双馈电机及驱动系统专题特约主编寄语

由于工业界对高可靠性和高性价比能量转换的持续需求,高性能电机及其驱动系统在很长一段时间内都会成为研究热点。与传统单端口电机相比,多端口电机具有更高效、更紧凑和运行方式更灵活等优点。双馈电机就是一种典型的多端口电机,由于其较小的功率变换器容量以及灵活的双电气端口配置,在过去的几十年中,该类电机受到学术界和工业界的普遍重视,并且已经在变速恒频发电和变频调速领域得到应用,其主要场合包括风力发电、船轴轴带发电、电力推进、抽水蓄能和电动汽车驱动等。近年来,各种形式的无刷双馈电机也相继出现,包括单定子和双定子无刷双馈感应电机、无刷双馈磁阻电机、复合转子无刷双馈电机以及开绕组无刷双馈电机等多种拓扑。由此可见,双馈电机的研究方兴未艾。然而,我国双馈电机本体设计及驱动技术迄今尚处在发展阶段,在结构和拓扑、分析和设计方法、控制策略、系统集成应用等方面均面临众多难题和重大挑战。

本专题根据目前国内的研究现状,结合国外的研究热点,优选了8 篇文章,系统梳理了国内外双馈电机及驱动系统的发展脉络,并结合具体的应用背景介绍了双馈电机本体设计、性能分析、驱动控制和系统集成应用等方面的最新进展,以进一步推动双馈电机及其驱动技术的发展。

论文《非理想电网下双馈风力发电系统运行技术综述》对谐波畸变、不平衡、电压跌落等非理想电网下的双馈风电机组运行技术进行了总结,对现有各类技术方案的运行原理、设计思路和相互关联进行梳理和比较,并对相关技术的发展趋势和潜在研究热点进行探讨和预测。论文《考虑损耗的无刷双馈风力发电系统功率反馈法最大功率点跟踪控制》是一篇技术性研究论文,基于传统的功率反馈法控制策略,充分考虑定转子铜耗、铁耗等功率损耗,提出了考虑损耗的无刷双馈风力发电系统功率反馈法最大功率点跟踪控制策略,通过修正的Steinmetz 方程获得准确的铁耗,通过分析发电机的功率流动确定精确的参考功率,实现了最大风能跟踪。论文《绕线转子无刷双馈电机多谐波联合起动过程中磁动势及性能分析》是一篇技术性研究论文,提出了一种多谐波联合起动绕线转子无刷双馈电动机结构,它通过改变电机定子绕组联结方式,使得励磁电流在气隙中产生基波磁动势以及与基波同转向的不同极对数谐波磁动势,从而共同作用来降低起动电流和增大起动转矩。论文《一种复合转子无刷双馈风力发电机直接功率控制研究》是一篇技术性研究论文,针对新型复合转子结构无刷双馈风力发电机功率绕组有功和无功功率的控制需求,按照控制绕组磁链所在扇区,采用查表方式确定控制绕组机侧变流器的电压空间矢量,进而对其最大功率跟踪及单位功率因数等进行有效的直接功率控制。论文《无刷双馈电机转子偏心对气隙磁场的影响》是一篇机理性研究论文,针对绕线转子无刷双馈电机,采用磁动势磁导法对定子侧两套不同极对数绕组产生的磁场进行分析,并建立转子偏心场路耦合模型,对偏心故障下气隙磁场进行计算,研究结果表明转子静、动偏心故障会引入新的空间谐波成分,转子动偏心故障还会引入新的时间谐波。论文《极对数组合形式对绕线转子无刷双馈电机性能的影响》是一篇机理性研究论文,以绕线转子无刷双馈电机等效电路为基础,针对两套定子绕组不同的极对数组合形式对电机性能的影响作了原理性分析,并进行了仿真和实验验证,结果表明以极对数较小绕组作为功率绕组的电机具有转子电流小、饱和程度低、运行范围广、功率绕组侧输出电压高和系统输出功率大等优点。论文《双馈风电场损耗最小化的有功无功协调优化控制》是一篇技术性研究论文,基于最优潮流模型,提出了一种适用于双馈风电场的有功无功协调控制策略,该策略能够在分配机组的有功和无功功率的同时降低双馈风电场的网络损耗、发电机损耗和变流器损耗,也可以根据调度中心的调度需求实现双馈风电场的降载运行,仿真结果表明所提出的优化控制策略在实现跟踪有功功率、分配无功功率的前提下,能够降低双馈风电场的内部损耗。论文《基于变功率点跟踪和超级电容器储能协调控制的双馈风电机组一次调频策略》是一篇技术性研究的论文,针对最大功率点跟踪模式下双馈风电机组功率输出难以响应电网频率波动、且无备用有功功率支撑电网频率控制的问题,提出了基于变功率点跟踪和超级电容器储能协调控制的双馈风电机组一次调频策略,相比传统超速减载控制预留备用容量的一次调频方式,它具有较强的经济优势,为储能装置在新能源机组渗透率逐渐加大的背景下提供了新的应用思路。

本专题稿件来自国内电力电子、理论电工、自动化、电力系统等相关领域的知名高校和科研院所。本专题的顺利完成离不开各位同行以及电工技术学报编委会和编辑部的工作。与各位专家的讨论极大地提升了专题文章的质量。从审稿专家到评审意见汇总,以及最后的定稿、修改和出版,编辑部始终认真负责。专题论文适合于电气工程、工业自动化、电信以及工程类的研究者阅读。由于本专题的容量限制,只介绍了双馈电机及驱动系统领域部分专家和学者的研究成果,敬请谅解。专题文章的出版期望能对广大研究人员和工程技术人员有所启发和帮助。最后,衷心地感谢各位作者、审稿专家和编辑部的辛勤工作。

2020 年2 月