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无刷双馈电机故障穿越策略

电机与控制学报 2021年第2期25卷 28-36页

作者：王一丁苏建徽汪海宁于鸿儒合肥工业大学光伏系统教育部工程研究中心合肥230000

电网电压故障会对电机定、转子的电压电流造成冲击,对电网安全造成影响。为研究无刷双馈发电机在电网故障期间的特性并设计对应的控制策略,本文分析了无刷双馈电机定子控制绕组的等效模型和阻尼特性,提出在电流内环控制器引入虚拟电阻... 详细信息

电网电压故障会对电机定、转子的电压电流造成冲击,对电网安全造成影响。为研究无刷双馈发电机在电网故障期间的特性并设计对应的控制策略,本文分析了无刷双馈电机定子控制绕组的等效模型和阻尼特性,提出在电流内环控制器引入虚拟电阻的控制策略,该方法能有效抑制控制绕组电压电流瞬态响应的振荡,加快响应时间;对不平衡故障,本文分析了故障时各分量的影响,引入正负序旋转坐标系进行分离控制,消除控制目标中的负序分量,保障机组在故障期间不间断运行。仿真和实验表明,无需撬棒电路即可实现无刷双馈电机在电网对称故障和不平衡故障下的穿越。

关键词：无刷双馈电机电网电压故障阻尼特性虚拟电阻正负序旋转坐标系故障穿越

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无刷双馈电机的转差型矢量控制

控制与决策 2019年第3期34卷 649-654页

作者：夏超英于佳丽田聪颖侯晓鑫天津大学电气自动化与信息工程学院天津300070

针对无刷双馈电机,提出一种转差型矢量控制策略.首先,在任意旋转mt坐标系下,推导无刷双馈电机的状态空间模型;然后,给出转差型矢量控制系统设计方法,根据控制电机转子磁链给定值和转矩给定计算控制电机电流分量和转差给定,通过调节控制... 详细信息

针对无刷双馈电机,提出一种转差型矢量控制策略.首先,在任意旋转mt坐标系下,推导无刷双馈电机的状态空间模型;然后,给出转差型矢量控制系统设计方法,根据控制电机转子磁链给定值和转矩给定计算控制电机电流分量和转差给定,通过调节控制电机定子电流励磁分量、转矩分量对转子磁链和转矩进行控制.仿真结果显示,所提出控制策略对指令的跟踪性能和对负载的调节能力优异,对参数偏差具有鲁棒性.

关键词：无刷双馈电机统一坐标状态空间模型磁场定向矢量控制转差控制

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无刷双馈电机等效电路模型与特性分析

中国电机工程学报 2018年第14期38卷 4222-4231页

作者：于克训汤鹏强电磁工程与新技术国家重点实验室(华中科技大学)

无刷双馈电机因其较高的可靠性以及较小的变换器容量受到了广泛的关注,特别是在变速恒频发电以及变速驱动等领域有着广泛的应用前景。而绕线式无刷双馈电机由于其较小的谐波含量,在众多转子结构形式中脱颖而出。目前已有文献对无刷双馈... 详细信息

无刷双馈电机因其较高的可靠性以及较小的变换器容量受到了广泛的关注,特别是在变速恒频发电以及变速驱动等领域有着广泛的应用前景。而绕线式无刷双馈电机由于其较小的谐波含量,在众多转子结构形式中脱颖而出。目前已有文献对无刷双馈电机的理论研究不足,还没有能够全面、准确地阐述其运行原理及特性的分析模型。该文从电机物理模型出发,建立了全部折算到转子侧的无刷双馈电机等效电路模型——异步–同步相串联的等效电路模型,应用该模型进行了电机的运行特性分析,阐明了无刷双馈电机所具有的异步特性、同步特性以及两者的叠加特性,得出了相应的特性曲线,特别是电磁转矩特性曲线。分析结果表明,无刷双馈电机的特性相当于两台有刷双馈电机的串联耦合所得到的特性,即两对异步–同步特性的串联叠加。结合对实际无刷双馈电机设计方案的分析计算,进一步阐述了该电路模型对无刷双馈电机设计及调节控制的指导作用。

关键词：无刷双馈电机等效电路异步特性同步特性

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无刷双馈电机反馈线性化控制方法

电工技术学报 2020年第7期35卷 1387-1397页

作者：夏超英张耀华郭海宇天津大学电气自动化与信息工程学院天津300072

该文首先给出控制电机电流源供电时无刷双馈电机在转子坐标系下的状态空间模型,经旋转坐标变换得到控制电机同步坐标系下的仿射非线性状态空间模型,分析其静态直流特性。以此为基础应用反馈线性化方法解决无刷双馈电机的解耦控制问题,... 详细信息

该文首先给出控制电机电流源供电时无刷双馈电机在转子坐标系下的状态空间模型,经旋转坐标变换得到控制电机同步坐标系下的仿射非线性状态空间模型,分析其静态直流特性。以此为基础应用反馈线性化方法解决无刷双馈电机的解耦控制问题,得到控制电机同步坐标系下的解耦控制方法及其实现的必要条件,给出相关参数的折算方法和测试方法。仿真结果证明该文给出的控制方案的有效性和鲁棒性。

关键词：无刷双馈电机反馈线性化解耦控制同步坐标系鲁棒性

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无刷双馈电机运行特性的等效磁网络分析法

电机与控制学报 2019年第1期23卷 27-34页

作者：韩力韩雪峰欧先朋 Youguang GUO 重庆大学输配电装备及系统安全与新技术国家重点实验室重庆400044 南方电网有限责任公司超高压输电公司广州510663 Faculty of Engineering and Information Technology University of Technology Sydney

无刷双馈电机(BDFM)结构特殊,磁场调制机理复杂,目前尚缺少有效工具可快速而准确地对其运行特性进行分析。为此,根据磁网络的基本概念,结合笼型转子BDFM的结构特点并考虑铁心饱和与转子旋转的影响,阐述了笼型转子BDFM等效磁网络的建模方... 详细信息

无刷双馈电机(BDFM)结构特殊,磁场调制机理复杂,目前尚缺少有效工具可快速而准确地对其运行特性进行分析。为此,根据磁网络的基本概念,结合笼型转子BDFM的结构特点并考虑铁心饱和与转子旋转的影响,阐述了笼型转子BDFM等效磁网络的建模方法;在此基础上,建立了一个笼型转子BDFM样机的动态磁网络模型,利用回路法对其进行求解,进而得到并分析了BD-FM在多种不同工况下的运行特性;最后,将动态磁网络模型的分析结果与有限元分析结果和样机实验数据进行了对比。结果表明,笼型转子BDFM动态磁网络模型在保证准确性的前提下,计算速度与有限元法相比明显提升,为分析笼型转子BDFM的运行特性提供了新思路。

关键词：无刷双馈电机等效磁网络回路法运行特性

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无刷双馈电机研究综述与展望

电工技术学报 2024年第2期39卷 397-422页

作者：于克训陈曦谢贤飞赵探探潘卫东强电磁技术全国重点实验室(华中科技大学) 武汉430074

无刷双馈电机具有结构可靠、变频器容量小等优势,非常适合灵活运行于防爆、易燃等特殊或极端工况,近年来受到广泛关注。该文根据无刷双馈电机的基本工作原理,明确了该类电机的命名原则与规范名称;总结了现有定转子方案的结构及性能特点... 详细信息

无刷双馈电机具有结构可靠、变频器容量小等优势,非常适合灵活运行于防爆、易燃等特殊或极端工况,近年来受到广泛关注。该文根据无刷双馈电机的基本工作原理,明确了该类电机的命名原则与规范名称;总结了现有定转子方案的结构及性能特点,综合考虑性能指标与结构工艺,提出了转子双套绕组的发展方向;梳理了无刷双馈电机的稳态等效电路模型及基于各类数学模型的优化设计方法,针对现存难以完整考虑不同转速工况性能的不足,阐明了利用新型同步-异步相串联等效电路进行优化设计的思路;对比分析了经典及新近出现的无刷双馈电机控制系统拓扑和控制策略特点,面向典型电动、发电工况建立了完整的电机及控制系统。最后,对无刷双馈电机的上述理论研究问题及工业应用的发展方向进行了总结阐述,为该类电机的深入研究及加快推广应用提供参考和指导。

关键词：无刷双馈电机命名原则定转子方案等效电路优化设计控制系统

无刷双馈电机独立发电系统的分数阶滑模控制方法

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无刷双馈电机独立发电系统的分数阶滑模控制方法

作者：苏鸿宇哈尔滨理工大学

学位级别：硕士

滑模控制以其结构简单,易于实现以及对满足匹配条件的不确定性具有不变性而著称,从而在实际工程和控制理论中都获得了广泛的应用。然而,在面对存在于非控制信道内的非匹配不确定性时,滑模控制无法对进行补偿而失去了其不变性。由于匹配... 详细信息

滑模控制以其结构简单,易于实现以及对满足匹配条件的不确定性具有不变性而著称,从而在实际工程和控制理论中都获得了广泛的应用。然而,在面对存在于非控制信道内的非匹配不确定性时,滑模控制无法对进行补偿而失去了其不变性。由于匹配与非匹配不确定性广泛存在于各种实际工程系统中,非匹配不确定系统的控制问题一直以来都是滑模控制理论的研究热点。积分滑模,基于扰动观测器的滑模控制等方法受限于严苛的不确定性约束条件,仅能补偿一部分常值或慢时变的非匹配不确定性;虽然全阶终端滑模控制方法的提出突破了不确定性边界条件的限制,但其控制信号中仍然存在高频切换函数导致的抖振。在船舶轴带发电应用中,无刷双馈电机独立发电控制系统即为一个非线性、多变量、强耦合的非匹配不确定系统。无刷双馈电机作为一种新型的交流励磁感应电机,其取消了传统双馈电机的电刷滑环装置,具有运行速度范围宽,使用寿命长和易于维护等优势,既可以用于并网发电,也可以用于独立发电,在风力发电和船舶轴带发电等领域拥有广阔的应用前景。然而,船舶上无刷双馈电机独立发电控制系统的工况环境复杂,这导致其需要较高的动静态性能,对负载突变干扰以及定转子参数摄动等不确定性具有强鲁棒性。因此,进一步改进滑模控制方法、解决非匹配不确定性补偿和抖振抑制问题、提出具有更高控制性能的滑模控制策略、设计出具有更高动静态性能的无刷双馈电机独立发电控制系统,具有深远的理论意义和重要的实际应用价值。本文提出了分数阶滑模控制方法,解决了滑模控制中的奇异性并削弱了系统控制信号的抖振,实现了非匹配不确定非线性系统的高性能控制。进而基于该理论方法,针对无刷双馈电机独立发电控制系统提出了新的分数阶滑模控制器,增强了系统对参数摄动的鲁棒性,提升了发电系统输出电能质量。最后通过仿真与实验结果,验证了所提方法的正确性和有效性,主要研究内容为:(1)针对非匹配不确定非线性系统的控制问题,提出了一种基于虚拟控制的分数阶滑模控制方法。通过合理的分数阶滑模面设计,避免了实际控制输入中指数微分的引入,从而解决了制约滑模控制理论应用的奇异性问题。分数阶积分型滑模控制律引入削弱了实际控制输入中由高频切换函数带来的抖振。为解决抖振问题,本文进一步提出了一种基于超螺旋算法的分数阶滑模控制方法。分数阶积分型滑模控制律引入完全消除了实际控制输入中由高频切换函数带来的抖振。本文所提出的分数阶滑模控制方法具有收敛快、无奇异、高精度和强鲁棒等优势,仿真验证了本文所提方法的有效性和优越性。(2)针对对称负载下无刷双馈电机独立发电控制系统,基于控制绕组同步旋转dq坐标系下的无刷双馈电机动态模型基础,充分考虑了温度及频率变化引起的电阻与电感参数摄动,建立了独立发电系统的非匹配不确定外环电压子系统和匹配不确定内环电流子系统。针对无刷双馈电机独立发电系统控制中由参数摄动引起的非匹配不确定性,本文结合所提出的基于虚拟控制的分数阶滑模控制方法,提出了高精度、强抗扰的无刷双馈电机独立发电系统内外环控制器,规避了传统滑模控制器中的奇异性问题,削弱了控制器输出信号中的抖振,减小了独立发电系统输出电压脉动,提升了输出电能的质量。(3)针对更为一般的非对称负载下的无刷双馈电机独立发电控制系统,在双旋转坐标系下无刷双馈电机动态模型的基础上,充分考虑系统中的参数摄动,建立了独立发电系统的非匹配不确定正负序外环电压子系统和匹配不确定正负序内环电流子系统。针对非对称负载下无刷双馈电机独立发电系统控制中更为复杂的不确定性干扰,本文提出了一种基于分数阶滑模控制方法的正负序控制器,改善了不对称负载条件下无刷双馈电机独立发电系统的运行性能,减小了输出电压脉动,提升了输出电能的质量以及三相输出电压的对称度。

关键词：无刷双馈电机滑模控制终端滑模分数阶非连续控制

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无刷双馈电机的研究现状与最新进展

中国电机工程学报 2018年第13期38卷 3939-3959页

作者：阚超豪鲍习昌王雪帆熊飞马伯合肥工业大学电气与自动化工程学院安徽省合肥市230009 华中科技大学电气与自动化工程学院湖北省武汉市430074 悉尼科技大学电气机械和机电系统学院澳大利亚悉尼2007

无刷双馈电机以其无滑环电刷、运行可靠、功率因数可调、变频器容量小等优点受到了广泛关注,学者们就其磁场调制机理、定转子结构、控制策略等进行了深入研究,结果表明,此类电机适用于变频调速和变速恒频等领域。该文分析了它们的磁场... 详细信息

无刷双馈电机以其无滑环电刷、运行可靠、功率因数可调、变频器容量小等优点受到了广泛关注,学者们就其磁场调制机理、定转子结构、控制策略等进行了深入研究,结果表明,此类电机适用于变频调速和变速恒频等领域。该文分析了它们的磁场调制机理及工作特点,总结了一般定转子结构以及若干特殊结构,并对多种控制策略进行综述。另外,还讨论了无刷双馈电机在不同领域的研究和应用,总结并展望了相关理论与技术研究的发展方向。

关键词：无刷双馈电机定子结构转子结构控制策略发展方向

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无刷双馈电机模型预测直接功率控制研究

无刷双馈电机模型预测直接功率控制研究

作者：袁遇龙郑州轻工业大学

学位级别：硕士

随着“双碳”目标的提出,国家不断重视对清洁能源的开发和利用,其中风能是清洁能源的重要组成部分,目前风力发电机主要有永磁同步发电机和双馈发电机两种形式。永磁同步发电机主要用于海上风电,目前存在高器件要求、高电机成本以及高运... 详细信息

随着“双碳”目标的提出,国家不断重视对清洁能源的开发和利用,其中风能是清洁能源的重要组成部分,目前风力发电机主要有永磁同步发电机和双馈发电机两种形式。永磁同步发电机主要用于海上风电,目前存在高器件要求、高电机成本以及高运行损耗等问题;双馈电机主要用于陆上风电,该类电机包含电刷和滑环,存在成本造价高和可靠性低的问题,导致后期维护频繁,影响发电系统的稳定性。与双馈电机相比,无刷双馈电机省去电刷和滑环,故障率低,系统运行的可靠性高。因此,无刷双馈发电机成为当前国内外研究热点,本文以无刷双馈风力发电机为研究对象,通过扩张状态观测显式模型预测控制和粒子群参数优化的控制策略,实现了对直接功率控制性能的优化。首先,本文基于无刷双馈电机的本体结构和控制策略,阐述了无刷双馈电机变速恒频发电的基本原理,分析了无刷双馈电机的数学模型,并基于数学模型搭建相应的simulink仿真模型。根据瞬时功率理论,通过对开绕组无刷双馈电机在不同运行状态下的功率流分析,推导出无刷双馈电机的直接功率数学模型。其次,根据上述推导的直接功率数学模型,提出开绕组无刷双馈电机模型预测直接功率控制策略。但传统的模型预测控制受在线计算能力的限制,只适用于动态响应速度要求不高的工业过程控制领域,并不适用于大型风力发电系统。为提高传统模型预测的动态响应特性,本文提出开绕组无刷双馈电机显式模型预测直接功率控制策略,该策略通过离线计算和在线查找的方式选择最优控制量,实现对功率的实时控制。由于上述模型预测控制未考虑电机系统不可测量的扰动,导致系统存在误差,控制精度不足,因此本文基于显式模型预测控制,利用扩张状态观测器对系统进行误差补偿,从而提高系统控制性能。随后将所提模型预测直接功率控制与传统的模型预测直接功率控制进行比较,在不同工况下对两种控制策略进行仿真分析,最后通过硬件在环实验平台对所提控制策略进行验证。实验结果表明所提模型预测控制策略能够提高系统的计算效率和响应速度,增强系统的稳定性,提高系统的控制精度。最后,为解决传统自抗扰直接功率控制参数整定复杂的问题,将粒子群参数优化算法与自抗扰控制器相结合并应用于开绕组无刷双馈电机进行直接功率控制,通过仿真和实验研究对粒子群自抗扰直接功率控制策略进行验证。结果表明,与传统的自抗扰控制策略相比,本文所提控制策略能够提高自抗扰控制器参数的整定能力,通过选择更佳的整定参数,提升系统的稳定性和控制精度。本文通过扩张状态观测显式模型预测控制策略和粒子群参数优化自抗扰控制器对开绕组无刷双馈电机进行直接功率控制,通过仿真和实验研究,验证所提控制策略能够提高系统的动态响应能力和控制精度,增强系统的稳定性,为无刷双馈电机在工业领域的广泛应用奠定基础。

关键词：无刷双馈电机直接功率控制模型预测控制粒子群自抗扰控制