永磁直驱型风机海上风电送出系统不对称接地及甩负荷电磁暂态研究

为明确海上风电交流送出系统过电压的特征与水平,需考虑风电机组的故障穿越特性。该文结合永磁直驱风机变流器的控制原理,提出海上风电送出系统不对称接地过电压的解析计算方法。基于PSCAD对风电机组进行精确电磁暂态建模与故障电压穿越测试,以国内某500 kV大规模海上风电工程为背景,仿真计算送出系统不对称接地及甩负荷过电压。结果表明:系统不对称接地过电压大小与风机正负序控制策略有关;海缆电网侧甩负荷将产生持续百ms的1.3 pu以上的暂态过电压,风机过电压保护动作延时越长,暂态过电压越严重。实际海上风电工程计算需紧密联系风机控制保护策略及其参数,并综合关键设备耐压水平进行评估,通过风机控制策略优化可以降低系统过电压水平。

基于VIENNA永磁风电系统的自适应反推控制研究

针对永磁同步电机存在非线性项的不确定性以及系统参数摄动产生的不利影响,提出一种基于VIENNA永磁风电系统的自适应反推控制策略。采用VIENNA整流拓扑实现整机功率密度的最大化,降低谐波干扰,提升系统的可靠性。通过自适应反推控制得到系统控制律和参数自适应律,解决了系统的非线性,实现了对定子电阻和负载转矩的参数自适应,从而提高了系统的抗干扰能力。仿真结果表明,该控制系统具有较强的鲁棒性。

基于桨距角控制的永磁风电机组高电压穿越控制策略

为解决传统永磁风电机组高电压穿越控制策略存在超速脱网风险问题,提出一种基于桨距角控制的高电压穿越控制策略。高电压穿越期间,首先,按照并网要求向电网提供无功支撑;其次,考虑转子转速限制,当转子转速达到参考值时启动桨距角控制,抑制转子转速上升;最后,通过仿真试验,验证了所提控制策略的有效性。基于桨距角控制的永磁风电机组高电压穿越控制策略,既能向电网提供无功支撑,又能避免超速脱网。

电励磁与永磁电机脉冲电源系统充放电对比分析

对基于电励磁和永磁同步电机的飞轮储能系统充放电原理进行了详细介绍,结合PID控制技术为飞轮储能系统设计了充放电控制器,分别通过控制励磁和变流器对两种飞轮储能系统进行充放电,在MATLAB/Simulink中搭建了仿真模型,仿真结果表明了控制策略的有效性,并且对两种脉冲电源充放电方式的优缺点进行了总结比较。

并联永磁同步风电机组小干扰稳定性分析

采用平均磁链定向控制多台永磁同步风电机组进而构造分频发电系统是未来陆上尤其是海上风电的汇集方案之一,但对该模式下多台风电机组间稳定性的研究鲜有文献涉及。针对此问题,基于特征值分析法,研究了平均磁链定向控制的永磁同步风电机组之间的小干扰稳定性。首先,基于高压大容量直驱式永磁同步风电机组的分频集电系统拓扑结构,建立了适用于小干扰稳定分析的风电系统的数学模型;其次,通过辨识振荡模态并分析模态参与因子确定了影响系统振荡的主控因素,通过绘制根轨迹分析了主控因素参数变化对系统振荡的影响,并发现系统振荡受发电机电感、电阻和直流电容参数的影响最大;最后,通过时域仿真验证了研究结论的正确性。

一种用于磁悬浮汽车的永磁电动轮的优化策略

为了改善磁悬浮汽车的基础性能,基于目前国内外永磁电动悬浮的研究现状,提出了一种基于更优磁化角的永磁电动轮结构。首先从原理的角度分析磁化角度变化实现更优电动轮结构的理论合理性,通过优化环形永磁电动轮的磁化角可以增加单极对的永磁体数量增加外围磁场强度,并利用等效面电流法推导得出更简洁的解析计算公式,分析得到了永磁电动轮与导体板之间的结构关系、磁场特性和涡流分布特点;然后在三维电磁仿真优化方面,从磁场、悬浮力、驱动力、浮重比和浮驱比等多个性能参数对比传统的永磁电动轮和改进的永磁电动轮。结果验证了改进后的永磁电动轮结构对其悬浮-驱动一体化功能具有有益提升,并从解析计算和实验分析两个角度共同验证三维电磁仿真的准确性和可靠性,为后续设计优化工作提供了可靠手段。这种Halbach阵列永磁电动轮的优化方案有助于磁悬浮概念车的基础性能提升,为“碳达峰、碳中和”背景下新型绿色环保交通工具的形成提供了可行的技术选择。

基于脉冲电永磁技术的吊具智能控制系统

针对电磁型吊具磁吸盘能耗高、寿命短、自重大、安全系数低、占用空间大,以及永磁型吊具存在自动化程度差、适用范围窄等缺点,研发了一款基于脉冲电永磁技术的吊智具能控制系统。基于PLC开发平台,设计了触底检测功能、自动称重功能、电流检测功能,与脉冲电永磁的磁力控制功能相结合,最终实现了吊具智能控制的效果,实验结果表明该设计既具有电磁型吊具磁力可控、操作方便,又具有永磁型吊具节能、安全环保的特点,具有广阔的发展前景和巨大的经济效益。

永磁直驱风电低电压穿越与功率平抑策略研究

针对永磁直驱风电机组低电压穿越和功率平抑两种问题,提出采用改进超级电容储能系统(ISCESS)和串联制动电阻(SDBR)的联合控制策略。将ISCESS并联在机组的直流链上,SDBR则串联在电网与并网点之间。当风电并网系统正常运行时,ISCESS凭借快速充放电能力平抑机组的并网功率。当电网故障电压骤降时,SDBR抬升并网点的电压并耗散不平衡能量,另一部分不平衡能量则由ISCESS吸收。研究结果表明,所提策略在正常运行时能有效对永磁直驱风电机组的并网功率进行平抑,在电网故障时能有效提升机组的低电压穿越能力。

电动飞机电推进用永磁同步电机无传感器控制技术综述

随着绿色航空的发展和新能源技术的不断进步,电动飞机也得到了快速发展。作为电动飞机的核心,电推进系统也受到越来越多的关注。永磁同步电机(PMSM)凭借其功率密度大、效率高等优势成为电动飞机电推进系统的理想解决方案。由于不依赖位置传感器,永磁同步电机无传感器控制技术能够更好地满足电动飞机对高空复杂环境下高可靠性的要求。首先,对当前电动飞机推进用永磁同步电机无位置传感器控制的主要方法进行了总结和比较。其次,针对转子起始位置检测、低速起动以及中高速运行中的关键技术和难点进行了分析。最后,对目前研究中存在的问题进行了归纳,并对未来的发展进行了展望。

海上直驱永磁风电系统非对称故障主动识别方法

传统风电系统故障识别方法容易受到线电压误差影响出现误判,导致故障数据识别结果精度不高,因此提出海上直驱永磁风电系统非对称故障主动识别方法。分析非对称故障下风电系统的运行特性。根据连续时间信号,采用主动学习方法消除信号基频。使用逆向扩散法调整主动学习参数,判断故障态、预警态事件。利用电压幅值和时间宽度双重标准分析线电压误差,采用数据互校验方法确认故障事件可信性,完成故障主动识别。实验结果表明,所提方法能够主动发现风电系统中的电流异常情况和谐波畸变程度,直流分量最大误差仅为0.05 A。

面向海上风电仿真的永磁同步发电机电磁暂态等效建模方法

海上风电的建模与仿真是构建新能源为主体的新型电力系统的关键支撑技术。永磁同步发电机(PMSG)作为直驱或半直驱机型的核心元件,现有模型存在一定的局限性:商业软件提供的灰箱模型无法得知建模原理,开放程度不够,限制了风电机组应用高效电磁暂态建模算法与并行加速算法;目前常用的PMSG建模方法无法生成接口与外电路连接;PMSG是同步发电机的一种,而同步发电机有不同阶数的数学模型,现有模型不便更改。针对上述问题,该文提出阶数可选的PMSG电磁暂态等效建模方法。首先对发电机电压、磁链方程进行离散化;然后通过单步长延时消除代数环,重构PMSG模型,推导得到其诺顿等效电路并构建模型整体仿真框架;最后,在RTDS仿真平台中进行仿真分析。结果表明四阶、二阶模型在场站级仿真具有适用性,而六阶模型实现了对基准模型的多工况高度拟合,平均相对误差小于4%,能够同时满足场站级与机组内部各仿真需求。

永磁同步电机在纯电轻卡驱动系统中的退磁原因及解决方法

文章针对纯电轻卡驱动系统中永磁同步电机(PMSM)的退磁问题,进行了系统性的分析和研究。从温度、电流、外部磁场和永磁材料等方面,分析了PMSM退磁的原因和影响,并用示意图进行了说明;提出了温度控制、电流限制、屏蔽外部磁场、选用高质量永磁材料、合理设计电机结构、定期检查和维护等一套完整的解决和预防PMSM退磁的方法,并用数学公式进行了理论分析。在此基础上,利用仿真软件对PMSM的退磁问题进行了验证。结果表明,文章提出的方法可以有效地提高PMSM的抗退磁能力和可靠性,对于纯电轻卡驱动系统的优化设计和运行维护具有一定的参考价值。

基于变流器控制的永磁风电机组低电压穿越控制策略

针对永磁风电机组低电压穿越(low voltage ride-through,LVRT)采用改变背靠背变流器控制策略的方法时,存在未考虑因转子转速越限导致机组发生超速脱网的问题,提出了基于变流器控制的LVRT控制策略。基于转子运动方程,推导了能够抑制机组转子转速越限的机侧变流器有功功率整定计算公式,设计了可降低卸荷电阻使用率的卸荷电阻投切方法,仿真结果验证了该策略的有效性。

车用电涡轮复合系统超高速永磁同步电机设计

超高速永磁同步电机由于其转速高、体积小、功率密度大等特点,被广泛应用于透平机械中。本文以一台5kW/150000rpm的车用电涡轮复合系统超高速永磁同步电机为研究对象,围绕电机的转子强度、损耗温升等关键问题进行研究分析。首先,基于经典电机设计理论,明确了设计步骤,完成了电磁设计;其次,采用多物理场耦合分析方法,建立了电机转子二维简化等效模型,进行转子强度分析;最后,基于电机损耗理论,完成了电机的热特性分析。仿真分析和计算结果表明:所设计的超高速永磁同步电机能够满足车用电涡轮复合系统的整机要求,为后续同类型电机开发与优化设计提供了参考。

永磁直驱式风电变流器整流侧过电压抑制方法

永磁直驱式风电变流器在风电系统中扮演着重要角色,但整流侧过电压问题一直是影响其安全稳定运行的关键因素,因此提出了一种针对永磁直驱式风电变流器整流侧过电压的抑制方法。首先,分析了整流侧过电压的产生机理,包括电网电压波动、风力变化等因素对整流侧电压的影响。然后,设计了一种基于负荷能量泄放回路和储能单元的过电压抑制策略,当检测到直流母线电压过高时自动投入负荷泄放回路,消耗掉富余能量,抑制直流侧过电压,同时通过在直流母线上设计专用储能单元,将富余能量转移到储能系统中存储,故障恢复后或按需要将所存储的能量馈入电网。此外,还探讨了如何通过电力电子双向变换设备将储能单元接口到变流器的直流母线,以实现能量的高效利用和电压的稳定控制。

超高速永磁电动悬浮系统性能优化

为提高超高速永磁电动悬浮系统的综合性能,围绕浮重比、浮阻比和悬浮刚度3个重要指标开展了多目标性能优化研究.首先,对永磁电动悬浮系统进行横向延拓,推导三维电磁力模型,并进行有限元仿真分析;然后,针对浮重比、浮阻比和悬浮刚度的多目标优化问题,提出基于“系统级+子系统级”架构的并行优化策略,实现了线性加权意义下的系统性能最优.最后,搭建了“Halbach永磁阵列+凸缘式铝制转盘”实验平台,验证上述优化策略在提高系统性能上的有效性.研究结果表明:在超高速工况下,理论解析计算得到悬浮力与仿真结果误差在8%以内,而磁阻力几乎没有误差;通过优化设计,浮重比从11.0提升至18.3,增幅为75.50%;浮阻比从3.5提升至3.8,增幅为7.50%;单位质量永磁阵列的悬浮刚度从6.1 kN/m提升至20.6 kN/m,增幅为235.94%.

三余度永磁同步电机绕组匝间短路故障诊断方法

机载作动系统可靠性是保障飞机飞行性能和飞行安全的重要前提,为了提升机载电力作动系统用三余度永磁同步电机系统可靠性,针对其常见的绕组匝间短路故障(ITSCF),本文提出一种基于高频谐波电流的在线故障诊断方法。通过电机绕组ITSCF数学模型,明确了故障后旋转坐标系下交直轴电流的典型高频脉宽调制(PWM)谐波故障特征;综合分析交直轴谐波电流对瞬态工况扰动的鲁棒性,选择直轴高频谐波电流周期有效值作为诊断特征;为了消除各余度电流固有谐波的影响,提出了基于三余度谐波电流平衡度的故障诊断方法;最后设计了故障诊断算法,通过带通滤波器进行高频谐波电流提取,并采用周期有效值计算实现谐波电流量化,最终通过三余度平衡诊断表实现故障余度识别。通过仿真模型验证了诊断算法的有效性,为提升机载电力作动系统可靠性提供借鉴。

航空电推进电机多层波浪形拓扑及散热设计方法

针对航空电推进电机的散热问题,提出一种基于多层波浪形散热拓扑的航空电推进电机高效散热设计方法。航空电推进电机采用多层波浪形散热拓扑,建立电机等效热网络模型,确定等效热阻、对流换热系数等重要参数,完成电机温度精确计算,并通过CFD仿真验证所建立电机等效热网络模型的准确性和有效性。以此为基础,对比分析传统散热翅和多层波浪形散热拓扑对电机功率密度的影响。基于多层波浪形散热拓扑的等效热网络模型,采用遗传学习粒子群优化(GL-PSO)算法,完成航空电推进电机高效散热优化设计。优化结果表明:相比于原始方案,优化方案的机壳质量减轻15.1%,整个电机的功率密度提升0.06 kW/kg。

超级电容储能和卸荷电路协调控制的永磁同步风电机组低电压穿越策略

针对永磁同步风力发电机组的低电压穿越问题,结合超级电容储能与卸荷电路的优点,提出了一种超级电容储能和卸荷电路协调控制的低电压穿越策略。当低电压故障发生时,在机组变流器的直流侧同时投入卸荷电阻和超级电容储能系统共同吸收故障期间的不平衡功率。在故障清除后,超级电容储能系统根据网侧变流器的运行状态将故障期间吸收的能量回馈电网。仿真结果表明,所提协调控制策略能在保证机组可靠实现故障穿越的同时,降低超级电容的设计容量和成本,并提高风能的利用率。

结合风速预测的直驱风电机组减载调频策略

直驱永磁风电机组常用的减载调频控制策略缺乏对风电机组运行经济性和调频能力的考虑,易导致系统出现调频能力不足或备用功率冗余的问题,对此提出了一种基于变减载率的优化减载调频策略。首先划分不同的风速模式,确立不同模式下的超速与变桨距协调控制方案;其次考虑系统调频能力和发电量两因素,设计函数求取不同工况下的最优减载率;由于风速波动频繁,风机控制具有延迟,因此利用风速预测和滑动窗口法对最优减载率做进一步调整;最后搭建系统仿真模型,通过改进的频率控制动态调整减载率参与系统调频。仿真实验表明,所提控制策略与常用的策略相比在实时风速、负荷扰动下系统频率动态偏差减小、达到最低值的时间延长,风机发电量增加,桨距角变化量减小。该策略能满足调频需求,提升调频质量,减小机械磨损,提高风机运行的经济性。