2022年第49卷第12期文章目次
2022, 49(12):1-6.
DOI: 10.12177/emca.2022.128
摘要:
针对传统控制策略不能将永磁同步电机（PMSM）完全解耦的问题，介绍了一种以反馈线性化解耦为基础的新型滑模控制方法。首先运用微分运算和反馈线性化原理,把PMSM控制系统划分成两个相互独立的线性子系统，即转速子系统和电流子系统。其次考虑到系统鲁棒性差的问题，提出加入终端吸引子模型的新型滑模控制器。最后仿真结果表明，采用上述两种方法相结合的控制策略，可以提升系统控制精度、快速性和鲁棒性。
针对传统控制策略不能将永磁同步电机（PMSM）完全解耦的问题，介绍了一种以反馈线性化解耦为基础的新型滑模控制方法。首先运用微分运算和反馈线性化原理,把PMSM控制系统划分成两个相互独立的线性子系统，即转速子系统和电流子系统。其次考虑到系统鲁棒性差的问题，提出加入终端吸引子模型的新型滑模控制器。最后仿真结果表明，采用上述两种方法相结合的控制策略，可以提升系统控制精度、快速性和鲁棒性。
2022, 49(12):7-12.
DOI: 10.12177/emca.2022.127
摘要:
针对永磁同步电机模型预测转矩控制权重系数设计和调节的问题，采用标幺化成本函数将控制目标转换为无量纲的变量，从而消除权重系数，仿真验证其有效性。研究指出标幺化成本函数统一控制目标的变化范围，仅适用于所有控制目标重要性基本相同的领域，并且计算量大，算法实时性降低。
针对永磁同步电机模型预测转矩控制权重系数设计和调节的问题，采用标幺化成本函数将控制目标转换为无量纲的变量，从而消除权重系数，仿真验证其有效性。研究指出标幺化成本函数统一控制目标的变化范围，仅适用于所有控制目标重要性基本相同的领域，并且计算量大，算法实时性降低。
2022, 49(12):13-20.
DOI: 10.12177/emca.2022.133
摘要:
传统永磁同步电机（PMSM）模型预测电流控制（MPCC）的稳态控制性能与开关频率之间存在矛盾问题，因此在传统MPCC的基础上，提出了一种改进措施。通过将一个电压矢量的电流预测轨迹推广到两个控制周期，并采用不同时刻的电流预测值构建新的成本函数，来评估两个周期内的最优电压矢量，使相邻周期最优电压矢量尽量相同，从而降低逆变器的开关频率。仿真结果表明，相比于传统MPCC，所提方法在相同的控制频率下，可以有效降低开关频率。此外，在开关频率近似相等的情况下，所提方法可以有效改善电流控制性能。
传统永磁同步电机（PMSM）模型预测电流控制（MPCC）的稳态控制性能与开关频率之间存在矛盾问题，因此在传统MPCC的基础上，提出了一种改进措施。通过将一个电压矢量的电流预测轨迹推广到两个控制周期，并采用不同时刻的电流预测值构建新的成本函数，来评估两个周期内的最优电压矢量，使相邻周期最优电压矢量尽量相同，从而降低逆变器的开关频率。仿真结果表明，相比于传统MPCC，所提方法在相同的控制频率下，可以有效降低开关频率。此外，在开关频率近似相等的情况下，所提方法可以有效改善电流控制性能。
2022, 49(12):21-27.
DOI: 10.12177/emca.2022.129
摘要:
针对恒速运行模式下长距离带式输送机运输系统长期处于“大马拉小车”状态以及多驱动电机控制结构复杂、速度同步性能差等问题，提出电机集群单元化控制和基于自抗扰控制的变速节能控制策略。在电机集群单元化控制结构下进行了并行、偏差耦合控制性能对比试验。建立长距离带式输送机功耗模型，根据提出的变速节能控制策略，基于PI和自抗扰控制搭建仿真模型并进行性能对比分析。结果表明，在变速节能控制策略中，自抗扰控制比PI控制精度高、抗干扰性好。
针对恒速运行模式下长距离带式输送机运输系统长期处于“大马拉小车”状态以及多驱动电机控制结构复杂、速度同步性能差等问题，提出电机集群单元化控制和基于自抗扰控制的变速节能控制策略。在电机集群单元化控制结构下进行了并行、偏差耦合控制性能对比试验。建立长距离带式输送机功耗模型，根据提出的变速节能控制策略，基于PI和自抗扰控制搭建仿真模型并进行性能对比分析。结果表明，在变速节能控制策略中，自抗扰控制比PI控制精度高、抗干扰性好。
2022, 49(12):28-33.
DOI: 10.12177/emca.2022.131
摘要:
针对北方地区传统冬季供暖系统是一个非线性的系统且存在供暖反馈滞后的问题，引入一套新型控制系统。结合目前分户供暖现状，设计了一套基于改进PID的供暖阀门直流电机控制系统。通过遗传算法对电机控制系统的PID参数进行整定，得到在不同角度下的最优控制曲线并将其应用到实际系统中。同时利用远距离无线电(LoRa)建立用户插座与供暖阀门之间的信息传递，并通过485总线将二者温度、角度等信息发送给供热公司实现监测与控制。与传统控制方法相比，所提控制方法可以提高系统的工作性能与效率。
针对北方地区传统冬季供暖系统是一个非线性的系统且存在供暖反馈滞后的问题，引入一套新型控制系统。结合目前分户供暖现状，设计了一套基于改进PID的供暖阀门直流电机控制系统。通过遗传算法对电机控制系统的PID参数进行整定，得到在不同角度下的最优控制曲线并将其应用到实际系统中。同时利用远距离无线电(LoRa)建立用户插座与供暖阀门之间的信息传递，并通过485总线将二者温度、角度等信息发送给供热公司实现监测与控制。与传统控制方法相比，所提控制方法可以提高系统的工作性能与效率。
2022, 49(12):34-40,59.
DOI: 10.12177/emca.2022.108
摘要:
电动汽车与光伏发电系统大规模接入配电网使其内部的单相电源增加，负荷加重，加剧了单相运行问题。为保证电网供电质量，大量可调节单、三相补偿调节设备在电网中得到应用，因此对三相不平衡配电网最优潮流展开研究。对配电网三相不平衡条件下的最优潮流进行求解分析，建立了以有功损耗最小为优化目标的多时段配电网最优潮流模型。通过二阶锥规划将非凸非线性最优潮流模型变换为线性模型，在不损失精确度的情况下，降低求解难度，提高了求解效率。采用Pyomo建模工具以及Gurobi算法包对所建模型求解，并分析了潮流误差，验证了该方法的可行性与有效性。
电动汽车与光伏发电系统大规模接入配电网使其内部的单相电源增加，负荷加重，加剧了单相运行问题。为保证电网供电质量，大量可调节单、三相补偿调节设备在电网中得到应用，因此对三相不平衡配电网最优潮流展开研究。对配电网三相不平衡条件下的最优潮流进行求解分析，建立了以有功损耗最小为优化目标的多时段配电网最优潮流模型。通过二阶锥规划将非凸非线性最优潮流模型变换为线性模型，在不损失精确度的情况下，降低求解难度，提高了求解效率。采用Pyomo建模工具以及Gurobi算法包对所建模型求解，并分析了潮流误差，验证了该方法的可行性与有效性。
2022, 49(12):41-46,80.
DOI: 10.12177/emca.2022.137
摘要:
高压交联电缆线路承担的高电压、大容量电力输送任务存在复杂性。针对线路振荡波局部放电检测准确度较差，难以进行缺陷定位的问题，提出基于长短期记忆（LSTM）网络算法的高压交联电缆线路振荡波局部放电检测方法。应用振荡波电压法搭建高压交联电缆线路振荡波局部放电检测框架。基于小波包分解算法，提取典型局部放电信号特征，通过LSTM网络算法识别与检测振荡波局部放电信号，消除局部放电信号中的噪声。根据原始振荡波与反射振荡波到达测试端的时间差，结合振荡波传播速度，确定高压交联电缆线路缺陷位置，实现电缆线路振荡波的局部放电检测。试验结果表明，所提方法的局部放电信号识别准确度更高，电缆线路缺陷定位更精准，实际应用性能较佳。
高压交联电缆线路承担的高电压、大容量电力输送任务存在复杂性。针对线路振荡波局部放电检测准确度较差，难以进行缺陷定位的问题，提出基于长短期记忆（LSTM）网络算法的高压交联电缆线路振荡波局部放电检测方法。应用振荡波电压法搭建高压交联电缆线路振荡波局部放电检测框架。基于小波包分解算法，提取典型局部放电信号特征，通过LSTM网络算法识别与检测振荡波局部放电信号，消除局部放电信号中的噪声。根据原始振荡波与反射振荡波到达测试端的时间差，结合振荡波传播速度，确定高压交联电缆线路缺陷位置，实现电缆线路振荡波的局部放电检测。试验结果表明，所提方法的局部放电信号识别准确度更高，电缆线路缺陷定位更精准，实际应用性能较佳。
2022, 49(12):47-52,80.
DOI: 10.12177/emca.2022.139
摘要:
为保证分布式光伏台区稳定运行，精准有效地划分台区线损数据，提出基于K-Medoids聚类的分布式光伏线损异常感知算法，精准判断分布式台区线损异常程度。采用局部异常因子（LOF）算法判断分布式光伏台区数据局部异常程度，并筛选和去除受孤立点影响产生的异常线损数据。采取K-Medoids聚类方法聚类分析筛选后的分布式光伏台区数据，将异常线损率区间结合异常线损数据的聚类中心和欧式距离，完成台区线损异常感知。并创新性地引入粒度计算优化K-Medoids聚类算法聚类中心，提升异常数据感知效果。试验结果表明，所提算法可有效避免孤立点对异常感知效果的影响，精准有效地感知分布式光伏台区线损异常，并清晰划分台区线损数据类别。
为保证分布式光伏台区稳定运行，精准有效地划分台区线损数据，提出基于K-Medoids聚类的分布式光伏线损异常感知算法，精准判断分布式台区线损异常程度。采用局部异常因子（LOF）算法判断分布式光伏台区数据局部异常程度，并筛选和去除受孤立点影响产生的异常线损数据。采取K-Medoids聚类方法聚类分析筛选后的分布式光伏台区数据，将异常线损率区间结合异常线损数据的聚类中心和欧式距离，完成台区线损异常感知。并创新性地引入粒度计算优化K-Medoids聚类算法聚类中心，提升异常数据感知效果。试验结果表明，所提算法可有效避免孤立点对异常感知效果的影响，精准有效地感知分布式光伏台区线损异常，并清晰划分台区线损数据类别。
2022, 49(12):53-59.
DOI: 10.12177/emca.2022.138
摘要:
永磁辅助同步磁阻电动机（PMaSRM）内同时存在永磁转矩和磁阻转矩。不同转矩分量的占比大小和转矩脉动大小是评价电机电磁结构设计合理性的重要指标。以一台3 kW的PMaSRM为研究对象，在考虑磁路饱和与d、q轴交叉耦合因素的影响下，采用冻结磁导率法进行了电机的转矩分离和转矩脉动分离。基于转矩分量和转矩脉动分量的分离结果，以降低负载齿槽转矩为目标，进行了电机转子结构的优化设计，为PMaSRM的设计提供了参考。
永磁辅助同步磁阻电动机（PMaSRM）内同时存在永磁转矩和磁阻转矩。不同转矩分量的占比大小和转矩脉动大小是评价电机电磁结构设计合理性的重要指标。以一台3 kW的PMaSRM为研究对象，在考虑磁路饱和与d、q轴交叉耦合因素的影响下，采用冻结磁导率法进行了电机的转矩分离和转矩脉动分离。基于转矩分量和转矩脉动分量的分离结果，以降低负载齿槽转矩为目标，进行了电机转子结构的优化设计，为PMaSRM的设计提供了参考。
2022, 49(12):60-66，73.
DOI: 10.12177/emca.2022.135
摘要:
针对混合励磁磁通切换直线磁悬浮电动机(HEFSLMSM)的特殊结构，深入分析不同工况下的温升特性。研究HEFSLMSM的结构及其运行原理，建立三维稳态温度场数学模型和边界条件方程。考虑电动机各部分热交换的情况，确定各材料的导热系数以及电动机不同部分的对流换热系数。通过有限元方法计算电动机的铜耗与铁耗，并求出相应的生成热。在有限元软件中计算出自然散热情况下空载及负载时的温度变化。在原模型的基础上进行冷却系统的设计，分别计算安装冷却装置后不同工况下的温度场分布。通过自然风冷和强制水冷条件下的温度对比，证明了冷却装置设置的合理性和可行性。
针对混合励磁磁通切换直线磁悬浮电动机(HEFSLMSM)的特殊结构，深入分析不同工况下的温升特性。研究HEFSLMSM的结构及其运行原理，建立三维稳态温度场数学模型和边界条件方程。考虑电动机各部分热交换的情况，确定各材料的导热系数以及电动机不同部分的对流换热系数。通过有限元方法计算电动机的铜耗与铁耗，并求出相应的生成热。在有限元软件中计算出自然散热情况下空载及负载时的温度变化。在原模型的基础上进行冷却系统的设计，分别计算安装冷却装置后不同工况下的温度场分布。通过自然风冷和强制水冷条件下的温度对比，证明了冷却装置设置的合理性和可行性。
2022, 49(12):67-73.
DOI: 10.12177/emca.2022.136
摘要:
适用于系列化中国标准地铁列车的永磁牵引系统是新一代轨道交通牵引系统的发展方向。永磁同步电机（PMSM）转子初始位置决定了起动转矩的大小、磁极极性决定了起动转矩的方向。因此转子初始位置辨识的准确性关系到电机能否稳定起动并顺利加速。在分析PMSM数学模型的基础上，采用高频方波电压注入算法获得转子的初次估计位置。然后分别在估计的d轴中注入正、反向电压窄脉冲，通过比较d轴正、反向响应电流幅值大小来判断此时定位的磁极为N极还是S极。如果定位的磁极是S极，则需要对初次估计位置进行补偿，使其定位在N极。Simulink仿真及试验结果表明：电机实际初始位置不同时，该算法均能辨识出正确的转子位置，最大辨识误差为0.052 4 rad，平均误差为0.016 1 rad。
适用于系列化中国标准地铁列车的永磁牵引系统是新一代轨道交通牵引系统的发展方向。永磁同步电机（PMSM）转子初始位置决定了起动转矩的大小、磁极极性决定了起动转矩的方向。因此转子初始位置辨识的准确性关系到电机能否稳定起动并顺利加速。在分析PMSM数学模型的基础上，采用高频方波电压注入算法获得转子的初次估计位置。然后分别在估计的d轴中注入正、反向电压窄脉冲，通过比较d轴正、反向响应电流幅值大小来判断此时定位的磁极为N极还是S极。如果定位的磁极是S极，则需要对初次估计位置进行补偿，使其定位在N极。Simulink仿真及试验结果表明：电机实际初始位置不同时，该算法均能辨识出正确的转子位置，最大辨识误差为0.052 4 rad，平均误差为0.016 1 rad。
2022, 49(12):74-80.
DOI: 10.12177/emca.2022.132
摘要:
电动汽车的规模化发展及其充电设施的持续性建设严重威胁电力系统的稳定性，但是目前尚缺简便有效的电动车保有量和负荷预测方法。因此，建立基于综合预测的电动汽车保有量预测模型，应用灰色预测、反向传播（BP）神经网络以及长短时记忆（LSTM）网络3种预测模型对电动汽车保有量进行预测，获得单预测模型的预测结果，并利用熵权法对单预测模型预测结果分配权重，计算得到综合预测结果。建立基于蒙特卡洛算法的电动汽车负荷预测模型，在保有量预测的基础上，模拟电动汽车电池特征参数和用户出行习惯，对电动汽车无序充电行为进行预测，形成电动汽车日负荷曲线。最后，以某市电动汽车保有量及充电负荷数据验证所提模型的有效性。算例分析表明，所提综合预测模型比单预测模型具有更高的预测精度，负荷预测结果表明规模化电动汽车并网将给电力系统带来新的挑战。
电动汽车的规模化发展及其充电设施的持续性建设严重威胁电力系统的稳定性，但是目前尚缺简便有效的电动车保有量和负荷预测方法。因此，建立基于综合预测的电动汽车保有量预测模型，应用灰色预测、反向传播（BP）神经网络以及长短时记忆（LSTM）网络3种预测模型对电动汽车保有量进行预测，获得单预测模型的预测结果，并利用熵权法对单预测模型预测结果分配权重，计算得到综合预测结果。建立基于蒙特卡洛算法的电动汽车负荷预测模型，在保有量预测的基础上，模拟电动汽车电池特征参数和用户出行习惯，对电动汽车无序充电行为进行预测，形成电动汽车日负荷曲线。最后，以某市电动汽车保有量及充电负荷数据验证所提模型的有效性。算例分析表明，所提综合预测模型比单预测模型具有更高的预测精度，负荷预测结果表明规模化电动汽车并网将给电力系统带来新的挑战。
《电机与控制应用》
月刊，1959年创刊
- 主管单位：上海市经济和信息化委员会
- 主办单位：上海电器科学研究所（集团）有限公司
- 刊号：ISSN 1673-6540
- CN 31-1959/TM
- 地址：上海市武宁路505号
- 邮编：200063
- 电话：021-62574990-574/462（编辑部），021-62574990-416（广告部）
- 电子邮箱：eec@seari.com.cn （编辑部），wangzm@seari.com.cn（广告部）
- 网址：http://www.motor-abc.cn/djykzyy/home
- 邮发代号：4-199
- 国内定价：15元/册
- 影响因子：0.752
