2024年第51卷第1期文章目次
2024, 51(1):1-13.
DOI: 10.12177/emca.2023.165
摘要:
无位置传感器电机驱动器具有成本低、可靠性高、硬件电路简单以及维护要求少等优势，在学术界和工业应用中受到了越来越多的关注。对适用于零低速域、中高速域以及全速域三种运行范围的多种无位置传感器技术进行了综述。首先，分别对比分析了零低速域和中高速域下各种无位置传感器控制方法的优缺点。其次，梳理和总结了目前全速域运行的切换控制策略。最后，对永磁同步电机无位置控制技术的未来发展趋势进行了展望，并指出了后续研究的关键问题。
无位置传感器电机驱动器具有成本低、可靠性高、硬件电路简单以及维护要求少等优势，在学术界和工业应用中受到了越来越多的关注。对适用于零低速域、中高速域以及全速域三种运行范围的多种无位置传感器技术进行了综述。首先，分别对比分析了零低速域和中高速域下各种无位置传感器控制方法的优缺点。其次，梳理和总结了目前全速域运行的切换控制策略。最后，对永磁同步电机无位置控制技术的未来发展趋势进行了展望，并指出了后续研究的关键问题。
2024, 51(1):14-21.
DOI: 10.12177/emca.2023.161
摘要:
针对传统全阶滑模观测器在运行过程中系统抖振大及观测精度低的问题，提出了一种可控边界层的全阶滑模控制策略。引入归一化锁相环进行转速估计，避免参数变化对估计值的影响，使转子位置识别更加精确。利用Lyapunov方程证明了算法的稳定性。最后通过仿真和试验验证了改进型全阶滑模观测器无传感控制策略的可靠性和准确性。
针对传统全阶滑模观测器在运行过程中系统抖振大及观测精度低的问题，提出了一种可控边界层的全阶滑模控制策略。引入归一化锁相环进行转速估计，避免参数变化对估计值的影响，使转子位置识别更加精确。利用Lyapunov方程证明了算法的稳定性。最后通过仿真和试验验证了改进型全阶滑模观测器无传感控制策略的可靠性和准确性。
2024, 51(1):22-28.
DOI: 10.12177/emca.2023.163
摘要:
新型电力系统用户侧泛在资源分布零散、数量多、容量小以及随机性大的特点，给用户侧精细化碳排放计算造成了困难。为了准确衡量与评估电力系统中用户碳排放水平，首先通过潮流追踪方法分析了电力系统各节点潮流的来源，确定了各节点的间接碳排放责任；然后依照比例共享原则结合不同来源的碳排放强度得到了电力系统碳流分布情况；最后通过提出的负荷侧各项电力碳排放指标，评估了不同节点的清洁程度从而引导用户更多地使用清洁能源以降低自身碳排放。并采用实际电力系统数据进行算例验证，验证了所提方法的合理性与可用性。
新型电力系统用户侧泛在资源分布零散、数量多、容量小以及随机性大的特点，给用户侧精细化碳排放计算造成了困难。为了准确衡量与评估电力系统中用户碳排放水平，首先通过潮流追踪方法分析了电力系统各节点潮流的来源，确定了各节点的间接碳排放责任；然后依照比例共享原则结合不同来源的碳排放强度得到了电力系统碳流分布情况；最后通过提出的负荷侧各项电力碳排放指标，评估了不同节点的清洁程度从而引导用户更多地使用清洁能源以降低自身碳排放。并采用实际电力系统数据进行算例验证，验证了所提方法的合理性与可用性。
2024, 51(1):29-38.
DOI: 10.12177/emca.2023.162
摘要:
针对变压器绕组松动故障诊断中特征量难以选取，依赖人工经验的问题，提出了一种基于自动编码器降噪，格拉姆角场（GAF）和深度残差网络（ResNet）进行识别的变压器绕组松动诊断方法。该方法直接从GAF图像中自动学习有效的故障特征，不需要手动提取特征量。首先，将振动信号经过自动编码器进行降噪，获得信噪比更高的振动信号。然后，采用GAF方法将振动信号转化为二维图像，生成图像数据集，在此基础上训练ResNet，构建适用于变压器绕组松动故障分类识别的网络模型。最后，搭建变压器绕组松动故障试验平台，采集绕组在不同松动和试验电流下的振动信号并进行分析。试验结果表明，所提诊断方法对变压器绕组松动识别准确率达95%以上，能够有效识别松动相和松动程度，适用于变压器绕组松动故障的识别和诊断。
针对变压器绕组松动故障诊断中特征量难以选取，依赖人工经验的问题，提出了一种基于自动编码器降噪，格拉姆角场（GAF）和深度残差网络（ResNet）进行识别的变压器绕组松动诊断方法。该方法直接从GAF图像中自动学习有效的故障特征，不需要手动提取特征量。首先，将振动信号经过自动编码器进行降噪，获得信噪比更高的振动信号。然后，采用GAF方法将振动信号转化为二维图像，生成图像数据集，在此基础上训练ResNet，构建适用于变压器绕组松动故障分类识别的网络模型。最后，搭建变压器绕组松动故障试验平台，采集绕组在不同松动和试验电流下的振动信号并进行分析。试验结果表明，所提诊断方法对变压器绕组松动识别准确率达95%以上，能够有效识别松动相和松动程度，适用于变压器绕组松动故障的识别和诊断。
2024, 51(1):39-48.
DOI: 10.12177/emca.2023.157
摘要:
模态分析是研究电机振动噪声问题不可或缺的一环，以一台额定功率为1.98 kW的压缩机用永磁电机为例，分析了热应力和过盈应力对电机结构径向各阶模态固有频率的影响。首先分析了绕组以及建模对电机结构模态分析的影响；然后从理论上解析了电机过盈配合量的选取范围，通过热-结构耦合的有限元仿真对压缩机电机温升最高工况时铁心与机壳的热变形大小进行了分析，结合过盈量的选择范围从振动噪声抑制角度选取最佳过盈配合量；最后建立了压缩机预应力模态仿真模型，分析了热应力和过盈应力对压缩机模态固有频率的影响。考虑热应力和过盈应力效应，能够有效地精确计算整机模态，提高空调压缩机NVH性能评估的准确性。
模态分析是研究电机振动噪声问题不可或缺的一环，以一台额定功率为1.98 kW的压缩机用永磁电机为例，分析了热应力和过盈应力对电机结构径向各阶模态固有频率的影响。首先分析了绕组以及建模对电机结构模态分析的影响；然后从理论上解析了电机过盈配合量的选取范围，通过热-结构耦合的有限元仿真对压缩机电机温升最高工况时铁心与机壳的热变形大小进行了分析，结合过盈量的选择范围从振动噪声抑制角度选取最佳过盈配合量；最后建立了压缩机预应力模态仿真模型，分析了热应力和过盈应力对压缩机模态固有频率的影响。考虑热应力和过盈应力效应，能够有效地精确计算整机模态，提高空调压缩机NVH性能评估的准确性。
2024, 51(1):49-59.
DOI: 10.12177/emca.2023.170
摘要:
由基于线性换流器高压直流输电系统（LCC-HVDC）和基于电压源换流器高压直流输电系统（VSC-HVDC）共同构成的混合直流输电系统，其故障特性与传统直流输电系统不同。针对此问题，对混合直流输电系统中直流侧故障暂态电流特性进行了研究。首先建立了送端电网采用LCC型换流站、受端电网采用VSC型换流站的两端混合直流输电系统，利用拉普拉斯变换定理推导了直流侧故障时的等效电路，解析了LCC侧和VSC侧直流故障电流简易表达式。其次，在简易表达式的基础上，充分考虑送端LCC侧换流站的触发角动态变化过程和受端VSC侧换流站交流电流的馈入，进一步解析了两侧精确的故障电流表达式。然后，从故障电流幅值、谐波等方面对比分析了三种高压直流系统中直流侧故障电流的变化特征。最后，通过MATLAB/Simulink仿真验证了所提故障电流解析表达式的正确性。
由基于线性换流器高压直流输电系统（LCC-HVDC）和基于电压源换流器高压直流输电系统（VSC-HVDC）共同构成的混合直流输电系统，其故障特性与传统直流输电系统不同。针对此问题，对混合直流输电系统中直流侧故障暂态电流特性进行了研究。首先建立了送端电网采用LCC型换流站、受端电网采用VSC型换流站的两端混合直流输电系统，利用拉普拉斯变换定理推导了直流侧故障时的等效电路，解析了LCC侧和VSC侧直流故障电流简易表达式。其次，在简易表达式的基础上，充分考虑送端LCC侧换流站的触发角动态变化过程和受端VSC侧换流站交流电流的馈入，进一步解析了两侧精确的故障电流表达式。然后，从故障电流幅值、谐波等方面对比分析了三种高压直流系统中直流侧故障电流的变化特征。最后，通过MATLAB/Simulink仿真验证了所提故障电流解析表达式的正确性。
2024, 51(1):60-76.
DOI: 10.12177/emca.2023.155
摘要:
随着绿色航空的发展和新能源技术的不断进步，电动飞机也得到了快速发展。作为电动飞机的核心，电推进系统也受到越来越多的关注。永磁同步电机（PMSM）凭借其功率密度大、效率高等优势成为电动飞机电推进系统的理想解决方案。由于不依赖位置传感器，永磁同步电机无传感器控制技术能够更好地满足电动飞机对高空复杂环境下高可靠性的要求。首先,对当前电动飞机推进用永磁同步电机无位置传感器控制的主要方法进行了总结和比较。其次,针对转子起始位置检测、低速起动以及中高速运行中的关键技术和难点进行了分析。最后,对目前研究中存在的问题进行了归纳，并对未来的发展进行了展望。
随着绿色航空的发展和新能源技术的不断进步，电动飞机也得到了快速发展。作为电动飞机的核心，电推进系统也受到越来越多的关注。永磁同步电机（PMSM）凭借其功率密度大、效率高等优势成为电动飞机电推进系统的理想解决方案。由于不依赖位置传感器，永磁同步电机无传感器控制技术能够更好地满足电动飞机对高空复杂环境下高可靠性的要求。首先,对当前电动飞机推进用永磁同步电机无位置传感器控制的主要方法进行了总结和比较。其次,针对转子起始位置检测、低速起动以及中高速运行中的关键技术和难点进行了分析。最后,对目前研究中存在的问题进行了归纳，并对未来的发展进行了展望。
2024, 51(1):77-86.
DOI: 10.12177/emca.2023.166
摘要:
模块化多电平换流器（MMC）由于电容电压的波动会产生环流在相间流动，环流会增加能量损耗并对子模块中的绝缘栅双极晶体管（IGBTs）产生不良的影响。为抑制环流，基于环流的动态数学模型设计了一种能产生反向二倍频分量的比例控制器。针对环流中的高次谐波对传统的准谐振控制器进行了改进。对所提策略进行了仿真验证，仿真结果表明比例控制策略仅经过0.2 s后快速达到稳态抑制环流，改进后的准谐振控制策略相比于改进前THD值优化了3.56%，进一步降低了高频谐波分量，验证了所提策略的可靠性。
模块化多电平换流器（MMC）由于电容电压的波动会产生环流在相间流动，环流会增加能量损耗并对子模块中的绝缘栅双极晶体管（IGBTs）产生不良的影响。为抑制环流，基于环流的动态数学模型设计了一种能产生反向二倍频分量的比例控制器。针对环流中的高次谐波对传统的准谐振控制器进行了改进。对所提策略进行了仿真验证，仿真结果表明比例控制策略仅经过0.2 s后快速达到稳态抑制环流，改进后的准谐振控制策略相比于改进前THD值优化了3.56%，进一步降低了高频谐波分量，验证了所提策略的可靠性。
2024, 51(1):87-96.
DOI: 10.12177/emca.2023.171
摘要:
针对永磁同步电机模型预测电流控制中计算量大和电流波动问题，提出了一种低复杂度双矢量模型预测电压控制策略。该方法无需遍历所有的电压矢量，仅通过代价函数预测和评估三个不相邻的有效电压矢量，根据三个代价函数值的关系，即可精确快速地确定两个相邻最优有效电压矢量。最优有效的电压矢量选择可以减少预测计算量，同时引入dq轴电压差作用时间计算方法，计算最优有效电压矢量作用时间，以降低计算量。仿真结果表明，相较于占空比策略和传统双矢量模型预测电流控制策略，所提控制策略在保证系统稳态和动态性能的基础上，降低了计算复杂度和电流波动，改善了转矩脉动。
针对永磁同步电机模型预测电流控制中计算量大和电流波动问题，提出了一种低复杂度双矢量模型预测电压控制策略。该方法无需遍历所有的电压矢量，仅通过代价函数预测和评估三个不相邻的有效电压矢量，根据三个代价函数值的关系，即可精确快速地确定两个相邻最优有效电压矢量。最优有效的电压矢量选择可以减少预测计算量，同时引入dq轴电压差作用时间计算方法，计算最优有效电压矢量作用时间，以降低计算量。仿真结果表明，相较于占空比策略和传统双矢量模型预测电流控制策略，所提控制策略在保证系统稳态和动态性能的基础上，降低了计算复杂度和电流波动，改善了转矩脉动。
2024, 51(1):97-105.
DOI: 10.12177/emca.2023.158
摘要:
针对传统花授粉算法辨识永磁同步电机参数迭代后期易陷入局部最优导致收敛速度慢和寻优精度低的缺陷，提出了一种基于t-分布扰动和高斯扰动的改进花授粉算法（tGFPA），以实现永磁同步电机参数的高精度辨识。首先利用混沌Logistic映射对花朵个体位置进行初始化，然后在全局授粉过程中引入t-分布扰动，提高搜索空间的多样性。在局部授粉过程中加入高斯扰动，增强跳出局部最优解的能力。最后，对比仿真结果表明：基于双扰动策略的改进花授粉算法收敛速度更快、辨识精度更高，对于永磁同步电机控制性能改善具有重要意义。
针对传统花授粉算法辨识永磁同步电机参数迭代后期易陷入局部最优导致收敛速度慢和寻优精度低的缺陷，提出了一种基于t-分布扰动和高斯扰动的改进花授粉算法（tGFPA），以实现永磁同步电机参数的高精度辨识。首先利用混沌Logistic映射对花朵个体位置进行初始化，然后在全局授粉过程中引入t-分布扰动，提高搜索空间的多样性。在局部授粉过程中加入高斯扰动，增强跳出局部最优解的能力。最后，对比仿真结果表明：基于双扰动策略的改进花授粉算法收敛速度更快、辨识精度更高，对于永磁同步电机控制性能改善具有重要意义。
2024, 51(1):106-116.
DOI: 10.12177/emca.2023.169
摘要:
针对集合经验模态分解（EEMD）用于双馈风电场送出线路行波故障定位中行波检测精度不高，存在模态混叠、抗噪能力弱及故障定位实时性不好等问题，提出了一种基于快速集合经验模态分解（FEEMD）与改进Teager能量算子（NTEO）结合的行波故障定位方法。该方法利用FEEMD对故障电流行波信号进行分解，分解为平稳的固有模态分量和残差分量，消除噪声成分，保留信号的完整性；然后采用NTEO算法对分解的高频信号再次去噪，增强故障行波突变特征，精确标定行波波头。仿真结果表明，所提方法能够快速将故障行波波头精确标定，且去噪效果好，与FEEMD-TEO、EEMD-NTEO行波检测方法相比，提高了故障定位的精度和速度。
针对集合经验模态分解（EEMD）用于双馈风电场送出线路行波故障定位中行波检测精度不高，存在模态混叠、抗噪能力弱及故障定位实时性不好等问题，提出了一种基于快速集合经验模态分解（FEEMD）与改进Teager能量算子（NTEO）结合的行波故障定位方法。该方法利用FEEMD对故障电流行波信号进行分解，分解为平稳的固有模态分量和残差分量，消除噪声成分，保留信号的完整性；然后采用NTEO算法对分解的高频信号再次去噪，增强故障行波突变特征，精确标定行波波头。仿真结果表明，所提方法能够快速将故障行波波头精确标定，且去噪效果好，与FEEMD-TEO、EEMD-NTEO行波检测方法相比，提高了故障定位的精度和速度。
2024, 51(1):117-125.
DOI: 10.12177/emca.2023.167
摘要:
以单相级联H桥整流器为研究对象，对其控制策略进行了研究。首先在采用双闭环控制策略的基础上，构建了dq前馈解耦模型，并通过二阶广义积分算法改善了虚拟交流分量对系统的影响，实现了网侧电流对电压相位、频率的快速精确追踪。其次，对传统电压平衡控制算法进行了改进，通过对功率平衡关系的定义，将输出电压平方作为控制信号，增强了系统自适应能力，提高了系统在投切载时的动态性能。最后，基于MATLAB/Simulink软件进行仿真，验证了所提策略的正确性和有效性。
以单相级联H桥整流器为研究对象，对其控制策略进行了研究。首先在采用双闭环控制策略的基础上，构建了dq前馈解耦模型，并通过二阶广义积分算法改善了虚拟交流分量对系统的影响，实现了网侧电流对电压相位、频率的快速精确追踪。其次，对传统电压平衡控制算法进行了改进，通过对功率平衡关系的定义，将输出电压平方作为控制信号，增强了系统自适应能力，提高了系统在投切载时的动态性能。最后，基于MATLAB/Simulink软件进行仿真，验证了所提策略的正确性和有效性。
《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
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