2017年第44卷第8期文章目次

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  • 1  改进型滑模变结构电机控制的脉振电流注入法研究
    杜平 关振宏 崔召华 王涛 张羽
    2017, 44(8):1-5.
    [摘要](16) [HTML](0) [PDF 676.17 K](67)
    摘要:
    为了提高永磁同步电机无位置传感器技术的控制性能,在电机动态品质优化的研究中,以滑模变结构控制器替代传统的PI控制器,采用新型趋近律函数改进滑模控制器的输出模型,削弱了传统滑模控制存在的抖振,提高了控制系统的抗干扰能力。在分析无位置传感器技术时,引入高通谐振滤波器,采用具备以高信噪比为特点的两相静止坐标系下高频脉振电流注入法。仿真结果表明,在带高通谐振滤波器的高频脉振电流注入法中运用滑模变结构控制器,提高了转子位置估计的精度,增强了控制系统的鲁棒性。
    2  一种带辅助微源的新型主从协调控制策略
    程启明 张宇 程尹曼 谭冯忍
    2017, 44(8):6-11.
    [摘要](13) [HTML](0) [PDF 789.17 K](46)
    摘要:
    微电网的协调控制方法是微电网最为关键的技术之一,主从控制方法是微电网协调控制中的常用方法。针对传统的主从控制存在的问题,提出了一种带辅助微源的新型主从控制策略。在传统主从控制基础上,增设一个采用下垂控制的辅助控制单元,此辅助单元可与主控单元一起共同支撑微电网的电压与频率稳定,且当主控单元出现故障时可替补充当新的主控单元,克服了传统主从控制采用单一主控单元发生故障时微电网崩溃的危险,从而增强了主从控制方式的稳定性。MATLAB/Simulink软件仿真验证了所提控制策略的有效性和可行性。
    3  轴向磁场磁通切换永磁电机控制系统建模及仿真研究
    张蔚 袁晓强 於锋
    2017, 44(8):12-18.
    [摘要](13) [HTML](0) [PDF 916.18 K](49)
    摘要:
    提出了一种新型结构的6/13极定子模块式轴向磁场磁通切换永磁(AFFSPM)电机。该电机具有结构紧凑、转矩密度大、效率高和容错性能强等特点。分析了AFFSPM电机结构和工作原理,推导了AFFSPM电机的数学模型。利用MATLAB/Simulink仿真软件搭建了AFFSPM电机控制系统仿真模型,分别对滑模速度控制和比例谐振控制的控制策略进行仿真研究,分析对比AFFSPM电机的转速、转矩和三相电流的波形。仿真结果表明,与比例谐振控制策略相比而言,滑模控制策略下该新型AFFSPM电机控制系统具有较好的静态和动态性能。
    4  基于直流微电网的混合储能协调控制策略仿真研究
    薛亚林 周建萍 崔屹
    2017, 44(8):19-25, 37.
    [摘要](16) [HTML](0) [PDF 907.16 K](52)
    摘要:
    针对直流微电网中光伏发电单元出力的波动性和间歇性造成系统内部功率不平衡的问题,混合储能系统可以同时发挥蓄电池高能量密度和超级电容高功率密度的优势,根据直流母线电压进行混合储能单元间的协调控制策略。该策略将直流母线电压进行分层控制,采用四个电压阈值共分成五个控制区域,以直流母线电压为信息载体,决定储能系统的运行状态,实现对混合储能单元的充电、放电模式间自主切换。电压分层控制有效地避免了蓄电池由于电压波动而频繁进行充放电切换,从而延长了电池的使用寿命。最后,MATLAB/Simulink的仿真结果验证了所提控制策略的可行性。
    5  一种永磁同步电机宽速域无传感器系统的控制策略
    刘志宏 杜明星 魏克新
    2017, 44(8):26-31, 42.
    [摘要](25) [HTML](0) [PDF 817.08 K](55)
    摘要:
    设计了一种改进型滑模观测器(SMO)实现永磁同步电机(PMSM)无传感器宽速域控制。使用反电动势观测器替代低通滤波器,避免了转子位置信息滞后的问题。在定子电流计算中引入随转速自适应调节反馈系数的反电动势反馈,减小了系统抖振,使宽速域下转子转速和位置估计更加精确。采用锁相环技术(PLL)来抑制高频信息,提取出准确的转子位置。基于dSPACE搭建了PMSM的快速控制原型试验平台,对无传感器控制系统进行了稳态和动态试验,结果验证了该算法的有效性。
    6  同步磁阻电机定子电流最优控制
    杨丁贵 汤宁平 戴熠晨
    2017, 44(8):32-37.
    [摘要](15) [HTML](0) [PDF 834.17 K](44)
    摘要:
    针对磁路饱和对同步磁阻电机运行特性的影响,提出了定子电流最优控制策略。通过有限元法对电感与电流的非线性关系进行拟合,并利用拟合结果得到最优定子电流随转矩变化的运行轨迹,以实现同步磁阻电机最大转矩电流比(MTPA)控制;同时对于交直轴电流环相互耦合的问题,提出磁路饱和补偿的电流环设计,以提高其动静态性能。仿真与试验结果验证了该方案的有效性。
    7  基于最大转矩电流比控制的永磁同步电机模型预测控制
    刘雪松 刘文生
    2017, 44(8):38-42.
    [摘要](17) [HTML](0) [PDF 653.96 K](56)
    摘要:
    由于永磁同步电机(PMSM)具有诸多优点,提出了一种基于最大转矩电流比(MTPA)控制的永磁同步电机模型预测控制方法,使磁阻转矩利用率最大化。利用离散化的数字处理技术,深入研究了多个优化目标的典型问题,其中包括:开关状态约束、MTPA优化、最大电流限制及延时补偿策略等。MATLAB/Simulink仿真数据证明:该控制系统实现了MTPA控制并且动态响应过程十分迅速,而且显著提升了PMSM模型预测控制系统的工作效率,对电机参数产生的波动显示出较强的鲁棒性。
    8  一种新颖的在线自校正死区补偿策略
    汪宝龙 高艳霞 杨根胜
    2017, 44(8):43-47, 68.
    [摘要](8) [HTML](0) [PDF 660.13 K](39)
    摘要:
    为解决正弦脉宽调制(SPWM)电压源逆变器在低频和轻载时死区效应所导致的相电压、相电流畸变和转矩脉动等问题,提出了一种新颖的在线自校正死区补偿策略。该策略考虑了死区时间、功率器件管压降、开通时间、关断时间等对逆变器输出电流的影响,而且对直流母线电压和载波频率的波动进行了自校正在线计算补偿。最后,对输出电流进行了死区补偿前和补偿后的对比试验,结果表明该方法具有较好的补偿效果。
    9  基于裂比的非晶合金永磁电机设计技术
    张超 朱建国 佟文明 韩雪岩
    2017, 44(8):48-53.
    [摘要](14) [HTML](0) [PDF 712.31 K](57)
    摘要:
    非晶合金材料电磁性能优异,应用于电机领域能显著降低电机铁心损耗,提高电机效率。针对非晶合金材料的特点,基于永磁电机基本设计理论,推导了非晶合金电机铜耗与铁心损耗的解析表达式。基于非晶合金永磁电机损耗的解析表达式对非晶合金永磁电机裂比(定子内外径之比)、磁密比值(气隙磁密与铁心磁密之比)的设计进行了研究,得出了非晶合金永磁电机裂比、磁密比值的设计规律。在对非晶合金永磁电机设计规律研究的基础上完成了一台非晶合金永磁电机的设计并进行了试验。所做的研究对非晶合金电机的设计及优化具有一定的参考价值。
    10  高频电压注入法的频率因素对转子位置观测器的影响分析
    冯坚栋 王爽 汪琦
    2017, 44(8):54-58.
    [摘要](10) [HTML](0) [PDF 631.47 K](50)
    摘要:
    研究了在运用高频电压注入法进行初始位置判断时,高频电压信号的频率对估算器的影响。介绍了高频电压注入法估算转子初始位置的原理,推导了满足估算收敛的最小注入频率。通过理论和试验研究了注入频率对转子位置观测器估算精度及速度的影响,提出了注入频率合适的选取范围。试验证明,合理的截止频率与合适的注入频率能有效地平衡位置观测器的估算速度及精度。
    11  转子分段斜极对永磁伺服电机性能的影响
    王晓宇 孙宁 陈丽香
    2017, 44(8):59-64.
    [摘要](36) [HTML](0) [PDF 912.95 K](66)
    摘要:
    着重研究不同分段斜极段数对转矩波动和噪声的影响。通过Ansoft软件进行3D电磁场计算,并将3D场计算的气隙磁密进行矢量相加,利用Ansys软件将叠加后的平均气隙磁密进行2D声场计算,将分段斜极复杂的3D声场计算简单化,同时提出一种将转子分成两段斜极结构的简单工艺,并总结了满足该工艺的设计要求。通过试验验证,该仿真计算与试验基本一致,为该类电机设计计算提供参考。
    12  基于转子磁场定向矢量控制的感应电机改进磁链观测方法
    马会贤
    2017, 44(8):65-68.
    [摘要](12) [HTML](0) [PDF 558.41 K](45)
    摘要:
    传统的磁链观测方法通常采用低通滤波器取代电压模型的纯积分环节,由于其易于实现,较多应用于工程实践。但其忽略了直流偏置,并随之引入了相位偏差以及幅值上的误差。针对这一现象,提出改进磁链观测的方法,采用高通与低通滤波环节串联的方式,在此基础上推导出相对应的相位及幅值的偏差补偿策略,解决了直流偏置问题。最后通过仿真和试验对所述方法进行有效性和准确性的验证。
    13  磁极组合型无铁心永磁直驱风力发电机转子结构设计
    夏莉 戴爱瑜 申锋 赵朝会
    2017, 44(8):69-73.
    [摘要](16) [HTML](0) [PDF 795.94 K](49)
    摘要:
    Halbach阵列用在电机上有很多好处,但却造成成本上升,研究了一种适用于无铁心永磁直驱风力发电机的径向磁场磁极组合型Halbach阵列,阐述了该新型磁极的结构与优点。借助二维有限元分析方法,找到了利于实现Halbach阵列单边磁屏蔽能力磁极组合方式,并且优化了软磁材料的尺寸,确定了电机的极弧系数。与常规Halbach阵列相比,优化后的组合磁极型电机在保证一定气隙磁密的基础上,减少了永磁体用量,降低了电机成本。
    14  基于瞬时频率分析的笼型电机转子断条故障诊断
    贾朱植 杨理践 祝洪宇 张吉龙
    2017, 44(8):74-80.
    [摘要](10) [HTML](0) [PDF 953.98 K](45)
    摘要:
    电机电流信号特征分析方法诊断笼型电机转子断条故障时,诊断效果受制于电机运行状态的影响,甚至会发生误诊断。针对这一问题,提出基于瞬时频率分析的笼型电机转子断条故障诊断方法。首先对起动电流进行FIR低通滤波,以提取包含转子断条故障特征的单分量谐波信号,然后采用相位微分方法计算该信号的瞬时频率,并根据fs平面上的瞬时频率-滑差曲线判断故障发生与否。在3 kW电机试验平台上对所提出的方法进行验证,试验结果表明了所提方法的有效性。
    15  基于CWTHHT结合的永磁同步电机失磁故障诊断方法及其可行性分析
    魏海增 马宏忠 陈诚 刘勇业
    2017, 44(8):81-87.
    [摘要](10) [HTML](0) [PDF 928.78 K](45)
    摘要:
    永磁同步电机失磁故障是驱动电机故障中最为严重的故障之一。失磁故障意味着永磁同步电机的优势显著降低。提出了基于CWTHHT结合的永磁同步电机失磁故障诊断方法并对其可行性进行了分析。首先简要分析了永磁同步电机稳态运行特性、搭建电机故障试验平台,实时采集电机正常及失磁时的定子电流信号;然后通过信号分析得出:失磁故障下电流信号的EMD分解分量imf4的周期性较正常情况时变差,而且分量imf3所占比例较正常情况时变大;失磁故障下电流信号的HHT图中基波频带较正常情况能量分散了。因此,基于CWTHHT结合的故障诊断方法是可行的。
    16  用于故障穿越的飞轮储能双三相异步电机驱动控制研究
    罗小丽 陈意军 刘万太 李谟发
    2017, 44(8):88-94.
    [摘要](17) [HTML](0) [PDF 868.31 K](48)
    摘要:
    随着海上风电场的发展和高压直流输电技术的应用,风电场系统存在交流侧故障穿越的问题。针对这个问题,提出了一种用于故障穿越的基于模块化多电平变频器和双三相异步电机的飞轮储能系统,并设计了其驱动控制方案。飞轮储能系统采用了模块化多电平技术能方便地构建大功率高压变频器,并具备扩容能力。为了提高飞轮储能系统的可靠性,采用了双三相异步电机驱动,从而提高了冗余性。接着设计了能均衡各个模块电容电压的双三相异步电机驱动控制算法。最后,基于MATLAB/Simulink仿真平台建立了风电场和飞轮储能系统的仿真模型,进行了仿真计算。仿真结果验证了飞轮储能系统的功能和驱动控制策略的性能。
    17  四象限脉冲整流器IGBT开路故障检测
    韩红彬 丁丽娜
    2017, 44(8):95-98.
    [摘要](11) [HTML](0) [PDF 560.75 K](44)
    摘要:
    四象限脉冲整流器广泛应用于电力牵引传动系统。IGBT是脉冲整流器的核心器件,易发生故障,对其开路故障检测进行了研究。首先分析了脉冲整流器IGBT开路故障下的特征。然后用网侧电流平均值除以电流绝对值的平均值,设为检测变量,对各功率等级、各故障下的检测变量进行分析,总结出设置阈值的方法;最后通过硬件在环仿真验证了检测方法的有效性。
    18  基于信息融合的双馈风机定子匝间短路故障诊断
    李俊卿 李忠徽 仝宗义
    2017, 44(8):99-103.
    [摘要](11) [HTML](0) [PDF 660.61 K](49)
    摘要:
    双馈异步风力发电机在风力市场上所占据的比重越来越大,容量也逐年增大。由于其恶劣的工作环境,使得双馈电机故障频发,其中定、转子匝间短路故障占据很高的比例。根据多回路理论建立了双馈异步电机数学模型,分别模拟了正常情况下以及定子匝间短路时的情况,通过扩展派克矢量变换对定子端电流进行频谱分析和在失电残压的基础上对定子端电压展开分析,最终将得到的特征信息进行故障信息融合诊断。仿真结果表明,将信息融合方法用于电机故障诊断中,提高了其诊断的有效性和准确性。
    19  考虑条件风险价值的含多风电场电力系统经济调度
    王云静 王雅坤 郑磊 曲正伟
    2017, 44(8):104-111.
    [摘要](13) [HTML](0) [PDF 927.69 K](47)
    摘要:
    针对单一Copula函数在描述风速相关性时的限制性,通过引入mixCopula函数获取具有相关性的多维风速样本。引入条件风险价值理论,将风电功率的不确定性以经济性考量,建立了一种含多风电场的电力系统经济调度模型,协调经济性和安全性的问题。采用场景化理论对目标函数进行处理,使得计算得以简化。以含2个风电场的IEEE30节点系统为算例,分析风速相关性和置信水平对优化结果的影响,验证模型的合理性及有效性。
    20  基于IEC 61400121: 2017的风轮等效风速研究
    徐秉俊 何中一 袁野
    2017, 44(8):112-114, 119.
    [摘要](25) [HTML](0) [PDF 512.90 K](49)
    摘要:
    2017版风电机组功率特性测试标准与2005版功率测试标准的一大改变在于风速的定义,前者规定应基于风轮等效风速评估风机的功率特性。分析了新版标准中的风轮等效风速的定义,提出了计算叶尖低处区域面积和叶尖高处区域面积的简化算法,验证了两种风轮等效风速计算方法的有效性和可行性。
    21  拉伸对变频电机用漆包线耐电晕性能的影响
    李园园 黄慧洁 管兆杰 徐学敏 林毅栋
    2017, 44(8):115-119.
    [摘要](10) [HTML](0) [PDF 1.17 M](49)
    摘要:
    为了分析耐电晕漆包线在电机实际使用过程中的耐电晕性能,通过拉力试验机模拟耐电晕漆包线使用过程中的拉伸情况。首先通过拉力试验机对耐电晕漆包线进行拉伸,拉伸率分别为10%、15%。然后分别进行未拉伸漆包线、拉伸率10%及15%的耐电晕漆包线的击穿电压试验和耐电晕性能试验,并进行漆包线拉伸前后击穿电压和耐电晕寿命的比较。结果表明:拉伸率为10%、15%后漆包线击穿电压与未拉伸试样相比略有下降,拉伸15%后漆包线的击穿电压保留率超过85%。拉伸率为10%、15%的漆包线耐电晕性能与未拉伸试样比较有较明显的下降,拉伸率为15%的漆包线的耐电晕性能略差于拉伸率10%的漆包线,耐电晕漆包线拉伸率为10%时,其耐电晕性能保留率不足20%。

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