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新型双电源转换开关用螺管式电磁铁的设计与性能测试技术研究

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新型双电源转换开关用螺管式电磁铁的设计与性能测试技术研究

作者：姚帅亮河北工业大学

学位级别：硕士

电磁机构作为大多数电器的核心部件,其性能的好坏直接关系到电器的可靠工作。螺管式电磁铁作为电磁机构中的一种,以其优良的特性得到了广泛的应用。本文设计的是机电一体化式双电源转换开关用螺管式电磁铁,该双电源转换开关以螺管式电... 详细信息

电磁机构作为大多数电器的核心部件,其性能的好坏直接关系到电器的可靠工作。螺管式电磁铁作为电磁机构中的一种,以其优良的特性得到了广泛的应用。本文设计的是机电一体化式双电源转换开关用螺管式电磁铁,该双电源转换开关以螺管式电磁铁代替传统双电源转换开关中断路器带动触头系统进行切换,实现供电系统的持续供电。首先,对双电源转换开关中的螺管式电磁铁结构进行了初步设计。深入分析了螺管式电磁铁的反力特性,结合电磁铁的静态吸力特性确定了螺管式电磁铁的结构形式,计算了螺管式电磁铁的结构参数,完成了结构设计。其次,利用ANSOFT软件建立了螺管式电磁铁的有限元模型,进行了静态特性仿真,根据静态仿真结果对螺管式电磁铁磁极表面吸力、螺管力以及磁场强度分布进行了分析。采用正交优化的方法对励磁线圈匝数、动铁心半径、轭铁厚度进行了优化设计,对比了优化效果。然后,研究了电磁铁静态吸力测试方法并研制了测试装置。结合设计的螺管式电磁铁的特点,设计了由安装基座、控制模块、驱动模块、测试模块组成的测试装置,并对步进电机驱动控制器的上位机软件进行了系统设计,使测试精度、测量范围得到了大幅度的提高,实现了螺管式电磁铁在不同气隙下静态吸力的自动测量。最后,制作了螺管式电磁铁样机,搭建了螺管式电磁铁静态吸力测试系统。对设计的螺管式电磁铁在不同电压、不同气隙下的电磁吸力自动的进行了实验测试,实测数据表明了仿真的正确性,并验证了设计的螺管式电磁铁能够满足指标要求。

关键词：螺管式电磁铁有限元静态特性优化设计测试装置

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基于风电机组聚类的风电场有功分层分配策略

太阳能学报 2023年第12期44卷 306-315页

作者：赵靖英门孝伟姚帅亮河北工业大学省部共建电工装备可靠性与智能化国家重点实验室天津300401 河北工业大学河北省电磁场与电器可靠性重点实验室天津300401 国网冀北张家口风光储输新能源有限公司张家口075099

针对风电场传统有功功率平均分配策略造成风电机组运行损伤差异性大、机组调整和启停次数多等问题,提出基于风电机组聚类的降功率分层分配策略。考虑实际风电机组调控能力,设计基于鲸鱼优化算法(WOA)的改进极限学习机(ELM)风电机组功率... 详细信息

针对风电场传统有功功率平均分配策略造成风电机组运行损伤差异性大、机组调整和启停次数多等问题,提出基于风电机组聚类的降功率分层分配策略。考虑实际风电机组调控能力,设计基于鲸鱼优化算法(WOA)的改进极限学习机(ELM)风电机组功率预测模型。构建实际风速、实际发电功率和预测功率的三维特征矩阵,提出基于模拟退火遗传算法(SAGA)的改进模糊C均值(FCM)聚类模型。以预测功率平均值和标准差、最大降功率值确定机群和机组调度优先级序列,构造“机群-机组”的两层分配策略,减少调整机组和停机机组的数量、提升风电机组损伤均衡性。结合某风电场实际工况,设计限功率模式不停机与停机的分配策略验证方案,对比分析3种不同策略的分配效果,算例结果验证了提出的分配策略的有效性。

关键词：风电机组风电场聚类算法预测功率控制分层分配策略

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考虑容量再生的锂离子电池健康状态估计方法

电源学报 2023年

作者：赵靖英黄麟然姚帅亮河北工业大学电气工程学院省部共建电工装备可靠性与智能化国家重点实验室国网冀北张家口风光储输新能源有限公司

在锂离子电池正常使用过程中，受内部化学反应和外部环境等因素影响，锂离子电池容量会在短期内出现再生现象。针对锂离子电池容量再生现象考虑缺乏、导致健康状态估计不精确等问题，提出基于最优层数的变分模态分解策略，聚类容量反映... 详细信息

在锂离子电池正常使用过程中，受内部化学反应和外部环境等因素影响，锂离子电池容量会在短期内出现再生现象。针对锂离子电池容量再生现象考虑缺乏、导致健康状态估计不精确等问题，提出基于最优层数的变分模态分解策略，聚类容量反映整体老化趋势的低频平稳序列和反映局部容量再生的高频非平稳序列。考虑容量高频和低频分量，引入加权向量平均（INFO）方法改进支持向量机（SVR），建立锂离子电池短期SOH估计模型。选取NASA电池老化数据集，设计基于BP、SVR、INFO-SVR、OVMD-INFO-SVR的短期锂离子电池SOH估计实验对比方案。结果表明，在减少容量训练集的情况下，基于高频和低频分量的OVMD-INFO-SVR模型在锂离子电池短期SOH的估计上具有更高的准确性。

关键词：锂离子电池容量再生支持向量机健康状态

基于阻容参数滤波优化UKF的锂电池SOC估计

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电源学报 2022年

作者：胡劲赵靖英姚帅亮张文煜国网冀北张家口风光储输新能源有限公司河北工业大学电气工程学院省部共建电工装备可靠性与智能化国家重点实验室

锂电池荷电状态（SOC）的快速精确估计，对电池管理系统至关重要。针对卡尔曼滤波算法估计锂电池SOC时阻容参数缺乏合理约束的问题，提出一种阻容参数滤波优化方法，结合无迹卡尔曼滤波（UKF）实现锂电池SOC估计的快速精确收敛。首先，... 详细信息

锂电池荷电状态（SOC）的快速精确估计，对电池管理系统至关重要。针对卡尔曼滤波算法估计锂电池SOC时阻容参数缺乏合理约束的问题，提出一种阻容参数滤波优化方法，结合无迹卡尔曼滤波（UKF）实现锂电池SOC估计的快速精确收敛。首先，结合多项式建立锂电池等效电路模型；再利用带遗忘因子的递推最小二乘法（FFRLS）获取时变和时不变的模型阻容参数，通过设置卡尔曼增益阈值，建立阻容参数滤波关系式，提出阻容参数滤波优化无迹卡尔曼滤波算法（RCO-UKF），估计锂电池SOC；最后，设计混合功率脉冲特性（HPPC）实验、间歇恒流放电实验和动应力测试（DST）实验，验证设计方法的收敛性和鲁棒性，SOC最大估计误差低于1%，并给出增益阈值参考范围。

关键词：锂电池荷电状态阻容参数无迹卡尔曼滤波

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电容缓冲式光伏直流断路器抑弧拓扑研究

中国电机工程学报 2021年第22期41卷 7850-7860页

作者：姚芳苏云翔张鑫赵靖英姚帅亮孟德芳省部共建电工装备可靠性与智能化国家重点实验室(河北工业大学) 天津市红桥区300132 国网新源张家口风光储示范电站有限公司河北省张家口市075099

针对当前光伏系统直流侧汇流箱内直流断路器分断燃弧剧烈、使断路器寿命缩短、系统可靠性降低等问题,提出一种新的基于电容缓冲式的抑弧拓扑。该拓扑主要采用IGBT器件和并联电容器构成预放电电路,在断路器断开瞬间,通过检测断路器断点... 详细信息

针对当前光伏系统直流侧汇流箱内直流断路器分断燃弧剧烈、使断路器寿命缩短、系统可靠性降低等问题,提出一种新的基于电容缓冲式的抑弧拓扑。该拓扑主要采用IGBT器件和并联电容器构成预放电电路,在断路器断开瞬间,通过检测断路器断点之间电压,使IGBT导通,同时电容器对负载放电抬升负载两端电压,降低断路器断点两端电压,使其低于燃弧电压。该文详细描述所提方案的拓扑结构、工作原理和控制策略,并通过搭建Simulink仿真和试验样机进行验证。结果表明此拓扑可显著降低光伏断路器的分断燃弧时间,对消除一级汇流箱内的火灾隐患、提高系统可靠性有显著效果。

关键词：光伏系统直流断路器直流电弧电路拓扑抑弧

基于萤火虫扰动麻雀搜索算法-极限学习机的光伏阵列故障诊断方法研究

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电网技术 2023年第4期47卷 1612-1622页

作者：赵靖英吴晶晶张雪辉张文煜姚帅亮省部共建电工装备可靠性与智能化国家重点实验室(河北工业大学) 天津市北辰区300401 国网冀北张家口风光储输新能源有限公司河北省张家口市075000

光伏阵列具有随机性、间歇性输出特点,发生故障严重影响电力系统安全运行。针对有效表征不同程度局部阴影与雨天接地故障的故障特征量缺乏的问题,分析不同故障状态下光伏阵列运行特征,提出一种新的6维故障特征向量:开路电压Uoc、最大功... 详细信息

光伏阵列具有随机性、间歇性输出特点,发生故障严重影响电力系统安全运行。针对有效表征不同程度局部阴影与雨天接地故障的故障特征量缺乏的问题,分析不同故障状态下光伏阵列运行特征,提出一种新的6维故障特征向量:开路电压Uoc、最大功率点电压Um与短路电流Isc、最大功率点电流Im分别表征短路与断路故障;U-I特性曲线二阶导数零点数表征局部阴影故障,并利用遗传模拟退火算法优化的模糊C均值聚类算法(the fuzzy C-means clustering algorithm optimized by the genetic simulated annealing algorithm,GSA-FCM)验证Um、Im表征不同程度局部阴影故障的有效性;并网电流总谐波畸变率表征雨天接地故障。引入萤火虫扰动的麻雀搜索算法(sparrow search algorithm with firefly perturbation,FSSA)优化传统极限学习机(extreme learning machine,ELM),建立FSSA-ELM模型,解决传统故障诊断方法实现复杂、收敛速度慢的问题。基于现场数据驱动,建立考虑对地寄生电容的光伏系统仿真模型和实验平台,设计2种不同辐照度范围的仿真方案和实验方案进行方法验证,结果表明,FSSA-ELM模型结合ELM实现简单且FSSA收敛速度快的特点,利用6维故障特征向量,可准确识别光伏阵列故障类型。

关键词：光伏阵列故障诊断并网电流总谐波畸变率故障特征量萤火虫扰动麻雀搜索算法–极限学习机寄生电容

新型双电源转换开关直流速动电磁机构的设计与优化

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电机与控制学报 2018年第5期22卷 52-62页

作者：赵靖英孙政樑姚帅亮赵彦飞苏秀苹河北工业大学省部共建电工装备可靠性与智能化国家重点实验室天津300130

双电源转换开关对于保证重要场合正常供电的持续性至关重要,新型双电源转换开关依赖电磁机构带动触头系统替代断路器进行切换。基于新型双电源转换开关的工作原理,深入分析电磁机构的反力特性,研究直流速动电磁机构的设计方法,计算结构... 详细信息

双电源转换开关对于保证重要场合正常供电的持续性至关重要,新型双电源转换开关依赖电磁机构带动触头系统替代断路器进行切换。基于新型双电源转换开关的工作原理,深入分析电磁机构的反力特性,研究直流速动电磁机构的设计方法,计算结构参数,完成初步设计。利用多软件联合方式建立了电磁机构的静态和动态仿真模型,进行了静态和动态特性分析;研究对电磁机构性能影响较大的关键因素,确定优化变量、目标函数和约束条件,采用遗传算法对电磁机构的结构参数进行了优化设计。最后,研制电磁机构样机,设计电磁吸力测试实验系统,通过静态吸力及整机测试验证了设计结果的正确性。

关键词：双电源转换开关电磁机构静态特性动态特性优化设计

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过载继电器温升性能实时监测系统的研究

电测与仪表 2016年第15期53卷 22-27页

作者：赵靖英江民赵彦飞姚帅亮河北工业大学电气工程学院天津300130

温升特性是影响过载继电器保护可靠性的关键。以典型过载继电器产品为研究对象,分析了传热原理,对温度场进行了仿真研究,选取了温升监测点;确定了温升监测方法,基于PIC16F877A单片机完成了温升性能实时监测系统的设计;进行了不同整定电... 详细信息

温升特性是影响过载继电器保护可靠性的关键。以典型过载继电器产品为研究对象,分析了传热原理,对温度场进行了仿真研究,选取了温升监测点;确定了温升监测方法,基于PIC16F877A单片机完成了温升性能实时监测系统的设计;进行了不同整定电流倍数下温升实时监测结果的分析,并与理论结果和仿真结果进行了对比,结果基本一致,验证了系统的可行性。

关键词：过载继电器温升仿真单片机实时监测

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逆变器功率管开路故障诊断方法综述

电源学报 2023年第3期21卷 156-169页

作者：王晓鹏姚帅亮姚芳董超群省部共建电工装备可靠性与智能化国家重点实验室(河北工业大学电气工程学院) 天津300132 河北省电磁场与电器可靠性重点实验室(河北工业大学电气工程学院) 天津300132 国网新源张家口风光储示范电站有限公司张家口075000

作为各种新能源发电设备和驱动系统的核心部分,逆变器的安全性和可靠性对整个系统的安全稳定运行至关重要。近年来,高电压等级、高功率密度和高集成化的逆变器已成发展趋势,但增加更多的开关器件也会增大其故障概率,因此,采取快速有效... 详细信息

作为各种新能源发电设备和驱动系统的核心部分,逆变器的安全性和可靠性对整个系统的安全稳定运行至关重要。近年来,高电压等级、高功率密度和高集成化的逆变器已成发展趋势,但增加更多的开关器件也会增大其故障概率,因此,采取快速有效的方法对逆变器的故障进行诊断十分重要。针对逆变器功率管故障诊断,目前的分类方法主要分为基于解析模型、基于信号处理和基于数据驱动3种。为使诊断方法分类简单直观,从实际电路中检测变量的角度,在电流、电压和功率3个方面对国内外文献进行整理,阐述了各类方法的原理、适用范围和优缺点,最后概述了逆变器故障诊断的难点和未来的发展趋势。

关键词：逆变器功率管开路故障故障诊断故障隔离