具备内部故障仿真能力的永磁同步发电机电磁暂态建模与仿真方法

对永磁同步发电机(PMSG)内部定子绕组故障的精确建模与仿真有助于设计有效的状态检测系统和控制保护策略。首先对PMSG内部故障特征进行分析和详细的数学推导,给出了适合电磁暂态(EMT)建模的状态空间形式的动态方程。进而提出了一种PMSG内部故障EMT建模与仿真方法,并推导出其等效电路。利用MATLAB对推导出的方程进行了数值计算迭代求解,并在PSCAD/EMTDC中搭建了PMSG测试模型,与数值计算结果进行分析和对比验证。分析结果表明,PMSG内部故障会在短路路径中产生较大的循环故障电流,但是从发电机外部特性很难判断是否发生内部故障。对比验证结果表明,所建立PMSG内部故障EMT模型可准确反映内部故障特征,验证了所提建模方法的正确性。

基于等效电路模型参数计算的光伏组件隐裂故障诊断方法

基于等效电路模型参数计算,提出一种光伏组件隐裂故障诊断方法。通过分析隐裂、热斑、电势诱导衰减(PID)和老化故障的产生和演化机理,研究不同故障对光伏组件输出特性的影响作用、模型参数的变化规律及其差异性。建立包含正/反向特性的光伏组件等效电路模型,根据模型参数计算结果,确定故障诊断特征量,提出隐裂故障的诊断方法。实验结果表明:所得光伏组件等效电路模型参数计算结果能够较高精度地拟合实验获得的I-V特性曲线;所确定的故障诊断特征量能够有效表征隐裂的发生和演化过程;所提故障诊断方法能够实现可靠的隐裂故障原因判定和程度估算。

计及尾流效应的风电场短路故障动态等值建模

快速、准确分析大型风电场短路特性具有重要的工程应用价值,而尾流效应影响下风电场各机组短路特性差异大,需建立风电场短路故障时等值模型.提出一种考虑尾流效应影响的风电场短路故障动态等值方法,首先定义尾流效应因子反映机组受尾流效应影响程度,并采用尾流效应因子作为分组依据,缩小尾流效应影响下组内各机组运行状态差异性.为提高非对称短路故障下的等值模型有效性,分析风电场短路时正、负、零三序网络的构成,提出适用于零序集电网络的等值方法,搭建平台并加以验证.仿真结果表明,该风电场短路故障动态等值模型能准确反映尾流效应影响下风电场有功、无功短路输出特性.

大规模光伏经柔性直流送出系统交流侧故障穿越特性分析及参数优化

为研究大规模光伏经柔性直流送出系统交流侧故障对系统故障穿越期间直流电压、有功功率等的影响,提出了基于等效受控电流源模型的建模分析方法。首先,定性分析了大规模光伏经柔性直流送出系统交流故障穿越特性,将送端交流侧故障对柔性直流系统直流电压的影响间接转化为系统有功功率特性研究。然后,基于故障期间光伏侧逆变器和送端换流站运行控制特性建立了全系统等效受控电流源模型,探究了光伏侧逆变器电流设定值和送端换流站电流限幅值对有功功率传输特性的影响,进而提出了故障期间光伏侧逆变器和送端换流站电流参数的优化设计方法。最后,通过PSCAD/EMTDC仿真验证了所提方法的有效性。

Iterative Learning Fault Diagnosis Algorithm for Non-uniform Sampling Hybrid System

For a class of non-uniform output sampling hybrid system with actuator faults and bounded disturbances,an iterative learning fault diagnosis algorithm is proposed.Firstly,in order to measure the impact of fault on system between every consecutive output sampling instants,the actual fault function is transformed to obtain an equivalent fault model by using the integral mean value theorem,then the non-uniform sampling hybrid system is converted to continuous systems with timevarying delay based on the output delay method.Afterwards,an observer-based fault diagnosis filter with virtual fault is designed to estimate the equivalent fault,and the iterative learning regulation algorithm is chosen to update the virtual fault repeatedly to make it approximate the actual equivalent fault after some iterative learning trials,so the algorithm can detect and estimate the system faults adaptively.Simulation results of an electro-mechanical control system model with different types of faults illustrate the feasibility and effectiveness of this algorithm.

Equivalent model of multi-type distributed generators under faults with fast-iterative calculation method based on improved PSO algorithm

There are various types of distributed generators (DGs) with different grid integration strategies. The transient characteristics of the fault currents provided by the DGs are different to those of conventional synchronous generators. In this paper, a distribution network with multi-type DGs is investigated, including consideration of DG low-voltage ride through (LVRT). The fault current characteristics of two typical DGs, i.e. an inverter-interfaced distributed generator (IIDG) and a doubly-fed induction generator (DFIG), are analyzed, considering the specific operation modes. Based on analysis of the fault characteristics, an equivalent model of the multi-type DGs under symmetrical/asymmetrical fault conditions is established. A fast-iterative fault calculation method for enhancing the calculation efficiency while avoiding local convergence is then proposed using an improved particle swarm optimization (PSO) algorithm. A simulation system of the distribution network with multi-type DGs is established in PSCAD/EMTDC. The simulation results validate the high accuracy and calculation efficiency of the proposed calculation method of the fault components. This can assist in the settings of the protection threshold.

An alternative construction of normalized seismic design spectra for near-fault regions

This paper presents a methodology for constructing seismic design spectra in near-fault regions. By analyzing the characteristics of near-fault pulse-type ground motions, an equivalent pulse model is proposed, which can well represent the characteristics of the near-fault forward-directivity and fling-step pulse-type ground motions. The normalized horizontal seismic design spectra for near-fault regions are presented using recorded near-fault pulse-type ground motions and equivalent pulse-type ground motions, which are derived based on the equivalent pulse model coupled with ground motion parameter attenuation relations. The normalized vertical seismic design spectra for near-fault regions are obtained by scaling the corresponding horizontal spectra with the vertical-to-horizontal acceleration spectral ratios of near-fault pulse-type ground motions. The proposed seismic design spectra appear to have relatively small dispersion in a statistical sense. The seismic design spectra for both horizontal and vertical directions can provide alternative spectral shapes for seismic design codes.

计及零直流电压控制的混合型MMC-HVDC输电系统短路电流计算方法

混合型模块化多电平换流器通过零压控制限制直流侧故障电流,为准确分析计算故障后直流侧电流,考虑不同阶段控制系统作用建立其等值模型,并设计故障电流求解计算方法。在零压控制前,构建混合型MMC的串联RLC等值模型,利用受控电流源表征交流馈入能量对故障电流的影响;在零压控制后,分析上下桥臂电压动态调整对故障电流的影响,构建相应混合型MMC等值模型提高计算精度。采用状态空间方程计算2个阶段的直流短路电流,通过电容电压置零来计及零压控制后子模块投切引起直流侧电压复零的特性。基于MATLAB/Simulink仿真平台搭建了双极混合型MMC直流输电系统,在不同工况下通过与详细电磁暂态仿真结果对比,验证了所提短路电流计算方法的准确性。

有铁心永磁直线电机初级匝间短路故障分析

在有铁心永磁直线电机(permanent magnet linear machines,PMLM)初级匝间短路故障分析中,对初级短路环电流的分析十分重要。该文提出采用磁动势–气隙磁导模型与电枢绕组故障等效模型结合的解析方法,计算任意初级位置发生的匝间短路故障短路环电流。首先根据永磁、电枢磁动势与开槽情况下的气隙磁导函数分别计算通过短路环的永磁、电枢磁链,然后通过矢量合成法得到短路环中的实际磁链以及瞬时短路电流。基于有限元方法证明解析法的正确性并探究不同短路故障匝数、不同短路故障位置对电机性能如短路环电流、相电流、推力的影响。最后制造一台样机验证有限元分析、解析法计算结果的正确性。

基于增量容量曲线的锂离子电池微内短路故障诊断方法

锂离子电池内短路极易引发热失控事故,有必要尽早检测出锂离子电池内短路故障。然而锂离子电池在内短路故障发展的初始阶段,短路电阻阻值较大,难以被识别诊断。本工作提出了基于锂离子电池IC曲线的电池微内短路故障诊断方法。当电池发生内短路故障时,部分充电电流会流过短路电阻而不是参与锂离子电池内部电化学反应,因此短路电池与正常电池的IC曲线会存在微小差异,可以通过计算不同短路程度锂离子电池与正常电池IC曲线之间的均方误差(MSE)进一步放大故障电池与正常电池之间的偏差,进而对锂离子电池微内短路故障进行诊断,由短路电池与正常电池在相同电压区间内充电电量的差异,开发了短路电阻的定量计算方法。模拟和实验结果表明,本工作提出的方法可对阻值达到710Ω的电池微内短路故障进行准确检测,对于短路电阻的最大估算误差为6.1%,对老化电池进行的短路实验表明该算法对于老化电池也有较强的适用性。且该算法计算复杂度低,仅需要电池低倍率充电数据即可进行短路故障诊断,时效性较强,易于实际应用。此外本工作还研究了锂离子电池在发生微内短路故障时的温升效应,结果表明短路电阻为100Ω时电池表面最大温升为4.1℃,短路电阻为710Ω时最大温升为0.4℃,电池发生微内短路故障时温升特征不明显。

故障恢复期间新能源多场站系统过电压快速评估方法

新能源多场站系统故障恢复期间的过电压问题严重制约了新能源的消纳和发展,然而,现有研究难以高效评估大规模系统的过电压风险。为此,从新能源场站过电压机理出发,提出了一种考虑换流器过流能力限制的过电压风险快速量化方法。首先,基于新能源多场站系统的过电压机理,建立了故障恢复期间的新能源场站等效模型。在充分考虑故障后变流器限流环节的影响及新能源机组间相互作用后,推导出了新能源多场站系统过电压的评估方法。针对大规模系统最严重过电压工况难以确定的问题,提出了网络薄弱环节快速搜索方法。算例结果表明,所提方法可有效评估新能源多场站系统过电压风险及系统的安全裕度。

基于等值网络模型的电子设备故障智能分析诊断技术

随着电力电子设备电路的日益复杂,故障可能性也在增加。为了及时捕捉电路故障,提出了一种检测电子电路问题的系统。通过分析从故障电路中获取的特征信号,该系统能够检测和定位电路故障。故障检测系统的信号采集模块具备8个通道,用于数据采集。系统还借助闭环控制的DC-DC变换电路建立仿真模型,使用峰值电压信号作为故障特征参数。通过BP神经网络模型,提取关键信息并生成新特征向量,实现了数据维度的减少。实验结果显示,本研究的故障诊断技术在硬故障诊断方面达到100%的成功率,在软故障诊断方面,诊断率高达100%,最低为93%。

基于高频等效模型的分合闸线圈绝缘故障评估

为有效诊断断路器分合闸线圈的绝缘故障,提出一种线圈匝间短路故障位置的评估方法。建立分合闸线圈的高频等效电路模型,在模型首端注入高频方波脉冲信号,在末端测得电压响应特征曲线。计算不同匝间短路位置下的特征曲线小波包—能量谱。结果表明:随着短路位置靠近线圈末端,特征曲线能量分布向低频集中。以特征曲线的小波包—能量谱为输入,短路位置为输出,基于概率神经网络建立诊断模型并进行仿真。结果表明:该模型故障定位正确率为85.7%,具有一定的可行性。

电力电缆的健康监测技术分析

阐述在电力电缆间歇性故障的状态监测中,采用SSTDR技术的电缆故障在线监测方法。以10kV交联聚乙烯电缆的状态监测为背景,建立了用于电缆故障分析的等效电路模型,探讨基于神经网络对电缆局部老化的诊断。实验结果表明,当电缆长度在100m以内时,检测率达到90%以上,诊断效果较好。

含PQ控制逆变型分布式电源的配电网故障分析方法

随着逆变型分布式电源(inverter interfaced distributed generation,IIDG)在配电网中的渗透率不断提高,且在新的故障穿越行为要求下,现有的故障分析方法已不再适用。为此,提出一种适应于最新并网规定的含PQ控制IIDG的配电网故障分析方法。该方法首先通过分析IIDG故障电流特性,提出计及控制特性的IIDG压控电流源等值模型;在此基础上,建立了故障下的含IIDG配电网节点电压方程,并针对不同IIDG间相互耦合以及公共连接点(point of common coupling,PCC)故障电压与IIDG故障电流之间存在非线性关系,提出相应的迭代修正求解方法。最后,通过算例仿真计算,验证了所提方法的可行性和有效性。

计及逆变型分布式电源控制特性的配电网故障分析方法

随着分布式电源(DG)的大量接入,DG的故障穿越行为对配电网的故障特性影响很大。而传统的等值模型均未计及DG的控制策略,从而造成含DG的配电网故障分析存在不可忽略的局限性。为此,文中在系统分析DG控制策略和动作行为的基础上,建立了计及控制策略的逆变器并网方式下DG压控电流源等值模型,更加真实地体现出DG故障电流的输出特性。在此基础上,通过建立故障前后电网支路电流和节点电压关系方程,推导出故障穿越时DG输出电流与公共连接点电压的求解方程组,从而建立故障精确分析方法。最后,基于DIgSILENT建立含DG的10kV配电网仿真模型,验证了所述方法的正确性和有效性。

变压器匝间短路建模及其实际应用

针对变压器匝间短路问题,提出将短路绕组等效成两个不同绕组的思路,并以三绕组变压器低压侧匝间短路为例进行建模,首先把发生短路的三绕组变压器等效为四绕组变压器,然后推导变压器的中低压侧电压公式。根据公式不仅可以计算短路信息,还证明了中低压侧电压都有明显降低,且低压绕组电压降低更严重。利用建立的模型,对广西电网某220 kV变压器匝间短路事故进行Matlab仿真分析,仿真曲线及短路匝数判断与实际录波波形及检查结果吻合,验证了模型的正确性。

含V/f控制DG的微电网故障分析方法

微电网在并网和孤岛两种不同运行模式下的短路电流计算是建立微电网保护的重要基础。针对目前由逆变型分布式电源(distributed generation,DG)组成的微电网在孤岛运行时短路计算研究的空白,提出一种含V/f控制DG的微电网故障分析方法。通过分析DG的控制特性,充分计及控制策略的影响,理论推导出DG故障等值模型;利用电力系统仿真软件PSCAD/EMTDC建立含V/f控制DG微电网模型,揭示DG在故障时的暂态特性;基于上述DG故障等值模型,建立微电网故障方程组,进而提出精确的微电网故障稳态分析解析法;最后,通过仿真算例,验证了所提方法的准确性和有效性。

地震断层作用下埋地管线壳有限元分析的等效边界方法

壳有限元方法是目前较先进的分析地震活动断层作用下埋地管线反应的方法 ,但是由于受断层错动影响的管道一般较长 ,因此该方法需要较大的计算资源 .本文提出一种等效边界方法 ,可以克服现有壳有限元方法的缺点 .埋地管线在地震断层作用下的大变形反应往往只发生在断层附近 ,而离断层较远处管段的变形反应相对较小 .本文从理论上得出一个等效边界 ,以非线性弹簧的形式应用到壳单元分析模型的两端 ,替代模型以外管段的影响 .这样只需对感兴趣的发生大变形的管段进行壳单元建模型 ,从而解决了现有的壳有限元方法需要大量计算机时和资源的缺点 .与现有的壳模型固定边界方法进行比较 ,验证了等效边界方法的合理性和有效性 .

含分布式电源配电网的相间短路故障分析

以电压源换流器为接口的分布式电源(distributedgenerator,DG)的故障电流完全由其控制策略决定,其传统的等值模型通常与常规电源类似,而忽视了控制策略的影响,造成含DG配电网故障分析存在局限性,尤其对于非对称故障情况。为此,首先对DG的相间短路故障穿越控制特性进行分析,针对正序分量控制的DG提出了压控电流源等值模型;在此基础上,通过建立DG输出电流与公共联接点(point of common coupling,PCC)正、负序电压之间的关系方程式,推导出不同的相间短路故障条件下PCC正序电压的求解方程组,从而建立含DG配电网相间短路故障分析精确模型。基于DIgSILENT建立含DG配电网模型,仿真结果验证了该故障分析方法的正确性。