关键词： 风力发电   新能源   用地保障  

摘要： 风力发电是新能源供应体系的重要组成部分，积极开发风力发电用地，能够促进湖南省碳达峰碳中和目标的实现，合理高效保障风力发电用地对于保障能源安全、应对气候变化、实现湖南省绿色发展具有十分重要的意义。在梳理湖南省风力发电用地基本情况的基础上，分析省内风力发电用地存在的问题，并从用地规范等视角提出风电用地保障策略，以更好地推进风力发电发展。

关键词： 模块化多电平换流器   电容电压纹波抑制   二倍频环流   降损控制策略  

摘要： 现有电容电压纹波抑制主要通过注入二倍频环流实现，使得MMC（模块化多电平换流器）阀损耗升高，降低了换流阀的运行效率与可靠性。为解决上述问题，分析了最优二倍频环流注入下的MMC电容电压纹波特性，揭示了电容电压纹波抑制对换流阀造成的损耗增量。针对采用CPS-PWM（载波相移脉宽调制）的中低压MMC，提出了一种考虑电容电压纹波抑制的MMC降损控制策略，在满足电容电压纹波和阀损耗的优化目标及约束条件的基础上，通过优化控制桥臂电流以消除电容电压纹波抑制下的阀损耗增量，同时保证电容电压纹波抑制效果不受明显影响。最后，在MATLAB/Simulink中进行了多工况对比分析，验证了阀损耗特性分析的正确性与所提出控制策略的有效性。

关键词： 永磁同步电机   单级式多端口逆变器   线性功率分配   混合预测控制  

摘要： 混合动力汽车被视为缓解能源危机和环境污染问题的一种有效方案,而单级式多端口逆变器因具有高功率密度和少的无源滤波器等优势,被视为是实现混合动力汽车高效运行的一种新型能量变换装置。然而,单级式多端口逆变器的端口电压输入不平衡会导致系统的电压矢量不对称,这使得的已有的功率分配方案无法直接使用,且传统的模型预测控制方案的损耗较高。在此背景上需要同时实现单级式多端口逆变器在不平衡端口下的功率分配以及电机控制也更为困难。为此本文以实现单级式多端口逆变器在不平衡端口电压下的交流测定子电流和直流侧的端口功率分配为研究目标,深入研究,主要工作内容如下: 针对在系统在不平衡端口电压下如何实现端口间的灵活功率分配并降低损耗以提高系统整体效率的问题,本文对单级式多端口逆变器的拓扑结构和工作原理进行研究,建立了该结构的端口功率模型。在拓扑结构上进行拓扑解耦,并以此为基础提出了线性功率分配方案。该算法针对单次的开关次数进行优化设计。通过预测系统的功率边界,搭建端口功率区间模型。根据功率边界比较进行区域判定,在判定区域内部依据线性函数控制功率分配,实现了端口的自由功率分配。仿真结果验证了所提方案的在不平衡端口电压可以实现自由功率分配,并降低系统10%的损耗,提高了系统整体效率。 针对系统如何同时实现交流测定子电流和直流侧的端口功率分配,本文设计了矢量控制系统和模型预测控制系统。矢量控制系统需要大量的比例积分参数整定,而模型预测控制中的最优矢量选择需耗费大量的计算资源。为了简化控制系统的设计以及提升整体系统的控制效果,本文在设计了混合预测控制方案,通过优化的预测控制实现电流控制,而端口的功率分配利用线性功率分配方案实现,这一方案避免了比例积分参数和权重因子的设定,减小了系统的计算负担,还优化了端口的功率纹波。仿真验证了所提出混合预测控制可以同时实现交流测定子电流和直流侧的端口功率分配,同时减小系统14.9%的计算负担和350W的端口功率纹波。 最后,本文搭建了单级式多端口逆变器系统实验平台对所提基于线性功率分配策略的混合预测控制系统进行了实验验证。实验结果表明,所提出方案能有效的提高系统的整体性能,且该方案避免了多种参数的设定和多余的开关损耗。

关键词： 永磁同步电机   滑模控制   抗干扰性能   广义比例积分观测器  

摘要： 永磁同步电机凭借着可靠性高、效率出色、结构简单、转矩/惯量比大以及体积小巧等优势,在大型地基望远镜,新能源电动汽车,机器人等领域得到了极为广泛的应用。由于永磁同步电机是一个高阶,强耦合,复杂且参数时变的非线性系统,传统的控制方法依赖于精确的数学模型,且易受外部干扰影响。因此很难在精度要求越来越高的情况下达到满意的控制效果。针对天文望远镜伺服系统中存在的传统滑模控制算法在有限时间内无法收敛和因为高增益导致的抖振现象的问题,本文主要通过研究终端滑模控制算法及高阶观测器技术来对永磁同步电机进行优化以此来提高电机的抗扰动性能和鲁棒性。本文主要的研究内容如下: (1)本研究首先分析了电机的基本特性,并详细剖析了永磁同步电机的结构特点与分类。接着,构建了一套系统化的数学模型,该模型包括定子电压平衡方程、磁链动态方程、转矩计算方程以及机械传动方程。在此基础上,重点探讨了磁场定向矢量控制策略,具体说明了三相静止坐标系转换为两相旋转坐标系的过程。同时,还详细解析了空间矢量脉宽调制(SVPWM)技术在功率器件开关控制中的实现原理。 (2)针对传统滑模无法在有限时间内收敛以及终端滑模的“奇异”现象,阐述了终端滑模算法的控制原理与发展情况,基于终端滑模控制算法原理,开展非奇异快速终端滑模控制算法的滑模面与趋近律设计工作,设计出非奇异快速滑模控制器,并借助Lyapunov稳定性理论对其稳定性予以分析,仿真和实验表明该方法提高了系统的动态性能。 (3)针对时变扰动对永磁同步电机控制精度产生负面影响以及滑模控制较高增益带来的抖振现象,设计广义比例积分观测器对外部扰动进行实时估计并将其前馈补偿到速度环并利用线性观测器的稳定性理论证明其稳定性,仿真和实验表明广义比例积分观测器在跟踪时变扰动的精度更高,并且能够有效缓解为保持强鲁棒性而选用过高增益带来的抖振问题。 (4)最后,通过对理论分析成果的深入研究,利用MATLAB/Simulink平台建立了基于永磁同步电机(PMSM)的转速闭环控制系统仿真模型。此外,还搭建了一个硬件实验平台,该平台依托DSP芯片(TMS320F28335)和FPGA芯片(EP3C40F324),旨在支持5.5k W等级的永磁同步电机运行。通过对比PI控制、滑模控制(SMC)、非线性快速终端滑模控制(NFTSMC)、以及NFTSMC结合广义比例积分(GPIO)复合控制的仿真与实验结果,可以明显看出,本研究提出的复合控制算法表现出了更快的响应速度、更优越的抖振效应抑制能力、快速的动态反应,以及卓越的抗干扰性能。利用快速傅里叶变换(FFT)的方法,对速度波动进行详细分析,与传统滑模控制相比,本文所提复合控制算法能够有效减少第1次、第2次、第6次和第12次谐波分量分别为65%、29%、60%和47%。这些改进显著降低了转速信号中的谐波成分,提高了平滑性及系统的抗扰动性。

关键词： 新能源汽车   永磁同步电机   转矩纹波   抑制策略  

摘要： 随着新能源汽车产业的快速发展，永磁同步电机作为主流驱动电机之一，受到广泛关注。然而，永磁同步电机存在转矩纹波问题，会造成振动噪声、能量损失等不利影响。该文分析新能源汽车永磁同步电机的工作原理，探究新能源汽车永磁同步电机转矩纹波的成因，并提出相应的抑制策略，如优化电机结构设计、改进控制算法，以提高新能源汽车驱动系统的整体性能，推动我国新能源汽车产业的可持续发展。

关键词： 智能电网   图像加密   混沌系统   伽罗华域   DNA计算  

摘要： 随着智能电网技术的不断发展与建设,通信技术在智能电网中的应用场景日益丰富,信息安全已成为智能电网发展过程中不可回避且至关重要的需求。在智能电网运行过程中,图像是传递信息不可或缺的载体,其中蕴含着大量直观且敏感的信息。为避免智能电网中敏感图像信息被非法获取,进而给国家和人民造成经济损失,甚至引发社会动荡和危及人身安全,针对智能电网不同应用场景下的图像信息设计相应的加密方法显得十分必要且意义重大。 针对智能电网中存储在互联网云端的图像,其具有存储数量大、存储时间跨度长的特点,因此对于这类图像的加密需要考虑到隐私性和可用性的平衡。本文通过在三维混沌系统上进行改进,得到了具有更佳混沌特性的四维超混沌系统,并基于该四维混沌系统提出了一种缩略图保持加密方法。与当前大多数通过置乱-替换结构的缩略图保持加密方法不同,本文提出的位级-像素级置乱结构避免了替换过程中因为大量使用伪随机函数而造成的低加密效率问题,实现了快速的缩略图保持加密。从而针对智能电网存储在互联网云端的图像能够实现隐私性和可用性的平衡调整,并且保证了良好的加密速度。 针对智能电网中需要实时传输的灰度图像,其具有安全性要求较高、传输间隔时间较短的特点,因此对于这类图像的加密需要在保证安全性的同时,提供良好的加密效率。本文通过在经典Lorenz混沌系统上改进,得到了能够呈现出超混沌状态的改进Lorenz混沌系统,并基于改进Lorenz混沌系统提出了一种结合图像金字塔结构置乱和伽罗华域扩散的图像加密方法。与当前大多数局限于单图像层的置乱方法不同,本文提出了一种基于图像金字塔结构的多层置乱方法,来增强图像加密的置乱效果。虽然基于伽罗华域GF(2～8)乘法运算的扩散方式高效且安全,但在加密像素值为“0”的像素点时效果欠佳。为弥补这一缺陷,通过将DNA计算融入基于伽罗华域运算的扩散过程中,实现了具有较高安全性和加密效率的加密效果。 针对智能电网中对于安全性要求较高的彩色图像,其具有存储信息丰富、密级高的特点,因此对于这类图像的加密重点在于提高加密方法的安全性。为提升图像加密的安全性,提出了一种具有单一吸引子的四维超混沌系统。该系统不仅具有广泛的超混沌特性,而且在参数变化时呈现出稳定的超混沌行为。通过动力学分析、敏感性分析和随机性测试验证了该系统的复杂混沌行为,能够提供充分敏感和随机的伪随机序列,其Kaplan-Yorke维数可以达到3.7591。基于该混沌系统,提出了一种结合围棋规则置乱和三维之字形扩散的彩色图像加密方法。引入围棋规则增强加密结果对混沌序列变化的敏感性,降低因混沌系统重构而导致加密方法被破解的风险。采用提出的三维之字形提取方法,在增强彩色图像不同通道之间关联性的同时,有效地破坏同一通道内像素点之间的相关性。 本文针对智能电网中存储在互联网云端的图像、需要实时传输的灰度图像和高安全等级要求的彩色图像,设计了不同的混沌系统和相应的图像加密方法,并通过相关实验进行了验证和分析。

关键词： 电动汽车   永磁同步电机   模型预测电流控制   参数辨识  

摘要： 近年来,随着“双碳”目标的推进与智能制造的发展,电动汽车已成为全球交通转型的核心方向,而驱动系统作为新能源汽车的关键支撑部件,其性能直接决定了整车的安全性、舒适性与能效水平。永磁同步电机(Permanent Magnet Synchronous Motor,PMSM)因其高效率、高功率密度与良好的调速特性被广泛应用于驱动系统中。但在实际应用中,永磁同步电机系统在实际运行中通常具有较强的非线性特征,参数易受工况变化影响,同时存在频繁的负载扰动和较高的多变量耦合性等问题,传统矢量控制方法在动态响应、稳态精度及抗扰动能力方面已难以满足高性能驱动需求。 本文针对上述问题,提出一种面向车用PMSM的多层次控制优化方案,结合有限控制集模型预测电流控制(Finite Control Set Model Predictive Current Control,FCS-MPCC)与在线参数辨识机制,构建了具有高鲁棒性与工程可实现性的控制体系。 首先,对传统单矢量(single vector model predictive current control,SV-MPCC)和双矢量(double vector model predictive current control,DV-MPCC)模型预测控制策略在电流纹波、稳态误差控制方面存在的局限性进行分析,针对电动汽车永磁同步电机驱动系统的高效能、高动态控制需求。基于电动汽车的宽调速工况与频繁负载扰动特性,本文设计了一种基于电流无差拍原理的三矢量模型预测控制策略(optimized three vector model predictive current control,OTV-MPCC)。该策略通过引入虚拟电压矢量扩展控制集合,构建参考电压与有效电压矢量之间的差值模型,结合自适应矢量筛选机制与占空比优化算法,增强了电压合成自由度,提高了控制精度。仿真与实验验证结果表明,所提OTV-MPCC策略能够显著降低d-q轴电流与转矩的脉动,提升系统的动态响应速度与稳定性。 在此基础上,考虑到车载电机参数受温度变化与磁饱和效应的影响问题,本文进一步研究了参数失配对FCS-MPC控制性能的影响,并构建了一种基于模型参考自适应系统(Model Reference Adaptive System,MRAS)的在线参数辨识框架。该方法通过建立可观测的参考模型与可调参数的估计模型之间的误差信号,实现对电机参数的动态跟踪与模型校正。为提升辨识系统的稳定性与精度,本文引入Huber损失函数以增强对异常值和噪声的鲁棒性,并设计了变步长梯度下降算法以提升辨识收敛速度与精度,避免因辨识矩阵欠秩或参数耦合引发的不稳定现象。所提出的改进型MRAS结构可实现对电感、电阻和磁链等核心参数的逐步辨识与在线修正,仿真结果显示该方案在多种工况下均表现出良好的收敛特性与辨识精度。保障了电动汽车在全工况范围内的驱动性能。 为验证所提控制策略与参数辨识方法的可行性与工程实用性,本文依托RT-LAB实时仿真平台搭建了半实物仿真系统,并开展了加减速、负载突变等典型工况下的验证实验。实验结果进一步证明,OTV-MPCC在动态性能和稳态控制精度方面较传统策略具有显著提升,MRAS辨识结构亦能稳定高效地完成参数跟踪与模型修正。整体系统在控制精度、响应速度与抗扰动能力方面表现优异,展现出良好的工程应用前景。

关键词： 永磁同步电机   电磁噪声   响应曲面法   转子辅助槽   遗传算法  

摘要： 提升永磁同步电机高速下的NVH(Noise,Vibration,Harshness)品质，是电机正向设计的重要一环。本文针对某新能源电动汽车永磁同步电机高速产生的高频啸叫问题，基于电磁力波的产生机理与有限元模型和响应曲面法对转子开槽参数建立响应面模型，采用多种不同开槽方式验证不同程度的降低峰值噪声，并且提高电机性能；利用遗传算法对结果进行多目标函数迭代优化，并添加评价函数筛选出符合条件的最优解，最终通过仿真验证设计方法的有效性。本文系统研究转子辅助槽对永磁同步电机噪声和输出性能的影响，计算结果表明新的辅助槽结构对峰值噪声降低了约11 dB，抑制效果显著，并且电机性能有不同程度提高。本文基于响应曲面法与遗传算法的转子开槽拓扑优化设计方法的研究，为电机正向设计提供参考。