关键词： 永磁同步电机   MTPA控制   两挡传动比优化   滑模控制   复合非线性反馈  

摘要： 永磁同步电机(PMSM)因其具有高效率和高功率密度的优点,被广泛用作电动汽车的驱动电机。驱动电机作为电动汽车上的主要电能消耗源,其运行效率对电动汽车续航里程有重要影响。设计一款节能高效且控制精准的电机驱动系统成为当前新能源汽车发展的重点目标。本文以车用永磁同步电机为研究对象,研究提高电动汽车电机驱动系统效率和提高系统调速性能的方法。全文主要研究内容概述如下: 首先,针对传统最大转矩电流比(MTPA)轨迹搜索算法不能在电机响应的动态过程跟踪MTPA轨迹的问题,提出一种基于电机组合参数的MTPA轨迹全过程在线跟踪控制策略。该方法在变步长搜索算法基础上,将电机稳态过程搜索得到的最优电流矢量角用于电机组合参数的计算,并将该参数用于动态过程计算电流矢量角,从而实现在电机响应的动态过程和稳态过程都能进行MTPA轨迹的跟踪。仿真结果表明该方法不依赖精确的电机参数,实现了电机运行全过程在线跟踪MTPA轨迹。 其次,针对电动汽车单挡电机驱动系统电机工作点不能集中在电机高效率区的问题,对两挡电机驱动系统进行了研究。根据汽车性能约束条件确定了两挡电机驱动系统的传动比范围,然后通过搭建电动汽车能耗仿真模型测试汽车在不同传动比组合和不同行驶工况下的电机能耗。为了找出在某一行驶工况下能耗最小时对应的最优传动比组合,使用麻雀搜索算法搜索最优传动比。仿真结果表明优化后的传动比提高了电动汽车电机驱动系统的工作效率,增加了汽车的续驶里程。 最后,针对传统滑模控制策略的抖振现象不利于电机节能,提出基于指数趋近律积分的改进积分型滑模控制策略,在零阶滑模面滑模控制器的基础上,通过对指数趋近律函数进行积分输出,消除了稳态误差并削弱了抖振,同时改善了系统动态性能。针对速度环数学模型不准确影响滑模控制性能的问题,建立了速度环二阶数学模型,并利用复合非线性反馈控制律动态地改变控制系统的阻尼比,构成基于复合非线性反馈的滑模转速调节器,仿真结果表明该方法有效的提高了系统响应速度和抗扰能力,并且削弱了抖振。

关键词： 海上风力发电   极端海况   结构可靠性   理论分析   实验研究  

摘要： 在全球能源需求增长和对可再生能源利用越来越广泛的条件下，海上风力发电是目前重要的研究课题。海上风力发电平台在设计和运用环节应重点考虑极端海况的影响，以确保结构的可靠性和安全性。文章通过理论分析和实验研究相结合的方法，对海上风力发电平台在极端海况下的结构可靠性进行详细分析，为海上风力发电平台的设计提供理论与实践支持。

关键词： 在线监测技术   智能电网   输电线路  

摘要： 阐述针对在线监测技术面临的挑战，包括器件依赖进口、供电方式限制、传感器性能不足以及智能算法的数据支撑问题，提出解决方案。通过加速度传感器、拉力传感器设备的应用，实现对输电线路运行状态的实时监测和数据分析。

关键词： 可再生能源   高空风力发电(AWE)技术   伞梯式陆基高空风力发电  

摘要： 【目的】高空风力发电（airborne wind energy,AWE）技术利用高空中风速更快、更稳定的特点，具有比传统地面风力发电更高的能源密度和发电效率。文章旨在探讨高空风力发电技术的发展现状与未来展望。【方法】论述了高空风力发电的技术路线，包括陆基和空基2种主要方式，并讨论了各自的技术挑战和发展现状。详细介绍了伞梯式陆基高空风力发电技术的工作原理、系统构成以及工程案例。伞梯式技术通过空中组件、牵引组件和地面组件协同工作，实现风能的有效捕获和转换。通过分析中国绩溪高空风力发电项目的具体实施情况，展示了伞梯式陆基高空风力发电技术的实际应用和效果。【结果】该项目成功实现了高空风能发电，在低空可达kW级发电且在5 km高空功率可达MW级，验证了技术的可行性和优势。【结论】绩溪项目证明该技术可行，其具有规模化、安全性高和资源利用率高的优势，风能转化效率高，可通过增加缆绳长度和调整放飞角度捕获高至千米以上的风资源。在风资源丰富的“三北”地区，该技术可在1 km高空实现MW级发电，并通过增加做功伞数量进一步提升发电等级，对新能源开发意义重大。

关键词： 同轴磁齿轮   增速型风力发电机   磁场调制   优化设计   有限元分析   BP神经网络   IGWO算法  

摘要： 针对当前垂直轴风力发电机存在的风能利用率低、损耗较高以及增速需齿轮箱导致体积大、成本高等问题,本文设计了两款高效能新型垂直轴风力发电机型:一是基于新型高效的Halbach阵列(NEH)的永磁直驱型风力发电机,利用NEH阵列充磁技术,提高了转矩密度和能量转换效率;二是新型增速型风力发电机,该发电机集增速齿轮箱与发电机于一体,具有结构紧凑、效率高,损耗小的优势。 本文主要研究内容如下: 1.提出一种新颖的NEH充磁阵列,并设计一台5kW基于此永磁阵列的永磁发电机样机来验证其优势:首先,确定该发电机的技术性能指标,采用Maxwell软件进行建模,开展其电磁性能的全面分析,进行了初步设计。其次,运用参数化扫描的方法对初步设计的样机进行了优化,并通过四种Halbach阵列的对比分析,验证了所提NEH阵列永磁发电机的损耗、齿槽转矩及空载反电动势畸变率最低。最后,计算了该发电机样机的效率,确定了轴径的最小尺寸,为后续的样机制作奠定了坚实的基础。 2.为了实现风电机组小型化目标,在NEH阵列永磁发电机设计的基础上,提出了集增速同轴磁齿轮与发电机于一体的新型增速型风力发电机。首先,阐述该发电机的拓扑结构,它包括定子、内转子、外转子,其中,内转子永磁体采用NEH阵列,外转子采用辐条式结构;外转子、定子齿槽、内转子构成磁齿轮箱实现增速;定子与内转子构成发电机。其次,将其分成磁齿轮与永磁发电机两个子系统,分析了新型增速型风力发电机的工作原理,以及在不同工况下的运行模式和能量流向。 3.对一台5kW新型增速型风力发电机样机进行初步设计:确定其技术性能指标,研究内、外转子的极对数配比原则,确定该发电机的内外转子极对数。利用电磁场有限元分析软件,寻找其最佳工作点,确定样机的初始结构尺寸并建模。分析电磁性能,找出初步设计中转矩脉动、空载反电动势及其畸变率的不足之处,为后续优化提供基础。 4.对初步设计的5kW增速型风力发电机样机进行优化设计,提出一种最优拉丁超立方采样-BP神经网络-改进灰狼算法(OLHS-BPNN-IGWO)的优化设计方法。确定优化设计方法及优化路线。针对初步设计的不足之处,确定优化目标及待优化设计变量,进行灵敏度分析。将IGWO应用于BPNN的训练过程以优化训练。仿真实验结果表明发电机性能得到有效提升,验证了所提优化设计方法的可行性与合理性。

关键词： 谐波抑制   电能质量   有源电力滤波器  

摘要： 本文针对电力系统日益严重的谐波污染问题，提出了一种基于谐波抑制技术的电能质量改善方法。该方法综合运用谐波检测、有源滤波、无功补偿和实时控制等技术，可有效抑制多次谐波，提高电能质量。通过在某化工厂10kV配电系统的实证研究表明，HSPQIM方法对5、7、11、13次谐波的抑制率均在80%以上，电压电流总谐波畸变率分别降至2.17%和4.86%，改善效果显著，验证了该方法的有效性和实用性。

关键词： 永磁同步电机   非周期性扰动   周期性谐波   滑模控制   指数趋近律   固定时间收敛   自抗扰控制   准谐振控制器  

摘要： 永磁同步电机(PMSM)伺服控制系统正逐步成为现代工业装备制造的核心组成部分,并在推动产业智能化升级方面发挥着越来越重要的作用。而随着技术需求的不断提升和应用场景的日益多样化,提高控制系统性能并增强其对内部与外部扰动的鲁棒性,已成为亟待解决的关键问题。本文以永磁同步电机伺服控制系统为研究对象,深入分析了参数不确定性、负载变化以及逆变器死区效应等周期性与非周期性扰动对系统性能的影响机理。针对这些干扰因素,采用滑模控制、自抗扰控制,并结合固定时间收敛和准谐振控制器等先进理论,设计了复合的控制方案。通过仿真与实验对比验证,设计的控制策略方案有效提升了PMSM控制系统速度环的跟踪性能和鲁棒性,并通过抑制电流环的周期性谐波增强了系统的抗扰能力。具体研究的工作内容包括以下四个部分: (1)围绕永磁同步电机的伺服控制展开系统性研究,涵盖理论建模、控制策略、仿真实验及硬件平台搭建等多个方面。首先,从PMSM的工作原理及其数学模型入手,构建了不同坐标系下的运动方程,并利用Clarke变换与Park变换简化控制模型。其次,深入分析矢量控制策略,结合逆变器工作原理,引出空间矢量脉宽调制(SVPWM)技术,并通过仿真验证控制方法的可行性和有效性。最后,搭建了PMSM驱动控制实验平台,完成驱动模块、编码器模块、电流采集模块及智能功率模块的硬件设计,并基于DSP与FPGA开发驱动控制器及相关程序。该实验平台为后续复杂控制策略的研究提供了坚实的实验条件支撑。 (2)针对永磁同步电机调速系统的控制策略展开研究,重点改进传统滑模控制算法的趋近律,并设计扰动观测器以增强系统的抗扰能力。首先,建立了考虑扰动因素的PMSM数学模型。其次,分析了传统PI控制器在参数依赖性和抗扰动性能方面的局限性,并针对滑模算法中传统指数趋近律存在的不足,从趋近项入手进行改进,提出了一种新型的指数趋近律,以提高系统的收敛速度并减少抖振影响。在此基础上,设计了基于改进趋近律的滑模速度控制器(NSMC II)。此外,为了补偿参数不确定性和负载变化等扰动,设计负载扰动观测器(LDOB),实现对扰动的实时估计与前馈补偿。最后,将设计的复合控制方案(NSMC II+LDOB),通过仿真实验与PI、SMC、NSMC I等方法进行对比分析,验证了其在速度响应、稳态精度和抗扰动性能方面的优越性。 (3)针对永磁同步电机伺服系统速度环的扰动抑制问题,提出了一种基于固定时间收敛滑模控制(FSMC)与固定时间收敛滑模观测(FSMO)的复合控制策略。首先,建立了考虑参数不确定性和负载突变等非周期性扰动的PMSM数学模型,并基于固定时间理论构建稳定系统。其次,设计FSMC控制器,使系统状态能够在与初始条件无关的预设时间内快速收敛,从而显著提升PMSM速度环的动态响应性能。进一步,为增强系统的抗扰能力并抑制滑模抖振,设计FSMO观测器,对总扰动进行实时估计,并对FSMC进行前馈补偿,以提高系统的鲁棒性和控制精度。最后,通过仿真与实验,将FSMC-FSMO方案与传统滑模控制(CSMC)及单独使用FSMC的方案进行对比分析,验证了所提方法在收敛速度、稳态精度和抗扰动能力方面的显著优势。 (4)针对永磁同步电机电流环的谐波抑制问题,提出了一种基于准谐振扩张状态观测器的自抗扰控制(QR-ADRC)方案,以提升系统对周期性和非周期性扰动的抑制能力。首先,建立了考虑逆变器死区效应和永磁磁通谐波影响的PMSM数学模型。其次,基于线性扩张状态观测器(ESO)和线性自抗扰控制律,设计了传统自抗扰控制器(ADRC);并进一步引入准谐振控制器,设计了基于准谐振扩张状态观测器(QR-ESO),通过误差传递函数波特图分析可以得出,相比于传统ESO仅在低频和高频处具备一定抗干扰能力,QR-ESO能够更精准地估计谐波干扰并进行补偿,从而提升电流环的动态性能和稳态精度。最后,通过仿真对比和实验验证,分析了QR-ADRC与传统ADRC在不同负载工况及参数失配条件下的抗干扰性能,验证了QR-ADRC在谐波抑制、动态响应和系统鲁棒性方面的有效性和优越性。

关键词： 数字孪生技术   智能电网   运检业务  

摘要： 结合电网智能化运检平台的运行机制，部署基于数字孪生的电网智能化运检平台，重点设计了电网智能化运检平台的实时量测感知、数字模型、数据驱动和仿真决策。将电网智能化运检平台应用于电力巡检业务中，实现了输变配一体化运行管理。研究表明，数字孪生技术在电网智能化运检业务的应用，推进了运维资源规范化配置，全面提升了电网智能化管控能力。