一种多时间尺度线性系统模型降阶的误差预测方法

传统线性系统的数学模型降阶方法,无法预测降阶所引起的系统状态变量动态特性的时域误差,这将导致降阶模型与原始模型状态变量的动态特性差异大,而无法用于系统分析。因此,在传统奇异摄动模型降阶方法基础上,提出一种基于L2范数的线性系统模型降阶的误差预测方法。解析推导了忽略快动态、固定慢动态降阶引起的系统状态变量动态特性的相对误差计算公式,构建了单台发电机供电的交流电力系统、三台发电机供电的直流电力系统的多时间尺度数学模型,并对它们进行了模型降阶和误差预测。仿真结果验证了所提误差预测方法的正确性。     

基于仿射算术优化的不确定系统区间潮流快速分解法

传统基于单一运行点运算的电力系统潮流计算不能处理系统参数改变和负荷需求变化的不确定性,也无法为时变电力系统安全分析提供有意义的参考,因此潮流区间算法在电力系统潮流计算中得到应用。针对现有潮流区间算法结果保守的问题,利用区间仿射算术来考虑区间变量之间的相关性进行快速分解法潮流计算,并在每步迭代中引入线性优化,抑制区间增长。通过算例比较表明,该方法在保证完备性的同时,能有效地减少区间结果保守性。     

十二相整流发电机并联供电系统直流中点环流特性及其抑制方法

十二相整流发电机是船舶中压直流综合电力系统的主要发电设备。将全船整流发电机输出的正负极、直流中点分别并联组网,向全船中压用电设备提供三线制直流电能,可减轻中压用电设备的绝缘和直流均压控制压力,但也增加了系统直流中点环流的风险。针对此问题,该文建立了等效电路模型,揭示了多台整流发电机并联时直流中点环流产生的机理与频率特征,提出了可有效抑制直流中点环流的接地电阻设计原则,时域仿真和物理试验验证了该理论分析结果的正确性。     

船用发电机振动分析与结构优化

针对船用发电机的结构开展了一系列的结构振动分析和结构优化工作。通过振动测试、实验模态分析和有限元仿真的结果对比,定位了结构振动突出的产生原因,并验证了整改措施的可行性。本文总结了刚性电机转子设计、端盖配合、机座结构设计的经验,为类似电机的声振结构优化设计提供指导。     

新型混合励磁同步电机的数学模型与等效分析

为改善高速永磁电机磁场调节困难的问题,提出一种新型混合励磁电机,转子上既有永磁极又有铁心极,磁路呈现典型的径向、周向和轴向三维特性,难以直接用解析法求取电感参数。根据新型混合励磁电机的磁路特点,提出一种等效分析方法,将复杂磁路的混合励磁电机等效为三种二维磁路电机轴向并列叠加。为了提高新型混合励磁电机电磁设计与性能分析的效率,推导了其数学模型与电感参数表达式。对一台10 k W混合励磁原理样机进行了有限元分析与实验研究,结果验证了所提数学模型与等效分析方法的正确性,为该类电机的设计和优化提供了理论支撑。     

多谐振最优伺服控制器在中频电源中的应用

针对标准线性二次型调节器(LQR)不能无静差跟踪参考以及比例谐振(PR)控制器带非线性负载时输出电压总谐波畸变率过高的问题,提出一种多谐振最优伺服控制算法并应用到中频电源设计中。该方法能够实现闭环系统稳定和渐进跟踪,同时还具有动态响应快、抑制谐波能力强的优点。建立中频电源系统模型,并对最优控制和多谐振伺服控制进行理论分析,通过系统矩阵维数增广的方法将最优跟踪问题转化为最优调节问题,利用Matlab软件的lqr函数求解出状态反馈增益矩阵。通过仿真软件和实验样机对整个系统进行了仿真和实验验证,结果表明:所设计的控制器使闭环系统具有良好的稳态性能和动态性能,稳态电压稳定在114.8~115.2V,动态响应恢复时间在10ms以内,对非线性负载具有较强的谐波抑制能力,输出电压总谐波远少于PR控制和鲁棒控制等方法。     

基于突变理论的独立电力系统电压稳定性分析

电力电子变换设备高度集成的独立电力系统电压稳定性是系统设计与运行阶段需要重点考虑的因素。为了减小系统稳定性分析时的计算量,提高分析速度,提出一种基于突变理论的独立电力系统电压稳定分析方法。通过数学推导的方法得到典型独立电力系统的势函数、平衡曲面和分歧点集合的数学描述,建立燕尾流形突变的稳定性分析方程,并给出基于突变理论的独立电力系统电压稳定裕度指标。最后通过某独立电力系统例子,说明所提方法的有效性。     

基于HLA的舰船综合电力系统信息物理混合仿真

针对舰船综合电力系统中电力系统与信息网络紧耦合的特点,提出一种基于高层体系结构(high level architecture,HLA)的信息物理综合电力系统混合仿真平台设计方法。该平台分别利用OPNET和PSCAD仿真软件实现信息网络和电力系统的仿真,并通过OPNET中的HLA节点和PSCAD中的自定义模块,分别实现两个仿真平台的对外数据交互和运行控制。基于HLA框架提供的运行时环境(runtime infrastructure,RTI)接口,设计实现混合仿真控制器,使OPNET和PSCAD能同时接入HLA运行,同时提出混合仿真运行模式和时钟同步方法,实现信息物理混合仿真。在混合仿真平台中搭建基于CAN总线通信的舰船综合电力系统低压配电网保护策略仿真模型,仿真结果验证混合仿真方法的有效性。     

采用周期轨Poincaré映射的非线性电力电子系统小干扰稳定性分析

拓扑结构切换、占空比控制方法和非线性元件均可使电力电子系统具有非线性特性,因此其小干扰稳定问题属于微分方程周期轨的稳定问题。由于状态空间平均法误差较大、难以预测分叉,而数值仿真法物理概念不清晰,因此,提出了基于梯形积分法的非线性电力电子系统周期轨稳定性分析方法。利用梯形积分法描述系统占空比方程和每阶段的非线性状态方程,由隐函数求导法和链式求导法计算周期轨Poincaré映射的雅可比(Jacobian)矩阵,提出了系统稳定裕度指标,建立了基于周期轨Poincaré映射的非线性电力电子系统小干扰稳定性分析方法。该方法能够克服小干扰稳定传统分析方法的困难,揭示非线性电力电子系统失稳的动力系统机制。仿真分析验证了算法的有效性。     

非正弦供电十五相感应电机气隙磁势分析

根据非正弦供电十五相感应电机不同次谐波电流可以产生同速气隙磁势的特点,说明利用3次谐波磁势降低基波磁势幅值以改善电机性能指标的理论根据,并确定叠加磁势峰值达到最小时的3次谐波激磁电流表达式。对感应电机中的非正弦电流进行傅里叶分解,通过计算各次谐波电流产生的不同次谐波磁势,揭示了谐波电流产生同次谐波磁势时、其转速为同步速之规律。以叠加磁势数学表达式为基础,通过求导计算叠加磁势峰值,再由优化方法中的直接法确定出叠加磁势最小峰值以及相应3次谐波激磁电流有效值和相位角。分析了磁势峰值降低后电机性能指标改善及功率密度提高的原因,为十五相感应电机优化提供了理论基础。