2023年1月7日下午15:00,恒爱精诚团队于线上准时召开了本学期第十一期读报活动。本次读报的同学为7位研一学生,杨淑英老师担任读报指导老师,全体研一同学旁听进行交流学习。
首先是王潘岚同学的读报分享,其读报题目为“基于曲线聚类-覆盖法的变电站无功优化配置”。文章针对电容器不等容分组设备频繁投切问题,提出一种基于曲线聚类-覆盖法的不等容分组优化配置方法。逻辑思路如下:首先根据变电站年负荷曲线求取年无功需求,通过k-means聚类算法将365条年需求曲线聚类成k条聚类曲线,补偿总容量即为曲线最大值,以无功失配面积最小为目标函数,在聚类曲线上进行电容器档位阶梯状曲线的最优覆盖,建立以投切次数最小、失配面积最小、投资成本最小的多目标无功优化模型,最后选择改进遗传算法对模型进行求解。具体来说,本文方案为提出一种基于曲线聚类-覆盖法的变电站无功补偿不等容分组优化配置方法,其优势为利用k-means聚类法将无功需求曲线进行聚类,为避免单一曲线代表性不足的问题,考虑各聚类曲线权值,在所有聚类曲线上进行最优覆盖计算。最优覆盖计算时,无功失配面积越小,电容器无功调节能力越好。并且为避免设备频繁投切、考虑电容器投切成本,建立了电容器不等容分组模型。但是,该方案的不足之处在于文章主要是从电容器投切的角度考虑对变电站无功的优化配置,但随着当下无功补偿装置种类的增加以及SVG等动态无功补偿装置的出现,对站内无功配置提供了新的选择,需要加入这类装置进行综合考虑。在分享结束后,杨老师和王潘岚同学进行了关于“无功数据不准如何解决”的交流,以及无功优化配置的如何调整,对文章方案的适用性问题进行了讨论。
图1 王潘岚读报题目
图2 王潘岚读报内容
接着是任印龙同学的读报分享,汇报题目为:“基于遗传算法的电流优化抑制内置式永磁同步电机转矩脉动”。读报从文章总述、背景介绍、解决方案、实验(仿真)验证、总结感悟五个方面进行。该文章针对永磁同步电机转矩脉动会产生机械振动和声学噪声这一问题,提出了一种新的基于遗传算法的谐波电流幅值和相位角优化来抑制转矩脉动的方法。文章思路如下:首先对考虑了永磁体磁链的空间谐波、定子电流的时间谐波以及齿槽转矩的永磁同步电机数学模型进行推导;其次根据遗传算法对谐波电流的幅值以及相角进行优化设计;最后搭建仿真模型以及实验平台对提出的方法进行验证。本文的优点是基于遗传算法的最优电流补偿能够有效减小永磁同步电机转矩波动,且不影响电机性能。缺点在于高速运行时,由于驱动系统的开关频率和采样频率的限制,该方法只适用于低速系统,而且需要精确的电机参数。读报结束后,杨老师希望同学们PPT的制作水平能够加强,并对文章在遗传算法获得优化时,实际转矩脉动无法测量的问题进行了探讨,思考用什么指令来衡量和观测转矩脉动的信息。
图3 任印龙读报题目
图4 任印龙读报内容
紧接着是张雨蕾同学的读报分享,题目为“基于有源中性点电压控制和共模电压抑制的三电平NPC逆变器虚拟空间矢量PWM”。该文章希望解决的问题有两个,一是VSVPWM中虚拟矢量配置的系数值很少,不能连续调整NPV的问题,二是在中虚拟矢量构造中所使用的基本矢量存在抑制CMV失败的可能性的问题。为解决这两个问题,文章通过不断调整虚拟矢量中配置的可变系数,在实现ANPVC的同时,将CMV降低到传统VSVPWM的一半以及分析等相位占空比法抑制CMV失效的潜在风险,给出了保证有效抑制CMV的变系数限制范围的研究思路。此外,文章的创新点有三个:一是通过调整新构造的虚拟矢量中配置的可变系数,在全调制度下对任意负载功率因数进行主动控制;二是通过比较NPV调整能力,IVSVPWM获得了更快的NPV调整速度;三是在采用等相位占空比方法优化输出电压序列时,发现CMV抑制失败,并通过限制变系数范围避免了CMV抑制的失败。最后杨老师和大家探讨了关于“共模电压是否受控,共模电压的谐波成分,谐波量的控制输出问题”的问题,并提出可以进行实际仿真来验证的建议。
图5 张雨蕾读报题目
图6 张雨蕾读报内容
然后是江潇辉同学的读报分享,读报题目为“LCL型并网逆变器电容电流比例积分正反馈有源阻尼对电网阻抗的高鲁棒性”。电容电流反馈有源阻尼方法是LCL并网逆变器中常用的一种方法,它通过仿真一个虚拟电阻与滤波电容并联来衰减谐振峰值。考虑到数字控制延迟,仿真分量与频率有关,当滤波器谐振频率高于采样频率的六分之一时,仿真的电阻变为负值,导致稳定性要求不一致。 因此由于电网阻抗的变化,滤波器的谐振频率会在很大范围内变化,导致逆变器的阻尼性能恶化,使得并网逆变器在电网阻抗变化的情况下容易产生不稳定。针对这一问题,文章提出了一种扩大正等效电阻频率范围的新思路,即采用电容-电流比例积分(PI)正反馈的方法,并将正等效电阻频率范围几乎扩大到了fs/2(传统方法最大扩大到了fs/3),并解决了系统在fs/6不稳定的问题。文章的不足之处在于必须使用一个附加的电压传感器,并且必须按照新的逆变器的设计程序重新设计参数。最后,杨老师希望同学们能够加强对文章的熟悉度,读报时加强对文章的理解,并和江潇辉同学讨论了文章的创新点以及该方案的不足之处,探讨了其他方案的可行性,并建议通过仿真来思考该方案在实际中带来的问题。
图7 江潇辉读报题目
图8 江潇辉读报内容
然后是孟令军同学的读报分享,读报题目为“基于方波电压注入考虑低开关频率时延的PMSM无传感器控制”。在低开关频率下,该论文提出了基于GD方法的SWVI延时补偿,以补偿估计位置的滞后角和高频响应电流的幅值误差。与电压延时补偿方法相比,本文方法是对无传感器控制系统的全局时延补偿,不局限于采样延时、PWM更新、计算处理等局部时延的补偿。同时,对SWVI方法诱导高频电流幅值中的滞后角也进行了补偿。所提出的延迟补偿有效地提高了电流性能,减小了位置估计误差。另外,采用余弦反解调信号代替传统的SWVI差分电流解调,降低了对采样误差的灵敏度,提高了无传感器控制系统对突发负载或速度瞬态的响应能力。方案优点在于同时提升了电流控制性能和位置估计精度,缺点是随Rs增大,位置估计误差波动大,鲁棒性有待加强。最后,杨老师对其读报分享进行了指导,对文章的误差估计的补偿精度问题提出了肯定,对延迟的改进是具有实际意义的。另外,杨老师希望大家对英文文献中的专业术语进行准确翻译。
图9 孟令军读报题目
图10 孟令军读报内容
然后是姚楠同学的读报分享,读报题目为“基于改进的三阶广义积分磁链观测器的永磁同步电机无传感器驱动”。文章研究的问题是由于积分初值、参数不匹配、转换器非线性、检测误差等各种非理想因素,传统的一阶积分器和低通滤波器对转子磁链的估计存在直流偏置和谐波。该论文为了减少转子磁链中的直流分量和高阶分量,提出了一种二阶广义积分磁链观测器,然而,它对直流偏置的衰减能力有限,为此提出了一种改进的三阶广义积分磁链观测器(TOGIFO)。该方案的优点为可以有效地消除估计转子磁链中的直流分量和高阶分量,而不会对基本波形的幅值和相位角产生负面影响,并且转子的位置和速度可以直接从估计转子磁链中提取。分享结束后,杨老师进行了点评:对文章的提到的误差来源因素进行了提问,此外,杨老师提出了两种研究思路,即在并网系统中,非线性的建模和如何进行离散域实现问题。
图11 姚楠读报题目
图12 姚楠读报内容
最后是蔡展鹏同学的读报分享,读报题目是“永磁同步电动机自适应时间尺度模型预测电流控制”。在传统模型预测控制中,采样周期、预测步长和控制周期的时间尺度相同,可能导致采样误差大、动态响应慢、硬件资源利用率不足、计算负担重等问题,基于此,本文创新性地提出了多时间尺度MPCC的算法结构。在有效判别运行工况的基础上,提出了不同运行工况下具有时间尺度自适应调整方法的MPCC,并通过IPMSM的实验结果验证了该方法的有效性和优越性。总体而言,所提出的MPCC可以改善d、q轴电流瞬态时的动态响应和跟踪性能,降低稳态时的转矩脉动、开关频率和计算量。但是,文章也有不足之处,体现在模型预测控制相比于传统PID控制,更依赖于参数辨识,实际应用中永磁同步电机的参数在运行过程中可能会发生变化导致预测的精度出现误差,影响控制效果,如果在该控制系统中加入观测器实时观测参数变化,应该能达到更好的控制效果。最后,杨老师就“文章公式中参数如何取值”的问题,进行了分享探讨,并启发和同步调制相结合的可行性。
图13 蔡展鹏读报题目
图14 蔡展鹏读报内容
本次读报活动中,7位研一同学进行了精彩的分享,在电力电子的各个领域,从不同维度带领大家感受了科研的魅力。在老师的殷切指导下,各位同学不仅获得了知识,更加强了科研思路的建立方法,还深化了对方案的适用性分析和思考的能力。在老师同学们的支持下,本次读报活动圆满结束。