基于气隙磁密差信号峭度因子的永磁同步电机局部退磁故障诊断

该文提出一种新型基于气隙磁密信号差峭度因子的永磁同步电机局部退磁故障诊断方法。首先,建立永磁同步电机等效磁路模型,根据简化模型分析局部退磁故障后各极主磁路下径向气隙磁密的变化规律。然后,将预存健康电机空载状态下气隙磁密信号与测量的在线状态下气隙磁密信号作差并计算其峭度值,作为故障特征值。取健康电机空载状态下气隙磁密信号与不同工况下气隙磁密信号差峭度值的最大值作为参考值,根据故障特征值与参考值的大小诊断出局部退磁。最后,仿真和实验结果均验证提出的局部退磁故障诊断方法的有效性。

基于径向气隙磁密和定子电流的永磁同步电机均匀退磁故障诊断研究

该文提出一种基于径向气隙磁密和定子电流的永磁同步电机均匀退磁故障诊断方法。首先,建立电机的d轴等效磁路模型,分析均匀退磁故障后径向气隙磁密的变化规律;然后,获取电机的径向气隙磁密和定子电流信号,对各极下径向气隙磁密幅值进行归一化处理,并绘制雷达图,根据雷达图和比较相同定子电流幅值下健康电机和故障电机的各极下径向气隙磁密幅值的平均值,来诊断均匀退磁故障;利用空载各极下径向气隙磁密幅值的平均值计算故障程度。最后,仿真和实验结果均验证所提均匀退磁故障诊断方法的有效性。

永磁电机系统中冗余结构逆变器的可靠性分析对比研究

基于马尔可夫模型和可靠性框图模型,对永磁电机系统中并联冗余和备用冗余两种结构的逆变器在零件层面和系统层面进行可靠性分析,得到这两种结构逆变器的可靠性函数和平均无故障时间函数。首先,通过对比来确定判断何种冗余结构具有更高可靠性的边界条件函数。其次,分析边界条件函数随各参数的变化情况以及对冗余结构可靠性的影响,包括环境温度、电流、热阻抗和容错处理机制的成功率。然后,建立N相冗余逆变器的可靠性函数,并给出高可靠冗余结构中并联支路数和备用支路数量的确定方法。最后,以三相永磁电机逆变器为例,通过仿真和实验验证边界条件函数的准确性。

小型全电/混动飞机技术路线与动力系统综述

该文对小型全电/混动载人飞机的技术发展路线、航空推进电机、动力系统架构进行分析、总结与展望。首先,从载人飞机的气动布局、结构拓扑、动力源和起降形式等方面分析,分出6条技术路线,总结各自的乘客数、最大起飞重量、巡航速度、功率和航程等技术指标。其次,总结已装机或拟装机航空推进电机的技术参数和应用机型。对先进航空推进电机的发展现状,按功率等级分类探讨了三相永磁电机、多相永磁电机、兆瓦级涡轮机驱动的兆瓦级电机/发电机、高温超导电机。最后,对6种动力系统架构的技术路线特点、关键技术进行梳理,分析载人全电/混动飞机未来的发展方向。国内载人电动/混动飞机领域刚起步,该文的研究工作对飞机的总体气动布局设计、功率需求、器件选型、动力系统设计具有重要的参考价值。

V型交替极永磁同步电机气隙磁场调制效应研究

与传统V型永磁(V-shaped permanent magnet,VPM)结构相邻N和S极永磁体形成一对极磁场不同,V型交替极永磁(V-shaped consequent-pole permanent magnet,VCPM)结构永磁体与相邻铁心形成一对极磁场。为进一步探究VPM和VCPM电机磁场分布的不同带来的转矩性能差异,首先通过麦克斯韦应力张量法确认,并量化分析VPM和VCPM电机气隙磁密各次谐波转矩贡献,揭示两种电机主谐波与调制谐波转矩贡献的差异性,进而阐明VCPM电机转矩提升的根本原因在于其显著增加的调制谐波贡献的转矩分量。然后,研究关键结构参数对VCPM电机气隙磁场调制效应的影响规律。最后,加工一台VCPM样机并开展试验研究,验证理论分析和有限元仿真结果的可靠性。

基于三相四桥臂变换器的开关磁阻电机系统开路故障容错控制研究

功率变换器故障是影响开关磁阻电机系统运行的主要问题之一,电机系统长期运行故障状态下可能会对整个系统造成不可逆的损伤。为此,该文提出一种适用于三相开关磁阻电机的容错控制策略,保证电机系统在开关管开路故障下可以容错运行。在健康状态下,开关磁阻电机系统为两相励磁运行模式,保证绕组利用率。在开关管开路故障时,使用第四桥臂在故障相上产生反向电流,开关磁阻电机系统调整为单相励磁模式,解决开关管开路故障时输出转矩缺相的问题。所提方法在使用较少冗余开关的基础上,提高了开关磁阻电机系统在开路障条件下的容错能力。仿真和实验结果验证了所提容错控制方法的有效性。

基于改进NSGA-3和不平衡潮流的配电网相序优化

低压配电网存在大量单相负荷,三相负荷不平衡会造成台区线路损耗增加,危害电网运行安全。提出一种基于历史数据的用户相序优化方法。使用台区用户的历史电压、电流数据构建台区不平衡潮流模型。针对台区一天内的运行状况建立用户节点电压平均不平衡度最小、台区线路损耗最小和换相次数最小的目标函数。提出含有正态分布交叉算子(normal distribution crossover, NDX)的改进非支配遗传算法(non-dominated sorting genetic algorithm-3,NSGA-3),对用户节点的相序进行优化,以获得较好的种群分布并减少优化时间。然后从解集中选择最符合条件的一组解作为换相策略。最后以安徽省某配电台区实际用户数据为例,验证了所提方法可以有效地降低三相电压不平衡度,减小线路损耗。

基于跨极式探测线圈的双三相永磁同步电机故障诊断方法

针对双三相永磁同步电机发生匝间短路故障、偏心故障、退磁故障影响系统稳定运行的问题,为了能够及时诊断电机故障,提高双三相永磁同步电机可靠性,提出一种在定子齿部放置跨极式探测线圈的方法,实现双三相永磁同步电机故障检测与辨识。分析了跨极式探测线圈的工作原理,研究了双三相永磁同步电机在匝间短路故障、偏心故障、退磁故障下,跨极式探测线圈端口电压谐波变化规律,利用奇数次谐波来判断匝间短路故障和静态偏心故障,利用分数次谐波来判断局部退磁故障和动态偏心故障,给出了利用跨极式探测线圈进行故障诊断的思路。采用联合仿真研究验证了基于探测线圈故障诊断方法的有效性,为双三相永磁同步电机故障诊断提供了一种有效手段。

基于阶比分析的永磁同步电机偏心故障诊断研究

该文以电机偏心故障诊断为背景,针对传统的基于电机电流分析方法的故障特征弱,且无法处理非平稳信号的缺点,引入阶比分析技术,将时域非平稳信号转换成角域平稳信号。首先,建立电机偏心故障模型;然后,分析偏心故障对电机电流的影响,得出阶次谱中故障特征;最后实现偏心故障诊断。仿真和实验结果表明,该方法能够在电机非稳态运行过程中检测出电机的偏心故障,有效地克服传统快速傅里叶变换分析带来的“频率模糊”现象。

一种并联逆变器自适应下垂控制方法

在逆变器并联系统中,由于线路阻抗的差异,传统下垂控制功率分配精度不高,并且复杂工况下输出电压控制精度低。为了解决以上问题,提出一种基于自适应参数的改进下垂控制方法。该方法在传统P-V下垂控制的基础上,代入基于Lyapunov函数的自适应参数控制,降低原有线路阻抗的影响,保证输出电压在任意负载工况下均保持在一定的约束范围内。此外,在控制回路中加入虚拟阻抗,通过有功功率反馈调节虚拟阻抗比例系数,进一步提高功率分配精度。仿真和实验结果验证了所提出的改进下垂控制方法的有效性。

考虑双重不确定性的区域综合能源系统多阶段滚动随机规划

在绿色能源转型的背景下,以新型电力系统为核心的区域综合能源系统(RIES)多能耦合程度逐渐加深。在长期的规划运行过程中,除了源荷本身固有的常规预期波动特性外,还容易受到外界扰动的影响,从而产生非预期的不确定性。因此,文中提出了一种考虑预期与非预期双重不确定性的RIES多阶段滚动随机扩展规划。首先,针对RIES长期规划以及常规多能源荷预期不确定性,考虑建设过程中的投资成本、能源站收益、碳税等,基于信息间隙决策理论建立RIES多阶段随机规划模型。然后,考虑规划过程中突发的非预期不确定性,借鉴模型预测控制理论,建立RIES多阶段滚动随机规划。最后,以中国江苏地区的JSYZ-66节点测试系统为例,验证了所提方法在长期规划中面对常规源荷预期不确定性以及规划过程中非预期不确定性的有效性,分析了在风险投机和风险规避策略下规划方向的选择对于规划结果的影响。

表嵌式交替极永磁电机拓扑演化及气隙磁场调制效应研究

与传统表贴式永磁(SPM)电机相比,交替极永磁(CPM)电机部分磁极被转子铁心极替代,因此具有相对较高的永磁体利用率,且具有与SPM相媲美的转矩输出能力。该文对CPM电机拓扑演化规律进行分析,总结CPM电机不同永磁结构下的磁极特征。在此基础上,量化分析不同永磁结构下CPM电机气隙磁通密度调制谐波的转矩贡献,揭示不同永磁结构对CPM电机气隙磁场调制效应的影响规律。制作了一台CPM样机并进行了样机试验,验证了理论分析与仿真的可靠性。

子模块故障下基于变执行频率的MMC功率损耗优化控制

模块化多电平变流器(modular multilevel converter,MMC)因其高度模块化和低谐波失真而逐渐成为最适合大功率应用的拓扑之一。当子模块(submodule,SM)发生故障时,故障桥臂中SM电容电压和开关频率将升高,这会导致MMC故障桥臂的功率损耗不平衡,从而影响MMC的寿命。文中提出一种基于变执行频率的功率损耗优化控制(variable execution frequency-based power losses optimization control,VEF-PLOC),该控制通过调整电容电压平衡控制的执行频率来调节功率器件的开关损耗,从而优化故障桥臂中功率器件的损耗。提出的VEF-PLOC能够优化SM故障下故障桥臂功率损耗,从而有效地提高MMC的寿命。最后,在时域专业工具PSCAD/EMTDC上进行仿真,并在小型MMC样机上进行实验,仿真和实验结果皆验证了提出的VEF-PLOC的有效性。

深度学习理论及其在电机故障诊断中的研究现状与展望

电机已经被广泛应用到人们生产生活的各个领域中,电机的故障不但会对电机本身会造成损害,甚至会引发经济损失、人员伤亡等各种问题。因此,将及时且高效的故障诊断技术应用于电机有着重要意义。相比较传统故障诊断技术而言,深度学习因其更强大更复杂的数据表达能力,已被应用于电机故障诊断领域,并取得了一定的研究成果。因此,介绍了深度置信网络(DBN)、自编码网络(AE)、卷积神经网络(CNN)和循环神经网络(RNN)这四类经典的深度学习模型,并总结了这四类模型在电机故障诊断中的应用。最后对深度学习在电机故障诊断领域中所面临的问题和挑战进行了总结和展望。

计及模型预测控制的永磁同步电机匝间短路故障诊断

匝间短路是永磁同步电机中一种常见的故障,若不能及时地监测到故障将会导致二次故障,甚至对整个电机造成破坏。因此,为了提高永磁同步电机的可靠性,该文提出一种永磁同步电机匝间短路故障诊断方法。该方法是基于永磁同步电机模型预测控制系统中的价值函数,利用模型预测控制系统中价值函数的直流分量和二次谐波分量来诊断永磁同步电机匝间短路故障。首先简要介绍永磁同步电机在正常情况下的数学模型;然后叙述永磁同步电机模型预测电流控制方法;接着搭建永磁同步电机在匝间短路故障情况下的数据模型,并分析匝间短路故障对定子电压和电流的影响;最后,分析匝间短路故障对模型预测控制系统中价值函数的影响,会导致价值函数中出现直流分量和二次谐波分量。仿真和实验结果验证了提出的匝间故障诊断方法的有效性。

一种新型基于直流电容局部充电的升压型多电平逆变器

基于直流母线电容局部充电的一种新型多电平逆变器电路,借助于直流母线电容及其局部充电回路,实现了直流侧的电压泵升,其后配合普通逆变电路及相应控制策略,获得理想的多电平交流电压输出。本文所述的多电平逆变器拓扑结构,有别于传统的多电平逆变器结构,可用较少的电力电子器件灵活地获得高阶数的多电平电压输出,输出波形的阶数可由控制方法灵活改变,显著地减小输出电压的THD。仿真和实验结果表明了理论分析的正确性,并证明了该多电平逆变器电路具备良好的运行特性。

一种新型缺相永磁同步电机容错驱动系统

对矢量控制绕组开路式永磁同步电机驱动系统中一相绕组开路故障工况进行研究。采用电流矢量轨迹曲线诊断故障发生位置,通过桥臂冗余开关组合在线模拟开路相故障。引入60°坐标系统下固有开关冗余的电压空间矢量调制重构,提出矢量分解准则,在一个调制周期内逆变器-Ⅱ钳位于对应三角区域顶点的相同冗余开关状态,逆变器-Ⅰ进行电压矢量合成的控制策略,在不增加额外器件下实现驱动系统的缺相容错运行。基于Maxwell&Simplorer&Matlab三者的联合仿真实验验证了该容错方案能够实现驱动系统从开路故障状态到缺相容错运行的平滑、可靠切换,有效提高了系统的可靠性。

单逆变器驱动双永磁同步电机断相容错控制策略

为保障单逆变器控制双表贴式永磁同步电机(surface-mounted permanent magnet synchronous motor,SPMSM)在发生断相故障后系统的安全可靠运行,该文提出一种单逆变器表贴式双永磁同步电机系统绕组断相故障容错控制策略。首先根据断相后的电机电压电流关系,设计一种用于单逆变器双永磁同步电机的绕组断相故障容错拓扑。在此基础上,为保证双永磁同步电机系统稳定运行,利用端口电压调整策略,满足双永磁同步电机的拓扑约束。仿真和实验结果表明,所提容错控制策略可确保单逆变器控制双电机系统在某一电机发生断相故障时仍然稳定运行。

智能电动汽车充放电技术分析与仿真研究

随着智能电网概念的提出，电动汽车不再只是传统的电力消费体。而且可以将多余电能回馈给电网或用户。基于这一思想。提出了一种基于智能电动汽车的双向电力变换器设计，通过一套主电路拓扑结合相应的控制，实现了电动汽车的充电、并网（VehicletoGrid，V2G）以及作为不问断电源供给关键负载（VehicletoHome，V2H）的需要。在控制策略中，用比例谐振（PR）控制器取代传统的PI控制器。实现了交流量瞬态反馈的无静差输出，具有很好的瞬态和稳态性能。最后通过Matlab／Simulink进行了仿真测试，仿真结果表明，提出的设计方案能够很好地实现电动汽车与电网的双向供电，达到了预期效果。

磁通反向永磁电机的定子绕组电阻不平衡故障程度定量估算研究

针对定子绕组电阻不平衡(SWRI)故障检测和故障程度估算问题,提出一种基于零序电压(ZSVC)和定子电流的磁通反向永磁(FRPM)电机的定子绕组电阻不平衡故障程度估算方法,有助于安排合理的维修计划。首先,利用零序电压和定子电流与附加电阻的关系,建立关于附加电阻的二元二次方程组;然后,通过求解二元二次方程组得到附加电阻值,并利用得到的附加电阻值实现定子绕组电阻不平衡故障程度估算;最后,在磁通反向永磁电机仿真和实验平台上进行算法验证,仿真和实验结果表明了所提出的故障程度估算方法的有效性和鲁棒性。