抽油机井恒功率变频控制系统研究

抽油机作为陆上油田最重要的机械采油装备之一,近年来已发展出一系列的变频节能技术,但其研究主要集中在硬件方面,缺乏相关基础理论,导致现场应用普适性差,应用效果参差不齐。为此,研究有杆泵变频测控机理,优选了主要部件,对测试数据提出了要求,形成了有杆泵抽油变频控制系统。构建BP神经网络系统对正常井和漏失、柱塞碰泵、气体影响等异常井进行识别,分类提出变频计算模型:考虑负扭矩和抽油机冲次界限等建立了正常井恒功率变频计算模型,实例对比分析了变频后抽油机速度、加速度变化规律,产液量一定时,负功功率和有功功率分别下降了65%和44%。建立了上行程漏失的异常井变频计算模型,针对性地提高上行程冲次,形成“上快下慢”运行模式。实例计算表明:该系统缩短上行程时间2.6 s,较好地解决有杆泵上行程漏失和变频节能的问题。研究成果可为抽油机变频技术提供理论支持,对油田节能和提产具有指导意义。

微波含水率检测技术在复杂油水混合形态下的应用研究

在油水混合物中会出现不同的乳化形态,不同的乳化形态对应的电导率和介电常数也具有显著差异,从而导致通过检测电导率和介电常数值间接测量含水率的测量结果不准确。针对复杂油水混合状态下含水率难以测准的问题,提出一种基于微波技术的复杂油水两相流含水率检测技术,建立了基于微波技术的“油包水”和“水包油”状态分析方法。首先通过检测微波信号穿过不同介质后信号幅值的衰减和相位的偏移,推测油水混合物的含水率值。再利用不同输入功率的微波信号在不同介电常数下功率衰减比不同的原理,来区分油水混合物的乳化状态,优化含水率的测量。室内验证和矿场试验结果表明,该系统可有效区分乳化液的混合状态,通过含水率标定值对实测数据进行修正,最终测量的含水率误差可控制在1个百分点以内,实现了复杂油水混合形态下含水率的高精度测量。

基于功率恒定的防饱和在线取电方法

基于厄流线圈取电装置提出了一种防止铁磁磁心饱和的方法,该方法使用旁路泄流电路将流入电流互感器过多的电流引入到旁路电路中消耗掉,将输出功率作为反馈值来调节旁路电路中开关管的关断,通过控制输出的功率大小,输电线路在宽范围电流内实现恒功率输出和防止电流互感器磁心到达饱和。根据电流互感器各方面的要求,建立电流互感器3D模型,将3D模型导入到Maxwell中对电流互感器本身进行有限元仿真分析,得到电流互感器内部各项参数,再将经过有限元分析的电流互感器模型导入到ANSYS中与外部电路组成取电电路进行联合仿真,通过仿真结果验证电流互感器的取电能力。再加入本次对电流互感器取电优化部分,通过电流互感器二次侧谐振的方式增加一次侧输电线路的等效阻抗,考虑到电流互感器磁心饱和的问题,采用旁路泄流电路将过多的电流通过旁路绕过电流互感器一次侧回到输电线路当中的方法解决。

基于恒功率约束的换挡毂数控铣削加工控制系统设计与实现

【目的】汽车双离合变速箱(Double Clutch Transmission,DCT)的核心零部件换挡毂加工制造精度要求高,针对数控铣削工艺的非线性问题,通过优化切削参数,以提高生产效率及延长刀具寿命。【方法】以主轴负载恒功率为约束条件,设计一种基于模糊控制算法的铣削加工控制系统。采用CP1E N30作为主控制器、CX-programmer开发下位机程序、Kingview开发上位机系统,完成基于主轴功率信号反馈的智能控制器的开发。【结果】在XHK716加工中心机床上实现铣削工艺的恒功率控制,通过换挡毂粗铣B平面工艺过程的应用,可知实时功率保持在目标功率附近。【结论】该控制系统提高了铣削加工效率,实现了保护刀具的目标,对延长刀具寿命有较好的参考价值。

基于谐波通讯的无线电能与反向信号同步传输技术

针对现有无线电能与反向信号同步传输(simultaneous wireless power and reverse signal transmission,SWPRST)系统存在较大无功功率、负载电压易受信号传输发生波动或需要额外增加高频信号源等问题,提出一种基于谐波通讯的SWPRST技术,通过利用逆变器输出方波电压中的基波分量传输电能,三次谐波分量传输信号。不需要外加高频信号发射电路,实现了可靠的电能与反向信号同步传输。首先,给出基于谐波通讯的SWPRST系统结构,对其工作模式和基本原理进行分析;接着,建立系统等效数学模型,分析系统参数取值对信号与电能传输之间的互扰影响;然后,对信号的调制解调电路进行设计,分析信号检测通道参数对信号传输速率的影响;最后,搭建实验平台对理论分析进行验证,实验结果表明,该方法在有效实现了无线电能与反向信号同步传输的同时,信号无误码率传输速率可达5 kbps,同时系统具有无功小,输出负载电压几乎无波动(电压波动率0.33%)等优点。该方法采用谐波作为信号载体,为多频利用式实现电能与反向信号同步传输系统提供一种新的思路,具有较好的理论意义与实际工程应用价值。

基于偏航机动的常推力定点着陆制导方法

实现定点着陆终端位置速度六分量控制通常需要发动机推力可调。提出了一种通过偏航机动实现固定推力下的定点着陆制导方法。该方法通过偏转航向角,调节发动机输出在下降轨迹平面内的分量,从而实现航程控制;为了消除推力方向偏转产生的横向位置、速度偏差,设计了偏转角符号调整策略,使得着陆器在水平面内呈“之”字形运动,以一定推进剂为代价,最终保证了下降着陆终端位置、速度的全部可控。仿真表明,所提方法简单有效,易于工程实施。

基于LCL-S型两接收端无线电能传输系统传输特性研究

随着WPT应用的发展,多接收WPT系统因一个发射端可以为多个接收端同时供电,近年来受到广泛关注。对LCL-S型两接收端WPT系统的功率分配进行研究,并对LCL-S谐振补偿电路的两接收端WPT系统的传输特性进行分析,提出一种双PI功率控制,实现了发射电源恒功率控制。同时,通过移相控制调节各接收端的输出功率来实现按预设比例进行功率分配。仿真实验验证了所提出的方法实现恒功率输出和按预设比例分配接收端电能的可行性和有效性。

基于双掩码技术的抗功耗攻击CMOS电路设计

为增强现有差分传输管预充电逻辑(differential pass-transistor pre-charge logic,DP^(2)L)电路结构的抗功耗攻击性能,设计并开发了一种改进型DP^(2)L电路。与改进前电路相比,改进型DP^(2)L电路在不同输入信号下晶体管的导通数目保持相同,从而表现出更好的功耗恒定性能。在此基础上,进一步设计了双轨双掩码差分传输管预充电逻辑(double masked differential pass-transistor pre-charge logic,DMDP^(2)L)电路。该电路不仅改善了原有电路的功耗恒定特性,而且引入的双掩码具有随机性,加大了攻击者获取电路运算结果的难度。模拟结果表明,设计的双轨DMDP^(2)L电路较其他3种同类型逻辑电路的标准化能量偏差(normalized energy deviation,NED)分别减小了11.33%,5.19%和3.06%,表明其具有更好的功耗恒定特性和抗功耗攻击能力。

半桥驱动的恒流恒压可重构的无线电能传输系统

锂电池在充电过程中充电电压变化范围大,其等效阻抗不断增加,会带来恒流过充以及恒压欠充问题,结合锂电池在快速充电过程中的动态特性,提出一种基于半桥驱动的恒流恒压可重构的S/LCC-LCC无线电能传输(WPT)系统。半桥驱动的WPT系统仅用一个切换开关进行拓扑重构即可实现系统输出特性的切换,具有所用元件少,重构拓扑简单等特性。首先,给出了基于S/LCC-LCC的拓扑重构原理;其次,分析了半桥驱动的重构拓扑的恒流恒压以及零相角特性;再次,给出了WPT系统的异常工况以及相应解决办法;最后,搭建了仿真和实验平台。验证性的WPT系统在恒流模式能输出恒定电流3.47 A,在恒压模式能输出恒定电压48.2 V。仿真与实验结果验证了所提方法的正确性。

计及多储能单元出力水平的风功率波动平抑控制方法

在风电场侧配置电池储能是缓解风电功率波动、提高风电可调控性的有效途径。为满足风功率波动平抑要求,提出了一种计及多储能单元出力水平的风功率波动平抑控制方法,充分考虑多储能单元实时出力能力,在兼顾功率平抑目标的同时实现减小储能电池能量调用、各储能单元充放电切换次数、放电深度及荷电状态波动区间。首先分析了滤波时间常数对风功率平抑效果以及储能功率分配方法对各单元荷电状态变化的影响;其次引入超短期风功率预测,根据风功率预测数据建立滤波时间常数优化模型,得到滤波时间常数最优解以及最小储能功率指令;然后分析了各储能单元出力水平与功率平抑需求的影响,进一步提出了一种分层复合式储能单元功率分配方法,实现了多储能单元的功率指令分配,避免了各储能单元频繁与过度充放电,有利于延长使用寿命;最后以湖南省某实际风电场为例,通过实际算例验证了所提方法的有效性。

基于变频重构S/SP拓扑的无线电能传输系统恒流恒压研究

针对电动汽车无线充电系统耦合系数和负载变化导致系统输出电流和电压剧烈波动的问题,提出一种由交错叠放式线圈结构和变频重构控制策略组成的无线电能传输系统,通过重构补偿拓扑,并切换工作频率,实现了系统的恒流恒压输出。首先,分析了拓扑重构前后系统的恒流、恒压输出特性和零相角特性,对比恒流恒压工作模式下补偿电容的大小,给出了系统参数调整方法。其次,剖析了交错叠放式线圈结构模型,提出基于耦合系数波动最小原则的线圈结构优化策略。所提出的系统补偿元件较少,两个工作频率点符合国际标准。最后,搭建一套500 W的实验样机,验证系统的可行性和有效性。实验结果表明,交错叠放式线圈在X轴方向偏移发射线圈外径的55%(187mm)或Y轴方向偏移120mm时,耦合系数波动率小于5%。系统在恒流模式下电流波动率为3.58%,在恒压模式下电压波动率为4.83%,满足无线充电系统恒流恒压需求。

考虑构网型和跟网型变流器的孤岛微电网小信号稳定性分析

由电力电子设备主导的孤岛微电网面临系统惯量小、无频率支持而导致的稳定性问题,恒功率负荷的渗透也加剧了系统的失稳风险。研究了由构网型变流器和跟网型变流器为主导的,计及恒功率负荷的孤岛微电网稳定性。首先,建立了孤岛微电网系统的全阶小信号模型,通过特征值分析法研究了构网型变流器控制中下垂系数对稳定性的影响并得到了下垂系数的数值上界;其次,通过参与因子法揭示了系统参数和控制参数对小信号稳定性的影响;最后,在Matlab Simulink中建立了该孤岛微电网的开关模型,仿真验证了小信号分析结果的准确性。

无线电能传输系统恒流输出控制方法研究

此处提出了一种发射端控制的无线电能传输(WPT)系统输出恒流调节方法。该方法无需在接收端增加传感器和无线通信装置,即可实现对系统输出电流的调节,因此,能够减小接收端体积和重量。首先,建立WPT系统等效电路模型,考虑整流电路等效输入阻抗的电阻和电感分量,推导得到发射端电压/电流与负载电流之间的量化关系;然后,采集发射端并联电容电压有效值和输入直流电流值,并通过逆变器移相控制,实现系统恒流输出;最后,搭建WPT实验台架,实验结果表明:在变负载工况下,恒流控制精度在3%以内,动态调节时间小于200ms,从而实现了负载电流快速、精准的调节。

基于频率切换实现恒流/恒压输出的电场耦合无线电能传输系统

电场耦合无线电能传输(electric-field coupled wireless power transfer,EC-WPT)技术的实际应用中,有些用电设备需要系统具有不同的恒定输出特性(恒流/恒压),即系统输出电压或输出电流与负载解耦,此外,系统还需具备在恒流、恒压模式间按需切换的功能。针对该需求,基于LC-CLC谐振网络提出1种具有恒流/恒压输出特性的EC-WPT系统,分析LC-CLC谐振网络特性,推导恒流/恒压输出特性的实现条件以及恒流频率和恒压频率的计算方法,并给出系统参数设计方法,分析系统对工作频率的敏感性。最后通过仿真和实验验证所提出的EC-WPT系统恒流/恒压输出特性及其参数设计方法的正确性和有效性。实验结果表明所提出的系统在输入电压恒定的不同负载工况下分别实现2 A的恒流输出以及96 V的恒压输出,其最大传输效率分别为87.83%及88.17%。

基于“88Q”线圈的三维抗偏移WPT系统

针对谐振式无线电能传输(WPT)系统在传输距离和负载变化时引起输出电压不稳定的问题,提出一种“88Q”线圈耦合装置,结合LCC/S与S/LCC型负载无关恒压谐振拓扑可实现平面线圈的三维抗偏移恒压输出。给出了“88Q”线圈的空间位置和特征参数,分析线圈激发磁场的分布特性、线圈水平偏移和改变传输距离情况下线圈互感变化趋势。最后,搭建系统实验平台。实验结果表明,系统负载变化或耦合装置发生偏移时,均可实现恒压输出。

带恒功率负载多电平Buck变换器逆解耦自适应滑模控制

针对带恒功率负载(CPL)多电平Buck变换器的强耦合问题及负阻抗特性引起的不稳定问题,提出一种逆解耦自适应滑模控制策略。建立带CPL多电平Buck变换器的非线性数学模型,基于逆系统方法证明系统的可逆性,并推导逆系统表达式,将模型线性化解耦为多个伪线性子系统,抵消负阻抗特性的影响。通过选取线性滑模面和指数趋近律以减弱滑模抖振,并将自适应机制引入到滑模控制中,进而为线性子系统分别设计自适应滑模控制器,进一步提高系统控制性能。基于李雅普诺夫理论对控制系统的稳定性和鲁棒性进行验证。与现有控制方法进行比较,仿真结果表明,所提控制策略具有更强的鲁棒性和优越性。最后,搭建原理样机进行实验对比,实验结果验证了所提控制策略的正确性和有效性。

无线电能传输系统最大效率追踪及恒压输出复合控制方法

针对无线电能传输(WPT)系统的传输效率受耦合线圈之间的互感以及负载影响的特点,该文提出一种基于阻抗匹配技术的最大效率追踪及基于前馈PI控制的恒压输出复合控制方法。首先,对双边LCC型WPT系统的参数和传输效率进行分析,通过调整系统参数优化系统的传输效率。其次,在二次侧使用DC-DC变换器采用阻抗匹配的方法实现最大效率追踪,同时在一次侧采用DC-DC变换器利用前馈PI控制器闭环控制负载端电压实现恒压输出。该方法中,效率追踪和电压控制之间相互独立,互不干扰。此外,该方法还通过系统工作时的电路参数来估算线圈间的互感值,并通过线性拟合的方法对该估算互感值进行修正,得到更精确的互感估算值。最后,通过搭建实验平台验证了该方法的可行性和有效性。与PI控制相比,前馈PI控制方法在快速性和抗扰动性上均具有明显优势。

欧式围网起网理网机负载敏感液压系统设计及仿真

欧式围网是海洋捕捞中上层鱼类效率最高的围网渔法之一。研究了理网与起网传动控制协同性技术,以保障欧式围网高效连续起网作业。以某新型40 m欧式围网示范渔船上的起网与理网适配需求为基础,采用负载敏感控制技术设计起网理网机液压传动控制系统,构建“渔具负载-起网速度”阻力特性模型,基于液压负载敏感和电液恒功率控制的双闭环反馈控制系统,以协同控制围网起网理网机自适应工作负载,并通过AMESim软件对起网理网机负载敏感液压传动控制系统进行仿真。结果显示:起网理网机负载敏感液压传动控制系统可以自适应围网起网渔具负载变化,自动调节理网速度实现恒功率理网,实现连续起网作业。相比传统液压系统传动的起网理网机,在相同海况下,起网效率提高32.78%。本研究涉及的液压负载敏感传动控制技术为欧式围网渔业高效捕捞提供了解决方案。

基于改进型ZVT Buck电路的IPT充电系统设计

为了避免在感应式无线电能传输系统的耦合机构中增加多余的开关器件以及额外的无源元件,同时减小系统工作在高频率、大功率时全控型开关器件存在的开关损耗,提出基于改进型ZVT Buck电路闭环控制的方法实现对电池的恒流、恒压充电,通过分析改进型ZVT Buck电路的工作模态以及对电路参数的设计,确保在整个充电过程中DC-DC变换器均工作在软开关状态,最后搭建充电电流为35 A、充电电压为370 V的实验平台验证该方法的可行性。结果表明:该方法控制简单,并且降低了系统电路结构的复杂度,传输效率相对较高,能够满足恒流恒压充电需求。

基于恒定功率的热式流量计设计与测试

针对热式流量计的温度漂移问题,提出了一种恒定功率模式下的热式流量计结构,并对其数字校准方法进行了研究。与传统热式流量计相比,增加了环境探头,该探头内嵌于流体管道壁。各传感器之间采用隔热措施,利用环境探头和感温探头测量得到的电压信号进行实时数字校准。采用音速喷嘴法燃气表检验装置对流量计进行检测。检测结果显示:流量在0.016~0.25 m^(3)/h范围内误差率小于0.5%,流量在0.25~6 m^(3)/h范围内误差率小于1.0%,温度漂移现象有效改善。