基于对称分量法的调相机定子故障特征分析

传统同步调相机定子绕组匝间短路故障机理分析方法通常认为电机定子电流接近三相对称,并以此为基础建立同步调相机故障电流的数学表征。但是,一旦发生定子绕组匝间短路故障,同步调相机三相定子电流的对称性将遭到破坏,使得传统故障机理分析方法所建立的数学表征无法准确反映电机内部电气量的变化。文中通过引入对称分量法,建立故障后同步调相机瞬时有功/无功功率的数学模型,提出利用瞬时有功/无功功率中的2次谐波进行定子绕组匝间短路故障诊断。仿真和实验的结果表明:相较于利用定子电流3次谐波与基波幅值之比诊断故障的传统方法,文中方法在轻微故障状态下能提高至少7倍的诊断灵敏度,更易完成早期故障诊断。同时,所提方法中的故障特征量不受同步调相机工况和故障位置的影响,具有强鲁棒性。

基于负序分量的含光伏电源配电网故障区段定位方法

针对光伏电源接入配电网导致故障电流无法正确反映故障区段的问题,分析含光伏电源配电网故障时三序分量,选择负序分量作为故障特征量;对于不对称故障场景提出负序重构方案;采用曼肯德尔(Mann-Kendall,MK)趋势检测寻求故障特征最明显的负序重构序列;利用负序重构电压幅值确定可疑故障区段,结合负序重构电流相位方向确定故障区段。在PSCAD/EMTDC仿真平台搭建含光伏电源的配电网模型。结果表明:提出的方法能够实现含光伏电源配电网在不同故障类型、故障位置下的故障区段准确定位,为含光伏电源配电网快速故障定位提供了理论依据。

基于改进瞬时对称分量法的STATCOM负序、零序电流优先补偿策略

为了提高三相四线制电力系统中静止同步补偿器(STATCOM)在补偿负荷中的利用率,基于改进的瞬时对称分量法提出了一种针对STATCOM的负序、零序电流优先补偿策略。该策略将系统参数分解成为正序、负序和零序网络后,得到实时的正序、负序和零序分量。利用控制负序电流和零序电流补偿三相负载不对称产生的负序分量和零序分量。利用控制正序电流补偿系统波动产生的谐波分量和无功分量。当STATCOM补偿容量不足时,优先补偿负序电流和零序电流,尽可能地补偿无功电流。结果表明,该补偿方法可以使STATCOM准确地动态补偿配电网三相负荷不平衡产生的负序、零序分量。

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。

空心永磁直线同步电机推力波动分析

本文分析了一个U型Halbach空心永磁直线同步电机(IPMLSM)的推力波动。首先推导了dq0坐标系下的推力方程和电感方程,以此分析了电枢绕组互感不对称对推力波动的影响,然后基于有限元仿真得到的三相不对称电流,利用快速傅里叶变换和对称分量法,分析了电流谐波分量和电流不对称性对推力波动的影响。分析表明,电流不对称导致的负序电流是IPMLSM推力波动的主要原因。研究结果为该类电机的优化设计提供了依据。

基于无变压器型电压源换流器的柔性多状态开关零序抑制策略

无变压器型柔性多状态开关(FMS)具有设备紧凑化、高效化等特点,但由于缺少隔离变压器,存在故障后供区间的零序分量交互传递叠加、相互影响等问题。文中首先对无变压器型两电平电压源换流器(VSC)的回路特性进行了分析,并在此基础上利用对称分量法建立了正序、负序和零序系统,揭示了交直流系统间零序分量传递的原因和关键要素。然后,基于理论分析结果,从直流波动抑制和交流零序抑制两方面入手,提出了故障端和非故障端VSC的两种零序抑制策略。最后,在PSCAD/EMTDC内建立了一个两端背靠背型FMS仿真模型,仿真结果验证了理论分析的正确性,以及两种零序抑制策略的有效性。

35 kV线路单相断线故障实例分析及实用判据

针对一起35 kV线路单相断线故障实例,利用对称分量法和综合相量法,对电源端35 kV母线及连接Yd11型变压器的负荷端的35 kV、10 kV母线电压异常变化情况进行理论分析,分析结果与现场实际情况一致。提出一种基于电压异常变化特征和SCADA系统接地信号的实用性判据,有助于调控运行人员对类似故障进行分析判断。

改进瞬时对称分量法及其在正负序电量检测中的应用

传统对称分量法在频域中定义,用相量表示,需要计算变量的模值和相位,故只能应用于电力系统不对称故障的稳态分析,而不能对暂态过程中的电量进行分析。针对该问题,提出一种基于时域测量量的改进瞬时对称分量法,并给出了相关计算公式和结果。所提方法的基本原理是利用三相电压或电流的瞬时值构造一个无延迟的旋转相量,并以复数的形式直接计算三相电量的正序、负序和零序值。由于该算法简单,不需进行三角函数计算,计算速度较快,实时性好,易于在工程上的实现。基于瞬时对称分量理论,提出了一种新型的正、负序电流检测方法,并用PSCAD/EMTDC仿真软件进行了验证,结果表明所提方法是正确、可行的。

不对称电网同步相位的快速开环捕获方法研究

快速准确地获取电网同步相位是并网逆变器控制的基本要求。然而,当电网发生严重不对称故障时,传统软锁相环(software phase-locked loop,SPLL)方法的动态响应时间较长(大于一个工频周期),因此无法满足高性能逆变器控制对锁相快速性的要求。据此,提出电网同步相位的快速开环捕获方法,可显著提高电网电压不对称条件下的相位同步速度。该方法首先通过构造电网电压的虚拟正交信号并使用对称分量法,实现了电网电压基波正序分量的快速准确提取,接下来通过对该正序分量进行开环锁相,即可快速获得电网电压基波正序分量的实时相位。最后,论文提出一种改进的虚拟正交信号构造方法,有效地提高了构造信号的准确度。各种工况下的实验结果同时表明:提出的开环锁相方法可在电网不对称且畸变的恶劣环境下实现快速准确地捕获电网的实时同步相位,具有较强的鲁棒性。

用于不平衡补偿的变压器隔离型链式D-STATCOM的研究

针对大容量冲击性负荷所带来的不对称、电压波动和闪变等电能质量问题,提出了基于变压器隔离型链式逆变器的D-STATCOM,用于对冲击负荷的快速补偿。首先针对主电路拓扑结构特点,提出了基于载波移相的空间矢量调制策略;针对不平衡负荷特点,采用基于双d-q变换和对称分量法计算补偿线电流,并提出了补偿相电流的优化设计方法来提高D-STATCOM的补偿能力。提出了瞬时电流分相控制方法,可以使D-STATCOM的输出快速地跟踪参考补偿电流以提高响应速度。在所建立的10kVA物理样机上的试验结果验证了所提方法的有效性。

不对称三相电压下电压源型换流器谐波分析与抑制策略

不对称三相电压下,电压源型换流器(VSC)将产生低次谐波,给电网造成谐波污染。随着VSC在电力系统中的广泛应用,这类问题必须得到更多的关注,提出有效的解决方法。基于动态相量和序分量,推导出序分量动态相量,并对其特性进行了分析;将含开关函数描述的VSC时域模型转化为动态相量模型;定义交流电流和直流电压的各阶序分量动态相量为状态变量,建立了以状态空间描述的VSC序分量动态相量谐波分析模型,综合考虑了开关函数的详细动态特性和交直流侧谐波的相互作用,从而揭示了VSC产生谐波的机理,实现了VSC谐波的解析求解。在此基础上,提出负序补偿的不对称调制策略,以抑制低次谐波的产生。通过各种不对称情况下的仿真和计算,验证了所提出的谐波分析模型的正确性和谐波抑制策略的有效性。

一种改进的无锁相环FBD谐波电流检测方法

针对传统FBD谐波电流检测法在提取基波正序有功电流信号时存在误差较大的问题,提出了一种改进的FBD谐波电流检测方法。该方法利用瞬时对称分量法和同步基准变换法对三相电压进行变换,得到与基波正序电压同相位的基准电压信号来代替锁相环提取的电压正余弦量,计算出准确的三相瞬时正序有功等效电导,提取基波正序有功电流,最终获取精准的谐波电流。理论分析表明,该方法不受电网电压不对称和电流畸变的影响,消除了锁相环提取信号带来的误差,提高了检测精度且易于实现。仿真结果验证了该方法的精准性和可行性。

双dq变换软件锁相环的数学模型研究

对于三相并网型PWM变换器,要求锁相环能够准确、快速地检测出电网在不对称、畸变等情况下的基波频率与相位等信息,为控制系统及时提供准确的相关信息。本文根据双dq变换软件锁相环(SPLL)的基本原理,分析、推导了三相电源基波正、负序分量与锁相角和实际电压相位之间的数学关系,建立了基于该数学关系的双dq变换SPLL模型。仿真和实验均表明该模型适用性强,能够快速有效地提取三相电源在三相不对称、三相畸变、三相不对称且畸变等情况下的基波频率、正负序分量的大小与相位。

带不平衡负载的三相四桥臂逆变器的研究

文章对三相四桥臂逆变器的控制系统进行设计,建立了基于对称分量法和双同步旋转d-q坐标系的双环控制结构,电压外环和电流内环均采用前馈解耦的控制策略,使三相四桥臂逆变器具有带不平衡负载的能力。最后,以1.5 kW三相四桥臂逆变器装置进行实验,实验结果验证了上述方案的正确性和有效性。

一种适合于同杆4回线的故障测距方法

在对同杆4回线解耦的基础上,提出了一种适合于同杆4回线的故障测距方法。同杆4回线内部发生故障时,可以将故障分量分解为12序分量,且利用该12序分量进行故障测距。考虑到在任何故障类型下,同杆4回线内部都会存在反序分量,所以提出了基于反序环流分量的故障测距方法。当同杆4回线内部发生故障时,从线路两端计算到故障点的反序环流分量电压相等,利用该关系可以求出故障点的精确位置。由于相互独立的12序分量完全能够解决线间耦合问题,文中提出的测距算法能够精确测距,测距精度不受故障类型影响。大量ATP仿真结果表明所提出的测距算法完全适用于同杆4回线的故障测距,测距精度不受过渡电阻、系统运行方式、线路两端功角的影响。

电力系统谐波不稳定及相应对策的研究

近年来在一些工厂、港口发生局部电力不稳定,表现为电压和频率剧烈变化随即停电。该文说明此现象属于谐波不稳定,而产生的原因主要是电力电子装置产生的谐波过大,导致同步锁相失败。该文提出良好的强靭锁相的必要条件是被锁相的电压应处理成三相系统的基频电压分量,同时必须是三相基波的正序分量。为达到正确处理带有谐波三相不平衡的电压,采用"滑动傅里叶方法"和"滑动对称分量法",可用极少量的计算取出正序基波电压。为串联电力电子设备的锁相,该文展示提取基波电流的方法,也将说明有效地检出谐波的数字方法。

适用于电网不平衡时的广义积分器锁相环设计

为准确快速检测出电网电压的幅值、相位和频率,在分析对称分量法及单同步坐标系锁相环基本原理的基础上,提出了广义积分器锁相环的设计方法。这种方法在αβ坐标系下对电网电压进行正、负分序,进而锁定正序电压的相位和频率。并且使用Matlab/Simulink环境分别对单同步坐标系锁相环和基于广义积分器锁相环进行仿真研究,仿真结果表明广义积分器锁相环在电网不平衡时能够准确提取电网信号的幅值、相位和频率,频率自适应性良好且对低次谐波有一定的抑制作用。

离网型小型风力发电系统逆变器的控制

离网型小型风力发电系统中负载特性对逆变器提出了特殊的要求。文中采用三相四桥臂逆变器拓扑结构,在对称分量法的基础上建立了逆变器的控制模型,并推导了在双同步旋转d-q坐标系下的表达式。构建了基于前馈解耦的多环控制系统,实现了对正序、负序和零序分量的独立控制。实验结果证明该方案对不平衡负载有较强的抑制作用,能够为负载提供优质电能。

基于同步电压相量的故障定位新方法

提出一种利用同步电压相量进行输电网络故障定位的新方法。该方法首先运用对称分量法和线性叠加原理建立故障后的附加正序网络并且定义了故障点的匹配指标,进而基于该指标运用遍历搜索方法寻找故障点位置。该算法仅利用电压相量进行计算,因而能避免因电流互感器饱和导致的误差影响,且仅需少量的同步相量测量单元配置。基于PSCAD的仿真实验表明该方法能够有效地定位任意电网结构的短路故障,并且不受故障类型、过渡电阻等因素的影响。

无功和三相负荷不平衡的序分量法补偿控制

将静止同步补偿器(Static Synchronous Compensator,STATCOM)并入电网来补偿无功功率和配电网三相负荷不平衡。通过对称分量法和叠加原理,对配电网三相负荷不平衡情况下正序、负序等效电路进行分析,提出一种新的正、负序补偿电流叠加补偿控制方法。正序控制环采用δ-θ控制,实现配电网无功功率补偿和保持STATCOM直流侧电压稳定;负序控制环采用φ-θ控制,实现STATCOM补偿三相负荷不平衡产生的负序电流,使电网侧三相负荷保持平衡。仿真和实验结果表明,该方法可以有效地补偿电网无功功率和三相负荷不平衡。