基于IP控制与负载加速度反馈的伺服系统机械谐振抑制方法

当伺服系统带宽覆盖传动装置的固有频率时,容易在系统中引发机械谐振,严重影响系统的动态性能与控制精度.针对这一问题,提出了IP控制结合负载侧加速度状态反馈的伺服系统谐振抑制策略.通过在转速环采用IP控制,有效降低了系统的超调,并且在电流环引入加速度反馈,增加了系统极点配置的自由度.在此基础上,根据相同阻尼系数的极点配置方法,以最优阻尼比为设计目标,讨论了系统控制器关键参数与状态反馈增益的取值范围.最终,对所提控制方法的有效性进行了仿真验证.

基于温度修正J-A动态磁滞模型的铁芯损耗计算

铁芯损耗的精确计算,是实现变压器等电磁设备高效运行和局部过热优化设计的关键。传统动态磁滞模型很难准确地模拟磁性材料在复杂环境下的磁特性,直接影响损耗计算精确性。提出温度修正J-A动态模型,依据铁磁材料Weiss分子场理论,引入温度因子ε表征温度对饱和磁化强度Ms的影响;采用模拟退火粒子群算法(SimuAPSO),克服修正后J-A动态模型参数对求解初始值选取的依赖性;将所提模型与有限元法相结合进行局部损耗计算,为解决电磁设备局部过热优化提供依据;最后,将模型模拟值与50WW600无取向硅钢片实测值对比,验证模型的准确性和有效性。该模型综合考虑温度、涡流损耗及剩余损耗,提高了不同频率下磁性材料磁特性模拟分析的准确性,对电磁设备精细化设计具有一定的指导作用。

一种双层-四级随机-鲁棒优化调度模型及求解

提出一种考虑场景概率和出力不确定性的配电运营商-多微电网双层-四级随机-鲁棒优化模型及其求解方法。基于主从博弈原理构建上层配电运营商和下层微电网之间的主从关系,并分析主从博弈交易机制;配电运营商建立考虑风电场景概率不确定性的随机定价模型;下层微电网考虑风电场景概率不确定性和出力不确定性的影响,建立min-max-max-min四级结构的随机-鲁棒优化调度模型;提出了一种变量交替迭代的列约束生成算法,通过解耦四级结构来求解下层微电网随机-鲁棒模型;利用粒子群算法求解非凸的双层优化模型。最后,通过算例验证所提模型和方法的有效性。

多相聚磁式横磁通永磁电机的自定位力矩研究

横磁通永磁电机研究日益得到广泛关注,然而其自定位力矩造成的机械震动、噪音污染不容忽视。该文在总结现有横磁通永磁电机结构特点的基础上,提出一种多相聚磁式组合定子横磁通永磁电机拓扑,并采用三维等效磁网络法进行了样机磁场分析和性能计算,结果证明在轴向和径向进行多相合成设计可以在提高电机输出功率的同时使部分自定位力矩相互抵消,有效抑制转矩脉动,适宜在低速、大功率、直接驱动的工业和军事领域推广应用。并基于分析结果研制了一台四相TFPM样机,实验测量和仿真结果的一致性证明了设计方法的正确性和有效性。

基于经验模态分解和形态学的风电并网电压故障检测

针对风电场并网点电压故障引起的风机大规模脱网问题,提出了基于柔性形态算子和经验模态分解(empirical mode decomposition,EMD)去噪技术的电网电压故障检测方法。首先,利用EMD对采样信号进行时频自适应预处理,从而确定噪声主导模态;然后,通过柔性形态学变换加阈值输出,有效放大信号奇异点,避免了因电网电压信号周期性变化和噪声引起的背景梯度对检测结果的影响,实现故障定位检测。通过对不同噪声强度的电压暂降故障信号进行检测对比分析发现,随着信号信噪比下降,标准形态学方法的检测误差进一步增大,当信噪比达到25db时,甚至出现了误检现象,而柔性形态EMD检测方法仍然可以有效检测故障扰动的起止时间,表明该方法与标准形态学和小波阈值方法相比,在简化运算过程的同时可以获得更高的检测精度。最后,对某风电场并网点故障电压的分析结果与实测数据的一致性,验证了该方法可以有效检测电网电压的瞬态故障信息,从而为风电场无功补偿装置的投切控制提供了依据。

一种新型组合式横磁通永磁风力发电机

在研究现有横磁通永磁电机结构的基础上,提出一种新型横磁通永磁风力发电机设计,其高转矩密度、低速、无刷化的特点非常适宜在直驱式风力发电系统应用。发电机整体由多模块组合而成,每个模块采用组合式定子结构可以降低加工难度,聚磁式转子设计显著提高了每极磁通。该电机各相之间实现了电磁和结构的双重解耦,设计自由度大,在综合考虑转矩密度和漏磁比例的基础上确定了电机的主要尺寸。通过三维有限元法进行了样机的磁场分析和性能计算,研究表明横磁通永磁发电机的输出电压调整率比传统永磁同步发电机小,输出电压的稳定度高。样机实验与计算结果基本吻合,验证了设计方法的正确性。

基于EMD阈值方法的轴承故障振动信号去噪

针对随机噪声信号影响对有用信息的获取,提出了EMD分解阈值去噪方法,将小波阈值去噪原理应用于经验模态分解(Empirical Mode Decomposition,EMD)中。首先对实际含噪信号进行EMD分解,根据分解后得到的内蕴模态函数(Intrinsic Mode Function,简称IMF分量),采用自适应阈值去噪,进行信号重构,得到消噪后的信号,获取有用信息。将该方法应用于实际工程故障振动信号中分析研究表明,该方法可以获得较高的信噪比,能够对实际信号进行有效的故障特征频率提取,降噪后比降噪前的诊断效果更明显。

电动汽车充放电行为对电网负荷特性的影响

通过行驶里程、充放电时间及充放电方式等分析进行电动汽车的行为特性数学建模.采用基于拉丁超立方采样(Latin hypercube sampling,LHS)的蒙特卡洛模拟(Monte Carlo simulation,MCS)得到电动汽车充电功率的日负荷分布曲线,将其期望值和方差与简单蒙特卡洛计算结果相比较,表明该方法比传统MCS具有良好的收敛速度和收敛精度.通过广州市电网负荷曲线算例,评估电动汽车充放电过程对电网负荷特性的影响,并揭示私家车双向有序充电与公交车集中充电相结合,可以在平抑负荷波动增大日负荷率的同时,有效降低日峰谷差率,从而既能保证用电单位经济合理用电,又有助于整个电网的安全经济运行.

电动汽车与风电机组协同的微电网调度策略

随着电动汽车对电网渗透率的增加,将对电网的正常运行产生重要的影响作用。构建了以风电机组、电动汽车和汽轮机等为核心的微型电网系统,通过蒙特卡洛法对电动汽车的充放电功率进行分析,并结合酒泉某风电基地风电出力数据,以总运行成本最小为目标构建风电与电动汽车协同调度模型,分析了电动汽车对增强风电消纳的调节作用,最后通过IEEE 9节点微型电网算例验证了调度模型与优化算法的有效性,为今后发展智能电网的多资源协调互补利用提供依据。

基于磁场调制式磁齿轮传动的永磁同步风力发电系统

提出一种基于磁场调制的同心式磁齿轮设计,将其引入风力发电系统代替传统机械齿轮,既解决了风力机与发电机的转速匹配问题,又减小了风电机组的总体积,避免了机械齿轮的振动、噪声及润滑等自身无法避免的问题,从而提高了整个风电系统的效率和工作可靠性。在对磁齿轮谐波磁场进行有限元分析的基础上,以时步有限元法为基础,实现了电动机有限元模型与磁齿轮有限元模型的联合动态仿真。设计了一台传动比为6.75的1 kW磁场调制式磁齿轮(FMMG)样机,搭建了基于FMMG传动的风力发电系统试验平台,发电机反电势计算波形与试验波形的一致性说明了电磁设计与分析结果的正确性。

改进粒子群算法及其在风电系统中的应用

提出一种基于正交试验的改进粒子群优化算法,以改善传统算法的寻优效率和参数设置。基于随机过程理论,把粒子群算法原有的时变系统转换成概率意义下的线性定常系统进行分析,明确了粒子群算法的全局收敛性及其相关参数取值范围,在此基础上提出一种惯性权重和学习因子非线性、非对称变化的改进粒子群算法,使算法在全局收敛的同时具有较高的优化精度,并引入正交设计的多因素多水平试验,确定该算法参数的最优取值。通过在甘肃酒泉某变速恒频风电机组的最大风能跟踪控制系统应用,有效确定了最优叶尖速比和风机转轴速度,实现了最大年平均风含能量的优化目标,使风电机组的运行效率得到提高,验证了改进粒子群算法的正确性及其工程实用价值。

大功率直驱式变速恒频风力发电技术综述

采用无齿轮箱的直驱式风力发电系统已成为大功率风电机组的主导技术之一。传统风电系统的齿轮传动装置不仅降低了风电转换效率,产生噪声污染,更成为发生机械故障的主要原因之一,同时为减少机械磨损,还需要润滑清洗等定期维护。直驱式风电机组虽然增加了电机的设计成本,但却有效提高了系统效率及运行可靠性。在对大功率直驱式风电机组发电机及其功率控制进行对比、分析的基础上,指出今后的发展方向。

面向工程实践的运动控制系统综合训练改革

本科生的运动控制系统综合训练涉及电气、控制和机械等相关学科,具有涵盖知识面广、工程应用性强的突出特点。虽然运动控制课程群的相关课程实验能够帮助学生掌握一定的实际动手技能,但学生的综合分析、运行测试以及基于团队协作的应用系统或产品研发等综合实践能力,并没能得到充分锻炼和提升。因此,以风力发电动态模拟系统设计为例,提出一种面向工程实践的综合训练方法,通过对电气自动化专业学生的教学实践,证明该方法有助于不同专业知识的融会贯通和学生理论联系实际能力的培养提高。

基于改进遗传算法的分布式电源并网优化配置

随着国家电网对分布式电源并网市场的开放,将分布式电源集成到现有配电系统是今后电力系统的发展趋势。以配电网网损和节点电压偏移最小化为优化目标,考虑支路电流约束、分布式发电单元容量和总接入容量等约束条件,构建大规模分布式电源并网优化配置模型。并提出基于均匀设计的改进遗传算法进行寻优计算,避免了遗传算子的盲目试凑,可以较好地兼顾多目标优化Pareto解集的多样性与快速性,有效提高优化精度。算例对比分析结果表明,通过对分布式电源接入配电网的合理优化配置,可以有效降低系统网损,提高配电网电压的稳定性。

电动汽车与风电机组协同作用的微电网经济调度

构建以风电机组、电动汽车和汽轮机等为核心的微型电网系统,通过蒙特卡洛法对电动汽车的充放电功率进行分析,并结合酒泉某风电基地风电出力数据,以总运行成本最小为目标构建风电与电动汽车协同调度模型,分析电动汽车对增强风电消纳的调节作用,最后通过IEEE 9节点微型电网算例验证调度模型与优化算法的有效性,为今后发展智能电网的多资源协调互补利用提供依据。

基于横磁通发电机的永磁直驱风力发电系统

为满足直驱式风力发电机组的低速、大转矩要求,对新型横磁通永磁多相发电机的转矩密度、模块化结构及其系统建模进行深入分析,针对此类电机电枢绕组和主磁路在空间结构上的相对独立性和各相绕组间的电磁解耦特点,进行变速恒频风力发电控制系统设计,根据风力机输出特性,提出基于最优电磁转矩特性曲线的发电机最大功率跟踪方案。并搭建了10kVA样机系统,通过全功率逆变器完成电能转换与并网控制,实验测试结果表明发电系统馈入电网的电流THD为2.8%,功率因数为0.98,电能质量达到了风电入网标准。

一种改进粒子群算法在横向磁通永磁电机优化中的应用

通过对鸟、鱼等动物群体捕食行为的深入分析,进行了粒子群优化算法的改进研究:在优化过程中,动态调整学习因子和惯性参量,得到了全新的粒子速度与位置更新模式,从而有效防止了粒子的"早熟"问题,并改善了算法的全局寻优能力。使用提出的改进粒子群算法对典型数学函数进行校验,结果表明:改进算法的全局寻优能力比原算法有明显提高。将其引入电磁场逆问题求解过程,对一台聚磁式横向磁通永磁同步电机进行基于磁钢用量和电机整体体积最小的尺寸优化设计,取得了令人较为满意的效果。

基于脉振高频注入法的永磁同步电机初始位置检测优化算法研究

对脉振高频注入表贴式永磁同步电机(Surface Mounted Permanent Magnet Synchronous Machines,SPMSM)无传感器控制系统初始位置检测,传统的高频脉振电压信号注入法是把脉振高频电压信号注入估计的转子参考坐标系中,检测永磁同步电机定子侧的高频电流响应,在此基础上,针对滤波器提取位置信息中会使信号延迟、电流环带宽减小等情况,根据电机的数学模型,在高频电流信号的处理过程中减少滤波器的使用,简化了系统结构,减少了转子和转速的估测时间,可以得到估计的比较准确的转子位置和转速,实现电机无速度传感器在零低速范围内的转子位置估计。最后用Matlab/Simulink平台对优化后的电机系统进行了仿真分析,实验结果证明与传统的方法相比优化后的永磁同步电机无传感器控制系统的精度和稳定性得到提高。

永磁同步电机有限集模型预测直接转矩控制

针对永磁同步电机(PMSM)模型预测直接转矩控制(DTC)转矩脉动大、功率元件开关频率不恒定等问题,将两电平逆变器的8个电压空间矢量作为有限控制集,应用到PMSM DTC中。设计考虑转矩误差、最大转矩电流比及电流约束的成本函数,利用成本函数来估算有限集合中各电压矢量的占空比,从而求得逆变器的最优电压矢量作为系统控制量。与传统模型预测控制方法相比,该方法的电流谐波和转矩脉动显著降低,且转矩动态性能也得到改善。仿真试验结果验证了所提出的控制方案有效性。

电能计量微机监控系统的研究

介绍一种基于 C/S结构的电能计量微机监控系统。下位机系统对电能表检定试验实现完全实时监控 ,上位机自动接受各种检定实验数据 ,并进行智能化数据处理 ,自动生成数据库 ,实现标准化报表。