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基于模型预测控制的双馈异步电机故障容错控制策略研究

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基于模型预测控制的双馈异步电机故障容错控制策略研究

作者：彭国嘉华中科技大学

学位级别：硕士

随着电力电子技术的发展,船舶上的机械或液压驱动方式更多地被更高效、易于操作的电动驱动方式所替代。双馈异步电机凭借其可实现无级调速、小容量功率电力电子设备驱动和继电保护成本更低的优点,适合作为船舶推进电机。双馈异步电机的... 详细信息

随着电力电子技术的发展,船舶上的机械或液压驱动方式更多地被更高效、易于操作的电动驱动方式所替代。双馈异步电机凭借其可实现无级调速、小容量功率电力电子设备驱动和继电保护成本更低的优点,适合作为船舶推进电机。双馈异步电机的船舶推进系统运行性能与功率电力电子设备的健康状况有关,为提高基于双馈异步电机的船舶电力推进系统稳定性及故障容错能力,保证船舶故障后的安全运行,针对双馈异步电机高可靠故障容错控制策略的研究是必要的。本文在此背景下开展了基于三相四开关故障容错拓扑的双馈异步电机模型预测直接功率控制策略的研究。首先,本文对双馈异步电机系统源侧变换器常规拓扑和故障容错拓扑进行分析建模,并推导了双馈异步电机在不同坐标系下的数学模型,在此基础上介绍了双馈异步电机的传统控制策略,为本文研究工作提供理论基础。其次,本文对双馈异步电机系统源侧变换器出现单相开路故障并重构成三相四开关故障容错拓扑后,提出三矢量模型预测直接功率控制策略。通过源侧变换器复功率的负共轭误差矢量的位置快速选择三个电压矢量用于控制,避免了穷举法选择最优矢量,并且降低了系统的功率误差。在矢量选择的基础上推导出健康桥臂的占空比计算的归一化表达式,可以通过功率误差、电源电压幅值和电容电压,直接计算健康桥臂开通的占空比,省去了扇区辨识过程。针对三相四开关拓扑存在的电容电压偏移问题提出了结构简单的补偿策略,通过提取故障相电流直流分量计算功率补偿项加入到参考功率,抑制电容电压偏移并提高直流母线电压利用率。最后,对故障容错控制策略搭建仿真模型验证,并设计硬件平台进行实验。仿真和实验结果可以证明所提出的故障容错控制策略与传统方法相比有更好的稳态性能,有效抑制了电容电压偏移,使双馈异步电机故障容错能力得到提高。

关键词：双馈异步电机模型预测控制直接功率控制三相四开关功率补偿

双馈异步电机等效电路参数有限元计算方法研究

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防爆电机 2023年第2期58卷 30-33页

作者：邹强龙刘斯强龙英睿孙胜玉中车株洲电机有限公司湖南株洲412000

围绕双馈异步机的等效电路参数,首先根据经典的π型等效电路,推导等效电路中各参数的理论计算方法,并兼顾实际测量中的可行性问题,提出了一种等效电路参数的有限元计算方法,有限元方法可考虑到电机内磁场及磁路的实际工作状态,使得等效... 详细信息

围绕双馈异步机的等效电路参数,首先根据经典的π型等效电路,推导等效电路中各参数的理论计算方法,并兼顾实际测量中的可行性问题,提出了一种等效电路参数的有限元计算方法,有限元方法可考虑到电机内磁场及磁路的实际工作状态,使得等效电路参数计算更加精准,为后期电机与变流器的匹配提供准确依据。

关键词：双馈异步电机 π型等效电路等效电路参数有限元计算

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双馈异步电机定子匝间短路的建模与故障诊断

电机与控制应用 2015年第12期42卷 64-69页

作者：李俊卿王志兴王悦川华北电力大学电气与电子工程学院河北保定071003

定子匝间短路是双馈异步电机常见故障之一,直接威胁风力发电系统的安全运行。利用多回路理论建立了双馈异步电机正常情况以及定子匝间短路情况下的数学模型,并利用MATLAB/Simulink中S函数实现了数学模型。在考虑了变流器控制策略的基础... 详细信息

定子匝间短路是双馈异步电机常见故障之一,直接威胁风力发电系统的安全运行。利用多回路理论建立了双馈异步电机正常情况以及定子匝间短路情况下的数学模型,并利用MATLAB/Simulink中S函数实现了数学模型。在考虑了变流器控制策略的基础上,对双馈异步电机在正常情况下和定子绕组匝间短路的情况下进行了仿真,所得仿真结果与实际情况相符。最后,分析了正常情况和定子匝间短路情况下电磁转矩的变化,利用电磁转矩的不同来诊断定子匝间短路。

关键词：双馈异步电机匝间短路多回路 S函数电磁转矩

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双馈异步电机转子匝间短路的建模与稳态分析

电机与控制应用 2015年第8期42卷 12-16,23页

作者：李俊卿王志兴华北电力大学电气与电子工程学院河北保定071003

理论上分析了发生转子匝间短路,定子侧电流所含的谐波成分。基于MATLAB/Simulink中的S函数,以多回路理论为基础建立了双馈电机的数学模型,对双馈异步电机正常情况和转子发生匝间短路这两种情况下进行了仿真。分析了电力电子器件对转子... 详细信息

理论上分析了发生转子匝间短路,定子侧电流所含的谐波成分。基于MATLAB/Simulink中的S函数,以多回路理论为基础建立了双馈电机的数学模型,对双馈异步电机正常情况和转子发生匝间短路这两种情况下进行了仿真。分析了电力电子器件对转子侧电流谐波的影响,对定子侧线电流进行了傅里叶分析。通过傅里叶分析可以得到判别转子匝间短路的依据,由仿真试验数据分析可以得到与理论分析相一致的结果,说明了基于S函数的多回路模型的仿真试验是可行的。

关键词：双馈异步电机匝间短路多回路 S函数

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双馈异步电机故障诊断方法综述

大电机技术 2011年第5期 5-8页

作者：钱雅云马宏忠河海大学能源与电气学院南京210098

双馈异步电机运行环境较为恶劣,运行工况复杂多变,其运行状况的好坏直接对风力发电系统乃至整个电力系统产生较大的影响。本文在介绍双馈异步电机常见故障类型的基础上阐述了常见故障产生的机理,再从信号处理技术角度详细分析了目前常... 详细信息

双馈异步电机运行环境较为恶劣,运行工况复杂多变,其运行状况的好坏直接对风力发电系统乃至整个电力系统产生较大的影响。本文在介绍双馈异步电机常见故障类型的基础上阐述了常见故障产生的机理,再从信号处理技术角度详细分析了目前常用的故障诊断方法,并对未来双馈异步电机故障诊断的发展趋势和方向进行了展望。

关键词：双馈异步电机快速傅里叶变换离散小波变换状态观测器故障诊断

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双馈异步电机双PWM变流器控制的仿真研究

双馈异步电机双PWM变流器控制的仿真研究

作者：梅意安华中科技大学

学位级别：硕士

双馈异步电机双PMW（Pulse Width Modulation,脉冲宽度调制）变流器以两个完全对称的PWM变流器通过直流母线连接而成,其输出作为双馈异步电机转子的输入直接控制着双馈异步电机的运行状态,双馈异步电机运行控制的核心就是其变流器的控... 详细信息

双馈异步电机双PMW（Pulse Width Modulation,脉冲宽度调制）变流器以两个完全对称的PWM变流器通过直流母线连接而成,其输出作为双馈异步电机转子的输入直接控制着双馈异步电机的运行状态,双馈异步电机运行控制的核心就是其变流器的控制。鉴于此,本文对双馈异步电机双PWM变流器控制进行仿真研究。本文首先分析了双PWM变流器的特点,阐述了双馈异步电机双PWM变流器的工作原理,然后建立了双PWM变流器在三相静止坐标系下的数学模型,再利用坐标变换理论,进一步建立了双PWM变流器在两相静止坐标系以及两相旋转坐标系下的数学模型。依据建立的数学模型,在介绍了矢量控制原理的基础上,确定了网侧变流器电网电压定向的矢量控制策略,建立了网侧变流器的控制模型,并根据控制模型设计出了网侧变流器的控制框图。然后,本文建立了双馈异步电机的数学模型,并以此为基础确定了机侧变流器定子磁链定向的矢量控制策略,建立了机侧变流器的控制模型,并据此设计出了机侧变流器的控制框图。最后,本文根据设计的控制框图利用MATLAB/LIMULINK仿真软件建立了网侧变流器和机侧变流器的仿真模型,并在此基础上建立了双PWM变流器的仿真模型,利用仿真模型对前面建立的控制模型进行了仿真研究。仿真结果显示网侧变流器控制和机侧变流器控制都达到了控制目标。

关键词：双馈异步电机双PWM变流器控制仿真

计及变流器控制策略的双馈异步电机转子匝间短路的建模与分析

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华北电力大学学报（自然科学版） 2015年第6期42卷 43-49页

作者：李俊卿王志兴华北电力大学电气与电子工程学院河北保定071003

转子匝间短路是双馈异步电机常见故障之一,早期准确检测到匝间短路的存在,对风力发电系统的安全运行具有重要意义。利用多回路理论建立了双馈异步电机正常以及转子匝间短路情况下的数学模型,并利用MATLAB/Simulink中S函数实现了数学模... 详细信息

转子匝间短路是双馈异步电机常见故障之一,早期准确检测到匝间短路的存在,对风力发电系统的安全运行具有重要意义。利用多回路理论建立了双馈异步电机正常以及转子匝间短路情况下的数学模型,并利用MATLAB/Simulink中S函数实现了数学模型。在考虑变流器控制策略的基础上,对双馈机在正常情况下和转子绕组匝间短路的情况下进行了仿真实验,并且对实验结果进行了频谱分析,所得仿真实验结果与实际情况相符。说明基于S函数的多回路模型的仿真实验是正确的,相比仅考虑电机本身而忽略变流器影响,得到更加符合实际的仿真结果。

关键词：双馈异步电机匝间短路多回路 S函数

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双馈异步电机低电压穿越控制方法的研究

湖南工程学院学报（自然科学版） 2017年第3期27卷 5-10页

作者：李明刘国荣杨小亮湖南工程学院电气信息学院湘潭411104 湖南大学电气信息学院长沙410012

针对电网电压跌落时矢量控制方法鲁棒性差、冲击电流大等问题,提出一种将矢量控制与多阶滞环控制相结合的新控制方法。电网故障时滞环控制响应快,转子冲击电流限制在1.5pu内,保护了双馈电机转子侧变流器;无故障期间,矢量控制定转子电流... 详细信息

针对电网电压跌落时矢量控制方法鲁棒性差、冲击电流大等问题,提出一种将矢量控制与多阶滞环控制相结合的新控制方法。电网故障时滞环控制响应快,转子冲击电流限制在1.5pu内,保护了双馈电机转子侧变流器;无故障期间,矢量控制定转子电流谐波含量少,电能质量符合要求。仿真结果表明,低电压穿越控制新方法鲁棒性好、响应快、电流谐波含量少,提高了低电压穿越的能力。

关键词：低电压穿越双馈异步电机矢量+滞环控制

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含双馈异步电机的概率谐波潮流计算

电力电子技术 2011年第11期45卷 108-111页

作者：张春杰贾清泉燕山大学电力电子节能与传动控制河北省重点实验室河北秦皇岛066004

从感应电机电磁关系出发,提出双馈异步电机(DFIG)的谐波等效电路,分析了DFIG在次同步、同步和超同步3种运行方式下发出的谐波含量,建立了DFIG概率谐波潮流计算模型,通过将风电机接入小系统产生并联和串联谐振的仿真,得到风电机发出谐波... 详细信息

从感应电机电磁关系出发,提出双馈异步电机(DFIG)的谐波等效电路,分析了DFIG在次同步、同步和超同步3种运行方式下发出的谐波含量,建立了DFIG概率谐波潮流计算模型,通过将风电机接入小系统产生并联和串联谐振的仿真,得到风电机发出谐波对小系统的影响。最后根据风电机发出谐波的特点,提出总谐波畸变值的概率密度函数的概念,通过概率谐波潮流计算得到各节点总谐波畸变值的概率密度函数,从而得到DFIG发出谐波对电网的影响。

关键词：双馈异步电机概率谐波潮流概率密度函数