HVDC换相失败对转子绕组匝间短路调相机的影响分析

针对HVDC换相失败对带转子匝间短路故障调相机运行特性的影响进行研究,以一台TTS-300-2型双水内冷调相机为研究对象,构建了含同步调相机的高压直流输电的场-路-网耦合模型.联合仿真得到高压直流输电逆变器换相失败后转子绕组匝间短路调相机的气隙磁场,采用麦克斯韦应力张量法计算出调相机转子受到的不平衡磁拉力,分析了其在匝...     

大型调相机转子气隙偏心故障的复合特征分析

在“强直弱交”的大电网背景下,具备动态无功支撑能力的调相机愈发重要,其运行的安全稳定成为未来研究的重点。由于制造、安装、运行等原因,调相机转子气隙偏心故障频发,危害严重。文章以调相机转子气隙偏心故障为研究对象,推导了偏心前后气隙磁密、转子不平衡磁拉力以及定子环流这些复合特征的变化规律,发现偏心后气隙磁密产生偶次谐波,造成转子振动,定子并联支路产生环流,且静态偏心与动态偏心在转子振动频次与支路环流上差异明显,同时以某300Mvar大型调相机结构参数为依据,利用Ansoft软件建立了有限元模型,仿真验证了故障复合特征分析的正确性,为调相机故障诊断与安全稳定运行提供借鉴和指导。     

同步调相机极限工况下典型磁场不对称故障安全风险

同步调相机典型磁场不对称故障下,由强励所形成的不平衡力和跳机风险升高。首先,分析转子动偏心和转子绕组匝间短路等典型故障对调相机磁场的影响机理;然后,借助气隙磁导法推导得到转子承受的不平衡磁拉力表达式,分析强励对不平衡电磁力的影响规律;最后,在一台大型同步电机上进行有限元电磁暂态仿真,模拟动偏心和转子绕组匝间短路故障,分别在调相正常励磁和强励工况下提取了转子所受不平衡电磁力,评估机组在强励状态下发生跳机的可能性。结果表明,强励状态下,调相机组由动偏心故障产生的不平衡磁拉力不会引起机组的剧烈振动,而转子匝间短路故障产生了较大的不平衡磁拉力,可能导致机组跳机。     

转子偏心对异步电机的影响分析

为了分析转子偏心故障对异步电机气隙磁场和输出转矩的影响,这篇文章利用有限元分析软件仿真分析了不同偏心率下静偏心和动偏心的气隙磁密和输出转矩的变化。研究表明,转子偏心故障会引起气隙磁场畸变。偏心率越大,气隙磁密波动越大,输出转矩波动越大。     

同步调相机故障对上海庙——临沂特高压直流输电系统影响的研究

800 kV上海庙—临沂特高压直流输电工程受端（沂南换流站）配置有3台同步调相机,为换流站提供紧急动态无功支撑。近年来,山东省外同步调相机多次故障跳机,限制了同步调相机功能的发挥,须评估同步调相机故障对特高压直流输电的影响。基于PSACD仿真平台及现场设备实际参数,建立上海庙—临沂分层接入特高压直流输电工程的计算模型,评估了同步调相机甩负荷、失磁、出口短路故障及故障时同步调相机投运台数对特高压直流输电的影响,研究发现：甩负荷及失磁故障影响较小;升压变压器高压侧短路一般会导致直流换相失败,低压侧短路会导致直流功率大幅跌落但一般不会导致换相失败;同时投运2台及以上调相机可减少故障严重程度,加快故障恢复。研究结果可为现场有针对性地开展运维检修提供指导。     

调相机失磁特性及其对直流系统的影响分析

对新一代调相机失磁故障的研究有利于充分发挥其在高压直流系统中的无功支撑作用。首先,考虑不同的失磁故障类型,并基于实际录波数据,以单机无穷大系统为例对调相机失磁特征及对直流系统的影响进行了定性分析。然后,在PSCAD/EMTDC中建立了包括调相机及其励磁控制系统在内的锡盟—泰州直流输电系统的电磁暂态仿真模型。以受端调相机为例,从系统不同电压跌落程度和调相机不同失磁类型等方面仿真调相机失磁对系统稳定运行的影响。研究表明,相比于短路失磁,受端调相机开路失磁时造成的后果更严重,且当系统处于临界换相失败状态时,调相机的失磁故障会进一步恶化系统的运行状态。     

输电线不同类型短路对同步调相机转子损耗及温升的影响

同步调相机可为特高压直流换流站提供无功功率,以保持系统电压稳定,防止直流换相失败。交流系统发生短路导致系统电压降低时,调相机会向系统提供大量无功功率。然而,高无功大电流会导致调相机转子损耗和发热增加。为了研究调相机承受系统短路故障的能力,该文将调相机的电磁场、温度场模型与电网模型耦合,计算了输电线路发生单相、两相和三相短路故障时,调相机转子槽楔和铁心的损耗分布,揭示了各部分损耗密度随转子径向深度的变化规律;在此基础上计算了三种短路故障下调相机转子的温度分布,获得了转子最大温升出现的位置;在考虑转子最高容许温度的条件下,揭示了调相机短路持续时间与短路故障类型之间的关系。该研究为提高调相机在系统故障情况下的工作能力提供了理论依据。     

转子偏心对大型汽轮发电机磁场分布及定子铁耗的影响

指出转子偏心是大型汽轮发电机的主要故障之一,故障发生后可能会改变气隙及铁心的磁场分布,加剧定、转子的振动,导致铁心变形、绕组磨损和绝缘破坏等严重后果。偏心后磁场的计算,传统的数值解析法推导过程复杂,准确度不高。以有限元方法为工具,建立了汽轮发电机二维瞬态场有限元模型,定量分析了发电机转子在偏心率不同时空载和额定负载工况气隙磁密各次谐波的变化情况,研究了定、转子铁心齿部和轭部磁场的分布状况,并在此基础上,讨论了不同偏心率对定子铁心损耗的影响。计算结果表明转子偏心会增加气隙磁密的偶次谐波含量,使转子偏心朝向处的定子磁密增大,反向处的定子磁密减小,导致局部过热,并增加了发电机的定子铁心损耗。     

无刷直流电动机偏心引起的定位力矩与单向磁拉力计算

采用有限元法计算分析了定子偏心与转子偏心对无刷直流电动机的气隙磁场、定位力矩及单向磁拉力的影响.计算结果表明,定子偏心将引起磁极及其倍数次的定位力矩和恒定的单向磁拉力,转子偏心将引起齿槽及其倍数次的定位力矩和旋转的单向磁拉力.     

无刷双馈电机转子偏心对气隙磁场的影响

为准确分析转子偏心故障后无刷双馈电机气隙磁场的分布特点及变化规律,首先采用磁动势磁导法对定子侧两套不同极对数绕组产生的磁场进行分析,得到转子偏心对气隙磁场的影响;然后建立无刷双馈电机转子偏心场路耦合模型,对无刷双馈电机偏心故障下气隙磁场进行计算。经分析得到:转子静、动偏心故障会使气隙磁场发生畸变,引入新的空间谐波成分。转子动偏心故障还会引入新的时间谐波;研究时间谐波随偏心程度的变化规律,以及在同等偏心程度下,时间谐波随气隙位置的分布规律。解析法结果与场路耦合模型仿真计算结果一致,并与测试线圈的测试结果做对比,该文为转子偏心故障的检测和诊断提供了相应的理论依据。     

偏心条件下轴向磁通轮毂电机不平衡弯矩建模与分析

为了分析静态偏心和动态偏心对轴向磁通轮毂电机的影响,首先建立了未偏心时轴向磁通电机气隙磁场的准3D解析模型,该模型分别通过复数相对气隙磁导和径向修正函数考虑了开槽和边缘效应对气隙磁场的影响;然后通过分析静态偏心和动态偏心时气隙长度随时间和空间的变化,建立了偏心条件下轴向磁通电机的气隙磁场解析模型,有限元结果表明该模型可以准确预测偏心条件下任意位置的气隙磁通密度;最后根据该模型分析了偏心对轴向电机气隙磁场和电磁力的影响,提出了计算不平衡弯矩的方法。结果表明:不同于径向电机,偏心除了产生不平衡磁拉力,还会使轴向磁通电机产生与旋转方向正交的弯矩,该弯矩有导致偏心进一步加剧的趋势。     

永磁无刷直流电动机场路耦合运动时步有限元分析

提出一种适用于永磁无刷直流电动机的场路耦合运动时步有限元分析方法，解决了电机在非正弦供电时的场路耦合分析问题。电路中考虑了开关元件换流重叠过程和绕组中点的电位波动。给出了控制电路与电磁场方程耦合的时步有限元单元分析方法，采用改进的有限元运动边界处理方法--插值运动边界法解决转子运动问题。应用上述模型对1台无刷直流电动机的进行分析，计算结果和样机的实测波形吻合。该方法也适用于其他非正弦供电电机的场路耦合有限元分析。     

负载振动与气隙偏心下电机电流调制机理分析

分别分析了感应电机负载转矩振动和气隙偏心对定子电流的调制机理,同时针对转矩振动频率与电机转子转频一致时,两者对定子电流调制结果在频域上难以区分开的特点,利用Wigner时频域分析方法,计算了负载转矩振动和气隙偏心时电流边频分量的相位差,指出二者时频分布特征的区别,为有效、准确地进行电机气隙偏心故障诊断提供理论依据。     

HVDC换相失败典型暂态响应特性及其抑制措施

以CIGRE第一标准模型为研究对象,分析了交流系统发生各种故障时可能引发的换相失败,即不对称故障相相连的逆变器的上下2个换流阀最易发生换相失败,对称故障则依情况而定。基于电力系统电磁暂态仿真工具PSCAD/EMTDC对其发生常见故障时典型暂态响应过程进行详细的仿真分析与计算,据此提出了一些发生换相失败故障时通过控制模式的转换抑制其危害及恢复系统运行的举措,如逆变器一次换相失败故障可以通过改变换流器触发脉冲的次序以控制换相失败发展过程,避免发生更为严重的换相失败;对于2次换相失败,应投入包括最后一个开通阀在内的旁通对,以减少因故障而使换流变压器造成直流偏磁。     

谐波附加控制抑制直流输电连续换相失败研究

换相失败是高压直流输电(HVDC)最为常见的故障之一,而我国特高压直流在控保系统内设置了连续换相失败启动直流主动闭锁的逻辑,连续换相失败及其可能造成的直流闭锁对电网的安全稳定运行造成了一定威胁。国内外关于抑制连续换相失败的研究已经取得部分研究成果,但就谐波对HVDC连续换相失败的影响研究方面还有待进一步深入。文中从HVDC换相过程出发,通过换相电压-时间面积分析法,推导出直流输电附加控制回路的各次谐波控制参数,并考虑低压限流控制对直流输电换相失败恢复过程的影响,提出一种谐波附加控制抑制直流输电连续换相失败的方法。最后,基于CIGRE HVDC标准测试模型,利用PSCAD/EMTDC对所提控制方法有效性进行了仿真验证。     

采用新型换流变压器及其滤波系统对换相失败的影响

分析了直流输电的换相失败机理及影响换相失败的因素。考虑到新型换流变压器及其滤波系统的阀侧滤波支路会对直流输电系统中各运行变量产生一定的影响,以实验室建立的直流输电系统模拟平台为研究对象,给出了新系统下阀侧无功补偿度的定义,当逆变侧采用新型换流变压器及其滤波系统后,详细分析了多种因素对逆变侧换相失败的影响并得出如下结论:阀侧无功补偿度对换相过程的改善能力不大;直流电流和换相电抗的增加会增大逆变器发生换相失败的几率;越前触发角的增大可有效降低逆变器发生换相失败的几率;不对称故障时,换相电压过零点的偏移会使得与发生单相接地短路相相连的逆变器上、下2个换流阀最易发生换相失败。最后,提出了新系统条件下避免发生换相失败的措施:增大越前触发角或关断角的整定值;适当降低换流变压器的换相电抗;保持换相电压的稳定。     

基于谐波电压补偿的混合直流连续换相失败抑制策略

针对混合直流发生连续换相失败的现象,首先对直流换相过程和连续换相失败进行了分析,确定了该试验工况下谐波是直流在故障恢复期间发生连续换相失败的原因之一。接着基于含模块化多电平柔性直流输电(MMC-HVDC)的多馈入直流输电系统仿真模型,提出抑制直流连续换相失败的策略,通过对多条常规高压直流输电(LCC-HVDC)恢复期间逆变侧换流母线谐波电压的检测,在MMC-HVDC逆变侧的无功功率控制环节附加上谐波电压补偿分量,可提高恢复期间MMC-HVDC对交流系统的无功功率支撑,减少谐波的影响,从而抑制连续换相失败的发生。最后基于PSCAD/EMTDC平台仿真验证了该换相失败抑制策略的有效性。     

计及换相动态的直流换相失败在线预警方法

单一直流换相失败易引发其相邻直流同时换相失败,严重时将造成直流闭锁引发连锁故障,开展多馈入直流换相失败预警研究及预防对保障电力系统安全稳定至关重要。提出了基于预测换相电压-时间面积的多馈入直流换相失败在线预警方法。首先,通过解析直流换相过程中的交流电压、直流电流动态,实现对换相电压-时间积分面积的实时预测。其次,基于前述预测方法从单一直流系统到多馈入直流系统推导了直流输电换相失败预警系数,并对该系数的主要参数进行了整定。然后将该系数引入换相失败预防控制环节为例说明其应用方式。最后,在PSCAD/EMTDC平台中分别基于CIGRE HVDC模型及多馈入模型验证了所提直流换相失败预警系数的正确性及对换相失败预防的指导性。     

计及偏心及洛仑兹力的永磁型无轴承电机建模与控制研究

对转子偏心情况下永磁型无轴承电机中2种磁悬浮力的产生机制进行了深入的理论分析和数学建模；特別揭示了转子偏心、转矩绕组磁场对悬浮力控制及悬浮绕组磁场对转矩控制的耦合影响；提出一种实用的悬浮力及转矩控制方案，并通过在一台表面贴装无轴承永磁同步电动机上进行的实验验证了其有效性和实用性。实验结果表明考虑转子偏心和洛仑兹力的影响有效的提高了无轴承电机悬浮运行时的稳态精度和动态响应速度，极大的拓宽了其应用领域。     

不同转子结构的无刷双馈电机磁场调制的分析

介绍了无刷双馈电机的结构特点,利用Ansoft/Maxwell 2D对笼型带深槽转子、凸极加导条转子和磁障式磁阻转子的无刷双馈电机分别进行建模和二维瞬态电磁场有限元计算,得出电机磁力线分布,气隙磁通密度波形,通过对气隙磁通密度波形的谐波频谱分析,得到磁障式磁阻转子结构具有较好的极数转换功能,即磁场调制效果较好.