瞬态运动电磁问题的时步有限元方法研究

从处理瞬态运动电磁问题的基本方法出发,对已有的研究方法进行了总结。通过引入流体动力学中的概念,将处理电磁运动问题方法分为欧拉描述和拉格朗日描述,推导了两者之间的关系。给出了两种描述下的涡流场控制方程,指出了速度项对涡流项的影响。验证了拉格朗日描述下,转子运动后对其刚度矩阵的影响。由于欧拉描述和拉格朗日描述存在各自的缺点,采用欧拉描述和拉格朗日描述相结合的时步有限元法来处理含运动导体的涡流问题。以一台三相异步感应电机为例,分析其空载起动过程。通过计算得到定子三相电流、电磁转矩、电机转速随时间的变化关系,很好地验证了该方法在处理此类运动问题的有效性。     

组合网格法在电磁-机械耦合问题中的应用

将组合网格法应用于电磁-机械耦合问题的分析，用粗网格剖分空气及源电流区，用细网格剖分运动导体区。该方法克服了常规一套有限元网格计算该类问题时需要网格重剖的麻烦。讨论了组合网格法的算法实施具体步骤，粗细网格间采用有限元方法反复迭代计算，粗网格的计算值通过插值矩阵映射到细网格的边界上，之后粗网格的场量通过细网格上计算的余量进行校正。指出由于网格不匹配产生的非协调误差和误差减小方法。在每一时间步，不需重新剖分而只需修改细网格的节点坐标值即可实现导体的运动。计算结果与TEAM标准问题28的实验结果进行比较得到了较好的一致性，验证了算法在处理该类问题时的有效性。     

径向基无单元算法求解二维运动导体涡流电磁问题

将径向基点配置法应用于求解运动导体涡流电磁问题,提出一种基于运动坐标系的叠加径向基点配置算法来求解描述瞬态涡流磁场的对流扩散麦克斯韦方程。求解域内的磁场被视作由激励电流与感生涡流2种电流所产生磁场的叠加,并在运动坐标系下分别用径向基函数来拟合,根据径向基点配置法的控制方程呈线性这一特点,对其进行解耦并构造时域迭代来求解。这样就把导体的运动转化为坐标系之间的相对运动,迭代过程中在各自坐标系下的径向基模型始终保持不变,避免了因导体运动造成的模型重铸。为了验证该算法的有效性,求解了基准问题TEAM workshop problem 28以及一个电磁线圈弹射系统的动态过程,所得结果与文献中的实验结果相符合。     

组合网格法及其在电磁问题中的应用

提出了应用组合网格法解决电磁问题的思想。论述了该方法的基本原理和计算步骤,将计算结果与单套网格的计算结果比较,总结了该方法应用过程中应注意的问题。指出了当粗细网格材料不同时应在细网格区域外加一层粗网格区域的材料,从而提高解的精度。将该方法应用于一个运动电磁问题,证明了它的有效性和准确性。     

感应线圈炮性能的场路结合分析

线圈炮性能分析对于线圈炮的实验研究和电磁结构优化非常重要。本文使用电流丝模型对线圈炮进行路仿真,电流丝模型将线圈炮控制方程归结为非线性变系数常微分方程组的初值问题,路模型易于编程实现,从中可发现系统性能对可变参数的依赖关系。使用组合网格法建立线圈炮场模型,组合网格法使用两套相互独立的网格对场域进行离散,克服了常规有限元法在处理运动电磁问题上需要重剖分的麻烦。文中使用路模型和场模型相结合的方法对三级同轴感应线圈炮进行了仿真,实现了对线圈炮这类复杂的运动导体涡流场的三维场分析,获得了线圈炮发射过程中空间磁场分布和电枢涡流分布。通过对比两种模型的仿真结果,证实了它们的一致性和有效性。     

应用混合有限元法有限体积法处理运动电磁问题

提出应用混合有限元法有限体积法处理运动电磁问题,讨论了运动电磁问题控制方程的特性,阐明了Galerkin有限元法离散格式的误差估计,说明了一般Galerkin有限元法处理对流占优型对流扩散方程时解的不稳定性.结合应用数学领域中处理对流扩散方程的方法,提出了用有限元法离散控制方程的扩散项,而用有限体积法离散控制方程的对流项,同时在对流项的离散中引入迎风思想以消除解的振荡.应用这种方法计算了一个简单的运动问题,结果表明该方法可以很好的处理运动问题.     

基于LabVIEW的异步电机动态模型仿真研究

从传统异步电动机动态数学模型出发,建立了异步电机在静止正交坐标系下的仿真模型。分别利用Matlab／Simulink和LabVIEW软件对数学模型进行了仿真,仿真数据包括定子电流,电磁转矩和转速。仿真结果验证了LabVIEW在异步电机仿真中的准确性和稳定性。该仿真模型还可以根据电机实际参数进行修改。因此,该模型可以方便地应用于交流装置、异步电机及其交流传动系统的稳态、动态过程的研究。     

并网逆变器3种线性电流控制策略对比分析

针对并网逆变器中的电流控制,对比分析了3种典型的线性控制策略。首先介绍了3种不同坐标系下电流控制策略的结构、特点。然后利用频谱搬移理论揭示了dq同步旋转坐标系控制的本质,并推导出了其在αβ静止坐标系下的等效结构;同时,从稳态精度、动态响应和抗电网扰动方面对3种控制策略的性能进行了理论分析。最后在MATLAB中进行仿真验证。理论分析和仿真表明,dq同步旋转坐标系控制和αβ静止坐标系控制在稳态精度、谐波含量、抗电网扰动方面的性能明显优于abc自然坐标系控制,而三者的动态性能差异细微。     

三相交流系统动力学及VSC接入问题研究

该文在经典力学的理论框架下,完成三相交流电力系统的动力学建模。使用克拉克(Clark)变换将三相节点的电压和磁链变换到复数域,选择节点的电压和磁链分别作为动力学系统的速度和位置,得到系统的拉格朗日函数,进而使用变分原理获得静止坐标系下的系统动力学方程。推导同步旋转坐标系中的系统微分方程,并对瞬时无功的物理意义做出解释。该文是对交流电力系统力学化的一次有益尝试。在实际应用方面,基于动力学的观点,对VSC接入弱交流电网的稳定控制问题,提出一种有效的解决方案。     

三相并网逆变器比例谐振控制及其网压前馈问题分析

静止坐标系下的比例谐振控制因其具有对特定频率响应速度快、不存在耦合项并易实现谐波补偿这三个显著特点得到了广泛的关注,并被应用于多种分布式发电系统当中。本文对静止坐标系下的比例谐振控制进行了说明与分析,同时针对比例谐振控制的特点,提出了一种带有比例系数的正序网压前馈控制方法。该方法通过引入正序网压前馈环节,相比传统的比例谐振控制方法进一步提高了系统的动态响应能力,在逆变器公用接入点(PCC)电压畸变的情况下,正序网压前馈环节降低了网压畸变对并网电流造成的负面影响,并得到了实验的验证。     

有限元法与有限体积法相结合处理运动电磁问题

提出了应用有限元法与有限体积法相结合处理运动电磁问题。运动电磁问题控制方程的特性是方程中不仅有二阶导数项,还含有一阶导数项,且一阶导数项的系数很大。处理这类问题的关键是如何离散一阶导数项。阐明一般Galerkin有限元法离散格式的误差估计,说明一般Galerkin有限元法处理对流占优型对流扩散方程时解的不稳定性,当局部Peclet数较大时,Galerkin有限元法求解会使结果产生明显的振荡。在比较了有限元法与有限体积法各自优点的基础上提出将这2种方法相结合处理运动电磁问题,同时,在对流项的处理中还引入了迎风格式以消除数值解的振荡。对简单的一维问题分别应用解析法和数值法计算,从而说明了文中提出的方法的正确性和高效性。应用该文方法计算了一个简单的运动问题,结果表明这种方法可以很好地处理运动电磁问题。     

基于无网格法的电容层析成像正问题的仿真研究

ECT(电容层析成像)技术是自20世纪90年代发展起来的新型检测技术,它包含正问题及逆问题,目前普遍采用有限元法对正问题进行求解。EFGM(无网格伽辽金法)是近20年发展起来的无网格法中最常用的一种,它采用移动最小二乘法构造形状函数,获得问题的弱变分形式,并用拉格朗日乘子法施加边界条件,从而得到数值解。该法只需节点信息,无需网格单元。该文首次利用无网格法对电容层析成像正问题进行求解,仿真研究表明,该方法与有限元法相比具有精度高、处理方便等优点。     

对偶有限元法计算电磁参数的研究

本文导出了二维线性涡流场中通过直接求解场强(?及?)来计算电磁参数上、下界值的对偶有限元离散格式,提出了一种斜铁磁边界上及角点处磁场强度的给定方法,指出了出现上、下界颠倒现象的原因.通过计算实例表明,将对偶有限元法应用于工程实际问题尚有一定困难.     

基于云计算的电磁问题并行计算方法

针对电工装备性能分析与优化所需的易用高性能计算问题,使用云计算技术搭建了弹性集群,实现了典型电磁问题在弹性集群中的并行计算。使用虚拟化技术将计算机资源整合为资源池,搭建并部署了可实现弹性计算的云平台及并行计算所需的弹性集群。计算节点通过千兆路由器相连,节点之间使用SSH通信协议。选取感应电机和变压器作为计算案例,使用Fortran编写静磁场计算程序。对云计算的并行架构Open Mpi与Map Reduce进行了分析研究,使用Open Mpi并行化方法实现了数百万计算节点的并行计算。并通过与商业软件计算结果的对比验证了计算的正确性。研究结果表明,可在云计算的弹性集群上使用Open Mpi实现大规模并行计算。相比超级计算机提供的并行计算方案,本文使用云计算建立的弹性机群具有便捷、按需、可配置的优点,这为高性能计算提供了一种更易获取、易用的解决方法,为开展复杂真实机构的集成计算提供了高性能计算的理论和实践依据。     

10kV链式SVG的谐波控制策略仿真研究

正分析了10 kV链式SVG的数学模型,在谐波旋转dqn坐标系下的基础上对其谐波控制策略进行了研究。结合SVG的大电抗特点,提出了一种新型SVG特定次谐波补偿的简化算法。介绍了此种谐波算法的原理与实现方案,最后进行了PSCAD仿真分析,仿真结果表明,该控制策略具有良好的动态响应。随着电力电子器件的广泛应用,电能质量问题日益突出,主要体现在电压波动、功率不平衡及谐波含量大等现象。目前,高压系统无功补偿、谐波补偿是分开的。无功补偿主要有SVC(以晶闸管为功率器件)、SVG(以全控型器件为功率器件);谐波补偿主要     

电网电压不平衡时三电平整流器静止坐标系控制研究

电网电压不平衡时,传统的整流器控制方法性能良好,但计算和控制复杂。和传统方法相比,文章采用的方法不需要对电网电压进行旋转变换和相位检测,也不必提取控制变量的正负序分量,从而有效降低了系统计算的复杂性和延迟。通过分析静止坐标系下的三电平整流器瞬时功率,在保证直流侧电压稳定及交流侧单位功率因数的条件下算得电流指令值。针对该控制方法,在Matlab/simulink数字仿真环境下对其进行了离散化仿真,实现了电网电压单相跌落或者有谐波时,直流母线电压基本稳定及交流侧电压电流同相位。     

感应电机全阶磁链观测器设计及其控制性能对比分析

针对以往在感应电机无速度传感器矢量控制中,全阶磁链观测器均是以静止坐标系下状态变量进行设计的,其基于欧拉法的离散化过程估算误差大,若采用梯形法、双线性法或龙格-库塔法,估算误差有所减小,但计算过程复杂,不适宜工程应用。提出以同步旋转坐标系下的定子电流和转子磁链作为状态变量来设计全阶磁链状态观测器,其离散化过程采用工程上常用的欧拉法,计算量小。同时给出了基于两种坐标系下全阶磁链观测器转速估算自适应律设计方法。仿真分析和实验结果对比表明,在低速和高速状态下,同步旋转坐标系下设计的状态观测器电流和转速估算准确快速,可以明显提高系统控制的精确性和实用性。