作为风力发电、舰船动力、电气化交通、航空航天、国防军工等系统的关键与核心,电机系统的停转或功能丧失会严重威胁重大装备整体运行性能,甚至带来致命性影响,导致灾难性事故。开展高可靠度、强容错性能的电机系统研究工作,避免因故障造成的停转或功能丧失,具有重要的理论和现实意义,对于国民经济建设和国防安全具有战略性影响。
近年来,多相电机由于具有控制自由度高、可靠性高的优点在很多对可靠性要求较高的场合得到了越来越多的关注。电机故障后不改变硬件电路,仅通过控制算法实现无扰运行已经成为国内外学者的研究热点。该文分析20多年来多相电机容错控制的研究成果,将目前主要的容错控制算法分为转矩脉动最小为原则与故障前后磁动势不变为原则二大类。分别分析每类...
多相电机的缺相容错运行是其安全性、可靠性的重要保证。针对舰船十五相新型推进感应电机可能出现的各种缺相故障,分别从转矩和磁势的角度分析缺相故障对电机性能的影响。从磁动势的角度找到了各种断路故障下输出转矩最大的容错控制方法,并从转矩的角度进行验证。每个五相绕组采用独立的容错控制,依据3个五相绕组在容错运行下带载能力的差异,对...
为了提高单相开路故障下五相磁通切换永磁电机的控制性能,将模型预测转矩控制技术应用于其容错控制中。为了实现对基波和谐波空间状态的综合控制,该研究选择转矩、磁链幅值和谐波空间电流作为控制目标。针对容错算法中模型预测控制计算量大的问题,根据直接转矩控制中设置开关状态表的思想,提出一种基于电压矢量预筛选的模型预测转矩控制策略。该...
文中针对单相绕组开路故障下六相串联三相永磁同步电机(permanent magnet synchronous motor,PMSM)串联系统,提出一种转矩、磁链精确控制的直接转矩控制策略。基于转矩、转矩角及定子磁链关系,采用变比例积分分离式PI分别在两个子空间计算一个控制周期内定子磁链增量;根据两台电机定子电压方程,计算出两个平面内电压矢量参考值;由零序平面电压方...
针对五相永磁同步电机驱动系统中开路故障导致转矩脉动大且动态性能差的问题,提出一种磁链改进型容错直接转矩控制策略。该策略基于故障前后磁动势不变原则,推导故障状态下的推广克拉克(Clarke)变换矩阵,建立五相永磁同步电机故障时的数学模型。在此基础上,设计一个系数修正定子磁链,使其与正常运行时一致。根据铜损最小原则,优化定子容错电流,...
该文研究多通道二极管钳位型三电平风力发电系统控制策略,包括系统正常运行时电机侧和电网侧协同控制及电机绕组、器件故障时的容错运行方法。电机侧采用多相永磁同步发电机,设计基于最优转矩控制和空间矢量解耦的发电机矢量控制策略,提出解耦分组型多相三电平变流器空间矢量调制策略,在转矩产生平面采用前馈补偿电压控制方法消除耦合项,在谐波...
功率变流器是直驱式风力发电系统的关键部件,变流器的功率开关管在发生故障之后会造成风电系统非计划停机。文中详细分析在功率开关管发生开路故障前后三相两电平脉宽调制(pulse width modulation,PWM)整流器电压空间矢量的状态变化。通过八扇区划分方式修改开关模式,在保留原电路拓扑的前提下,基于等模原则对受故障影响的扇区实施有效补偿。该...
为提高电动汽车续航里程、运行特性和安全可靠性,提出一种电动车用多盘式永磁同步电机协同优化与容错控制方法。首先,建立多盘式永磁同步电机数学模型,提出基于效率MAP图的多盘式永磁同步电机效率优化控制策略,并对多盘式永磁同步电机的容错控制方法进行分析。其次,在效率优化的基础上,提出一种转矩协同控制策略,利用模糊控制进行转矩波动优化。...
交流电机定子绝缘故障占故障总数中较大的一部分。其故障诊断和在线监测技术近年来逐渐成为研究的热点。文中分析定子绝缘老化的机理,然后从故障诊断和在线监测两个方面,对相关领域的主要方法和研究前沿进行整理和比较。对于故障诊断,重点分析故障初期的匝间短路故障的诊断方法。对于在线监测,对主绝缘和匝间绝缘的在线监测技术分别进行分析。最...
针对多相开关磁阻电机(switched reluctance motor,SRM)功率变换器结构复杂、体积大、成本高,电机本体出线过多等问题,该文提出一种N+2式功率变换器拓扑,并将其应用于六相SRM。该拓扑采用2个开关管代替裂相式拓扑中的中点分压电容,可有效地减少功率变换器的成本和重量,同时具有一定的容错运行能力。另外,由于2个中点开关管的引入,各相并非完全独...
针对多相电机的故障诊断,提出一种基于谐波平面检测的五相电机单相断相故障诊断方法。将定子相电流进行克拉克变换得到三次谐波平面电流分量,进而经过滤波、归一化等运算提取出故障因子。通过故障因子阈值判别,结合三次谐波平面电流轨迹的位置角实现五相电机的单相断相故障诊断。最后,在多相电机驱动实验平台上进行了实验验证。实验结果表明,所...
动态仿真数值计算结果的准确性对电力系统规划运行具有重要的意义。该文提出一种具备辛特性的谱亏损校正(spectral deferred correction,SDC)积分方法应用于电力系统动态仿真。该方法在低阶积分方法的基础上,结合Gauss型正交多项式插值构造一种高阶谱积分校正量,并采用迭代的方式对低阶计算结果进行校正,从而获得高阶收敛精度和大步长仿真能力。...
传统电磁暂态仿真步长小,速度慢,限制了仿真规模。该文通过对解析信号特性的分析,利用欧拉公式提出一种时间尺度变换方法实现大步长仿真,建立RLC基本元件和电压源型换流器(voltage source converter,VSC)在时间尺度旋转坐标系下的模型,基于此方法设计了考虑多频率成分的大规模混联电网的多速率快速电磁暂态仿真框架。对含有电力电子设备或希望详...
随着电力系统运行环境的复杂化,系统运行状态的不确定性因素多元化,给电力系统分析带来了新的挑战。区间潮流因其建模简单等优点而成为不确定性潮流分析的主流方法之一。该文以算法的基本原理和优缺点为立足点,对电力系统区间潮流算法研究进行综述。首先,简要介绍区间潮流分析方法的发展、原理、计算模型等,并阐述了区间潮流在电力系统不确定性...
在高比例光伏接入配电网的情况下,研究其最优潮流问题愈加重要。基于鞍点动态法,提出一种解决高光伏渗透率配电网最优潮流问题的分散式优化方法。该算法从动态系统控制的角度出发,将凸优化问题寻优的过程转化为动态系统渐进稳定的过程。首先,将潮流方程进行线性化,建立包含网络损耗和弃光惩罚的二次规划模型,保证算法最终稳定在全局最优解。然后...
模块化多电平换流器型柔性直流电网作为光伏和风电等新能源汇集的有效手段,其直流故障限流和故障线路的快速隔离具有重要意义。该文提出一种含限流器投切、断路器跳开和避雷器耗能过程的直流电网故障电流计算方法。首先,根据直流电网双极短路故障后电容快速放电机理,分析电感型故障限流器投入前后故障电流的变化情况。其次,考虑故障限流器投入过...
根据EV分布特点建立EV时空负荷模型,对多场景EV时空负荷进行预测,以此作为选址定容基础。建立充换放储一体化电站选址定容的双层规划模型,计及电网投资和运行的经济性,上层规划对一体站进行优化选址;下层规划以EV实际行驶路径最短为目标进行一体站服务范围的划分,并将各站负荷返回给上层实现优化定容。结合粒子群算法和迪克斯特拉算法求解含最短...
柔性直流电网可灵活消纳大规模可再生能源,但直流线路故障后严重的过电流问题是制约其发展的重要因素之一。短路故障电流的分析和计算对于系统参数的设计和选取具有重要意义,但是由于换流站是高度复杂的非线性系统,无法得到故障电流的精确解析表达式,因此短路故障电流往往通过仿真得到。对于故障电流近似表达式的研究也往往只能针对双端直流系统...
熄弧角小于阀固有极限熄弧角是换相失败的根本原因,但由于逆变侧交流系统运行环境的复杂性、直流运行控制方式的多样性、阀控制保护调节换相裕度的时延性,导致换相失败的判断依据面临准确性和适用性的问题。文中从单一直流、多回直流以及复杂系统3方面对换相失败的影响因素进行了详细梳理和分析,对于换相失败工程化电压判据指标提出建议,并指出...
充分利用高压直流输电系统自身良好的可控性和快速的响应能力,对改善高压直流系统的恢复性能有着重要意义。该文先通过分析直流电流指令值、交流母线电压与换流站无功功率三者间的关系,提出在以换流站无功交换量为某期望值的前提下根据交流母线电压求取直流电流指令的方法;接着,基于瞬时无功理论计算出交流滤波器的无功补偿量并确定换流器无功消...
随着生态国内生产总值(ecologicalgrossdomestic product,Eco-GDP)核算体系的提出,燃煤机组减排带来的生态效益受到关注。为此,该文在发电收益目标函数中加入环保税和空气质量指数(air quality index,AQI)生态补偿金,提出能够驱动机组更为精细化减排的差别化燃煤机组安全约束组合(security-constrained unit commitment,SCUC)模型。该模型以环保...
改善叶片流动分离是提高叶轮机械与飞行器运行效率与安全性的关键。通过在叶片吸力面布置类似鸟类羽毛的自适应襟翼,采用数值模拟的方法,结合SST k-ω湍流模型,模拟了自适应襟翼在一系列攻角和抬起角度下对翼型气动性能的影响,并从宏观气动力与微观流场的角度分析了襟翼改善流动分离的特性与机理。结果表明:襟翼通过影响分离区域大小及翼型表面压...
在实炉试验测量数据的基础上,采用欧拉-拉格朗日模型模拟研究600MW超临界循环流化床锅炉在不同负荷、不同二次风分布状态下的气固流动分布规律。结果表明,二次风分布均匀性对炉内稀相区的颗粒浓度分布、悬吊屏表面的颗粒浓度分布、以及六个分离器的进口颗粒流率,都有较大影响。按实际CFB锅炉二次风分布参数完成的数值模拟结果,更接近于锅炉的运...
该文概述垂直型RC-IGBT自发明以来的主要发展和当前的主要研究问题,包括:IGBT正向输出特性的Snap-back抑制、RC-IGBT关断及二极管反向恢复动态波形优化、器件纵向漂移区载流子浓度分布优化、器件横向载流子密度及电场分布均匀性优化、器件工作时的温度特性、工艺问题及器件仿真问题等。文中同时简要介绍ABB、英飞凌、三菱及富士推出的最新一代逆...
模块化多电平变换器(modularmultilevelconverter,MMC)的多电平调制大幅降低了功率器件开关频率,为集成门极换流晶闸管(integrated gate commutated thyristor,IGCT)的应用带来了契机。该文探讨基于IGCT的高压大容量MMC,尤其是对其拓扑结构、通态和开关行为进行详细分析。在此基础上,对IGCT-MMC的损耗特性进行系统性的分析。文中搭建IGCT-MMC的...
模块化多电平换流器(modularmultilevelconverter,MMC)将在直流电网的发展中发挥重要作用,通过控制和拓扑的方式降低MMC中子模块电容电压纹波幅值,有望降低对模块电容器容值、体积、成本的需求,是实现直流系统换流器轻型化设计的必由之路。该文首先分析MMC中子模块电容电压的波动产生机理,揭示电压波动与相间环流的耦合作用机理;其次,对国内外学...
由于具有冗余性和模块化的特点,采用多个DC/DC变换器模块并联的电源系统被广泛应用于需要高可靠性供电的应用场合。但是,由于并联系统中各模块间参数差异引起的电流不均衡可能使得某些模块承担更多负载电流导致过载发热,而影响到整个电源系统的可靠性。因此,高性能的均流控制器对于多模块并联电源系统来说非常关键。将一个源于并联系统中单个模...
针对级联型光伏并网逆变器,首先建立了传统三相级联H4光伏并网逆变器拓扑的系统共模模型,分析了系统漏电流、系统共模电压、差模电压三者之间的关系,揭示了传统三相级联H4光伏并网逆变器无法抑制漏电流的原因。提出了一种新型三相级联H5光伏并网逆变器拓扑及其调制策略,有效地抑制了系统漏电流。最后,与三相级联H4光伏并网逆变器拓扑进行了性能...
电树枝劣化是硅橡胶电缆附件绝缘性能下降甚至击穿的主要原因,但电缆附件安装时在电缆本体与附件界面处涂覆的硅脂对硅橡胶电树枝劣化性能的影响目前尚缺乏研究。该文研究硅脂对硅橡胶电树枝劣化特性的影响,发现硅脂导致硅橡胶的起树电压由13.5kV下降至10.8kV,电树枝形貌由枝状向丛状转变。进一步的表面电位衰减特性、热分解过程和交联密度的测...
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