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中国电机工程学报
2009年 29卷 27期
刊出日期 2009-09-25
电力电子与电力传动
电机与电器
电工理论与新技术
 
电力电子与电力传动
1 刘海波 毛承雄 陆继明 王丹
配电系统电子电力变压器非线性控制
为便于分析系统的稳态性能和动态特性，建立了配电系统电子电力变压器的数学模型。为改善系统的控制性能，基于所建立的数学模型，采用基于源于微分几何理论的精确线性化技术，设计了配电系统电子电力变压器非线性控制器。所提控制策略解决了模型系统的非线性问题，改善了系统的动态性能。为减少稳态误差，在非线性控制器中增加了积分环节。在直流参考电压、负载和输入电压变化3种情况下进行系统仿真研究。基于Matlab/Simulink的仿真结果证明了所建立模型的正确性和所提控制策略的有效性。
2009 Vol. 29 (27): 1-8 [摘要] ( 841 ) [HTML 1KB] [PDF 543KB] ( 398 )
9 许飞 马皓 何湘宁
电流源逆变器的新型离散无源性滑模变结构控制方法

基于非线性控制理论，提出一种基于无源性控制和离散滑模变结构控制结合的控制策略，并将其应用于全桥电流源逆变器系统中。该控制策略既保持了2种控制方法良好的鲁棒性和动态性能，又克服了滑模变结构控制的抖动问题。给出电流型交流功率放大器的工作原理和系统的动态模型，并详细给出离散无源性滑模变结构控制器的分析与设计。将无源性控制方法和滑模变结构控制方法进行对比分析，利用2种控制方法控制律的相似性，提出一种可行的阻尼项系数的选取方法。输出电流0~16 A(峰–峰值)、频率范围0~1 000 Hz的实验样机结果表明该控制策略具有较好的鲁棒性，以及良好的稳态和动态性能。
2009 Vol. 29 (27): 9-14 [摘要] ( 619 ) [HTML 1KB] [PDF 315KB] ( 362 )
15 王强 张化光 褚恩辉 刘秀翀 侯利民
新型零电压零电流谐振极型软开关逆变器
提出一种新型的零电压零电流谐振极型软开关逆变器，可以在主功率器件开通和关断时，同时实现零电压和零电流，因此对于内部电容不能忽略的器件，可减小容性开通损耗，当绝缘栅双极型晶体管(insulated gate bipolar transistor，IGBT)作为主功率器件时，也可减小拖尾电流引起的损耗。主功率器件真正做到了无损耗换相。此外，续流二极管的反向恢复损耗被降低到最小，辅助开关也实现了零电流开关。对其工作原理进行分析，给出不同工作模式下的等效电路图和回路的参数设计方法。制作一个1 kW的实验样机，通过实验结果验证该软开关逆变器的有效性。
2009 Vol. 29 (27): 15-21 [摘要] ( 671 ) [HTML 1KB] [PDF 571KB] ( 411 )
22 方天治 阮新波 查春雷 庄凯
输入串联输出串联逆变器系统的控制策略
针对一种结构新颖的输入串联输出串联逆变器系统分析了其输入均压与输出均压的关系。指出该逆变器系统的控制目标是要在实现输入均压的同时，实现输出均压。基于这一控制思路，提出2种可使系统稳定工作的控制策略，即输入均压的控制策略和输入均压结合输出同角度的控制策略。前者在控制输入均压的同时，实现了输出有功功率的均衡，但无功功率未必均衡，所以该策略不能保证输出均压。后者引入了输出角度环，它与输入均压环共同作用，使系统在实现输入均压的同时，也使各模块的输出电压幅值和相位均相等，即实现了输出均压。研制了一台样机，对以上2种控制策略进行对比实验，验证了理论分析的正确性。
2009 Vol. 29 (27): 22-28 [摘要] ( 573 ) [HTML 1KB] [PDF 538KB] ( 365 )
29 郭伟峰 武健 徐殿国 王立国
新型滑模控制的并联混合有源电力滤波器
在中高压大容量的工作环境下，有源电力滤波器(active power filter，APF)谐波抑制性能及产生的电磁干扰受到主电路功率半导体器件开关频率的制约。提出一种适用于中高压混合型并联有源电力滤波器的新型滑模控制方法。该方法对电网电流和APF直流母线中点电位进行解耦跟踪控制，并将对状态变量的跟踪控制和脉宽调制(pulse width modulation, PWM)统一起来，在相同的谐波抑制精度下，可实现对开关频率的优化，将其约束在较低的确定频带内。仿真和实验结果证明，该滑模控制方法可以有效抑制由电网电压畸变和非线性负载引起的谐波电流，同时具有电磁干扰小的优点。
2009 Vol. 29 (27): 29-35 [摘要] ( 550 ) [HTML 1KB] [PDF 439KB] ( 372 )
36 徐志英 许爱国 谢少军
采用LCL滤波器的并网逆变器双闭环入网电流控制技术

并网逆变器采用LCL滤波对高次谐波衰减效果显著，而且在低开关频率和电感较小的情况下较单电感滤波具有明显的优势。但是，LCL为无阻尼3阶系统，易发生谐振。研究采用并网电流和电容电流双闭环控制策略对并网电流进行控制，采用电容电流闭环增加系统阻尼，从而可抑制系统振荡，增加系统稳定性。对电流双闭环方案进行系统建模和稳定性分析，并进行仿真验证。最后，采用电流双闭环控制策略进行并网实验，实验结果表明，该方案可有效地避免进网电流谐振和实现进网电流的高功率因数。
2009 Vol. 29 (27): 36-41 [摘要] ( 676 ) [HTML 1KB] [PDF 474KB] ( 475 )
42 何必 林桦 佘宏武 王兴伟 张晓锋
矩阵变换器在窄脉冲作用下的性能改善

由于算法原因，现有的多种调制策略不可避免的产生窄脉冲，引起换流问题及输出波形的非线性畸变，导致矩阵变换器运行性能变差。分析了矩阵变换器空间矢量调制法产生窄脉冲的原因，提出3零矢量调制和混合调制的空间矢量调制方案，通过在有效矢量之间配置多个零矢量，使得影响输出的有效矢量不被丢失，达到改善输出波形的目的。实验证明，该方法可较好地解决原来空间矢量调制法存在窄脉冲的问题，改善在低调制比给定时输出电压的波形。
2009 Vol. 29 (27): 42-47 [摘要] ( 513 ) [HTML 1KB] [PDF 411KB] ( 319 )
48 苏斌 吕征宇
新型电流型固态短路限流器驱动电源
介绍了一种新的固态短路限流器的驱动电源架构，提出新的谐振型高频交变恒流源拓扑方案，获得了低谐波含量的电流型高频交流母线。新型驱动电源采用功率和控制信号分离传输技术，以高压电缆线和高压光纤作为电气隔离基础，以磁环作为电流变压器实现多路输出；具有电压隔离等级高、扩展性好和安装便捷等优点；新母线技术，简化了电路，提高了变换效率和可靠性。分析其工作原理和输出特性，讨论了参数的影响，并给出设计参考。试制一台400 W、2.5 A输出的样机，进行实验验证。结果表明，新型的驱动电源可实现软开关，获得高效率(最高效率为91%)，在全负载范围内的频率调整范围小，并获得低谐波含量的高频交变电流母线。
2009 Vol. 29 (27): 48-53 [摘要] ( 556 ) [HTML 1KB] [PDF 563KB] ( 389 )
电机与电器
54 曾云 张立翔 于凤荣 钱晶
电机实用参数描述的发电机哈密顿模型
为便于研究水轮发电机内部关联的动力学机理，通过定义一组广义速度，将电机基本参数描述的发电机哈密顿模型转化为电机实用参数描述的哈密顿模型。导出结构矩阵、阻尼矩阵、输入矩阵的具体表达式，并对模型的验证问题进行分析说明。对哈密顿标准形式中阻尼矩阵的限制进行推广，结合发电机哈密顿模型分析了这种推广的合理性。分析结果表明：所导出模型的能量流与实际系统是一致的，阻尼矩阵关联因子所反映的发电机阻尼特性与其它方法获得的研究结论是一致的。
2009 Vol. 29 (27): 54-58 [摘要] ( 569 ) [HTML 1KB] [PDF 329KB] ( 385 )
59 胡笳 罗应立 刘晓芳 王红宇 孙玉田
汽轮发电机时步有限元计算参数对大扰动仿真结果的影响

为准确反映电网大扰动故障对系统动态稳定以及对发电机的影响，在充分考虑转子槽楔、阻尼导条、转子体以及端部梳齿环等阻尼作用的基础上，采用场–路–网耦合时步有限元法对单机–双回线–无穷大系统动态过程进行仿真计算，系统研究了定转子端部漏抗、涡流区域等效电导率以及剖分策略等共计10个计算参数在一定范围内的取值变化对极限切除时间、电磁转矩等多个机电量仿真结果的影响。揭示了定子端部漏抗对过渡过程中最大转矩，以及转子槽楔等效电导率对励磁电流与极限切除时间的计算结果有重要影响。为系统动态过程的仿真计算、参数辩识以及巨型发电机承受系统非正常运行能力等相关问题的研究提供依据。
2009 Vol. 29 (27): 59-66 [摘要] ( 588 ) [HTML 1KB] [PDF 472KB] ( 366 )
67 刘英培 万健如 梁鹏飞
基于扩展卡尔曼滤波器和空间电压矢量调制的永磁同步电机直接转矩控制

针对传统直接转矩控制中存在磁链和转矩脉动较大，以及速度传感器的使用降低了系统可靠性、增加了系统成本等问题，分析了空间电压矢量调制的实现方式。根据当前预期电压矢量获得基本电压空间矢量的优化组合，对转矩和磁链偏差进行精确补偿，同时保证逆变器开关频率恒定。基于扩展卡尔曼滤波器同时进行定子磁链和转速观测，提高了磁链观测精度，实现了表面式永磁同步电机空间电压矢量调制直接转矩控制，保持了直接转矩控制转矩响应快和系统鲁棒性强的优点，降低了磁链和转矩脉动。仿真和实验结果验证了所提方法的可行性和有效性。
2009 Vol. 29 (27): 67-74 [摘要] ( 552 ) [HTML 1KB] [PDF 400KB] ( 401 )
75 王耀南 张细政 杨民生
永磁同步电机的T-S模型模糊变结构鲁棒控制
提出一种结合T-S模型与变结构技术的模糊变结构控制器，用于永磁同步电机系统的鲁棒速度跟踪。经过状态变换得到以定子电流与反电势的电机模型，用T-S模糊规则表示该模型，定义一组期望状态变量并将速度跟踪问题转化为稳定问题。选择全局模糊滑模函数，采用自适应技术对不确定性上界进行估计，所设计全局控制器由T-S模糊局部补偿器与滑模监督控制器构成，给出了自适应律及稳定性的证明。该设计方法能够充分利用模糊逻辑控制和滑模控制的优点，且控制系统的跟踪性能和鲁棒性得到显著改善。试验结果证明了该方法的有效性和正确性。
2009 Vol. 29 (27): 75-82 [摘要] ( 608 ) [HTML 1KB] [PDF 505KB] ( 399 )
83 贾红云 程明 花为 赵文祥
基于电流谐波注入的磁通切换永磁电机定位力矩补偿方法

磁通切换永磁电机具有功率密度高、输出转矩大、反电动势正弦等优点，而较高的气隙磁密与定转子双凸极结构会产生较大的定位力矩。定位力矩会引起电机运行时的转矩脉动、振动和噪声问题，从而限制了磁通切换永磁电机的应用。从控制角度出发，提出一种新型的采用电流谐波注入法补偿定位力矩的控制策略，即通过注入谐波电流产生的转矩抵消定位力矩中的基波与二次谐波分量，从而达到补偿的目的。通过半实物仿真平台dSPACE实现了该控制算法，并在一台2 kW磁通切换永磁电机的驱动系统上验证了所提出补偿控制方法的有效性。该控制方法也可拓展应用到其它反电动势为正弦且定位力矩较大的永磁电机驱动系统。
2009 Vol. 29 (27): 83-89 [摘要] ( 570 ) [HTML 1KB] [PDF 484KB] ( 375 )
90 廖勇 李辉 姚骏，庄凯
采用串联网侧变换器的双馈风电机组低电压过渡控制策略

双馈感应发电机(doubly fed induction generator，DFIG) 因其对电网故障的敏感性，其低电压过渡(low voltage ride-through requirement，LVRT)控制技术一直是国内外研究的热点。在分析电网故障时DFIG产生转子过电流机理的基础上，对采用串联网侧变换器(series grid-side converter，SGSC)的新型DFIG系统提出了电网电压正常时的“零电压矢量”改进控制策略及电网故障时保持DFIG系统不脱网运行的故障改进控制策略。所提故障控制策略从限制定子磁场暂态直流分量和负序工频分量及减小从风机吸收能量的角度出发，通过控制串联网侧变换器抑制定子磁链暂态直流以及负序分量对发电机转子侧的不良影响，通过控制转子侧变换器(rotor-side converter，RSC)进一步限制故障时的定、转子电流，从而实现DFIG系统在电网故障时的低电压过渡运行。在电网对称和非对称短路故障条件下，对一台采用SGSC的2 MW DFIG系统进行了仿真研究。并与采用传统“crowbar protection”方案和改进励磁控制策略方案的DFIG在电网故障时的不脱网运行能力进行了对比。仿真结果表明，所提控制方案可实现电网故障时DFIG系统的零电压过渡运行，系统具有良好的低电压过渡控制功能。
2009 Vol. 29 (27): 90-98 [摘要] ( 652 ) [HTML 1KB] [PDF 1066KB] ( 483 )
99 胡维昊 王跃 姚为正 王兆安
直驱型变速恒频风力发电系统中零序环流的研究

对采用多相永磁同步发电机的大功率直驱型变速恒频风力发电系统进行研究，介绍了适合于大功率直驱型风力发电系统的结构。系统采用了多重化的AC-DC-AC变换器，以减少每只绝缘栅双极晶体管(insulated gate bipolar transistor，IGBT)上的电流和流入电网的谐波电流，但并联多重化变换器中存在的零序环流会增加功率半导体器件损耗。推导了零序环流的数学模型，分析零序环流的产生原因，提出一种基于零轴电流反馈控制的零序环流控制策略。该控制策略不需要改变电路拓扑，算法实现简单，易于模块化的设计，且适用于基于传统正弦脉宽调制的多重化变换器的控制。仿真和实验结果表明，该方法能够很好地控制零序环流，减少对系统的损害。
2009 Vol. 29 (27): 99-105 [摘要] ( 662 ) [HTML 1KB] [PDF 312KB] ( 465 )
106 赵仁德 王永军 张加胜
直驱式永磁同步风力发电系统最大功率追踪控制
为提高直驱式永磁同步风力发电系统最大功率追踪的效果，根据风力机的输出特性，阐明最佳特性曲线法实现风力发电系统最大功率追踪的原理，分析转速控制和功率控制方案的不足，提出基于最佳电磁转矩给定的最大功率追踪方案和一种适合于永磁同步发电机(pemanent magnet synchronous generator，PMSG)的转子初始位置检测方法。分别构建了以TMS320F2812 DSP为控制核心的10 kW风力机模拟系统和直驱式永磁同步风力发电系统，进行初始位置的检测、风速稳定和突变时系统的运行实验，实验结果验证了所提出的转子初始位置检测方法和最大功率追踪方案的有效性。
2009 Vol. 29 (27): 106-111 [摘要] ( 602 ) [HTML 1KB] [PDF 318KB] ( 735 )
112 刘爱民 林莘
断路器操动机构用圆筒型直线感应电动机控制系统研究

针对40.5 kV真空断路器分合闸运动特性对操动机构的要求，设计了一种新型的电机操动机构，即直线感应电动机(cylinder linear induction motor，C-LIM)机构。断路器在分、合闸过程中对操动机构的动作和时间特性有较高要求，对断路器C-LIM机构运动特性及动力特性进行了分析，并规划分、合闸运动时的理想速度曲线。针对C-LIM特有的边缘效应，在考虑动态纵向边缘效应的基础上建立了矢量控制数学模型。对C-LIM驱动断路器触头运动控制系统进行仿真及样机的实验验证。结果表明，该直线电机直接驱动断路器的操动轴、驱动器动态性能好，振动较小，满足断路器分合闸运动特性要求，为断路器智能控制奠定了基础。
2009 Vol. 29 (27): 112-118 [摘要] ( 551 ) [HTML 1KB] [PDF 365KB] ( 387 )
电工理论与新技术
119 李泓志 崔翔 卢铁兵 程志光 刘东升 焦翠坪
变压器直流偏磁的电路–磁路模型

提出一种电力变压器直流偏磁的电路–磁路模型。该模型根据电力变压器铁心和绕组的空间几何结构，建立了电力变压器的磁路结构，可有效反映电力变压器内部的磁通链耦合关系。为考虑铁磁材料中涡流效应的作用，提出铁心的频率相关非线性磁阻计算公式，并利用网络综合方法建立铁心磁阻的等效磁路模型。在一台三相电力变压器模型上进行了实验研究和仿真计算，实验结果和计算结果吻合，表明所提出的模型可有效地应用于电力变压器直流偏磁问题的研究。
2009 Vol. 29 (27): 119-125 [摘要] ( 636 ) [HTML 1KB] [PDF 400KB] ( 338 )
126 张玉华 孙慧贤 罗飞路
小曲率半径弧面涡流检测中探头提离干扰的抑制方法

研究弧面检测中探头提离干扰的抑制方法是涡流检测实践中一个重要课题。针对3类检测表面(凹面、平面和凸面)，建立对应的三维涡流场问题的有限元模型，计算分析了检测表面形状、曲率半径大小以及提离变化对线圈反射阻抗的影响。结果表明，试件形状和曲率半径大小仅改变线圈反射阻抗的值，并不影响其变化规律，由提离改变所形成的阻抗轨迹始终为一条直线。当试件上出现缺陷时，探头提离的增加使缺陷信号的幅值明显变小，相位几乎不变，但随着检测频率增大，缺陷信号和提离轨迹之间的相位差F发生改变，并存在一个频率点f^使F = 90°，根据此特征给出了实际检测中能有效抑制提离干扰的频率范围，并提出利用相位旋转和信号增强相结合的方法消除提离干扰，实验数据说明了数值结果及理论分析的正确性。
2009 Vol. 29 (27): 126-132 [摘要] ( 590 ) [HTML 1KB] [PDF 537KB] ( 352 )
133 梁慧敏 张荣岭 徐俊 刘茂恺 翟国富
组装式永磁体分段回复线模型的研究
建立永磁的等效磁路模型是含永磁继电器设计的关键之处。由于缺乏对永磁体外部漏磁的考虑，因此会降低继电器的设计精度。针对已提出的分段永磁体模型思想，对其从理论上进行分析，给出3种典型状态(开路条件、闭路条件、电磁系统)下的等效磁路模型；通过对3种等效磁路模型的研究，基于磁路的方法给出了求解各段永磁工作点的方法；并且得出各段永磁工作于不同回复线的结论。利用仿真和实验方法验证了所得结论的正确性。
2009 Vol. 29 (27): 133-138 [摘要] ( 537 ) [HTML 1KB] [PDF 364KB] ( 329 )
 
 
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