可变速抽水蓄能发电电动机转子绕组槽部固定结构设计及应力分析

可变速抽水蓄能发电电动机转子绕组采用条式线棒,均匀分布在转子槽中.机组运行时,转子绕组在自身重力、电磁力、热应力、离心力等作用力下,将产生振动、变形、窜动等现象,从而造成转子绕组绝缘破坏,绝缘寿命降低,影响机组长期安全运行.本文针对转子绕组槽部固定结构提出一种新型槽楔结构,并以10MW与300MW可变速抽水蓄能发电电动机为例,对该结构进行应力分析,进而确定材料选型.研究结果表明,该结构具有足够的刚强度,能够承受转子绕组传递的作用力.     

可变速抽水蓄能机组控制系统研究

对循环变流器励磁的可变速抽水蓄能机组控制系统进行了研究,阐述了总体控制方案、发电电动机的控制策略和基于循环变流器的励磁电流控制原理。仿真结果表明,交流磁链机组在电机电动和发电状态下均可以实现变速恒频运行,具有较快的功率响应速度,有功功率、无功功率和转速均可独立调节。搭建实验平台,实现了电机的转子电流控制,结果表明循环变流器可以准确地控制转子的电流。     

可变速抽水蓄能发电电动机功率特性分析

可变速抽水蓄能发电电动机采用双馈电机,兼具异步电机与同步电机双重电磁特性。本文首先提出了适用于可变速抽水蓄能发电电动机的数学模型,继而对其建立了电磁功率及电磁转矩表达式,并以此分析了可变速抽水蓄能发电电动机兼具异步特性与同步特性的运行机理。在此基础上,进一步探讨了可变速抽水蓄能发电电动机静态稳定问题,提出了静态稳定运行的必要条件。最后,提出了可变速抽水蓄能发电电动机有功功率及无功功率分析模型,揭示了有功功率及无功功率随励磁电压的变化规律。     

基于PSCAD的变速抽水蓄能机组 励磁系统仿真研究

本文研究了基于PSCAD的变速抽水蓄能机组励磁控制系统。根据变速抽水蓄能机组的工作原理,建立了发电机及其励磁控制系统的数学模型,研究了包括发电和抽水两种工况下的启动、建压、并网运行各阶段的励磁控制策略。通过PSCAD仿真平台,对所建立的变速抽水蓄能机组协调控制系统进行了仿真研究,仿真结果表明,文中提出的控制系统能够实现变速抽水蓄能机组各工况的控制且具有较好的性能。     

变速抽水蓄能电机在发电工况不同转速下磁场和损耗研究

本文对变速抽水蓄能发电电动机的电压方程、磁链方程、电磁转矩方程和运动方程进行了推导，并建立了10MW变速抽水蓄能发电电动机二维电磁场的数学方程和物理模型，对变速抽水蓄能发电电动机的电磁场数学方程进行了计算，得到了变速抽水蓄能电机在发电机工况下超同步速时定子电压和定子电流的波形，分析了变速抽水蓄能电机在发电机工况下不同转速时磁密的分布规律，研究了不同转速下定子铁芯损耗和转子铁芯损耗占总铁芯损耗比例的变化规律。搭建了10MW变速抽水蓄能发电电动机样机试验测试平台，通过试验测试得到的结果与计算结果较为接近。     

变速抽水蓄能用双馈发电电动机的无功V形曲线研究

变速抽水蓄能用双馈发电电动机在维持有功功率输出的同时,可充分利用其功率裕量,成为稳定无功源,灵活参与系统调压调相。为研究双馈发电电动机的无功特性,在分析双馈发电电动机电气量关系的基础上,建立基于转子电流-定子电流的双馈发电电动机V形曲线,可简单直观地反映变速抽水蓄能用双馈发电电动机无功特性。研究了不同工况下双馈发电电动机V形曲线的变化规律。最后,基于RTLAB平台进行硬件在环测试,测试结果表明双馈式变速抽水蓄能机组具备类似同步电机的无功特性,同时也证明了所提分析方法的正确性和有效性。     

可变速抽水蓄能机组稳态运行特性研究

可变速抽水蓄能机组由于在发电和抽水工况下,均可以实现大范围的功率调节,因此具有较好的应用前景。为了研究可变速抽水蓄能机组的稳态运行特性,本文从变速电机的旋转同步数学模型出发,深入分析定子侧功率与转子电流、转子电压之间的关系,并绘制出机组的稳态运行特性图。针对300MW机组的运行特性进行了实时数字仿真(Real Time Digital Simulation, RTDS),仿真结果验证了机组运行特性曲线的正确性,为今后大容量变速抽水蓄能机组的设计运行提供了经验。     

海水抽水蓄能变速发电电动机设计与计算

变速抽水蓄能机组因可实现机电系统的柔性连接,满足电网有功调峰、无功补偿要求,并具有快速响应、运行稳定性高的优点,受到行业普遍关注。本文介绍了海水抽水蓄能10MW变速发电电动的总体结构、通风结构、绝缘结构,并重点介绍了转子结构,为今后大容量变速发电电动机的设计积累了经验。     

大功率变换器在可变速抽水蓄能电站中的应用

可变速抽水蓄能技术是电网运行控制中最具商业价值的储能方式。首先阐述可变速抽水蓄能技术的基本原理,建立双馈异步电机的数学模型。其次介绍双馈异步电机在定子磁链定向下的预测电流控制策略,以AC/AC变频变换器作为可变速抽水蓄能机组励磁系统,对可变速抽水蓄能机组的运行工况进行仿真研究。最后搭建基于VME总线的可变速抽水蓄能机组励磁控制系统实验平台,实验结果验证了其可行性和有效性。     

汽轮发电机转子匝间短路故障下的谐波检测

通过分析汽轮发电机励磁绕组的磁动势分布建立了磁动势的数学模型,通过分析转子匝间短路引起的励磁磁动势分布变化情况,提出将短路后的励磁绕组磁势看作短路前的励磁绕组磁势和短路匝通过反向励磁电流产生的磁势的叠加量,由于前者是完全对称的,可只对短路匝产生的反向磁势进行分析。通过傅里叶分解得到了各次谐波分量,在考虑气隙偏心的情况下得到了定子感应电势,理论推导证明偏心对定子绕组感应电动势并不产生影响。定子三相对称电流合成了新的旋转磁动势,并在定子和转子绕组中形成感应谐波,其特征频谱不同于正常运行情况下的频谱。实验验证了文中理论分析的正确性和有效性。     

永磁直线同步电动机非正弦磁场数学模型研究

电机传动系统大都采用变频器供电,输出的是非正弦电压和电流,因此产生非正弦磁场,永磁直线同步电动机也如此。初步建立了永磁直线同步电动机时空三维非正弦电磁场的数学模型。模型在空间上采用体电流密度等效初、次级激励场源,充分解决了直线电动机的结构开断、边端效应等问题;在时间上考虑了非正弦供电的情况,最后用傅里叶变换对该模型进行解析计算,其计算结果和实验结果吻合。     

六相电压源逆变器PWM算法

针对相移30°双Y联结六相电机,建立了一种基于邻近最大四矢量的六相电压源逆变器空间矢量脉宽调制(SVPWM)算法。根据基波电压调制系数的大小,将调制范围分为正弦调制区和非正弦调制区。在正弦调制区内,逆变器输出正弦相电压;在非正弦调制区内,提出了两种调制策略,通过注入适量的6k±1(k=1,3,5,…)次谐波电压来提高基波电压的幅值。其中的第二种调制算法同时考虑到了参考电压矢量幅值和相角的变化,所以得到了更少的谐波含量。针对算法中PWM波形不对称难以硬件实现的问题,根据电压平均值相等的原则对PWM波形进行了中心化处理,转变成易于硬件实现的形式。实验结果验证了算法的有效性。     

Dielectric heating in insulating materials subjected to voltage waveforms with high harmonic content

Dielectric heating is one potential aging mechanism active below partial discharge inception voltage in materials used as high voltage insulation. When exposed to voltage waveforms containing high amount of harmonics, the heat generation will be larger due to increased power losses as compared with power frequency excitation. This may result in a decreased life or even failure of insulation due to the increased operating temperature or to thermal runaway. An analysis of the power developed due to dielectric heating in two different materials subjected to voltage waveforms with high harmonic content is presented in this paper. By expressing the non-sinusoidal loss as an enhancement factor to the sinusoidal one, a geometry-independent formalism is derived. From dielectric response measurements at low voltage and at several temperatures the dielectric power loss in the material can be calculated for different voltage levels and waveforms. Two important material parameters can be extracted from the calculated dielectric power loss: (i) non-sinusoidal loss compared with sinusoidal loss with the same fundamental frequency (pfact) and (ii) change of loss with changing temperature (dpfact/dT). These two parameters could potentially be used to indicate the suitability of materials for use in applications where voltage waveforms contain high harmonic content.     

新型混合励磁永磁同步电机齿谐波电动势的协调控制

对于利用齿谐波磁场来励磁的混合励磁永磁同步电机,希望转子齿谐波绕组中感应的用来励磁的齿谐波电动势足够大,而定子电枢绕组中感应的影响电动势波形的齿谐波电动势尽可能小。为了实现这一目标,分析了齿谐波电动势产生的机理,找到了影响定、转子绕组齿谐波电动势大小的主要因素,并进行了详细的讨论,得出了一些实用的结论。最后,对一台齿谐波励磁的混合励磁永磁同步发电机进行了理论计算和实验,计算结果和实验结果的比较验证了理论分析的正确性。     

一种抑制非理想反电势的BLDC电机转矩脉动的方法

转矩特性是电机性能的重要指标,而抑制转矩脉动是无刷直流机(BLDC motors)控制领域中的关键技术之一.本文针对非理想反电势的无刷直流机,对转矩脉动谐波构成进行了推导,分析了转矩脉动和反电动势谐波、电流谐波的关系,提出了一种基于离线反电势测量的优化电流算法,结合空间电压PWM,实现了抑制转矩脉动的电流闭环控制.仿真和实验证明,该方法可以显著抑制转矩六次谐波,是一种有效的改善无刷直流机转矩性能的方案.     

永磁风力发电机无位置传感器PFC整流控制

针对采用永磁同步发电机(PMSG)的小型风力发电系统中因不控整流导致的发电机电流谐波大、整流电压不可控等问题,采用一种利用单相功率因数校正(PFC)电路对PMSG每相定子绕组分别整流的方法,提出了该PFC整流系统的无位置传感器控制算法。利用PMSG和PFC主电路的数学模型,估算出发电机感应电动势;设计一种等效积分器,用于电动势观测转子磁链;用锁相环(PLL)检测发电机磁链矢量相位,为PFC电流控制提供参考。仿真和实验结果表明,采用该控制算法的PFC电路能有效地抑制发电机电流谐波,稳定整流输出电压。     

基于全频移相网络的电功率精确测量方法

针对越来越多的非线性电气器件及装置对电力系统的影响和危害,提出一种基于全频移相网络的电气参数精确测量方法。该方法适合于测量含有高次谐波的非正弦电路中的电气参量。所设计的全频移相网络能对多种频率信号恒定相移90,°具有优越的相频特性和幅频特性。在高次谐波存在的环境下,对电压、电流信号采样后,直接通过移相网络和简单的数值计算即可实时并精确地测量出无功功率、有功功率等电气参量。最后,对用单片机实现的该测量方法进行仿真和分析,结果表明,该方法具有实时、高精度的优点,并且可以用普通单片机来实现。     

Optimal C-Type Filter Design to Maximize Transformer's Loading Capability under Non-sinusoidal Conditions

The main purpose of this article is to employ the C-type passive filters for maximization of the loading capability of transformers under non-sinusoidal conditions. For this aim, an optimal passive filter design approach is proposed regarding minimization of the harmonic loss factor (F_HL), which is defined in IEEE standard C57.110 to represent the loading capability of the transformers supplying non-sinusoidal load currents. With respect to IEEE standard 519, displacement power factor and individual harmonics & total harmonic distortions of the voltage and current are considered as constraints of the proposed optimal filter design approach. In addition, numerical results are presented to figure out that the proposed approach provides higher loading capability of the transformers under non-sinusoidal conditions when compared with the other two optimal filter design approaches based on minimization of the current total harmonic distortion and minimization of the voltage total harmonic distortion.     

考虑永磁磁链谐波影响的直线永磁无刷直流电机矢量控制方法

针对直线永磁无刷直流电机(linear permanent magnet brushless DC motor,LPMBDCM)电磁力纹波及齿槽力影响的最小化控制,该文根据推导得到的表示为电流矢量及永磁磁链导数矢量点积形式的电机推力方程,得出了任意反电动势(back-electromotive force,BEMF)波形表面式永磁(surface- mounted permanent magnet,SPM)电机的矢量控制原理：定向控制电流矢量于永磁磁链导数矢量方向,通过控制电流矢量长度可获得最大效率线性推力(或转矩)控制。考虑永磁磁链谐波对永磁磁链导数矢量幅值及相位的影响,通过引入d￠q￠轴坐标系,提出一种id￠=0的非正弦波BEMF SPM电机矢量控制新方法,结合齿槽前馈补偿可以实现非正弦BEMF SPM电机的最小推力纹波最大效率控制。建立了基于有限元的LPMBDCM 精确相变量模型,对比脉宽调制(pulse width modulation,PWM)电流控制、id￠=0矢量控制的仿真效果,验证了该文方法的有效性。id￠=0矢量控制为非正弦波BEMF SPM电机提供了一种高性能控制新方法。