计及时延的互联电力系统分散式阻尼控制

针对广域互联电力系统的低频振荡问题,计及信号在广域控制回路中的时延,设计了一种分散式阻尼控制器。首先定性分析了广域控制回路中的信号时延特点,然后在计及时延的互联电力系统线性化模型基础上,使用时延依赖稳定性充分条件进行控制器的求解,最后进行了两区四机系统分散式阻尼控制器设计。在固定时延与随机时延情况下系统仿真结果表明所设计分散控制器能够有效提高系统阻尼,抑制系统低频振荡,提高互联电力系统的动态稳定性能。

基于磁链控制的异步电机V/F控制系统直流预励磁起动方法

结合常规的直流预励磁方法提出了一种适用于变频器-异步电机VVVF控制系统的起动方法,以解决中大容量通用变频调速系统起动电流过大的问题。该方法的本质是电机磁链控制,以直流预励磁建立的磁链为初始状态,然后在起动过程中根据定子电流的无功分量反馈值修正输出电压,维持稳定的圆形旋转磁链。这种方法解决了常规直流预励磁方法有效作用时间短的问题,能提高电流对称性与转矩的稳定性,对整个起动过程中尖峰电流抑制效果明显,且实验效果在380V/315kW异步电机上得到验证。

基于五电平有源中点钳位型双PWM变换器的异步电机矢量控制系统

一种基于五电平有源中点钳位型(ANPC)双PWM变换器的异步电机矢量控制系统,其整流侧和逆变侧变换器分别采用五电平ANPC拓扑背靠背连接,可实现网侧单位功率因数输入和异步电机的四象限运行。整流侧采用电网电压定向矢量控制实现有功功率和无功功率的解耦控制。逆变侧采用转子磁场定向矢量控制实现异步电机的高性能变频调速。设计并制作了一台380V/10 kW的样机,实验结果表明该样机运行稳定,控制算法正确可靠。

船舶电力推进中十五相感应电机同轴运行及容错控制策略

同轴双十五相电机推进系统具有高可靠性、能容错运行、能驱动较重负载等优势,因此其在船舶电力推进中的应用具有重要意义。本文首先分析建立了十五相电机的数学模型,在此基础上建立了十五相感应电机和螺旋桨负载的仿真模型。通过广义派克变换矩阵的建立,设计了十五相电机转子磁场定向矢量控制策略,并结合同轴电机的转矩随动控制,得到了转矩随动矢量控制策略。分析了断相故障下十五相电机气隙磁场的变化,研究了切除对称分布定子相绕组的容错控制策略。通过Matlab/Simulink中的仿真模型,说明了同轴双十五相电机推进系统控制策略的有效性和容错控制策略的可行性。

一种适用于舰船综合电力推进系统的对称混合五电平拓扑及其控制策略

为了满足舰船中压直流综合电力推进系统对中压大容量推进变频器的需求,本文提出了一种适用于多相开绕组电机的对称混合五电平拓扑,每一相电路均由一个高频DC/DC单元和一个高压H桥单元组成。介绍了其工作原理和调制方法,针对其母线中点电压平衡问题,提出了一种微调PWM脉冲占空比的中点电压平衡控制方法。仿真结果表明该拓扑及其控制方法正确、有效。

采用模型预测控制的交流电机电流控制器

模型预测控制是近年来发展起来的一种新型的控制算法,其对模型的参数精度依赖性小,但是具有很好的控制性能,已经广泛应用于过程控制等领域中。模型预测控制可以根据过去和现在的信息,对系统的状态量进行预测,并综合考虑控制对象的预期值和控制量的变化等评价指标,得到最优的控制量。针对交流电机矢量控制中传统电流环PI调节器对电机参数依赖性较高的问题,本文把模型预测控制应用到交流电机高性能控制中。设计了通用性的基于模型预测控制的电流控制器代替传统的电流环PI调节器,可以用于各种交流电机控制中。实验结果表明,基于模型预测控制的电流控制器具有很好的控制性能,参数鲁棒性较好,可以完全替代传统的PI调节器。

高压直流输电系统接地极电流对电力变压器运行影响的研究

当高压直流输电系统采用单极大地回路方式运行时,可能会有部分入地电流流入中性点接地的电力变压器中,这将给系统运行和变压器本身带来诸多不利后果。采用电路-磁路耦合方法,推导建立了可以考虑负载变化的单相心式变压器模型,对偏磁电流造成的变压器工作电流谐波增加等影响进行了详细分析,并利用解析法对空载条件下的简化变压器模型进行了验证。还比较了由于负载不同使得变压器处于不同工作点时偏磁电流影响的变化。仿真结果表明,变压器运行工作点降低对提高设备耐受直流偏磁干扰的能力有积极的作用。

多相无刷励磁系统旋转整流器故障的仿真与识别

多相无刷励磁系统中旋转整流器的损坏时有发生,故障恶化将严重影响主发电机的正常安全运行。为识别旋转整流器的故障,建立了包括旋转整流器在内的整个多相无刷励磁系统的多回路数学模型,对旋转整流器的正常运行和常见故障状态进行了仿真,仿真结果同励磁机额定运行值以及实验结果吻合。分析了旋转整流器各种状态时励磁机稳态定子励磁电流的频谱,并对特征机理进行了理论分析,在此基础上提出以励磁机定子励磁电流的4次谐波分量同22次谐波分量的比值作为故障识别对象,为多相无刷励磁系统旋转整流器故障诊断提供了理论依据。

互联系统电磁暂态交互作用,Ⅰ:直流侧设备电磁暂态模型

我国电力系统正在形成交直流互联的巨大网络,交直流系统操作及故障、直流换流阀的动作、负荷变化产生的ns、μs、ms级的电磁暂态将在直流系统和交流系统中交互作用,交直流互联系统的电磁暂态交互作用可对交流系统和直流系统构成危害,特别是导致直流系统的换相失败及闭锁等严重事故。鉴于此,采用理论分析及测试相结合的方法建立基于地上交直流互联电网络、控制系统和地下接地系统全波过程的特高压系统电磁暂态精确分析方法,通过研究,最终换流变压器采用UMEC三相双绕组换流变压器模型;直流线路采用考虑频变特性的J-Marti模型;单阀的等效电路由晶闸管、饱和电抗器、阻尼电阻和阻尼电容、铁损电阻、并联均压电容元件组成;直流控制器、直流滤波器、交流滤波器也由相应的电路等值。该研究通过建立直流侧设备的电磁暂态特征的宽频特性模型,为分析交直流互联系统电磁暂态交互作用打下基础。

永磁同步电机改进电流预测控制

高性能永磁同步电机伺服系统要求有快速响应的电流内环以保证系统的高动态性能。传统PI调节器容易出现超调及振荡调整过程,应用场合受到限制。传统的预测控制策略可实现快速的动态响应同时避免超调,但依赖被控对象的精确数学模型。本文提出了一种改进的永磁同步电机电流环预测控制方法,利用相邻周期的两个预测模型相减来消除恒定项,实现对电流的闭环控制。相对于传统预测控制,改进方法仅使用一个电机参数,有效降低了对模型参数准确性的依赖,同时闭环结构可避免出现稳态误差。相对于PI调节器,改进方法在实现对电流指令快速跟踪的同时可避免超调和振荡调整过程,动态控制性能更优。仿真和实验结果验证了所提方法的有效性。

改进的光热复合压缩空气储能系统设计方案及其仿真分析

在现有光热复合压缩空气储能(ST-CAES)实验系统的基础上,提出了一种ST-CAES的改进设计方案。通过引入回热系统和双脉宽调制(PWM)变流技术,实现了压缩热的回收利用与"柔性"并网。从影响STCAES膨胀发电系统性能的热力学参数、最大效率控制2个方面开展稳态与动态研究,分别建立了稳态热力学模型和膨胀发电机最大效率转速模型。搭建了ST-CAES并网发电系统的动态仿真平台,仿真分析表明,采用压缩空气先由回热系统预热、再经太阳能集热系统加热的技术路线可进一步提升系统的储能效率;采用双PWM变流器接入电网的控制策略,可在满足负荷功率需求的前提下,实现膨胀发电系统最大效率运行。

基于氢储能技术的双馈风力发电系统基本架构及其建模

针对风力发电系统面临能量输出不稳定、低电压穿越能力弱等问题,提出将氢储能系统安装在双馈风力发电机组变流器中间直流母线处,构建了基于氢储能技术的双馈风力发电系统的基本架构。进一步,利用宏观能量表示法(EMR)建立了基于氢储能技术的双馈风力发电系统的模型,并基于EMR反转规则建立了系统的最大控制框架。在此基础上,基于MATLAB/Simulink搭建了基于氢储能技术的双馈风力发电系统的仿真模型,并进行了仿真验证,结果表明了氢储能系统能够平抑风电输出功率波动及提高系统的低电压穿越能力,同时验证了所建EMR模型的正确性。

波浪发电系统发展及直驱式波浪发电系统研究综述

回顾了波浪能利用的历史和目前波浪能的发展应用现状,并按波浪能转换形式的不同对比分析了液压式、气压式、离合器齿轮箱式和直驱式波浪能发电装置的特点。对在离岸大功率并网应用中具有发展前景的直驱式波浪能转换装置进行了重点描述,分析了其结构组成以及优化功率捕获的控制方案,对直线发电机和优化功率的控制方案进行了总结和比较。结合电网对波浪发电机组的控制要求,对直驱波浪发电的输出功率波动处理方案进行了描述和分析。最后总结了波浪发电系统特别是直驱式波浪发电的发展趋势与应用前景。

轨道交通车辆牵引电传动系统的调制与控制策略

针对轨道交通车辆牵引电传动系统,研究适应全速度范围的多模式调制方法以及与之相应的混合控制方法。首先,分析轨道车辆牵引电传动系统的特点,提出与之对应的多模式调制方法。其次,在分析多模式调制方法特点以及改进矢量控制方法存在问题的基础上,提出由矢量控制和转差频率控制构成的混合控制方法。最后,通过仿真和实验验证了多模式调制方法以及混合控制方法的有效性。混合控制方法避免了单脉冲调制模式下的磁场定向和弱磁控制,简化了控制算法,提高了单脉冲调制时系统控制的可靠性。矢量控制和转差频率控制之间的切换方法是混合控制方法实现的关键,本文对该切换方法进行了详细讨论。实验结果表明,该方法能够保证两种控制方法之间的平滑切换。

无分支电流互感器的同步发电机转子匝间短路监测方法

转子绕组匝间短路是大型汽轮发电机时常发生的电气故障,故障恶化将严重影响发电机的正常安全运行。由于中国绝大多数的大型汽轮发电机不具备分支电流互感器的安装条件,基于定子不平衡电流有效值的故障监测原理应用受到了局限。为此,本文提出一种适用于无分支电流互感器的同步发电机转子绕组匝间短路故障监测方法,该方法依据故障前后励磁磁动势的变化形成故障监测判据。在对实际励磁磁动势的计算中,仅需用到发电机的定子漏抗参数及空载特性曲线,计算精度受发电机运行方式影响较小。通过一台1对极12kW隐极发电机模拟样机的实验验证了监测方法的有效性,该方法同样适用于转子两点接地保护。

十二相整流同步发电机定子匝间短路故障计算

十二相整流同步发电机能提供大功率、高品质的直流电源,已广泛应用于舰船、飞机等移动平台中。鉴于对平台安全运行的高可靠性要求,本文对其中十二相电机可能发生的定子绕组匝间短路故障进行了理论和实验研究。建立了十二相整流发电机定子匝间短路的多回路数学模型,既可全面计及短路故障点位置和气隙磁场空间谐波,又能考虑正常及定子匝间故障情况下整流管不同通断状态引起的回路拓扑结构变化。用变步长的数值积分法求解了由时变系数微分方程组构成的数学模型,实现了系统正常及定子匝间短路故障时对发电机定、转子绕组及直流侧负载电压、电流等电气量的数字仿真。在一台特制的4kW十二相样机上进行了负载工况下定子匝间短路实验,实验结果与仿真结果吻合,验证了数学模型的正确性,并据此分析了十二相整流发电机定子匝间短路故障的电气特点。计算结果为十二相电机定子匝间短路故障的检测或保护研究提供了重要依据。

基于模型预测控制的异步电机弱磁控制新方法

模型预测控制是一种基于被控系统模型的新型控制算法,该算法能够预测系统的未来状态,由滚动优化求出系统的最优控制变量,具有良好的控制性能和较强的鲁棒性。为克服PI参数及电机参数对电压闭环弱磁控制策略性能的影响,本文提出了一种基于模型预测控制的异步电机弱磁控制新方法,详细描述了模型预测控制算法的实现过程,并通过优化使之适用于异步电机的实时控制。实验结果表明模型预测控制算法具有较快的响应速度,对电机参数具有较强的鲁棒性,在发生较大扰动时的控制性能优于传统的PI控制方法,非常适用于交流异步电机高性能弱磁控制场合。

二滩发电机主保护技术改进工作研究

利用现有中性点引出方式和分支组电流互感器(TA)的布置来实现二滩水电站发电机主保护技术改进工作,通过将每相分支TA进行一定的连接,构成1套不完全裂相横差保护、1套不完全纵差保护和1套完全纵差保护。同时拓展了偶数多分支发电机主保护设计思路,其应立足于引出3个中性点且在每相装设3个分支组TA。技术改进方案既考虑了保护性能的互补,又保障了保护装置的稳定运行。

基于直流内电势控制的MMC多端直流输电系统最优下垂控制

基于模块化多电平换流器(MMC)的直流内电势直接控制方法提出了一种新型的MMC多端直流输电系统下垂控制策略。该控制策略在直流电压控制站实现直流内电势-直流电流的下垂特性,并在功率控制站实现对直流电流和电容电压的闭环控制。基于对频域响应特性的分析给出了该控制策略的优化控制参数设计方法。仿真证明了所提控制策略的可行性和有效性。

二极管中点钳位型三电平逆变器—交流电机调速系统的高精度建模与分析

在将二极管中点钳位型三电平逆变器—交流电机调速系统应用于实际的工业场合时,高精度的仿真模型是必不可少的设计与分析工具。本文深入地分析了三电平逆变器—异步电机调速系统的运行机理、调制方式与控制策略,基于Matlab/Simulink建立了完整的仿真分析模型。在建模过程中充分考虑了影响仿真模拟精度的关键要素,包括IGBT的动态开关过程、空间矢量调制过程中的死区设置以及异步电机的空载转矩等。将通过仿真分析模型获得的仿真结果与实验样机上取得的测试结果进行了全面的比较。结果表明,稳态运行时电机电压、电流的相对模拟误差小于4%,电流谐波畸变率的相对模拟误差仅为10.78%,负载转矩动态变化时电机电流整定时间的相对模拟误差小于9%。上述结果充分证明了本文建立的三电平逆变器-异步电机调速系统仿真分析模型具有非常高的模拟精度,为设计研发相关的实际系统装置提供了重要的设计工具和分析手段。