基于动态虚拟电抗的虚拟同步机系统有功环电压动态补偿策略

为解决新型电力系统中的虚拟同步机(Virtual synchronous generator,VSG)在电网电压跌落时出现的功角暂态失稳和过电流问题,对采用VSG控制的并网换流器暂态控制策略进行了改进。为降低故障期间有功功率的参考值进而实现VSG的功角暂态稳定控制,根据VSG的功角特性、有功功率参考值与功角稳定性之间的关系,引入电压动态补偿,并利用相图曲线理论分析了控制策略参数选取对暂态稳定的影响。为限制故障发生瞬间和故障切除瞬间的冲击电流、保证故障期间VSG系统的暂态功角稳定、实现故障限流,提出了一种以指数形式变化的虚拟电抗模型,确定了虚拟电抗的投切参数。仿真实验结果验证了改进策略的有效性。

一种同步发电机同步电抗的测算方法

同步电抗是表征同步电机的重要参数,是分析同步电机运行性能的主要依据,获取同步电抗主要是通过实验方法测算。目前的实验测算法有操作控制不便、受人为因素影响产生误差大等诸多缺点,因此,本文根据同步发电机不同负载的工作特性、利用同步发电机的等效电路及空间相矢图,给出一种实用的不饱和同步电抗测算方法。对凸极式同步发电机的直轴同步电抗测算采用定子回路串三相对称电容负载的方法;对交轴同步电抗测算采用定子回路串入三相对称电阻负载的方法,最后将这种方法得到的结论推广到隐极同步发电机同步电抗的计算,二者结果相同,从而验证了这种方法的正确性,为用户正确、有效应用同步电机提供理论依据。

绕组节距对零序电抗的影响及零序电压存在性判断方法

图解了绕组节距对零序电抗取值的影响,归纳了零序电压是否存在的判断方法。主要结论请见本文结论部分。

不对称转子结构双轴励磁电机同步电抗计算

双轴励磁同步电机(双励机)具有高稳定性和深度进相运行能力,对于提升电力系统稳定性、抑制系统过电压具有重要意义。具有两相不对称正交转子绕组结构的双励机转子热负荷低、结构简单,但也导致其磁路结构与传统同步电机有很大不同,进而影响同步电抗的大小。本文建立了双励机的时步有限元模型,分析了励磁方式对励磁磁动势与运行工况对气隙合成磁动势,即对同步电抗的影响。采用两种方法计算了不对称转子结构双励机的同步电抗,对比研究了双励机与传统同步电机同步电抗的差异,揭示了不同励磁方式下双励机同步电抗随功角的变化规律。研究结果可为双励机的精确仿真计算提供理论依据。

基于VBR的永磁同步电机节点建模方法研究

大规模电力电子分布式电源与电力电子装置的接入将使电网特性逐渐电力电子化,进行电磁暂态仿真时,将电机模型采用节点法进行建模可以将其作为1个电路元件对整个电力电子系统整体进行建模仿真,提高了仿真效率。voltage-behind-reactance(VBR)建模方法通过将电机建模为电阻–电感–反电势的节点模型,具有直接的电机–外电路接口,但是该方法并不适用于转子结构不对称的凸极式永磁同步电机。针对该问题,文章首先推导基于扩展反电势的凸极式永磁同步电机的数学模型,并提出一种隐显式混合数值积分方法以解决该模型扩展反电势微分项求解的问题。对比了多种建模方法的准确性及运行效率,仿真结果表明,所提模型具有较高的仿真精度与运算速度,且在较大的仿真步长也能够保持稳定,可以准确、高效地应用于包含凸极式永磁同步电机的电力电子系统暂态仿真。

考虑调相机饱和参数的分阶段励磁控制优化策略

针对常规励磁控制在故障期间未能充分发挥调相机暂态无功输出能力和难以准确有效地支撑电网电压的问题,提出考虑调相机饱和状态下电机参数的分阶段励磁控制优化策略。首先,推导调相机暂态无功输出表达式,分析不同运行工况下饱和参数对调相机暂态无功特性的影响。其次,基于调相机参数与输出无功的数学关系引入考虑饱和参数的无功增量,分阶段优化励磁环节中内环电压参考值与外环PI控制。最后,建立锡盟-泰州特高压直流输电系统的无功控制模型,通过仿真验证励磁控制策略优化效果。研究成果为调相机的优化设计提供技术支撑,也对提高调相机的电网电压故障支撑能力和提升我国高压直流电网的电压稳定水平具有重要作用。

引入动态虚拟感抗的虚拟机协调控制策略

在交流微电网离网状态运行时,由于线路阻抗不平衡以及功率耦合等原因,传统虚拟同步机(VSG)控制往往存在着无功功率分配不均的问题。此处以VSG控制下的储能变换器为例,提出了一种引入动态虚拟感抗的VSG并联协调控制方法。该方法化简了传统VSG中的定子电压方程使其阻抗呈纯感性,通过引入动态补偿环节根据输出无功功率的差异调节感抗,最终实现了两台储能变换器无功输出功率的均衡。仿真和实验结果验证了所提方法的可行性和有效性。

凸极同步发电机输出功率影响因素的分析

不饱和隐极同步发电机的特点是直轴同步电抗与交轴同步电抗相等,但在凸极同步发电机中,由于两者不相等,功角特性的表达式有所不同。结合凸极同步发电机的稳态条件,利用发电机的模型推导直轴同步电抗、交轴同步电抗、电枢电阻对其有功功率、电磁功率计算公式,并结合银盘电站发电机的参数使用MATLAB软件进行仿真分析,仿真结果与理论分析相吻合,得出影响凸级同步发电机输出功率的结论。

永磁同步电动机电抗参数研究

永磁同步电动机电抗参数是电机性能分析和优化设计的重要依据。由于永磁同步电动机转子磁路结构多种多样,与普通同步电机有很大差别,电抗参数用现有计算方法难以计算准确,不仅导致延长研制过程、加大研制费用,而且使设计优化和性能仿真缺乏科学依据。本文利用ANSOFT软件对永磁同步电动机的交、直轴电枢反应电抗参数进行计算,计算结果与试验测试结果吻合较好,在此基础上总结出永磁同步电动机电抗参数的变化规律,为永磁同步电动机设计提供了依据。

双轴励磁同步电机同步电抗随运行工况的变化规律

双轴励磁同步电机(双励机)的高稳定性对建设高可靠性电网及保障要害区域的供电具有重要意义。而双励机转子上具有一套两相励磁绕组使得其磁路结构及同步电抗与普通同步电机存在差异。该文建立双励机的时步有限元模型,对比分析双励机与普通同步电机在饱和特性、磁场分布等方面的差异。采用两种方法计算双励机的同步电抗,研究了双励机单轴励磁和双轴励磁时,不同运行工况下同步电抗的差异;重点分析双励机双轴励磁时,分别选取励磁绕组轴线和励磁合成磁动势位置作为直轴时,同步电抗随功角的变化规律。最后,通过双励机模型机实验验证了计算结果的正确性。研究表明:双励机的同步电抗明显小于普通同步电机;双轴励磁时,选取不同直轴会导致同步电抗随功角的变化规律不同。

大型水轮发电机阻尼条数对电磁参数和附加损耗的影响

针对大型水轮发电机稳态运行时阻尼条根数的变化对附加损耗的影响,以五强溪电站水轮发电机为例,结合发电机结构的对称性,给出相应的求解域和数学模型,利用有限元方法,计算水轮发电机在稳态运行时,极靴表面阻尼条分别为6根和8根2种结构下的电磁场。在此基础上,计算稳态运行时极靴表面2种结构的直、交轴同步电抗和直轴瞬态电抗,稳态运行时,阻尼条增加2根后对直轴和交轴同步电抗和直轴瞬态电抗影响均不明显。将计算结果与实验值进行比较,计算结果满足工程实际要求。此外,计算2种结构下空载和负载时的附加损耗,结果表明阻尼条根数增加,空载额定电压时极靴表面的附加损耗略增加,定子绕组高次谐波在极靴表面产生的附加损耗略小。

基于绕组函数法的分数槽集中绕组永磁同步电机电感参数研究

利用绕组函数法量化分析分数槽集中绕组永磁同步电机相对于整数槽绕组电机的自感与互感特性,并推导出通用性规律,得出不同每极每相槽数时分数槽集中绕组永磁同步电机电感参数与同极数整数槽绕组的比值规律。利用有限元分析工具对该类绕组永磁同步电机的交直轴同步电抗进行分析,总结内置式转子磁极结构、带极靴表面式转子磁极结构分数槽集中绕组永磁同步电机的凸极率特性,并通过实验对计算结果进行验证。

计及双因素非线性影响的汽轮发电机同步电抗的计算方法

汽轮发电机不同负载运行条件下的气隙电势与合成磁势的关系是与空载特性之间存在明显差异的一个曲线族。这种差异主要是由磁路饱和与磁场畸变双因素非线性共同作用引起的。该文以有限元方法为工具,研究不同功角时计及双因素非线性的定子绕组电感系数随转子角变化的特点,并比较分析其与不计饱和值之间的差异。提出一种通过寻求随转子角变化的定子电感矩阵的特征值来获取同步电抗的方法,该方法不仅能考虑双因素非线性和转子的运动,还能充分考虑定子电感系数的特点。用该方法计算的同步电抗都比制造厂给出的参数要小。计算定子电流的实例研究表明,用计及双因素非线性的同步电抗的计算结果与直接采用有限元方法的计算结果更接近。

三段圆弧极靴大型凸极同步电机的稳态电抗计算

介绍了用电磁公式和有限元两种方法计算具有３段圆弧极靴磁极的大型凸极同步电机稳态电抗，并以北京十三陵抽水蓄能电机为例进行了实算。首先，通过直轴和交轴磁场和磁路的计算确定同步电抗ｘｄ和ｘｑ；而后通过有限元计算，从负载运行状态下的磁场中获得同步电抗；最后对不同方法的结果进行了对比分析，并对直、交轴的耦合电抗也进行了分析计算。

同步发电机不对称运行工况阻尼绕组电流的计算

现代水轮发电机都装设阻尼绕组,阻尼绕组电流计算的准确程度会直接影响到发电机运行性能的研究。尤其在发电机不对称运行时,阻尼绕组受负序磁场所感生的电流会对发电机的运行性能产生很大的影响。因此在研究发电机不对称运行工况时,如何准确计算阻尼绕组电流就显得尤为重要。该文利用场路耦合法计算了同步发电机在极端不对称运行工况下的阻尼绕组电流。通过建立阻尼绕组端部数学模型,考虑了端部磁场非线性对阻尼绕组电流的计算结果所带来的影响。同时也利用传统对端部磁场的处理方法计算了同步发电机不对称运行时的阻尼绕组电流。利用1台可以直接测量阻尼绕组电流实时值的试验样机对2种方法的计算结果分别进行了验证。结果表明,当发电机端部磁场饱和比较严重时,例如发电机极端不对称运行工况,该文的计算方法更适用于阻尼绕组电流的计算。

转子导磁导电槽楔材料对汽轮发电机参数和转子表面损耗影响的研究

在电机定子或转子的槽楔上采用磁性槽楔材料,可以提高电机的效率。该文以150MW空冷汽轮发电机为例,提出了在发电机转子开口槽内嵌入一种高强度的导磁导电的Fe-Cu合金槽楔替代通常的铝合金或硬铝槽楔,通过建立该发电机二维电磁场数学模型,基于时步有限元法计算了发电机转子采用铝合金槽楔和导磁导电槽楔时转子表面损耗,研究了采用两种不同材料时转子表面附加损耗分布和定子铁心铁耗数值的变化,对比了两种不同槽楔时发电机的饱和电抗值。转子采用导磁导电的Fe-Cu合金槽楔,发电机的饱和同步电抗相对于铝合金槽楔对应的饱和同步电抗减小、短路比增加,发电机气隙内谐波含量降低。此外,采用Fe-Cu合金槽楔材料的强度要好于铝合金槽楔强度。

每极每相槽数小于1的永磁直线同步电动机负载特性及其参数的有限元分析

永磁直线同步电动机(Permanent magnet linear synchronous motor,PMLSM)采用每极每相槽数小于1(q<1)分数槽结构,解决了运行的平稳性,这种直线电动机的高推力密度特性是PMLSM设计分析的关键问题。基于此,为了分析PMLSM的负载特性,建立基于二维磁场方程的PMLSM有限元分析模型。采用开放边界条件,将边端漏磁对PMLSM的影响加入有限元模型中去,提高了分析精度。从时空相量图出发,设定q<1分数槽绕组的三相电流分布,采用松弛因子法调节α角,对PMLSM额定负载推力进行迭代计算,得到采用瞬时电流法计算的PMLSM负载特性及其参数。同时对试验样机进行参数实测,将有限元计算结果和实测结果进行比较。结果表明,有限元分析模型能够确定PMLSM的负载特性,并获取PMLSM的参数以及功角特性,交、直轴同步电感参数对PMLSM的运行控制具有很大参考意义。

基于耦合电抗的内置式永磁同步电机凸极率及失步转矩算法研究

凸极率和失步转矩是内置式永磁同步电动机的重要参数,凸极率的大小影响电机的牵入同步能力、转矩密度等多项性能指标,失步转矩大小直接反映电机过载能力的高低。提出采用直交轴磁路耦合电抗的电机凸极率和失步转矩算法,研究相应的测试理论,应用有限元法分析直交轴磁路耦合电抗,由等效的电压电流相量状态下的数据处理,构建了稳态状况下相关参数的测试平台,进而分析采用直交轴磁路耦合电抗的电机凸极率和失步转矩的测试方法,最后通过试验对算法进行验证。

长定子直线同步电动机轨道空间处的电枢反应电抗和谐波漏抗

介绍了长定子直线同步电动机轨道空间处定子磁场的特点,提出了轨道空间处电枢反应 电抗和谐波漏抗的计算方法,并以磁悬浮列车Transrapid-08为例,验证了该法的正确性。

永磁同步电动机电磁参数的有限元分析

建立了永磁同步电动机漏磁系数和交直轴同步电抗的场路结合数学模型,并利用M axwell 2D软件的参数化分析工具对永磁同步电动机的空载漏磁系数和交直轴同步电抗进行了计算,得出了这些参数随电机结构参数的变化曲线。在此基础上,总结了永磁同步电动机电抗参数的变化规律,为永磁同步电动机的优化设计提供了一种非常直观有效的方法。