Current Control Strategy of Chain Circuit STATCOM

在链式静止同步补偿器（static synchronous compen-sator,STATCOM）小信号交流模型的基础上,提出简化的STATCOM电流控制闭环系统;分别对典型Ⅰ型、典型Ⅱ型控制系统的电流调节器进行参数优化及比较,分析表明,对于电流阶跃响应,系统处于线性控制状态时超调量相对百分比不变,处于限幅非线性状态时超调量绝对值不变;采用比例调节器的典型I型系统稳态精度稍差,但动态控制精度较高,适合用于链式STATCOM工程装置;在a-b-c坐标系下仿真表明,应用优化设计的典型Ⅰ型系统控制参数,链式STATCOM输出电流可以快速跟踪参考值变化,具有良好的稳定性和跟踪精度。

ESTABLISHMENT AND VERIFICATION OF MATHEMATICAL MODEL FOR CURRENT LEAKAGE IN BIPOLAR MULTI－COMPARTMENT CELL

ＥＳＴＡＢＬＩＳＨＭＥＮＴＡＮＤＶＥＲＩＦＩＣＡＴＩＯＮＯＦＭＡＴＨＥＭＡＴＩＣＡＬＭＯＤＥＬＦＯＲＣＵＲＲＥＮＴＬＥＡＫＡＧＥＩＮＢＩＰＯＬＡＲＭＵＬＴＩ－ＣＯＭＰＡＲＴＭＥＮＴＣＥＬＬＹａｎｇ；ＪｉａｎｈｏｎｇＺｈａｎｇ；ＱｉｎｇｘｉａｎｇＷａｎ...

地磁感应电流作用下三相五柱变压器无功功率定量分析

无功功率作为电力系统运行重要指标,其波动影响电力设备的安全稳定运行以及整个系统的电压稳定。为分析三相五柱变压器在地磁感应电流作用下的无功功率分布,根据变压器的实际参数,通过串联电阻及电压补偿的办法,建立三相五柱变压器磁场-电路耦合有限元计算模型,对不同大小地磁感应电流下的变压器无功功率进行定量分析。通过计算三相五柱空载及额定负载下无功功率的分布以及单相自耦变压器无功功率,发现随着地磁感应电流的增大,三相五柱空载及负载无功功率特性曲线均大体呈线性增加,且单相自耦变压器相较于三相五柱变压器无功曲线对于地磁感应电流更为敏感。并结合不同芯柱结构变压器的磁路特点,分析了无功差异变化的原因。研究结果可为地磁感应电流作用下三相五柱变压器稳定运行提供参考依据。

基于Simulink/MATLAB的实际地铁线路供电系统短路试验仿真分析

直流牵引供电系统在城市轨道交通中扮演着关键角色,其安全可靠的运行对整个城市轨道交通系统的运行至关重要。该文首先介绍地铁牵引供电系统的结构和功能,并建立地铁外部交流电源、整流机组和牵引网络的仿真模型。该仿真模型根据实际地铁牵引供电系统的结构和参数进行构建,旨在研究不同短路情况下的短路特性,包括电源出口短路、近距离短路和远距离短路。通过评估供电系统在短路故障下的稳定性和可靠性,得出若干研究结果。这些结果为地铁供电系统选择合适的一次设备提供理论依据,有助于确保城市轨道交通供电系统的稳定性和可靠性。

混合励磁式电涡流制退机电磁场与阻力特性分析

电涡流制退机具有无液体泄漏、无需密封、阻力稳定的优势。与目前应用较多的永磁式电涡流制退机相比,混合励磁式电涡流制退机采用线圈替代了一部分永磁体,对阻力特性的调节效果更好。对比了混合励磁式电涡流制退机2种可能的结构形式,然后根据磁路分析与初步计算选择出具有更好阻力性能的结构。针对该结构,利用等效磁路法计算气隙磁场,采用子域模型考虑感生涡流影响,建立了求解混合励磁式电涡流制退机阻力值的等效子域模型。根据某口径火炮反后坐要求,确定了制退机的主要尺寸参数,完成了混合励磁式电涡流制退机结构参数的前期设计,并通过数值计算对解析计算结果进行了验证。接着,针对某口径火炮发射时的工况建立仿真模型,以炮膛合力曲线和复进机力的后坐行程函数曲线作为条件输入,分析强冲击载荷下混合励磁式电涡流制退机的电磁阻尼力、后坐位移和后坐速度规律。最后,分析了不同气隙宽度与内筒的电导率对电磁阻尼力的影响,结果表明气隙宽度越小电磁阻尼力越大,同时过大的内筒电导率会导致电磁阻尼力呈现“马鞍”型。本文研究可为混合励磁式电涡流制退机的工程化应用提供理论基础。

贯通同相供电系统建模及运行特性分析

贯通同相供电系统可以取消全线电分相,实现牵引网不间断供电,对贯通同相供电系统进行建模和运行特性分析能够为系统的设计和优化提供理论依据。构建同相牵引变电所模型;建立能够灵活模拟不同拓扑结构和不同运行状态的贯通同相供电系统的链式电路模型;针对模型高效求解和导线载流量校验需求,提出一种改进的导体电流间接求解方法;基于构建的模型对贯通同相供电系统在空载和负载工况下的运行特性进行分析。研究结果表明,三相电压不平衡度的计算值与理论值相等,验证了模型的正确性;与既有导体电流计算方法相比,改进的导体电流间接求解方法的计算精度无差异,计算时间缩短为原来的1/3;潮流计算能够充分反映贯通同相供电系统的穿越功率以及牵引网电压、电流等特性。

An Improvement on Current Sharing Characteristics of Poloidal Field (PF) AC-DC Converters

In response to the current imbalance phenomenon and its harmfulness, a current sharing circuit model is built up, which reveals the underlying causes for the current imbalance through a quantitative analysis. Then, a feasible approach of improvement, namely enlargement of the length of connection busbars, is proposed. After the amendment, it can be seen that the current sharing coefficient is ahnost unity under rated or fault current conditions.

双馈风机故障穿越短路电流计算方法

双馈风电场故障穿越短路电流控制策略和保护电路比较复杂,导致现有短路计算过程繁琐、短路电流计算精确度不足,对当地电网的安全运行产生了较大影响。为了应对这一挑战,提出一种短路电流统一计算方法,以实现双馈风机故障穿越期间输出短路电流的精确数学解析计算。所提出的方法主要包括:1)充分考虑故障穿越期间的不同内部保护电路和控制策略,并建立全过程统一状态空间模型,故障穿越全过程包括撬棒保护阶段、去磁控制阶段和无功电流补偿阶段;2)建立基于定子电压和定子磁链的统一状态空间模型和定子输出短路电流计算方法;3)基于时频时域的拉普拉斯变换揭示了定子侧和网侧变流器的故障电流贡献机制,并将其表示为统一的短路电流表达式。大量测试结果验证了所提出方法的正确性和有效性。

kA级脉冲电流注入环的SPICE电路模型

在考核电力/电子设备抗强电磁脉冲性能的千安培(kA)级脉冲电流注入试验中,注入环通过感性耦合的方式将脉冲源输出能量加载到受试设备端口,是注入试验平台的重要组成部分.为解决kA级电流注入环的时域电路仿真难题,本文以Montena IC3B型注入环为例,采用多段集总参数电路串联的方法,建立了考虑分布参数因素的kA级注入环SPICE(Simulation Program with Integrated Circuit Emphasis,SPICE)电路模型;并依据注入环磁芯材料特性,对端口阻抗测试数据进行了分频段拟合,采用粒子群优化算法求取了电路模型参数;最后将该模型应用于kA级脉冲电流注入平台的整体电路仿真,并进行了实验验证,结果表明该模型具有较高的时域仿真精度,可用于电力/电子设备强电磁脉冲电流注入试验的设计、分析、效果预估等工作.

开槽盘式涡流耦合器调速理论分析

针对开槽盘式涡流耦合器调速特性,运用安培定律推导出感应涡流产生的感应磁场的表达式;将感应磁场引入等效磁路模型,结合基尔霍夫定律推导出电磁转矩的计算公式;并将电磁转矩公式分别与恒转矩负载和二次方率负载表达式联立,得到相应负载工况下的调速关系理论公式。运用三维有限元仿真和实验对所提出的调速理论模型进行验证,结果证明,所提出的理论模型在气隙长度较小的情况下具有较好的准确性。

百万千瓦级汽轮发电机定子线棒新型交叉换位方法研究

针对百万千瓦级汽轮发电机定子线棒的传统双罗贝尔换位方法环流附加损耗较大的实际问题,提出了一种新型交叉换位方法。以一台1 055 MW汽轮发电机为例,研究新型交叉换位方法的降损原理以及换位结构,建立了定子三维全域场路耦合有限元模型,真实模拟了定子线棒换位方法以及端部渐开线结构,得到采用新型交叉换位方法时定子线棒的股线电流分布以及环流附加损耗并与传统双罗贝尔换位方法进行了比较。研究表明,提出的新型交叉换位方法可以有效平衡定子线棒股线间的环流、抑制环流附加损耗,对于1 055 MW汽轮发电机,与传统双罗贝尔换位方法相比,采用新型交叉换位方法可以使得定子线棒环流附加损耗减小31.5%。

多绕组变压器复合短路阻抗与环流计算

为解决多绕组变压器建模复杂、复合短路阻抗和环流计算困难以及计算时间长的问题,提出一种基于简化变压器有限元模型的计算方法。该方法可以快速准确地计算多绕组变压器的复合短路阻抗和相应的短路环流。首先建立了简化的变压器有限元模型,并获得了绕组的电感矩阵。然后,将相关数据输入计算软件中进行计算,以得到多绕组变压器的复合短路阻抗和对应的短路环流。为了验证该计算方法的准确性,进行了实例验证。结果表明,该方法计算精度高并且耗时较少。通过使用这种基于简化变压器有限元模型的计算方法,可以有效地解决多绕组变压器的复合短路阻抗和环流计算中的困难,这不仅提高了计算效率,还能提供准确的计算结果,具有较好的工程应用价值。

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。

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。

覆冰绝缘子直流闪络双电弧动态电路模型

绝缘子覆冰对输电线路的正常运行造成重大隐患,研究覆冰绝缘子闪络模型有利于指导运行在冰雪地区输电线路的绝缘状态评估。鉴于现有闪络模型电弧电阻表征不明确,充分考虑实际覆冰绝缘子闪络时电弧由冰面电弧和空气间隙电弧组成,将电弧电阻区分为空气间隙与冰面时变电弧电阻之和,修正了电弧发展判据。通过观测现场覆冰绝缘子直流闪络路径得知,整条闪络通道由高压端及低压端2段相向发展的电弧组成。基于该闪络路径,建立了覆冰绝缘子直流闪络双电弧动态电路模型。研究结果表明,动态电路模型计算获得的闪络电压及临界闪络电流与试验结果相近,两者之间的误差分别为11.9%与8.9%,试验值与模型计算值吻合较好。而且,模型计算得到的泄漏电流波形和电弧发展速度与实测临近闪络前的泄漏电流和电弧发展速度基本一致。

混合型MMC非闭锁型直流故障穿越的故障等效模型

由半桥子模块和全桥子模块构成的混合型模块化多电平换流器(modular multilevel converter,MMC)相比于全桥型MMC能够在降低成本的同时具备直流故障穿越能力,直流故障暂态分析是混合型MMC器件选型和配比设计的基础。为分析混合型MMC直流侧故障的暂态特性,文中建立额定运行状态和降压运行状态下发生极间短路的混合型MMC非闭锁型直流故障穿越过程的故障等效模型;分析了直流故障穿越期间混合型MMC各桥臂子模块的动态投切过程,将非闭锁型直流故障穿越控制策略切换前的暂态过程等效为不可控的子模块电容放电过程,将控制策略切换后的暂态过程等效为带有电感初始储能和反向电压源的限流过程;给出了直流侧短路电流的解析计算方法。最后,基于PSCAD/EMTDC搭建仿真模型,验证了文中模型和计算方法的有效性,能够为混合型MMC的优化设计提供参考。

基于混合逻辑动态模型的PMSM系统开路故障诊断方法

针对永磁同步电机驱动系统功率器件开路故障问题,提出了一种基于混合逻辑动态模型和剩余电流的开路故障诊断方法,以提高永磁同步电机驱动系统的安全性与可靠性。通过研究电机驱动系统离散开关信号和连续电流状态变量,建立永磁同步电机系统的混合逻辑动态模型对电机电流进行估计;然后,利用估计模型与实际电流的残差极性与残差间的差值极性作为诊断特征量,通过查找设计的故障状态表以实现故障器件定位。该方法利用控制策略中已使用的变量实现开路故障诊断,避免使用额外的传感器,并且可有效消除转速和负载变化对诊断结果准确性的影响。仿真与实验结果表明,该方法具有诊断时间短、准确度高、鲁棒性强等优点,且诊断时间均小于基本电流周期的60%。

计及转子侧变换器控制切换模式差异的双馈风电场多机表征方法

受风速、机端电压跌落分布等影响,双馈风电场内机组故障行为特性各异,如何建立保留机群故障特征的风电场等值模型得到广泛关注。然而,仅依靠Crowbar状态表征双馈风电场内机群故障特征的差异性,会出现在轻微故障情况下风电场等值模型精度低的问题。为此,文中通过分析电网故障下场内机组转子侧变换器不同控制模式切换、Crowbar状态切换特性,探明了主导机群控制保护序贯切换模式差异的关键因素。推导了转子侧变换器控制切换模式与机端电压跌落分布、风速分布之间的关联规律,以识别机群转子侧变换器控制模式切换的差异性,从而提出了机群分类方法,以建立风电场多机等值模型。最终,对比分析了不同电网故障场景下所提等值模型、基于有功响应的等值模型、基于Crowbar状态的等值模型和单机等值模型与详细模型相比所提供短路电流幅值误差结果,验证了故障全过程中所提等值模型能更为准确地刻画整个风电场的短路电流幅值变化规律。

永磁直驱风电场故障等值建模方法

新能源场站故障建模与分析方法是风电、光伏集中并网地区的故障特性和保护研究的基础,然而目前广泛采用的单机等值模型无法准确反映场站短路电流特征。基于永磁风机的故障特征对等值前后的dq轴电流进行归算,得到了等值产生的短路电流误差与机组电气量边界的解析关系,并根据所需等值精度给出了建立多机等值模型的分群边界,实现永磁风电场的多机建模。以典型实际场站拓扑为例搭建了仿真模型,仿真结果表明该模型与详细模型的故障电流特征基本一致,其精度与单机等值模型相比有较大提升,验证了所提出的分群判据的合理性。

适应高电流倍率工况的锂离子电池等效电路模型

等效电路模型(equivalent circuit model,ECM)是电池模型的主要类型之一,对电池特性分析和状态估计非常重要。然而,当前广泛使用的基于阻容(RC)结构的电池ECM无法应对复杂多变场景。例如,传统ECM无法反映电池极化电压在高电流倍率下的特殊现象,即传统ECM不能准确表征电池在高电流倍率下的阻抗特性。针对这一问题,本团队在不同SOC下进行了电池峰值电流实验,通过实验数据分析了电池在峰值电流下的极化电压和阻抗特性。然后,引入负电阻电容环节拟合实验结果,对传统ECM进行改进以充分体现高电流倍率下的电池极化现象。通过比较传统RC环节与负电阻电容环节特性,提出了基于阻抗特性曲线拐点的参数分离方法,其计算量小,模型求解便捷。最后,对分离参数后的模型进行验证,结果表明所提ECM及参数获取方法能够较好地模拟高电流倍率下电池的极化电压变化,进而更加准确地表征电池电压特性,模型输出与实验结果误差小于0.05 V。所提ECM相比于传统的RC模型精确度得到了极大提升,且不依赖于复杂的电化学模型,维持了模型的简单结构。