When sub-synchronous oscillations (SSO) occur in power grid, they can affect control performance of grid-side converter (GSC) for direct-drive permanent magnet synchronous generators (D-PMSG), thereby impacting overall stability of system. To address this issue, this paper proposes a suppression strategy for SSO based on adaptive notch filter (ANF). Firstly, the mechanism by which grid SSO affects GSC control of D-PMSG based on virtual synchronous generator (VSG) is analyzed, and disturbance propagation path of SSO component is delineated. Secondly, to overcome problem that fixed-parameter notch filters are unsuitable for time varying characteristics of SSO frequencies, an improved fast Fourier transform-based algorithm for identifying SSO parameters is proposed. Based on identification results, a strategy for updating center frequency of ANF is designed. Optimal intervention point of ANF in control system is determined. Finally, by constructing a simulation model, the effectiveness of proposed control strategy for suppressing SSO is verified.
Due to the existence of the control cycle in a motor digital control system, the voltage calculated by the current regulator cannot be applied to the motor accurately and timely, which constraints the bandwidth of the current-loop system and influences the dynamic response of the system. To solve this problem, a current reconstruction method during the PWM sampling period in current-loop of permanent magnet synchronous motor is proposed. Firstly, the timing sequence of traditional current sampling and duty cycle update is improved. In one carrier cycle, the current sampling value and the current reference value are used to reconstruct the current and update the duty cycle twice. Secondly, the increment factor is introduced, and the corresponding parameter selection rules are given. By adjusting the increment factor, the current response is improved. Finally, the control system of PMSM is built in Matlab/Simulink, to verify the effectiveness of the proposed current reconstruction method. The simulation results validate the bandwidth of the current-loop is increased with the proposed method.
电流互感器二次侧电流能否真实反映一次侧电流会受到直流分量以及谐波分量的干扰,影响电能计量公平性以及继电保护装置能否准确动作.首先从理论上阐明了电流互感器的误差影响因素,然后通过仿真与实验分别探究了谐波分量和直流分量对电流互感器比值误差和相角误差影响的程度,为电流互感器在不同工况干扰下的误差提供了参考数据.仿真和实验结果一致表明,由于直流分量可能更多地转化成励磁电流,使得铁心励磁特性变差,从而对误差造成更大的影响,比值误差差影响最高在1％左右;而谐波分量产生的交变磁通可以通过铁心耦合到二次侧,所以谐波分量对误差的影响较小,比值误差影响不超过0.1％.
高增益DC/DC变换器是将新能源发电系统中的输出电压提升至并网电压的关键环节.提出一种两相交错型高增益DC/DC变换器拓扑结构(CI-TPIBS),变换器拥有反向对称的Boost-Sepic(BS)结构和以耦合电感(CI)为升压手段的倍压单元.通过控制A、B两相交错运行进一步提高变换器的电压增益,在实现高电压增益的同时,两相交错结构(TPI)避免了开关管和二极管电压应力的逐级递升,同时也抑制了输入电流纹波,且完全的对称性结构为变换器的控制提供了方便.详细分析了变换器升压原理及各个器件的工作特性,并给出了各元器件的选择依据.最后搭建出400 W的原型样机,验证了所提出的变换器的性能.
基于梅尔频率倒谱系数(MFCC)提取的声振特征无法清晰描述变压器信号本身能量分布,应用于变压器机械松动识别时存在准确率不高的局限性,因此提出一种优先进行声振特征区分的变压器故障识别方法.首先依据XGBoost贡献指标化结合粗糙集分析区分MFCC特征显隐性:显性特征对状态识别贡献更高;其次,建立以Focal损失为目标的SMA优化模型,并按显隐性为SVM输入设置权重范围;最后,利用优化后的SVM对变压器实测样本进行训练分析.结果表明,该识别方法平均准确率达98.83%,较仅参数优化SVM的识别准确率提高2.48%,且变异波动小.相比PSO、WOA和GOA算法,SMA算法在特征全局优化和损失收敛性上更突出.此外,该方法还具有一定鲁棒性,引入5%干扰样本后准确率下降在0.3%以内,从而在变压器实际运行环境中具有抗干扰价值.
感应电机转子磁链定向控制的动态性能十分依赖转子时间常数的准确性.针对感应电机断电过程中的定子绕组反电势衰减暂态现象,提出一种利用曲线拟合和差分进化算法进行转子时间常数辨识的方法,通过测量定子电压和电流即可完成辨识.在定子反电势衰减过程分析的基础上,推导了不同负载情况、零序分量以及变频供电条件对辨识过程的影响,并对比分析了所提出的两种辨识方法的特点和应用场景.最后以一台22 kW感应电动机为实验对象,开展了定子反电动势波形测量实验,获得了不同工况下的转子时间常数辨识结果.通过与电机参数设计值进行比较验证了定子反电势衰减模型及辨识结果的准确性.研究成果可为感应电机矢量控制中的转子磁链准确定向奠定基础.
均衡电路对于提高串联电池组内部一致性、容量利用率和寿命具有重要意义.针对现有单模式均衡电路的局限性,提出了一种基于准谐振开关电容和互补三谐振LC变换器的双模式电池均衡电路,可以根据电压分布情况在任意电池至任意电池间传输模式和直接电池至电池间传输模式之间切换,且两种模式均实现了零电流开关,减少了电路损耗.为了获得最优的均衡速度,提出一种具有双阈值的均衡电路控制策略,通过对均衡阈值的调整可以获得最佳的均衡速度.分析了两种均衡模式的运行状态、均衡功率和均衡效率,并搭建了 4 节电池的实验样机,在不同均衡阈值下进行了均衡实验,实验结果说明均衡阈值的调整使得双模式均衡电路获得了最佳的均衡速度,实验验证了该双模式电池均衡电路的有效性.
针对风力发电复杂非线性系统,研究变风速条件下实现最大风能捕获.考虑风力发电系统的非线性因素,建立了每个风力发电机的Hamilton模型.基于多智能体一致性方法,采用互联有向图表征多风力机之间的通信联系;设计了预置控制器,将领导者风力发电机稳定到期望的平衡点以实现最大风能捕获;设计了一种领导—跟随一致性控制协议,以实现跟随者多风力发电机之间以及与领导者风力发电机的协同控制.仿真验证了所提控制策略的有效性和优越性.当某风力发电机发生通讯中断后,经过0.7s的调整便跟踪上领导者风力发电机,波动最大值为1 rad·s-1,且所有风力发电机都实现了最大风能捕获.
LCL型并网逆变器的跟网型控制中,一般采用锁相环获取公共耦合点电压相位信息.在弱电网条件下,并网逆变器控制系统存在电网阻抗与传统同步旋转坐标系锁相环的交互作用,导致其出现鲁棒性较差甚至难以稳定运行的问题.首先利用阻抗模型分析并网逆变器在弱电网下失稳机理,揭示了锁相环和电压前馈将在输出阻抗中引入一个附加项,并得出该附加项将对系统鲁棒性造成影响,进而提出一种在锁相环和电网电压前馈通道前串联新型一阶复矢量滤波器的补偿控制策略.分析表明:该控制策略减小了电网阻抗、锁相环带宽等扰动量对逆变器等效输出阻抗的影响,在电网阻抗宽范围变化时仍可使系统具有足够的稳定裕度,提高了并网逆变器的鲁棒性.最后,通过仿真分析和实验验证了所提控制策略可有效提高系统对弱电网的适应性,且具有良好的动静态性能.
为了解决直线电机的位置和速度检测的问题,设计了基于激光器阵列的光栅传感器位置检测系统,提出一种利用非线性跟踪微分器的直线电机速度测量方法,对电机动子位置进行准确跟踪以及对动子的速度进行测量.针对传统的非线性跟踪微分器在一定速度下处理测量噪声干扰和相位延迟存在矛盾的问题,设计了一种自适应非线性跟踪微分器,其参数能够跟随电机动子的运动速度自动调整,频率特性分析证明了其良好的微分特性.仿真和实验结果均证明了所设计的直线电机光栅位置检测方法和自适应非线性跟踪微分器测速的有效性,在电机运行的全速范围内都能够很好地抑制测量误差以及滤波效应带来的延迟,获得全程精确且快速的电机动子位置信号和速度输出信号.
针对并联DC-DC变换器网络控制系统(NCS)因无法及时处理冗长信号而导致系统均流输出性能较差的问题,结合滑模控制(SMC)策略提出一种NCS均匀量化设计方法.以并联Buck变换器为例,首先设计了其主从均流SM控制系统;后在连续域内对含SMC的NCS进行均匀量化设计,并根据量化误差分析了系统的稳定性能;再考虑到变换器在实际数字控制系统中的应用,采用零阶保持器研究了均匀量化SMC系统的离散化效应并给出了稳定性条件;最后,利用仿真分别分析了连续和离散域中不同参数条件下系统的输出性能,得到当量化步长与采样时间分别取0.1 与0.1ms时系统输出性能最优,并在该最优参数下进一步通过实验证明,所设计均匀量化SMC系统能够将并联Buck变换器的输出电压与均分电流稳态误差分别控制在0.117 V与0.008 A内,验证了所提设计方法的正确性.
针对无刷双馈电机存在较强转矩脉动的问题,根据旋转坐标系下电流与转矩之间的关系,明确了功率绕组电流中含有的谐波分量会导致电机运行时产生转矩脉动的结论,提出以谐波补偿电流的方式抵消电机运行时产生的谐波分量来抑制无刷双馈电动机转矩脉动,采取了功率绕组谐波电流瞬时检测方法与空间矢量滞环控制方法来满足系统对实时性和准确性的要求.该转矩脉动抑制方法能有效提高无刷双馈电机的机械特性和调速性能,对于降低无刷双馈电机绕组谐波含量提高整机效率提供了参考.最后以一台45 kW的绕线转子无刷双馈电机为例进行了验证,通过对谐波电流补偿法在电机异步、同步以及超同步运行状态下的仿真对比分析,结果表明该方法可有效抑制电机的谐波转矩脉动,提高电机运行性能.
针对永磁同步电机电流环PI控制器参数自整定依赖电机参数和系统模型精确度的问题,提出一种基于模型与规则相结合的PI控制参数自整定及优化方法.首先,采用直流激励法对电机的电阻和电感进行离线辨识;其次,利用零极点对消法设计出一组合适的PI控制器参数;最后,以这一组PI控制参数为初值,将响应的上升时间、超调量和调整时间纳入综合评价指标中,通过二自由度变量轮换法在PI控制参数初值邻域内优化后得到一组性能最优的PI控制参数.实验结果表明,该方法可以快速整定得到一组合适的PI参数,同时优化后的PI参数控制性能相较于优化前明显提升,响应调整时间减少50%,具有良好的动态性能.
针对新能源汽车发卡绕组永磁电机在高速运行时绕组交流损耗过高的问题,以6 极54 槽内置式永磁同步电机为研究对象,开展了低绕组交流损耗换位绕组技术研究.首先,基于槽内绕组交流损耗分布特征,提出了对靠近槽口处的导体进行端部扭转换位的方法.对比绕组槽内换位的方式,证明了端部扭转换位方法可实现对绕组交流损耗的有效抑制.其次,研究了槽型尺寸及导体尺寸参数等对于换位绕组交流损耗的影响规律,确定了换位绕组优化方案.最后,利用有限元(FEA)法,综合对比换位绕组与原发卡绕组的效率分布特性与整车循环工况效率.研究表明,换位绕组方案在不影响循环工况(CLTC)效率的前提下,显著降低了电机高速区的交流损耗问题,为解决新能源汽车高速电机绕组交流损耗问题提供了方向.
以含耦合电感的三相五电平脉宽调制(PWM)整流器为对象,在进行拓扑工作状态分析和数学建模的基础上,针对三相五电平整流器开关矢量多、冗余开关矢量选取复杂、传统有限集模型预测电流控制(FCS-MPC)实现困难等问题,提出结合空间矢量调制和开关序列设计的改进模型预测控制方法.利用该方法,完成了三相五电平整流器模型预测控制系统设计.与传统PI电流控制相比,改进模型预测电流控制不需要复杂的参数整定,提高了三相五电平整流器的动态响应速度.此外,采用零序电压注入法进行相间功率平衡控制,解决了线路阻抗参数、开关管参数、负载参数等差异引起的直流侧电压不平衡问题.仿真和实验结果证明了所提控制方法的有效性和正确性.
针对LLC谐振变换器采用脉宽频率调制(PFM)和定频移相调制(FF-PSM)混合调制策略的高效应用问题,提出一种基于最大电压增益和效率优化的LLC谐振腔完整设计方法.首先,基于混合调制策略工作在fn≤1 的特性,分析其峰值电压增益与归一化参数k、Q关系,同时在设定条件下实现全范围软开关来构造k、Q约束方程.其次,基于k、Q对归一化关断电流和导通电流的影响,推导关于k、Q的传输效率函数来得到约束方程,并通过建立损耗模型分析了谐振频率的选取和效率之间的关系.然后,通过仿真将满足要求的候选参数以固定步长比较来得到优化后的谐振腔参数.最终,建立600 W实验样机验证电压增益特性和效率相较于传统方法更高.
为了抑制转子在高速旋转时的振动,研究了挤压油膜阻尼器对转子振动抑制的作用,分析了阻尼器转子不同参数下的临界转速、转子振幅以及支撑反力,采用多目标优化进行了参数设计.首先,分析了转子左右支撑等效刚度与阻尼对转子动力学特性的灵敏度.其次,在选定阻尼器内环半径后,分别研究了阻尼器间隙、阻尼器长度、滑油黏度、鼠笼支撑刚度与轴承刚度对转子动力学特性的影响.最后,选定了阻尼器间隙、鼠笼支撑刚度与轴承刚度作为优化变量,通过拉丁超立方采样使用四次多项式建立了转子临界转速、转子振幅和支撑反力的响应面模型,采用非支配排序遗传算法(NSGN-Ⅱ)得到优化方案,进行有限元仿真验证.优化后转子的临界转速得以提高,支撑反力和振动幅值都有所减小.
以锂电池隔膜分切机中的放卷张力为研究对象,针对放卷系统非线性、强耦合与参数时变特性对张力控制提出的挑战,提出一种基于扰动补偿的串级控制方法.通过分层控制的思路,对放卷张力和速度2 个相互耦合的变量进行串级控制,增加对速度环的扰动补偿与鲁棒控制,提升张力控制的稳定性.考虑到张力滞后于速度,张力外环使用积分滑模控制(ISMC),得到放卷辊最优速度期望值.速度内环使用鲁棒反演滑模控制(BSMC),实现放卷速度的稳定跟踪.针对系统的扰动及未建模因素,设计了扩张状态观测器(ESO)进行实时补偿.仿真和实验结果表明,提出的控制方法相较于传统PID控制具有良好的鲁棒性和抗干扰性,能够很好地适应隔膜分切机不同工况下的张力控制要求.
大功率设备碳排放控制是实现"双碳"目标的重要环节,为了监测大功率设备的工作状态,提出一种基于BP-Adaboost神经网络的非侵入式电机工作状态识别方法.通过ATP-EMTP软件搭建电机并网模型,对电机入口端原始信号及电网端加噪信号进行数据采集.为了利用互相关算法从噪声电信号中提取稳定特征量,提出将Pisarenko谐波分解(PHD)算法与互相关算法相结合建立电信号特征提取的优化算法.通过BP-Adaboost强分类器构建电机工作状态的识别模型.应用仿真结果表明,经过PHD算法处理并结合提出的BP-Adaboost识别方法,可有效实现电机起动谐波的检测与电机工作状态的识别,并实测验证了该方法的高精度和可靠性,实验仿真识别率为 100%,实验验证识别率为96%.
在飞机停靠阶段采用400 Hz地面电源代替飞机辅助动力源是降低机场碳排放量的重要手段.然而,受限于开关频率与电压高动态响应速度的要求,400 Hz逆变电源通常采用输出电压单闭环控制策略,减少了LC滤波器中电感电流的采样与控制环节,导致控制系统设计难度加大,同时因无法获得电流极性而缺少了死区补偿方向.为了提高 400 Hz逆变电源负载电压的控制性能与电能质量,首先针对400 Hz逆变电源中因死区对逆变器输出电压基波幅值、相位误差以及低次谐波畸变的影响机理进行分析,进而提出一种基于电流观测的死区补偿策略.根据电感电流的状态方程,提出构建无零漂的电流观测模型,得到电感电流的极性,对调制电压信号进行补偿,实现对死区效应的抑制.然后建立系统的传递函数,结合幅频特性曲线,从抗扰动性、高频衰减特性以及动态响应速度几个方面总结出比例-谐振控制器的参数优化设计方法.最后搭建仿真模型与实验平台,对所提电流观测模型、死区补偿方法以及控制器参数优化设计方法的可行性与有效性进行验证.
