基于多物理场仿真的低频变压器温度特性分析及导向结构优化

为了降低低频工况下油浸式电力变压器的热点温度与内部温升,基于电磁-热-流体场多物理场耦合对低频变压器绕组区域导向结构开展优化分析。通过对变压器电磁部分的有限元数值计算,确定低频变压器与同工况下的工频变压器在铁芯和绕组区域的磁密分布与损耗特性区别。然后在此基础上将铁芯和绕组的损耗作为热源代入流体场和温度场进行仿真分析,得到变压器整体和绕组区域局部的温度及油流分布。最后通过构建20 Hz低频变压器绕组区域的油流传热模型,结合有限元仿真研究导油挡板数量与分布对绕组区域油流量、平均温度和热点温度的影响,并获得导向结构的最佳分配方案。研究结果表明,20 Hz低频变压器绕组区域的热点温度较无挡油板的模型下降了14.44%,该结果可为低频变压器紧凑化设计提供优化方案。

永磁无刷轮毂电机轮对系统同步工况下的协调控制策略

针对双轮毂电机在负载不平衡工况下转速同步精度不够及同步响应速度不快的问题,该文提出速度环补偿PID交叉耦合同步控制和电流环补偿PID交叉耦合同步控制策略。首先,建立双轮毂电机的数学模型,采用双闭环六步方波控制。基于该模型,采用速度环补偿PID交叉耦合同步控制代替单增益交叉耦合控制器,使转速同步调节精度提升。在两侧电机负载不平衡工况下,用电流环补偿PID交叉耦合控制方法进一步提升转速同步精度,同时加快同步响应速度,并兼顾了转矩精度。仿真和实验验证了所提控制策略的正确性和有效性。

混合式配电变压器功角优化控制

针对现有同相位控制无法使混合式配电变压器(HDT)损耗达到最小的问题,提出了HDT的最小损耗模式,以实现功角优化控制,从而降低其运行损耗。首先,建立HDT的相量关系,导出可变损耗与负荷、功率因数角、网侧电压波动系数、功角之间的函数关系;然后,导出最优功角的解析公式,据此建立最小损耗模式的计算流程,从而提出HDT功角优化控制策略。该策略的突出特点在于实时检测电网及负荷工况,进而在线算出实现最小损耗的最优功角;理论分析指出,负荷越轻、越接近纯阻性,电压同相位模式更接近最小损耗模式;反之,电流同相位模式更接近最小损耗模式。仿真及实验结果表明:在网侧电压波动及负载电流畸变工况下,所提出的功角优化控制策略能在实现网侧电流正弦单位功率因数控制及负载电压正弦稳定控制的前提下,有效减小HDT的损耗;轻载工况下,相比电流同相位模式,仿真和实验最小损耗模式能减小可变损耗的60%和42%;在额定负载下,相比电压同相位模式,仿真和实验最小损耗模式能减小可变损耗的46%和37%。

智能配电变压器发展趋势分析

智能配电变压器是智能电网快速发展背景下构建新一代配电网的关键部件。结合新能源分布式电源、交直流混联配电网的发展趋势,文中分析了智能配电变压器的主要功能,指出实现智能配电变压器的关键在于利用电力电子技术使配电变压器具备丰富的控制功能。在此基础上,分析指出电力电子变压器(PET)与混合式配电变压器(HDT)是智能配电变压器的两类可选方案。对PET与HDT的工作原理进行说明,列出基于PET,HDT及扩展型HDT的智能配电变压器的几种典型应用电路,并对其特点进行定性分析。基于一种具体的配电网应用场景,从工作原理、可靠性、经济性、可控性等方面对基于PET与HDT的智能配电变压器进行对比,并定性给出当变换功率比重增大时二者各项性能的变化规律。最后分析了智能配电变压器未来的发展趋势。

一种基于模糊控制的混合式配电变压器的控制策略

混合配电变压器(HDT)具有丰富的电压、电流调控功能。为了更好地实现HDT直流母线电压控制,将模糊控制(FLC)引入到传统比例-积分(PI)控制器中。通过选取适当的隶属度函数,构建相应的专家数据库,利用重心法解模糊,提出一种基于FLC的HDT直流母线电压控制策略,从而有效地提高了直流母线电压控制系统的暂态性能。在Matlab/Simulink中针对上电阶段、电网电压波动以及负载功率突变时的控制过程进行仿真分析,仿真结果验证了所设计的FLC控制的正确性和可行性。

高温高速永磁电机关键技术研究综述

为了全面且深入地介绍高温环境下高速永磁电机系统综合设计的相关技术问题,围绕电机的结构和设计特点展开了系统分析。针对高温环境下电机材料的物理性能和电气性能变化的问题,测试并分析了电工钢和永磁材料与温度之间的关系特性,揭示了电工钢的磁导率、铁芯损耗随温度升高而逐渐减小的规律;以绝缘材料与润滑系统的类型和耐温等级作为切入点,对比分析了不同温度下定、转子拓扑结构类型特点,提出了一种用于宽温度范围的爪极定子拓扑结构、低谐波多层不等匝绕组拓扑结构以及一体式自冷却复合式转子结构;总结了高速永磁电机转子支撑技术、机械特性计算与动力学分析和提升驱动控制技术动态性、抗扰性等关键性问题;对包括高性能磁性材料、新型工艺加工方法、新型拓扑结构设计等在内的高温高速永磁电机的未来发展趋势与热点进行了展望。

含混合式配电变压器的主动配电网电压鲁棒模型预测控制

混合式配电变压器(hybrid distribution transformer,HDT)能够替代传统配电变压器,在配电网中实现无功功率动态调节,从而提升电能质量。为了将HDT应用于主动配电网电压无功优化场景,对其拓扑结构以及运行机理进行分析,由此推导其可控无功功率范围。以稳定节点电压和控制成本最小化为目标,建立含多台HDT的无功动态优化模型。为解决动态优化模型存在由于线路参数误差所导致的模型不确定性问题,设计一种鲁棒模型预测控制策略。通过确定模型不确定性的边界,将含不确定性约束的优化问题转化为Min-Max问题,并最终转化含二阶锥约束的二次规划问题。在有效应对模型不确定性影响的同时,实现优化问题高效求解。在改进后的IEEE 33节点系统上的测试结果,验证了所提控制策略的有效性和鲁棒性。

基于小波变换与逻辑斯蒂回归的混合式配电变压器故障辨识

混合式配电变压器(HDT)在智能配电网中能够代替传统配电变压器实现无功功率补偿、谐波治理和电压调节等功能。为了区分当HDT发生故障的时候,是变压器内部故障还是电力电子故障,该文首先通过仿真得到HDT不同故障工况下的大量一次侧、二次侧、三次侧、四次侧电流特征量数据,然后借助小波变换理论,对得到的数据进行四层离散小波变换,从中抽取小波域下数据的归一化能量、归一化能量矩和样本熵作为电流特征量数据的特征值。利用机器学习的方法,构建逻辑斯蒂回归分类器,将特征值组成的特征矩阵作为分类器的输入、训练模型,得到受试者工作特征(ROC)曲线和混淆矩阵表现很好的分类器模型。最后多次随机抽取数据,统计训练得到的机器学习模型的HDT故障识别的准确率均在90%左右。

大型汽轮发电机转轴接地方式及轴电流分析

就大型汽轮发电机转轴接地现状,通过真机研究试验及理论分析,总结了当前常规汽轮发电机转轴在不同接地布线方式下轴-地系统存在的实际问题;明确不同转轴接地方式对电机安全运行和轴电流测量的影响,为各类发电厂测试电机轴电流、完善轴接地方式提供理论及技术参考。

全电飞机电力系统多级可靠性分析与多目标优化设计方法

为了解决全电飞机电力系统对可靠性和安全性要求都较高的问题,本文提出了一种基于多级可靠性分析的全电飞机电力系统多目标优化设计方法。此方法首先将全电飞机中复杂的电力系统设计过程解耦为多级设计过程,每一级设计过程都在考虑成本、可靠性等指标的基础上建立一个非线性优化模型,然后利用层次分析法确定权重系数,将多目标优化问题转换为单目标优化问题,并将非线性模型线性化最终转化为01规划模型,通过求解该模型获得不同权重系数下对应的电力系统最优拓扑结构以及相应功率器件的额定功率。对不同权重系数下的设计结果分析得出:当可靠性指标权重较小时,全电飞机电力系统拓扑结构较为简单,同时电力系统总成本较低;当可靠性权重较大时,电力系统拓扑结构较为复杂但是成本较高。仿真结果表明,该方法能在成本、可靠性等指标中进行优化设计,体现出该方法在全电飞机电力系统设计初期具有较好的指导意义。

一种用于双凸极永磁发电机的电容储能型变换器

提出了一种用于双凸极永磁发电机(DSPMG)的电容储能型变换器(CERC)。通过分析DSPMG的电磁特性和发电原理,提出了一种针对CERC的控制策略。与传统的三相全桥整流电路(FBR)对比,在相同的负载条件下,采用CERC电路的DSPMG发电系统的输出功率有明显提升。仿真和实验均证实了所提出的拓扑和控制策略的正确性。

一种基于H_(∞)闭环控制器的混合式配电变压器

为提升混合式配电变压器(HDT)应对电网中发生的电压暂升/暂降以及频率波动的能力,进一步提升电能质量,建立dq0坐标系下的HDT数学模型,推导基于H_(∞)闭环的前馈/反馈(FF/FB)控制器的数学模型和传递函数,利用多变量调节理论和卡尔曼滤波器建立基于H_(∞)闭环控制理论的控制器模型,建立基于该控制器的三相HDT拓扑结构并进行原理分析,实现利用HDT解决电压暂升/暂降、谐波电流补偿、平衡负载电压、校正功率因数的功能。通过该HDT结构,可以更好地实现零稳态误差和更优的鲁棒性,进一步提高HDT提升负载侧电能质量的能力。最后通过在Matlab/Simulink平台进行仿真实验,验证了该控制器的有效性。

混合式配电变压器数字控制系统离散域建模与稳定性分析

为准确分析混合式配电变压器(HDT)数字控制系统的特性,构建了HDT连续-离散混合控制模型,并分析了HDT数字控制系统的稳定性。针对所建立的HDT数字控制系统离散域模型,考虑采样和零阶保持器引入的延时环节的作用,结合双线性变换并利用朱利判据推导了离散域下HDT控制系统比例积分参数的约束条件,进而分析并揭示了采样周期对于HDT数字控制系统稳定性的影响规律,并确定合理的数字控制参数。最后通过仿真以及实验验证了理论分析的正确性。

混合式配电变压器的动态模型与内环控制系统

相比传统配电变压器,混合式配电变压器(HDT)集成了脉冲宽度调制变换器,能够对部分传输功率进行调控。因而不仅具有传统配电变压器电压等级变换和电能传输的基本功能,而且能够实时动态控制其负载电压及电网电流,这对于实现主动配电网具有重要应用价值。该文提出一种改进型混合式配电变压器配置方案及其三相电路拓扑,其优势在于变换器拓扑简单,各环节电压等级的确定灵活方便。基于等效电路构建HDT的传递函数框图模型,并采用PI控制器构建HDT的内环控制系统。仿真及实验显示,在电网电压波动及负载畸变工况下,HDT能够实现电网电流的正弦单位功率因数控制及负载电压的正弦稳定控制,从而验证了建模分析及控制系统设计的正确性。

基于扩张状态观测器的混合式配电变压器直流母线电压控制

混合式配电变压器能够有效抑制电网谐波和稳定负载侧电压,在配电网末端具有重要意义。针对负载变化、电网电压波动或三相不平衡等情况下,混合式配电变压器直流母线电压不稳定导致的谐波补偿、维持负载电压稳定功能出现的问题,提出一种基于非线性扩张状态观测器的直流母线电压控制策略,将观测出的总扰动通过前馈的方式进行补偿,以提高直流母线电压的稳定性。同时,通过频域分析了所设计扩张状态观测器和电压控制器的稳定性。最后,在MATLAB/Simulink仿真与实验中,与比例-积分控制进行对比,证明了所设计控制器的响应速度更快,稳定性更好。

基于改进单相dq0电压检测的混合式配电变压器负载电压控制投切策略

混合式配电变压器(HDT)负载电压补偿回路需要根据配电网的电压状况进行投入与切除。因为现有的电压突升突降的检测算法的局限性,该文提出一种改进的dq0变换检测算法。具体而言,通过求导法对每相电压构造虚拟三相电压,然后对三组虚拟三相电压进行dq0变换。最后通过简单的逻辑判断,实现电网中常见的三相电压跌落、三相电压突升、单相电压突降等状况的检测。该算法的优势在于,只需加入时间常数较小的滤波器滤除高次谐波,有效避免了传统检测算法中滤波器时间常数较大带来的延时,从而提高了检测的实时性与准确性。在Matlab/Simulink中搭建仿真模型,根据检测信号进行负载电压补偿回路的投入与切除,从而验证了改进检测算法的正确性。

基于双电机转速同步的混合储能母线电压稳定控制

针对双电机转速同步系统,设计由蓄电池和超级电容组成的主动式混合储能系统,通过功率分频改善直流母线电压控制的性能。本文在考虑电机转速频繁变化和不平衡负载的情况下,比较传统蓄电池储能与混合储能之间的功率分配及直流母线电压稳定情况。通过Matlab/Simulink仿真建模分析,验证所提出的混合储能系统功率分频控制能够提高系统响应功率波动能力,减小蓄电池充放电电流峰值,稳定直流母线电压。

大型水轮发电机中性点接地装置对中性点位移电压的影响

大型水轮发电机接地电容电流较大,为限制接地点故障电流,一般在中性点接地装置中引入感性电流以抵消部分容性电流。近年来,部分大型水轮发电机发生了明显的中性点位移现象,且在接入中性点接地装置后有放大趋势。本文对中性点接地装置补偿电流及参数设定、中性点位移电压的成因以及中性点接地装置对其影响进行分析并给出建议。

构建化工园区大气环境安全风险监控预警体系能力建设的研究和探索

博兴县化工园区从2016年4月开始[1],依托京博集团,争取到了化工园区有毒有害气体环境风险预警体系试点建设项目,在缺少国家层面相关技术规范及导则的情况下进行了研究和探索。通过构建“四位一体”自动监测网络,建设“一张图”预警管理平台,建立全天候运行监控指挥中心,实现了“实时监控、预防预警、应急响应、辅助决策、指挥调度”等功能,从而达到环境安全“第一时间发现、第一时间预警、第一时间响应”的总体要求。

集成式天然气输送压缩机直驱永磁电机研究

集成式天然气输送压缩机采用高速兆瓦级永磁电机直驱替代传统电机+齿轮箱驱动压缩机模式,其驱动电机的电磁设计、机械设计、流体冷却设计均远超出常规电机技术范畴。建立了6MW、10000rpm永磁电机电磁有限元模型,对高压扁铜线绕组高频交流损耗性能进行分析;建立了高压天然气CFX流体模型进行转子碳纤维表面高速风磨耗评估,同时计算碳纤维表面粗糙度对风磨耗的影响;建立了整机1/4流固耦合模型对电机的温升分布规律进行分析;总结出基于电、磁、流体多物理场耦合的兆瓦级高速永磁电机综合设计与分析方法;为高速兆瓦级永磁电机在集成式天然气输送压缩机上应用提供了可靠的理论依据。