同步调相机增强电力系统惯性和改善频率响应的研究与应用

随着新能源和高压直流输电等非同步电源的增多,电网同步惯量降低,进而带来电力系统频率特性的显著变化。同步调相机作为同步机具备惯性响应,可为系统提供短时频率支撑。文中首先介绍了同步调相机惯性响应原理及与同步发电机的相互作用。然后,以同步调相机的惯性响应应用为切入点,梳理了国外电网在改善电网惯性响应和频率特性方面所做的工作,包括电网同步惯性水平、提高同步惯量的措施、同步惯性对同步电网频率响应的影响等方面。最后,结合国外电网研究经验,分析了华东电网是否有必要应用同步调相机增强电力系统频率支撑,并提出了相关建议。     

同步调相机正负励磁稳态运行方式分析

同步调相机的励磁方式有三种：欠励和负励。负励方式是一种尚未开发的运行方式，它可以提高吸收电网无功功率的能力，扩大调压范围。文中建议将同步电机传统的Ｖ形曲线静静稳定运行区域扩大到负励磁电流区域；开展同步调相机负励磁方式的研究和运用。     

同步调相机响应速度的仿真分析

新一代同步调相机由于补偿容量大、响应速度快等优势而重新获得工程应用。同步调相机响应速度快是其被推荐应用的一个关键指标,然而现有文献还没有从电磁暂态角度对其进行较为系统地仿真分析。本文先明确响应时间含义及其具体计算方法,接着搭建较为简单且直接的等值系统,并说明其参数选择的合理性。最后采用电磁暂态仿真分析方法,分别从励磁系统的同步调相机端电压参考值突变、升压变压器电网接入点电压幅值突变、电压相角突变这三个维度试图得到各自的响应时间。响应时间不能为零,无功功率从零到额定值的较为理想值能小于5.0 ms。实际工程应用时,上面三个突变会同时变化,尽管其突变量值会有所不同。本文研究结论将为分析更为复杂工况的响应时间提供借鉴。     

同步调相机接入对电网特性影响分析

随着内蒙古电网高比例新能源的不断接入,系统动态无功相对不足问题日渐凸显,以新增的白音华负荷项目及配套电厂为算例,在白音华电厂配置一台同步调相机,仿真分析系统暂态电压稳定水平、白音华变电站带负荷能力和短路电流影响。结果表明,增设白音华调相机对暂态电压稳定问题能够起到积极作用,故障时可及时提供无功电压支撑和一定的短路容量,提升白音华变电站带负荷能力。     

大型同步调相机盘车装置的优化设计

针对同步调相机额定运行时盘车装置温升过高的现象,分析了盘车装置内部发热的原因,并通过优化结构——在盘车装置内部增加风路,加快空气流动,从而达到降低温升的目的 .试验结果表明,该盘车装置结构优化方案合理且有效,为盘车装置的结构设计提供了思路.     

同步调相机的状态监测及故障预警系统

同步调相机在直流输电系统中有着重要作用,为更加及时、直观地了解同步调相机运行状态,利用Java Web技术以及Python编程,实现对同步调相机的实时状态监测与故障的准确预警。前端可视化页面将同步调相机运行数据以散点图、折线图及报表的方式展现。后端故障预警程序对故障的判断以弹出框的形式展现于前端界面中,供工作人员及时了解同步调相机故障信息,保证同步调相机运行的安全稳定性。     

同步调相机饱和计算模型的对比研究

随着特高压直流输电系统容量和电压等级的提高,换流站对无功补偿的容量需求也越来越大。大容量新型同步调相机旨在满足特高压直流换流站的动态无功需求,由于同步调相机经常运行在过励,甚至3.5倍强励状态,铁心中的磁场饱和比汽轮发电机更为严重。为了准确计算同步调相机在不同系统电压及励磁条件下的无功特性并应用于电力系统仿真分析,本文采用时步有限元模型计算同步调相机在不同励磁条件下的饱和特性曲线族,基于该曲线族提出了一种用于系统仿真分析的同步调相机实用模型的饱和修正模型,采用该模型计算了同步调相机在不同系统电压及励磁条件下的无功功率,并与时步有限元模型计算结果进行了对比;从结果可以看出,与传统的饱和修正模型的计算结果相比,采用新提出的饱和修正模型计算出的无功功率与时步有限元模型更接近。研究结果可为同步调相机无功特性的准确计算及运行方式的合理选择提供理论基础和技术支撑。     

同步调相机误同期条件下的电磁特性分析

同步调相机并网运行时,同步控制器的误操作或故障均会导致其误同期,从而产生较大的冲击电流和冲击转矩。为了研究误同期对同步调相机各电磁量的影响,本文建立了300Mvar同步调相机时步有限元场模型。通过对同步调相机机端电压和电网电压之间相角差为0°、45°、90°和180°时的并网合闸过程进行计算,研究了同步调相机定转子电流和电磁转矩随相角差的变化规律。分析了不同合闸角对同步调相机气隙磁密波形以及定转子铁芯饱和的影响。研究结果可为同步调相机的运行安全性提供技术支持。     

MB型灭磁兼过电压保护装置在同步调相机中的应用

介绍了福州电业局用氧化锌（ＺｎＯ）非线性电阻技术,解决同步调相机灭磁和转子绕组过坟保护两个关键性的技术问题;详细阐述了ＭＢ型“ＤＭ２型开关＋熔丝＋非线性电阻（ＺｎＯ）”的灭磁这电压保护装置的方案,以及非线性电阻灭磁的优点和带来的经济效益。     

大型同步调相机转子故障温度场分析

随着特高压交直流输电的发展,同步调相机以其快速动态响应能力重新受到关注,同步调相机的安全运行关乎电网的稳定性。论文以TTS-300-2型双水内冷同步调相机为研究对象,建立了其转子三维模型,计算并分析了转子不同负荷下、同一位置不同水路堵塞程度时的转子三维温度场,转子匝间短路和水路堵塞同时存在时的温度场以及转子水路堵塞时的热应力情况,评估故障产生的影响和同步调相机带病运行能力。结果表明,不同负荷下转子温度场分布相似;转子出现故障会导致温度分布不平衡;单个槽内堵塞匝越多,转子温度场畸变越明显;且随堵塞程度的增加,转子热应力随之增加。     

基于不变矩理论的同步调相机轴系轴心的轨迹分析

同步调相机的状态监测和分析是保障同步调相机可靠运行的关键手段。轴系振动故障是最常见的故障之一,会直接影响机组的安全稳定运行。文章根据已有的同步调相机的运行数据,绘制同步调相机的轴心轨迹,采用不变矩理论提取轴心轨迹的特征向量,既适用于对同步调相机正常运行下的状态监测和分析,也能用于同步调相机发生振动故障时的诊断和修理。     

300Mvar空冷隐极同步调相机暂态特性仿真分析

本文建立了300Mvar空冷隐极同步调相机暂态特性的数值仿真模型,模型中考虑了无穷大母线、同步调相机、机械系统及自动励磁调节等.利用该仿真模型对一台300Mvar空冷隐极同步调相机在系统电压突变下的暂态过程进行了仿真分析,获得了调相机主要电气量的响应特性曲线,为调相机暂态性能的优化设计提供理论参考.     

10 Mvar超导同步调相机总体电磁设计

高温超导同步调相机具有响应速度快、同步电抗小等优异的无功补偿性能,本文介绍和分析了10 Mvar高温超导同步调相机的总体电磁设计。该调相机的额定电压和电流分别为11 kV和525 A,定子采用无磁性齿水冷绕组。励磁绕组采用10 mm宽的REBCO高温超导带材绕制而成,工作温度为30 K,采用冷氦气冷却,额定空载电流为375 A,气隙磁密1.4 T。空载时REBCO绕组上的最大磁密为3.05 T。对阻尼屏蔽层的分析表明其存在一些相互矛盾的特性,需要更为深入的设计。为分析无功补偿特性进行了简单的电路仿真,当满载励磁电流为428 A时,该超导调相机可实现10 Mvar的无功输出。     

一种新型同步调相机定子绕组匝间短路故障诊断方法

同步调相机在电网中的运行时间较短,有关其故障特性和诊断方法的研究仍十分欠缺,因此文中提出一种基于支路电流相位差的同步调相机定子绕组匝间短路故障诊断方法.该方法充分考虑了定子绕组匝间短路故障后故障绕组与同支路非故障绕组及其他非故障支路绕组间的互感,并在此基础上理论推导出故障相支路电流间的相位差.以一台TTS-300-2型同步调相机为例,利用有限元平台建立定子绕组匝间短路场路耦合仿真模型.结果表明:当调相机发生定子绕组匝间短路故障后,故障相支路电流间的相位差将会明显上升,并随着故障严重程度的加深而增大,且该特征基本不受故障位置和无功功率变化的影响.因此,支路电流相位差可以作为诊断同步调相机定子绕组匝间短路故障的有效依据.     

特高压输电用同步调相机端部涡流损耗及流固耦合传热研究

针对特高压输电用大型同步调相机端部复杂结构下漏磁、发热与冷却问题,结合调相机实际运行特点,建立三维瞬态电磁场数学模型,研究端部漏磁及各构件涡流损耗分布规律。通过构建调相机端部三维流固耦合传热模型,研究有限空间约束下端部通风系统冷却介质导流规律及屏蔽外空间和屏蔽内狭小空间的传热规律;进一步,探究不同冷却介质对端部新型双阶铜屏蔽、凸形压圈等结构的热表征影响。为了验证该文数值分析模型的合理性及计算方法的有效性,对调相机端部铜屏蔽内缘温度进行实测,温度计算结果与温度实测结果相吻合,为提升调相机通风冷却系统散热效力,选择最优冷却介质,以及研发更大容量的特高压输电用调相机冷却系统提供理论基础。     

同步调相机定子绕组匝间短路故障诊断

为了研究同步调相机定子绕组匝间短路故障,提出一种基于瞬时功率偶数次谐波的故障诊断方法.该方法以瞬时功率为研究对象,首先理论推导出该量在定子绕组匝间短路故障后的故障特征频率,并以一台TTS-300-2型同步调相机为例,利用有限元分析平台建立定子绕组匝间短路仿真模型.其次,利用实验室小型同步电机模拟调相机运行,比较不同故障...     

新型同步调相机匝间短路故障机理分析

随着新型同步调相机大规模投入运行,调相机的安全问题逐渐凸显。绕组匝间短路故障是调相机1种典型故障,对调相机长期运行和电网稳定都有严重影响。该文从两种故障发生后对气隙磁场磁动势的影响出发,建立转子总电流、定子绕组相电流、支路电流及电磁转矩的统一数学表征,从幅值、相位、谐波含量等多方面对两种故障进行深入的对比分析,揭示新型同步调相机绕组匝间短路故障机理。该文基于已投入使用的TTS-300-2型新型同步调相机,开发有限元软件的仿真程序,搭建调相机模拟机的实验平台。理论分析结果分别得到了仿真与实验结果的验证。     

同步调相机的自动控制设计

介绍如何利用单片机自动控制同步调相机的补偿运行。