大型电机铁心片间短路故障实验与数值仿真分析

为了分析电机铁心片间短路故障,对YR630-12/1430型绕线型异步电动机的定子铁心进行了低励磁实验,并对相同实验条件下故障处的磁通密度、电流密度分布情况及涡流损耗进行了数值仿真.结果表明仿真与实验数据具有较好的一致性,并且随着故障程度的加深,磁密、电流密度也相应的增加.电磁场数值仿真计算可以为片间短路故障分析提供进一步的依据,从而验证了低励磁法铁心片间短路故障系统通过直接探测片间短路点的故障电流来查找故障点可行性.     

变压器绕组内部短路故障的数值仿真方法

提出一种用于变压器绕组内部短路故障检测的数值仿真方法。该方法基于精细模拟绕组结构的有限元分析，针对绕组对地短路和匝间短路故障建立了数值仿真计算模型；采用能量扰动法计算变压器等效电感参数，并进一步使用这些参数建立变压器状态方程，以研究故障状态下变压器端部电气量、磁场分布和故障位置之间的关系。仿真结果表明，模型合理有效。     

基于暂态能量流的MMC-HVDC系统故障建模及仿真分析北大核心

为分析由模块化多电平换流器(modular multilevel converters, MMC)构成的高压直流(high voltage direct current, HVDC)输电系统中的直流短路故障特性,可通过关注系统中暂态能量流(transient energy flow, TEF)的分布对MMC-HVDC系统进行暂态建模与仿真分析。对于单端MMC,可基于暂态能量守恒将半桥子模块(half bridge sub-modular, HBSM)电容等效为时变电容,建立将半桥子模块动态切换与交流汇入两个因素共同考虑在内的MMC暂态模型,分别列写并求解闭锁前后的状态方程,得到精确的MMC内部故障特征与TEF分布情况。对于复杂直流电网(HVDC grid),提出一种基于电磁暂态仿真结果的TEF分析方法,不仅可根据各部分TEF特征揭示直流故障演化规律,还可通过递推计算实现对故障电流的定量分析。最后,根据TEF流动规律提出一种考虑HBSM电容电压波动范围的暂态能量抑制策略,可有效降低故障电流并为后续故障保护争取更多时间。依据PSCAD中的仿真结果对暂态模型与能量抑制策略的正确性进行验证,同时将所提TEF分析方法应用在搭建的四端直流电网中,获取其故障传播特性。     

EFT/B引起的变压器中性点过电压识别方法

电快速瞬变脉冲群（EFT/B）会使变压器中性点产生暂态过电压,使继电保护发生误动作。针对EFT/B引起变压器中性点间隙保护在线路分闸时会引发连锁误动的现象,研究了其对变压器中性点过电压的影响。在分析断路器场路关系的基础上,得到了一种确定交流电弧熄灭与重燃时刻的方法。对断路器在不同时刻开断、开断不同短路类型故障和不同开断速度等因素对变压器中性点过电压的影响规律开展了深入研究,结果表明:断路器以约1.4 m/s的速度在电压幅值时刻开断三相短路故障的情况下,变压器中性点产生的EFT/B过电压最为严重。针对EFT/B、雷电和单相接地3种故障引起的变压器中性点过电压的特性分析,利用小波包变换策略得到3种过电压的时频特性和能量分布特性,定义高低频能量比值作为判别依据,仿真实验结果表明该判据能够准确地对这3种过电压做出判别。该文研究旨在为变压器中性点防护提供参考。     

持续励磁情况下双馈风机短路电流计算方法研究

随着双馈风机并网容量的不断增加,其短路电流对电力系统保护的影响不能再忽略不计,不精确的短路电流计算将影响到保护的整定与配置。首先在分析故障期间双馈风机等值内电势特性的基础上,提出了持续励磁情况下双馈风机的暂态等值模型。进一步根据磁链不突变的特性以及我国新并网标准对无功支撑的要求提出了持续励磁情况下双馈风机短路电流的计算方法。基于RTDS建立了含变流器实际控制单元的双馈风机数模实验平台,验证了所提短路电流计算方法的准确性。     

基于Matlab的变压器内部故障及差动保护仿真

变压器内部故障主要包括各相绕组之间相间短路和单相绕组的匝间短路。基于Matlab/Simulink建立变压器内部故障仿真模型,并搭建了具有制动特性的差动保护模块。仿真结果表明,该模型能够有效进行变压器内部故障的仿真和继电保护研究。     

基于多目标优化的永磁同步电机容错控制研究

电机定子绕组匝间短路是最常见的一类故障形式,若不进行处理会逐渐发展为相间或相对地短路,从而导致电机损坏。为了保障电机的安全运行与故障下转矩输出质量,需要及时对故障电机进行有效的容错控制。首先,以永磁同步电机为研究对象,通过电机定子绕组匝间短路故障等效电路获得电机数学模型,并分析了d-q轴电流平面下的故障电机转矩、短路环流及绕组温升。然后,为实现对故障电机电流的准确预测,对电机定子绕组匝间短路故障等效电路进行合理电路变换,建立故障电机预测模型,进而提出了一种多目标优化预测容错控制策略。最后,搭建电机实验平台,对提出的容错控制策略进行实验验证,结果表明：该方法可有效抑制短路环流及绕组温升并降低故障电机的转矩脉动。     

GDI喷油器电-磁-热耦合分析

汽油直喷(Gasoline direct injection,GDI)喷油器性能受温升影响较大,限制了发动机电子控制单元(Electronic control unit,ECU)对其喷油量的控制精度。针对GDI喷油器电、磁、热子系统之间的耦合关系,建立了耦合过程的物理模型,通过研究GDI喷油器工作过程中能量损耗及转化关系,揭示了电磁转化过程中产生的损耗是造成喷油器本体温升的主要原因。以电磁转化过程中能量损耗为热源,以热辐射和热传导基本理论为依据,利用ANSYS有限元软件对GDI喷油器温度场进行仿真分析,并进行了试验验证,分析了GDI喷油器本体温度场分布特点以及温升变化对喷油器性能的影响规律。结果表明,线圈和铁芯部分的温升较高,随温度升高GDI喷油器动态响应时间延长、喷油量减少,且温升受保持电流和保持脉宽的影响较大。     

中性点侧小匝数相间短路下水轮发电机铁心动态电磁力

针对定子绕组中性点侧小匝数相间短路易形成发电机的主保护死区的问题,为防止故障进一步扩大造成机组严重损坏,采用机电融合的故障诊断方法以实现对主保护死区下短路故障准确及时地检测势在必行.建立了可准确模拟短路位置的同步发电机内部故障场路耦合模型,计算了某电站300 MW水轮发电机中性点侧小匝数相间短路时的故障电流和气隙磁场,并结合麦克斯韦应力法计算了齿部动态电磁力的分布情况,找到了定子齿部电磁力的集中位置,揭示了动态电磁力随时间的变化情况和空间的分布规律.该文为水轮发电机铁心结构的优化设计和多源故障信息融合的故障诊断方法提供理论依据.     

新型电力系统下能量路由器母线短路故障研究

能量路由器的直流母线短路故障类型多样,故障特性复杂,影响电网的柔性可控和安全稳定。针对能量路由器中模块化多电平变换器的母线短路,将故障过程按照谐振原理分为2个部分,分别进行理论分析,并根据对发生母线短路故障的模块化多电平变换器直流母线电容上R-L-C谐振电压以及故障点R-L-C谐振电流的理论推导,分析了数个关键系统元件参数对故障特性的影响,最后通过仿真对不同系统结构参数下的故障特性进行比较分析,验证了理论分析的准确性。     

两种拓扑结构的固态短路限流器比较

基于变压器耦合式固态桥式短路限流器和带旁路电感的变压器耦合式固态桥式短路限流器的基本工作原理和技术特点，通过对其拓扑结构的控制策略和对系统影响的谐波分析和经济成本进行了比较，得出了带旁路电感的变压器耦合式三相固态桥式短路限流器在现阶段有一定的优势的结论。同时提出在固态限流器研究应用中所遇到和亟需解决的问题，展望了其应用前景。     

故障限流器对系统暂态稳定性影响的仿真分析

根据故障限流器（FCL）按其旁路阻抗性质可分为电抗型、电阻型和阻抗型三种类型. 针对单机无穷大系统,推导出了在输电线路发生短路故障时,投入故障限流器后的总转移阻抗和发电机的输出功率表达式. 并仿真研究了含故障限流器的单机无穷大系统的功角特性. 结果表明,故障限流器可以减小系统在暂态时域内的发电机转子的加速面积,提高系统的暂态稳定性.     

串联补偿型故障电流限制器的研究

介绍了传统故障限流技术发展现状和应用情况．提出了一种具有串联补偿功能的短路故障电流限制器（FCL）-由电容器、限流电感、快速开关、ZnO避雷器、可控火花间隙组成．电网正常运行时,电容和限流电感接入对电网起串联补偿作用,发生短路故障时,快速开关迅速动作FCL呈感性限制短路电流．用MATLAB对单机一无穷大系统发生三相短路故障情况下的系统进行仿真,仿真结果表明该FCL具有限流效果好,限流速度快,无电能损耗的优点．     

限流器对单机无穷大输电系统的稳定性影响

短路限流器在电力系统中的应用领域不断扩大,由于在输电系统中引入了短路限流器,即使输电系统的输电容量在不断提高,对输电设备短路容量的提升也并不十分明显.本文重点研究了短路限流器接入单机无穷大功率输电系统后,在传输线发生短路时,其等效电路及等效电路中的阻抗值,输电线路中阻抗的变化对输出功率的影响.研究了发生短路时,当短路限流器为纯阻抗、纯电感和R-L型阻抗时,对发电机转速及转角的影响,对发电机功角特性曲线的影响,对发电机无穷大功率母线系统工作稳定性的影响以及限流器自身的有功损耗问题.     

新型固态故障限流器的仿真研究

介绍了新型固态故障限流器 ( solid- state fault current limiter SSFCL)的基本原理和运行特点 ,并就浙江省北仑发电厂一号机组系统中 5 0 0 k V高压母线进行了仿真研究 .利用电力系统仿真软件 NETOMAC分别模拟、计算并输出了当该系统发生短路故障时 ,系统故障处没有采取限流措施及应用了 SSFCL情况下的电磁暂态过程 ,再对之进行仔细的比较和分析 .仿真结果证明 ,当系统发生短路故障时 ,通过 SSFCL快速而有效的限流作用 ,可以很好地改善该系统的电能质量 .最后 ,还提供了应用的 SSFCL中各电力电子器件的额定参数值 .     

雷电冲击试验中的压敏电阻性能

为研究在雷电冲击下的压敏电阻的性能,利用冲击试验分析了压敏电阻主动能量配合的残压变化,对于各种能量配合方式做出了分析,发现当压敏电阻在暂态过程中吸收的能量过大时,实际损坏形式以雪崩击穿为主.压敏电阻主动能量配合的一组串并联试验结果表明:与单个压敏电阻相比,多个压敏电阻并联可以给出较低的箝位电压,提高泄放暂态过电流的能力,还可以减缓各压敏电阻的性能退化;压敏电阻的串联都是不可取的.     

磁饱和型故障限流器的研究与发展

分析了传统故障限流技术的优势和存在的问题,指出研制性能优良、经济合理的新型故障限流器对电网发展具有重要的现实意义和应用价值.在给出饱和电抗器的一般工作原理的基础上,详细介绍了超导磁饱和型故障限流器的拓扑结构及其工程实用化遇到的难题.比较了永磁饱和型故障限流器的各种拓扑结构及其发展演变过程,提出了三相永磁饱和型故障限流器的三种物理拓扑结构.最后结合永磁饱和型故障限流器的结构设计,阐述了四个关键技术难题.     

超导磁体技术在电力系统中的应用

超导磁体在电力系统中的应用,主要是以超导电机、超导变压器、超导储能、超导限流器四种形式.本文综述了以超导磁体为主要核心部件的上述四种器件的应用原理,及其在各主要国家近一段时间的发展及应用,分析了其优缺点,以及超导磁体技术在电力系统中应用所面临的挑战.     

基于电流反馈的高速开关阀3电压激励控制策略

为了提升高速开关阀（HSV）的动态性能,降低温升与能耗,提出基于电流反馈的高速开关阀3电压控制策略.回路中的电流能够反映高速开关阀的工作状态,通过外部的数字信号及回路中的电流反馈信号,实现3电压之间的自动切换,确保线圈中的电流始终处于能够维持高速开关阀快速启闭的最优化状态.通过理论分析验证了基于电流反馈的3电压控制策略,能够有效地提升高速开关阀的动态特性并降低温升和能耗.运用Ansoft和AMESim搭建高速开关阀的联合仿真模型,仿真结果验证了理论分析的正确性,且与样本数据保持一致.结果表明,基于电流反馈的3电压控制策略将高速开关阀的开启时间减少了35.3%,关闭时间减少了25.0%,最大可控频率提高了146.7%,可控占空比范围扩大了54.0%,平均功率降低了70.4%.     

电力系统短路故障控制器的研究

短路故障模拟控制技术对研究电力系统暂态过程、校验电气设备性能具有重要意义。介绍自行研制的一种短路控制器的原理及其电路组成结构并给出一应用实例。本控制器的主要功能有:(1)准确控制短路故障中的合闸角;(2)控制短路持续时间;(3)模拟不同类型短路故障。控制器采用数字集成电路,结构简单、性能可靠、使用方便、应用广泛。