2024年第51卷第8期文章目次
2024, 51(8):1-11.
DOI: 10.12177/emca.2024.081
摘要:
作为新型电力系统的重要组成部分，多微网的能量交互共享有利于可再生能源的消纳和多主体运行效益的提升。针对多微网的源荷不确定性及数据隐私问题，提出一种基于能量共享的多微网协同优化调度方法。首先，构建基于多主体交互框架的共享储能和微网经济调度模型；然后，通过深度强化学习方法和数学启发式方法，实现共享储能的充放电功率定价策略和多微网的经济调度决策；最后，仿真数据分析表明所提协同优化调度方法能够快速应对源荷随机变化，同时有效降低了多微网运行成本。
作为新型电力系统的重要组成部分，多微网的能量交互共享有利于可再生能源的消纳和多主体运行效益的提升。针对多微网的源荷不确定性及数据隐私问题，提出一种基于能量共享的多微网协同优化调度方法。首先，构建基于多主体交互框架的共享储能和微网经济调度模型；然后，通过深度强化学习方法和数学启发式方法，实现共享储能的充放电功率定价策略和多微网的经济调度决策；最后，仿真数据分析表明所提协同优化调度方法能够快速应对源荷随机变化，同时有效降低了多微网运行成本。
2024, 51(8):12-19.
DOI: 10.12177/emca.2024.067
摘要:
针对新能源电力电子并网方式的弱支撑性造成的高比例新能源电网稳定性下降等问题，提出了同步电动机-发电机对(MGP)的并网技术，使得新能源机组以真实的同步机接口并网，并能主动为电网提供频率和电压支撑。尽管目前针对MGP已进行了一些理论和试验研究，但仍缺乏现场运行经验和成套装置。针对MGP系统接入实际微电网的运行问题，基于一个实际的MGP开发应用案例，针对特定的微网结构和运行模式，研究了MGP接入该微电网的协调运行方式和硬件装置，提出了MGP系统在微网中的协调控制方法，实现了对MGP传输功率的控制和稳定并网运行。此外，还开发了一套额定容量为10 kW的一体化MGP并网装置，通过试验验证了所研发的MGP并网装置的可行性。
针对新能源电力电子并网方式的弱支撑性造成的高比例新能源电网稳定性下降等问题，提出了同步电动机-发电机对(MGP)的并网技术，使得新能源机组以真实的同步机接口并网，并能主动为电网提供频率和电压支撑。尽管目前针对MGP已进行了一些理论和试验研究，但仍缺乏现场运行经验和成套装置。针对MGP系统接入实际微电网的运行问题，基于一个实际的MGP开发应用案例，针对特定的微网结构和运行模式，研究了MGP接入该微电网的协调运行方式和硬件装置，提出了MGP系统在微网中的协调控制方法，实现了对MGP传输功率的控制和稳定并网运行。此外，还开发了一套额定容量为10 kW的一体化MGP并网装置，通过试验验证了所研发的MGP并网装置的可行性。
2024, 51(8):20-29.
DOI: 10.12177/emca.2024.069
摘要:
在基于扩展卡尔曼滤波(EKF)法的内置式永磁同步电机无位置传感器控制系统中，电机转速和转子位置的准确估计十分重要。针对相电流增益误差导致的转速和转子位置估计精度下降的问题，提出一种位置估计误差补偿方法。首先，理论推导得出，在扩展卡尔曼滤波器估算过程中，相电流增益误差会使估计转速及转子位置以二倍工频的频率振荡。其次，设计了一种新型结构扩展卡尔曼滤波观测器，即在传统扩展卡尔曼滤波观测器的基础上增加增益误差系数求解环节，以此来降低相电流增益误差引起的估计转速及转子位置的脉动，提高了估计精度。最后，仿真和试验验证了所提补偿方法的可行性。
在基于扩展卡尔曼滤波(EKF)法的内置式永磁同步电机无位置传感器控制系统中，电机转速和转子位置的准确估计十分重要。针对相电流增益误差导致的转速和转子位置估计精度下降的问题，提出一种位置估计误差补偿方法。首先，理论推导得出，在扩展卡尔曼滤波器估算过程中，相电流增益误差会使估计转速及转子位置以二倍工频的频率振荡。其次，设计了一种新型结构扩展卡尔曼滤波观测器，即在传统扩展卡尔曼滤波观测器的基础上增加增益误差系数求解环节，以此来降低相电流增益误差引起的估计转速及转子位置的脉动，提高了估计精度。最后，仿真和试验验证了所提补偿方法的可行性。
2024, 51(8):30-38.
DOI: 10.12177/emca.2024.077
摘要:
锂离子电池内短路（ISC）是引发热失控事故的主要原因，ISC故障的早期识别对于降低火灾或爆炸相关的风险至关重要，传统的基于滤波容量增量曲线的检测方法容易受到干扰。针对如何提取容量增量曲线上的特征参数进行早期内短路检测问题，提出了一种基于二阶RC等效电路的电压重构模型。首先，使用传统滤波方法对锂电池进行容量增量分析，然后使用电压重构模型进行对比，并对电压重构模型进行抗噪声干扰试验，电压重构的误差仅为0.000 8 V，为早期内短路检测工作奠定了基础。最后，在公开的试验数据上进行试验，研究了不同充电速率、不同电池类型对容量增量曲线的影响。在此基础上，得到了用于诊断短路故障的特征峰。试验结果表明，所提出的基于电压重构模型的方法能够有效对抗噪声干扰，为早期微内短路检测提供了参考。
锂离子电池内短路（ISC）是引发热失控事故的主要原因，ISC故障的早期识别对于降低火灾或爆炸相关的风险至关重要，传统的基于滤波容量增量曲线的检测方法容易受到干扰。针对如何提取容量增量曲线上的特征参数进行早期内短路检测问题，提出了一种基于二阶RC等效电路的电压重构模型。首先，使用传统滤波方法对锂电池进行容量增量分析，然后使用电压重构模型进行对比，并对电压重构模型进行抗噪声干扰试验，电压重构的误差仅为0.000 8 V，为早期内短路检测工作奠定了基础。最后，在公开的试验数据上进行试验，研究了不同充电速率、不同电池类型对容量增量曲线的影响。在此基础上，得到了用于诊断短路故障的特征峰。试验结果表明，所提出的基于电压重构模型的方法能够有效对抗噪声干扰，为早期微内短路检测提供了参考。
2024, 51(8):39-49.
DOI: 10.12177/emca.2024.078
摘要:
风剪切和塔影效应会导致直驱式风电机组产生强迫功率振荡，影响系统的安全稳定运行。因此，提出了一种基于自抗扰控制的虚拟惯量控制方法，该方法通过扩张状态观测器观测估计系统扰动量，同时利用跟踪微分器调整系统频率的参考值，优化风电机组控制功率。仿真结果表明，相比传统的虚拟惯量控制，所提方法具有更好的抗干扰性，能更有效地对扰动进行观测估计并补偿，达到抑制直驱式风电并网系统强迫振荡的目的。
风剪切和塔影效应会导致直驱式风电机组产生强迫功率振荡，影响系统的安全稳定运行。因此，提出了一种基于自抗扰控制的虚拟惯量控制方法，该方法通过扩张状态观测器观测估计系统扰动量，同时利用跟踪微分器调整系统频率的参考值，优化风电机组控制功率。仿真结果表明，相比传统的虚拟惯量控制，所提方法具有更好的抗干扰性，能更有效地对扰动进行观测估计并补偿，达到抑制直驱式风电并网系统强迫振荡的目的。
2024, 51(8):50-58.
DOI: 10.12177/emca.2024.073
摘要:
在系统介绍轴向磁齿轮复合电机基本工作原理的基础上，提出了一种具有聚磁式转子的轴向磁齿轮复合电机。采用有限元分析方法对复合电机的电磁性能进行了三维数值仿真分析，验证了电机结构的合理性，并详细分析了聚磁式转子结构参数对电机输出转矩与轴向磁拉力的影响，得出转子参数对转子两侧圆周和轴向磁拉力的影响相似，为后续的试验研究提供了理论参考。
在系统介绍轴向磁齿轮复合电机基本工作原理的基础上，提出了一种具有聚磁式转子的轴向磁齿轮复合电机。采用有限元分析方法对复合电机的电磁性能进行了三维数值仿真分析，验证了电机结构的合理性，并详细分析了聚磁式转子结构参数对电机输出转矩与轴向磁拉力的影响，得出转子参数对转子两侧圆周和轴向磁拉力的影响相似，为后续的试验研究提供了理论参考。
2024, 51(8):59-66.
DOI: 10.12177/emca.2024.080
摘要:
随着国家节能减排政策的推广，水力发电、汽轮发电和风力发电得以迅速发展，各种发电机和电动机都朝着高电压、小型化方向发展。在同功率下缩小电机体积，减少绝缘尺寸（包括匝间绝缘和主绝缘）提高槽满率是关键。而绝缘尺寸的减少与绝缘质量及绝缘可靠性相矛盾，只有科学合理的绝缘结构才能使电机既具有优良的性能，又能满足更大功率和更小体积的需要。高压电机绝缘减薄，可以提高主绝缘散热能力，降低电机温升，减少铜导线附近绝缘因温升造成的老化。另外，减薄绝缘厚度可以增加槽利用率，在同样的温升下缩小电机尺寸，铜耗和机械能耗减少。绝缘减薄是提高电机效率、降低制造成本的重要途径，但要实现绝缘减薄，需要研发新型的高性能绝缘材料并优化集成绝缘系统，在不降低电气绝缘性能的前提下，实现绝缘减薄。对电磁线、少胶云母带、环保型环氧真空压力浸渍(VPI)树脂及高阻防晕材料进行研究，并优化集成绝缘系统，进行系统性的性能评定。研究结果表明：优化后的10 kV绝缘系统匝间绝缘厚度为0.40 mm，主绝缘厚度为1.8 mm，起晕电压≥1.7 UN，电老化寿命≥350 h。同时，其具有优良的电气绝缘性能，满足高压电机的技术要求。
随着国家节能减排政策的推广，水力发电、汽轮发电和风力发电得以迅速发展，各种发电机和电动机都朝着高电压、小型化方向发展。在同功率下缩小电机体积，减少绝缘尺寸（包括匝间绝缘和主绝缘）提高槽满率是关键。而绝缘尺寸的减少与绝缘质量及绝缘可靠性相矛盾，只有科学合理的绝缘结构才能使电机既具有优良的性能，又能满足更大功率和更小体积的需要。高压电机绝缘减薄，可以提高主绝缘散热能力，降低电机温升，减少铜导线附近绝缘因温升造成的老化。另外，减薄绝缘厚度可以增加槽利用率，在同样的温升下缩小电机尺寸，铜耗和机械能耗减少。绝缘减薄是提高电机效率、降低制造成本的重要途径，但要实现绝缘减薄，需要研发新型的高性能绝缘材料并优化集成绝缘系统，在不降低电气绝缘性能的前提下，实现绝缘减薄。对电磁线、少胶云母带、环保型环氧真空压力浸渍(VPI)树脂及高阻防晕材料进行研究，并优化集成绝缘系统，进行系统性的性能评定。研究结果表明：优化后的10 kV绝缘系统匝间绝缘厚度为0.40 mm，主绝缘厚度为1.8 mm，起晕电压≥1.7 UN，电老化寿命≥350 h。同时，其具有优良的电气绝缘性能，满足高压电机的技术要求。
2024, 51(8):67-75.
DOI: 10.12177/emca.2024.070
摘要:
针对永磁同步电机气隙磁场不可调以及传统电励磁电机的效率低等问题，提出了一种新型并列式双转子混合自励磁电机。首先，该电机利用谐波激励原理，通过调节谐波电压可灵活调整励磁电流，在中高速域更容易实现弱磁扩速。其次，保证功率不变的前提下，先分析两部分各占的比重，再分别对励磁源参数进行优化设计。最后，通过调节励磁电流的大小与方向且利用二维有限元模型对所提电机的性能进行验证。仿真结果证明：所提电机具有较好的调磁能力，在弱磁情况下，反电动势幅值接近于0，可以有效实现转速调节。
针对永磁同步电机气隙磁场不可调以及传统电励磁电机的效率低等问题，提出了一种新型并列式双转子混合自励磁电机。首先，该电机利用谐波激励原理，通过调节谐波电压可灵活调整励磁电流，在中高速域更容易实现弱磁扩速。其次，保证功率不变的前提下，先分析两部分各占的比重，再分别对励磁源参数进行优化设计。最后，通过调节励磁电流的大小与方向且利用二维有限元模型对所提电机的性能进行验证。仿真结果证明：所提电机具有较好的调磁能力，在弱磁情况下，反电动势幅值接近于0，可以有效实现转速调节。
2024, 51(8):76-84.
DOI: 10.12177/emca.2024.079
摘要:
在超声波电机运行过程中，由于负载、温升等因素的影响，电机的串联谐振频率会发生漂移。为了对电机进行精确控制，需要准确识别并跟踪电机的串联谐振频率。基于超声波电机的Butterworth-Van Dyke (BVD)等效电路模型，提出电机的串联谐振频率识别方法。利用电机端电压和端电流作为反馈信号，对反馈信号进行处理得到差分电压，进而得到电机端电压与差分电压的相位差，并分析了该相位差与串联谐振频率的关系。在此基础上，设计了相应的电路实现方案，制作了电路实物，采用所提出的方法对样机的串联谐振频率进行识别，并用阻抗分析仪测量了样机的串联谐振频率。结果表明：利用所提出的方法识别得到的串联谐振频率与试验测量得到的串联谐振频率相吻合，证明所提出的超声波电机串联谐振频率识别方法的准确性。
在超声波电机运行过程中，由于负载、温升等因素的影响，电机的串联谐振频率会发生漂移。为了对电机进行精确控制，需要准确识别并跟踪电机的串联谐振频率。基于超声波电机的Butterworth-Van Dyke (BVD)等效电路模型，提出电机的串联谐振频率识别方法。利用电机端电压和端电流作为反馈信号，对反馈信号进行处理得到差分电压，进而得到电机端电压与差分电压的相位差，并分析了该相位差与串联谐振频率的关系。在此基础上，设计了相应的电路实现方案，制作了电路实物，采用所提出的方法对样机的串联谐振频率进行识别，并用阻抗分析仪测量了样机的串联谐振频率。结果表明：利用所提出的方法识别得到的串联谐振频率与试验测量得到的串联谐振频率相吻合，证明所提出的超声波电机串联谐振频率识别方法的准确性。
2024, 51(8):85-96.
DOI: 10.12177/emca.2024.074
摘要:
针对共直流母线开绕组永磁同步电机(OW-PMSM)非线性因素引起的低次谐波，采用基于最小均方(LMS)算法的自适应陷波器(ANF)对系统中3次、5次、7次谐波进行抑制。首先，分析了OW-PMSM中低次谐波产生的机理；然后，借助Matlab/Simulink探讨了120°解耦调制策略消除逆变器侧调制引起的零序电流，研究了ANF提取系统中相应频次的谐波，将提取的电流谐波补偿到电流环中；再次，抑制了由非线性因素等引起的低次谐波；最后，仿真及试验结果表明，采用ANF后系统中3次、5次、7次谐波含量明显降低。
针对共直流母线开绕组永磁同步电机(OW-PMSM)非线性因素引起的低次谐波，采用基于最小均方(LMS)算法的自适应陷波器(ANF)对系统中3次、5次、7次谐波进行抑制。首先，分析了OW-PMSM中低次谐波产生的机理；然后，借助Matlab/Simulink探讨了120°解耦调制策略消除逆变器侧调制引起的零序电流，研究了ANF提取系统中相应频次的谐波，将提取的电流谐波补偿到电流环中；再次，抑制了由非线性因素等引起的低次谐波；最后，仿真及试验结果表明，采用ANF后系统中3次、5次、7次谐波含量明显降低。
2024, 51(8):97-108.
DOI: 10.12177/emca.2024.075
摘要:
首次把单相T型三电平逆变器应用在可切换智能负载的电力弹簧中，降低了负载电压的谐波含量，建立了可切换智能负载的T型三电平电力弹簧的数学模型。并推导了传统载波调制对可切换智能负载的T型三电平电力弹簧直流侧中点电位的影响，引入了中点电位控制方案，结合积分分离控制思想得到了可切换智能负载的T型三电平电力弹簧的控制策略。该控制策略能有效降低负载电压在网侧电压波动时的超调量。最后，通过Matlab/Simulink仿真验证，在稳关键和非关键负载电压时，改进后的谐波含量降低了3.47%和1.65%，超调量降低了0.34%和0.1%。
首次把单相T型三电平逆变器应用在可切换智能负载的电力弹簧中，降低了负载电压的谐波含量，建立了可切换智能负载的T型三电平电力弹簧的数学模型。并推导了传统载波调制对可切换智能负载的T型三电平电力弹簧直流侧中点电位的影响，引入了中点电位控制方案，结合积分分离控制思想得到了可切换智能负载的T型三电平电力弹簧的控制策略。该控制策略能有效降低负载电压在网侧电压波动时的超调量。最后，通过Matlab/Simulink仿真验证，在稳关键和非关键负载电压时，改进后的谐波含量降低了3.47%和1.65%，超调量降低了0.34%和0.1%。
2024, 51(8):109-117.
DOI: 10.12177/emca.2024.071
摘要:
对传统单相级联H桥整流器主电路加以改进，增加了功率解耦桥臂，建立了数学模型，并对电压平衡和纹波抑制策略进行了研究。首先，整体回路采用双闭环控制，通过二阶广义积分方法优化了基波信号的提取方案；其次，对系统功率平衡关系进行推导，建立网侧电流和电容电压平方的一次关系模型，并引入可变比例环节，有效提升系统抵御参数变化的鲁棒性；然后，采用独立式Buck型有源功率解耦控制策略，通过运算实时分配解耦桥臂开关管占空比，设计自适应选频器分离二次纹波信号，实现对直流母线二次纹波电压脉动的抑制。最后，基于Matlab/Simulink软件进行试验验证，所提方法能够有效地解决电压平衡和二次纹波功率抑制问题。
对传统单相级联H桥整流器主电路加以改进，增加了功率解耦桥臂，建立了数学模型，并对电压平衡和纹波抑制策略进行了研究。首先，整体回路采用双闭环控制，通过二阶广义积分方法优化了基波信号的提取方案；其次，对系统功率平衡关系进行推导，建立网侧电流和电容电压平方的一次关系模型，并引入可变比例环节，有效提升系统抵御参数变化的鲁棒性；然后，采用独立式Buck型有源功率解耦控制策略，通过运算实时分配解耦桥臂开关管占空比，设计自适应选频器分离二次纹波信号，实现对直流母线二次纹波电压脉动的抑制。最后，基于Matlab/Simulink软件进行试验验证，所提方法能够有效地解决电压平衡和二次纹波功率抑制问题。
《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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