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基于快速有限元的永磁电机绕组涡流损耗半解析高效计算

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电工技术学报 2023年第1期38卷 153-165页

作者：曹龙飞范兴纲李大伟曲荣海刘京易强电磁工程与新技术国家重点实验室(华中科技大学) 武汉430074

随着永磁电机朝着高效化和轻质化方向发展,其功率密度和转速越来越高,使得绕组交流铜耗增加,从而导致电机局部过热、效率降低。该文以永磁电机为研究对象,着重研究绕组涡流损耗的产生机理及计算方法,提出基于快速有限元的绕组涡流损耗... 详细信息

随着永磁电机朝着高效化和轻质化方向发展,其功率密度和转速越来越高,使得绕组交流铜耗增加,从而导致电机局部过热、效率降低。该文以永磁电机为研究对象,着重研究绕组涡流损耗的产生机理及计算方法,提出基于快速有限元的绕组涡流损耗半解析算法。首先,介绍借助快速有限元提取槽漏磁的方法,并构建导体排布模型;其次,推导了导体涡流损耗的低频和高频解析计算方法,并通过搭建基于Matlab和开源有限元软件FEMM的仿真平台将提出的半解析方法予以实现,并与传统商用有限元软件仿真结果进行对比;最后,通过实验进一步验证了其准确性。结果表明,该方法的计算速度提高了近100倍,在较大频率范围内误差小于5%。

关键词：永磁电机绕组涡流损耗导体排布模型快速有限元半解析算法

基于波形相似度特征的多端柔直电网故障自适应重合闸方案

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高电压技术 2023年第3期49卷 1326-1339页

作者：黎钊郑宇超林湘宁童宁魏繁荣肖澍昱华中科技大学强电磁工程与新技术国家重点实验室武汉430074

针对多端柔性直流电网工程中架空线路重合闸原理缺乏选择性、容易重合于永久性故障而造成二次冲击的问题,当前已有一系列基于单端量的重合闸原理,但是此类重合闸原理存在全线耐受过渡电阻能力不足甚至在区内两端存在死区的问题。此外,... 详细信息

针对多端柔性直流电网工程中架空线路重合闸原理缺乏选择性、容易重合于永久性故障而造成二次冲击的问题,当前已有一系列基于单端量的重合闸原理,但是此类重合闸原理存在全线耐受过渡电阻能力不足甚至在区内两端存在死区的问题。此外,有些保护方案在注入判别信号时还存在需要增设附加装置或辅助控制方式的缺点。为此,尝试通过双端量通信的方式解决上述问题。首先,分析了瞬时性故障与永久性故障下的对侧线模行波的故障特点;随后,结合不同故障性质的特点得出了对侧线模电流推演值与测量值间波形相似度的差异性,并提出一种基于Hausdorff距离算法的相似度差异性量化方法;得益于双端量判别方式对注入信号形态的要求较单端方式大为降低,提出了一种无需增设附加装置或辅助控制的直流断路器(DCCB)注入信号生成方式;最后,形成了一种基于波形相似度特征匹配的自适应重合闸方案。仿真结果表明所提重合闸判据有效保护范围可覆盖线路全长、有较高耐受过渡电阻能力、并具有良好的适用性。

关键词：架空线路多端柔性直流电网波形相似度注入信号生成自适应重合闸

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基于二次振荡波过程的交流电网相继速动判据

电工技术学报 2023年第24期38卷 6695-6708页

作者：吴宇奇肖澍昱黎钊李正天林湘宁强电磁工程与新技术国家重点实验室(华中科技大学) 武汉430074

针对现有的交流电网相继速动保护判据的可靠性能受限于运行工况与系统参数,以及其无法耐受较高过渡电阻的难题,该文首先研究了本级线路盲区故障与下级线路故障时由对端断路器开断产生的二次振荡波过程的差异性,并基于行波模量网络分析... 详细信息

针对现有的交流电网相继速动保护判据的可靠性能受限于运行工况与系统参数,以及其无法耐受较高过渡电阻的难题,该文首先研究了本级线路盲区故障与下级线路故障时由对端断路器开断产生的二次振荡波过程的差异性,并基于行波模量网络分析了特定故障工况下的特殊波过程;然后,提出了基于数学形态学梯度算法的振荡波头极性辨识判据以及特殊故障工况下的辅助判据,以形成全新的相继速动保护判据;最后,基于PSCAD仿真平台验证了所提保护判据的有效性、灵敏性与可靠性,其适用于三相/单相跳闸方式、适应于所有故障类型、不受系统运行工况与系统参数影响,同时耐受过渡电阻能力高达300Ω。

关键词：相继速动二次振荡波数学形态学梯度盲区故障行波模量网络

面向含不可测分支配电线路不对称故障可靠辨识的负序电流比相保护判据

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电工技术学报 2023年第9期38卷 2435-2447页

作者：肖澍昱林湘宁魏繁荣吴宇奇李正天强电磁工程与新技术国家重点实验室(华中科技大学) 武汉430074

城市配电网的主动配电网特征日趋显著,含不可测分支结构的馈电线路大量增加。受上述特点影响,单端量保护性能显著降低。因此,对于特别重要的线路,亟待双端量保护来保证故障切除的可靠性和灵敏性。但是,分支电流的差动特性导致相量差动... 详细信息

城市配电网的主动配电网特征日趋显著,含不可测分支结构的馈电线路大量增加。受上述特点影响,单端量保护性能显著降低。因此,对于特别重要的线路,亟待双端量保护来保证故障切除的可靠性和灵敏性。但是,分支电流的差动特性导致相量差动保护从原理上即不适用,而纵联距离保护和方向比较式纵联保护由于需要电压信息,在仅配置电流互感器的线路不具备实施条件。此外,电压和分支两因素的叠加使得上述保护的动作行为分析尤为困难。因此,有必要寻找新型纵联保护判据。该文充分考虑不可测分支的影响,提出了仅利用负序电流相位差这一不对称故障期间始终存在的故障分量来反映故障的思路,并构建了一种适用于这类配电网线路的负序电流比相判据。与现有含分支的幅值差动类保护相比,所提判据在安全性方面具有优势。在PSCAD/EMTDC中搭建10 kV配电网模型,设计多组仿真算例,对比验证了所提判据的有效性。

关键词：负序电流比相判据不可测分支不对称故障负序电流校核判据有源配电网

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推挽式直流自耦变压器直流故障隔离策略

高电压技术 2022年第11期48卷 4610-4619页

作者：韩鸣宇左文平张港华周猛向往文劲宇华中科技大学强电磁工程与新技术国家重点实验室武汉430074

推挽式直流自耦变压器功率传输效率高,但其并不具备电气隔离能力。通过配置直流断路器或全桥子模块等现有技术虽能够隔离直流故障,但存在成本高昂问题。为了降低直流故障隔离成本,研究了推挽式直流自耦变压器的直流故障隔离策略。首先,... 详细信息

推挽式直流自耦变压器功率传输效率高,但其并不具备电气隔离能力。通过配置直流断路器或全桥子模块等现有技术虽能够隔离直流故障,但存在成本高昂问题。为了降低直流故障隔离成本,研究了推挽式直流自耦变压器的直流故障隔离策略。首先,介绍了推挽式直流自耦变压器的拓扑与工作原理,分析了四绕组变压器的运行特性,推导建立了推挽式直流自耦变压器端口电压与桥臂输出电压间的关系。然后,基于直流故障响应特性的分析结果,提出配置直流故障隔离组件的推挽式直流自耦变压器,给出相应的直流故障隔离策略。当发生直流故障时,推挽式直流自耦变压器可以快速控制端口电压、阻断故障电流,从而维持非故障直流系统稳定运行,并降低设备造价。最后,基于PSCAD/EMTDC仿真验证了推挽式直流自耦变压器直流故障隔离策略的可行性与有效性,并对比了多种具备直流故障隔离能力的直流变压器的技术经济性。

关键词： HVDC 直流电网直流变压器推挽式直流自耦变压器直流故障隔离

考虑实时SOC与动态循环效率的电池损耗评估及储能定容策略

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太阳能学报 2022年第11期43卷 413-423页

作者：黄彦博冯忠楠随权武传涛徐昂林湘宁强电磁工程与新技术国家重点实验室(华中科技大学) 武汉430074

笔者提出一种高精度电池寿命损耗评估模型,该模型能充分挖掘厂家提供数据中的有效信息,从而建立起动态循环效率、放电深度(DOD)与实时荷电状态(SOC)应力等因素之间的映射关系。同时,针对采用更精细化的储能模型所引入的非线性项,提出一... 详细信息

笔者提出一种高精度电池寿命损耗评估模型,该模型能充分挖掘厂家提供数据中的有效信息,从而建立起动态循环效率、放电深度(DOD)与实时荷电状态(SOC)应力等因素之间的映射关系。同时,针对采用更精细化的储能模型所引入的非线性项,提出一种基于滚动McCormick松弛方法的优化求解算法,该算法可将原本包含混合整数非线性规划问题转化为混合整数线性规划问题,从而实现优化问题的数值化求解。最后,通过算例证明所提出的精细化电池寿命模型与滚动McCormick求解算法的合理性和优越性。

关键词：非线性规划电池损耗储能滚动McCormick松弛

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计及上下游市场的园区综合能源商购售能策略

电工技术学报 2022年第1期37卷 220-231页

作者：陈岑武传涛林湘宁马云聪李正天强电磁工程与新技术国家重点实验室(华中科技大学) 武汉430074

随着能源市场化改革的有序推进,未来有望建成开放完善、充分竞争的综合能源市场体制。综合能源商作为重要市场主体,如何在综合能源市场体制中合理优化交易策略尚待开展研究。为此,该文计及能源批发与零售两级市场,构建一种具有前瞻性的... 详细信息

随着能源市场化改革的有序推进,未来有望建成开放完善、充分竞争的综合能源市场体制。综合能源商作为重要市场主体,如何在综合能源市场体制中合理优化交易策略尚待开展研究。为此,该文计及能源批发与零售两级市场,构建一种具有前瞻性的园区综合能源商市场交易策略及协同优化方法。首先,分析综合能源批发市场及零售市场的运行机制,基于离散选择模型量化了零售价格对市场份额的影响,并构建远期收益函数;其次,计及用户综合需求响应,以综合能源商为领导者,以用户为跟随者,建立基于主从博弈的分布式协同优化模型;接着,论证了Stackelberg均衡解的存在性,并采用改进布谷鸟算法与二次规划相结合的方法进行分布式优化求解;最后,仿真验证了该文所提交易策略及优化模型的可行性与优越性,为未来园区综合能源商的市场交易决策提供指导。

关键词：园区综合能源商批发与零售市场离散选择模型主从博弈

基于四相全桥的磁悬浮轴承开关器件开路故障容错控制策略

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电工技术学报 2022年第9期37卷 2295-2305,2340页

作者：胡烽孙宏博蒋栋杨佶昌强电磁工程与新技术国家重点实验室(华中科技大学) 武汉430074

功率半导体开关器件的开路故障是主动磁悬浮轴承系统失效的一个主要原因。为了保障主动磁悬浮轴承在高速旋转场合安全可靠运行,该文在功率放大器容错控制方面,针对四相全桥拓扑提出一种开关器件开路故障容错控制策略。首先从四相四桥臂... 详细信息

功率半导体开关器件的开路故障是主动磁悬浮轴承系统失效的一个主要原因。为了保障主动磁悬浮轴承在高速旋转场合安全可靠运行,该文在功率放大器容错控制方面,针对四相全桥拓扑提出一种开关器件开路故障容错控制策略。首先从四相四桥臂工作原理出发,分析了四相全桥拓扑的两种工作模式对磁轴承的作用力和控制效果相同,可利用该特性进行功放容错设计;然后基于电流差分控制的特点给出了判断开路故障的条件,并提出相应的容错控制策略,即一旦四相全桥拓扑正常模式下的开关器件发生开路故障,在几百微秒内将检测到故障的发生,并立即切换至冗余模式下工作,以达到故障不停机的目的;最后仿真与实验结果表明故障检测时间和位移波动范围均保证了切换过渡过程中磁轴承的悬浮,证明了该容错控制策略在四相全桥拓扑上的可行性。

关键词：主动磁悬浮轴承四相全桥开路故障容错控制

基于虚拟同步控制的电压源型直驱风电机组并网稳定性分析

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高电压技术 2022年第8期48卷 3282-3294页

作者：王东泽孙海顺黄碧月韩应生毛俞杰朱廷猛华中科技大学强电磁工程与新技术国家重点实验室武汉430074

随着风电装机的增加,风电机组在弱电网下的稳定运行面临严峻考验。电压源型风机采用自同步方式运行,因而不受锁相环的影响,并且能够提供频率和电压支撑,更适于在弱电网下运行。为研究基于虚拟同步控制的电压源型直驱风机的并网稳定性,... 详细信息

随着风电装机的增加,风电机组在弱电网下的稳定运行面临严峻考验。电压源型风机采用自同步方式运行,因而不受锁相环的影响,并且能够提供频率和电压支撑,更适于在弱电网下运行。为研究基于虚拟同步控制的电压源型直驱风机的并网稳定性,建立了电压源型直驱风机的数学模型及状态空间模型,采用特征模态分析方法,对比了电流源型/电压源型直驱风机的并网稳定性,分析结果表明电压源型直驱风机具有更好的弱电网适应性,但在较高短路比下容易出现低频振荡问题,在此基础上研究了关键参数对于低频模态稳定性的影响。然后进一步研究了电流源型/电压源型直驱风机混合风场的并网稳定性,结果表明:加入电压源型直驱风机可以提高原有电流源型直驱风场在弱电网下的稳定性。最后,通过PSCAD/EMTDC电磁暂态仿真验证了特征模态分析结果的正确性。

关键词：虚拟同步控制电压源型直驱风机低频振荡次同步振荡弱电网混合风场