大型水电站厂房结构流固耦合分析

采用基于势的流体单元模拟水电站厂房流道内水体,通过流固耦合界面反应水电站厂房结构与流道内水体的相互作用,对结构的自振和抗震特性进行数值求解,并与不考虑水体时的计算结果对比。研究成果表明,流道内水体不同程度地改变了厂房结构的固有振动特性,且对高阶频率影响较大;考虑水体时结构各典型部位的振动位移、振动应力均大于不考虑水体的计算结果;水体对厂房上部结构振动位移的影响较大、对下部大体积混凝土结构振动位移的影响较小;对下部结构振动应力的影响较大、而对上部结构的影响相对较小。     

水电站振源识别及其对厂房结构的影响研究

本文首先利用CFD技术对某大型电站水轮机组进行不稳定流动计算,重点分析了水轮机流道内的压力脉动频率特征,进而对真机试验所测得的机组水压脉动及厂房结构振动频率进行识别,确定各种频率振动的动荷载来源.在此基础上,结合对原型观测信号的数据分析分别统计出厂房结构主要部位振动达到峰值时的各种频率动荷载所占比重、全体所实测负荷工况下的各种频带能量对总振动响应的贡献、各种分频振动随负荷的变化等规律,证明涡带是影响厂房结构振动的最为主要振源.该结果有助于从量级上评估水电站厂房振动问题中的各种动荷载的作用效果.     

高压直流自适应变结构控制器设计

当系统运行工作点没有发生变化或者变化较小时,基于总体最小二乘-旋转不变技术TLS-ESPRIT(totalleast squares-estimation on signal parameters via rotational invariance technique)辨识方法设计的新型高压直流(high voltage direct current,HVDC)附加变结构控制器相比现有变结构控制具有更好的控制效果,但是在系统发生较大扰动导致运行工作点发生变化时,基于实际系统设计原则的现有变结构控制器控制效果往往优于新型变结构控制器。为进一步优化控制器,以控制目标的峰值偏离理想值的程度作为切换判据,设计可以灵活在新型变结构控制和现有变结构控制之间切换的自适应变结构附加控制器,在系统运行工作点没有发生变化或者变化较小时使用新型附加变结构控制器,发生较大变化时自动切换为现有附加变结构控制器。以4机2区域系统为例,仿真结果表明,自适应变结构附加控制器结合了新型变结构和现有变结构控制的优点,具有更好的鲁棒性和控制效果。     

电厂厂房建筑抗地震、环境振动与风振的措施

电厂厂房建筑抗地震有 3个措施 :在电厂厂房建筑的底部布置弹簧隔振器 ,隔离地震中的高频激振力 ;布置粘滞阻尼器 ,消耗、吸收地震的低频能量 ;在电厂厂房建筑的高层布置调谐质量减振器TMD ,抑制地震激发振动的振幅。火电厂汽机岛厂房A列柱 ,由于刚度很小 ,不能抗地震。汽轮发电机组台板安装弹性支承后 ,台板下的立柱不再属于机器动力基础 ,而属于厂房静力基础 ,可与A列柱组成一致的厂房结构 ,增强了A列柱的刚度。这些措施在抗地震、环境振动、风振的实践中取得了很好的效果。     

永磁同步电机锯齿载波减振控制

为了降低电力推进用永磁同步电机水下噪声,提出一种新型锯齿载波减振控制方法。该方法应用锯齿载波替代传统三角载波进行空间矢量脉宽调制,使相电流基波两侧的边带谐波幅值大幅降低,从而抑制电机低频振动。针对锯齿载波带来的相电流高频谐波增大的问题,进一步应用基于随机开关频率和随机零矢量的双随机控制,使得开关频率整数倍处的相电流高频谐波幅值有效降低,从而降低电机高频振动。实验结果表明,锯齿载波双随机控制对低频和高频振动均有明显抑制作用,尤其是锯齿载波较传统三角载波低频振动加速度降幅可达60%。     

单机容量及负荷水平对轴系扭振的影响

本文给出了一种汽轮发电机组轴系扭转振动模态对数衰减率的计算方法.轴系扭振的模态对数衰减率正比于每个振动周期耗散的能量与峰值应能的比值.随着单机容量的增加,汽轮机的转动惯量与发电机的转动惯量之比值增加,轴系的第一阶模态对数衰减率则减小,轴系发生扭转振动的可能性则相应增大.当机组的负荷减小时,作用在汽轮机转子上的蒸汽阻尼下降,从而轴系的模态对数衰减率下降.那么,机组在低负荷的情况下,轴系发生扭转振动的可能性增大.     

一种具有中空结构的纵扭复合型超声波电机

为了提高电机低速时的大力矩,提出了一种具有中空结构的新型纵扭复合型超声波电机。其工作原理利用了一阶扭振动和一阶径向振动(引起的纵向振动)模态。用有限元法和实验结果阐述了其振型及其调谐思路,并就结构尺寸对频率的影响进行了具体分析。电机具有调谐方便、轴向尺寸小和力矩大等特点。     

变电站GIS母线高频振动响声研究

某变电站GIS在带电调试期间,母线产生高频振动响声.对存在高频振动响声的带电GIS母线分别在无任何措施、刷阻尼涂料及增加抱箍的方式下进行试验研究,通过试验测试发现,振动信号的主频率约2879.7 Hz,在100 Hz频率处的振动加速度相对较小.通过仿真计算分析,推断母线筒产生高频振动响声的原因为:母线筒存在约2879.7 Hz的固有频率,这种固有频率的模态振型为典型的整体膨胀收缩,母线加载电压产生交变的电场力,电场力的激励频率与母线筒的固有频率吻合,产生高频振动响声.     

瓷柱型电气设备的MTMD减震方法试验研究

瓷柱型电气设备(PCEE)是电力系统的重要组成部分,其抗震能力较差,现有PCEE减震措施均不能充分保证该类设备在地震发生时的安全运行。为解决此问题,提出了将多重调谐质量阻尼器(MTMD)用于增强PCEE的抗震性能。对某一型号的电流互感器设计了三重调谐质量阻尼器(Triple-TMD)减震装置并推导了Triple-TMD的减震控制方程;通过有限元模拟及振动台试验,对比了不同类型及不同加速度峰值地震动作用下设备减振前后的动力响应;通过一种简化的方法考虑了导线及裹冰荷载等因素对Triple-TMD减震效率的影响。有限元及振动台试验结果均表明:Triple-TMD明显增强了PCEE的抗震能力,峰值地面加速度(PGA)为0.5g时,约占设备质量4%的Triple-TMD平均可以将设备瓷套管根部的峰值应力降至无控时的70%;不同类型及不同加速度峰值的地震动作用时,Triple-TMD均能实现减震并体现足够的安全裕度;当Triple-TMD控制频率与被控设备的自振频率之间发生50%时,Triple-TMD仍然能够保持一定的减震效果。     

环境振动特性和压电型集能器的研制

基于变电站变压器的工作环境特征,测试分析变压器的振动特性,获得其振动频率为100 Hz,加速度峰值为0.416 m/s2,据此设计和制备压电型集能器,确定其尺寸参数,并对其输出性能进行系统研究。器件在0.416 m/s2加速度激励下输出电压随振动频率的变化关系显示,在100 Hz时电压峰值达到9.4 V。设计的集能器谐振频率与变电站变压器振动频率一致,非常适于变电站变压器振动能量收集和应用,对于支持变电站故障抢修具有十分重要的意义。     

航空电反推驱动用永磁同步电机振动及强度分析

电机的模态是分析振动的基础,由固有频率、振型和阻尼比决定。当电机工作时的激振频率与某一阶的固有频率相同或者相近时,会产生共振,导致电机剧烈振动,影响其正常运转。在对应用于航空电反推系统的双通道永磁同步电机PMSM进行三维建模之后,将三维模型送入ANSYS Workbench,在ANSYS工作平台上进行电机模态、响应谱分析与冲击响应的仿真。给出了该电机的前6阶次的固有频率和振型,以及在外加响应谱下的电机等效应力与在瞬态冲击下的电机机械结构上的应力分布。     

扭振实验台阻尼特性的分析与调整

在扭振实验台上常用直流电动机模拟原动机,直流电动机自身存在惯性特性和转速反馈,使系统高频特性发生改变,加大了扭振的稳定性并增大了轴系模态阻尼,本文分析了这一影响,并采用增加控制信号的方法修正系统的高频特性,调整轴系模态阻尼,从而更加准确地模拟轴系扭振特性。     

An intelligently optimized SEDC for multimodal SSR mitigation

This paper presents an intelligently optimized multimodal supplementary excitation damping control (OMSEDC) to depress subsynchronous resonance (SSR) that may occur in series-compensated power systems. In the proposed OMSEDC, each torsional mode is controlled through an independent feedback path in order to achieve better and multimodal damping. To make OMSEDC feasible and robust, the control parameters are optimized on a number of linearized system models over a set of carefully selected operating conditions. During system modeling, the time-delay of the firing control in the thyristor-based excitation system is taken into consideration for the first time, making OMSEDC practicable in real systems. The task of simultaneously tuning for stable control parameters considering multiple torsional modes and under different system conditions is formulated into a constrained nonlinear optimization problem, which is generally difficult for traditional methods. In this paper, the genetic and simulated annealing algorithm (GASA) is adapted and implemented to obtain the optimal parameters with high efficiency. A practical series-compensated system is employed to evaluate the effectiveness of OMSEDC. Both eigenvalue analysis and nonlinear electromagnetic simulations have demonstrated a satisfactory damping performance of the controller on multiple torsional modes and in different system conditions.     

基于Halbach阵列的多方向多模态动能采集器设计

为了使振动能量采集器适应外界振动环境的宽频带、方向随机特性,设计了一套基于Halbach永磁阵列的多方向多模态动能采集器。首先,建立了采集器的立方体-球状物理模型并分析了该模型的动力学特性。接着,设计出采集器的基本结构,重点对弹性梁的设计进行了具体分析,再利用有限元软件对设计出的结构进行动力学分析。同时,在结构设计的基础上,提出了基于Halbach永磁阵列的换能结构,将该阵列与一般的顺次永磁阵列进行比较分析。最后,搭建了实验系统平台,测试出采集器在不同输入激励下的输出电压。实验结果表明,采集器在不同激励方向可以达到对应的振动模态,并且均能产生有效的输出电压。因此,该采集器具有多方向多模态采集特性。     

Damping controller design for power system oscillations usingglobal signals

This paper describes a new power system stabilizer (PSS) design for damping power system oscillations focusing on interarea modes. The input to the PSS consists of two signals. The first signal is mainly to damp the local mode in the area where PSS is located using the generator rotor speed as an input signal. The second is an additional global signal for damping interarea modes. Two global signals are suggested; the tie-line active power and speed difference signals. The choice of PSS location, input signals and tuning is based on modal analysis and frequency response information. These two signals can also be used to enhance damping of interarea modes using SVC located in the middle of the transmission circuit connecting the two oscillating groups. The effectiveness and robustness of the new design are tested on a 19-generator system having characteristics and structure similar to the Western North American grid     

基于可观测与可控度的直流输电次同步振荡阻尼控制研究

汽轮发电机组轴系在次同步频率范围内往往存在多个扭振模态。目前对高压直流输电引起的多模态次同步振荡尚缺乏行之有效的抑制策略,系统中多次出现应用次同步振荡阻尼控制器后轴系依然存在明显振荡的现象。应用状态空间法对轴系机械系统进行分析,建立了次同步振荡模态的可观测度与可控度的概念。在设计次同步振荡阻尼控制器时,基于次同步振荡的可控与可观测度进行参数优化。PSCAD/EMTDC的时域仿真结果表明,传统的次同步振荡阻尼控制器对于可观测与可控度较低的振荡模态抑制效果较差,而所提出的基于可观测与可控度的次同步振荡阻尼控制     

High‐precision positioning of table drive system using strain feedback and disturbance observer

This paper presents a control design methodology for high‐precision positioning. In particular, the compensation for the effects of vibration modes and nonlinear friction on the positioning performance is taken into account in this methodology. In the controller design, the servo bandwidth of the feedback control loop should be expanded to compensate for nonlinear friction, while robust stability with respect to frequency variations in the vibration modes should be ensured. In this study, therefore, strain feedback for vibration modes is adopted to provide robustness with respect to frequency variations and to improve the disturbance suppression performance by expanding the bandwidth of a disturbance observer. This strain feedback is based on the use of a piezoelectric element. The efficiency of the proposed positioning control approach has been verified by conducting experiments using a prototype for industrial table drive systems. © 2013 Wiley Periodicals, Inc. Electr Eng Jpn, 183(3): 46–55, 2013; Published online in Wiley Online Library (wileyonlinelibrary.com). DOI 10.1002/eej.21306     

可控串补控制器的物理模型设计与基本特性试验

文章介绍了可控串补控制器的设计和基本特性的试验结果。ＴＣＳＣ控制器模型采用功能分层化设计和相应的硬件模块化设计,使ＴＣＳＣ控制器模型具有较大的柔性和较强的鲁棒性。模拟试验结果说明通过适当的控制策略,ＴＣＳＣ控制器可以快速调节阻抗,准确灵活地实现不同阻抗控制模式之间的转换。     

双重复控制器在单轴角振动台中的应用

高频角振动台控制系统设计的核心问题是如何提高对周期参考输入信号的跟踪精度以及如何提高对周期性干扰信号的抑制能力。由于机械振动和台体结构的限制，系统很难满足角振动台的加速度和带宽的指标。为减少对角加速度陀螺动态指标测试的干扰误差，该文根据重复控制理论提出了高频单轴角振动台的双重复控制器的设计，并推导出该系统的稳定性、鲁棒性和跟踪误差的相关结论，同时给出控制器的设计方法和参数选取的条件。仿真和试验结果表明通过双重复控制器在高频角振动台中的应用，很好地提高了周期信号的跟踪精度，同时提高了系统的鲁棒性。     

风火打捆外送系统次同步振荡的改进自抗扰直流附加阻尼控制

针对送端电网大规模风电接入可能加剧火电机组次同步振荡的问题,提出一种基于改进遗传算法的自抗扰附加阻尼控制方法。利用基于总体最小二乘法-旋转不变技术的信号参数估计(TLS-ESPRIT)算法对系统进行次同步振荡特性辨识,根据主模比指标选择合适的控制反馈信号,得到系统在次同步频段内各振荡模式对应的低阶传递函数;结合时间乘绝对误差积分准则(ITAE)指标与极大极小值原理确定被控系统控制目标,并利用改进遗传算法寻优确定多通道自抗扰控制器参数。在PSCAD上搭建含大规模风电的测试系统模型,仿真结果表明基于改进自抗扰控制的附加次同步阻尼控制器在送端电网多种运行方式和不同故障情况下都能有效抑制汽轮发电机组的次同步振荡,鲁棒性较强,同时低阶自抗扰控制器也具有令人满意的控制效果。