Field experiments of NR-PSS for large synchronous generators on a 300MW machine in Baishan Hydro Plant

To verify the performance of NR-PSS (Nonlinear Robust Power System Stabilizer) for large synchronous generators, field experiments were carried out on a 300 MW generator in Baishan Hydro Plant of Northeast China Power Grid. The experiment results show that NR-PSS can improve the generator damping and enhance system stability remarkably.

大兆瓦风电机组永磁同步发电机控制

随着风能技术和风电产业的发展,风电机组不断大型化,永磁发电机组成为海上风电的主流技术路线。根据机组运行状态,永磁同步发电机会工作在不同的工况。首先介绍风电机组的功率控制策略,然后基于数学模型分析了永磁同步发电机运行限制条件,推导了永磁同步发电机最优运行轨迹,最后提出了大兆瓦永磁同步发电机控制策略并完成了仿真和实验验证。

双馈风场串补系统次同步振荡紧急控制策略

在新能源侧振荡抑制措施失效的情况下,双馈风电场与串补相互作用诱发的次同步振荡会造成大量风机脱网,对系统稳定性产生不利影响。现有振荡抑制措施无法保证在任何情况下都能可靠抑制振荡,因此需要网侧主动对风场进行紧急控制。文中基于频域阻抗判据,针对辐射型网络网侧选切过程中实时计算量过大的问题制定紧急控制策略,以达到降低计算量,减少决策时间的目的。在极坐标系下推导新能源侧频域阻抗实部与支路阻抗模值相角的关系,根据实部变化量分三步进行判断:首先排除“切除无效机组”;其次在余下的机组中筛选紧急控制作用有效的机组;最后根据复阻抗量的投影大小确定切除顺序以防过切。基于国内某风电场经串补送出电网实际参数,通过PSCAD仿真试验对所提策略的有效性进行仿真验证,仿真结果表明按照文中所述切除策略进行紧急控制可有效提升系统在次同步振荡过程中的系统阻尼,避免振荡快速发散。

UPFC/BESS算法在电力系统中的应用

本研究致力于促进电网稳定极限的提高,有效减缓输电线路的潮流和振荡的影响。利用大型电网新能源系统,实现新能源技术和灵活传输,完全消耗储能。基于新型电池储能系统(BESS)的柔性替代电流传输系统装置和统一潮流控制器(UPFC)的设计,建立了UPFC/BESS的数学模型。推导了新型电池储能系统和统一潮流控制器的功率平衡方程的输出值。本研究总结了UPFC的应用功能和控制算法,并介绍了大电网的UPFC/BESS组合结构和新能源系统的背景。然后,证明了UPFC/BESS是一种解决电力和新能源的有效波动和间歇性问题的方法。基于WAMS技术,提出了UPFC/BESS算法。在最严重的情况下,瞬时输电功率的平衡性和灵活性、长期跟踪控制策略以及峰谷和陡降UPFC/BESS有源新能源系统可以分析大电网的动态平衡和不平衡无功功率。研究结果表明,UPFC/BESS可以快速调节电源、电网和电源的净负荷不平衡,以及能有效地抑制功率波动。

同步发电机参数与工况关系初探

简述采用时域加权最小二乘法在线辨识发电机参数的辨识算法,求得在各种工况下的发电机参数,并成功地用参数辨识结果作为样本集,建立反映发电机参数与工况关系的参数子模型。本参数辨识技术已应用于萧山发电厂2号发电机参数的在线辨识,获取了准确可信的发电机模型和参数。仿真计算验证了辨识参数及参数子模型的准确性。

基于耦合场的大型同步发电机定子温度场的数值计算

根据流体力学理论,建立了定子径向通风沟内流体运动微分方程,给出了二维流体场的求解域和边界条件并且进行了计算和分析,对入口风速不同时径向通风沟内流场的分布进行了比较。同时在流体场计算的基础上计算了径向通风沟内各风壁的散热系数,建立了定子三维温度场的数学模型和物理模型,对定子三维温度场进行了计算,将考虑流场具体分布时的计算结果与传统的温度场计算结果及解析法计算的结果和实测值进行比较,得出了一些有益的结论,说明了该方法的准确性。

大型同步发电机定子多元流场与表面散热系数数值计算与分析

文中根据流体力学理论,采用有限体积法计算出定子通风沟内多元流场流速的分布,进而确定出表面散热系数,并把所得出的各表面的散热系数代入温度场进行计算。通过对考虑流场具体分布时的温度场计算结果与传统的计算结果、解析法计算的结果和实测值的比较,说明了本方法计算结果的准确性。将不同入口风速和不同入射角的径向通风沟内流场和散热系数的分布分别进行了比较和分析,得出了一些有益的结论。

同步发电机不同实用模型的大扰动特性对比研究

为了研究同步发电机3种实用模型对电力系统大扰动特性和暂态稳定极限的影响,采用dq0坐标系下的实用模型与abc坐标系下的电网模型联立求解的方法,推导了发电机与电网接口关系的方程,建立了以实用模型为基础的单机双回线无穷大系统,并以经过试验验证的场路网耦合时步有限元模型作为标准响应,对各实用模型进行校验。采用上述模型对300 MW同步发电机进行仿真计算表明:3种实用模型的大扰动特性存在明显差异,且暂态稳定极限都较为保守;额定励磁下,实用模型与时步有限元的暂态稳定极限最大相差8.8%。研究结果为电力系统仿真中合理选择发电机模型提供了重要参考。

发电机内部冷却气流状态对定子温度场的影响

由于大型同步发电机运行状况以及结构的复杂性,定子径向通风沟内冷却流体的流动状态对定子温度场的分布有显著的影响。根据流体力学理论,推导了定子径向通风沟内二维流体运动的微分方程,给出了求解域和相应的边界条件及假设条件,采用有限体积法对流体场进行了计算,并且对冷却气体以不同的入射角度入射时径向通风沟内流场流速的分布进行了比较;建立了定子三维温度场的数学模型和物理模型,给出了求解域的边界条件以及各部分的损耗,针对上述流体场分布的不同情况,采用有限元法对定子三维温度场进行了数值计算;将计算结果与实测值进行了比较,得出了一些有益的结论。

基于虚拟同步发电机技术的改进型背靠背起动方法

背靠背起动作为一种传统的大容量同步电机起动方式,需要两台额外的物理电机提供支持,而且操作和调节过程也相当复杂。针对这一问题,该文通过采用虚拟同步发电机(VSG)技术,提出一种改进型大容量同步电机背靠背起动方法,用控制成VSG的级联H桥变换器(CHB)替换原动机和同步发电机。新的起动系统不仅解决了原系统存在的问题,而且转子初始相对位置角、VSG的阻尼转矩都变为可调项,新增的无速度传感器转速闭环控制也使得对同步电机速度的控制更加精准。此外,该文研究了在计及系统稳定性时提高机械转矩增长速率和减缓阻尼转矩增长速率来加快起动过程的可行性,并通过硬件在环实验验证了所提改进型背靠背起动方法的有效性。

基于电流源型变换器的大型同步发电机励磁

将基于全控开关器件的电流源型变换器用于大型同步发电机励磁,采用正弦脉冲宽度调制(SPWM)技术控制开关状态。利用dq坐标系的间接电流控制实现对SPWM电流源型变换器功率双向流动的控制。验证了SPWM电流源型变换器带大电感负载运行的可行性。仿真试验表明,与传统可控硅励磁相比,整流时该励磁系统能向发电机端发出或吸收无功,逆变时能使励磁电流快速下降、加快励磁系统调节速度、发电机故障时实现交流灭磁。

船舶大功率发电机的神经网络建模

应用径向基函数神经网络对船用大功率柴油发电机进行了建模,分别对柴油发电机空载起动、1台发电机在网运行时滑油泵起动和2台发电机在网运行时船舶侧推器起动时的船舶电力系统运行工况进行了学习和训练。从模型算法用数字信号处理器编程计算和运行看出,径向基函数神经网络船用同步发电机的非线性模型能适应快速计算的要求。

大型同步发电机排间绝缘对定子三维温度场的影响

建立了定子三维温度场的数学模型和物理模型,在相同的运行工况下,对考虑排间绝缘和不考虑股线排间绝缘以及不同的排间绝缘材料时的定子三维温度场进行了数值计算.在此基础上分析了排间绝缘对定子三维温度场的影响:不考虑排间绝缘比考虑排间绝缘时电机定子各部分的温度偏高;而排间绝缘的导热系数对电机定子温度几乎无影响.

离网条件下的虚拟同步机分布式并联系统暂态稳定分析

虚拟同步机技术的应用,使得分布式电源具有同步发电机特性,可实现离网运行,其可控惯量对离网条件下分布式并联系统的频率稳定和有功振荡有很大的影响。基于离网条件下的虚拟同步机分布式并联系统,以两端输出有功功率振荡为标准,利用李雅普诺夫方法推导暂态能量函数,分析两端惯性时间常数对系统有功振荡的影响。根据分析结果,对暂态期间惯性时间常数进行控制,抑制有功振荡幅度,减小振荡时间,从而提高系统暂态稳定性。最后,利用PSCAD/EMTDC?软件建立模型进行仿真,验证所提方法的可行性。

转子偏心对凸极同步发电机主保护不平衡电流的影响

为了分析转子偏心对大型凸极同步发电机主保护不平衡电流的影响,提出了以"电磁场—多回路结合法"进行研究的思路,该分析方法将大型凸极同步发电机转子偏心问题分解成体现发电机外部特性的电压方程求解与体现内部特性的电磁参数计算的2个问题。建立了转子偏心凸极同步发电机的多回路数学模型,并采用电磁场有限元法计算了转子偏心下的电磁参数。在一台12极、3kW转子偏心的凸极同步发电机实验样机上进行了空载和带三相电阻负载实验,将实验结果与仿真结果进行对比,结果验证了数学模型和数值解法的正确性。

转子偏心对不同绕组形式大型凸极同步发电机支路感应电动势的影响

为了研究转子偏心对不同绕组形式的大型凸极同步发电机的空载支路感应电动势的影响,本文采用"分片模型"和非线性二维时步有限元法对转子偏心及定子斜槽发电机在叠绕组和波绕组时的支路感应电动势进行了计算。与一台3kW、12极的凸极同步发电机空载支路感应电动势实验结果的比较说明了计算方法的准确性,同时相比于波绕组发电机,转子偏心对叠绕组发电机支路平衡性影响更大。

大型同步发电机定子主绝缘结构优化热性能分析

大型同步发电机的绝缘减薄问题是对发电机进行研究的一个重要方面,本文着重研究了由于主绝缘的减薄所导致的股线涡流损耗的变化;采用有限体积法对定子径向沟内的流体场进行了数值计算,得出径向通风沟内不同位置处的流体速度,并由此计算出表面散热系数。此外建立了定子三维温度场的数学模型和物理模型,采用有限元法对定子三维温度场进行了数值计算,将求解结果和试验值进行了比较。最终讨论了由于绝缘减薄对发电机定子三维温度场造成的影响。

面向大型同步发电机组的起励系统设计

大型同步发电机已广泛采用自并励励磁系统。文中在对大型同步发电机起励深入研究的基础上,根据起励的特点并结合工程实践,提出了一种基于起励—转子回路时间常数的起励系统主回路设计新方法,包括起励电源的选择、起励—转子回路时间常数的选取计算及关键器件设计方法等。同时,提出了一组适用于大型同步发电机起励的控制新策略,包括整流装置与起励的协调控制、起励回路退出控制策略、基于积分分离法的升压过程控制策略等。仿真结果与1 000MW汽轮机组、700 MW水轮机组的工程实践充分验证了所提出的起励设计方法与控制策略的正确性和有效性。

采样迭代学习发电机的励磁控制器设计

为了提高电力系统的暂态稳定性,采用采样迭代学习方法,在不需要已知被控系统精确数学模型和对机端电压误差进行求导运算的情况下,设计出了一种同步发电机的励磁控制器,给出了励磁控制系统范数形式的收敛条件.研究结果表明:该控制器避免了以往采用PD型迭代学习控制算法的不足,显著提高了同步发电机功角和机端电压的稳定性.该成果不仅解决了在实际应用中迭代学习励磁控制算法的计算机实现问题,而且还将可能成为发电机的励磁控制方式发展的一种趋势.

大型发电机绕组电气故障分析

综述分析了大型发电机绕组所涉及的各类电气故障与不正常运行工况及其危害和一些相应分析解决方法。在发电机内部分别从转子和定子两个方面分析发生在绕组之间和绕组对地之间的故障工况,在发电机外部则分析了机端突然短路和不对称运行给绕组带来的影响。