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面向高层建筑的摩擦爬轨式无绳电梯驱动系统设计及控制策略研究

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面向高层建筑的摩擦爬轨式无绳电梯驱动系统设计及控制策略研究

作者：牛振勇中国矿业大学

学位级别：硕士

随着大城市的人口密度越来越大,城市建设正朝着高层和超高层建筑发展,但目前高层和超高层建筑仍采用钢丝绳曳引式电梯,存在空间利用率低、候梯时间长和提升高度有限等问题,不能满足人流高峰期的运输需求。无绳电梯由于取消曳引钢丝绳和... 详细信息

随着大城市的人口密度越来越大,城市建设正朝着高层和超高层建筑发展,但目前高层和超高层建筑仍采用钢丝绳曳引式电梯,存在空间利用率低、候梯时间长和提升高度有限等问题,不能满足人流高峰期的运输需求。无绳电梯由于取消曳引钢丝绳和对重等装置,在同一井道内可同时运行多个轿厢,具有结构简单、占地面积少、空间利用率高且运行距离不受限制等显著优点,是未来电梯的重要发展方向。本文提出了一种采用摩擦爬轨驱动的新型无绳电梯解决方案,通过在轿厢两侧安装摩擦轮、永磁同步电机和液压缸,在井壁对应位置安装导轨,利用液压缸压紧摩擦轮产生的摩擦力来驱动轿厢以实现电梯的升降运动,重点对无绳电梯驱动系统的机械结构及控制策略进行了设计与试验研究。首先,提出一种摩擦爬轨式无绳电梯驱动系统结构原理,对系统中的关键的组成部件进行了设计和选型;根据电梯运行工况对系统所需的驱动力和制动力进行了计算,分析了系统中关键运行参数之间的联系和制动器在不同压力下的响应特性。其次,根据实际工况对液压系统进行设计分析,并对系统的关键液压元件进行了设计选型在AMESim中搭建了压紧子系统和制动子系统的液压仿真模型,仿真结果表明:压紧子系统能够根据输入调节压紧力,多缸之间输出的压紧力和位移协同精度较高,使轿厢不会发生偏载;在制动子系统中研究了制动油缸压力与制动弹簧压缩量的关系,分析了制动器在不同制动状态转换的响应特性,结果表明制动子系统能够快速响应,符合制动要求。再次,分析选定了驱动电机的控制策略,搭建单永磁同步电机矢量闭环控制仿真模型,并对其动态响应特性进行了仿真分析;针对采用多电机驱动的无绳电梯驱动系统,开展了多永磁电机协同控制策略研究,通过仿真并行、主从、相邻交叉耦合、偏差耦合、环形耦合与均值耦合等多种协同控制方式,对比得出了均值耦合协同控制的协同性满足要求且运算量相对较低。最后,自主研制了摩擦爬轨式无绳电梯试验台,开展了电机转速差试验,研究结果表明:在实验室尺度下,无绳电梯能够完整地实现爬升,四台永磁伺服电机驱动在空载启动、重载启动和变速工况下均有良好的响应速度和同步性能。研究成果可为摩擦爬升运输方式提供了理论研究支持基础与技术支撑,对于突破传统曳引式电梯提升的不足,推动电梯提升朝着高层化、智能化运行具有重要理论价值和现实意义。本论文共有图77幅,表26个,参考文献91篇。

关键词：无绳电梯摩擦爬升压紧系统矢量控制策略多电机协同控制

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复杂电力系统运行驾驶舱技术研究

电力系统自动化 2014年第9期38卷 100-106,131页

作者：汪际峰周华锋熊卫斌牛振勇中国南方电网电力调度控制中心广东省广州市510623

为了满足不断增长的业务需求,提升复杂电力系统驾驭能力,南方电网提出建设新一代一体化电网运行智能系统(OS2),并在OS2体系下建设顶层应用———电力系统运行驾驶舱(POC)。文中全面介绍了POC的理念和设计,研究了运行关键性能指标(KPI)... 详细信息

为了满足不断增长的业务需求,提升复杂电力系统驾驭能力,南方电网提出建设新一代一体化电网运行智能系统(OS2),并在OS2体系下建设顶层应用———电力系统运行驾驶舱(POC)。文中全面介绍了POC的理念和设计,研究了运行关键性能指标(KPI)体系设计、全景建模与画面远程调用、智能远动机等POC关键支撑技术,并通过试点应用验证了POC设计及其关键技术的可行性。

关键词：电力系统运行驾驶舱运行智能系统关键性能指标运行服务总线全景建模智能远动机

分区聚合、分层调度的市场化虚拟电厂调控架构设计

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南方电网技术 2024年

作者：张扬牛振勇陈皓勇王莉李东旭胡林麟广东电网有限责任公司广州供电局华南理工大学电力学院

当前，虚拟电厂（Virtual Power Plant,VPP）建设方兴未艾。虚拟电厂参与电网调度需要综合考虑虚拟电厂运营商的经济性要求与电网的安全性要求，但在目前的电力系统信息安全要求下，市场化虚拟电厂运营商不掌握电网拓扑和实时潮流信息... 详细信息

当前，虚拟电厂（Virtual Power Plant,VPP）建设方兴未艾。虚拟电厂参与电网调度需要综合考虑虚拟电厂运营商的经济性要求与电网的安全性要求，但在目前的电力系统信息安全要求下，市场化虚拟电厂运营商不掌握电网拓扑和实时潮流信息，随着虚拟电厂聚合资源的增多，可能带来严重的电网安全隐患。基于我国电力调度体系现状，提出了虚拟机组的定义，并从虚拟机组分区聚合构建方式、虚拟电厂参与分层调控方式、虚拟电厂参与电力市场方式等方面进行阐述，提出了一套分区聚合、分层调度的市场化虚拟电厂调控架构。算例表明，所提出的调控架构能够支撑虚拟电厂运营商在不掌握拓扑信息的情况下安全且经济地参与电网调度和市场交易。

关键词：虚拟电厂分区聚合分层调度调控架构

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基于分块QR分解的一种状态估计算法

中国电机工程学报 2003年第8期23卷 50-55页

作者：杜正春牛振勇方万良西安交通大学电气工程学院陕西西安710049

文中提出了一种基于分块QR分解的状态估计方法。该方法把虚拟测量处理为等式约束,避免了由于权因子分散而导致的数值病态问题。在每次迭代中,通过对两个分块矩阵的QR分解和一个稀疏三角线性方程组的求解,实现了系数矩阵的三角分解。与... 详细信息

文中提出了一种基于分块QR分解的状态估计方法。该方法把虚拟测量处理为等式约束,避免了由于权因子分散而导致的数值病态问题。在每次迭代中,通过对两个分块矩阵的QR分解和一个稀疏三角线性方程组的求解,实现了系数矩阵的三角分解。与带有约束的正规方程(NE/C)法相比,不但消除了Jacobian矩阵叉乘造成的信息损失,而且保证了分解的数值稳定性。稀疏QR分解采用了基于Givens变换的方法并利用最小度列排序和变主元消元策略,减少注入元素的数目,提高了状态估计的计算效率。试验系统的仿真结果表明了该方法具有良好的数值稳定性和鲁棒性,而且有较高的计算效率,可以满足在线状态估计的要求。

关键词：电力系统能量管理系统状态估计算法分块QR分解

虚拟电厂市场机制与盈利模式介绍及欧洲运行实例分析

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电力系统自动化 2024年

作者：黄宇翔黄蔚亮牛振勇王莉马力陈皓勇华南理工大学电力学院广东电网有限责任公司广东电网有限责任公司广州供电局

虚拟电厂作为一种集中管理分散能源资源的聚合载体，因其能通过软件和通信技术优化电力分配和减少碳排放，在低碳能源转型中发挥着至关重要的作用。欧洲涌现出许多成功的虚拟电厂实例，并且在电力交易品种、市场政策扶持和多样化盈利模... 详细信息

虚拟电厂作为一种集中管理分散能源资源的聚合载体，因其能通过软件和通信技术优化电力分配和减少碳排放，在低碳能源转型中发挥着至关重要的作用。欧洲涌现出许多成功的虚拟电厂实例，并且在电力交易品种、市场政策扶持和多样化盈利模式方面积累了丰富经验。文中首先介绍欧盟与英国的电力系统结构和电力市场体系，概述了欧洲低碳政策与电力市场改革对虚拟电厂发展的引导和支持。然后分析了欧盟与英国在不同市场环境下虚拟电厂的参与方式与收益方法，接着介绍了欧洲典型虚拟电厂的成功案例与运营模式。最后，结合中国国情和政策现状，提出了虚拟电厂市场化运行与可持续发展的建议。

关键词：虚拟电厂电力市场低碳能源政策可持续发展可再生能源

直线电机-钢丝绳复合提升系统异类多电机协同驱动控制策略

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煤炭学报 2024年

作者：鲍久圣张磊庄吉庆牛振勇阴妍刘同冈刘帅中国矿业大学机电工程学院

随着浅部煤炭资源的日益枯竭与煤矿高效率集约化发展，矿井提升系统正逐步朝着超深井与大载荷方向发展，传统矿井提升系统难以解决提升深度增加、钢丝绳加长和负载加大导致的提升效能下降与可靠性降低的难题。基于直线电机垂直推进技术... 详细信息

随着浅部煤炭资源的日益枯竭与煤矿高效率集约化发展，矿井提升系统正逐步朝着超深井与大载荷方向发展，传统矿井提升系统难以解决提升深度增加、钢丝绳加长和负载加大导致的提升效能下降与可靠性降低的难题。基于直线电机垂直推进技术原理，设计了直线电机-钢丝绳复合提升系统，重点对复合提升系统的异类多电机协同驱动控制策略进行了仿真和试验研究。首先，基于煤矿领域目前最大的50t载煤箕斗进行增量设计，对直线电机与钢丝绳复合提升系统进行了总体方案设计，包括：直线电机的初次级结构布置和箕斗增载提升设计等；其次，选定永磁同步电机（PMSM）和永磁直线电机（PLMSM）两种驱动电机的控制策略，分别搭建了单电机闭环矢量控制和多PLMSM同步控制的仿真模型，并对多PLMSM同步控制性能进行了仿真分析；再次，提出了“T-v控制策略”和“F-ω控制策略”两种异类多电机协同驱动控制策略，分别搭建了两种控制策略下的复合提升系统机-电耦合动力学模型，并根据提升系统实际应用工况分别对两种协同控制策略下系统动态特性进行了仿真分析；最后，研制了直线电机-钢丝绳复合提升系统原理样机，通过开展实验室试验验证了旋转电机与直线电机协同控制策略的可行性和有效性。研究结果表明：直线电机-钢丝绳复合提升系统可在原有钢丝绳提升系统的基础上额外增加34%的载煤量，以满足煤矿高效提升需求；通过仿真试验与原理样机试验对比T-v控制策略和F-ω控制策略可得，在T-v控制策略下，PLMSM作为提升系统的速度控制对象，PMSM仅需恒定转矩，提升系统具有异类电机协同控制精度高、钢丝绳张力变化幅值小等优点；在F-ω控制策略下，PMSM作为提升系统的速度控制对象，虽然存在着异类电机速度同步误差大的不足，但多台PLMSM仅需提供恒定推力，可简化复合提升系统的控制结构，适合于协同控制精度要求不高的低成本场景使用。

关键词：矿井提升机永磁同步电机永磁直线电机复合提升协同控制

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全永磁驱动带式输送机控制策略及动力学行为

机械工程学报 2022年第21期58卷 134-147页

作者：张磊郝建伟鲍久圣刘彤彦阴妍戴金昊牛振勇中国矿业大学机电工程学院徐州221116 北京百正创源科技有限公司北京100081

针对传统异步电机驱动和液压绞车张紧带式输送机存在的传动效率低、运行维护困难、张紧响应慢等问题,设计了一种集永磁电机直驱与永磁张紧于一体的全永磁驱动带式输送机,制定了全永磁驱动系统矢量控制策略与机-电耦合动力学模型;利用Mat... 详细信息

针对传统异步电机驱动和液压绞车张紧带式输送机存在的传动效率低、运行维护困难、张紧响应慢等问题,设计了一种集永磁电机直驱与永磁张紧于一体的全永磁驱动带式输送机,制定了全永磁驱动系统矢量控制策略与机-电耦合动力学模型;利用Matlab/Simulink建模仿真与煤矿井下现场试验相结合的方法,研究了全永磁驱动带式输送机在空载启动、满载启动、变载运行等工况下的矢量控制策略与机-电耦合动力学行为。结果表明:全永磁驱动带式输送机在多种工况下均能实现转矩与转速的快速响应和动态调节,具有良好的动态特性;多台电机间可维持功率平衡与同步传动,具有较强的抗干扰能力;永磁张紧装置可以实现张紧力动态调节,有利于提高带式输送机驱动效率、张紧响应速度以及整机协调可控性;全永磁驱动系统可实现对带式输送机的智能驱动与动态张紧,在机-电耦合动力学行为仿真试验与现场试验中得到的电机动态特性规律基本一致,表明其可满足煤矿井下带式输送机实际工况需求,具有较高的推广应用价值。

关键词：带式输送机永磁直驱永磁张紧矢量控制机-电耦合动力学