基于非接触式供电系统的新型旋转变压器设计与优化

针对非接触供电系统存在传输效率低,使用场合局限等问题,本文通过COMSOL仿真软件设计出了一种新型可旋转松耦合变压器,并以其为核心元件搭建了实验平台。以提高系统传输效率为主要目的,针对不同影响因素测试了变压器在静止和旋转两种状态的传输性能,并对实验过程中出现的功率因数波动问题进行分析解决。最后通过仿真数据与实验结果对比对变压器进行优化。     

CES中不同绕制拓扑松耦合旋转励磁变压器性能及分析

针对混合动力汽车用同步电机,其内部的电刷和滑环带来电接触的劣势不可避免.本文提出一种新型励磁系统,它无需电刷和滑环,称为非接触励磁系统(CES).相对旋转部分和相对静止部分同时存在于变压器中.设计毗连型和嵌套型两种针对CES的变压器绕制拓扑进行研究.通过模型建立确定了两种拓扑的最优工作气隙.毗连型和嵌套型绕制拓扑均可以...     

新型二维旋转磁特性测量用励磁装置优化设计北大核心CSCD

为提高二维旋转磁特性测量装置的励磁性能,文中首先通过二维电磁场有限元分析对比了4种基于圆形样片的励磁结构,提出了新型两相绕组式新型二维旋转磁特性励磁结构,得出两相绕组励磁结构在相同磁动势下,样片磁通密度均匀性最高;其次,为减小励磁结构空间杂散磁场对样片磁化均匀性的影响,提出纳米晶合金屏蔽层结构,并通过三维有限元分析计算了不同磁化角度下的屏蔽性能,验证了屏蔽结构提升样片磁化均匀性的有效性。最后,为确定文中所提出励磁装置的最终尺寸,提出了耦合支持向量机与自适应粒子群算法的装置尺寸设计参数寻优方法。在最优尺寸下,可实现整个样片的均匀磁化。通过对样片两个正交方向截面的磁通密度进行矢量合成,在一个周期内可实现圆形旋转磁化,验证了文中所提结构的有效性与准确性。     

链式STATCOM导致变压器偏磁的机理及抑制EI北大核心CSCD

针对链式静止同步补偿器(static synchronous compensator,STATCOM)导致变压器直流偏磁的问题,研究了其机理和抑制策略。提出STATCOM调制指令中的动态偏置是导致STATCOM输出电流含直流分量主要因素,级联逆变单元硬件电路引入的静态偏置为次要因素。两种因素导致STATCOM输出含直流分量的电流,进而导致变压器直流偏磁。为此,提出STATCOM调制指令动态偏置自动校正为主、逆变单元静态偏置手动校正为辅的偏磁抑制策略,并通过STATCOM控制器硬件在环的RTDS(real time digital simulator)仿真试验,验证了抑制策略的有效性,且普遍应用于多个不同工程现场的STATCOM。现场试验和长期运行数据表明,变压器的偏磁得到有效抑制的同时,STATCOM自身的可靠性也得到了大幅提升。     

一种交错并联双向DC-DC变换器的新型磁集成技术EI北大核心CSCD

为了提高交错并联双向DC-DC变换器的功率密度,降低高频工作下的磁心损耗,提高变换器的整体效率,该文提出一种新型磁集成电感结构,采用分段绕组优化设计,通过计算磁心气隙以及各磁柱绕线匝数等参数,将两个分立的电感集成在一个EE型磁心上。使磁元件体积和重量分别减小了48.2%和46.7%。与现有的交错并联磁集成方案相比,该方法能有效降低磁心的饱和度,使磁心上的磁通分布更加均匀,减小电感磁心损耗,提高系统效率。最后,通过有限元仿真和实验样机验证该设计的正确性和有效性.     

换流站变压器端到端偏磁声纹识别研究北大核心CSCD

为提高换流站智能化水平,充分利用巡检机器人硬件能力,文中基于变压器声音信息提出一种直流偏磁声纹识别方法,该方法可以无需特定降噪算法应对瞬态和稳态噪声。首先,对变压器声音信号进行分析;其次,为提高有效声音信息权重,结合变压器声音信号特点,使用W⁃50FMCC特征来表征声音信息;再次,基于多头注意力机制和残差结构设计了非自回归端到端偏磁声纹识别模型,使用信道补偿算法提升特征正交性并获取相似度得分,完成识别;最后通过实验进行了验证。实验表明,该方法可以直接对变压器声学信号的偏磁情况进行准确的识别,无需降噪算法。     

用于SiC MOSFET开关电压测量的非接触式电场耦合电压传感器EI北大核心CSCD

准确测量碳化硅(silicon carbide,SiC)金属–氧化物半导体场效应晶体管(metal-oxide-semiconductor field-effect transistor,MOSFET)开关电压是评估SiC MOSFET开关特性、计算开关损耗、优化变换器设计的关键。随着SiC MOSFET开关速度、耐压及功率密度的提升,开关电压测量难的问题逐渐凸显,因此对电压传感器的带宽、耐压和侵入性提出了新的要求。该文以SiC MOSFET的开关电压为研究对象,根据目前开关电压的测量需求,提出一种利用电场耦合原理测量开关电压的非接触式电压传感器,并设计混合积分电路对传感器输出信号进行电压重构。在此基础上,通过仿真和计算着重分析电场耦合电压传感器的结构和电路参数的设计依据。传感器带宽范围为5Hz~260MHz,量程为-1000~+1000V,输入电容约为0.73pF,最后利用双脉冲测试,将其与商用示波器探头的测量结果进行对比,验证电场耦合电压传感器的准确性。     

非接触式电能传输系统中疏松耦合变压器电感参数的计算分析

研究了非接触式电能传输系统中疏松耦合变压器的电感参数。建立了一种疏松耦合变压器模型,通过求解有限元磁场方程,采用能量增量法和能量法计算电感参数;同时,利用实验的方法获取不同气隙下疏松耦合变压器的自感和互感。通过将计算结果与实验数据对比,分析基于能量增量法和能量法计算电感的准确性和合理性。在不同气隙宽度下,研究疏松耦合变压器励磁非线性受到的影响,考察不同方法计算电感参数的误差和适用性,通过分析得到计算电感参数的有效方法,为进一步开展疏松耦合变压器励磁特性研究奠定基础。     

大型永磁直驱发电机磁固耦合特性研究EI北大核心CSCD

该文开展大型永磁直驱发电机磁固耦合特性研究。采用共形映射方法,计算考虑齿槽效应的气隙磁场标量磁势;基于离散电流元和磁等效电路模型,定量模拟发电机定转子局部的磁饱和效应,通过数值迭代得到气隙磁场强度分布;引入一系列均布的磁等效弹簧,模拟定转子之间的耦合作用,建立永磁直驱发电机磁固耦合有限元分析模型。以实际在役兆瓦级永磁直驱发电机为对象,通过电磁有限元计算结果验证所提出的气隙磁场强度分析方法;基于金风兆瓦级永磁发电机测试平台,开展转/定子耦合系统模态测试,与理论模型得到的固有频率和模态振型进行对比。在此基础上,分析气隙长度和转子转速对耦合系统固有频率的影响。研究结果对于准确评估发电机振动能量、规避危险共振点指导机组设计等均具有重要的参考价值。     

磁耦合谐振式无线电能传输系统功效失步优化EI北大核心CSCD

针对磁耦合谐振式(magnetic coupling resonant,MCR)无线电能传输(wireless power transmission,WPT)系统输出功率与传输效率数量级不匹配以及功效同步优化策略需特征融合Pareto最优解的问题,提出功率效率特征缩放的熵值法,以此对Pareto解集特征融合求权重,得到失步状态下的改进功效同步优化目标函数,实现输出功率与传输效率的同步提升。首先,通过确定影响双线圈MCRWPT系统输出功率和传输效率Pareto最优解的参数,采用所提出的熵值法对差分进化算法(differential evolution,DE)的目标函数进行改进。然后,基于功效工作特性和DE算法对改进的失步条件下的系统功效模型优化,模拟输出功率和传输效率随参数的变化。从仿真结果可知,双线圈MCRWPT系统的输出功率和传输效率同时都得到了提高。最后,通过实物系统搭建验证改进失步功效模型方法的有效性。     

高速列车静态升降弓电弧的磁流体动力学仿真研究EI北大核心CSCD

为了分析列车在站内起动和进站制动时弓网系统接触面材料的电气磨损情况,对弓网系统静态升降弓过程所产生的弓网电弧特性开展了研究。基于磁流体动力学理论,建立了弓网电弧等离子体有限元分析模型,利用有限元仿真软件计算了电弧的动力学方程和电磁学方程,得出了在不同间隙距离下的电弧温度场分布情况和不同接触线廓型情况下的接触线温度场分布情况。并通过仿真结果与试验结果对比验证了仿真模型的正确性。研究结果表明,随着弓网间隙的不断减小,靠近接触网导线处的电弧弧柱半径增大,接触线表面最高温度从1 872 K下降为956 K,受电弓滑板表面的最高温度由5 400 K下降为3 590 K;且在一定弓网间隙情况下,接触线表面最高温度较滑板表面最高温度低。同时,当接触线廓型半径由8 mm增加至15 mm,接触线表面最高温度有一定程度的降低。分析仿真结果可得,列车静态升降弓时,不同弓网间隙情况下的电弧温度场分布不同,但滑板表面材料的电气磨损均较接触线严重。此外,通过适当增大接触网导线廓形半径可降低接触线表面的电气磨损。     

基于S/SP补偿拓扑的强抗偏移感应式无线电能传输系统EI北大核心CSCD

针对感应式电能传输(inductive power transfer,IPT)系统偏移造成输出电压不稳定和效率低下的问题,提出一种强抗偏移的S/SP补偿IPT系统,该系统在变耦合变自感和变耦合不变自感两种情况下均能保证较小的输出电压波动和较高的传输效率。首先,基于Maxwell有限元仿真,分析罐型磁心松耦合变压器的磁通分布和磁场分布特性,总结不同方向偏移的参数变化规律。然后,提出一种提高系统抗偏移能力的S/SP补偿参数设计方法,得到相应的磁耦合机构设计准则,并结合磁仿真数据,通过数值计算方式求得系统输出波动和输入阻抗角的变化规律。最后,通过实验验证文中采用罐型磁心和新型S/SP补偿拓扑实现多方向偏移下高效率、低波动无线电能传输的可行性。在额定负载下,系统沿纵向和水平方向偏移的输出电压波动分别为2.7%和3.1%,传输效率维持在90.8%~94.3%。     

定子不对称极混合励磁双凸极电机改进型非线性变磁网络模型构建方法研究EI北大核心CSCD

因低速大转矩、宽调速范围等优点,定子不对称极混合励磁双凸极电机(hybrid excitation asymmetric stator pole double salient machine,HEASPDSM)近年来受到业界人士的关注。然而,因HEASPDSM定子极间隔角度不等、依靠谐波工作等特点,传统的有限元法和变磁网络模型法很难快速、准确地计算出电机的关键参数及性能指标。为解决该问题,该文提出一种非线性变磁网络模型法,可便捷地计算出HEASPDSM定转子间的互磁导,进而对不同工况下的电机参数及特性进行深入分析。大量仿真和实验及对比分析表明:该方法较好地兼顾了有限元法的准确性、通用性和变磁网络模型法的快速性,可迅速准确地计算出不同工况下HEASPDSM的各种性能参数,为其后续的优化设计及应用拓展奠定了基础。     

非接触电能传输系统频率分叉现象研究

效率是非接触电能传输系统研究的一个热点,适当的二次侧并联补偿电容能够提高系统的效率,但加入二次侧补偿电容容易使系统进入多谐振频率状态.本文从非接触电能传输系统的高阶数学模型出发,描述了频率分叉现象,并且用数值方法界定了分叉区域.文章最后提出了一种在频率分叉现象下的二次侧并联补偿电容选择方法,实验证明基于这种方法选择的并联补偿电容能使系统传输效率显著增大.     

换流变压器运行状态智能诊断分析评价系统研究北大核心CSCD

文中开发了换流变压器运行状态智能诊断分析评价系统,监测换流变压器运行状态并开展状态评估和故障诊断。换流变压器运行状态智能分析评价系统集成高频或超声局放、油气、温度、振动、铁心接地电流、负荷数据6类监测传感器,实现带电安装集中一体化管理。系统提出基于多参量的联合分析方法,建立了基于变压器自身结构参数和历史数据的热平衡模型、绝缘老化模型、过负荷模型、故障分类模型,可以实现变压器多源数据的融合研判,对变压器进行超前预警和全过程监测,提高变压器面对复杂电网运行工况的应对能力。     

基于T型三电平变流器的超导磁储能系统及其能量成型控制策略EI北大核心CSCD

基于T型三电平拓扑的变流器结合了传统两电平和三电平变流器的优点,可以改善并提高系统的输出特性和运行效率,有效降低功率开关管的电压应力和导通损耗。超导磁储能（superconducting magnetic energy storage,SMES）系统拥有很高的功率密度,作为新型储能装置应用于电力系统是未来的必然趋势。提出了一种基于T型三电平变流器的新型SMES拓扑结构,针对其运行过程中的非线性特性进行了端口受控哈密尔顿建模,并设计了SMES基于反馈互联结构的能量成型控制策略。仿真结果表明,基于能量成型控制及T型三电平拓扑的SMES具有较小的谐波畸变率和很好的功率跟踪性能。将其应用在风力发电系统中,有效平抑了风电波动,增强了风电场的并网能力。     

LCC-HVDC系统整流–逆变交互振荡模式稳定变化特征及机理研究EI北大核心CSCD

LCC-HVDC系统联接弱交流系统时,整流站和逆变站之间存在强交互作用。研究发现,对于弱交流系统场景,LCC-HVDC的整流侧和逆变侧交流系统在不同短路比(short-circuit ratio,SCR)组合下,系统稳定性由整流–逆变交互振荡模式主导,且随定电流控制参数的改变呈现“单调–非单调”更迭现象。该文通过阻尼比特性曲线和参数灵敏度研究该“单调–非单调”更迭现象的产生机理,指出该现象是由两端交流系统强度相互制约下的整流–逆变强交互作用导致,体现出系统稳定性趋势的“木桶效应”,即LCC-HVDC系统的稳定性趋势由所联接交流系统强度弱的一侧换流站主导。基于PSCAD/EMTDC的详细电磁暂态仿真,验证整流–逆变交互振荡模式稳定变化趋势的“单调–非单调”更迭现象。该研究可为掌握实际工程交互作用振荡模式及选取合理控制参数提供理论支撑。     

航空永磁同步发电机系统改进型电压反馈弱磁控制策略研究EI北大核心CSCD

针对航空永磁同步发电机系统,提出一种改进型电压反馈弱磁控制策略。首先,分析基于电压反馈弱磁控制的回路设计方法以及稳定性问题。其次,提出改进型电压反馈弱磁控制方法,并进行系统稳定性分析。在该方法中,转矩电流的动态限幅值是基于弱磁区域所需的发电功率,而不是电流极限圆。同时,根据转矩电流限幅值的获取方式,将改进型电压反馈弱磁控制分为查表法和解析法。当定子铁心不饱和时,永磁发电机电磁转矩和转矩电流之间是线性关系,这两种形式的控制效果相同,但解析法具有计算简单、程序移植性强的优点。当定子铁心饱和时,永磁发电机电磁转矩和转矩电流之间的关系是非线性的,此时查找表法能够提升直流母线电压的稳态控制精度。最后,通过实验结果验证了所提弱磁控制方法的有效性。     

陕湖直流岗上湾接地极周边220 kV变压器直流偏磁噪声的试验研究北大核心CSCD

随着±800 kV陕北—湖北直流输电工程建设,受端武汉换流站岗上湾接地极周边交流变压器受到直流偏磁的影响严重,产生了振动噪声加剧等一系列问题,影响电网的安全稳定。本文针对存在严重直流偏磁的220 kV永阳变电站,结合±800 kV陕湖工程直流偏磁测试,开展了变压器实际运行工况下的声级现场试验,研究了直流偏磁电流对变压器噪声的影响,比较了变压器不同部位的噪声差异。得到了变压器噪声随直流偏磁电流的非线性增加的规律,且变压器短轴侧有载调压机构箱右上方在直流偏磁影响下的噪声变化最严重。该试验结果为变压器实际运行工况下的直流偏磁噪声诊断和特性研究提供数据支撑。     

基于模态分析的LCC-LCC型双向无线电能传输系统软开关优化控制研究EI北大核心CSCD

为了提升LCC-LCC型双向无线电能传输系统(LCC-LCC compensated bidirectional wireless power transfer,DLCC-BWPT)的运行效率,该文提出一种基于复合控制的DLCC-BWPT软开关优化控制策略,实现全工作范围内的零电压开关(zero voltage switching,ZVS)。根据BWPT电路的开关规律,分析DLCC-BWPT的基础模态及其离散时间数学模型。在此基础上,对复合控制下DLCC-BWPT的所有工作模态进行分析与定义。结合模态分析和BWPT充放电特性,确定开关管ZVS条件和模态选取原则,分别推导恒流充电、恒压充电、恒流放电工况下的最优控制曲线,提出全工作范围内的ZVS优化控制策略。最后,搭建实验平台,在不同工况下验证所提优化控制策略对于提升DLCC-BWPT运行效率的可行性与有效性。