法,并从转矩的角度进行验证。每个五相绕组采用独立的容错控制,依据3个五相绕组在容错运行下带载能力的差异,对其进行能量分配。缺相容错控制采用的电机数学模型与电机正常运行时一致,控制过程中仅需针对不同类型的缺相故障修改对应的控制参数,实现了正常控制策略与缺相容错控制策略的统一。通过对一台45kW十五相感应电机进行容错运行动态加载、容错控制策略在线切换试验,验证了该容错控制方法的有效性。
摘要:为了提高单相开路故障下五相磁通切换永磁电机的控制性能,将模型预测转矩控制技术应用于其容错控制中。为了实现对基波和谐波空间状态的综合控制,该研究选择转矩、磁链幅值和谐波空间电流作为控制目标。针对容错算法中模型预测控制计算量大的问题,根据直接转矩控制中设置开关状态表的思想,提出一种基于电压矢量预筛选的模型预测转矩控制策略。该方法通过确定定子磁链所处的扇区位置,并结合转矩和磁链幅值的变换,通过查表法选定对应的电压矢量集作为预测模型的备选矢量,能够在满足控制性能的基础上有效地降低遍历次数,实现简化计算。最后,通过仿真和实验,验证所提模型预测转矩控制策略的有效性。
摘要:文中针对单相绕组开路故障下六相串联三相永磁同步电机(permanent magnet synchronous motor,PMSM)串联系统,提出一种转矩、磁链精确控制的直接转矩控制策略。基于转矩、转矩角及定子磁链关系,采用变比例积分分离式PI分别在两个子空间计算一个控制周期内定子磁链增量;根据两台电机定子电压方程,计算出两个平面内电压矢量参考值;由零序平面电压方程计算得到零序平面电压;根据三个平面电压矢量计算健康相桥臂的占空比,实现两台电机的解耦控制,同时实现对两台电机转矩及磁链的精确控制。仿真与实验结果表明,所提占空比调制型直接转矩控制策略(duty cycle modulation direct torque control,DCM-DTC)能实现两台电机的解耦控制,系统故障切换前后可平稳运行,与传统直接转矩控制相比,转矩脉动与磁链幅值脉动大幅降低。
摘要:针对五相永磁同步电机驱动系统中开路故障导致转矩脉动大且动态性能差的问题,提出一种磁链改进型容错直接转矩控制策略。该策略基于故障前后磁动势不变原则,推导故障状态下的推广克拉克(Clarke)变换矩阵,建立五相永磁同步电机故障时的数学模型。在此基础上,设计一个系数修正定子磁链,使其与正常运行时一致。根据铜损最小原则,优化定子容错电流,同时采用基于零序电压谐波注入式脉宽调制技术,实现了电机转矩和定子磁链的准确控制。实验结果表明,该容错DTC策略能提高电机开路故障情况下转矩的稳态和动态性能,实现五相永磁同步电机的无扰运行。
摘要:该文研究多通道二极管钳位型三电平风力发电系统控制策略,包括系统正常运行时电机侧和电网侧协同控制及电机绕组、器件故障时的容错运行方法。电机侧采用多相永磁同步发电机,设计基于最优转矩控制和空间矢量解耦的发电机矢量控制策略,提出解耦分组型多相三电平变流器空间矢量调制策略,在转矩产生平面采用前馈补偿电压控制方法消除耦合项,在谐波平面采用闭环比例谐振控制器,补偿电机参数不对称和反电动势引起的谐波电流。电网侧采用多通道三电平变流器并联结构,设计基于无功功率控制、直流侧电容电压控制的控制策略及基于零序电压注入的并联变流器环流抑制策略。此外,论文讨论多通道三电平风力发电系统故障状态下的容错运行方法。通过实验对提出的控制策略的有效性进行验证。
摘要:功率变流器是直驱式风力发电系统的关键部件,变流器的功率开关管在发生故障之后会造成风电系统非计划停机。文中详细分析在功率开关管发生开路故障前后三相两电平脉宽调制(pulse width modulation,PWM)整流器电压空间矢量的状态变化。通过八扇区划分方式修改开关模式,在保留原电路拓扑的前提下,基于等模原则对受故障影响的扇区实施有效补偿。该方案能够对单管故障和同一桥臂双管故障实现补偿,较好地降低在故障情况下的三相电流总谐波畸变(total harmonic distortion,THD),减小母线电压纹波和发电机转速的波动,从而提高系统可靠性。通过仿真及实验验证容错控制方法的有效性与可行性。
摘要:为提高电动汽车续航里程、运行特性和安全可靠性,提出一种电动车用多盘式永磁同步电机协同优化与容错控制方法。首先,建立多盘式永磁同步电机数学模型,提出基于效率MAP图的多盘式永磁同步电机效率优化控制策略,并对多盘式永磁同步电机的容错控制方法进行分析。其次,在效率优化的基础上,提出一种转矩协同控制策略,利用模糊控制进行转矩波动优化。最后,针对所提出的控制策略进行仿真分析和整车测试,结果表明模块化多盘永磁同步电机协同优化驱动系统具有较宽的高效率区间,拓宽了系统效率平台,增加了续航里程,改善了系统运动特性。多盘电机冗余容错功能提高了安全可靠性,具有重要的理论研究意义和应用价值。
摘要:交流电机定子绝缘故障占故障总数中较大的一部分。其故障诊断和在线监测技术近年来逐渐成为研究的热点。文中分析定子绝缘老化的机理,然后从故障诊断和在线监测两个方面,对相关领域的主要方法和研究前沿进行整理和比较。对于故障诊断,重点分析故障初期的匝间短路故障的诊断方法。对于在线监测,对主绝缘和匝间绝缘的在线监测技术分别进行分析。最后提出目前研究中存在的问题及未来的发展方向。
摘要:针对多相开关磁阻电机(switched reluctance motor,SRM)功率变换器结构复杂、体积大、成本高,电机本体出线过多等问题,该文提出一种N+2式功率变换器拓扑,并将其应用于六相SRM。该拓扑采用2个开关管代替裂相式拓扑中的中点分压电容,可有效地减少功率变换器的成本和重量,同时具有一定的容错运行能力。另外,由于2个中点开关管的引入,各相并非完全独立运行,中点电流包含各相电流的信息。该文介绍在5种不同故障情况下中点电流的变化情况,对比不同故障对输出转矩的影响。最后利用一台12/10结构的六相SRM对提出的N+2功率变换器进行相关实验。观测正常工作状态和不同故障状态下相电流、中点电流等特征波形的变化。实验结果可以验证理论分析的结果。
摘要:针对多相电机的故障诊断,提出一种基于谐波平面检测的五相电机单相断相故障诊断方法。将定子相电流进行克拉克变换得到三次谐波平面电流分量,进而经过滤波、归一化等运算提取出故障因子。通过故障因子阈值判别,结合三次谐波平面电流轨迹的位置角实现五相电机的单相断相故障诊断。最后,在多相电机驱动实验平台上进行了实验验证。实验结果表明,所提的故障诊断算法能够快速、准确地完成五相感应电机单相断相的故障诊断,并且在转速、负载瞬态扰动工况中表现出了强鲁棒性。
摘要:动态仿真数值计算结果的准确性对电力系统规划运行具有重要的意义。该文提出一种具备辛特性的谱亏损校正(spectral deferred correction,SDC)积分方法应用于电力系统动态仿真。该方法在低阶积分方法的基础上,结合Gauss型正交多项式插值构造一种高阶谱积分校正量,并采用迭代的方式对低阶计算结果进行校正,从而获得高阶收敛精度和大步长仿真能力。在采用交替求解法时,该方法具备很好的程序兼容性,易于完成现有仿真程序的改造。该文基于一个小系统验证SDC方法的高精度收敛特性和辛特性,并基于全过程动态仿真程序PSD-FDS,针对IEEE标准140节点系统对比分析SDC方法和梯形积分方法在不同步长下的仿真特性。结果表明SDC方法仿真结果更加准确可靠,不仅具有高阶收敛精度,还能够有效克服梯形积分方法在长时间计算过程中存在的累积误差和相位滞后问题。
摘要:传统电磁暂态仿真步长小,速度慢,限制了仿真规模。该文通过对解析信号特性的分析,利用欧拉公式提出一种时间尺度变换方法实现大步长仿真,建立RLC基本元件和电压源型换流器(voltage source converter,VSC)在时间尺度旋转坐标系下的模型,基于此方法设计了考虑多频率成分的大规模混联电网的多速率快速电磁暂态仿真框架。对含有电力电子设备或希望详细仿真的部分采用小步长仿真,对其他部分,采用大步长仿真。小步长和大步长按传输线接口。对比分析时间尺度变换和所提仿真框架与传统电磁暂态仿真、dq0变换、动态相量法、频率偏移法、频率自适应法等方法的特点,并用仿真算例验证方法的可行性和有效性。
摘要:随着电力系统运行环境的复杂化,系统运行状态的不确定性因素多元化,给电力系统分析带来了新的挑战。区间潮流因其建模简单等优点而成为不确定性潮流分析的主流方法之一。该文以算法的基本原理和优缺点为立足点,对电力系统区间潮流算法研究进行综述。首先,简要介绍区间潮流分析方法的发展、原理、计算模型等,并阐述了区间潮流在电力系统不确定性分析中的应用情况。然后,按照算法的不同原理将区间潮流算法分为3大类:区间迭代法、仿射优化法和直接优化法,并逐一详细介绍不同算法的基本原理、计算步骤及优缺点和适用范围。最后,指出区间潮流分析在今后研究中有待解决的问题及研究方向。
摘要:在高比例光伏接入配电网的情况下,研究其最优潮流问题愈加重要。基于鞍点动态法,提出一种解决高光伏渗透率配电网最优潮流问题的分散式优化方法。该算法从动态系统控制的角度出发,将凸优化问题寻优的过程转化为动态系统渐进稳定的过程。首先,将潮流方程进行线性化,建立包含网络损耗和弃光惩罚的二次规划模型,保证算法最终稳定在全局最优解。然后,将电力网络和各个光伏逆变器分别视为独立可控的单元,将集中式最优潮流模型转化为可分散式求解的模型。网络和各个光伏逆变器之间仅需要交换节点注入功率信息,各个光伏逆变器之间相互独立,保密性好,各单元的优化求解可同时进行,并具有即插即用的特点。最后,通过仿真计算验证潮流方程线性化模型的准确性和所提算法的有效性。
摘要:模块化多电平换流器型柔性直流电网作为光伏和风电等新能源汇集的有效手段,其直流故障限流和故障线路的快速隔离具有重要意义。该文提出一种含限流器投切、断路器跳开和避雷器耗能过程的直流电网故障电流计算方法。首先,根据直流电网双极短路故障后电容快速放电机理,分析电感型故障限流器投入前后故障电流的变化情况。其次,考虑故障限流器投入过程与直流断路器的切断过程,并兼顾故障限流器和直流断路器中的金属氧化物避雷器(metal-oxide arrester,MOA)特性,提出一种包含6个子阶段的柔性直流电网故障电流计算方法。通过PSCAD/EMTDC电磁仿真平台验证该算法的准确性。
摘要:根据EV分布特点建立EV时空负荷模型,对多场景EV时空负荷进行预测,以此作为选址定容基础。建立充换放储一体化电站选址定容的双层规划模型,计及电网投资和运行的经济性,上层规划对一体站进行优化选址;下层规划以EV实际行驶路径最短为目标进行一体站服务范围的划分,并将各站负荷返回给上层实现优化定容。结合粒子群算法和迪克斯特拉算法求解含最短路径的复杂非线性多约束优化的双层规划问题。算例验证表明,EV时空负荷模型和一体站选址定容双层规划模型具有可行性和有效性。