考虑磁饱和影响的同步发电机励磁电流计算

在考虑同步发电机磁路饱和效应的基础上,提出了发电机励磁电流计算的数学模型.该模型涉及发电机的空载特性曲线、保梯电抗和磁路磁链方程,计算过程比较简便、实用.对于不计饱和特性、直接采用饱和电抗以及采用定子漏抗替代保梯电抗的三种情况分别进行了励磁电流计算,以发电机V形曲线的形式比较了该模型与这三种情况下的计算结果差异,经多台发电机励磁电流的计算和实际测试,验证了该模型的有效性和实用性.     

发电机模型对次同步振荡阻尼特性分析的影响

忽略发电机1D绕组、1Q和2Q绕组及考虑磁饱和时,利用特征值分析法和复转矩系数法计算了发电机组在次同步频率范围内的电气阻尼特性曲线和特征值,分析了发电机模型对交直流并列运行系统次同步振荡(SSO)阻尼特性的影响。研究表明忽略发电机D绕组对分析系统SSO发生的趋势几乎无影响,但忽略发电机Q绕组和磁饱和则在研究发电机组SSO阻尼特性时发生谐振的频率范围加大,利于采取抑制SSO的措施。     

采用最大-最小蚁群算法的励磁系统参数辨识

为获得发电机励磁系统准确的模型参数,对BPA(bonneville power administration)软件中励磁系统典型仿真模型进行深入分析,得到模型参数与励磁系统大、小阶跃响应特性的关联关系。结合实际情况,对需辨识参数进行筛选,对参数取值范围进行限制。采用最大-最小蚁群算法对参数进行辨识,先求得影响发电机空载电压小干扰阶跃响应特性的主要参数,再得到影响发电机空载电压大干扰阶跃响应特性的主要参数。BPA计算得到的辨识模型仿真曲线与实测数据吻合良好,仿真结果表明了辨识方法的有效性。     

含特高压直流的多馈入直流电网RTDS建模

为探索在实时数字仿真器(real time digital simulator,RTDS)下的多馈入直流电网建模方法,搭建了以2012年丰大方式BPA软件等值数据为基础、含±800 kV特高压直流的南方电网等值系统模型。介绍了实验仿真平台的硬件配置及功能,给出了RTDS系统模型搭建的基本步骤及电力系统元件模型的选择原则。利用单机无穷大系统短路实验得到发电机的动态响应曲线,比对检验了各台发电机控制系统模型的正确性。在此基础上,通过与BPA稳态运行时各状态量比较以及典型的交流故障和直流故障的仿真结果比较,验证了所建电网模型的有效性和正确性。最后,详细分析了RTDS与BPA仿真结果存在偏差的原因,并比较了两者在仿真计算中的优劣性。     

双馈异步发电机空载特性分析

针对双馈异步发电机的空载饱和特性问题,通过有限元法,建立了双馈异步发电机的二维电磁场物理模型。通过此模型对电机定转子铁心的电磁场分布进行了计算,并进一步对气隙中线磁场分布进行了谐波分析,同时还得到了发电机的空载饱和特性曲线。     

考虑磁场饱和的双定子永磁同步发电机的磁路模型

双定子永磁同步发电机(DS-PMSG)包括内外两个定子和中间的转子,一般的电磁场计算软件计算比较困难。建立DS-PMSG的磁路计算模型,利用铁磁材料的磁化特性曲线考虑磁场饱和,并同时考虑内、外两套绕组电枢反应对永磁磁场的影响,可对电机的性能参数进行计算,便于设计变量的及时快速调整。通过对1台3.3 kW样机的磁路计算和有限元计算的比较,证明了该模型的有效性和实用性。     

基于交叉饱和主磁路的同步发电机数学模型

在同步发电机派克方程的基础上,利用同步发电机的空载特性曲线,建立用电压、电流、磁链表示的考虑主磁路交叉饱和的同步发电机数学模型.通过仿真研究论证该模型的正确性,该模型适用于研究同步发电机处于非正常工况等主磁路饱和程度变化较大时的运行行为,能够比较准确地分析主磁路饱和程度变化对于同步发电机运行行为的影响,相比线性模型具有准确性高和适用范围广的优点.     

汽轮发电机定子铁心端部温度模型中参数的确定

在发电机的热状态监测中,为了确定汽轮发电机定子铁心端部温度的标准值,必须首先确定温度模型中的各个参数。为此,提出了汽轮发电机定子铁心端部温度模型中电抗参数、铁心对氢气的散热系数以及常系数的确定方法。利用发电机的空载特性、短路特性曲线以及发电机运行时采集到的有功功率、无功功率、电枢端电压确定不同运行工况下的电枢反应电抗以及同步电抗,该方法考虑了电机的饱和;根据流体力学以及传热学原理确定铁心对氢气的散热系数;采用最小二乘法确定模型中的常系数。然后根据温度模型即可确定状态监测中定子铁心端部温度的标准值。通过一台QFSN-220-2汽轮发电机的实际运行温度与计算温度相比较证明了所提出的参数确定方法是正确的。     

汽轮发电机在饱和与磁场畸变时负载励磁电流计算的新方法

磁路饱和与磁场畸变的共同作用会使发电机负载饱和特性显著偏离其空载特性,为了计算这种差异,提出了其负载励磁电流计算的一种改进方法.以300 MW汽轮发电机为例,以有限元方法为工具,获得了反映磁路饱和与磁场畸变共同作用下负载非线性特性的关系曲线族,提出了用这种新曲线族代替空载特性计算负载励磁电流的新方法.通过计算发电机在不同功角下的负载励磁电流,说明该方法比传统方法有较高的计算精度,比有限元方法有较快的计算速度.     

同步发电机d-q轴饱和特性曲线族

该文针对同步发电机的非正常运行条件，以理论分析和有限元计算相结合的方法，系统研究了合成磁场在空间的位置及励磁电流的大小对饱和特性的影响，提出了以功角和励磁电流标幺值为参数的饱和特性曲线族，并以300MW汽轮发电机和640MW水轮发电机为例，求出了相应的曲线族。按照所求得的曲线族，当功角较大或功角一定而励磁电流标幺值较大时，为产生一定大小的气隙电热Eδ所需的合成电流I∑的值，比按空载特性确定的值在极限情况下有可能要大40%。与实测对比表明，采用该文提出的新的饱和特性曲线族，可以更准确地分析同步发电机在非正常条件下的运行行为。     

汽轮发电机定子铁心端部温度模型中参数的确定

在发电机的热状态监测中，为了确定汽轮发电机定子铁心端部温度的标准值，必须首先确定温度模型中的各个参数。为此，提出了汽轮发电机定子铁心端部温度模型中电抗参数、铁心对氢气的散热系数以及常系数的确定方法。利用发电机的空载特性、短路特性曲线以及发电机运行时采集到的有功功率、无功功率、电枢端电压确定不同运行工况下的电枢反应电抗以及同步电抗，该方法考虑了电机的饱和；根据流体力学以及传热学原理确定铁心对氢气的散热系数；采用最小二乘法确定模型中的常系数。然后根据温度模型即可确定状态监测中定子铁心端部温度的标准值。通过一台QFSN-220-2汽轮发电机的实际运行温度与计算温度相比较证明了所提出的参数确定方法是正确的。     

三峡交直流混合输电系统谐波的仿真分析和计算

三峡电力系统作为中国最大、也是世界上大型电网之一，其运行特性以及可能存在的电力谐波、系统稳定性等一系列问题将是人们广泛关注的课题。文中采用基于发电机、变压器主磁路磁化曲线的发电机、变压器饱和数学模型，建立了同步发电机组、变压器以及换流站和触发脉冲控制单元等元件的Saber通用仿真模板，构成了三峡交直流混合输电系统的仿真模型，并仿真计算了三峡系统谐波。其分析计算结果和所建模型将对进一步深入研究三峡系统的稳态、暂态特性奠定基础。     

具有磁性和非磁性槽楔的汽轮发电机转子槽分度的计算与分析

为了研究汽轮发电机转子不同槽分度对电机电磁场的影响,以150 WM空冷汽轮发电机为例,建立了汽轮发电机的二维数学模型和物理模型。采用二维有限元方法,计算了转子带有非磁性槽楔和磁性槽楔时不同槽分度下的电磁场及发电机的饱和电抗值,并在此基础上研究了不同槽分度情况下非磁性和磁性材料的3种转子槽楔对发电机定、转子损耗的影响。计算结果表明,转子采用弱磁性槽楔和导磁导电的Fe-Cu合金槽楔后,发电机的饱和同步电抗相对于铝合金槽楔对应的饱和同步电抗减小,同时可以有效减小气隙磁密中的谐波含量,降低表面损耗。计算结果为发电机转子磁性槽楔和槽分度的选择设计提供了理论依据。     

考虑饱和的同步发电机数学模型

提出了一种考虑主磁路饱和的同步发电机数学模型,利用本文模型,对同步发电机典型的暂态特性进行了仿真研究,并将其仿真结果与线性模型的仿真结果进行了比较,以说明本文提出的饱和模型的必要性和有效性。     

强阻尼电压源型虚拟同步发电机大扰动功角稳定性分析

虚拟同步发电机与传统同步发电机具有相似的外特性,在大扰动下,虚拟同步发电机也具有与传统同步发电机相似的失稳机理。但是,与传统同步发电机相比,虚拟同步发电机逆变器会受到电流限幅的影响,功角曲线与传统同步发电机不同;同时虚拟同步发电机阻尼系数比同步发电机大得多,无法简单判断虚拟同步发电机的功角稳定性。因此,以虚拟同步发电机—无穷大系统为例,首先,介绍虚拟功角由饱和曲线向非饱和曲线的转变,分析虚拟同步发电机强阻尼系数的特性。然后,指出受扰后虚拟同步发电机系统动态响应的强时变特性,给出虚拟同步发电机大扰动功角稳定性的判断方法。最后,基于PSCAD仿真验证了所提方法的合理性。     

同步发电机不同实用模型的大扰动特性对比研究

为了研究同步发电机3种实用模型对电力系统大扰动特性和暂态稳定极限的影响,采用dq0坐标系下的实用模型与abc坐标系下的电网模型联立求解的方法,推导了发电机与电网接口关系的方程,建立了以实用模型为基础的单机双回线无穷大系统,并以经过试验验证的场路网耦合时步有限元模型作为标准响应,对各实用模型进行校验。采用上述模型对300 MW同步发电机进行仿真计算表明:3种实用模型的大扰动特性存在明显差异,且暂态稳定极限都较为保守;额定励磁下,实用模型与时步有限元的暂态稳定极限最大相差8.8%。研究结果为电力系统仿真中合理选择发电机模型提供了重要参考。     

同步发电机阻尼绕组和磁路饱和对低频振荡阻尼的影响

采用特征值分析法研究同步发电机阻尼绕组以及磁路饱和对低频振荡阻尼的影响。建立了同步发电机三阶以及考虑阻尼绕组的六阶小扰动线性化模型,并在模型中考虑了磁路饱和效应。为详细分析同步发电机阻尼绕组和磁路饱和对低频振荡阻尼的影响,采用了简化的单机无穷大系统。计算表明,在分析低频振荡问题时:同步发电机三阶模型不宜用于分析进相或轻载运行的机组,这一结论和是否安装电力系统稳定器(PSS)以及是否忽略磁路饱和无关;忽略磁路饱和的同步发电机三阶模型在额定工况附近具有比较高的准确性;磁路饱和对六阶模型的影响较小,但是对于含PSS的进相运行机组,不宜忽略磁路饱和;为得到准确的结论,建议在同步发电机模型中考虑阻尼绕组和磁路饱和的影响。     

频域补偿特性等价的发电机励磁模型转换方法

国内外常用的电力系统仿真软件对发电机励磁模型定义存在差异。为解决不同仿真工具间的励磁模型不匹配问题,提出一种频域补偿特性等价的励磁模型转换方法,首先求取在基准频率下基于BPA/PSASP定义的中国化励磁模型各个环节的幅频补偿特性,计算励磁模型比例—积分—微分校正模块总体幅频补偿特性并据此反推与之匹配的IEEE标准励磁模型的参数。该方法可在避免大量自定义建模工作和初值平衡计算的前提下获取原有励磁系统的动态特性,实现绝大多数中国化励磁模型的转换。实际电网的时域仿真结果验证了所提方法的有效性。     

基于等效仿真模型的VSC-HVDC 次同步振荡阻尼特性分析

电压源换相高压直流输电(VSC-HVDC)是基于电压源换流器(VSC)的新一代高压直流输电技术。该文首先分析VSC的工作原理，在此基础上建立以交流侧受控电压源和直流侧受控电流源描述的VSC等效仿真模型。通过与VSC-HVDC电路模型的时域和频域响应对比,验证利用VSC等效仿真模型分析VSC-HVDC次同步频率范围内动态特性的有效性。利用复转矩系数法的时域实现方法--测试信号法及VSC-HVDC等效仿真模型，可计算得到连续且光滑的发电机电气阻尼De特性曲线；基于De曲线，分析VSC-HVDC采用不同控制方式及比例积分(PI)控制器中比例系数和积分时间常数，对发电机电气阻尼特性的影响。最后对加入VSC-HVDC的IEEE第一标准测试系统的仿真表明，配置次同步阻尼控制器(SSDC)的VSC，通过对其有功功率或无功功率的动态调制，均可显著增加发电机的电气阻尼，有效抑制发电机次同步振荡。     

不同发电机模型大扰动特性及暂态稳定性的对比研究

通过对单机无穷大系统的饱和、阻尼绕组对BPA仿真结果进行讨论,并与时步有限元的标准响应进行对比,在发电机不计转子铁心饱和、计及阻尼作用的情况下,研究了系统的暂态稳定极限,指出BPA不能综合考虑转子铁心饱和、阻尼等复杂因素对发电机暂态稳定性的影响。