大功率直流脉冲发电机的过负荷保护装置

<正> 一、直流脉冲发电机的运行方式 大功率直流脉冲发电机是一种直流飞轮发电机组,它由异步电动机、飞轮及直流脉冲发电机组成,发电机组及其供电回路接线见图1所示。发电机组由异步电动机驱动, 使发电机转子和飞轮在起动升速过程 中积聚着巨大的机械动能,当转速达 到额定值时,给发电机加上励磁,使 发电机达到额定电压,然后向负载供 电,这时,发电机转子与飞轮中储藏 的机械动能,在很短时间内(零点几 秒或几秒)转换成大功率脉冲电磁 能。直流脉冲发电机组作为大功率脉 冲电源,在受控核聚变研究,大电流 直流开关试验以及其他需要大功率脉 冲电源的试验研究中。获得了广泛的 应用。 F、直流脉冲发电机 D、异步电动机 FL、飞轮 Z、负载阻抗图1 脉冲发电机组及其供电回路接线图     

同步发电机带脉冲负载的磁饱和问题研究

介绍了电机内部的磁饱和现象和脉冲负载下磁饱和现象产生的原理,搭建了同步电机的有限元仿真模型,并根据此模型分析励磁磁场和电枢电流分别增大时对定子铁心磁饱和程度的影响,用于模拟脉冲负载波动下电机内部的运行情况。结果表明励磁磁场和电枢电流的增加对定子铁心的磁饱和都有不同程度的加剧作用进而影响电机的输出电压,因此提出了通过减小磁饱和来抑制脉冲负载系统中柴油发电机组输出电压减小的方法。     

补偿脉冲发电机的容性负载特性

本文对补偿脉冲发电机及旋转磁通压缩机运行在电容负载时的输出电压、电流进行计算、分析,并介绍已制成的试验祥机。通过对祥机的实验结果与计算结果进行比较、分析,找出运行在容性负载时的某些规律。讨论了电机参数、负载参数,运行状况对输出特性的影响。为补偿脉冲发电机或旋转磁通压缩机用作强激光器之初级电源的方案提供了设计依据。     

一种采用负载电流和转速补偿的改进型飞轮储能系统放电控制算法（英文）

主要研究飞轮储能系统放电过程的直流母线电压稳定控制算法。飞轮放电过程中电机反电势随转速持续下降,直流侧负载通常具有电流突变的脉冲负载特性,而且传统PI双闭环控制的直流母线电压外环控制器具有非线性,导致其应对负载电流突变的动态响应慢,对转速变化的适应性差。为解决上述问题,本文提出了一种采用负载电流和转速补偿的飞轮储能系统放电控制算法。该方法将直流侧负载电流和电机转速信号补偿至直流母线电压外环,根据双向能量变换器交直流侧的功率平衡关系,对传统PI控制器的输出进行修正,重新计算q轴有功电流的给定值。此外,针对飞轮储能系统采用的高速电机d、q轴耦合电压大的特点,本文在电流内环也增加了前馈解耦算法,以实现d、q轴电流的独立解耦控制,增强对电流给定信号的跟踪能力。仿真和实验结果与理论分析一致,证明了改进后的放电算法具有更快的动态响应速度和更强的转速适应能力。     

基于飞轮储能石油钻机系统的研究

石油钻机在生产运行中经常出现突变负载,这类负载会造成动力机组轻载或重载,严重时甚至损坏机组轴承,而且使得动力机组的能耗大大增加.由于飞轮储能系统具有大功率充放电以及充放电次数无限制等优点,本文提出采用飞轮储能系统辅助石油钻机动力系统的负载调峰方案,并提出了应用于石油钻机的飞轮储能充放电优化控制策略,在动力机组轻载时多余能量储存于飞轮中,重载时飞轮释能,从而实现平抑负载波动的功能,同时节能效果显著.通过理论分析及仿真试验验证了在石油钻机上应用飞轮储能系统方案和控制策略的可行性和正确性,这也提高了动力机组的效率.     

新能源船舶并网逆变器电网支撑协调控制

新能源船舶近年来发展迅速,并网逆变器是其关键设备。逆变器能够单独运行,也能与船舶柴油发电机组协调工作,支撑船舶电压与频率。本文提出柴油发电机组离网、并网及切换过程等不同模式下并网逆变器的控制策略,以解决船舶电站中电网电压与频率容易受负载突变影响的问题。离网时逆变器采用电网电压及输出电流双闭环控制,并把负载电流全前馈;并网时采用功率控制,并通过滤波器技术提取负载电流的动态分量前馈至补偿电流;两种模式切换时采用状态锁定方法避免参数突变造成的不稳定。该控制策略充分利用了船舶电站中容易获得的负载电流参数,有效地提高了船舶电网运行的可靠性。     

小容量同步发电机组谐波特性分析

相对于大电网，小容量系统惯性小、承受扰动的能力弱，因此小容量同步发电机组受谐波影响较大。为揭示谐波的作用机理，从注入谐波电流后电机内部的电磁关系变化入手，描述了谐波电流形成的旋转磁场与基波磁场叠加后的形态。进而分析了谐波电流对发电机输出电压的影响，并运用瞬时功率理论推导了谐波转矩的解析式，指出了发电机组转轴机械振动的原因。进行了柴油发电机组带非线性负载的实验，观察了机组在谐波影响下的运行状态，实验结果与理论分析一致。     

基于双模糊算法的风电机组储能系统优化控制

在风力发电机组并网运行时,通过配置飞轮储能系统(flywheel energy storage system,FESS)可以有效地平抑风电机组输出功率的波动.在模糊混合PID控制基础之上,提出了一种双模糊控制策略,利用模糊推理将风力发电机组输出的有功功率和飞轮转速两个优化控制目标同时引入到FESS的控制之中,使二者形成紧密联系又彼此制约的关系.然后对电网侧d轴电流引入补偿以稳定直流侧电压,实现近一步优化控制.最后利用Matlab/Simulink进行仿真验证,仿真结果表明,与传统控制策略相比,采用文中的控制策略时电网侧的有功功率波动明显减小,飞轮转速未发生越限现象,直流侧电压波动不超过20V.     

脉冲负载对微电网运行特性影响规律的试验研究

脉冲负载结构复杂且负载特性与工作模式密切相关。为了研究脉冲负载下微电网运行特性以及脉冲负载不同参数对微电网运行特性的影响规律,建立了脉冲负载模拟装置并构建了柴油发电机组—脉冲负载试验系统;针对脉冲负载特性对电压畸变率等计算公式进行了定义;脉冲负载工作特性与占空比、工作周期、峰值功率密切相关,提出采用不同参数组合的方法模拟脉冲负载的工作特性。分析了脉冲负载在不同工作模式下对微电网运行特性的影响规律。结果表明,微电网运行特性与脉冲负载的工作模式密切相关,且不同的脉冲负载参数对微电网运行特性的影响规律和程度也不相同。     

基于飞轮储能系统的直流UPS控制方法研究

飞轮储能系统将能量以机械能的形式储存在高速旋转的飞轮转子中。与传统化学电池相比,飞轮储能系统优势明显,已获得了广泛的应用。为了解决电网电压对称跌落所带来的直流负载端电压暂降问题,给出了基于飞轮储能系统的直流UPS系统电路拓扑及控制方法。在电网电压正常时,飞轮电机采用速度外环、电流内环的双闭环控制策略加速充电或恒速待机;在电网电压发生对称跌落时,飞轮电机采用电压外环、电流内环的双闭环控制策略减速放电。提出了电流内环控制器的零极点对消降阶设计方案,采用对称优化函数等效法设计了速度外环及电压外环控制器参数,并对设计的控制器进行了稳定性分析。通过Matlab/Simulink仿真对该控制方法进行了验证。结果表明,该控制方法及所设计的控制器参数能准确控制飞轮电机运行模式,稳定直流负载端电压,保护直流负载不受电网电压跌落的影响。     

飞轮储能电机在风力发电系统中的应用

风力发电会因为风速、风向等自然条件的变化而不能持续地、稳定地输出电能.因此,储能技术在风力发电中尤为重要.该文针对目前飞轮储能技术的研究进展情况,对飞轮储能电动发电机在风电系统独立运行和并网运行两种情况下的应用作了较详细的探讨.对于独立运行风电系统,飞轮储能电机作为其能量储存环节,可提高风能利用率和独立风电系统的电能质量;对于并网运行风电系统,飞轮储能电机作为并网风电机组输出功率补偿环节,可改善风电机组输出的稳定性.     

不同负载下变速永磁同步发电机系统稳压控制的研究

为了研究不同种类的负载对变速永磁同步发电机的稳压输出的影响,提出一种负载分类和建模方法。采用基于电压电流双闭环的矢量控制技术,通过PWM整流器可将PMSG输出不稳定的交流电能变换成稳定的直流电。将常见的直流侧负载视为一个独立的负载电流扰动量,可分为阶跃式和脉冲式两类,然后通过仿真和实验,分别研究了两类负载对变速PMSG系统稳压性能的影响。结果表明:直流母线电压的动稳态性能受负载电流的变化速率、稳态值和超调量等因素影响;在阶跃式和脉冲式两类负载下,变速PMSG系统在全转速范围内均能平稳运行,且具有良好的抗负载扰动能力,实现稳压输出。     

变速风力发电机组自适应模糊控制技术

针对采用传统模糊控制技术的变速风力发电机组难以兼顾机组转速控制性能和输出电流脉动的缺点,提出了一种简单的自适应模糊控制方法。该方法通过设置具有自适应能力的转速误差门限来判断风力发电机组的运行状态,从而实时的改变模糊控制器的输出比例因子,达到良好的控制效果。研制了一套额定功率为2kW的定桨距变速风力发电机组仿真和实验系统。在此平台上分别对常规的PID控制、传统的模糊控制和提出的自适应模糊控制技术进行了仿真与实验分析。结果显示,提出的自适应模糊控制技术不仅对参数变化具有较强的鲁棒性、可实现良好的动静态转速控制,且能够有效减小输出电流脉动,从而减小机组转矩脉动和机械应力,延长机组使用寿命。     

飞轮辅助的风力发电系统功率和频率综合控制

参与电网频率控制是并网运行发电机组应有的功能。该文在分析风力发电对电力系统运行影响的基础上,提出了一种用飞轮辅助风力发电的方案,研究了风力发电-飞轮系统功率和频率综合控制方法,建立了相应的Simulink仿真模型,用实际风速对飞轮平稳风力发电机输出功率波动、参与电网频率控制进行了仿真。结果表明,在飞轮辅助下,风力发电-飞轮系统可以按要求输出平稳的功率,并且可以像传统发电机组一样参与电网频率控制。     

长脉冲折叠型螺旋脉冲形成线的设计和初步实验

高功率脉冲功率调制器的紧凑化是其重要研究方向,为此将螺旋线与折叠线技术相结合,设计了一种长脉冲折叠型同轴螺旋脉冲调制器,该调制器将两根螺旋型脉冲形成线通过过渡段部分连接,形成折叠结构,在一定的长度范围内实现了长脉冲的输出,设计指标为:二极管电压400 kV,负载电流26 kA,脉冲宽度约为260 ns。对传输线的电压波过程进行了分析,结果表明,过渡段阻抗与传输线阻抗匹配时输出波形最好;用PSpice软件对脉冲形成线的充电电压和二极管电压、电流进行了模拟;利用高压同轴电缆,进行了低压情况下的验证实验,实验结果与理论分析、模拟研究结果一致。此种类型的调制器具有运行稳定、体积小、结构紧凑的特点。     

两起百万机组发电机并网前励磁投入后即有定子电流现象的原因分析

大型发电机并网前的参数监视是保障发电机变压器组安全运行的基础.本文通过对两次百万机组发电机并网前出现定子电流和负序电流的现象进行分析,找出两次事件发生的不同原因,并提出应对措施,以供大型发电机组并网操作时参考.     

大机组非全相运行对机组和系统安全运行分析

针对大型发电机组在不同的运行状态(空载、负载)下产生非全相运行,特别是发变组出口主断路器及联络线主断路器引起的非全相运行进行说明,并对其中3种情况进行发电机负序电流和发电机承受负序电流能力的计算;针对发电机发生非全相运行时负序电流对机组设备安全及运行安全的危害,以及发电机发生非全相运行时对系统的运行安全的威胁等进行分析;并针对各种情况下发电机非全相运行提出相应的处理措施,以确保机组和系统的运行安全和设备安全。     

脉冲负载下PWM整流器自适应线性自抗扰控制

对于复杂多工况切换的脉冲负载问题，传统不控或PID全控整流变换系统均无法解决输出电压响应和交流侧电流谐波间的技术指标矛盾，为此提出一种根据工况变化自适应调节的控制方法。首先分析脉冲负载多工况切换条件下电压稳定速度和三相电流谐波与控制器参数的关系，得到两技术指标间矛盾机理。基于三相PWM整流器的数学模型构建线性自抗扰控制器，确定其基本参数。根据LADRC等效截止频率和交流侧电流谐波与控制器参数的关系，设计等效带宽参数的4自由度更新算法，根据工况变化实现自适应参数调节。仿真和实验结果表明，提出的自适应线性自抗扰控制器能够提高脉冲负载整流器在负载工况切换时的电压动态响应速度，同时降低稳定工况下的交流侧三相电流谐波，实现两指标间的自适应协调。     

直驱式永磁同步风力发电机输出功率平滑控制

风能的不确定性以及风轮机自身特性使风力发电机输出有功功率随风速变化而波动,影响风电机组输出电能质量,严重时还会影响电网运行稳定性。在分析变浆矩系统特性的基础上,本文提出利用PLC来控制装矩角,进而控制直驱式永磁同步风力发电机组输出转矩,使风力发电机组在一定风速范围内输出有功功率恒定,发电机组稳定运行。     

逆变器并联运行的环流反馈控制

逆变器并联运行时由于各模块输出电压的频率、相位等参数不一致,会在模块间产生环流。先分析了逆变器并联运行时环流产生的原理。然后对加入和未加入环流反馈控制的并联逆变器系统结构做出比较,结果表明加入环流反馈控制后,其输出电压不变,环流大大减少,两台逆变器的输出电流趋于一致。最后用Matlab软件对此并联系统进行了仿真研究,验证了控制方式的可行性。