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基于抑制起弧原理的中压无弧直流断路器

电力系统自动化 2017年第12期41卷 238-247页

作者：向学位柴建云孙旭东清华大学电机工程与应用电子技术系北京市100084 电力系统及发电设备控制和仿真国家重点实验室清华大学北京市100084

直流断路器是多端直流输电和直流配电网的关键设备。机械式和混合式直流断路器面临的困难是开断过程中触头间存在燃弧问题。文中讨论了产生电弧的电场强度和电压条件,并通过大量实验统计分析,总结出了抑制起弧所需满足的电场强度和电压... 详细信息

直流断路器是多端直流输电和直流配电网的关键设备。机械式和混合式直流断路器面临的困难是开断过程中触头间存在燃弧问题。文中讨论了产生电弧的电场强度和电压条件,并通过大量实验统计分析,总结出了抑制起弧所需满足的电场强度和电压条件。设计了抑制起弧的辅助缓冲电路,用以限制开断过程中触头间电压的上升,使其低于由机械开关速度决定的触头间介质绝缘电压,从而实现了直流断路器的无弧开断。通过仿真和低压模拟实验验证了抑制起弧原理和缓冲电路设计的正确性和有效性,并分析了中压无弧直流断路器的可行性。

关键词：直流断路器起弧条件抑制起弧机械开关

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基于虚拟同步发电机的柔性虚拟调速器模型

电力系统自动化 2016年第10期40卷 8-15页

作者：赵杨阳柴建云孙旭东电力系统及发电设备控制和仿真国家重点实验室清华大学北京市100084

同步发电机具有维持电网电压、频率稳定的作用,模拟同步发电机特性的逆变器也适用于电源并联系统。基于虚拟同步发电机的控制思想,提出了一种柔性虚拟调速器模型。通过建立含原动机组和伺服机构的调速器模型,实现与常规同步发电机调速... 详细信息

同步发电机具有维持电网电压、频率稳定的作用,模拟同步发电机特性的逆变器也适用于电源并联系统。基于虚拟同步发电机的控制思想,提出了一种柔性虚拟调速器模型。通过建立含原动机组和伺服机构的调速器模型,实现与常规同步发电机调速器在控制阶数、逻辑上的一致性,避免了虚拟同步机与实际同步机并联时因调速器时间常数差异导致的动态功率分配不均。同时,该虚拟调速器还可根据实际并联系统的调节时间要求设定相关柔性参数,从而提升了虚拟同步机的适用范围。仿真对比研究验证了模型的正确性,并通过10kW三相逆变器验证了所提出的调速器模型的有效性。

关键词：逆变器虚拟同步发电机虚拟调速器动态功率分配

分段供电交流直线电机三相互感不对称分析及抑制

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电工技术学报 2015年第1期30卷 81-88页

作者：牟树君柴建云孙旭东王善铭清华大学电机系电力系统及发电设备安全控制和仿真国家重点实验室北京100084

对两种绕组形式的长初级分段供电直线电机的气隙磁场及互感不对称问题进行了研究。在考虑谐波磁场的前提下,解析推导了电机的相磁场分布及自感、互感的解析表达式,并通过有限元仿真分析,验证了求得的解析表达式的正确性。分析发现,对于... 详细信息

对两种绕组形式的长初级分段供电直线电机的气隙磁场及互感不对称问题进行了研究。在考虑谐波磁场的前提下,解析推导了电机的相磁场分布及自感、互感的解析表达式,并通过有限元仿真分析,验证了求得的解析表达式的正确性。分析发现,对于常规绕组电机,互感不对称的原因是未通电段铁心导致电机气隙磁场中存在脉振偏置分量。互感不对称程度的大小,则取决于通电段与未通电段相对长度的大小。对于新型绕组电机,气隙磁场中不存在脉振偏置分量,互感不对称的原因是三相绕组排布在物理结构上的不对称,互感不对称程度的大小仅取决通电绕组的极数。相对常规绕组,新型绕组可有效减少电机互感不对称的程度。

关键词：直线电机气隙磁场互感不对称

虚拟同步发电机技术在风力发电系统中的应用与展望

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电力系统自动化 2018年第9期42卷 17-25,68页

作者：柴建云赵杨阳孙旭东耿华电力系统及发电设备控制和仿真国家重点实验室清华大学北京市100084 清华大学自动化系北京市100084

随着风电并网容量的不断提升,大量通过电力电子装置并网的风力发电机组使得现有电力系统的转动惯量缺失,造成系统频率稳定性下降等问题愈加严重。虚拟同步发电机技术可通过模拟传统同步发电机的运行特性,提高风机的并网等效惯量和阻尼... 详细信息

随着风电并网容量的不断提升,大量通过电力电子装置并网的风力发电机组使得现有电力系统的转动惯量缺失,造成系统频率稳定性下降等问题愈加严重。虚拟同步发电机技术可通过模拟传统同步发电机的运行特性,提高风机的并网等效惯量和阻尼系数及电网的风能渗透率。首先,论述了近年来虚拟同步发电机技术在风力发电系统中的研究进展,探讨了风能最大功率点跟踪(MPPT)与频率支撑的协调控制,并揭示了实际转子与虚拟同步转子的能量平衡关系。然后,分析了系统参数设计及其对稳定性的影响,并以主流的全功率型风机和双馈型风机为例,介绍了具体控制方法及其未来在大规模风电场聚合等值研究中的应用前景。最后,总结了当前存在的关键技术问题及可行的解决思路。

关键词：虚拟同步发电机风力发电虚拟惯量双馈型风机全功率型风机

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电磁耦合调速风力发电机组模拟实验研究

中国电机工程学报 2013年第3期33卷 92-98,11页

作者：由蕤柴建云孙旭东李杰刘卫电力系统及发电设备控制和仿真国家重点实验室(清华大学) 北京市海淀区100084 风电设备及系统技术国家重点实验室(国电联合动力技术有限公司) 北京市海淀区100039

电磁耦合调速风力发电机组实现了同步发电机直接并网运行,可有效地改善风电机组的暂态过载、故障穿越和电网电压支撑能力,提高风电机组与电力系统的兼容性。利用变频调速电磁耦合装置将齿轮箱输出轴功率以非接触方式传递到同步发电机,... 详细信息

电磁耦合调速风力发电机组实现了同步发电机直接并网运行,可有效地改善风电机组的暂态过载、故障穿越和电网电压支撑能力,提高风电机组与电力系统的兼容性。利用变频调速电磁耦合装置将齿轮箱输出轴功率以非接触方式传递到同步发电机,增加了功率传动的灵活性,避免了发电机故障冲击转矩对齿轮箱的破坏。为了研究该类机组的运行控制方法和功率传输效率等问题,该文设计并搭建一套30 kW电磁耦合调速风电机组模拟实验平台,通过实验验证了所提出电磁耦合调速风电机组的启动、并网、不同风况下稳态运行、脱网及停机等各阶段控制策略的有效性。测量了电磁耦合调速装置在不同运行工况下的功率传输效率。

关键词：调速型风力发电机组电磁耦合器控制策略功率传输效率模拟实验平台

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用于钒电池组自启动的双级高频隔离变流器

清华大学学报（自然科学版） 2017年第4期57卷 426-431页

作者：赵杨阳柴建云孙旭东毕大强清华大学电力系统及发电设备控制和仿真国家重点实验室北京100084

钒电池启动时需先为电解液循环系统供电,待电堆主闸自动闭合后电池才能正常充放电。但是,钒电池在严重缺电时电堆的初始电动势较低,与循环系统的恒压供电值相差较大,所以,当电堆主闸自动闭合时变流器与电池间会产生较大的冲击电流。针... 详细信息

钒电池启动时需先为电解液循环系统供电,待电堆主闸自动闭合后电池才能正常充放电。但是,钒电池在严重缺电时电堆的初始电动势较低,与循环系统的恒压供电值相差较大,所以,当电堆主闸自动闭合时变流器与电池间会产生较大的冲击电流。针对上述问题,该文提出了一种双级型高频隔离变流器及其控制方法,实现了高频隔离并网钒电池组在自启动过程中的冲击电流抑制,并通过电池参数测定避免了变流器限流控制时循环系统由于电压过低导致自启动失败的现象。最后通过5kW钒电池样机自启动实验,验证了所提出拓扑的可行性及控制方法的有效性。

关键词： DC/DC变流器钒电池自启动高频变压器

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基于电枢反应补偿原理的新型永磁同步电机

电工技术学报 2014年第3期29卷 27-32页

作者：李蕴红柴建云牟树君孙旭东清华大学电机系电力系统及发电设备安全控制和仿真国家重点实验室北京100084

在永磁同步电机调速系统中,电机中电枢反应将引起铁心磁饱和,并进而导致电机的输出转矩随转矩电流增长明显钝化。分析表明造成该现象的主要原因是永磁电机的磁动势平衡机制存在缺陷。本文提出在永磁同步电机转子上增设一套电流可控的交... 详细信息

在永磁同步电机调速系统中,电机中电枢反应将引起铁心磁饱和,并进而导致电机的输出转矩随转矩电流增长明显钝化。分析表明造成该现象的主要原因是永磁电机的磁动势平衡机制存在缺陷。本文提出在永磁同步电机转子上增设一套电流可控的交轴励磁绕组,用以补偿电枢反应磁动势的作用,保证负载变化时电机气隙磁场基本维持恒定。这种基于电枢反应补偿原理的新型永磁同步电机突破了磁饱和对电磁转矩的限制,为提高永磁同步电机转矩密度开辟了新途径。文中给出了一台新型电机样机的设计方案。通过有限元仿真,验证了通过补偿电枢反应磁动势提高电机转矩密度的有效性,并分析了该电机带不同负载运行时的转矩、效率特性及其与传统电机的区别。

关键词：永磁同步电动机磁饱和电枢反应补偿高转矩密度

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双三相异步电机电流预测控制算法

电工技术学报 2015年第9期30卷 12-21页

作者：张杰柴建云孙旭东陆海峰电力系统及发电设备安全控制和仿真国家重点实验室(清华大学) 北京100084

针对一种半对称式双三相异步电机,提出两种电流预测控制算法。一种为基本算法,另一种为在基本算法的基础上通过引入合理近似而实现的模块化算法。相对而言,后者更为简洁,且易于在其他一些结构更为复杂的多相电机中进行推广。此外,针对... 详细信息

针对一种半对称式双三相异步电机,提出两种电流预测控制算法。一种为基本算法,另一种为在基本算法的基础上通过引入合理近似而实现的模块化算法。相对而言,后者更为简洁,且易于在其他一些结构更为复杂的多相电机中进行推广。此外,针对离散控制的延时对上述两种算法带来的稳定性问题进行分析,并给出改进方案。实验结果表明,两种电流预测控制算法均能实现良好的电流控制效果,同时该文针对稳定性问题的改进方法也是有效的。

关键词：双三相异步电机电流预测控制模块化稳定性

基于反电动势与磁链正交性的异步电机电压模型积分改进算法

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电工技术学报 2014年第3期29卷 41-49页

作者：张杰柴建云孙旭东陆海峰清华大学电机系电力系统及发电设备控制和仿真国家重点实验室北京100084

在异步电机高性能控制方案中,电机磁链的准确观测是其核心问题之一。基于电压模型的磁链观测算法因具有中高速区参数鲁棒性高等优点而得到了广泛应用。然而,在实际使用时,电压模型的纯积分运算会因积分初始时刻的问题和积分量中微小的... 详细信息

在异步电机高性能控制方案中,电机磁链的准确观测是其核心问题之一。基于电压模型的磁链观测算法因具有中高速区参数鲁棒性高等优点而得到了广泛应用。然而,在实际使用时,电压模型的纯积分运算会因积分初始时刻的问题和积分量中微小的直流偏置而导致错误结果,进而影响了电机高性能控制的实现。针对该问题,本文在详细分析反电动势与磁链的各组成分量的基础上,提出一种基于反电动势与磁链正交性的积分改进算法。该算法将基于正交性获得的信息通过PI调节器得到反电动势的校正分量,再通过校正分量修正反电动势进而得到正确的积分结果。理论分析表明,在一定条件下,积分结果中的直流偏置可以完全得到消除。本文通过仿真和实验,验证了该改进积分方法良好的性能,也验证了关于完全消除积分结果中的直流偏置的理论分析的正确性。

关键词：磁链观测电压模型正交性积分算法异步电机