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复杂工况下的永磁同步电机典型绕组故障在线诊断

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电工技术学报 2024年第6期39卷 1764-1776页

作者：刘蔚李万铨王明峤郑萍赵志衡哈尔滨工业大学电气工程及自动化学院哈尔滨150001

绕组故障作为永磁同步电机常见的故障之一,严重影响电机正常运行。但由于电机运行工况复杂,故障特征波动严重,基于故障特征的诊断精度较低。为提高复杂工况下绕组故障的诊断精度,该文提出一种复杂工况下基于控制器信号的在线诊断方法。... 详细信息

绕组故障作为永磁同步电机常见的故障之一,严重影响电机正常运行。但由于电机运行工况复杂,故障特征波动严重,基于故障特征的诊断精度较低。为提高复杂工况下绕组故障的诊断精度,该文提出一种复杂工况下基于控制器信号的在线诊断方法。首先,对典型绕组故障进行故障机理分析,并通过基于自适应随机窗的快速傅里叶变换(FFT),提取控制器信号的相应故障特征;其次,通过研究单一工况和复杂工况下的各故障特征分布,揭示部分故障特征会在低转速工况下失效;再次,定义了复杂工况下故障特征性能指标,用于筛选故障特征;最后,在人工神经网络的基础上,提出了深度优化人工神经网络,引入批量归一化(BN)算法,并对深度网络结构残差化,提高网络泛化能力和诊断准确性。实验结果表明,通过计算故障特征性能指标,能够在诊断前对故障特征进行有效筛选,且深度优化人工神经网络的诊断准确性高、泛化能力强,在复杂工况下能够实现电机典型绕组故障的精确在线诊断。

关键词：永磁同步电机绕组故障在线故障诊断特征提取深度优化人工神经网络

基于扩张状态观测器的并联直流变换器增强控制策略

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电机与控制学报 2024年第6期28卷 1-12页

作者：段鸣航段建东王露霄孙力哈尔滨工业大学电气工程及自动化学院黑龙江哈尔滨150001

为进一步改善并联直流变换器在多种内外部扰动下的动态性能,提出一种基于双闭环扩张状态观测器(ESO)的增强控制策略。该策略将比例调节器与ESO相结合,然后分别应用于公共电压外环和各个电流内环,实现各功率单元的动态均流,也强化对输入... 详细信息

为进一步改善并联直流变换器在多种内外部扰动下的动态性能,提出一种基于双闭环扩张状态观测器(ESO)的增强控制策略。该策略将比例调节器与ESO相结合,然后分别应用于公共电压外环和各个电流内环,实现各功率单元的动态均流,也强化对输入电压扰动的抑制能力,且无需额外传感器。首先,根据并联变换器的状态方程,推导内环电流ESO控制的表达式。然后,根据电流闭环极点的分布情况,从理论上分析ESO型电流内环在输入电压扰动抑制方面强于比例积分型电流内环的原因。此外,借助伯德图,给出ESO型电流内环对电感失配的鲁棒性更强并能有效消除动态电流偏差的理论依据。最后,使用三相buck变换器进行不同方案的对比验证,实验结果证明了所提策略在改进动态性能方面的有效性和先进性。

关键词：并联直流变换器扩张状态观测器双闭环控制参数鲁棒性扰动抑制动态均流

基于电流源型逆变器驱动的五相永磁同步电机控制策略研究

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中国电机工程学报 2024年第7期44卷 2843-2852,I0027页

作者：杨士杰郑萍佟诚德隋义王明峤哈尔滨工业大学电气工程及自动化学院黑龙江省哈尔滨市150001

在现代电机驱动系统中,采用电流源型逆变器控制方案可有效提升系统可靠性,降低电机电流谐波含量,并提升电磁兼容性能。电流源型逆变器拓扑采用电感元件作为母线储能装置,对于功率回路中的短路故障具有较强的抵抗能力。同时,逆变器输出... 详细信息

在现代电机驱动系统中,采用电流源型逆变器控制方案可有效提升系统可靠性,降低电机电流谐波含量,并提升电磁兼容性能。电流源型逆变器拓扑采用电感元件作为母线储能装置,对于功率回路中的短路故障具有较强的抵抗能力。同时,逆变器输出侧并联滤波电容网络,实现对高频谐波的旁路作用。该文对五相电流源型驱动系统控制策略进行研究,采用五相半桥型逆变器拓扑结构,电机绕组采用星型连接方式以限制零序电流,给出基波与谐波电流矢量空间分布特征,提出双平面矢量脉宽调制策略,有效抑制3次谐波电流。考虑到逆变器输出侧CL型负载可能引起的谐振问题,采用基于电机电流的有源阻尼策略,降低谐振电流分量,提升系统稳定性。最后,通过实验验证所提控制策略的有效性。

关键词：五相永磁同步电机驱动电流源型逆变器电流型空间矢量调制 CL谐振有源阻尼

基于二阶变增益滑模的感应电机电压模型磁链观测器

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中国电机工程学报 2024年第11期44卷 4490-4500,I0027页

作者：王天擎王勃于泳徐殿国哈尔滨工业大学电气工程及自动化学院黑龙江省哈尔滨市150001

针对无速度传感器感应电机驱动系统,基于二阶滑模的电压模型磁链观测器可以有效提升传统开环电压模型观测器的转速估计鲁棒性。然而,现有二阶滑模电压模型观测器仍然存在以下2个问题:1)滑模观测器常数增益与可变稳定性条件间的不匹配问... 详细信息

针对无速度传感器感应电机驱动系统,基于二阶滑模的电压模型磁链观测器可以有效提升传统开环电压模型观测器的转速估计鲁棒性。然而,现有二阶滑模电压模型观测器仍然存在以下2个问题:1)滑模观测器常数增益与可变稳定性条件间的不匹配问题;2)由于存在直流偏置,需要采用非理想积分器来估计转子磁链。针对这2个问题,该文提出相应解决方案:1)改进二阶滑模观测器结构,并根据稳定性条件设计可变增益,以同时实现宽调速范围内的观测器稳定性与抖振抑制;2)根据滑模观测器的输出,设计一种带直流偏置补偿的积分器,以提升磁链估计精确度。最后,在3.7 kW的感应电机实验装置上进行对比实验,证明所提方法有效性。

关键词：感应电机无速度传感器控制电压模型观测器滑模观测器直流偏置补偿

基于平滑GMS模型和改进扩张状态观测器的复合摩擦补偿

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中国电机工程学报 2024年第5期44卷 1999-2008,I0028页

作者：赵天一贵献国乔岳徐殿国哈尔滨工业大学电气工程及自动化学院黑龙江省哈尔滨市150001

摩擦力是影响直线伺服系统低速运行与点对点定位精度的主要非线性扰动。广义麦克斯韦(generalized Maxwellslip,GMS)摩擦模型虽然可以准确描述摩擦特性用于前馈补偿,但其存在切换点过渡时振荡的问题,同时易受测量噪声和摩擦参数变化等... 详细信息

摩擦力是影响直线伺服系统低速运行与点对点定位精度的主要非线性扰动。广义麦克斯韦(generalized Maxwellslip,GMS)摩擦模型虽然可以准确描述摩擦特性用于前馈补偿,但其存在切换点过渡时振荡的问题,同时易受测量噪声和摩擦参数变化等影响。为此,该文提出基于平滑GMS模型和改进扩张状态观测器(extended state observer,ESO)的复合摩擦补偿策略。首先,引入过渡用双曲正切函数以解决GMS模型中在切换点的反复穿越问题,并给出该模型的离线辨识方法。其次,设计基于模型信息的四阶ESO补偿剩余摩擦力与未知扰动,并引入切比雪夫滤波器整定观测器增益,以降低扰动观测与噪声敏感之间的冲突。为验证所提摩擦补偿策略的有效性,在小型高精度永磁同步直线电机定位平台上进行定位实验。实验结果验证了所提摩擦补偿策略的可行性和有效性。

关键词：永磁同步直线电机摩擦补偿广义麦克斯韦模型过渡函数扩张状态观测器

基于钳位方式切换的Vienna整流器载波断续脉冲宽度调制策略

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中国电机工程学报 2024年第8期44卷 3202-3212,I0022页

作者：张志坚张国强李斌兴王奇维丁大尉王高林徐殿国哈尔滨工业大学电气工程及自动化学院黑龙江省哈尔滨市150001

当Vienna整流器工作在直流电压不平衡条件下时,传统载波断续脉宽调制(carried-based discontinuous pulse-width modulation,CB-DPWM)会增加输入电流谐波和中点电压波动。为解决上述问题,提出一种基于钳位方式切换的CB-DPWM策略。为了... 详细信息

当Vienna整流器工作在直流电压不平衡条件下时,传统载波断续脉宽调制(carried-based discontinuous pulse-width modulation,CB-DPWM)会增加输入电流谐波和中点电压波动。为解决上述问题,提出一种基于钳位方式切换的CB-DPWM策略。为了减小输入电流谐波,根据变化的电压矢量对子区域和零序分量进行重新划分和计算。据此,建立统一的CB-DPWM调制波,分析可运行区域,得到直流电压不平衡度和可运行区域成反比的结论。结合中点电流分析不同钳位方式对中点电压大小的影响,并根据直流电压不平衡度的大小实时切换钳位方式,从而有效地减小中点电压波动。通过钳位区域判断和优化开关序列,减少切换钳位方式引入的开关动作,提高了Vienna整流器效率。最后,在Vienna整流器实验平台上验证所提策略的有效性。

关键词： Vienna整流器直流电压不平衡电流谐波中点电压波动载波断续脉宽调制开关序列优化

基于双向安德森加速分解协调算法的输配协同无功优化

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电力系统自动化 2024年第12期48卷 130-138页

作者：路镇铭徐英仪忠凯李志民郭钰锋哈尔滨工业大学电气工程及自动化学院黑龙江省哈尔滨市150001

新型电力系统中新能源渗透率不断增加,输电网和配电网协同运行环境复杂多变,对输配协同优化算法的收敛性提出了更高的挑战。鉴于此,应用广义主从分裂法将输配协同无功优化问题分解为输电网和多个配电网的并行优化问题;为改善广义主从分... 详细信息

新型电力系统中新能源渗透率不断增加,输电网和配电网协同运行环境复杂多变,对输配协同优化算法的收敛性提出了更高的挑战。鉴于此,应用广义主从分裂法将输配协同无功优化问题分解为输电网和多个配电网的并行优化问题;为改善广义主从分裂法的计算效率,提出了基于功率、电压等多元信息交互及历史信息修正的双向安德森加速策略;在此基础上,提出了融合原对偶内点法、启发式算法和辅助函数的输配协同无功优化方法,实现了输电网和配电网多种类灵活性资源的协调配合和优化控制。算例仿真结果表明,所提方法能有效改善主从分裂法边界的收敛性能,在大规模分布式能源接入的输配协同无功优化场景中具有更好的应用价值。

关键词：新型电力系统输配协同优化无功优化广义主从分裂法双向安德森加速算法

新型并联谐振直流环节软开关逆变器改进调制策略

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电工技术学报 2024年第2期39卷 487-500页

作者：李思杨明马宇宋天佑徐殿国哈尔滨工业大学电气工程及自动化学院哈尔滨150001 北京机械设备研究所北京100854

针对新型并联谐振直流环节软开关逆变器的辅助电路运行过程中电流应力高、导通损耗大的问题,提出一种基于不连续的脉冲宽度调制且采用斜率正负交替锯齿载波的改进调制策略。与原调制策略相比,首先,该文所提调制策略在保留辅助电路动作... 详细信息

针对新型并联谐振直流环节软开关逆变器的辅助电路运行过程中电流应力高、导通损耗大的问题,提出一种基于不连续的脉冲宽度调制且采用斜率正负交替锯齿载波的改进调制策略。与原调制策略相比,首先,该文所提调制策略在保留辅助电路动作频率最小化优点的基础上,不仅实现了全部开关管的软开关,而且将第二辅助开关管的电流应力降为谐振电流峰值。然后,通过合理的参数设计,进一步降低辅助电路电流应力,从而减少辅助电路损耗。然后,根据所提调制策略分析工作原理、对比不同文献、规划参数设计、进行损耗分析。最后,使用SiC MOSFET制作一台5 kW/40 kHz通用样机,通过实验验证所提调制策略对原拓扑效率提升与电流应力降低的有效性。

关键词：并联谐振直流环节辅助电路调制策略电流应力导通损耗

构网型与跟网型变流器混联并网系统配比关键影响因素分析

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电力系统自动化 2024年

作者：张斌张学广徐殿国哈尔滨工业大学电气工程及自动化学院

跟网型变流器在弱电网下存在次同步振荡失稳风险，构网型变流器可以改善混联系统在弱电网下次同步频段的稳定性。在新能源场站中可以适当配置构网型单元提高系统稳定性，故构网型/跟网型变流器的配比是影响系统稳定性的关键因素。文中... 详细信息

跟网型变流器在弱电网下存在次同步振荡失稳风险，构网型变流器可以改善混联系统在弱电网下次同步频段的稳定性。在新能源场站中可以适当配置构网型单元提高系统稳定性，故构网型/跟网型变流器的配比是影响系统稳定性的关键因素。文中针对构网型与跟网型变流器混联并网系统小干扰稳定性问题，研究了变流器控制系统特性对构网型变流器配比边界条件的影响。首先，建立了构网型与跟网型变流器混联并网系统的状态空间模型，在此基础上分析了构网型/跟网型变流器控制系统各关键参数以及构网型变流器中电压环控制结构对系统稳定性的影响。从保证系统次同步频段小干扰稳定的角度出发，分析了混联系统中构网型变流器配置下限的关键影响因素，得到了各影响因素约束下配比的稳定边界，并利用频域阻抗法对各影响因素的影响机理进行了解释。最后，基于RT-LAB半实物平台验证了理论分析的准确性。

关键词：构网型变流器跟网型变流器混联系统次同步振荡配比小信号稳定性稳定边界