基于低通滤波补偿积分器的直驱型永磁风力发电机无位置传感器控制

针对永磁直驱风力发电机的特点,本文采用一种基于低通滤波补偿积分器的无位置传感器零d轴电流控制技术．在论述该控制技术实现原理的基础上,深入分析了低通滤波补偿积分器特点,最后通过仿真和小功率直驱型永磁风力发电实验平台,验证了其有效性．结果表明,该方法具有较好的稳态与转矩动态响应性能,且工程实现较为简单．     

永磁同步电动机矢量控制研究

在分析永磁同步电动机数学模型的基础上,推导出基于最大转矩电流比控制下d、q轴电流与转矩的表达式.为便于工程应用,在最大转矩电流比控制的基础上,提出了改进的曲线拟合方法,实现线性控制定子电流误差最小.采用MATLAB/SIMULINK仿真软件分别建立最大转矩电流比控制系统和id=0控制系统仿真模型,根据仿真结果对两种控制方案比较,得出最大转矩电流比控制方案的优缺点.     

轨道车辆永磁直驱技术综述

概述了国内外采用永磁直驱技术的轨道车辆发展状况，归纳了永磁直驱转向架的结构形式，讨论了抱轴式直驱结构与弹性架悬式直驱结构的特点及其适用情形，分析了永磁直驱转向架的蛇行运行稳定性与曲线通过性；针对轨道车辆应用，从磁性材料、冷却系统、温升效应、电机质量、气隙磁密、反电势抑制、失磁故障、电路结构等方面论述了永磁直驱牵引电机的结构设计与优化方法，分析了传统的牵引电机控制策略，讨论了模型预测控制技术和无位置传感器控制技术的研究现状及其用于永磁直驱电机的可行性和存在的问题；总结了轨道车辆永磁直驱技术的现存问题并展望了其未来发展方向。研究结果表明:刚性抱轴式永磁直驱结构紧凑，但电机受轮轨振动影响较大且增加了列车簧下质量，仅适用于低速轨道车辆；高速轨道车辆直驱技术宜采用弹性架悬式直驱结构，但需要进一步研究永磁牵引电机和直驱转向架的弹性连接方式和最优匹配参数，优化簧上、簧下质量分布；内置式永磁直驱转向架可缩短车轴长度和减少轴距，具有质量轻、动力特性好等优势，较适用于复杂的地形环境应用；需要研究更为快速准确的永磁电机故障在线诊断、预警与抑制方法，可结合基于故障诊断及预测的智慧运维技术，为车辆提供维修决策建议；需对永磁直驱电机定子、转子拓扑结构进一步优化，并提出更为有效的冷却结构及精确的温升计算方法；传统矢量控制与直接转矩控制难以兼顾高转矩动态响应和低转矩脉动，模型预测控制因其结构简单、动态响应快等优点，较适用于轨道车辆这类低开关频率大功率应用，但仍需进一步研究以降低其运算负荷并提升其稳态性能；无位置传感器技术可节省电机内部空间体积，且能防止编码器故障带来的可靠性问题，适用于内部空间狭小的直驱转向架，现有中高速无位置传感器技术已具有较好的性能，零速和低速下采用高频信号注入法虽能实现较准确的位置估计，但其对电机控制性能带来的一系列不利影响还需要进一步研究。      

直驱永磁风电系统PWM变流器的非线性控制研究

为分析直驱永磁风电系统在小扰动下的稳态性能和动态特性,建立了以PWM变流器为控制目标的数学模型,通过对PWM导通情况的调节来实现对直驱永磁风电系统输出的控制,设计了非线性控制策略。Matlab/Simulink 的仿真结果表明该控制策略能增强系统的稳定性控制性能,保证系统在较大的风速变化范围内实现功率地有效调节,并能较好的实现风电系统在小扰动状况下的稳定。     

利用FMECA法的兆瓦级风力机故障模式分析

在分析1.5 MW永磁直驱风力发电机系统的结构组成基础上,建立了永磁直驱风力发电机的功能框图以及任务可靠性逻辑框图。针对风力发电机组关键工作部分的风轮、变桨系统、偏航系统、永磁同步发电机、机舱底座、塔架、测风共7个子系统,利用FMECA法对其进行故障模式分析。根据风电场内永磁直驱风机的运营和故障维护数据,归纳统计了各机组子系统可能的故障模式,并对每个故障模式进行了故障原因、故障影响以及危害度分析,对每个故障模式进行了风险等级评价,找出风机薄弱环节,得到FMECA分析结果表,为后续子系统的可靠性分配以及后期风力发电机组运行维护过程中的故障监测和诊断提供了参考。     

一种NPC三电平逆变器驱动PMSM的FCS-MPTC改进策略

针对三电平逆变器驱动永磁同步电机系统的计算量大、中点电压不平衡问题,提出一种中点钳位型三电平逆变器驱动永磁同步电机的有限集模型预测转矩控制改进策略.首先通过电磁转矩与定子磁链的无差拍方法,直接估算单个控制周期内所需电压矢量,避免有限集模型预测转矩控制算法对所有27个基本电压矢量的遍历寻优,然后通过对扇区细分优化矢量的选取,将电压矢量所在扇区的控制集元素数量降低至5个,进而减少系统运算量;最后在目标函数中引入中点电压约束,以实现中点电压平衡控制,同时采用磁链和转矩误差率评估代替传统的误差评估,消除权重系数,降低系统复杂性.仿真结果表明,提出的改进策略能有效降低有限集模型预测转矩控制算法计算量,实现对磁链、电磁转矩和中点电位的协同控制,且动静态性能良好.     

级联式同心磁齿轮结构设计与分析

针对单级同心式永磁齿轮传动比及传递功率较小等问题,基于机械行星减速器差动轮系结构及其功率分流原理,提出一种级联式结构,可在较小尺寸空间内将低速大转矩的输入,转换成高速低转矩的输出;根据单级同心式永磁齿轮的运行机理,建立了将其级联起来的传动比及转矩模型,并经有限元算例证明了所建模型的正确性;对组成级联式结构的各单级永磁齿轮的转速特性及损耗特性进行了详细分析与研究,给出了减小转速波动的方法;通过优化调磁环及永磁体结构尺寸,达到了降低损耗提高效率的目的.     

主动磁悬浮轴承在余热发电机的应用研究

针对传统余热发电设备存在发电效率低、成本高、体积大等问题,设计了一款装备5自由度（5-DOF）主动磁悬浮轴承的余热发电机,用于余热发电有机朗肯循环系统. 首先,基于电机转子轴径限制和最大承载力要求,确定径向磁悬浮轴承和轴向磁悬浮轴承的结构形式,采用一维磁路模型和二维有限元分析,计算并校核磁悬浮轴承的尺寸和性能参数;其次,为保证磁悬浮轴承的稳定裕度,采用三电平PWM功率放大器降低输出电流纹波,利用不完全微分PID控制器和不平衡补偿算法实现5自由度稳定悬浮;最后,将该磁悬浮余热发电机应用到实际客户现场,从稳定裕度、承载力和轴振峰峰值3个维度验证磁悬浮余热发电机的可靠性. 现场试验结果表明:磁悬浮余热发电机系统运行稳定可靠,实现了满功率发电和长期运行考核;在全工况运行范围,磁悬浮轴承系统的灵敏度函数小于12 dB,余热发电机转子振动峰峰值小于53 μm,满足ISO14839-3规定的长期稳定运行要求;轴向承载力最大达到3 600 N,满足实际工况需求.      

永磁直驱柔性构架转向架的动力学模型研究

永磁直驱柔性构架转向架是一种新型的地铁车辆转向架,具有结构简单、紧凑、曲线通过能力强等特点.使用Simpack软件建立了永磁直驱柔性构架转向架两种不同的动力学模型:构架集总参数的多刚体动力学模型和构架的刚柔体动力学模型.在构架集总参数模型中,将柔性构架视为两个通过多向弹簧连接的侧梁.在构架离散参数模型中,将柔性构架作为柔性体处理.仿真分析了装用永磁直驱柔性构架转向架的地铁车辆的蛇形运行临界速度、曲线通过安全性和运行平稳性.仿真结果表明:构架集总参数模型适用于优化柔性构架的刚度参数,进行脱轨安全性分析和车辆稳定性分析,而构架离散参数模型更适用于平稳性分析.     

基于三电平电压源变流器的同相牵引供电方案研究

提出了基于二极管箝位型三电平电压源变流器的同相供电综合潮流控制器方案.综合潮流控制器(CPFC)装置主要由两个背靠背的单相二极管箝住型三电平电压源变流器构成,主要用于传递有功功率、补偿无功功率及谐波,使得牵引供电系统相对电力系统而言,是一个三相对称纯阻性网络.分析了三电平电压源变流器的主电路结构,提出了三电平载波PWM电流控制和电容中点电压平衡控制策略.Matlab/Simulink仿真结果,验证了该方案的正确性.     

数字谷值电流控制开关DC-DC变换器

为了获得开关DC-DC变换器的最优数字谷值电流(DVC)控制技术,研究了电感电流连续模式下DVC控制开关DC-DC变换器的工作原理,对比分析了采用前缘、后缘、三角前缘和三角后缘4种涮制方式的DVC的占空比算法,并分析了各种算法的稳定性.在此基础上,对DVC控制开关DC-DC变换器的时域特性进行了仿真和试验研究,结果表明,采用后缘调制的DVC控制开关DC-DC变换器具有最优的负载瞬态特性,超调电压为62 mV,响应时间为1.118 ms.     

液力变矩器性能参数的计算误差及其修正方法

为提高液力变矩器数值模拟的精度,采用CFD(computational fluid dynamics)方法对液力变矩器的变矩比、效率和泵轮容量系数等性能参数进行了计算,对计算误差进行了分析,并提出了相应的误差修正方法.通过分析补偿油液流动对泵轮容量系数计算误差的影响,提出了针对泵轮容量系数误差的修正方法.结果表明:数值计算模型中,忽略摩擦损失和补偿油液流动的影响,将引起变矩器性能参数的计算误差;针对摩擦损失提出的误差修正方法,使算例中变矩器的变矩比和效率的最大相对误差均由16.2%减小到13.9%;按照泵轮容量系数误差的修正方法,泵轮容量系数的最大相对误差由13.9%减小到7.3%.     

无级变速汽车液力变矩器工作策略

为了提高无级变速汽车液力变矩器工作的燃料经济性,确定了液力变矩器锁止、解锁的合理条件。为了提高液力变矩器解锁时的工作效率,利用无级变速器速比调节功能,设计了PID控制器,使得发动机-液力变矩器始终工作在最佳经济区域。为了减少液力变矩器锁止时的冲击,以允许冲击度范围内滑磨功最小与发动机稳定运转2个原则,提出了锁止离合器接合的控制策略,设计了以冲击度和发动机转速差为输入量的模糊控制器。两种不同锁止情况试验结果表明:急加速(1.92 s)比缓加速(1.38 s)延长了接合时间,因此,利用控制策略能够保证锁止离合器接合平稳和发动机的稳定运转。     

Design of fuzzy controller for direct drive wind turbines

Based on the research results of these years, this paper proposes a design of 3MW direct-driven wind generation inverter, and takes much effort in the control algorithm research and MATLAB simulation. Some wonderful results are obtained. All this may provide the reference for practical application. The fuzzy controllers are designed, based on fuzzy logic control theory, which can perfect control of wind generation system with no mathematic model. Models of permanent magnet synchronous generator (PMSG) and dual pulse width modulation (PWM) converter with their controllers are set by MATLAB/Simulink. In addition, experiments are made on the simulation platform of variable speed constant frequency (VSCF) wind power generation system. The behavior of dual PWM converter is demonstrated by simulations and experiment, and the control strategy is valid and correct.     

A Direct Compensative Robust Optimal Control （DCROC） Law for Ship Straight-line Track-keeping

A linear quadratic optimal direct track-keeping control law was proposed based on first-order Nomoto nominal model. Furthermore, based on Lyapunov stabilized theory, considering parametric uncertainty from variations of ship speed and disturbances uncertain from wind, wave and sea current, a direct compensative robust optimal control (DCROC) law was developed. It can guarantee closed-loop system globally and uniformly converge to a remained set. High accuracy and robustness were achieved. By introducing some nonlinear blocks, closed-loop system achieves global and uniform asymptotical stableness. Numerical simulations on a Mariner Class ship are presented to validate the control law.     

Data-Driven Process Monitoring and Fault Tolerant Control in Wind Energy Conversion System with Hydraulic Pitch System

Wind energy is one of the widely applied renewable energies in the world. Wind turbine as the main wind energy converter at present has very complex technical system containing a huge number of components,actuators and sensors. However, despite of the hardware redundancy, sensor faults have often affected the wind turbine normal operation and thus caused energy generation loss. In this paper, aiming at the wind turbine hydraulic pitch system, data-driven design of process monitoring(PM) and diagnosis has been realized in the wind turbine benchmark. Fault tolerant control(FTC) strategies focused on sensor faults have also been presented here, where with the implementation of soft sensor the sensor fault can be handled and the performance of the system is improved. The performance of this method is demonstrated with the wind turbine benchmark provided by Math Works.     

液力变矩器循环流量的一种算法

从液力变矩器的两个液力力矩计算公式出发,推导出了循环流量的计算式,并用此式对5种典型液力变矩器进行了流量计算。结果说明,本文提出的算法简单可靠,可供研究液力变矩器内特性时应用。     

MMC的无锁相环直接功率控制仿真

目前新型模块化多电平换流器（modular multilevel converter,MMC）多采用电压外环电流内环的双闭环直接电流控制策略,研究MMC的直接功率控制（direct power control,DPC）策略以减少系统控制参数,改善动态响应慢等问题。在αβ坐标系下推导关于MMC的DPC数学模型,并设计了一种无锁相环的DPC控制系统,为消除系统频率和电感参数的变化对控制系统的干扰,设计了一种无系统角频率和电感参数的功率解耦控制器,将双闭环简化为功率单环。考虑电网强度对换流站运行特性的影响,计算出直接功率控制策略适用于交流系统强度范围。最后在MATLAB/Simulink中仿真验证,结果表明上述设计控制策略的有效性。