Calculation of Eddy Current Loss and Short-circuit Force in SSZ11-50000/110 Power Transformer

The ?method is used in this paper to calculate the leakage magnetic field of SSZ11-50000/110 Power transformer, and by which the structures’ influences to the main leakage flux are analyzed. Through the combination of the product and TEAM Problem 21B, the surface impedance method shows its great advantage in the calculation of eddy current loss.

Analysis of Short-circuit Characteristics and Calculation of Steady-state Short-circuit Current for DFIG Wind Turbine

Large-scale doubly-fed induction generator(DFIG)wind turbines are connected to the grid and required to remain grid-connection during faults,the short-circuit current contributed by the generation has become a significant issue.However,the traditional calculation methods aiming at synchronous generators cannot be directly applied to the DFIG wind turbines.A new method is needed to calculate the short-circuit current required by the planning,protection and control of the power grid.The short-circuit transition of DFIG under symmetrical and asymmetric short-circuit conditions are mathematically deduced,and the short-circuit characteristics of DFIG are analyzed.A new method is proposed to calculate the steady-state short-circuit current of DFIG based on the derived expressions.The time-domain simulations are conducted to verify the accuracy of the proposed method.

The Detection of Inter-Turn Short Circuits in the Stator Windings of Sensorless Operating Induction Motors

This work proposes an alternative strategy to the use of a speed sensor in the implementation of active and reactive power based model reference adaptive system (PQ-MRAS) estimator in order to calculate the rotor and stator resistances of an induction motor (IM) and the use of these parameters for the detection of inter-turn short circuits (ITSC) faults in the stator of this motor. The rotor and stator resistance estimation part of the IM is performed by the PQ-MRAS method in which the rotor angular velocity is reconstructed from the interconnected high gain observer (IHGO). The ITSC fault detection part is done by the derivation of stator resistance estimated by the PQ-MRAS estimator. In addition to the speed sensorless detection of ITSC faults of the IM, an approach to determine the number of shorted turns based on the difference between the phase current of the healthy and faulty machine is proposed. Simulation results obtained from the MATLAB/Simulink platform have shown that the PQ-MRAS estimator using an interconnected high-gain observer gives very similar results to those using the speed sensor. The estimation errors in the cases of speed variation and load torque are almost identical. Variations in stator and rotor resistances influence the performance of the observer and lead to poor estimation of the rotor resistance. The results of ITSC fault detection using IHGO are very similar to the results in the literature using the same diagnostic approach with a speed sensor.

高压大功率SiC MOSFETs短路保护方法

碳化硅(SiC)MOSFETs短路承受能力弱,研究其短路保护方法成为保障电力电子设备安全运行的重要课题。现有方法大多围绕低压小功率SiC MOSFETs,然而随着电压和功率等级的提升,器件特性有所差异,直接套用以往设计难以实现高压大功率SiC MOSFETs的快速、可靠保护。该文首先详细研究了几种常用短路检测方法;其次基于高压大功率SiC MOSFETs器件特性,深入对比分析了不同短路检测方法的适用性,提出一种阻容式漏源极电压检测和栅极电荷检测相结合的短路保护方法;最后搭建了实验平台验证所提方法的可行性。结果表明,提出的方法在硬开关短路故障(hard switching fault,HSF)下,保护响应时间缩短了1.4μs,短路能量降低了62.5%;且能可靠识别负载短路故障(fault under load,FUL)。

面向高比例新能源电网短路计算的机电-电磁融合电源模型

为解决新型电力系统计算与分析中传统电源模型难以继续适用的问题,提出一种面向高比例新能源电网短路计算的机电-电磁融合电源模型。一方面,考虑新能源电源通用控制策略作用下的外部输出特性,采用单一压控电流源等效电源侧海量新能源电源的整体输出;另一方面,根据短路电流故障的时间划分尺度,保留传统发电机工频基波意义下的外部输出特性,并采用3个大小不一且衰减速度不同的电压源等效电源侧所有发电机的整体输出。进而采用3个电压源和1个压控电流源并联的形式作为融合电源模型的结构,并采用内点法对融合电源模型参数进行在线辨识。通过短路仿真数据和电网实测故障录波数据验证了融合电源模型的适用性。

计及短路比提升与暂态过电压抑制的含高比例风电送端电网两阶段式调相机优化配置

随着送端电网中大规模风电机组的接入及常规同步机组的置换淘汰,电网短路比水平下降,电压支撑能力削弱,故障时易导致新能源机组暂态过电压而发生脱网事故。面向含高比例风电的送端电网,研究综合计及短路比提升和暂态过电压抑制的调相机优化配置方法。首先,利用新能源多场站短路比(multiple renewable energy stations’short-circuit ratio,MRSCR)分析了调相机接入对风电场短路比的提升作用,并基于调相机暂态快速无功响应特性揭示了其对风电机组暂态过电压的抑制机理;然后,提出一种同时计及短路比提升和暂态过电压抑制的两阶段式调相机优化配置策略,第一阶段以风电场短路比提升为核心约束优化配置调相机位置与基础容量,第二阶段以暂态过电压安全为关键约束进行调相机配置容量修正,并引入量子遗传算法(quantum genetic algorithm,QGA)进行优化求解。最终,基于PSD-BPA在含高比例风电的送端电网进行算例分析,验证了所提出的调相机优化配置方法能够显著提升风电机组多场站短路比水平并有效抑制风电机端暂态过电压。

核电半速汽轮发电机励磁绕组匝间短路时转子涡流损耗研究

为研究核电半速汽轮发电机励磁绕组匝间短路时转子涡流损耗特性,推导了核电半速汽轮发电机空载运行时励磁绕组匝间短路故障下,定子分数次谐波环流产生的合成磁动势表达式,分析合成磁动势相对于转子的转速,揭示了转子表面产生涡流的原因以及涡流的频率特性。结合涡流损耗计算方法,以一台核电半速汽轮发电机为例进行了仿真验证。在此基础上,对核电半速汽轮发电机励磁绕组不同位置发生相同程度匝间短路,以及励磁绕组发生不同程度匝间短路过程进行了仿真,计算了转子各阻尼条及槽楔中的涡流及涡流损耗,揭示了励磁绕组匝间短路时影响转子阻尼条及槽楔中涡流和涡流损耗的因素。为核电半速汽轮发电机励磁绕组匝间短路故障时,分析转子发热的影响因素提供了理论基础。

一种电力变压器短路累积机械损伤评价方法

多次短路会逐渐积累绕组机械损伤,最终导致电力变压器损坏。然而,目前缺乏一种量化评估方法来评估此类损伤,这对电网的安全运行构成了威胁。因此,该文提出一种考虑绕组的非线性特点和累积过程的电力变压器绕组短路累积机械损伤评价方法,为评估绕组短路对电力变压器的影响提供了新的途径。该方法采用阻尼比和可靠性损失系数作为特征量,通过指数型曲线来模拟绕组机械弱化过程。同时考虑变压器的初始承受短路的能力、短路电流幅值和故障次数等影响因素,量化了短路损伤与绕组动态机械寿命之间的关系。此外,通过对一台110 kV电力变压器进行多次短路破坏性试验,验证了该评价方法的正确性。最后,阐述了提出的评价方法适用于不同的校核控制方法,并强调了控制阻尼比在减少累积损伤方面的积极作用。

变压器内部电弧故障快速检测方法研究与对比

变压器内部短路电弧故障是变压器最危险、最严重的故障,极有可能造成变压器油箱的形变和破裂,乃至变压器油的燃烧与爆炸,对人员生命安全、变电站财产安全、电网运行安全都造成了严重威胁。实现变压器内部短路电弧故障的快速检测有利于及时发出断路器分闸信号,从而缩短电弧燃弧时间,减小电弧能量,降低燃爆可能性。为寻找适用于电弧故障快速检测的信号及特征,首先搭建了基于电容电感串联谐振的油中工频大电流电弧实验平台,并实现了油中工频电弧的电压、电流、压力波、光、电磁脉冲、气泡形态等关键电弧特性的测量;发现压力波存在前期快速振荡-后期持续上升两阶段,光信号存在间隔约10 ms的脉冲,电弧电流过零点时必定会产生电磁脉冲,上述压力波、光和电磁脉冲3种信号及其特性有望应用于变压器内部短路电弧故障的快速检测;最后对比了这3种故障检测方法的优缺点,并指出这些方法在工程实际应用前急需进一步解决的问题。

互联电网短路电流在线分析与优化决策方法

在线分析技术是应对交直流电网短路电流超标和随机波动问题的重要手段。结合调度自动化系统的建模范围和实时数据采集情况,提出在线短路电流计算原则和超标判据;通过日前和实时短路电流多目标逐级优化决策,提升短路电流优化策略对电网时变性和复杂性的适应能力;构建在线短路电流分析和优化控制系统功能架构,通过调度端和厂站端功能集成实现短路电流可靠闭环控制。该方法实现了短路电流精细化分析、综合优化决策和精准闭环控制技术在实际电网的应用,通过对实际电网在线短路电流分析与优化控制系统运行结果的分析,验证了所述方法的有效性和实用性.

新型本质安全电源保护电路设计

为了解决本安电源过流和短路的安全问题,设计了一种用于本质安全电源的新型保护电路。该电路通过电流镜电路按一定的比例复制主路电流,并由副电路采样电流信号,经过放大、移位处理后接入比较器负输入端,比较器正输入端接入短路检测信号。该新型电路的功能是当电源负载发生过流或短路故障时,滞回比较器输出过流或短路控制信号,迅速关断主电流开关,从而实现对负载主电路截断的保护;同时启动微电流开关,检测短路故障是否消除,使得故障消除后能够自动恢复主电流开关电路。此外,电源保护电路的软启动电路可用于解决电源启动过程中的浪涌电流可能会造成过流保护误动作的问题。

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。

基于多源信息融合的新型电力系统短路故障自动定位研究

传统的短路故障定位方法通常对获取的短路故障特征量处理较单一,导致短路故障自动定位精度低,为此,研究基于多源信息融合的新型电力系统短路故障自动定位。首先,利用多源信息融合获取短路故障特征量,得到更详细的短路故障数据;其次,设置线路监测点,实时监测新型电力系统的运行状态,当监测到短路故障时,需确定短路故障区间;最后,进行短路故障点测距定位,实现新型电力系统短路故障自动定位。结果表明,与红外热像仪法和数字测量仪法相比,基于多源信息融合的新型电力系统短路故障自动定位方法在定位短路故障时,定位精度更高,具有实际的应用价值。

考虑锁相暂态响应的光伏发电系统三相短路电流计算方法

光伏发电系统具有不同于同步机的故障响应特性,给电力系统故障保护与控制带来严峻挑战。锁相环的输出直接影响光伏发电系统的故障响应特性,特别是在电网故障后电压相位跳变使得锁相环输出呈现非周期性的暂态响应偏差,对光伏输出短路电流产生较大影响。现有研究忽略锁相暂态过程,可能造成光伏及其并网系统短路电流的分析计算出现较大误差。为此,本文推导了光伏锁相环输出相位与并网点电压相位间偏差的解析表达式,分析了锁相偏差的时域变化特性及其影响因素和锁相偏差对光伏发电系统三相短路电流的影响,从而提出了考虑锁相暂态响应的光伏发电系统三相短路电流解析计算方法,并分析了短路电流的特征,最后搭建光伏并网系统仿真模型,验证了理论分析的正确性。

航天器大功率固态配电关键技术研究

大功率固态配电需要解决在开关过程中电压变化率和电流变化率较高的问题,抑制在短路保护过程中功率管漏极和源极存在的振荡和高电压应力。采用“慢开通,慢关断”的控制方式,降低了开通和关断过程中的电压和电流变化率。通过降低关断过程中电流变化率和增大振荡回路阻尼的方法,抑制了短路保护关断过程中功率管漏源电压应力和振荡。在此基础上,研制了160 V/200 A固态配电样机,实验验证表明所采用的方法是有效的。该方法提高了大功率负载的配电可靠性,可为大功率固态配电在航天领域的应用提供参考。

系统外部短路条件下机车车辆适应性试验研究

近年来中国铁路高速发展,但对于车辆系统外部短路时车网之间的暂态过程尚未开展相关研究,系统短路阻抗特征尚不明确。针对以上问题,以国家铁道试验中心环行试验线为基础,建立环行试验线接触网对地短路的数学模型,研究短路点距离对接触网短路电流的影响,并通过构建基于DDRTS仿真平台的接触网短路试验半实物仿真模型对其进行验证,检验牵引变电所馈线保护单元参数设置和动作逻辑的正确性。在国家铁道试验中心环行试验线开展关于系统外部短路条件下机车车辆适应性试验,结果表明,接触网短路瞬间大电流不流经列车,接触网短路电流不会对列车造成不利影响。

考虑数字孪生的电力变压器磁场与电气参数可视化分析

首先,根据变压器的实物,采用MATLAB/Simulink软件搭建变压器的仿真模型;然后,选择通用串行总线(USB)采集卡作为采集设备,采用Labview软件设计出相应的采集程序;最后,在多种联合仿真技术中,选择仿真接口工具箱(SIT)作为最合适的联合仿真方法,并在联合仿真程序中加入报警程序。结果表明:该数字孪生平台具有准确性和可靠性,可运用于变压器匝间短路的检测。

复合转子无刷双馈风力发电机的设计与分析

无刷双馈发电机由于取消电刷滑环,可靠性高,在海上风力发电等领域具有应用前景。为了提升转子的调制能力,本文基于电机气隙磁场调制统一理论研究了短路线圈加凸极磁阻调制器结合的复合转子无刷双馈发电机。首先从理论上揭示了复合调制器比单个调制器可产生更高有用谐波分量的机理,之后对复合转子的结构进行优化,包括凸极上笼条数目与短路线圈的连接方式,最后基于所建立的电机模型,对比了复合转子无刷双馈发电机与传统三种无刷双馈发电机的气隙有用谐波构成,2D有限元以及样机实验结果验证了电机拓扑与分析方法的有效性。

电磁-结构场耦合下变压器绕组漏磁场和变形仿真研究

电力变压器发生短路故障时会产生巨大的电动力,为研究电力变压器短路故障时的绕组变形情况以及影响绕组变形的因素,文中基于变压器多物理场耦合理论,搭建了三相变压器的有限元模型,通过MATLAB/Simulink平台仿真变压器发生短路时的短路电流,将该电流作为电磁场仿真的激励,计算出绕组的漏磁场和电动力分布,再采用电磁-结构场耦合的方法分析绕组的形变量大小和应力分布;运用相关理论分析不同温度条件对绕组变形的影响。结果表明,在辐向上,高压绕组受到向外膨胀的辐向电动力,中压和低压绕组受到向中间压缩的辐向电动力,在轴向上,各绕组均受到从端部向中间压缩的电动力,温度越高,绕组铜的杨氏模量越小,相同电动力作用下绕组变形量越大。研究结果对提高变压器抗短路能力具有一定的参考意义。