基于双 AWG 的新型 FBG 连续解调方法研究

为了实现基于阵列波导光栅(arrayed waveguide grating, AWG)的光纤布拉格光栅(fiber Bragg gratin, FBG)的连续解调, 提出了一种使用两个 AWG 联合解调的方法。 在一个 AWG 相邻两通道光谱中间插入另一个 AWG 对应通道的光谱,组成最小 的光谱周期;每次测量均从三通道中选择光强度最强的两个通道,利用相对光强解调算法,根据其波长—功率关系对 FBG 中心 波长进行精确测量。 使用两个 100 GHz 的 AWG 搭建了实验平台,并对温度传感器的解调进行研究。 实验表明,在 0. 8 nm 的系 统最小动态范围周期内,实现了对 FBG 的连续精确解调,系统的解调线性度达 0. 999 1,波长精度达±4 pm。 对数据和实验结果 进行数学分析,可以将 C 波段范围分成多个波长周期,系统可以实现在 C 波段 40 nm 全周期范围内对单个 FBG 的连续解调。 该方法不但可以实现在 C 波段范围内基于 AWG 对 FBG 的连续解调,使得运用 FBG 可以连续感测外界物理量变化,提高了系 统的实用性。 而且,该方法能够准确解调出波长信息,为实现对 FBG 的连续精确解调提供了借鉴信息,有利于进一步扩大 FBG 的应用领域。     

弱电网下无刷双馈风机稳定性分析及虚拟电感控制策略

无刷双馈电机(brushless doubly-fed induction generator,BDFIG)由于省去了电刷和滑环等结构,降低了故障率和维护成本,在海上风力发电领域有巨大的应用潜力。然而,无刷双馈风机系统与弱电网的交互作用和失稳机理尚未探明,给其实际应用和商业推广带来困难。为解决该问题,基于小信号建模方法,建立了计及电流环和锁相环影响的BDFIG系统输入导纳模型,探明了电网电压扰动在控制系统中的传递规律。特别是,分析了弱电网条件下,运行点(有功和无功电流)对系统稳定性的影响机理,并据此得出BDFIG系统电流指令的给定依据。同时,探明了虚拟电感参数对系统稳定性的影响机理,提出了一种虚拟电感控制的参数整定方法,以增强弱电网下系统的稳定性。最后,仿真算例验证了理论分析的正确性和虚拟电感控制策略的有效性。     

双馈风力发电机虚拟同步控制策略研究

双馈感应发电机(doubly fed induction generator,DFIG)可通过虚拟同步控制方法为电网提供电压及频率支撑,优化机组并网特性。传统的虚拟同步控制技术以模拟同步发电机机电动态特性为主要目标,未对电磁暂态的DFIG控制进行深入分析。当电网发生不对称故障时,分析虚拟同步控制DFIG的故障特性,发现传统控制方法无法抑制电磁转矩振荡与DFIG故障电流。因此,基于电网不对称故障,本文提出DFIG电压补偿虚拟同步控制方法,通过对转子电压故障分量进行补偿,提高DFIG转子电压响应速度,减少其反电动势故障分量。通过对传统及电压补偿虚拟同步控制方法控制效果的仿真对比可知,电压补偿虚拟同步控制方法可对电磁转矩的持续振荡及暂态冲击进行有效抑制,明显降低了DFIG转子的故障电流,提高了DFIG不对称故障穿越能力。     

双定子永磁起动发电机的设计及电动/发电状态分析

针对混合动力汽车起动发电机需高起动转矩、高过载倍数及宽恒压发电范围的特点,提出采取双定子结构代替原单定子结构,设计了一台双定子永磁起动发电机。仿真分析电机的电动运行和发电运行两种工作状态,对电机设计方案的可行性进行验证。将双定子起动发电机与单定子起动发电机进行对比,结果表明该方案可使相同电流密度下电机驱动能力增强,转子内部空间利用率提升,电机的过载能力也提高了2倍。     

50 kW双透平气浮转子系统动力学特性研究

本文以海洋温差能发电为背景,设计了以气体轴承为支撑的50 kW双透平转子系统。应用ANSYS分析软件,对50 kW双透平转子系统进行动力学仿真计算分析,首先采用模态分析法求得了转子系统各阶临界转速及固有频率;其次,基于模态分析进行谐响应分析,得到叶轮径向幅频特性曲线,验证了转子系统能保持稳定运行;最后,对叶轮进行了离心应力分析。结果表明:双透平转子系统的临界转速为16 241.0 r/min,设计的工作转速符合安全裕度;系统在受到外界激振力时叶轮不会与喷嘴发生碰撞;叶轮的最大变形发生在叶尖处,且从叶片顶部到根部逐渐减小,最大应力发生在叶片顶端靠近轴孔的根部,叶轮在工作时不会损坏叶片。研究结果可为双透平试验与结构优化提供一定的理论依据。     

基于双谐波绕组的混合励磁发电机励磁控制系统

为了解决不同运行工况下混合励磁同步发电机端电压恒定的问题,设计了一种基于全桥变换器拓扑的励磁控制系统。励磁系统采用以电枢绕组电压为外环、定子谐波励磁绕组电流为内环的双闭环控制策略,以谐波无刷混合励磁同步发电机端电压为反馈信号,通过调节定子谐波励磁绕组电流,以维持发电机端电压恒定。阐述了双谐波绕组的混合励磁发电机的基本结构和工作原理,设计了励磁控制系统的软硬件,并测试了励磁控制系统的性能。实验结果表明：调节定子谐波励磁绕组电流,可以很好的调节发电机的端电压;通过励磁控制系统的自动调节功能,实现了发电机在不同负载情况下的输出电压恒定。     

充气柜KEM-40.5双隔离结构的设计

随着许继KEM-40.5系列充气柜的大量推广与应用,客户对产品的功能需求也越来越高,其中包括双隔离开关结构的问题。针对目前充气柜KEM-40.5产品单隔离结构问题,通过对比分析单、双隔离结构的特性及原理,在不改变开关柜整体外形尺寸的情况下,在开关柜的出线路侧增加一组隔离开关,并妥善解决好三工位开关本体安装及气箱的干涉问题,还有合理分配带电显示器取电位置,以便捷高效解决整柜电气联锁等问题。将双隔离开关成功应用于实际工程案例中,为后续产品的升级改进提供了思路。     

基于神经网络的双闭环伺服系统自适应控制

针对双闭环伺服系统中传统自抗扰控制（ADRC）控制器待整定的参数较多且整定过程较复杂的问题,设计了一种基于径向基函数神经网络的ADRC控制器。考虑到组合控制律的独立性,设计线性状态误差反馈进一步降低参数整定复杂性。径向基函数神经网络将扩张状态观测器中的非线性误差增益作为其权值系数,在线辨识出被控对象的Jacobian信息,利用神经网络的自学习功能实现了ADRC的参数在线自整定。以永磁同步电机(PMSM)作为被控对象,通过MATLAB进行仿真。仿真结果证明,此控制策略有效地优化了伺服系统的静态性能和动态品质,实现了控制系统的高动态和高精度。     

小功率水电站变速恒频控制系统研究

针对传统小水电站并网系统控制复杂、低流量下效率低等问题,提出一种基于电压空间矢量脉宽调制的永磁直驱水电并网控制系统。该系统采用背靠背的双PWM变流器将水轮发电机组和电网分离,通过电压空间矢量脉宽调制法实现能量的双向流动。机侧变流器采用单位功率因素控制,以发电机转速为控制对象,将水流冲击产生的有功电能输送到直流母线上,同时实时跟踪水轮机最佳转速点,实现水轮机组最大功率输出。网侧变流器采用基于电网电压矢量定向的有功、无功分解控制,以直流母线电压为控制对象,往电网传输有功电能,同时进行无功补偿。最后仿真及实验验证了该控制系统的有效性。     

基于能量回馈的电力电子变压器软启动策略

电力电子变压器(PET)中存在大量初始能量为0的电容器,若直接启动PET通过常规闭环控制给这些电容充电以建立直流电压,则将导致PET内部各个变换器的电流过流,可能会导致器件的损坏。为解决此问题,提出了一种基于能量回馈的PET软启动策略。基于PET各部分变换器的电流和功率模型,该策略能够在软启动全过程中实时计算和控制峰值电流,达到了限制启动冲击电流的目的。该策略始终令双有源桥(DAB)变换器工作于峰值电流控制模式下,在保证安全的前提下最大化利用DAB变换器的功率传输能力以加快软启动速度。该策略将低压直流母线电容适度过充,并适时将其中部分能量回馈到高压侧,使得在级联H桥变换器即将进入闭环控制前其高压直流母线电压就已达到参考值,从而彻底消除交流侧的冲击电流。所提策略避免了复杂的参数设计过程,完全依靠理论模型而不是经验来指导软启动全过程的设计。仿真与实验结果验证了所提策略的正确性和有效性。