基于回路电流法的双抽头单相电机的网络方程

借助于异步电机的等值电路,采用了与传统的交轴磁场法和旋转磁场法不同的分析方法。该方法通用性强,适于分析定子绕组具有各种不同连接方式的异步电机的稳态运行性能,并能列写出便于计算机辅助计算矩阵方程。以定子绕组连接复杂的双抽头单相电机为例,该方法把该电机的定子电路分成了2个回路和6条支路,选择其中的1条支路作为基准支路,转子绕组向基准支路中的绕组折算,各支路绕组中的正序与逆序感应电势当作流控电压源进行处理,然后由回路电流法列写出了计算电机性能的网络方程,为验证计算结果,给出了1台双抽头单相电扇电机某些电流与电压的计算值,并与实测值作了比较,计算值与实测值的相互吻合说明了网络方程的正确性。     

基于电流频谱积分差值的光伏系统电弧故障检测和定位

光伏系统中的直流电弧故障由于具有负阻性而难以检测,严重危害系统的安全运行。该文提出利用并联电容电流的频谱积分差值检测光伏系统中直流电弧故障的方法,搭建了离网光伏实验平台,在光伏系统中各支路并联电容,利用霍尔电流传感器检测电容电流。同时研究了系统中不同位置发生串联或并联电弧故障时,电容电流的幅值、脉冲极性和频谱特性,并与对地短路故障和开关操作时的电容电流特性进行对比。对故障发生前后0.5 ms时间内的电流频谱进行积分,并计算频谱积分差值。研究结果表明:发生对地短路故障以及开关操作时,电容电流幅值远大于发生电弧故障时的幅值;电弧故障的频谱积分差值在1.1×104～2.5×104A·Hz范围内,能够作为直流电弧故障检测判据;电容电流首个脉冲的极性反映故障与电容并联支路的相对位置,可实现电弧故障定位。     

基于故障支路电流序分量相位关系的选相元件

故障支路电流序分量之间的相位关系包含了明确的故障相别信息,但易受电流分布系数的影响。差电流中的负序分量的相位与故障支路中负序电流的相位相同;在差电流中的正序分量中减去系统电源产生的正序电容电流,修正后的正序差电流的相位与故障支路中的正序电流相同;通过负序差电流和修正后的正序差电流之间的相位关系可以明确判断故障类型。该选相元件不受线路分布电容、线路补偿电抗器、电流分布系数的影响,可在故障后长期使用,灵敏度高。仿真实验数据验证了该选相元件可以正确地选出故障相别。     

具备不平衡运行控制直驱风机对近区系统负序电流的影响

针对具备不平衡运行控制的直驱永磁同步风电机组(direct-driven permanent magnet synchronous generators,DDPMSG),提出了一种负序电流注入下,含直驱风机系统的稳态不对称计算方法。在正负序网中,将直驱风机等效为受控电流源,然后根据系统正负序网,列出系统正负序电压电流方程,与直驱风机正负序电流指令值计算方程联立求解,得到系统各参数的序分量。从理论上分析了直驱风机对近区系统负序电流的影响,研究结果表明,相比同步电机,直驱风机使系统其他支路输出的负序电流更大。在双机无穷大以及十三节点配电网的算例中,通过理论计算值与仿真值的对比,验证了所提计算方法和结论的正确性。     

一种定子复杂连接异步电机的网络分析方法

用网络图论对一种定子连接复杂的异步电机进行了分析。以回路电流法为基础 ,选定某一定子绕组为基准绕组 ,列写了用矩阵形式表示的、计算回路电流及支路电流的网络方程。实例的计算结果和试验结果相吻合说明了分析方法的有效性。     

考虑磁势高次谐波影响的单相异步电动机运行特性直接计算法

本文介绍考虑磁势高次谐波影响的单相异步电动机运行特性直接汁算法。作者以三绕组单相异步电动机为例,根据一般电工原理导出考虑磁势高次谐波影响的单相异步电动机等值电路图,代入不同的谐波次数求解等值电路图,即可求出基波和各次谐波的正序电流和逆序电流,从而得到基波和各次谐波的正序转矩、逆序转矩和合成转矩。由此得到的转矩已考虑到其它二支路的影响。此法考虑了高次谐波磁势产生的谐波转矩,计算精度高。     

特高压母线故障暂态高频电流特征和母线保护应对措施

为计算复杂电力网络故障暂态分量的初始幅值、相位、频率和时间常数,开发了一套新的频域计算方法和研究工具。利用该工具系统分析了1000kV特高压母线故障暂态高频电容电流的特征和规律。分析结果表明高频电容电流的频率主要决定于系统参数和运行方式,幅值主要取决于故障初始电压相角和故障过渡电阻,时间常数主要取决于故障过渡电阻。在此基础上提出了谐波相量差动新原理。用相量法构造短窗滤波器从各支路故障电流中提取高频电流相量作为动作量,构成相量差动。与常规采样值差动相配合,可以将动作速度提高到半个周期。     

相差高频保护中操作元件比相动作判据的研究

传统相差高频保护通过比较被保护线路两端正序电流和K倍负序电流之和的相位来区分区内、区外故障,但对于超高压长距离输电线路而言,由于重负荷及分布电容的影响, 采用这种动作判据的保护动作性能不够理想。文章采用ATP 软件对传统比相动作判据的性能进行了仿真分析,在此基础上提出了采用正序电流的故障分量和负序电流之和作为操作电流进行两侧电流相位比较的动作判据,并将其与传统动作判据进行了仿真比较,表明所提出的判据能大大提高相差高频保护的性能。     

零序电流比例增量法在小电流接地故障选线中的应用

通过对小电流接地系统电路特点的深入研究发现,故障后在各条支路上流动的零序电容电流只决定于系统的零序电压与支路的对地电容,而不决定于故障发生在哪条支路上,且故障发生前后的支路对地电容几乎不变。非故障支路上流动的是零序电容电流,故障支路上流动着的是零序电容电流与接地电流的叠加。正是基于这一分析结果提出了一种零序电流比例增量法,定义了基准零序电流比例系数序列和参考基准电流分度系数等中间参量。其工作特点是可以剥离各支路的零序电容电流,并通过比较剥离后各支路增量的最大者,即故障支路。进一步的仿真表明该法稳定可靠,具有良好的适应能力。该法对其他判别法提高判别精度也有帮助。     

零序电流比例增量法在小电流接地故障选线中的应用

通过对小电流接地系统电路特点的深入研究发现,故障后在各条支路上流动的零序电容电流只决定于系统的零序电压与支路的对地电容,而不决定于故障发生在哪条支路上,且故障发生前后的支路对地电容几乎不变.非故障支路上流动的是零序电容电流,故障支路上流动着的是零序电容电流与接地电流的叠加.正是基于这一分析结果提出了一种零序电流比例增量法,定义了基准零序电流比例系数序列和参考基准电流分度系数等中间参量.其工作特点是可以剥离各支路的零序电容电流,并通过比较剥离后各支路增量的最大者,即故障支路.进一步的仿真表明该法稳定可靠,具有良好的适应能力.该法对其他判别法提高判别精度也有帮助.     

自激异步发电机空载建立恒压时电容与转速的关系

异步发电机空载建立恒定端电压时,转子转速和机端电容间存在对应关系.以异步发电机空载稳态运行时基值频率下的一相等值电路为基础,推导了节点导纳方程,依据异步发电机稳态运行时节点导纳为零的必要条件,选择节点导纳绝对值为目标函数,把端电压作为优化约束条件,利用坐标轮换法计算空载下不同恒定机端电压值对应的电容和转速,并且给出了关系曲线,说明了异步发电机存在临界建压转速和临界建压机端电容.本文采用的优化算法,克服了传统方法难以解决有约束问题的缺点,计算值和试验值的一致性说明了方法的正确性.     

自激异步发电机变速恒压运行时电容值的计算

为保证自励异步发电机在转速和负载改变时能稳态恒压运行,采用改变机端电容值的措施,并给出了机端电容值的计算方法。以异步发电机带阻感负载稳态运行时的等值电路为基础,推导了回路阻抗方程,依据异步发电机稳态运行时同路阻抗为零这一必要条件,选择同路阻抗绝对值为目标函数,把端电压作为优化约束条件,利用单纯形法计算了不同转速和负载下的机端电容值,克服了传统方法不能处理有约束问题的弱点,计算值与实验值的一致证明了方法的有效性。此法亦可用来计算并联补偿电容值。论文还给出了恒定负载时机端电容值与转速的关系曲线,说明异步发电机恒压运行时存在临界转速。     

三维分段分层法用于光滑实心转子异步电机参数计算与性能分析

实心转子异步电机转子中复杂的三维非线性涡流场计算是分析电机性能的基础,而采用三维有限元分析的计算量十分庞大。提出了一种三维分段分层法计算实心转子磁场,可考虑定转子铁心磁路饱和、转子端部效应的影响,且计算量小。定子铁心磁路饱和采用波幅系数以及饱和系数予以考虑。对于转子磁路饱和以及转子端部对涡流分布的影响,将实心转子沿轴向分段、径向分层,各段、各层的磁导率互不相同,每段采用分层理论递推求解磁场量。转子表面磁场强度的收敛边界由定子电流给出,依据转子柱面和两个端面进入转子的能量计算等效转子阻抗,迭代求解转子磁场及阻抗参数,直至收敛。在不同工况下比较了三维分段分层法的计算结果与样机实验结果,两者较为吻合。可以采用这种算法计算光滑实心转子电机参数并分析性能,为设计优化电机提供依据。     

以特征值为判据的异步发电机自激建压过程分析

为研究自激电容对异步发电机空载暂态建压过程的影响并确定最小建压电容值,采用了以状态方程矩阵特征值计算为基础的分析方法。从自激异步发电机ab坐标系下的等值电路出发,推导了异步发电机空载建压时的状态方程,通过对状态方程进行局部线性化,进而计算出线性状态矩阵的特征值。根据不同自激电容值所对应特征值实部的符号并应用系统稳定性理论,以此判断电容为该值时电压是否得以建立,空载暂态建压过程的仿真波形与实验波形较为一致,说明了分析方法的有效性。把特征值实部绝对值选为目标函数并结合一维优化方法计算了异步发电机空载最小建压电容值,此值与传统方法计算结果相吻合,进一步证实了分析方法的正确性。     

带并联电抗器的双回线故障测距算法研究

超、特高压输电线路为了补偿线路的容性充电功率,控制无功潮流,稳定网络运行电压,限制潜供电流等,一般要安装并联电抗器。由于并联电抗器的安装,直接测取双回线两端母线处的电压及线路流过的电流进行测距,必然会引起误差。采用基于反序网的双端量算法进行故障测距,并根据并联电抗器的特点消除其影响。该测距方法在原理上不受线间互感、过渡电阻、分布电容、不同步角的影响。仿真结果表明其具有较高的计算精度。     

基于序网等值电路的双馈风电机组接入系统短路电流计算方法

为了方便和准确地计算双馈风电机组(DFIG)接入系统的短路电流分布,提出了投撬棒后DFIG的工频和转频序网等值电路,并给出了利用该等值电路计算系统短路电流的方法。通过求解投撬棒后DFIG磁链的状态微分方程,得到其工频分量和转频分量的解析表达式。在此基础上,将DFIG的电压空间矢量方程按转频和工频分量进行分解,并根据空间矢量与相量间的关系,分别形成了转频和工频序网等值电路。其中,转频正序、负序等值电路分别为带内阻抗的电势和无源阻抗,而工频正序、负序等值电路均为无源阻抗。利用该等值电路只需已知DFIG的电机参数和故障初值条件而无需仿真即可求得DFIG接入系统各处的短路电流。以某DFIG接入系统为例,通过PSCAD仿真验证了该等值电路和短路计算方法在不同故障条件下的有效性。     

Calculation of slip energy recovery induction motor drive behaviorusing the equivalent circuit

A transformer-type equivalent circuit model for the calculation of the steady state performance of a slip energy recovery induction motor drive with a step down chopper in the DC link is described. Experimental data of RMS currents, power, reactive power and overall efficiency satisfactorily correlate with calculations over most of the operating speed range. Also, detailed calculations of rotor, stator and supply harmonic currents due to the rectifier and inverter actions are performed using the conventional version of the equivalent circuit. The computed and measured instantaneous current waveforms show satisfactory agreement except at a slip of 1/6 where significant deviations appear. This effect is adequately catered for by using a more rigorous model     

Estimation of backward impedance on low‐voltage distribution system using measured resonant current

Two estimation methods for a backward impedance of a power distribution system are proposed in this paper. According to the first method, the backward impedance is estimated based on information obtained from the frequency response of a transient current flowing into a capacitor connected to a distribution line. The backward impedance is determined from the attenuation constant and the resonant frequency calculated using the capacitance and the impedance of the power distribution system. These parameters can be reliably obtained from a frequency response of the transient current using the least square method. The accuracy of the method strongly depends on the origin on the time axis for Fourier transform. An additional estimate of the time‐origin is required for an accurate estimation of the backward impedance. The second method estimates the backward impedance using two transient current waveforms obtained by alternately connecting different capacitors to a distribution line. The backward impedance can be represented as a function of the frequency responses of these currents. Since this method is independent from the time‐origin, it is suitable for automatic measurements of the backward impedance. Proposed methods are applicable to the estimation of harmonic currents in distribution systems. In this paper, harmonic currents flowing through a distribution line are calculated based on the estimated backward impedance and on the measured values of voltage harmonics obtained by the instrument developed by the authors. © 2010 Wiley Periodicals, Inc. Electr Eng Jpn, 171(3): 28–40, 2010; Published online in Wiley InterScience ( www.interscience.wiley.com ). DOI 10.1002/eej.20900