用电容励磁的感应发电机的运行性能介紹

根据中央的大、中、小并举的方針,在第二个五年計划期間,数以万計的小容量的农村发电厂就要很快地建設起来,因此选用价格便宜而又可靠的发电机,其意义就显得特別重大。根据国內外若干試驗結果,証明用电容励磁的感应发电机既經济,結构上又較坚固,很适用于农村孤立电站,农民使用起来較同期发电机要方便得多。鉴于目前国內書刊涉及这方面的报道还不多,为了今后設計及运行参考起見,本文从理論上簡单介紹一些用电容励磁的感应发电机的运行性能。 1.感应发电机电压的产生用并联电容励磁的感应发电机,宛如并激直流发电机。并激直流发电机的电压是由殘磁产生的,其最終建立起的电压值,决定于发电机空載特性曲綫与磁     

同步发电机稳态运行的数字仿真

本文的第一部分讨论了一台已知其几何形状、电磁特性、输出电压和磁场电流的同步发电机的稳态运行。第二部分是关于已知同步发电机的负载、依据有功功率(P)、无功功率(Q)以及端点电压(U)对磁场电流和负荷角的计算。 当发电机的磁性材料在线性区时,可通过发电机的方程式分析求解以确定其工作点。但是当该磁性材料处于非线性区时,问题就变得更复杂了。在此情况下,采用数字模型是很有帮助的。在本文中我们提出了一种以电、磁方程式仿真解答为基础的模型。电磁方程式是用FEM(有限元法)求解的。考虑到电机的运行,用d-q参考坐标来描述电气方程式。当电流和负荷角未知时,我们必须把一个新的非线性电气方程式加到其经典的非线性磁系统中,在我们的模型中采用牛顿──拉夫逊迭代法进行求解。 数字方法已经用于法国的一台1300MW的同步发电机中,该机是由美国通用电气公司ALSTHOM设计的,为了说明模型的有效性,已经进行了不同的试验,最初不带负荷,然后是当该发电机发出有功功率和无功功率时进行的试验。     

单芯电力电缆同相多根并联运行方式分析与优化

单芯电缆同相多根并联运行给电缆线路带来了电流分配不均匀、感应电压过高以及线路参数难于确定的问题,为此对同相多根并联线路的电路模型进行了分析,给出了电缆同相多根并联运行时电流分配以及感应电压的计算方法;利用矩阵变化,提出了电缆同相多根并联运行时线路序阻抗的计算方法,并利用实际线路验证了电缆的电流分配系数。通过改变电缆排列方式、敷设间距等参数,对单芯电缆同相3根并联运行线路进行了电流分配与感应电压的优化,优化结果表明,将不同相3根电缆组成的品字形,能有效地均匀分配电流,降低线路感应电压。该研究能用于指导单芯电缆同相多根并联运行的设计与运行。     

区分发电机不对称运行和定子绕组匝间短路的故障检测

为了有效检测和辨识发电机定子绕组匝间短路故障,应用交流电机绕组理论分析了定子绕组匝间短路时并联支路感应电动势的频率、幅值和相位以及转子绕组感应电动势的谐波特征.以试验所用的故障模拟发电机为例,分别对发电机不对称运行和定子绕组匝间短路进行了故障特征计算.发现在发电机不对称运行和定子绕组小匝数匝间短路不断恶化时,发电机励磁...     

多回单芯电力电缆并联运行护套感应电压的计算与分析

为研究多回电缆并联运行护套感应电压对电缆运行安全和人身安全的影响,提出了适用于并联电缆护套感应电压的计算方法。以电磁感应定律为基础,先建模计算负荷电流在各回电缆线路的具体分配,再据此推导不同护套接地方式的多回并联运行电缆护套开口感应电压和护套沿线最大值感应电压的计算。以双回电缆并联运行为算例,分别编程求解了该方法和现有文献方法在几种典型敷设方式下的护套感应电压。并以数字仿真结果为参考对比分析了误差大小,结果证明了该方法的正确性。通过分析几种因素对护套感应电压的影响发现:并联运行电缆护套感应电压相对于单回电缆可能增大很多,选择交叉互联接地和品字形相序排列能显著降低并联电缆护套感应电压。     

基于并联支路环流特征的转子匝间短路故障识别

汽轮发电机转子绕组匝间短路是一种常见的发电机故障,为了对其进行状态监测和故障识别,提出了基于定子绕组并联支路环流特性的汽轮发电机转子绕组匝间短路故障识别方法。通过分析汽轮发电机正常运行及转子匝间短路故障运行时各参数的变化,得到了定子绕组并联支路电压差和环流特性,即理想电机在正常运行时不存在电压差和环流,而转子匝间短路故障导致发电机定子绕组并联支路之间出现了电压差和环流,其大小和分布与短路严重程度呈对应关系。最后,实测了MJF-30-6型故障模拟发电机正常运行及故障运行时的环流信号,与理论分析结果基本符合。     

基于虚拟同步发电机思想的微电网逆变电源控制策略

提出了一种基于同步发电机机电暂态模型的新型微电网逆变电源（称为虚拟同步发电机）。功率控制器和电压频率控制器使该逆变电源具有功率控制和调频调压双重功能,而且在微电网发生故障时仍能作为不间断电源向重要负荷供电,预并列单元则使得该逆变电源能够可靠并联到微电网上;当微电网连接大电网运行时,系统频率由大电网决定,各虚拟同步发电机可采用功率控制策略使其按照功率调度指令输出功率。当微电网孤岛运行时,必须有逆变单元采用电压频率控制策略,提供微电网的电压参考;微电网中,同等容量的逆变电源还可以任意替换,易于模块化、标准化生产,增加了微电网控制的灵活性,提高了系统的可靠性。所提出的控制策略已在MATLAB/Simulink上得到验证。     

三相异步发电机带单相负载稳态运行的复合序网模型

以对称分量法为基础,结合发电机外电路的连接方式,推导出含有受控源的三相异步发电机单相稳态运行时的复合序网模型,并进一步得到发电机稳态运行时的正序阻抗方程。利用优化方法求解该方程,求解出给定电容组合下异步发电机稳态运行的频率标幺值及励磁电抗,进而得到负载电压。再以发电机负载电压为已知条件,通过迭代方法求出使电压稳定时的不同电容组合。计算值与实验值吻合度较高,验证了分析方法的准确性。     

电网电压不平衡度对DFIG运行特性的影响

分析了电网电压不平衡理论以及常见的电压不平衡情况,推导了电网电压不平衡时双馈感应发电机(doubly-fed induction generator,DFIG)的输出功率,研究了电网电压不平衡时双馈感应发电机的运行特性。在Matlab/Simulink中搭建DFIG并网模型,进一步仿真研究了电网电压不平衡情况下DFIG的运行特性。研究表明,随着不平衡度的增加,风机输出有功功率和无功功率、定子侧有功功率和无功功率、转子侧有功功率和无功功率的脉动幅值近似线性增大。在同一不平衡度下,有功功率的脉动幅值高于无功功率的脉动幅值。     

无刷级联双馈感应发电机稳压控制策略

针对级联双馈感应电机作为无刷变速恒频发电机带负载独立运行控制问题，设计了一种新型稳压控制策略。基于级联双馈感应电机作为无刷变速恒频发电机运行的数学模型，设计了一种易于实施的间接磁场定向矢量控制，可在转速和负载单独变化或一起变化时，稳定发电机的输出电压幅值和频率。同时，电压控制器设计避免了前馈补偿及其所需额外电流传感器的应用，即通过合理设计抑制了耦合效应带来的扰动。利用所搭建的级联双馈感应电机测试平台开展了实验研究，测试结果验证了电压控制器的稳压性能。     

同步发电机进相能力的快速估算方法

发电机进相运行是一种经济性和技术性俱佳的调节电网电压、改善电能质量的先进手段。建立了发电机接入系统的网络简化模型及其等值电路,并推导得出发电机机端电压、厂用电电压、发电机功角的解析表达式,通过联立方程的求解即可快速得到发电机在各典型有功出力下的无功进相极限值。应用该方法对某680 MW汽轮机和250 MW水轮机的进相能力进行计算分析,结果表明,该方法能有效克服传统方法工序繁杂且费时的局限性,具有计算速度快、精度高和易于应用等特点。     

三相异步发电独立电力系统不对称稳态运行分析

建立了三角形接法鼠笼式异步发电机三相负载不对称时独立系统的数学模型,对该独立系统中各电量之间的关系进行分析,计算发电机三相输出电压及绕组电流大小。基于对称分量法,推导出发电机侧正序和负序等效电路,并求出三角形连接的负载侧序电压与序电流之间的关系,进而得出满足发电机稳态运行要求的目标函数,省去了复杂的电路分析。针对稳态运行方程的非线性及复杂性,采用优化算法求解出系统的频率和正序电抗,并以此为基础计算系统的稳态电压值。计算值与实测值吻合度较高,表明所提目标函数的正确性以及所采用优化算法的准确性和有效性。     

基于模块化多电平换流器并联方案的大容量海上风电机组并网一体化测试装置参数设计及验证

采用基于半桥子模块的模块化多电平换流器并联的系统构成测试装置,对大容量海上风电机组进行并网一体化集成测试。详细阐述了大容量一体化测试装置一次设计原理及参数选择,采用电力电子技术模拟低/高电压故障,通过分相V/F控制输出由基准电压、基频电压差值、谐波指令电压三者合成的电压信号,实现输出可调的交流电压幅值、相位和频率。PSCAD/EMTDC仿真计算结果表明,该系统能够满足高/低电压穿越、电压不平衡、频率偏差、谐波输出、电压波动等多项并网适应性一体化的测试试验需求。     

永磁磁阻发电机的电压控制

普通永磁同步发电机由于励磁不可调,端电压随转速或负载变化而变化,影响了供电品质.本文提出一种永磁磁阻发电机的电压控制策略,通过与发电机并联的电力电子装置,对其补偿适当励磁所需的无功电流,来保持发电机端电压的稳定.本文阐述了该发电机系统的结构、原理、电机的数学模型和电压控制方法.仿真实验证明该方法可在一定的转速和负载变化范围内保持端电压不变,补偿电流较小.     

千兆瓦静态励磁发电机高频轴电流调谐滤波器研究

在大型发电机广泛应用的静态励磁系统晶闸管换相引发幅值较高的高频轴电压脉冲,使得轴电压成为影响大型发电机安全可靠运行的主要问题之一。文章在现场实测1 000 MW发电机轴电压的基础上,建立了基于Matlab Simulink Power System的大型静态励磁发电机轴电压仿真模型,分析得出静态励磁系统输出共模电压基频及其奇次高频谐波轴电压应为大型汽轮发电机轴电压的防治重点,研究提出了一种选择滤除千兆瓦静态励磁发电机高频轴电流的调谐滤波器,仿真表明该滤波器对所选择的高频轴电流滤除效果良好。     

虚拟同步机多机并联稳定控制及其惯量匹配方法

虚拟同步发电机(VSG)技术作为一种分布式电源主动参与电网频率电压调整的新型控制方式,得到了越来越多的关注。通过对同步发电机外特性的模拟,使得微电源逆变器具有同步发电机相同的转动惯量、一次调频、无功调压等特性。提出简化的VSG虚拟惯量控制器,避免了锁相环(PLL)误差引起的频率指令波动对系统稳定性的影响,建立包含中间控制环节状态变量的VSG并联系统小信号模型,并针对主要控制参数对系统稳定性及动态响应的影响进行了分析,最后利用等效同步发电机原理,提出了虚拟同步发电机多机并联运行的虚拟惯量匹配方法,仿真和实验结果验证了所提方法的正确性和有效性。     

Full-state Variables Control of a Grid-connected Pumped Storage Power Plant Using Non-linear Controllers

Abstract—In this article, a controller based on a multi-variable sliding mode is provided for pumped storage with four goals. (1) Full-state variables of the plant, generator, and hydro turbine are developed to improve transient responses under fault conditions by compensating the fast electrical dynamics. (2) The sliding-mode controller is designed for robustness against uncertainty in both the power system parameters and its topology. (3) Two surfaces (power angle and output voltage) are proposed to coordinate both the turbine and excitation inputs of the generator in transient conditions. (4) The decentralized method is used to decrease the complexity of the controller equations and cost of implementation. To show the effectiveness of the proposed controller, two other controllers—full-state variables feedback linearization and a generic power system stabilizer—are simulated by MATLAB/Simpower (The MathWorks, Natick, Massachusetts, USA). The simulation results show full-state variables feedback linearization cannot be robust against model uncertainty; it is also shown that the power plant with linear controller has unpleasant transient responses in both fault conditions and low-frequency oscillations. In contrast, the proposed method plays an effective role in solving the mentioned problems and limits the stator current magnitude and terminal voltage post-fault.     

基于多环调压控制的混合励磁航空变频交流发电系统

变频交流发电系统在航空电源上越来越受到重视。发电机转速的变化带来了发电机参数的变化,对发电机调节技术带来了挑战,现有的适合恒频发电系统的调压技术不能满足变频发电系统的需要。本文将发电机电压、励磁电流、发电机频率和负载电流四个量作为反馈量,构成多环反馈,用于新型的混合励磁无刷交流发电系统中,分析了混合励磁无刷交流发电机的特性。对发电系统进行了变频调压实验,实验结果表明,设计的发电机调压器减小了动态调节时间,适合于变频交流发电系统。     

电网电压跌落情况下双馈风力发电机电磁过渡过程及控制策略

分析了电网电压跌落时,双馈风力发电机(DFIG)暂态电磁过渡过程中各分量的变化规律,通过求解时域下的微分方程,得到了定、转子电流不仅包含本身所应具有的分量而且还含有直流分量和转速频率的交流成分的结论。仿真频谱分析所得结果与理论分析一致,阐明了转子侧产生过电压、过电流的根本原因。在此基础之上,提出了基于考虑定子磁链暂态过渡过程的双馈发电机低电压穿越(LVRT)控制策略,并进行了仿真对比分析。结果表明,与传统的矢量控制方案相比,改进的控制策略可以有效抑制转子侧的冲击电流,提高了双馈发电机在电网电压跌落下的不间断运行能力。     

Characteristics of a self-excited induction generator at constant voltage and constant frequency under speed change

A self-excited wound-type induction generator, excited by capacitor, which changes its speed as a wind generator and can be used as a separate small power source, is described. The voltage and frequency of this generator change in accordance with the capacitance C of capacitor, generator speed and loads, and the like. The constant-voltage generator with constant C is achieved by returning the secondary power of the induction generator to the primary source through a converter, an inverter, and a transformer, and controlling the inverter control angle. But the frequency changes slightly. In order to eliminate frequency variation under constant C, a constant-frequency source such as synchronous generator or a constant-frequency generator is connected to the primary or secondary side of the transformer and operated in parallel. Constant voltage and constant frequency are achieved in spite of the change of generator speed and load. The characteristics resulting from these various measures are compared. The constant-frequency generator is better than the synchronous generator in terms of life, maintenance, and the like. In parallel operation with the constant-frequency generator connected to the primary or the secondary side of the transformer, various characteristics at constant voltage and commercial frequency are compared and analyzed. © 1997 Scripta Technica, Inc. Electr Eng Jpn 119(1): 90–100, 1997