基于模型预测的直驱式波浪发电机机侧最优功率控制技术

直驱式波浪发电系统具有结构简单、成本低、效率高等优点,得到了国内外学者的广泛关注。该文以直驱式波浪发电系统为研究对象,分析并建立了直驱式波浪发电装置的水动力数学模型和永磁直线电机的动态数学模型。推导了基于模型预测的功率控制策略用于直驱式波浪发电系统。在功率控制策略中从功率捕获策略和功率跟踪控制策略展开研究以实现将波浪能转换为电能并汇入直流母线。重点围绕功率捕获策略开展基于模型预测控制技术研究,分别从控制策略、预测区间和成本函数三个角度分析了基于模型预测的最优功率捕获策略。建立了仿真模型并进行仿真分析,结果表明,采用基于模型预测的最优功率捕获策略可有效提高不规则波下发电机从波浪发电系统捕获能量。此外,采用以直流母线功率汇入最大为目标的成本函数可以有效地提高发电机输入直流侧能量,具有重要的实用价值。最后通过实验室模拟平台进行了实验测试。

半直驱MW级轴向磁通永磁风力发电机电磁设计与分析

在大功率直驱式风力发电机设计中,针对轴向磁通永磁发电机径向尺寸大、后期维护成本高的问题,文章将轴向磁通永磁发电机设计为大功率半直驱式风力发电机。以2 MW半直驱轴向磁通永磁发电机为研究对象,研究其参数设计原则和方法。通过探究不同极对数对发电机输出性能的影响,确定满足设计目标的发电机优选方案。采用3D有限元分析法对发电机空载和额定负载工况下的气隙磁密、电压、电流波形以及输出功率、损耗和效率进行分析,验证发电机电磁设计的正确性,发电机效率可以达到97.79%,具有损耗小、效率高的优点。通过与现有发电机进行对比,文章所提出的半直驱MW级轴向磁通永磁发电机径向尺寸显著减小,且在轴向尺寸和齿槽转矩方面比现有径向磁通结构的大功率半直驱永磁发电机表现更优。

虚拟惯量控制对直驱风电机组载荷影响的分析及评估

针对虚拟惯量控制诱发风电机组机械载荷的问题,开展虚拟惯量控制对采用直驱永磁同步发电机(D-PMSG)的风电机组载荷影响的理论分析和仿真评估研究。从叶片、塔筒等机械结构低阶模态出发,建立虚拟惯量控制下D-PMSG线性化多体动力学模型,并通过线性化多体动力学模型分析虚拟惯量控制对机组载荷的影响机理。采用软件联合建模方法,构建涵盖永磁同步电机及其控制、电网、机械和气动特性等的D-PMSG非线性机电耦合模型。依据冲击载荷最大值、最大变化幅度百分比及等值疲劳载荷等指标,通过所建立的非线性机电耦合模型仿真分析并量化评估虚拟惯量控制对机组冲击载荷和动态疲劳载荷的影响。结果表明,D-PMSG附加虚拟惯量控制后,电网侧频率突变会使得传动轴和塔底侧向出现显著冲击载荷,且其随虚拟惯量时间常数增大而增大,在湍流风运行工况下机组传动轴和塔底侧向等值疲劳载荷较无附加虚拟惯量控制均有所减小。

电动智能农业车辆开发技术与现状

为提高从业人员对电动智能化农业车辆现阶段技术状况的认知水平,本文从电动化、智能化两个方向进行调研、分析了电动智能农业车辆在电驱动、动力电池、智能网联等技术方面的国内外发展概况。经过对大量文献进行分析,中国电动智能化农业车辆存在起步晚、技术落后、产业化程度滞后等问题,中国在电驱动技术、电池技术、网联化技术等方面还有较大的研发空间。

飞机电推进系统高效能电机及其驱动控制技术

飞机动力系统的电气化是继机载二次能源逐步统一为电能之后航空电气化发展的重要方向和高级阶段,能够大幅提升飞机动力系统能量利用效率,是航空业绿色发展的重要途径。电机系统是飞机电推进系统的核心机电能量变换环节,高效能电机、电力电子变换及其驱动控制技术是电推进飞机发展的基础支撑。该文从电推进飞机动力系统架构出发,分析电推进飞机电机系统的特征与要求。总结永磁同步电机、异步电机、电励磁无刷同步电机和超导电机4种类型电机在电推进飞机上的研究和应用现状,系统讨论电推进系统中不同类型电机和电机驱动器的关键技术。最后,展望新材料、新器件、新工艺、人工智能和综合热管理等技术对电推进飞机电机及其驱动控制技术发展的推动作用。

盘刷式光伏清扫机器人结构与驱动设计研究

针对光伏电站中运维使用的清扫机器人轻量化设计问题,提出一种盘刷式光伏清扫机器人结构并设计驱动系统。首先,在现有轮式机器人基础上,将盘刷与机器人驱动轮集成为一体,设计紧凑型机器人结构,在机器人运动过程中同步实现组件表面清扫,并对电机支架进行优化设计。其次,采用四轮驱动方式,设计盘刷式光伏清扫机器人驱动系统软硬件。在屋顶光伏组件表面开展实验,实验结果表明所设计的盘刷式光伏清扫机器人结构与驱动系统满足清扫需求,在夏季晴天天气清扫一块面积为2.44 m^(2)的光伏组件,对比清扫前后光伏组件标准化的电气特性,清扫后修正至标准测试条件(STC)下的最大功率提升约16.1%。

砂岩油藏高倍数水驱物性及驱替特征变化规律研究进展

采用注水开发的砂岩油藏一般在进入到高含水阶段后,务必会经过长期的注水开发,水驱倍数一般较高,高倍水驱后储层的驱替特征会发生显著变化,从而会影响油田的驱油效率和最终的采收率。针对储层孔隙结构、渗透率、孔隙度、矿物组成、润湿性等参数,总结了各种参数的研究方法和技术手段,归纳了高倍水驱后储层微观孔隙参数和宏观参数的变化规律,阐述了研究过程中可能存在的问题,为后续的储层时变研究提供技术指导。

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。

船舶动力推进系统加速性能控制方法改进

针对船舶动力推进系统加速性能控制方法实施改进优化。首先,设计船舶动力推进系统加速性能控制模型,通过推进电机推力控制与桨距的调节共同实现推进系统的加速性能控制。船舶集控室将加速命令传输至VDF中央处理单元后,推进变频器内的PLC软件获取获取控制命令,利用模糊控制器控制加速电机转速。针对控制偏差问题,采用遗传算法改进模糊控制器,通过准确控制电机产生的推力实现加速性能控制;VDF中央处理单元获取控制信息后,将螺距控制信息传输至CPP处理单元,由此实现对螺距的控制。实验结果显示,该方法能够有效实现研究对象的加速性能控制,控制响应时间在1 s内,且在联控模式控制过程具有较强的抗干扰性。

基于机网变流器协同的波浪发电系统控制策略

为实现波浪发电系统的高效平稳入网,以直驱式波浪发电装置为例,建立其数学模型和并网结构。将装置输出功率分解为平均分量和波动分量,从发电系统主动式控制的角度,进一步提出了阻尼控制和阻尼弹力控制下的最优策略,以使其高效运行。通过直流侧储能配置及机侧和网侧变流器的协同控制,实现电能的平稳入网。仿真结果表明,阻尼弹力控制较于阻尼控制,发电效率更高同时波动更大,直流侧储能及机网侧协同控制可有效平抑功率波动,为波浪发电系统的入网控制设计提供参考。

基于自抗扰的直驱风电机组强迫振荡抑制研究

风剪切和塔影效应会导致直驱式风电机组产生强迫功率振荡,影响系统的安全稳定运行。因此,提出了一种基于自抗扰控制的虚拟惯量控制方法,该方法通过扩张状态观测器观测估计系统扰动量,同时利用跟踪微分器调整系统频率的参考值,优化风电机组控制功率。仿真结果表明,相比传统的虚拟惯量控制,所提方法具有更好的抗干扰性,能更有效地对扰动进行观测估计并补偿,达到抑制直驱式风电并网系统强迫振荡的目的。

计及弱磁效应的直驱式波浪发电系统变系数模型预测控制策略

为提高波浪发电系统(wave energy converter,WEC)能量捕获效率,并保证其在运行过程中满足系统的各种约束条件,该文以平均捕获功率最优为目标,提出计及弱磁效应的直驱式波浪发电系统变系数模型预测控制(model predictive control,MPC)策略。针对波浪激励力过大导致的变流器输出电压过调制问题,将弱磁控制引入优化算法,在满足发电机弱磁极限的前提下增大发电系统的运行范围,提高WEC的能量捕获效率。此外,基于仿真分析,发现了规则波下MPC目标函数的正则系数与平均捕获功率的对应关系。在此基础上,引入快速傅里叶变换(fast Fourier transformation,FFT)与叠加定理,构建了适用于不规则波输入的直驱式WEC变系数MPC控制策略。仿真结果表明,在不规则波浪下,所提方案能在满足系统约束条件的同时,有效提高能量捕获效率。

大规模海上风电接入对电网频率跌落影响研究

为研究大规模海上风电接入对某沿海地区电网频率跌落的影响,基于PSD-BPA对该电网几种场景下的频率受扰特性进行仿真,分析调频风机对电网频率的影响。结果表明:将火电机组替换为风机后将削弱全系统频率稳定性,随着调频风机增多,对电网调频能力的改善效果逐渐展现;相同容量调频风机在不同区域发挥作用时全系统频率波动情况存在差异;故障发生在风机接入点附近时,风机调频作用更为明显。因此合理配置接入电网的可调频风机,将显著改善频率稳定性。

机载130 mJ激光照射器的脉冲驱动电源设计

针对机载130 mJ激光照射器对脉冲驱动电源的实际使用需求,设计了一款高可靠性、宽温度范围、小型化的脉冲驱动电源。采用了基于超低ESR储能单元的前级低功率充电、后级高功率脉冲放电的技术方案。详细设计中,防反及缓启电路采用双PMOS管的方式;BOOST升压式充电电路选用具有开关频率可调、逐周期电流限制的控制芯片CYT5022JVS;储能单元由多只超低ESR的高分子固态铝电解电容器并联构成;放电电路开关管选用两只2.3 mΩ导通内阻的IRF150P220并联来降低发热功率。为保证宽温工作范围,采用电压补偿的方式来解决高、低温下储能单元容值变化的问题。测试表明,驱动电源能够输出峰值160 A、脉宽230μs、频率25 Hz的脉冲电流,激光照射器在照射模式下单脉冲平均能量大于130 mJ,满足系统要求。

结合噪声滤波的电力系统暂态稳定预测

为了解决电力系统实际运行过程中存在大量的输出噪声,提出了一种结合噪声滤波的电力系统暂态稳定预测框架。本框架基于最优样本选择(OSS)方法和覆盖距离(CD)结合生成的覆盖距离滤波器(CDF)进行噪声滤波,然后使用轻量级梯度提升机(LightGBM)模型进行电力系统暂态稳定预测。在仿真软件提供的23节点系统和美国南卡罗莱纳州500节点实际系统上进行的测试结果表明,所提出的电力系统暂态稳定预测框架能够有效过滤噪声,并具有较强的鲁棒性。

考虑用电和馈电模式的变流器电驱系统建模与稳定性分析

由大量异步电机驱动设备构成的电力电子化交流配用电系统存在严重的次/超同步振荡问题。电驱系统正常工作时具有用电和馈电2种运行模式,现场振荡现象表明不同的运行模式对系统的稳定性影响也不同。建立了含机侧系统的电驱系统详细阻抗模型,利用阻抗分析法揭示了电驱系统接入电网的次/超同步振荡机理,分析了运行模式、电网强度、控制参数、交流电压幅值等因素对系统次/超同步稳定性的影响,并基于相位裕度灵敏度明确了主导影响因素。基于实际系统数据,搭建了时域仿真模型,仿真复现了振荡现象,并验证了理论分析的正确性。

果园绿篱修剪机械手的设计与研究

为了解决果园绿篱修剪工具自动化程度低、修剪作业劳动强度大、工作效率低等问题,根据果园绿篱修剪作业要求,设计了一款实用的由液压驱动的四自由度修剪机械手,并确定了机械手各关节的运动范围。首先,基于标准的D-H参数法建立了机械手各连杆的坐标系,对机械手的正、逆运动学进行了求解;然后,利用MATLAB Robotics Toolbox建立了机械手运动学模型,对机械手正、逆运动学,机械手修剪绿篱顶面、侧面时各关节的运动轨迹,机械手各关节的角位移、角速度和角加速度曲线进行了仿真验证;之后,采用Monte Carlo法对机械手的工作空间进行了仿真分析,得到了机械手工作空间三维云图及平面云图;最后,试制实物样机进行了实验验证。研究结果表明:机械手正、逆运动学求解正确,所设计的机械手末端执行器完全能够到达所需修剪的目标位置。修剪机样机实验效果与预期相符,机械手工作时各关节运行平稳、修剪效率高、效果良好,能够满足对中、高绿篱自动修剪的要求,大大降低了修剪作业的劳动强度。

航天器太阳电池阵驱动装置技术发展与展望

太阳电池阵驱动装置是三轴稳定卫星上的关键单机,驱动太阳翼对日定向并向整星传输电功率,在卫星寿命期间持续工作,其可靠性和寿命直接影响整星寿命.从20世纪60年代至今,经过几十年的发展,在传输功率、在轨寿命、功率传输可靠性和低扰动特性等方面获得了长足的进步.近年来,随着低轨卫星星座和商业航天的发展,低成本、轻小型和双轴SADA类产品需求旺盛.本文根据国内外相关领域的信息和资料,总结了其技术发展情况和型号应用特点,并提出了超高压大功率技术方向、低成本双轴SADA的商业航天应用方向是未来的主要发展方向.

海上风电打桩系统动力学建模与冲击动力特性分析

基于LS-DYNA建立3500 kJ海上风电打桩系统拒桩工况下的有限元模型,基于应力波原理分析打桩系统内部能量的传递和各部件的动力学响应。同时基于牛顿碰撞理论建立打桩系统的集中参数模型,该模型综合考虑各部件的质量和刚度,和有限元模型的分析结果较吻合。从而在该集中参数模型的基础上,分别分析替打刚度、替打和锤质量比、替打环刚度对打桩系统冲击力的影响规律,表明冲击力的主要影响参数为替打刚度。

正流量液压挖掘机多路阀阀口压力损失研究

挖掘机液压系统存在管道损失、溢流损失、节流损失及泄漏损失等问题,导致挖掘机作业过程中功率损失较大,能量利用率不高。为提高挖掘机液压系统功率利用率,以正流量挖掘机为研究对象,通过建立机电液联合仿真平台,针对多路阀压力损失较大的问题,提出改变主阀异形阀口区域过流面积的方法,以降低局部压力损失,提高液压系统的功率利用率。以铲斗联为例,改变铲斗主阀进出油口、合流阀口的过流面积及其之间的匹配,将铲斗动作的驱动效率提高了4%,降低了液压系统的功率损失,提高了液压系统的节能性能。