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电力电子-电机集成系统组合自由度浅析

华中科技大学学报（自然科学版） 2024年第7期52卷 1-11页

作者：蒋栋刘自程李崇坚曲荣海赵争鸣华中科技大学电气与电子工程学院湖北武汉430074 冶金自动化研究设计院北京100071 清华大学电机工程与应用电子技术系北京100084

针对最常见的交流电机系统,以系统级串联和并联的思路,介绍了串联型拓扑集成和并联型拓扑集成两大方法.在串联型集成方法上,以开绕组电机驱动为基础,介绍了适用于调速范围拓展和容错的串联绕组拓扑及悬浮电容拓扑等.在并联型集成方法上... 详细信息

针对最常见的交流电机系统,以系统级串联和并联的思路,介绍了串联型拓扑集成和并联型拓扑集成两大方法.在串联型集成方法上,以开绕组电机驱动为基础,介绍了适用于调速范围拓展和容错的串联绕组拓扑及悬浮电容拓扑等.在并联型集成方法上,介绍了常规多相电机驱动、逆变器并联驱动三相电机及多模块电机驱动等技术,实现容错、电磁兼容和振动的改善.最后,针对以磁悬浮轴承为代表的特种电机,介绍多自由度电机和控制器集成的特殊方法.这几个案例说明:结合电力电子和电机的特点进行自由度的组合,可以更有效地改善电机系统的综合性能,实现电力电子化电机系统的真正集成.

关键词：电力电子电机集成串联绕组多模块电机磁悬浮轴承

航空发动机多电控制系统源-网-荷架构与关键技术综述

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航空学报 2024年

作者：孔武斌刘迪范兴纲裴雪军郝圣桥崔颖马前容李大伟方海洋俞珏程颐陈文娟罗飞腾电能高密度转换全国重点实验室(华中科技大学) 华中科技大学电气与电子工程学院中国航发控制系统研究所太行实验室华中科技大学航空航天学院

航空发动机引入多电技术作为其新特征，优化了系统多元能量架构，显著提升了系统可维护性和可靠性，是目前多电航空研究领域的核心组成部分。随着发电系统从百千瓦级跃升至兆瓦级，高功率、高集成度的多节点配电系统以及包括大功率泵类... 详细信息

航空发动机引入多电技术作为其新特征，优化了系统多元能量架构，显著提升了系统可维护性和可靠性，是目前多电航空研究领域的核心组成部分。随着发电系统从百千瓦级跃升至兆瓦级，高功率、高集成度的多节点配电系统以及包括大功率泵类作动类等装置在内的用电系统共同构成了复杂的多电控制系统。针对该系统具有多节点、动静态变化叠加的特性，以及面临不同应用环境下的挑战，本文结合电气化基础，首先对航空发动机多电控制系统进行了源-网-荷架构的划分，并详细阐述了源、网、荷系统的基本概念、组成特点和挑战。然后，对源-网-荷一体化系统进行了提炼，综合分析了轻量化高可靠电机技术、电能变换拓扑与电机驱动控制、多节点微网组网与控制研究以及电磁兼容建模分析与抑制方法等四个关键技术的研究现状。最后，对源-网-荷系统发展趋势和多位一体的架构布局进行了总结和展望，以促进航空发动机多电控制系统加快发展。

关键词：多电技术电气化多电控制系统源-网-荷电机驱动控制多节点微电网电磁兼容

基于马尔可夫转移场和深度残差网络的电能质量复合扰动多标签分类

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中国电机工程学报 2024年第7期44卷 2519-2530,I0002页

作者：罗溢李开成肖贤贵尹晨李贝奥李旋华中科技大学电气与电子工程学院湖北省武汉市430074

现代电力系统的电能质量扰动逐渐复杂化和多样化,传统的分类方法难以适应复杂多样的扰动变化。依据神经网络进行识别分类的研究都采用传统的单标签分类方法,当出现标签集以外的复合扰动,该分类方法将无法使用。若要更新扰动标签集,则需... 详细信息

现代电力系统的电能质量扰动逐渐复杂化和多样化,传统的分类方法难以适应复杂多样的扰动变化。依据神经网络进行识别分类的研究都采用传统的单标签分类方法,当出现标签集以外的复合扰动,该分类方法将无法使用。若要更新扰动标签集,则需要整个分类模型重新训练。因此,该文利用深度残差网络构建一种适应能力更强的多标签分类系统,该系统能够准确识别训练样本标签集以外未知标签组合的电能质量复合扰动(power quality disturbances,PQDs)。首先利用马尔可夫转移场(Markov transition field,MTF)将一维时域扰动信号转换为二维可视化图像,利用深度残差网络(ResNet)建立9个二分类器提取二维图像中涵盖的扰动特征。通过9个二分类器构成的多标签分类系统进行扰动分类,其训练样本标签集内分类正确率可达97.58%,掺杂标签集外的扰动信号平均正确率可达97.67%,远高于同级别的分类系统。

关键词：电能质量扰动多标签马尔可夫转移场深度残差网络扰动识别

多级XRAM型脉冲功率电源开关器件简化研究

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强激光与粒子束 2024年第2期36卷 8-14页

作者：张玉宸戴玲樊晟廷冯永杰林福昌强电磁技术全国重点实验室(华中科技大学) 武汉430074 华中科技大学电气与电子工程学院武汉430074

电磁发射的能力主要取决于脉冲功率电源系统,脉冲功率电源的优化是电磁发射技术取得进一步突破的关键技术之一。电感储能型脉冲功率电源在能量密度方面有很大优势,具备深远的发展潜力。基于串联充电和并联放电的XRAM型脉冲功率电源具有... 详细信息

电磁发射的能力主要取决于脉冲功率电源系统,脉冲功率电源的优化是电磁发射技术取得进一步突破的关键技术之一。电感储能型脉冲功率电源在能量密度方面有很大优势,具备深远的发展潜力。基于串联充电和并联放电的XRAM型脉冲功率电源具有结构简单、可扩展性强的优点。分析了多级XRAM电源拓扑结构中二极管器件的工作原理,按照功能分类,提出了简化二极管器件数量的方案。建立了基于ICCOS的30级XRAM型脉冲功率电源带轨道炮负载的仿真模型,每5级为一个电源模块,系统总储能为365 kJ,发射效率近20%。通过对比简化前后模型性能指标的仿真结果,证明了简化第一级的下臂二极管不利于多级电源的运行。简化多级拓扑中的最后一级逆流电容串联二极管,以及在优化逆流电容参数的前提下简化充电晶闸管的反并二极管,对电源模块的放电电流没有明显影响。

关键词：电磁发射电感储能 XRAM 二极管模块化

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二代高温超导带材失超特性研究

电工技术学报 2024年第1期39卷 110-120,153页

作者：杨志星任丽徐颖段璞李鑫强电磁工程与新技术国家重点实验室(华中科技大学电气与电子工程学院) 武汉430074

高温超导带材失超会降低其通流能力,从而影响高温超导装置的运行稳定性。目前,高温超导带材失超仿真模型多为二维计算模型,无法准确模拟其失超过程中的电磁热行为。该文采用有限元方法对二代高温超导带材失超特性进行多物理场耦合分析... 详细信息

高温超导带材失超会降低其通流能力,从而影响高温超导装置的运行稳定性。目前,高温超导带材失超仿真模型多为二维计算模型,无法准确模拟其失超过程中的电磁热行为。该文采用有限元方法对二代高温超导带材失超特性进行多物理场耦合分析。在三维直角坐标系下,以磁场强度矢量为求解变量,建立了二代高温超导带材失超演化电磁热仿真模型,研究了二代高温超导带材长度方向与宽度方向在不同热扰动工况下的电磁热特性及其演化过程,分析了高温超导带材过电流失超过程中的各层分流状况与超导层电阻率变化行为,区分了不同类型的过电流失超行为,并提出了高温超导带材过电流冲击失超的电阻率判据。

关键词：二代高温超导带材失超特性有限元电磁热耦合

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农村背景下基于需求响应的虚拟电厂博弈策略

电力系统及其自动化学报 2024年第6期36卷 43-53页

作者：李文浩毛承雄王丹谷博成昕雨华中科技大学电气与电子工程学院武汉430074

针对整县光伏接入对农村配电网的影响问题,本文聚合光伏发电、分布式电储能装置组及电动自行车聚合商,引入考虑光伏逆变器影响的交直流混联网络共同组成虚拟电厂,提出一种基于主从博弈理论的含新能源虚拟电厂的双层优化模型。构建电动... 详细信息

针对整县光伏接入对农村配电网的影响问题,本文聚合光伏发电、分布式电储能装置组及电动自行车聚合商,引入考虑光伏逆变器影响的交直流混联网络共同组成虚拟电厂,提出一种基于主从博弈理论的含新能源虚拟电厂的双层优化模型。构建电动自行车聚合商的演化博弈模型,在此基础上建立以虚拟电厂为领导者、电动自行车聚合商为跟随者的主从博弈模型。最后,建立农忙与农闲两个场景并分别考虑晴天和阴天两种情况进行仿真,仿真结果验证了该模型可提高经济效益并改善电网运行指标。

关键词：虚拟电厂主从博弈农村场景交直流混联网络备用容量

低载波比牵引系统的感应电机特征根离散化模型研究

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电工技术学报 2024年第2期39卷 434-444,454页

作者：张钦培李健卢阳吴凌豪杨凯孙佳伟强电磁工程与新技术国家重点实验室(华中科技大学电气与电子工程学院) 武汉430074 华中科技大学电气与电子工程学院新型电机与特种电磁装备教育部工程研究中心武汉430074 中车大连电力牵引研发中心有限公司大连116052

在大功率和高速电机驱动领域,电机控制系统将运行于低载波比工况。传统的一阶欧拉、二阶双线性等降阶离散化模型在低载波比下由于离散化误差过大,对应的状态观测将出现幅值和相位的稳态误差,严重时甚至出现发散不收敛现象。针对上述问题... 详细信息

在大功率和高速电机驱动领域,电机控制系统将运行于低载波比工况。传统的一阶欧拉、二阶双线性等降阶离散化模型在低载波比下由于离散化误差过大,对应的状态观测将出现幅值和相位的稳态误差,严重时甚至出现发散不收敛现象。针对上述问题,该文提出了感应电机特征根离散化模型。通过构建感应电机的复矢量模型状态空间方程,将满秩的状态转移矩阵进行对角化,得到状态转移矩阵的精确离散化结果,该模型在低载波比时仍具有较高的离散化精度。同时,提出了一种基于伯德图的离散化误差定量分析方法,通过定量对比不同离散化模型和连续域模型之间观测变量的幅值和相位误差,从理论上证明了提出方法的优越性。最后,通过仿真和实验验证了上述感应电机特征根离散化模型在低载波比下均具有良好的稳态精度与暂态跟随性能。

关键词：感应电机离散化模型传递函数伯德图低载波比

高超声速进气道预喷注技术研究进展与关键问题分析

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航空学报 2024年

作者：罗飞腾渠镇铭李海涛李新珂姚达豪陈文娟龙垚松韦宝禧满延进杨甫江程强孔武斌华中科技大学航空航天学院电能高密度转换全国重点实验室冲压发动机技术全国重点实验室(北京) 北京动力机械研究所华中科技大学能源与动力工程学院华中科技大学电气与电子工程学院

吸气式高超声速推进技术是高超声速飞行器发展的核心支撑，随着高超声速飞行马赫数的不断提升，吸气式高超声速发动机内流面临高焓高速、驻留时间极短等极端条件，给内流燃烧组织、性能提升、速域边界拓展等带来极大困难与挑战。进气道... 详细信息

吸气式高超声速推进技术是高超声速飞行器发展的核心支撑，随着高超声速飞行马赫数的不断提升，吸气式高超声速发动机内流面临高焓高速、驻留时间极短等极端条件，给内流燃烧组织、性能提升、速域边界拓展等带来极大困难与挑战。进气道预喷注作为一种新型主动式燃料喷注与混合增强技术被引入高超声速推进系统，为更高马赫数发动机内流流动与燃烧组织、性能匹配与调控、一体化设计优化提供了新的潜在可控因素，已经得到领域的关注与研究重视。基于高马赫数高超声速推进背景需求，本文对高超声速进气道预喷注技术研究进展与关键问题进行了较为系统的综述分析。首先，阐述了高超声速进气道预喷注概念，分析其中基本气动热力工作过程及耦合作用影响；其次，对高马赫数发动机研究概况进行简要介绍，指出其中重点发展方向及其对进气道预喷注的共性需求；然后，梳理了超声速来流喷注与混合的基本研究认识，指出目前仍缺乏高超声速复杂来流条件下喷注混合的充分认识；最后，系统总结了国内外在高超声速进气道预喷注方面的研究进展，对高超声速进气道预喷注需要解决的主要关键问题进行论述分析，提出了未来研究展望与建议，以促进进气道预喷注技术在高马赫数高超声速推进系统的应用研究与发展。

关键词：高超声速超燃冲压发动机进气道预喷注燃料掺混

Arduino与Matlab相融合的自控实验平台

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实验室研究与探索 2024年第1期43卷 102-106,151页

作者：吴葛姚鸿泰周妙言华中科技大学电气与电子工程学院武汉430074

为帮助学生构建分析实际控制系统的方法,开发基于Arduino与Matlab相融合的自动控制实验平台。以温度控制系统为例,建立温度控制系统的数学模型;搭建基于Arduino平台数据采集、Matlab软件数据分析仿真和Python求解器参数优化的系统模型... 详细信息

为帮助学生构建分析实际控制系统的方法,开发基于Arduino与Matlab相融合的自动控制实验平台。以温度控制系统为例,建立温度控制系统的数学模型;搭建基于Arduino平台数据采集、Matlab软件数据分析仿真和Python求解器参数优化的系统模型辨识平台。设计了内模PID控制算法,利用Matlab软件对辨识的模型进行仿真测试,同时对温度控制系统进行测试;实现Arduino平台代码的自动生成、自动下载运行以及硬件在环调试等功能。实验结果表明:系统模型辨识较为准确,所提控制策略效果较好;系统模型搭建、算法设计、仿真分析和系统测试全流程的体验,有助于学生提升分析控制系统的能力。

关键词：模型辨识 Matlab软件 Arduino平台内模PID 硬件在环仿真