可变速抽水蓄能机组在抽水工况下的自启动方案

研究了可变速抽水蓄能机组在抽水工况下采用定子绕组短接方式的零速自启动方案及其启动特性。文中分析并建立了在定子绕组短接情况下变速机组的数学模型、相量图以及机械特性。在此基础上,以转子电流与定子磁链为状态变量构建了状态观测器,提出了基于状态观测器的闭环自启动方案,并通过仿真对该方案在启动时间、转矩特性、估计精度等方面的性能进行了定量的分析,结果表明该方案具有良好的启动性能以及鲁棒性。     

开关磁阻电机启动转矩控制策略研究

针对开关磁阻电动机启动过程容易产生制动转矩使转速下降的问题,介绍了开关磁阻电机启动过程工作原理,分析了开通角和关断角对启动转矩的影响,提出了一种电流双闭环的启动转矩控制策略,建立了基于Matlab/Simulink的开关磁阻电动机启动系统仿真模型,与传统的电流单闭环控制策略相比,该方法能有效减小启动过程的制动转矩,使转速平稳上升。     

基于定子磁链定向的永磁同步电机无差拍直接转矩和磁通控制策略

为提高传统无差拍直接转矩和磁通控制策略DB-DTFC)的动态响应稳定性、鲁棒性与计算效率,并降低电磁转矩和定子电流波动,以平面坐标系为基础,推导了基于定子的电磁转矩耦合数学模型,提出了改进型DB-DTFC控制策略的基本原理,并基于定子电压坐标系统和扭矩通量坐标系统,设计了一种新型图形分析方法和通用解决方法,并运用试验分析对比了DB-DTFC策略和改进型DB-DTFC策略的系统稳定性。试验结果表明,改进型DB-DTFC策略的相电流值、电磁转矩波动均低于DB-DTFC策略,且计算执行时间比DB-DTFC策略提升了50%,能够有效降低电磁转矩和定子电流波动,提升电机控制计算效率,提高电机动态响应稳定性,增强系统鲁棒性。     

变速抽水蓄能电机在发电工况不同转速下磁场和损耗研究

本文对变速抽水蓄能发电电动机的电压方程、磁链方程、电磁转矩方程和运动方程进行了推导，并建立了10MW变速抽水蓄能发电电动机二维电磁场的数学方程和物理模型，对变速抽水蓄能发电电动机的电磁场数学方程进行了计算，得到了变速抽水蓄能电机在发电机工况下超同步速时定子电压和定子电流的波形，分析了变速抽水蓄能电机在发电机工况下不同转速时磁密的分布规律，研究了不同转速下定子铁芯损耗和转子铁芯损耗占总铁芯损耗比例的变化规律。搭建了10MW变速抽水蓄能发电电动机样机试验测试平台，通过试验测试得到的结果与计算结果较为接近。     

感应电动机动力制动的磁场取向控制

本文应用电机的统一理论,建立了动力制动状态下感应电动机的双轴电机模型。在此双轴电机模型的基础上,经磁场取向,得出了以定子双轴电流为输入量,以转子磁通链和电磁制动转矩为输出量的动力制动状态下,感应电动机的动态数学模型。设计了一种感应电动机动力制动的磁场取向控制方案,并按这种方案进行了试验研究。     

4个交流电力拖动问题的探讨与验证

本文结合实例,对三相鼠笼式异步电机直接启动电流只有额定电流、三相绕线式异步电机短接转子绕组能否直接启动、电动机运行时,用钳形电流表测不到转子电流、三相绕线式异步电机定子绕组与转子绕组接反,电机是否能转起来、三相鼠笼型交流异步电动机定子缺一相能否启动,启动后,定子缺一相能否运行等问题进行了讨论。     

双馈抽水蓄能机组无功调节极限能力研究全文替换

由于可变速双馈抽水蓄能机组(doubly-fed pumped storage unit, DFPSU)的运行不再受到静稳极限的限制，其吸收无功功率的进相能力相较于传统同步发电机来讲得到了增强，但整体调节能力又将受限于定子绕组温升、转子绕组温升和最大转子电压。本文采用了更有利于DFPSU功率分析的Γ型等效电路，将机组运行过程中的定转子功率、损耗功率重新组合分析，得出了限制机组运行功率极限的主要因素。根据理论推导和DFPSU机组实际参数首先画出了以定子电流和转子电流极限为边界的P-Q圆图，进而专门探究双馈电机最大转子电压极限在不同转差条件下的运行边界和无功调节极限，分析了转差率s和转子电压极限圆图之间的关系。最后通过在MATLAB/Simulink中搭建仿真模型验证了DFPSU无功调节极限理论边界的正确性，根据某可变速抽水蓄能机组实际参数的仿真结果，发现当转差率较大时转子电压极限将会成为限制无功调节范围的关键因素。     

同步磁阻电机定子电流最优控制

针对磁路饱和对同步磁阻电机运行特性的影响,提出了定子电流最优控制策略。通过有限元法对电感与电流的非线性关系进行拟合,并利用拟合结果得到最优定子电流随转矩变化的运行轨迹,以实现同步磁阻电机最大转矩电流比(MTPA)控制;同时对于交直轴电流环相互耦合的问题,提出磁路饱和补偿的电流环设计,以提高其动静态性能。仿真与试验结果验证了该方案的有效性。     

高过载永磁同步电机的电磁特性

定子铁心饱和、电枢反应限制了永磁同步电机(PMSM)输出转矩的进一步提高,在一些应用场合电机的转矩密度无法满足需求。研究了永磁同步电机的转矩特性,提高了恒转速下的转矩过载能力。首先从PMSM的输出功率入手,分析PMSM的极限输出功率与输入电流、直交轴电抗和空载反电动势的关系。接着通过改变PMSM定子和转子结构参数,分析了不同槽、极比对电机转矩过载的影响;磁钢厚度对气隙磁密以及直交轴电感的影响;定子裂比对电机电磁转矩的影响;不同齿宽对电机输出转矩的影响。由此得到高过载永磁电机的设计方法。最后进行有限元分析和电磁设计,并研制了一台10倍转矩过载的PMSM。搭建了测功机实验平台,对比测试了高过载电机以及常规设计PMSM的电阻、电感与转矩-电流特性曲线。实验分析结果与有限元计算结果基本一致,验证了理论分析的正确性。     

双馈风电机组电网背景谐波运行与谐波抑制策略研究

针对电网背景低次谐波引起的双馈风电机组定子电流畸变、功率及电磁转矩脉动,建立了能够反映电网5、7次谐波电压下双馈发电机的特征谐波模型,揭示了电网背景谐波电压对双馈发电机功率与电磁转矩脉动的影响机理。通过双馈发电机控制目标分析,提出了基于比例-积分-谐振(PIR)调节转子电流内环的双馈发电机双闭环控制策略,有效地消除了双馈风力发电机定子输出电流中的5、7次谐波和电磁转矩脉动。在Matlab/Simulink中建立了1.5 MW双馈风电机组仿真模型,实现了风电机组谐波运行与抑制的全过程仿真。利用电网谐波发生模拟装置,进行了双馈机组谐波运行与抑制现场试验,仿真与现场试验证明了理论分析的正确性与谐波抑制策略的有效性。     

变速抽水蓄能用双馈发电电动机的无功V形曲线研究

变速抽水蓄能用双馈发电电动机在维持有功功率输出的同时,可充分利用其功率裕量,成为稳定无功源,灵活参与系统调压调相。为研究双馈发电电动机的无功特性,在分析双馈发电电动机电气量关系的基础上,建立基于转子电流-定子电流的双馈发电电动机V形曲线,可简单直观地反映变速抽水蓄能用双馈发电电动机无功特性。研究了不同工况下双馈发电电动机V形曲线的变化规律。最后,基于RTLAB平台进行硬件在环测试,测试结果表明双馈式变速抽水蓄能机组具备类似同步电机的无功特性,同时也证明了所提分析方法的正确性和有效性。     

全功率变速抽水蓄能机组无功优先控制策略研究

全功率变速抽水蓄能机组具有功率快速可调、响应速度快、有功无功独立解耦的优点,可为电网运行提供调峰、调频、无功电压支撑、需求侧响应等多种服务,是现阶段抽水蓄能技术发展的主要技术方向之一。但受变流器过流能力限制,全功率变速抽蓄在任何时候的最大电流不能超过变流器过载能力。而电网侧在故障期间及故障恢复期间对有功、无功的需求有所不同,本文比较了变速抽蓄机组的几种有功、无功电流分配策略,提出了变速抽蓄机组的无功电流优先控制策略可满足弱电网在故障期间对无功电压的需求。最后通过变速抽水蓄能机组在实际电网中的仿真分析,验证了该策略的正确性。     

具有效率优化计算的异步电动机自抗扰与滑模直接转矩控制

为了克服异步电动机直接转矩控制中转矩和电流脉动大等缺点,设计改进的自抗扰速度控制器取代传统的比例积分(PI)控制器。根据异步电动机的数学模型以及滑模变结构控制理论设计了一种基于转矩误差和磁链平方误差的新型滑模控制器。考虑电机运行过程中负载转矩未知问题,设计了一种基于Super-twisting算法的负载转矩观测器。Super-twisting定子磁链观测器的应用提高了观测精确度。通过效率优化计算得出稳态时最优定子磁链,并将其引入调速系统。仿真试验结果表明,该控制策略有效地减小了转矩和电流脉动,并且对外部扰动具有较强抑制作用,同时能够降低电机运行损耗,具有良好的动态和稳态性能。     

基于时域动态过程的变速抽蓄机组外部故障短路电流计算方法

变速抽蓄机组（VSPSU）采用特殊的交流励磁结构及控制方式,导致其外部故障短路特性与常规定速机组相比差异巨大。为此,提出了一种基于时域动态过程的外部故障短路电流计算方法。根据VSPSU外部故障下的励磁及控制特点,将外部故障下的VSPSU分为持续励磁和跨接器动作这2种情况,并基于空间矢量分析分别建立2种情况下的时域动态电路模型。在此基础上,结合2种情况的过渡边界条件和定子磁链动态特性推导得到VSPSU外部故障短路电流的解析表达式。与PSCAD/EMTDC仿真结果的对比表明,所提出的VSPSU外部故障短路电流计算方法具有较高的准确性及实用价值,能满足变速抽水蓄能电站一次设备选型以及继电保护等工作的需要。     

基于PSO自整定PID的塔架式抽油机调速系统研究

开关磁阻电机起动电流小、起动转矩大,能频繁的重载换向,适用于低冲次的塔架式抽油机,但其具有非线性和强耦合性,调速系统难以控制。将PSO(粒子群)自整定PID控制算法引入到开关磁阻电机调速控制系统中来,在分析开关磁阻电机数学模型的基础上建立了开关磁阻电机调速系统的Simulink模型,经MATLAB仿真,该电机在400~1 200 rad/s范围内响应速度比PID控制提高27.2%~55.7%,且大大减小了电机的转矩脉动。经模拟实验验证,利用PSO自整定PID控制可显著提高开关磁阻电机调速系统的抗干扰能力和鲁棒性,使塔架式抽油机的运行噪音大为降低。     

柔性直流输电系统的变速抽水蓄能机组直流电压辅助控制策略

柔性直流输电是新能源并网消纳的主要输电形式。由于新能源出力波动性会导致柔性直流输电系统的直流电压波动,影响其安全稳定运行。为了有效抑制柔性直流输电系统中直流电压波动,提出变速抽水蓄能机组直流电压辅助控制策略。首先建立了变速抽水蓄能机组、四端柔性直流电网、风电场及光伏电站的仿真模型。其次,以直流电压偏差乘以相应系数作为变速抽水蓄能机组有功功率参考值微增量,且通过低通滤波器滤去直流电压稳态分量对直流电压辅助控制的影响,提出基于直流电压辅助控制的变速抽水蓄能机组有功功率控制策略。最后,以变速抽水蓄能机组电动和发电工况为例,对变速抽水蓄能机组抑制柔性直流输电系统直流电压波动能力进行仿真,并与传统直接功率控制策略进行对比分析。仿真结果表明新能源出力波动引起的直流电压波动频率集中在10 Hz以下,且所提变速抽水蓄能机组控制策略可以有效抑制柔性直流系统直流电压波动。     

基于FFT-LSTM的变速抽蓄机组转子绕组短路故障和偏心故障诊断方法

变速抽水蓄能机组是适应系统功率波动的重要调节手段。转子绕组短路故障和转子偏心故障是其常见的故障类型,两种故障均会在定子侧感应生成特征频带相近的谐波环流,导致两种故障难以被区分。提出了一种基于快速傅里叶变换-长短期记忆(fast Fourier transform-long short-term memory, FFT-LSTM)网络的故障诊断方法,以细化分辨故障特征相近的转子绕组短路故障和转子偏心故障。所提方法以定子分支环流的谐波分量为特征量进行故障诊断,分别推导了两种故障发生时定子侧环流谐波特征,并总结二者间的相似性和差异性。鉴于该差异较为微弱,引入长短期记忆(longshort-termmemory, LSTM)神经网络算法对其进行辨识。利用内部故障仿真模型对可能发生的转子绕组短路故障和偏心故障进行批量仿真,以得到用于LSTM网络训练和测试的数据集。仿真结果表明FFT-LSTM能够准确诊断不同转速下变速抽蓄机组的转子绕组短路故障和转子偏心故障。     

永磁同步电机弱磁最优控制策略研究

针对永磁同步电机(PMSM)在恒转矩区起动能力差、在恒功率区电流轨迹不易跟踪等问题,提出基于电压反馈复合电流前馈的定子电流弱磁最优控制策略。通过判断电流前馈环节达到稳定时所需的电流与采用最大转矩电流比(MTPA)算法所得电流大小,使定子电流在恒转矩区通过电流前馈作用快速跟踪MTPA曲线,加快起动;在恒功率区采用电压反馈复合电流前馈的策略,增强系统抗干扰能力的同时最大化直流母线电压利用率。为了验证该策略的可行性,搭建PMSM仿真模型,构建以dSPACE1007为核心的试验平台,对其进行仿真和试验,结果表明了该策略的稳定性和有效性。     

凸极式无刷直流电机全速段复合矢量控制策略

针对非理想正弦型气隙磁密的凸极式(IPM-Type)永磁无刷直流电机(BLDCM),在传统方波电流控制下难以实现全速度范围的最大转矩比(MTPA)控制及换相转矩脉动抑制,提出一种基于机电能量转换理论和转子同步运动相结合,并考虑复杂参数项的复合矢量控制策略,可以直接提取并控制电机定子电流的转矩分量来同时实现这2个控制目标。首先,在不同转速区间选择近似或实际MTPA模式控制电机。其次,考虑到实际运行过程中电机参数容易随着复杂工况而变化,采用简化的可变参数等效辨识及最优分配方案完成矢量控制。所提策略不仅可以使电机在任意速度区间匹配到最优电流参考点,而且提高了闭环动态响应。实验结果验证了方案的有效性和可行性。