具备内部故障仿真能力的永磁同步发电机电磁暂态建模与仿真方法

对永磁同步发电机(PMSG)内部定子绕组故障的精确建模与仿真有助于设计有效的状态检测系统和控制保护策略。首先对PMSG内部故障特征进行分析和详细的数学推导,给出了适合电磁暂态(EMT)建模的状态空间形式的动态方程。进而提出了一种PMSG内部故障EMT建模与仿真方法,并推导出其等效电路。利用MATLAB对推导出的方程进行了数值计算迭代求解,并在PSCAD/EMTDC中搭建了PMSG测试模型,与数值计算结果进行分析和对比验证。分析结果表明,PMSG内部故障会在短路路径中产生较大的循环故障电流,但是从发电机外部特性很难判断是否发生内部故障。对比验证结果表明,所建立PMSG内部故障EMT模型可准确反映内部故障特征,验证了所提建模方法的正确性。

计及电压幅值检测延时及相位跳变的IIDG故障电流解析计算

逆变型分布式电源(inverter interfaced distributed generation,IIDG)的波动性、弱馈性及强受控性,使其在故障下具有与同步发电机不同的短路电流特性,对其进行准确解析是继电保护适应性分析与保护新原理研究的基础,具有重要意义。针对现有研究忽略电压幅值检测延时导致IIDG故障特性难以准确解析的问题,以新能源送出线路发生三相短路为例,综合考虑电压幅值检测延时以及相位跳变所引起锁相环动态响应特性的影响,对IIDG故障暂态过程进行精细化划分,分别针对故障暂态过程的2个阶段,建立了电压电流双环控制和电流环控制下的故障电流解析表达式,明确了电压检测延时与锁相环动态响应对IIDG故障电流暂态特性的影响机理。最后,基于Matlab/Simulink仿真平台,验证了所提故障电流解析计算模型的正确性。

中压开关柜柜体结构分析与优化

开关柜内部电弧故障是一种频发的灾难性事故,威胁人身和设备安全。目前12kV_KYN系列中压柜应用广泛,因此结合制造工艺,分析燃弧故障的特性,运用数学模型和强度理论的计算,借助三维软件的仿真模拟,对耐受1 s内部电弧故障的KYN28-12中压柜柜体结构进行分析并优化,使其达到试验标准,以保证电力设备运行人员的人身安全。

计及不同电压跌落和GSC馈出电流的DFIG精细化故障计算模型

当含双馈感应发电机(DFIG)的交流电网发生故障时,DFIG输出特性的精确性将影响到整个故障网络计算结果的准确性。首先,从DFIG的不同电压跌落出发,详细推导了撬棒保护投入、转子侧变流器(RSC)励磁控制和外环控制下DFIG定子侧输出电流的计算公式。接着,考虑网侧变流器(GSC)的馈出电流,推导了GSC和RSC在不同控制策略下DFIG的输出电流表达式,进而提出了计及不同电压跌落和GSC馈出电流的DFIG精细化故障计算模型。最后,在MATLAB/Simulink平台中进行了DFIG并入无穷大系统和典型电网仿真来验证该精细化模型的准确性。仿真结果表明,所提精细化模型理论计算值与仿真值误差较小;与现有模型相比,该模型在应用于电网故障计算时具有更高的准确性。

计及T/4延时正、负序分离算法的IIDG暂态电流特性分析

逆变型分布式电源通过并网换流器接入电网,故障电流特性与常规设备存在显著差异,为配电网的故障保护带来挑战。基于T/4延时的正、负序分离算法被广泛用于并网换流器控制系统,然而,延时环节对暂态故障电流特性的影响尚未被充分研究。为此,首先在梳理换流器故障瞬态响应链路的基础上,分别建立换流器拓扑以及含正、负序分离环节控制系统的数学模型,并通过Pade近似实现延时环节线性化;进而,建立并网换流器暂态故障电流的闭环模型,并分析延时环节对暂态故障电流特性的影响;最后,利用MATLAB/Simulink仿真验证所提计算方法和分析结果的正确性,所提暂态电流计算方法的计算误差在1%以下。研究表明,暂态电流的含量可达到额定电流的2倍以上,延时环节将使测量值与实际值之间存在测量误差,该测量误差输入到电流闭环中会带来正、负序dq轴电流振荡,低次谐波含量暂时性上升等新特征。

天生桥一级水电站发电机内部故障的计算和分析

由于定子绕组为整数槽分布，出现只有一匝的匝间短路，此故障的分析计算表明，各种主保护方案均将拒动，文中特别注意发电机不完全纵差保护中性点侧电流互感器接入方式问题，结论是多分支大型水轮发电机的不完全纵差保护。

大型水轮发电机主保护定量化设计过程的合理简化

以三峡右岸(哈电机组)、龙滩、小湾、构皮滩(东电机组)、金安桥、拉西瓦、彭水电站的7台大型水轮发电机的主保护设计为例,说明多分支大型水轮发电机应根据每相分支数(偶数或奇数分支)和故障特点的不同来实现主保护定量化设计过程的合理简化,即偶数(或奇数)多分支水轮发电机主保护的设计过程可归纳为一个每相2分支(或3分支)的水轮发电机主保护配置方案的设计,其分支的合理分组(相邻或相隔方式)取决于发电机实际可能发生的内部故障特点。相关设计规则的总结大大减少了设计计算的工作量。

叠绕组水轮发电机内部故障特点与主保护性能分析

水轮发电机的定子绕组形式非常灵活,叠绕组和波绕组均可能被采用。出于抑制转子偏心振动的考虑,近期多台大型水轮发电机采用叠绕组或改用同属集中布置的半波绕组,但其主保护性能令人担忧。运用发电机主保护定量化及优化设计方法,在全面定量分析的基础上,对高、低转速叠绕组发电机的内部故障特点与主保护性能进行了分析对比,指出高转速发电机采用叠绕组能够取得电机设计和主保护设计"双赢"的目标,但对于低转速发电机应慎用,可能导致保护死区的显著扩大,且不能动作故障类型的发生概率较高,不利于发电机的安全稳定运行。

基于多回路理论的同步电机定子绕组内部故障仿真的谐波分析

同步电机定子绕组发生内部电气故障时,气隙磁场中存在很强的空间谐波分量。采用多回路理论进行仿真分析,充分考虑了谐波分量的影响。准确的电感参数计算是多回路分析的基础,采用磁路的气隙磁导分析法计算电机故障后各电感参数,分析了谐波的计入次数对电感参数计算的影响,进一步分析了谐波对定子绕阻内部故障仿真结果的影响,并提出了工程中合理的谐波计算次数,既能保证计算精度,又可以减少计算工作量,从而具有较快的计算速度。通过对仿真波形的分析,得出结论:在进行同步电机定子绕组内部故障的仿真计算中,必须充分计及谐波的影响。

基于柔性光学TA的发电电动机主保护优化设计

中国已投运大中型水电站发电机主保护技改工作日渐增多,受制于发电机现有分支引出方式和电磁型电流互感器(TA)的安装条件,虽经发电机主保护定量化设计,最终选择的主保护配置方案仍存在保护死区。以中国滩坑水电站发电机主保护技改为例,由于电磁型TA安装受限,不得不选择次优的主保护配置方案,导致技改后发电机的运行仍存在安全隐患。大型发电电动机因为转速高、风洞空间小,上述矛盾更加突出。中国深圳抽水蓄能电站发电电动机技改工程中,基于柔性光学TA绕制灵活的优点,在不改变发电机现有分支分组和铜环引出的前提下,通过光学TA的灵活装设虚拟分支引出方式,实现了接入发电机保护装置的分支电流(或分支组电流)的重新组合,在定量分析的基础上优化了深圳抽水蓄能电站发电电动机主保护配置方案,消除了主保护死区。

基于频谱法和带偏差单元递归神经网络的水电机组振动故障诊断

引起水电机组振动的原因很复杂,而且水电机组的振动故障往往是多故障同时发生,使得故障诊断很困难,目前主要是应用基于模式识别的神经网络来进行故障分类,尤其是BP网络应用较多,但BP网络训练速度慢。文章提出应用带偏差单元递归神经网络的方法对水电机组的振动故障进行诊断。先对水电机组振动信号进行频谱分析,提取该信号在频率域的特征量,将频谱特征向量作为学习样本,通过训练,使神经网络能够反映频谱特征向量和故障类型的映射关系,从而达到故障诊断的目的。水电机组振动故障诊断仿真分析表明,与常规方法相比,应用带偏差单元递归神经网络进行故障诊断具有快速有效的优点。

一种基于常规保护原理的ANN发电机差动保护研究

文中提出了一种基于常规保护原理的神经网络差动保护方法。神经网络具有非常优良的模式识别能力 ,文章首先从理论上分析得出 :可以由一个单神经元实现差动保护中常规的比率制动特性 ,并实现了由一个单神经元感知器构成的比率制动特性的差动保护 ;在此基础上进一步提出了一个具有非线性制动特性的多层神经网络差动保护模型。该方法将传统保护中的整定值和人工神经网络结构中的权系数对应起来 ,利用学习算法获得保护的最佳方案 ,运行人员可以根据经验来选择训练结果 ,它彻底解决了将ANN技术应用到继电保护工程实际中去后可靠性差的问题 ,且容易被现场运行人员所接受。

大型发电机内部故障分析与计算软件的开发和应用

基于已通过多种实验验证的交流电机定子内部故障的多回路分析方法,开发了图形界面化的大型发电机内部故障分析软件,介绍了软件的主要功能和特点。该软件可以方便地确定电机实际可能发生的各种内部短路的类型和故障位置,然后进行准确的暂态或稳态仿真计算,并且全面、直观地查看仿真结果,还可校核主保护的灵敏度并分析其动作性能。通过对向家坝水电站某发电机可能发生的典型故障的计算与分析,总结了常见主保护动作死区内的故障类型及其电流分布特点和导致保护灵敏度较低的原因。

三峡电站发电机内部故障计算及保护灵敏度分析

采用“多回路分析法”对三峡电站1号发电机在4种运行方式下所有可能发生的同槽和端部交叉故障进行了计算和分析,得到了每一种故障条件下的各支路(包括短路附加支路)电流的大小和相位(稳态基波分量);然后以此为基础计算了各种保护方案的灵敏度,并对各种保护方案的灵敏动作数、可能动作数和不能动作数进行了统计;最后依据计算和统计结果,对各种保护方案的优劣进行了分析,为将来三峡电站机组保护方案的确立打下了基础。

发电机内部故障仿真分析软件的基本原理

将交流电机的多回路分析法应用于发电机内部故障分析计算 ,编制了仿真计算软件 ,介绍了软件的特点、界面和结构。该软件考虑了气隙谐波磁场、绕组的各种连结方式、线圈空间位置的影响 ,可以用来分析交流电机各种形式的内部和外部故障 ,计算电机所有电压和电流等电气量 ,定子任意支路电流的组合用于各种保护方案的分析。该软件适合于大中型发电机主保护设计整定计算 ,是发电机内部故障分析方法与主保护设计的创新。

OOS技术在同步发电机多回路分析仿真中的实现

多回路分析 (MLA)方法应用于同步发电机定子绕组内部匝间短路、相间短路以及定子单相接地故障的分析 ,可以取得比较准确的仿真结果。文中提出了面向对象仿真 (OOS)技术在多回路分析中实现的方法 :首先建立矩阵类 ,提供简洁的矩阵描述 ;再建立多回路电机类 ,将发电机的大量原始参数封装起来 ,并由内部成员函数实现发电机电感等参数的计算 ,用户可根据研究问题的需要定义定子绕组划分单元 ;最后建立状态方程类 ,实现状态方程具体的解算算法。仿真问题归结为这3个类的对象的有机结合。实践表明 ,采用该方法可使仿真程序函数调用时的参数更加简洁 ,同时增强了仿真的灵活性、程序代码的可读性和可扩充性 。

龙羊峡和拉西瓦水电站多分支发电机主保护设计对比

在吸取国外大型水电站发电机主保护设计成功经验的基础上,龙羊峡水电站在国内首次采用多回路分析法计算发电机内部短路,以校验保护灵敏度,现场运行已证明龙羊峡发电机主保护设计的正确性。随着发电机主保护设计技术的发展,拉西瓦水电站发电机主保护设计则是在全面的内部短路分析计算的基础上,经定量化的设计过程而完成。针对该奇数多分支发电机的故障特点,首先采用相隔引出方式构成不完全裂相横差保护,然后通过合理选择零序电流型横差保护以形成对不完全裂相横差保护性能的补充;差动保护用TPY型电流互感器的正确选型,为上述主保护配置方案优异性能的实现提供了坚实的保障。

交流励磁发电电动机内部故障分析及主保护设计新进展

国内抽水蓄能电站的建设已进入高潮,已在国外广泛应用的转速可调的交流励磁发电电动机也备受关注。丰宁抽水蓄能二期工程准备投产两台300MW可调速交流励磁发电电动机,本文对此机组定子绕组/转子绕组内部故障分析计算的方法以及主保护设计的特点进行归纳总结,为后续变速机组的设计提供了借鉴:交流励磁发电电动机多回路数学模型是交流电机多回路理论的拓展,其正确性已得到实验样机的验证;基于常规水电机组和定速发电电动机主保护设计经验,通过典型故障特征分析来简化丰宁抽水蓄能二期变速机组定子绕组主保护设计;交流励磁发电电动机转子绕组内部短路时产生的分数次谐波磁场会在定子绕组同相分支间产生环流,为变速机组故障率高的转子绕组主保护设计提供了新思路。

基于内部故障仿真数据的发电机主保护测试系统

介绍了一种基于发电机定子故障暂态数据的主保护测试系统.该系统利用多回路理论建立发电机内部故障仿真模型,计算出内部故障的暂态数据,同时把故障数据转换成COMTRADE格式储存.对保护装置进行实时测试时,利用测试仪的故障波形回放功能,将存储数据转换成模拟量送入保护装置,从而实现对保护装置的测试.仿真试验表明,该测试系统具有精度高、体积小、结构简单等特点,能对发电机主保护进行各种故障条件下的详尽评测.

大型发电机内部短路主保护性能分析及配置方案的选择

大型发电机内部短路主保护方案的配置是大型发电机安全可靠运行的前提基础,是电力设计者的重要任务。本文对大型发电机内部短路四种主保护的原理进行了详细的叙述,通过灵敏度计算分析软件对四种主保护的灵敏度进行分析,并根据对匝间短路和相间短路的分析结果总结了灵敏度的变化规律,并将定子绕组分为两个中性点和三个中性点两种情况讨论分支组合方式,归纳了主保护方案的配置方法及最终方案的确定方法,为大型发电机配置高性能的主保护方案提供了理论基础。