基于动态磁网络法大型感应电机阻抗参数及起动特性计算

为提高大型感应电机动态阻抗参数及起动特性计算的准确性及计算效率,构建了考虑电机转子转速变化引起气隙磁导变化的非线性动态磁网络模型。以一台6.5 MW大型感应电机为例,分析起动电流变化对电机内各处饱和程度的影响机理,在此基础上,根据磁力线路径及电机内饱和程度确定动态磁网络模型中的非线性磁导的计算方法。将动态磁网络模型与转子趋肤效应模型相结合,提出计及漏磁并考虑转子转速变化及饱和偏移现象的电机动态阻抗参数的计算方法。推导并建立基于转子多回路法的大型感应电机的动态数学模型,根据电机瞬态过程中的电磁耦合关系,确定动态数学模型与磁网络模型的动态耦合求解方法,提出大型电机瞬态过程中考虑电流、转速、饱和及趋肤程度变化的动态阻抗参数及起动特性的计算方法。通过与有限元计算结果及实验结果对比,验证了所提出计算方法的正确性。

基于多导体回路法的AT供电方式长回路电容计算方法研究

提出了一种基于多导体回路法以接触网和正馈线为传输导体的电气化铁路AT供电方式牵引网长回路电容计算方法。该方法以与电荷唯一对应的回路为基本单元,对复杂多导体传输线系统开展电场描述,实现了AT供电方式牵引网长回路电容的精确计算。

计及锁相环非线性特性的跟网型逆变器暂态稳定性分析

锁相环作为跟网型逆变器实现相位同步的关键环节,由于其本身所固有的非线性特性,在弱电网情况下,传统小信号模型可能存在不能准确预测锁相环暂态稳定性的问题。为保证受扰后锁相环的稳定运行,提出了一种基于非线性数学模型的稳定性分析方法。首先,根据锁相环工作原理,建立其二阶非线性微分方程,通过相平面法对锁相环输出特性进行定性分析,评估不同参数对锁相环暂态特性的影响;然后,基于等面积法则分析锁相环暂态失稳机理,鉴于传统等面积法则可能导致稳定性的误判,采用非线性动力学多尺度法对锁相环受扰后的暂态时域表达式进行求解,明确锁相环暂态稳定边界;最后,通过Matlab仿真和RT⁃LAB半实物平台验证了所得解析解和锁相环暂态稳定域的准确性,为弱电网条件下锁相环控制参数及电路参数选取提供一定参考。

可变速抽蓄机组转子绕组新型主保护方案性能分析

丰宁可变速抽蓄机组的投运使得其转子绕组保护方案的配置备受关注。运用多回路分析法,对湘潭电机厂制造的12 kW交流励磁样机所有实际可能发生的转子绕组内部故障进行了仿真,在此基础上对基于定子分支谐波环流的转子绕组新型主保护方案的性能进行了分析,并进一步明确了新型转子绕组主保护方案不能动作故障类型及相应的改进措施,为后续国产化示范项目中可变速抽蓄机组的稳定运行奠定基础。

场路耦合法计算同步发电机定子绕组内部故障的暂态过程

用多回路方法虽然已经基本解决了同步电机内部故障的稳态计算问题,但故障后电机铁芯的各处存在着不同程度的饱和,这会影响到计算的准确性。而对内部故障的暂态计算,饱和因素的影响更严重,因为在内部故障的过渡过程中饱和程度也会随时间而变化。该文将电机电磁场的有限元计算与多回路方法相结合,建立了定子内部故障的场路耦合的数学模型,在此基础上对同步发电机三相突然短路和定子绕组的各种内部故障等进行了暂态仿真,考虑了磁极形状、齿槽影响、铁心的饱和和涡流等因素。计算结果与实验波形基本吻合,证明了该数学模型的正确性。

一种多无人机协同定位与稠密地图构建算法

针对VINS-Mono(monoculor visual-inertial state)算法定位精度较低且构建的稀疏点云地图包含的信息较少无法用于无人机的自主导航的问题,提出了一种集中式多无人机协同定位与稠密地图构建算法。该算法通过提高回环闭合中特征点匹配准确度以优化多无人机之间的定位精度,为了建立多个无人机之间的连接约束,使用四种不同类型的坐标系进行坐标转换优化,采用双向检测匹配法对关键帧进行特征点匹配,结合PROSAC(progressive sampling consensus)算法剔除误匹配,通过对有回环闭合约束的多无人机的位姿与全局地图进行全局位姿图优化,结合Voxblox构建了可供五架无人机协同导航的全局稠密地图。在EuRoc数据集的五个序列中,提出的多无人机协同定位与稠密地图构建算法与VINS-MONO算法相比,绝对轨迹误差分别降低了34%、26%、42%、24%、19%。实验证明,改进算法有效提高了多无人机之间的定位精度,并且构建的全局一致稠密地图包含距离信息与梯度信息,可以用于多无人机的自主导航。

含环网微电网的多目标无功优化控制策略

为解决含环网微电网中多类型分布式电源、储能系统和多类型负荷的优化控制问题,选取分布式电源运行成本和电压质量2个目标为优化目标,基于内点法提出一种多目标无功优化控制策略。通过对IEEE 5节点算例系统进行求解,验证所建模型和算法的正确性。结果表明,建立的模型可有效消纳分布式能源,降低系统运行成本并改善微电网电压质量。

多相无刷励磁系统旋转整流器故障的仿真与识别

多相无刷励磁系统中旋转整流器的损坏时有发生,故障恶化将严重影响主发电机的正常安全运行。为识别旋转整流器的故障,建立了包括旋转整流器在内的整个多相无刷励磁系统的多回路数学模型,对旋转整流器的正常运行和常见故障状态进行了仿真,仿真结果同励磁机额定运行值以及实验结果吻合。分析了旋转整流器各种状态时励磁机稳态定子励磁电流的频谱,并对特征机理进行了理论分析,在此基础上提出以励磁机定子励磁电流的4次谐波分量同22次谐波分量的比值作为故障识别对象,为多相无刷励磁系统旋转整流器故障诊断提供了理论依据。

大型水轮发电机励磁绕组匝间短路的稳态故障特征分析

大型水轮发电机励磁绕组匝间短路故障不仅会使励磁电流增大、输出无功功率减小,还会导致机组振动加剧,影响系统的安全稳定运行。为对故障特征及其机理进行研究,以三峡左岸VGS发电机为例,首先通过分析故障时励磁磁动势及其作用在不均匀气隙产生的磁场性质,得出定子相绕组内部存在分数次不平衡分支电流的特征。以定子支路为基本分析单元推导出分支电流时间谐波次数与电枢反应磁动势空间谐波次数的对应关系,进而得到电枢反应磁场在转子绕组中产生的附加电流谐波次数的一般性通式。最后利用经过实验验证的多回路方法对故障进行定量计算,验证了理论分析的正确性,并基于计算结果对故障的保护进行了初步探讨。提出分数槽水轮发电机励磁绕组匝间短路故障特征的分析方法,为故障在线检测与保护奠定了理论基础。

基于多回路-有限元耦合数学模型的同步发电机定子单相接地故障保护方案校验方法

同步发电机数学模型是进行故障暂态仿真,设计、校验保护方案的理论基础。文中将多回路方法与电磁场有限元计算相结合,建立了同步发电机的多回路–有限元耦合数学模型,其突出优点在于:可以同时计及定子绕组对地分布电容,磁路饱和、磁极形状、齿槽效应等因素,适用于同步发电机定子单相接地故障暂态分析及保护方案(尤其是三次谐波电压保护方案)校验。应用该数学模型完成了同步发电机定子单相接地故障暂态数字仿真,仿真与实验结果基本吻合,验证了该数学模型的准确性与有效性。进而提出了基于多回路-有限元耦合数学模型的同步发电机定子单相接地故障三次谐波电压保护方案校验方法。应用该方法对典型的定子单相接地稳态判据、暂态判据进行仿真校验,结果与实验基本吻合,表明该方法是正确可行的。

同步发电机励磁绕组匝间短路故障稳态数学模型及仿真

励磁绕组匝间短路故障会造成发电机励磁电流增大、输出无功功率减小、振动加剧等。为实现故障在线监测与保护,需准确快速计算故障电流等电气量。应用交流电机的多回路理论,基于对故障时定、转子电流稳态特征的分析,得到各回路电流的稳态表达式;根据同频率量相等的原则,将稳态时的微分方程组转化为线性代数方程组,得到励磁绕组匝间短路故障的稳态数学模型;利用高斯消去法可直接求得所有回路电流中各种交、直流分量的稳态解,快速实现故障的稳态计算。对一台12kW、3对极的隐极同步发电机进行了空载时励磁绕组匝间短路实验,稳态仿真结果与实验吻合较好。该方法可比暂态仿真减少90%的计算时间,为同步发电机励磁绕组匝间短路故障的监测与保护奠定了基础。

定子绕组形式对同步发电机励磁绕组匝间短路稳态电流特征的影响

为研究定子绕组形式对同步发电机励磁绕组匝间短路稳态电流特征的影响,对一台12 kW、6极同步发电机的定子绕组连接进行了不同形式的变换,利用经过实验验证的多回路分析法分别对不同定子绕组形式的电机所发生的同一种转子匝间短路故障进行了计算,通过傅里叶分解得到了稳态故障电流的谐波特征,并进行了比较分析。计算与分析表明,发生励磁绕组匝间短路故障后,电机定、转子电流会出现不同于机端外部短路、定子内部短路等其它故障的稳态电流谐波特征,且不同定子绕组形式的电机表现的特征也各不相同。对励磁绕组匝间短路故障监测与保护的研究,需建立在科学的故障计算基础上,对不同型号的电机都需具体分析计算,根据实际情况选择用来检测或保护的特征量。

凸极同步发电机定子绕组内部故障的瞬态计算及有关保护方案的分析

运用多回路分析方法，建立了凸极同步发电机定子绕组内部故障的数学模型，并编制了仿真程序，可以对凸极同步发电机定子绕组内部故障的瞬态和稳态过程进行仿真；通过对仿真结果与实验结果的比较，验证了数学模型的正确性。依据仿真结果，计算了不同内部故障下各种保护方案的灵敏度，说明用瞬态基波分量校验的保护灵敏度比用稳态基波分量校验的灵敏度提高了。

隐极发电机励磁绕组匝间短路故障定位及短路匝数估算

为实现对发电机励磁绕组匝间短路故障的在线检测与保护,以一台12 kW、3对极隐极同步发电机为例,采用多回路法对该样机负载运行时发生的励磁绕组匝间短路故障进行计算,并与实验进行了对比分析;基于计算与实验结果,分别探讨了分布式励磁绕组的故障位置及短路匝数对故障特征量的影响;在此基础上,提出利用定子分支谐波电流进行故障定位及短路匝数估算的新方法,为隐极发电机励磁绕组匝间短路故障在线检测与保护方案设计奠定了理论基础。

交直流同时供电同步发电机的建模

独立交直流同时供电系统被广泛应用在车辆、舰船和飞机等需要同时提供交流电和直流电的场合。在这些电源体积重量受限制的场合， 交直流同时供电同步发电机有特殊的优势。为了提供高品质的电力， 电源的交流电压波形畸变率和直流电压纹波倍受关注， 但其精确计算比较困难。本文使用多回路方法建立了交直流同时供电独立系统的数学模型， 对磁场谐波的作用进行了比较精确的计算。文中对整流桥和自动励磁调节器（ＡＶＲ） 的模型也作了介绍。本文的结果与实验比较，

汽轮发电机励磁绕组短路多回路数学模型及电感系数

为了用数值仿真方法研究大型汽轮发电机励磁绕组匝间短路故障机理,依据多回路方法提出了回路选取原则,据此选取各回路及其独立变量,形成了联无穷大电网时汽轮发电机励磁绕组匝间短路多回路数学模型;用气隙磁导法推导了单个线圈间电感系数的计算公式,并得到了数学模型中定子绕组各支路自感及其间互感,阻尼绕组各回路自感及其间互感,定子绕组各支路与阻尼绕组各回路间互感,励磁绕组各回路自感及其间互感,定子各支路与励磁各回路间互感,励磁绕组各回路与阻尼绕组各回路间互感系数的计算公式。通过对绕组正常时参数对比和励磁绕组匝间短路时仿真和实验结果的对比,表明了回路选取、数学模型和电感系数计算公式的正确性。

基于转子平均瞬时功率的双馈异步发电机定子绕组匝间短路故障诊断

由于双馈异步发电机转子参数的可测性,提出一种基于转子平均瞬时功率的定子绕组匝间短路故障诊断方法。首先推导出计及高次谐波的双馈异步发电机正常及发生定子绕组匝间短路故障时的转子平均瞬时功率的表达式,然后建立了双馈异步发电机的多回路数学模型,并对其正常和不同程度匝间短路故障时的转子平均瞬时功率进行仿真计算。对仿真结果进行频谱分析,得到定子绕组匝间短路故障前后转子平均瞬时功率谐波分量的变化规律,并验证了理论分析的正确性。分析结果表明转子平均瞬时功率谱直观简洁,其2倍频分量不受转差率影响,高次谐波分量对定子绕组匝间短路故障有较强的灵敏性。

交直流一体独立发电机系统振荡的研究

交直流一体独立发电机系统在发电机和负载参数不满足一定条件时 ,会发生发电机和反电势负载之间的大幅度功率振荡 ,破坏系统的正常工作。为了对振荡的幅值和频率进行研究 ,本文使用多回路方法建立了交直流一体独立发电机系统的数学模型 ,编写了相应的仿真程序 ,对振荡进行了仿真 ,与实验吻合比较好。该仿真程序可以用来对系统设计进行校核 ,探索抑制振荡的方法。

凸极同步发电机定子内部故障的暂态规律探讨

为了准确评价和在实际中选用适当的保护方案 ,需要揭示凸极同步发电机定子绕组内部故障的瞬态运行特征及瞬态过程中各个故障量的变化规律。文中通过真机实验 ,验证了以多回路理论为依据编制的凸极同步发电机定子绕组内部故障仿真程序的正确性。依据该仿真程序的计算结果 ,对空载下发生绕组匝间内部故障时的电流瞬态量和稳态量的变化规律进行了探讨 ,说明绕组的空间分布、连接方式、发生故障的空间位置以及不同的故障瞬间对故障量都有影响 ,因此要综合考虑这些因素的作用。

双馈感应电机的多回路数学模型及其电感参数的计算

为研究双馈电机正常和绕组内部故障的动态特性,本文在多回路理论的基础上,根据多回路方法确立回路选取原则,据此建立了以回路电流为独立变量的双馈电机数学模型。应用基于磁路的气隙磁导分析法,采用"绕组函数"的概念,以单个线圈作为分析单元,推导出双馈电机的电感参数简化表达式,用双馈电机正常并网工况下定子侧电流、转子侧电流和电压的仿真结果验证数学模型的正确性,并计算了双馈机发生定子绕组匝间短路故障情况时的电压、电流特性。