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中国电机工程学报
2010年 30卷 15期
刊出日期 2010-05-25
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 郭春义 赵成勇
电压源换流器高压直流输电的控制策略及其参数优化

提出一种电压源换流器高压直流输电(voltage source converter based on high voltage direct current，VSC-HVDC)的新型控制策略。基于VSC-HVDC的稳态模型，通过坐标变换和变量代换推导出一组功率传输方程。结合PI控制器和非线性逆系统的思想设计了相应的控制器，并推导出在该控制器下VSC-HVDC的有功功率和无功功率的传输极限。从圆特性出发，在理论上证明所设计的控制器可以实现有功功率和无功功率的完全独立控制。采用Hooke- Jeeves算法对控制器的参数进行了优化。PSCAC/EMTDC下的仿真结果表明：采用优化后的PI参数，系统性能得到很大改善；而且所设计的控制器可以实现有功功率和无功功率的独立控制，并具有快速的响应速度、良好的稳定性和较好的鲁棒性。
2010 Vol. 30 (15): 1-9 [摘要] ( 499 ) [HTML 1KB] [PDF 453KB] ( 351 )
10 霍群海 孔力 唐西胜
微源逆变器不平衡非线性混合负载的控制
为解决微电网中不平衡非线性混合负载对微源逆变器输出电压的影响，提出一种混合负载控制策略。通过补偿5、7次谐波和负序不平衡分量，使微源逆变器本地独立运行时，可以带载平衡负载、不平衡负载、整流型非线性负载及相关组合的混合负载。进行谐波和不平衡控制算法的理论推导，对所提控制策略进行仿真研究和实验验证。结果表明，所提控制策略控制效果理想，能够对混合负载提供良好的电力供应。
2010 Vol. 30 (15): 10-15 [摘要] ( 407 ) [HTML 1KB] [PDF 306KB] ( 405 )
16 陈武 阮新波 庄凯
输入串联输出并联DC/AC逆变器系统的控制策略

输入串联输出并联逆变器系统适用于输入电压高、输出电流大的直流/交流变换场合，要保证该逆变器系统正常工作，就必须保证输入电压均压与输出电流均流。提出一种采用负载电流反馈的输入均压输出均流控制策略，该控制策略根据各模块间的输入电压偏差直接调节各模块的输出电流幅值，使输入电压高的模块输出电流增大，输入电压低的模块输出电流减小，从而实现输入均压。与采用输出滤波电感电流反馈的方法相比，采用负载电流反馈时，即使输出滤波电容不匹配，也不影响输出均流效果。同时，还分析输入均压环与系统输出电压环的关系，给出输入均压环和系统输出电压环的设计准则。最后以一台由2个模块组成的输入串联输出并联逆变器原理样机验证该控制策略的有效性以及环路设计的正确性。
2010 Vol. 30 (15): 16-23 [摘要] ( 382 ) [HTML 1KB] [PDF 386KB] ( 364 )
24 陈威 戎萍 张伟 吕征宇
DC-DC变流器整流二极管零电流软关断方法
针对现有DC-DC变流器对起整流作用的二极管零电流关断软技术研究不足，从而不能进一步减小变流器开关损耗的现状，从二极管零电流关断的定义出发，通过理论分析和实例说明相结合的方式，提出实际电路中二极管零电流软关断的判断方法，并总结和归纳两种实用性整流二极管零电流关断技术和其主要特征。在此基础上，根据实际应用场合的需要，经过的一系列的拓扑推演，提出一族具有斩波管可实现零电压开启、整流管可实现零电流关断特性的新颖拓扑族，实现了开关损耗的最小化，无需外加任何开关管缓冲网络，可适用于双向DC-DC变流场合。一个适用于不间断电源(uninterruptible power supply，UPS)系统的样机验证了该拓扑族的有效性和在实际应用中的优越性。
2010 Vol. 30 (15): 24-31 [摘要] ( 371 ) [HTML 1KB] [PDF 568KB] ( 452 )
32 乐江源 谢运祥 张志 陈林
三相有源电力滤波器精确反馈线性化空间矢量PWM复合控制

提出一种基于精确反馈线性化的三相有源电力滤波器空间矢量脉宽调制控制方法。在三相并联型有源电力滤波器的仿射非线性模型基础上，推导出其状态反馈精确线性化非线性控制律，实现三相并联型有源电力滤波器有功补偿电流和无功补偿电流的解耦控制。选取适当的反馈系数可确定交流侧指令电压，利用空间矢量脉宽调制技术对所需的指令电压进行逼近。与PI控制的三角载波控制方案进行仿真对比分析，验证了所提出的控制方案的动、静性能指标均优于PI控制方案。研制了一台小功率样机，验证了所提方案的正确性和可行性。
2010 Vol. 30 (15): 32-39 [摘要] ( 425 ) [HTML 1KB] [PDF 365KB] ( 374 )
40 毛鹏 谢少军 许泽刚
IGBT模块的开关暂态模型及损耗分析
总结了绝缘栅双极型晶体管(insulated gate bipolar transistor，IGBT)模块的功率管及反并联二极管开关暂态过程的主要特征，建立了相应的开关模型，并在此基础上得到了损耗分析模型。建立的开关模型充分考虑了导通电流对开关暂态过程的影响，利用该模型可准确再现任意一个开关周期的开关暂态电压、电流波形，为功率变换器的损耗分析奠定了基础。该模型不仅适用于DC/DC变换器，而且适用于相邻开关周期内开关管导通电流不相等的变换器，如AC/DC和DC/AC变换器。采用Simulink/ Stateflow对开关暂态过程及损耗模型进行了仿真，仿真与实验结果对比证实了所提出的开关模型和损耗模型的正确性。
2010 Vol. 30 (15): 40-47 [摘要] ( 385 ) [HTML 1KB] [PDF 344KB] ( 498 )
48 马皓 孙轩
原副边串联补偿的电压型耦合电能传输系统设计
在分析变压器原副边串联补偿的电压型感应耦合电能传输(inductively coupled power transfer，ICPT)系统的电压传输函数主要参数的基础上，给出一种基于电压传输特性的ICPT系统参数设计方法。基于电路的建模和分析，给出系统的电压增益函数。以一手持式电子设备充电平台的应用为例，讨论系统主要参数变化对电压增益特性的影响，并给出部分参数的取值范围。基于模型参数的分析结果，给出了电压型ICPT系统的参数设计过程。实验结果证明了模型的准确性和所提方法的可行性。
2010 Vol. 30 (15): 48-52 [摘要] ( 411 ) [HTML 1KB] [PDF 310KB] ( 348 )
电机与电器
53 鲁军勇 马伟明 张育兴
次级边缘漏感对高速直线感应电机性能的影响
由电磁场的基本理论并结合磁场能量法，导出了高速直线感应电机次级的边缘等效气隙和边缘漏感的解析公式。通过考虑次级边缘漏感集总参数模型，分析得到该漏感对电机特性的影响规律。利用Maxwell 3D软件建立三维有限元分析模型，得到了电机的电磁推力曲线。设计试验用原型样机进行试验，验证了所求次级边缘漏感参数计算公式的有效性和实用性。
2010 Vol. 30 (15): 53-57 [摘要] ( 395 ) [HTML 1KB] [PDF 378KB] ( 333 )
58 王昊 张之敬 刘成颖
永磁直线同步电机定位力分析与实验研究

定位力是推力波动的主要组成部分，也是评价永磁直线同步电机性能的重要标志。在建立考虑端部效应的磁路分析模型基础上，采用能量法理论计算定位力，分析了影响定位力波动的关键因素，得出合适的槽型和改变边齿形状可以有效减小定位力。通过有限元仿真和实验，证明了理论计算和结论的正确性。
2010 Vol. 30 (15): 58-63 [摘要] ( 429 ) [HTML 1KB] [PDF 342KB] ( 394 )
64 赵希梅 郭庆鼎
基于扰动观测器和重复控制器的永磁直线同步电动机鲁棒控制

针对高精度直接驱动的永磁直线同步电动机伺服系统，研究其负载扰动、系统参数变化及端部效应等不确定性因素对系统伺服性能的影响，提出一种将扰动观测器(disturbance observer，DOB)和重复控制器(repetitive controller，RC)相结合的的鲁棒控制策略。基于DOB的鲁棒反馈控制器补偿了外部扰动、负载扰动、未建模动态、系统参数变化及不确定性等，保证了系统的速度鲁棒性能，但是DOB无法彻底抑制端部效应这种周期性扰动对速度品质的影响，为此，采用根据内模原理设计专门抑制周期性扰动作用的RC来消除端部效应对系统的不良影响。理论分析和仿真实验结果表明所提出的控制方案是有效的，采用该方案可明显提高系统的鲁棒性能。
2010 Vol. 30 (15): 64-69 [摘要] ( 488 ) [HTML 1KB] [PDF 285KB] ( 365 )
70 程树康 刘伟亮 柴凤 陈磊
锥形转子永磁电机的磁场分析及电感参数计算
分析了锥形转子永磁电机的磁场分布，比较了分段计算方法和三维有限元方法在处理该种沿轴向磁场分布不均匀问题时的有效性，分析结果通过空载反电势实验得到了验证。之后采用三维有限元方法求取了转子在不同轴向位置时电机的交直轴电感，得到了该种电机交直轴电感参数的变化规律；通过实验测试了在不同频率及转子在不同轴向位置时电机的交直轴电感。实测交直轴电感与三维有限元分析结果吻合较好，验证了分析的正确性。
2010 Vol. 30 (15): 70-74 [摘要] ( 409 ) [HTML 1KB] [PDF 554KB] ( 421 )
75 李辉 阳春华 邓文浪 马学亮
矩阵变换器励磁的双馈型发电机软并网控制
双馈型风力发电机并网时，将不可避免对电网产生冲击电流，过大的冲击电流不仅会缩短电机的使用寿命，增加电网电压波动，甚至可能会造成并网的失败。采用矩阵变换器作为交流励磁系统，把矩阵变换器等效为虚拟整流器和虚拟逆变器，直接将电网电压的幅值和相位作为给定值，定子电压作为反馈值，简化了复杂的解耦控制，实现对矩阵变换器虚拟逆变侧的电压幅值和相位控制，使双馈型风力发电机定子电压跟随电网电压，从而减少并网时的冲击电流，实现与电网软并网。实验结果表明，并网时冲击电流较小，验证了控制策略的可行性。
2010 Vol. 30 (15): 75-79 [摘要] ( 431 ) [HTML 1KB] [PDF 327KB] ( 376 )
80 潘启军 孟进 李毅 陶涛 赵治华 唐健
带交流励磁双变流器的双馈电机电磁干扰研究
带交流励磁双变流器的双馈电机在电气性能上具有一系列优点，在现代交流电机调速和风力发电等领域具有广泛的应用前景，对其进行电磁干扰分析非常重要。建立了带交流双变流器励磁的双馈电机传导干扰耦合通道模型，给出双馈电机电路及本体高频参数的抽取及计算方法。在此基础上，建立了双馈电机全系统的差模与共模高频模型，对其网侧端口的电磁传导干扰进行计算和分析，研究了系统传导干扰的主导模式和主要传播途径，并设计实验，实验结果验证了理论分析方法的正确性。
2010 Vol. 30 (15): 80-86 [摘要] ( 405 ) [HTML 1KB] [PDF 612KB] ( 392 )
87 赵朝会
并列转子混合励磁同步发电机的运行模态分析
为了解决永磁同步发电机气隙磁场调节困难的问题，研究一种新型混合励磁同步电机，描述它的结构及工作原理。借助电枢反应理论，分析不同励磁电流情况下并列转子混合励磁同步发电机中永磁同步发电机和电励磁同步发电机各自的工作情况，对电机运行过程中存在的3种运行模态(双发电模态、单发电模态和发电–电动模态)进行分析，并探讨了电机3种工作模态的边界线，实验验证了理论分析的正确性。
2010 Vol. 30 (15): 87-93 [摘要] ( 446 ) [HTML 1KB] [PDF 466KB] ( 354 )
94 杨淋 丁庆军 黄卫清 赵淳生
斜槽式纵扭模态转换型超声电机在不同摩擦副下的负载特性研究

研究斜槽式纵扭模态转换型超声电机在各种类型摩擦副下的负载特性。实验中定/转子接触面分别采用多种材料，形成硬/软、软/硬以及硬/硬搭配的各种摩擦副。当采用软/硬摩擦副时，电机转速慢、转矩小、效率低，而采用硬/软摩擦副时，电机负载特性明显提高。研究定子摩擦面开齿对电机的影响，实验显示定子摩擦面开齿能显著改善定转子摩擦面磨损情况，使电机运行平稳，电机负载特性较不开齿有所提高。实际研制的直径为15 mm的样机，堵转力矩可达0.32 N×m，空载转速最高达1 325 r/min，效率达到了32.3%。
2010 Vol. 30 (15): 94-98 [摘要] ( 389 ) [HTML 1KB] [PDF 315KB] ( 357 )
99 陈伟 杨荣峰 王高林 于泳 徐壮 徐殿国
新型电压矢量控制算法极低速性能研究
针对异步电机开环V/F控制系统低速性能差和轻载不稳定的问题，根据异步电机状态方程推导出一种新型电压矢量控制策略。该策略采用一种新颖的电压提升方法对电机定子电阻压降进行补偿，使电机磁链幅值保持恒定，并基于系统不稳定状态的深入分析，提出了一种提高系统稳定性的方法。在极低速情况下，通过对电机转矩进行提升以及对滑差进行补偿，使系统的低速性能和转速精度得到明显改善。与无速度传感器矢量控制算法不同的是，该文提出的方法是根据定子电压矢量定向对电流进行解耦，其不需要复杂的磁链观测运算，容易实现。实验结果表明，采用此方法在0.1 Hz满载情况下，电机能平稳运行。该系统的低速性能和转速精度得到了明显提升，并且系统的空载振荡得到了抑制，在整个工作范围内都能平稳运行。
2010 Vol. 30 (15): 99-105 [摘要] ( 503 ) [HTML 1KB] [PDF 330KB] ( 513 )
106 范尊强 刘建芳 阚君武 杨志刚 李建桥
压电叠堆泵驱动的精密步进驱动电机
提出一种新型压电直线精密步进驱动电机，其结合电流变技术替代机械阀装置，由此实现高精度和高速的性能。该步进驱动电机采用压电泵作为步进驱动动力源，以压电叠堆的伸缩和薄壁蝶形铰链微变形结构驱动泵腔容积的变化，进而控制精密液压缸完成步进运动。解决了以往压电精密步进驱动电机钳位不牢固、步进频率较低、行程小、分辨率低、速度低、驱动力不稳定等问题。研制的压电叠堆泵直线步进驱动电机能够实现高频率(100 Hz)，高速度(502 mm/s)，大行程( >10 mm)，高分辨率(0.05 mm)，大驱动力(100 N)等特点，提高了压电型步进驱动电机的整体驱动性能。该步进驱动电机在精密运动、微操作、光学工程和精密定位等精密工程中有广阔的应用前景。
2010 Vol. 30 (15): 106-111 [摘要] ( 353 ) [HTML 1KB] [PDF 321KB] ( 370 )
112 孙玉坤 朱志莹
三自由度混合磁轴承最小二乘向量机逆模辨识与解耦控制

为实现三自由度混合磁轴承高精度非线性解耦控制，提出一种基于最小二乘支持向量机的逆模辨识和解耦控制策略。通过分析逆系统的存在性，利用支持向量机的拟合能力，离线建立初始逆模型，并根据系统输入与模型输出的偏差信息，对初始逆模型进行在线校正，以使其能适应对象的变化；在此基础上，将校正后的逆模型作为前馈控制环节与原系统串联构成伪线性系统，设计PID控制器作为反馈控制环节对磁轴承系统进行复合控制。仿真结果表明逆模型辨识精度高，复合控制效果好。
2010 Vol. 30 (15): 112-117 [摘要] ( 434 ) [HTML 1KB] [PDF 308KB] ( 346 )
118 刘颖异 陈德桂 袁海文 袁海斌
带电流反馈的永磁接触器动态特性仿真与分析
接触器的动态特性分析对于其优化设计非常重要。针对一种新型带电流反馈系统的永磁智能接触器，提出了一组多态方程组。该方程组的状态与反馈电流值相耦合，并随着反馈电流和线路中多个比较器的输出信号的变化而相互转化，同时其耦合了电路、电磁场和可动部分摩擦的影响。利用该方法，基于多体动力学模型，模拟仿真了带电流反馈永磁接触器的整个闭合过程。实验证明所提方法是正确的。利用所提出的方法，研究了各硬件参数对控制系统性能的影响，并给出了其设计准则。实验证明采用最佳控制参数的智能接触器较原样机可大幅节能并减少触头弹跳。
2010 Vol. 30 (15): 118-124 [摘要] ( 425 ) [HTML 1KB] [PDF 301KB] ( 343 )
电工理论与新技术
125 罗兆楠 崔翔 甄永赞 陆家榆 韩辉 刘元庆 杨勇 鞠勇
直流线路邻近建筑物时合成电场的计算方法
基于Deutsch假设的计算方法已被广泛应用于直流线路附近不存在建筑物时合成电场的计算。然而由于建筑物的存在会畸变直流线路产生的合成电场，因此有必要研究基于Deutsch假设的计算方法是否仍然适用。在Deutsch假设的基础上，提出了一种直流线路附近存在建筑物时合成电场的 计算方法。采用优化模拟电荷法计算直流线路附近存在建筑物时的标称电场，基于Deutsch假设计算建筑物周围的合成电场，针对直流模拟试验线段，对其附近放置房屋模型时的地面及房屋模型顶部的合成电场进行计算和测试。结果表明，采用所提方法获得的地面及房屋模型顶部的合成电场及其分布规律与测量结果基本吻合，表明基于Deutsch假设的计算方法仍然适用。所提计算方法可以用于直流线路附近存在各种建筑物时合成电场的计算。
2010 Vol. 30 (15): 125-130 [摘要] ( 499 ) [HTML 1KB] [PDF 336KB] ( 316 )
 
 
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