强台风下高压输电线路塔—线耦联体系的力学行为仿真分析三:动静力响应对比

高压输电线路风致倒塔事故是近年来影响电力系统安全运行的重要因素。文中以南方电网某220 kV输电线路为背景,考虑铁塔和导、地线之间的耦联影响,运用ANSYS有限元分析软件,建立直线段塔线耦联三基塔两回线模型,对模型分别施加设计风速下的风载荷与时变风载荷,对比模型在两种情况下的静动力位移、应力响应数值差异,分析表明塔—线体系中铁塔的x、z向动力响应位移明显大于静力响应位移,铁塔部分主材轴应力与静力响应数值相比明显增大。研究结果可用于输电线路在风载荷作用下的可靠性分析。     

输电塔线耦联体系风洞试验及数值模拟研究

为研究输电线路的风振响应,以某500 kV送电线路为工程背景,设计了三塔两线完全气弹模型并进行了风洞试验。利用有限元分析软件ABAQUS建立了三塔两线模型,计算了该线路在随机风场中的动力响应,探讨了塔线体系耦联振动特性。研究结果表明:输电线的存在增加了塔线体系的背景响应,增大了塔线体系的阻尼,降低了共振响应;挂线后塔线的耦联作用对输电塔加速度和位移造成了不同的影响。高风速下输电塔响应和输电线响应的功率谱密度会出现能量交叉,塔线之间的耦合作用大大加强,这极有可能导致塔线的耦联共振作用。因而进行输电杆塔设计时,需考虑塔线之间的耦联振动对输电塔响应所带来的不利影响。     

输电塔线耦联体系风洞试验及数值模拟研究

为研究输电线路的风振响应,以某500 kV送电线路为工程背景,设计了三塔两线完全气弹模型并进行了风洞试验。利用有限元分析软件ABAQUS建立了三塔两线模型,计算了该线路在随机风场中的动力响应,探讨了塔线体系耦联振动特性。研究结果表明：输电线的存在增加了塔线体系的背景响应,增大了塔线体系的阻尼,降低了共振响应;挂线后塔线的耦联作用对输电塔加速度和位移造成了不同的影响。高风速下输电塔响应和输电线响应的功率谱密度会出现能量交叉,塔线之间的耦合作用大大加强,这极有可能导致塔线的耦联共振作用。因而进行输电杆塔设计时,需考虑塔线之间的耦联振动对输电塔响应所带来的不利影响。     

考虑脉动风荷载作用的大跨越输电塔线体系风致响应分析

为了掌握脉动风荷载作用下大跨越输电线路风致响应特性,以某500 kV三跨耐张段大跨越输电线路为研究对象,建立了输电塔线体系空间有限元模型,采用谐波叠加方法模拟输电塔线体系脉动风荷载时程,叠加静风荷载作用,研究了风荷载作用下单塔及塔线体系的模态动力特性,分析了不同风向角风荷载作用下塔线体系风振响应时域特性,并与单塔风致响应进行比较,获得了最不利风向角度,探索了不同风速作用下单塔及塔线体系最大位移和应力变化规律。结果表明,与单塔相比,塔线耦合体系具有较强的柔性,其模态的低阶振型主要表现为导线的振型;输电塔和输电线风振响应均以一阶振型为主;塔线耦合效应对塔线体系风振响应的影响较大,不同风向角风荷载作用下塔线体系风振响应均大于单塔,塔顶位移增大明显;塔线体系的最不利风向为垂直于导线布置方向;输电线路设计时建议考虑塔线耦合效应的影响。     

±1100 kV特高压输电塔线体系风振响应分析

为研究角度风下长横担输电塔线体系动力响应,采用有限元时程方法分析准东—华东±1 100 kV特高压输电线路单塔及塔线体系风振响应。首先,利用线性滤波法计算得到三维脉动风速场,并结合准定常理论得到单塔及输电塔线体系脉动风荷载。其次,建立单塔及输电塔线体系有限元模型,利用模态分析方法计算结构的动力特性,研究导地线及长横担结构对输电塔动力特性的影响。最后,利用有限元时程方法对单塔及塔线体系进行动力分析,研究了风向角、长横担结构及塔线耦合效应等因素对结构动力响应的影响。结果表明：长横担结构会导致扭转频率降低,扭转振型出现顺序前移;塔线耦合效应降低了塔架结构自振频率,提高了结构阻尼比;根据位移均值计算结果,最不利风向角为15°和75°;根据扭转角均方根计算结果,最不利风向角为0°;单塔顺风向响应主要受背景分量和1阶振型的影响,塔线体系还受到导地线低阶共振分量的影响,扭转角主要受扭转1阶振型影响。     

大跨越输电塔动力特性

大跨越输电塔-线体系是一种复杂的空间塔线耦联体系,体系动力特性计算中由于导、地线的振型密集,输电塔的振型难以辨清。在对大跨越输电塔-线体系的动力特性研究中,采用白噪声激励体系,得到输电塔耦合了导、地线的响应;利用振动模态识别技术,可得到输电塔耦合了导、地线的低阶模态。以多条输电线路工程中不同类型、不同高度输电塔为原型,建立空间有限元模型,利用振动模态识别技术提取出大跨越输电塔-线体系中塔架结构的第1 自振周期及其振型,得到适用于大跨越酒杯塔和大跨越干字型塔的第1 周期近似计算公式。对工程实例的仿真分析表明,该公式能比较准确地反映大跨越输电塔-线体系的动力特性,值得推广应用。     

强台风下高压输电线路塔—线耦联体系的力学行为仿真分析二:动力响应分析

风载荷是影响高压架空输电线路安全运行的重要因素,为分析塔—线耦联体系的动力响应规律,以广东湛江某220 kV输电线路为背景,在ANSYS有限元开发环境下,建立三基塔两回线塔—线耦联体系有限元模型。基于Davenport脉动风速功率谱,考虑湛江当地气象条件,模拟生成风速时程,在风速时程作用下,对耦联体系进行风致动力响应分析,并将铁塔动力响应结果与拟静力计算结果进行对比。分析发现,动力分析铁塔顺线路位移是规范拟静力的5.2倍左右,垂直线路位移是静力分析的1.3倍左右;铁塔部分主材单元轴向压应力较拟静力明显增大,这说明现行设计规范存在一定局限性,其结果偏向保守,有待进一步改进或增加设计裕度。     

基于Ansys的高压输电塔风振特性分析

在电力大范围应用的背景下,研究输电线路的振动特性对电网整体的安全性有着极其重要的意义。本文推导了三线两塔耦合系统的力学简化模型,并以建立典型的500kV交流双回路耐张塔为对象验证了算法的正确性。利用Ansys软件建立了两塔三线的耦合模型并进行了单塔振动分析、塔—线耦合振动分析。在此基础上利用Davenport风速谱对电力塔模型节点的风载荷进行了模拟,并对耦合模型进行了动力时程分析,最终得到了节点位移曲线,验证了模型的合理有效性。最终结果表明耦合体系的振型以塔、线各自的振型为主,并出现了一部分由塔或线诱发的新振型,且同阶下耦合的振动频率要小于单塔的振动频率。最终经过理论计算与有限元分析结果的比较,证明了所推导力学模型的正确性。     

1000 kV汉江大跨越特高压输电塔线体系气动弹性模型的设计与风洞试验

以建设中的1000 kV汉江大跨越输电线路工程为背景,针对大跨越输电线路塔线体系风致响应较大的特点,进行了气弹模型风洞试验,分析了单塔及塔线体系在均匀流及紊流下的风振响应。塔线体系为四塔三线模型,并采用刚性节段加V型弹簧片法设计输电塔气动弹性模型。通过对实验结果进行分析,获得了塔线体系动力特性和风振响应等数据,研究了导线对输电塔的影响。结果表明,风荷载作用下导线与输电塔的耦合振动不可忽略。     

振动模态识别技术在输电塔线动力特性研究中的应用

输电塔线体系是一种复杂的空间塔线耦联振动体系,体系动力特性计算中由于导地线的振型密集,输电塔的振型难以清辨。在对输电塔线体系的动力特性研究中,采用白噪声激励体系,得到输电塔耦合了导地线的响应;利用振动模态识别技术,可得到输电塔耦合了导地线的低阶模态。此外,在实际工程现场进行了环境振动测试,识别输电塔耦合了导地线的低阶模态,验证了数值计算模型和理论模态识别的正确性。     

基于改进支持向量回归的IGBT老化预测

为了准确预测绝缘栅双极型晶体管（IGBT）的老化状态,提出了一种基于改进鲸鱼优化算法（IWOA）优化支持向量回归（SVR）的IGBT老化预测方法。该方法提取IGBT集电极-发射极电压信号的时频域特征,通过核主成分分析（KPCA）降维将时频域特征融合成一个综合指标来表征IGBT的老化状态;针对鲸鱼优化算法（WOA）不足,在WOA的基础上引入Sobol序列种群初始化、惯性权重和反向学习策略,增强WOA的局部搜索能力和收敛速度;利用IWOA优化SVR的惩罚因子和核参数,并构建一种基于综合指标的IGBT预测模型。利用NASA Ames实验室的IGBT老化数据集对IWOA-SVR方法进行验证,结果表明,所构建IWOA-SVR预测模型可以更准确实现对IGBT的老化预测。     

风电场接入电网的安全稳定分析

采用电力系统潮流算法,基于风电场出力与母线电压的P-V曲线,实现大容量风电场接入电网后电力系统的静态安全分析方法。建立异步风力发电机组的动态仿真模型,实现含有大容量风电场的电力系统动态稳定分析方法。结合风电场接入系统实例,提出保证电网和风电机组安全稳定运行的风电场运行控制方法。探讨通过控制负荷侧功率因数、采用动态无功补偿装置及进行故障后切除风电机组等措施提高电网动态稳定水平、改善风电场运行条件的有效方法。     

永磁直驱风电变流器控制策略及仿真研究

根据矢量控制原理提出了机侧和网侧PWM变流器的控制策略,分析了永磁直驱风电系统双PWM变流器的电路结构及其工作原理,建立了永磁直驱风电系统中包括风力机、传动系统、永磁同步发电机、双PWM变流器等各部分的数学模型;在MATLAB/SIMULINK仿真环境中建立了永磁直驱风电系统的仿真模型并进行了动态仿真。仿真结果表明:采用双PWM变流器的永磁直驱风电系统具有优良的动、静态性能,可以良好的控制永磁同步发电机,最终输入电网的电压、电流波形接近正弦且谐波含量小。验证了系统仿真模型的正确性和所提出双PWM变流器控制策略的有效性。     

兆瓦级双馈型风电场并网的系统暂态稳定性研究

研究了基于双馈感应电机的风电场并网后的系统暂态过程.首先建立了双馈风电机组的动态模型,以及水轮发电机组、电力系统稳定器、静止无功补偿器的数学模型,然后仿真研究了风电场并网以后对区域系统暂态过程的影响,对比分析了故障情况下不同的系统稳定措施的作用和效果,仿真计算结果验证了建立模型和采取方法的正确性和有效性.仿真结果表明:...     

永磁同步发电机的无传感器滑模辨识及控制

针对坐标旋转法永磁同步发电机无速度传感器控制中忽略定子电流微分项带来的估计偏差大等问题,提出基于旋转坐标系的自适应锁相环和滑模辨识方法.采用近似滑模控制对模型电机定子电流进行控制,使发电机和模型电机电流相等,从而获得两电机转子相位差的正弦和余弦分量.建立直驱式永磁同步电机无速度传感器辨识模型和自适应锁相环模型,并利用基于反步法的自适应锁相环进行速度和相位观测,在此基础上利用Lyapunov函数设计法设计控制器.采用近似滑模辨识使模型电机电流快速逼近原电机电流且到近似正弦的控制量,自适应数字锁相环相位收敛快,采用Lyapunov函数设计的控制器能保证系统收敛.仿真结果验证了该方法的可行性和有效性.     

500 kV输电线路基础沉降铁塔的可靠度分析

以存在地质隐患的500 kV张恩输电塔线体系为研究对象,以基础沉降及随机风荷载为影响因子,基于矩方法计算塔线体系的可靠度。采用梁单元及悬链线索单元对输电塔、导线和绝缘子进行模拟,建立塔线耦合体系的三维有限元模型,基于等效随机静风荷载模型,利用统计矩点估计法求解前4阶统计矩,计算塔线体系的可靠度。其结果表明基础沉降对杆塔可靠度影响较大,特别是在考虑随机风荷载作为不利荷载组合时,其可靠度降低,表现为轴压失效和偏压失效,与耐张塔的构件失效模式一致,说明可靠度分析方法的可行性。结合输电线路的变形监测,深入研究地质灾害伴随的荷载随机性及变异性导致杆塔受力的不确定性,以更准确描述输电线路结构体系的可靠性和安全性。     

3D FEM analysis,dynamic modeling,and performance assessment of transverse flux PMSG for small‐scale gearless wind energy conversion systems

The transverse flux permanent magnet synchronous generator has a great potential for use in direct‐drive wind energy conversion systems due to its large pole numbers, high torque, and power density. This research work develops dynamic model of a single‐side transverse flux permanent magnet synchronous generator for use in a small‐scale gearless wind energy conversion system. For acquiring the parameters of the considered generator, required for dynamic modeling, 3D finite element model of the machine is developed and analyzed in both magneto‐static and transient modes. Field‐oriented control approach is employed for tracking maximum power point from the variable wind speed. The simulation results illustrate an accurate response of the system to the wind speed variation and proper performance of the developed dynamic model and control approach of the system. Copyright © 2015 John Wiley & Sons, Ltd.     

±800 kV特高压直流输电塔线体系的气弹模型与风场模拟

针对±800 kV 特高压直流输电工程存在风致响应过大的问题,采用空气动力学理论中的弹性相似理论,建立以满足输电塔线原型结构和高度风洞试验段截面尺寸要求为目标的气弹模型,并测试和分析该模型的动力特性;同时,在考虑风场模拟的湍流强度、湍流风功率谱和平均风速分布等因素的基础上,建立模拟风洞实验。以某区域电网直流输电工程为例,通过理论分析和实际检测对比,验证了该塔线体系模型的动力特性可以满足气动弹性试验的要求。     

大容量风电场接入电网的暂态稳定特性和调度对策研究

给出了异步风力发电机组的动态仿真数学模型和含风电场的电力系统暂态稳定分析方法，与国内大型电力系统分析软件相联接，实现了含风电场的电网动态稳定分析及其工程应用。结合风电场接入系统实例，分析了大容量风电场接入系统后电网的暂态稳定特性，提出了保证风电场和电网安全稳定运行的风电场安全容量的概念。探讨了通过控制负荷侧功率因数、采取动态无功补偿装置、加强网架结构、故障 后切除风电机组等措施改善电网暂态稳定水平、提高风电场安全容量的办法。通过计算风电场不同开启容量下最大可调出力及对应风速的关系，提出了风电场接入系统后的电网调度对策，采取该调度策略，可以提高风电场的接入系统容量。     

负荷特性对跨区大电网低频振荡的影响研究

研究了动静态负荷特性对跨区域互联电网低频振荡阻尼特性的影响.介绍了电力系统研究中常用到的静态和动态负荷模型,其中动态负荷模型为考虑感应电动机机械暂态过程的电动机和恒定阻抗的组合.以研究电力系统低频振荡常用的单机无穷大系统(Phillips-Heffron模型)为例,运用阻尼转矩分析法.对模型中分别采用动静态负荷模型时,系统振荡模式的阻尼转矩系数进行了分析计算.并列写出其详细表达式.在4机2区域系统中对采用不同负荷模型及其相关参数发生变化时区域振荡模式的阻尼和频率特性进行了计算仿真,得到了系统阻尼比随负荷特性增大或减少的变化趋势.并且在跨区域大电网及华中电网2008年枯小运行方式下对相关结论进行了验证.计算结果与理论分析和仿真结果一致.