2023年第50卷第2期文章目次

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  • 1  油摩损耗对电潜泵用永磁电机流固耦合传热计算的影响
    董婷,陆万峰
    2023, 50(2):1-6,12. DOI: 10.12177/emca.2022.140
    [摘要](355) [HTML](0) [PDF 893.80 K](524)
    摘要:
    电潜泵用永磁电机工作在高温高压的特殊环境下,采用润滑油作为潜油电机的润滑和冷却物质,润滑油随着转子在气隙中运动。以往研究只考虑了转子油摩损耗,然而相比于空冷、水冷等冷却方式,油冷时,润滑油黏度较大的特性是不可忽略的因素。且电潜泵用电机转速较高,润滑油对定子侧产生的油摩损耗是否可以忽略及其对电机温升的影响需进一步探究。因此,以一台15 kW潜油永磁电机为例,推导出了定子油摩损耗近似解析式,提出了定子油摩损耗与转子油摩损耗的关系规律。基于计算流体力学和流固耦合传热理论,研究了气隙处流体流动特性,证明了定子油摩损耗近似解析式的准确性,得出了电机各部件温升分布,并分析了定子油摩损耗对电机的温升影响。
    2  笼条对磁阻转子电励磁同步电机性能影响
    蒋晓东,王秀平
    2023, 50(2):7-12. DOI: 10.12177/emca.2022.164
    [摘要](175) [HTML](0) [PDF 950.66 K](484)
    摘要:
    针对磁阻转子定子电励磁无刷同步电机(SEEBSM)起动较慢、带负载能力不强等问题,研究了在磁阻转子内添加笼条结构对电磁性能和温度的影响。阐述了带有笼条的磁阻转子结构的工作原理以及运行方式。采用有限元方法分别研究了磁阻转子有、无笼条与不同笼条组合形式对转速的影响,以及笼条对带负载能力的影响。建立了三维稳态温度场物理模型,分别对磁阻转子有、无笼条结构下的稳态温升进行了仿真研究。研究结果表明,磁阻转子带笼条结构可以大幅度提高电机的起动性能和带负载能力,负载运行时主要结构的稳态温升虽明显增大,但仍满足绝缘等级要求。
    3  地铁永磁牵引电机冷却风扇性能与气动噪声研究
    李奎,罗英露,彭俊
    2023, 50(2):13-19. DOI: 10.12177/emca.2022.169
    [摘要](270) [HTML](0) [PDF 1.07 M](478)
    摘要:
    根据自扇风冷型地铁永磁牵引电机对冷却效果和气动噪声抑制的平衡设计要求,对分别采用两款冷却风扇的某一地铁永磁牵引电机的冷却效果和气动噪声进行数值分析和试验研究。两款风扇的主要差别在风扇外径,风扇B的外径比风扇A小约23%。研究结果表明,与风扇A相比,风扇B在电机风道内引起的风量、静压和消耗功率分别降低29%、47.4%和53%。在电机额定运行工况下,流量降低使电机温升增加约9 K,其满足电机温升设计要求,而相应的气动噪声降低3.3 dB(A),具有良好的降噪效果。
    4  内置式永磁电机碳纤维护套转子强度及过盈量分析
    刘海龙,谢峰
    2023, 50(2):20-23,35. DOI: 10.12177/emca.2022.173
    [摘要](466) [HTML](0) [PDF 648.89 K](534)
    摘要:
    为解决内置式高速永磁电机在高速运行时的强度问题,对内置式永磁电机转子冲片结构和外部碳纤维绑扎带进行了综合设计研究。采用有限元方法,对冲片和碳纤维护套进行了整体刚度协调变形分析,重点考虑了碳纤维绑扎预紧力对初始绑扎状态和高速运行状态的不同影响。分析了初始过盈量及绑扎层厚度与静态及动态应力分布的关系,得出了动、静态下内置式永磁电机转子碳纤维护套强度与冲片强度的规律。
    5  基于场路耦合的永磁电机高频径向电磁力波分析
    杨顺吉,王天宝,炊军立,代颖,靳海水
    2023, 50(2):24-35. DOI: 10.12177/emca.2022.172
    [摘要](229) [HTML](0) [PDF 1.66 M](513)
    摘要:
    振动和噪声的大小是衡量家用变频空调压缩机品质的指标之一。针对家用变频空调压缩机出现的高频噪声问题,以一台6极9槽家用空调压缩机用永磁同步电机及其控制系统为研究对象,基于场路耦合法,对常规空间矢量脉宽调制(SVPWM)技术及其控制策略所引入的谐波电流成分与高频声振响应特性进行研究。首先通过解析法分析了永磁电机高频噪声源的产生机理。其次从原理上阐述了电流谐波对径向电磁力波的阶次特征与频率特性的影响。然后建立了永磁电机的场路耦合模型,详细分析了不同负载工况下高频径向电磁力波频率与开关频率的关系。最后采用声振特性试验进行了验证,结果表明:场路耦合模型可以考虑电机本体、控制策略以及开关频率等非线性因素引起的高频电流谐波影响,并得出了高频径向电磁力波频率与载波频率的关系式,为永磁电机的高频噪声预测以及减振降噪提供了参考。
    6  两种双边Halbach阵列永磁涡流制动特性对比研究
    温建民,罗成
    2023, 50(2):36-40,55. DOI: 10.12177/emca.2022.163
    [摘要](227) [HTML](0) [PDF 772.17 K](479)
    摘要:
    为克服单边永磁涡流制动法向力,提升制动性能,研究了两种双边Halbach阵列永磁涡流制动特性。利用电磁理论建立空间磁场方程,推导出两种系统各自的制动力解析表达式,并搭建相应的有限元模型验证其解析解的正确性。对比了两种双边Halbach阵列永磁涡流制动方案的制动力,得到低速段时方案1制动力接近方案2制动力的2倍。最后,分析了永磁体长度、高度、气隙、导体板电导率及厚度对方案1制动性能的影响。分析结果表明:为取得最大制动效率,永磁体长高比应为1.2;为避免产生影响系统稳定运行的法向力,上下部气隙应相等;导体板电导率变化不影响最大制动力,但其对应的速度会随其的增大而减小;导体板厚度的变化会同时改变最大制动力及其对应的速度。
    7  永磁同步电机并联法模型预测转矩控制
    李耀华,张鑫泉,董国庆,邓益志,李茂盟,童瑞齐,丁红,Rajibul Islam
    2023, 50(2):41-48. DOI: 10.12177/emca.2022.161
    [摘要](330) [HTML](0) [PDF 1.06 M](589)
    摘要:
    针对永磁同步电机(PMSM)模型预测转矩控制(MPTC)权重系数设计和调节的问题,采用并联法MPTC将多目标成本函数加权求和转换为单目标成本函数电压矢量集合求交集,从而消除权重系数。建立PMSM并联法MPTC,分析磁链控制电压矢量集合和转矩控制电压矢量集合中电压矢量个数对系统控制性能的影响。进一步建立考虑开关次数控制的并联法MPTC,并采用模糊控制器动态调节开关次数,控制电压矢量集合的电压矢量个数。仿真结果表明,PMSM并联法MPTC无需权重系数设计和调节。模糊并联法MPTC可根据系统实时运行状态动态调整控制目标集合电压矢量的个数,从而优化系统控制性能。
    8  基于KPCA-K-means-GRU的短期风电功率预测研究
    徐艳,周建勋,金鑫,王仕通,易灵芝
    2023, 50(2):49-55. DOI: 10.12177/emca.2022.171
    [摘要](192) [HTML](0) [PDF 1.03 M](477)
    摘要:
    风能间歇性和波动性的特点给电网的平稳运行造成了很大的挑战,导致电网企业限制风电并网,造成弃风行为。因此,实时有效地预测风力发电情况对风电开发和电网的平稳运行至关重要。在分析当前多种预测方法后,提出了基于核主成分分析K均值聚类-门控循环单元(KPCA-K-means-GRU)的短期风电功率预测模型。多维数据能够较好地还原实际物理状态,但过高维度的数据会带来维数灾难。因此,利用非线性的KPCA在保留高维数据信息的同时降低数据维度。随后借鉴负荷预测相似日思路,将降维后的数据通过K-means进行无监督聚类以建立不同的预测模型来提高预测精度。最后分别训练不同类别数据的GRU神经网络参数,进行分类预测以获得更合适的网络模型。
    9  基于负序故障附加网络模型识别的有源配电网保护
    韩笑,丁煜飞,夏寅宇,汪缪凡,齐沛锋
    2023, 50(2):56-60,66. DOI: 10.12177/emca.2022.165
    [摘要](159) [HTML](0) [PDF 691.34 K](486)
    摘要:
    目前,大量分布式电源与不可测负荷分支接入配电网,原有保护方案不能满足新型配电网需求。通过分析含不可测负荷分支的有源配电网的不对称故障特点,建立区内、外负序故障附加网络等值模型。分析所得等值模型,提取出被保护线路在区内、外故障下不同的模型表达,以此设计基于模型识别的保护判据,构造一种基于负序故障附加网络模型识别的保护方案。利用PSCAD仿真软件搭建10 kV有源配电网模型,对所提方案进行验证。结果表明所提方案能准确实现故障区域识别。
    10  基于K-means聚类算法的风电光伏光热互补发电机组调度方法
    郑舒,赵景涛,刘明祥
    2023, 50(2):61-66. DOI: 10.12177/emca.2022.159
    [摘要](299) [HTML](0) [PDF 963.98 K](454)
    摘要:
    针对光伏光热互补发电机组内部出力不均衡导致的运行不稳、效率低下问题,提出一种基于Kmeans聚类算法的风电光伏光热互补发电机组调度方法。考虑到光伏光热发电机组具有间歇性、波动性和随机性等特点,采用Kmeans聚类算法预先对需要调度的数据归类分析,建立光能和风能可能出现的四种组合情况的目标函数,求解函数值,将该值作为下一步调度约束的初始条件值。调度方法结合了功率平衡、蓄能平衡、光伏光热上爬坡及下爬坡事件,计算实时出力值及最佳调度出力值,求解二者差值实现高效调度。试验结果证明,所提方法有效完成了发电机组的电力负荷及功率调度,运行波动和低效问题均得到明显改善,对电站的稳定运行起到了重要作用。
    11  基于状态估计的海量多元异构智能电网数据压缩存储方法
    马兴明,董成,毛新宇,焦玉新,李浩
    2023, 50(2):67-72,81. DOI: 10.12177/emca.2022.160
    [摘要](239) [HTML](0) [PDF 948.45 K](523)
    摘要:
    海量多元异构智能电网数据未经处理就进行压缩与存储,存在压缩误差大、运行时间长的问题,影响压缩储存效果。因此,提出基于状态估计的海量多元异构智能电网数据压缩存储方法。融合海量多元异构智能电网数据,推导出准确的智能电网数据,通过Tucker分解智能电网大数据压缩方法,压缩海量多元异构智能电网数据。采用可扩展标记语言(XML)技术预处理数据,结合非关系型的数据库技术,实现海量多元异构智能电网数据的快速存储。试验结果表明,该方法的线路电阻、电抗动态参数估计准确性高,数据压缩平均绝对误差、F范数误差低,运行时间短,具有一定的实际应用性能。
    12  基于自适应PSO的微电网双向DC-DC变换器前馈自抗扰控制
    李浩东,肖伸平,余锦
    2023, 50(2):73-81. DOI: 10.12177/emca.2022.168
    [摘要](255) [HTML](0) [PDF 1.30 M](497)
    摘要:
    针对传统PI控制光储微电网系统双向DC-DC变换器存在的直流母线电压波动大、充放电有效性差、抗干扰能力弱等问题,设计了一种基于自适应粒子群优化(APSO)的双闭环控制策略。首先,建立双向DC-DC变换器的数学模型。其次,设计了包括电压环线性自抗扰控制(ADRC)、电流环PI控制的双闭环控制系统,并在电压环中加入前馈控制以增强控制系统的鲁棒性。然后,针对自抗扰控制器参数难以整定的问题,提出了一种基于APSO算法的参数优化系统,该算法引入了自适应惯性权重因子,使惯性权重在粒子群迭代过程中可以动态调整以获得更佳的寻优效果。最后,设计一种带罚函数的时间乘以误差绝对值积分(ITAE)指标作为适应度函数,实现了前馈线性自抗扰控制(FFLADRC)系统控制参数的自主寻优。MATLAB仿真结果表明,所提控制策略能够有效减小直流母线电压波动,提升储能系统的充放电性能,解决了线性自抗扰控制器参数整定问题。
    13  “双碳”背景下含高需求响应负荷的配电网状态估计算法
    朱嘉远
    2023, 50(2):82-90. DOI: 10.12177/emca.2022.167
    [摘要](142) [HTML](0) [PDF 1.43 M](476)
    摘要:
    在“双碳”背景下,需求响应负荷(DREL)作为一种灵活的电力资产逐渐主动参与到电网调度中,其通常根据分时电价(TOU)安排用电量,借此响应号召,创造新的经济增长点。DREL的能量分布不同于对价格不敏感的传统负荷,随着其渗透率的不断提升,这种差异可能会给配电系统状态估计(DSSE)带来新的挑战。因此,传统负荷的历史剖面不能准确描述DREL行为,从而影响DSSE结果以及其他与DSSE相关的操作。针对此问题,提出了一种基于DREL的DSSE在线伪测量生成算法,建立了用来表示DREL自调整行为的优化模型,并考虑了DREL的不确定性。最终,通过IEEE 123节点测试系统验证了所提算法的有效性。
    14  基于ACGAN和模型融合的电机轴承故障诊断方法
    李俊卿,胡晓东,耿继亚,马亚鹏
    2023, 50(2):91-96. DOI: 10.12177/emca.2022.157
    [摘要](322) [HTML](0) [PDF 1.06 M](465)
    摘要:
    电机轴承疲劳试验成本较高和故障数据不足导致利用机器学习等人工智能算法进行故障诊断时效果不佳。另外,单一模型对电机轴承故障诊断的准确率也较低。为解决这两个问题,提出了一种结合辅助分类器生成对抗网络(ACGAN)和模型融合的电机轴承故障诊断方法。首先将采集到的振动数据转换为二维灰度图,对每个灰度图添加标签后输入ACGAN模型,生成大量与原始数据高度拟合的新样本。然后将新样本与原始样本混合,经数据降维后输入由6个基学习器和1个元学习器融合而成的模型中。最后由融合模型输出诊断结果。试验证明,ACGAN和模型融合能有效提高电机轴承故障诊断的准确率。

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