不同稳态工况对同步调相机单相短路后暂态温升的影响

同步调相机可在系统故障时为特高压直流换流站提供暂态无功支持,以保持系统电压稳定,防止直流换相失败,但调相机的高无功输出也会导致其温升增加,运行能力受限。系统故障前同步调相机的初始工况是影响其暂态温升和运行能力的一个重要因素,为研究系统低电压时调相机暂态温升与初始工况之间的关系,该文将调相机的电磁场、温度场与电网模型耦合,计算调相机不同稳态工况下的定转子损耗和温度分布;以线路单相短路故障引起的系统低电压为例,研究调相机初始工况对暂态温升的影响。在考虑各结构件最大容许温度的条件下,揭示调相机单相短路持续时间随初始工况的变化规律。研究结果为提升调相机在系统低电压下的暂态运行能力提供技术支持。

多三相分布式绕组和集中式绕组永磁磁阻电机对比研究

利用磁阻转矩替代永磁转矩,永磁磁阻电机可减少永磁用量,以较低的成本实现相同的性能,该电机在相关行业应用正愈发得到重视。得益于较低的永磁磁链,该类电机短路电流小,非常适合容错设计。电机运行性能和容错能力与绕组紧密相关,因此该文研究了两台分别采用分布式绕组和集中式绕组的多三相永磁磁阻电机,两台电机基于相同性能指标进行设计加工。通过深入的有限元仿真和实验测试,比较了两台电机的反电动势、最大转矩电流比(MTPA)曲线、输出转矩以及不同故障模式下的故障行为和容错能力。结果表明,对于中低速应用场合,采用集中式绕组永磁磁阻电机较之分布式绕组结构具有更好的容错表现。

无刷同步发电机稳态短路电流控制

过载运行能力和突然短路时稳定的短路电流输出能力是无刷同步发电机的重要性能要求。在发电机发生突然短路时,发电机控制器需要配合无刷同步发电机进行短路电流控制,在保证足够的短路电流输出能力的同时也要避免短路电流过大损坏电机。针对无刷同步发电机可能发生的5种短路类型进行了分析,提出梯形电压电流的控制目标曲线,利用无模型自适应控制算法进行短路电流控制,使发电机能在发生各种类型的突然短路故障时输出符合要求的短路电流。建立了发电机和控制器的仿真模型,进行无模型自适应控制方案的仿真验证,同时搭建了实验平台进行实验验证。经过验证无模型自适应算法可以将无刷同步发电机的短路电流很好地控制在目标值,验证了该控制算法在发电机短路电流控制方面的有效性。

不对称短路故障下多风电场电压控制方法研究

由于风电场往往处在电网末端,与负荷中心呈现逆分布特点,系统在不对称短路故障条件下具有较差的电压支持能力,风电机组的低电压运行适应性能受到严峻挑战。因此,有必要进一步结合风电并网导则,研究提升电网故障下多风电系统低电压运行适应能力的控制方法。论文首先建立了多风电系统的正负序等效电路,分析了影响系统公共连接点电压的因素。其次,分析了不对称故障下单风电场电压控制的限制条件,然后以改善不同运行场景下风电系统低电压运行适应能力为目标,提出了多风电系统暂态电压协同控制方法。最后,建立了多风场暂态电压控制仿真计算模型,仿真结果表明所提方案可有效改善公共连接点暂态电压水平,并灵活实现最大风能跟踪,为有效提升多风电系统的低电压运行适应能力奠定基础。

具备直流短路故障阻断能力的子模块桥臂复用型模块化多电平固态变压器

模块化多电平换流器的固态变压器(modular multilevel converter based solid state transformer,MMC-SST)由于具备多电压等级、多电压形态的端口,在交直流混合配电网中得到广泛关注。传统的输入串联输出并联(inputseriesoutput parallel,ISOP)型MMC-SST具有较高的功率密度,但是在中压直流(medium voltage DC,MVDC)端口短路故障情况下无法持续向低压侧供电;双向有源全桥变换器(dualactive bridge,DAB)型MMC-SST则存在功率密度低、成本高等问题,并且传统的半桥结构的DAB型MMC-SST在MVDC端口短路故障情况下同样无法持续向低压侧供电。文章提出了一种子模块桥臂复用(arm integrated submodule,AISM)型MMC-SST拓扑,在不改变MMC-SST端口电气特性的情况下,在有效减少开关器件数量的同时,还使得SST具备中压直流端口短路故障下的不间断运行能力,进而提升SST的功率密度和供电可靠性。针对文中提出的AISM型MMCSST拓扑,该文还提出了一种针对输入级MMC的混频调制方法,基于共模、差模解耦原理,实现输入级MMC桥臂电压的高频分量和低频分量的解耦。通过理论分析与仿真模拟,验证了所提拓扑及控制方法的可行性。

永磁辅助磁阻发电机建压过程及短路故障运行

为解决传统永磁发电机短路故障时灭磁困难和开关磁阻类发电机电压波形差的难题,提出一种永磁辅助同步磁阻发电系统(PMSynRG)。建立该电机的数学模型,阐述其发电运行机理,并推导出带载时的稳态电压方程和三相短路时绕组交直轴短路动态电流方程。针对发电机带载时的自激建压过程进行数值仿真计算,得出自激建压曲线,验证发电机系统的建压能力。此外,针对三相短路故障进行数值仿真计算,验证了故障时三相电流小于额定电流的结论,同时还验证了三相短路时动态电流方程的正确性,证明了发电机系统具有较强的自我保护能力。最后,制作样机并完成了带载建压实验,实验结果与数值分析结果吻合度较高。

变工况条件下三相异步电机匝间短路故障诊断

针对三相异步电机匝间短路故障在不同工况下数据分布不一致带来的泛化识别准确率下降的问题。提出了一种基于残差-自注意力网络的迁移学习方法,通过在残差网络中嵌入自注意力机制实现特征强化并利用源域数据进行模型训练,然后利用迁移学习的微调策略使得模型能更好地适应目标域的特征分布,以此来增加模型在目标域数据中的适应性能力。此外,通过设计对比实验探究了引入微调训练以及在模型中嵌入自注意力机制对于模型诊断性能的影响。实验结果表明,所提方法在3种负载条件下迁移的平均准确率为87.5%,相较于一般的残差网络准确率提高了4.5%,同时召回率和F1分数分别提高了约10%和6%。

基于短路电流的变电站运维检修故障自动识别方法

为提高变电站运维检修故障识别的准确性,提出了一种基于短路电流的变电站运维检修故障自动识别方法。该方法可消除电流数据中的噪声和异常值,通过分析故障前后短路电流信号的变化特征,利用短路电流特征数据,挖掘电流信号中的故障信息,进而实现变电站故障的自动识别。结果表明,利用该方法可确定220kV变电站线路7出现三相短路故障,出线2出现单相短路故障,证明该方法识别效果较好。

6 MW级半直驱风力发电机电磁设计及仿真研究

结合半直驱永磁风力发电机特殊的技术要求及结构特点,研究了6 MW半直驱永磁风力发电机的主要电磁参数和尺寸。借助ANSYS Maxwell有限元软件建立二维有限元模型,对发电机磁极偏心及斜槽做了优化设计及对比分析,对比研究双绕组发电机在不同绕组分配容错运行工况下的波形特性,最后对发电机三相、两相短路工况的退磁情况进行了计算校核。本文研究的设计过程、方式方法及故障分析为后续半直驱产品开发提供了一定的经验借鉴。

高压直流输电中阀短路保护的动作方程研究

作为高压直流输电系统中换流器的主保护,现有的阀短路保护主要有2类动作方程。这2类动作方程的动作函数和制动函数均存在一定的差异。通过分析阀短路保护测量的电流在各种换流器故障下的变化规律,对2类动作方程进行了对比分析。在此基础上,对其中的一类动作方程进行了改进,使其具备定位故障桥的功能。提出阀短路保护的分段式制动函数,较好地克服了保护的选择性和灵敏性之间的矛盾,并给出了相应的参数确定方法。以CIGRE直流输电标准测试系统为例,对区内所有短路故障和区外一些短路故障进行测试,验证了该文对2种动作方程理论分析的正确性和制动函数中参数确定方法的合理性。

区分发电机不对称运行和定子绕组匝间短路的故障检测

为了有效检测和辨识发电机定子绕组匝间短路故障,应用交流电机绕组理论分析了定子绕组匝间短路时并联支路感应电动势的频率、幅值和相位以及转子绕组感应电动势的谐波特征。以试验所用的故障模拟发电机为例,分别对发电机不对称运行和定子绕组匝间短路进行了故障特征计算。发现在发电机不对称运行和定子绕组小匝数匝间短路不断恶化时,发电机励磁电流频率为4倍和6倍电枢电流基频的谐波成分的变化趋势不同,从而提出了基于发电机励磁电流偶数次谐波的辨识发电机不对称运行和定子绕组匝间短路的故障检测方法。应用故障模拟发电机组进行了不同故障情况的动模试验。通过分析、比较算例和试验结果验证了故障检测方法的有效性。

表贴式永磁电机三相对称短路失磁研究

用电磁场有限元方法分析不同温度下永磁电机在三相对称短路过程中永磁体局部失磁情况,研究不同程度失磁故障下永磁电机反电势和磁链变化特点,并对电机带故障运行的行为表现和继续失磁的情况进行研究,为相应失磁故障的判定和保护提供一定的依据。

两种不对称短路故障对永磁电机失磁影响的研究

利用有限元法分析不同温度下发生相间和单相短路故障对永磁电机的暂态失磁影响,研究不同类型失磁电机的空载反电势和磁链波形及其各次谐波的变化规律,并对两类失磁电机带故障运行的行为表现和继续失磁的情况进行对比研究,为判断短路故障类型、失磁严重程度进而完善电机在线监测理论提供依据。

BLDCM两相短路的四步换相容错运行方法

无刷直流电机运行过程中发生相短路,易引起二次故障,造成电机控制系统的功能丧失。针对无刷直流电机绕组两相短路故障情况,提出一种四步换相容错控制策略,确保电机故障后系统继续运行。通过在电机绕组设置电流检测元件,对三相电流进行检测,将连续两次检测值的差值作为特征量进行故障定位;根据定位结果,改变逆变桥功率管导通次序、导通时间,实现对电机两相短路情况下的容错控制,同时实现故障隔离。针对电机容错运行时转矩脉动较大的问题,采用H_PWM-L_ON调制方式并在换相时刻优化占空比,进行转矩脉动抑制。详细阐述电机两相短路容错控制策略的工作机理与换相过程,并对提出的四步换相容错控制策略进行仿真和实验,结果表明,电机容错运行时非故障相相电流峰值接近电机正常运行时的1.5倍,故障相相电流峰值接近电机正常运行时的1.25倍,转矩脉动增加20%,转速波动在5%以内。

基于深度学习断路器储能机构故障诊断方法研究

断路器正常分、合闸动作直接影响电力系统控制的可靠性,储能环节一旦出现问题将直接影响断路器正常工作。提出了一种基于深度学习的断路器振动信号辨识储能过程故障类型新方法。首先,将加速传感器采集到的时域振动信号进行数据扩充,再将扩充后振动信号二次采样作为训练样本,采用改进后的卷积神经网络(convolutional neural network,CNN)与长短时记忆网络(long-short term memory,LSTM)并行结构,将卷积神经网络的第1层大卷积核和多层小卷积核,均进行批量归一化(batch normalized,BN),以提高网络训练效率。实验结果表明:基于CNN与LSTM并行的网络结构不需要人工提取特征,具有较好的分类性,为高压断路器弹簧操作机构故障诊断提供一种通用方法。

低压配电线路保护的几个问题

系统地分析了低压配电线路保护的要求和实施方法,叙述了熔断器和断路器的选型,及其参数的整定;提出处理好正常运行不动作和故障时应按规定时间动作的关系,以及动作灵敏性和选择性的关系,指出全面理解和执行线路保护的技术要求和注意点。

基于储能内置式换流器的柔性直流配电网故障快速恢复策略

提出一种适用于柔性直流配电网的故障快速恢复策略。首先提出了一种储能内置式换流器(ESBC)的拓扑结构,并对双极短路故障状态下ESBC闭锁前后的子模块电容电压和故障电流的暂态特性进行分析。进而提出基于储能的故障快速恢复策略,改进故障恢复时序,并提出子模块分阶段充放电策略以抑制冲击电流。最后将提出的协调控制策略与直流配电网相结合,实现在换流器闭锁期间,储能在为重要负荷提供功率以保障其在故障清除期间不间断供电的同时,对闭锁期间的子模块电容电压进行调节以使其在解锁前达到额定值,减小换流器解锁时的电压波动,为换流器重启动缩短时间。在PSCAD/EMTDC仿真平台上搭建了仿真模型,验证了所提策略的有效性。

一种中压直流短路故障下不间断运行的MMC-SST拓扑及控制

多端口固态变压器是多电压形态多电压等级的交直流混合电网的核心设备,模块化多电平(modular multilevel converter,MMC)型固态变压器(solid state transformer,SST)具有中压直流端口,可接入中压直流配电网,构成多区域交流配电网的柔性互联,提升区域网络间功率灵活调节能力。而采用传统的MMC-SST拓扑及控制,中压直流线路短路故障会引起低压端口供电中断。文中提出一种混合型MMC-SST的拓扑及控制,其具备中压交流、中压直流和低压交直流端口,通过控制使其具有中压直流短路故障耐受能力,同时故障期间保持中压交流和低压端口的不间断功率交互,从而提升低压用户供电可靠性。分析MMC-SST在正常运行和中压直流故障不间断运行控制下内部能量平衡机理,提出中压直流短路故障下电容电压平衡及不间断运行控制策略,实现MMC-SST中压直流短路故障时不间断稳定运行。通过理论分析,仿真与物理动模实验,验证了所提拓扑及控制的可行性及有效性。

交流系统短路故障下MMC对短路电流的影响及抑制策略

基于模块化多电平换流器的高压直流输电系统(MMC-HVDC)接入交流系统可能会对交流断路器清除短路故障造成影响。基于MMC的拓扑结构和控制策略,分析了交流系统短路故障下MMC对交流断路器的影响。然后,研究了交流系统发生对称短路故障时,MMC的运行工况对短路电流的影响,发现MMC对短路电流的贡献主要来源于MMC向交流系统注入的无功功率。接着,研究了交流系统发生非对称短路故障时,MMC在不同运行工况下贡献的三序短路电流的计算方法,得出MMC阀侧零序和负序电流为0,阀侧正序电流是三相对称的且大小由运行工况决定的结论。最后,提出了交流系统对称短路和非对称短路故障下抑制MMC贡献的短路电流的控制方法,并通过PSCAD/EMTDC仿真验证了所得结论的正确性以及控制方法的有效性。

基于疏松耦合变压器零序解耦模型的同杆双回线路故障计算

不并列运行的同杆双回输电线路在发生单回线不对称接地故障时,线路之间存在零序互感,在线路故障计算时必须予以考虑。文中提出疏松耦合变压器零序解耦模型,基于该模型对不并列运行同杆双回输电线路的零序网络进行解耦,得到线路等效回路,进而求得线路零序等值阻抗。在不并列运行的同杆双回输电线路故障分析中,利用传统的对称分量法,结合已求得的线路各序阻抗,计算故障处各序网络电流,进而得到故障情况下回路的各相电流,从而完成该型输电线路单回线故障的计算。PSCAD/EMTDC仿真结果证明了所提零序解耦模型的正确性。