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变速抽蓄机组转子绕组接地故障保护及定位方法

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电力自动化设备 2023年第3期43卷 217-224页

作者：乔健尹项根王义凯卢庆辉谭力铭朱凌进华中科技大学强电磁工程与新技术国家重点实验室湖北武汉430074 华中科技大学电力安全与高效湖北省重点实验室湖北武汉430074

变速抽蓄机组转子绕组采用三相交流励磁的特殊结构,导致现有的转子接地保护方法不再适用。为此,提出一种变速抽蓄机组转子绕组接地故障的保护及定位方法。通过在转子滑环外经限流电阻接注入式装置构成转子接地保护的方案。基于注入式原... 详细信息

变速抽蓄机组转子绕组采用三相交流励磁的特殊结构,导致现有的转子接地保护方法不再适用。为此,提出一种变速抽蓄机组转子绕组接地故障的保护及定位方法。通过在转子滑环外经限流电阻接注入式装置构成转子接地保护的方案。基于注入式原理,提出对地电容参数和故障电阻的在线计算方法,根据接地故障电阻大小判断是否发生接地故障并确定保护出口方式。根据转子转向和转速大小考虑转子绕组电势的相位分布,将故障相绕组各槽导体连接处视为虚拟故障点并计算其对应的参考电势比值。比较实际电势比值与各虚拟故障点的参考电势比值,将差异最小的虚拟故障点视为故障位置,实现接地故障定位。PSCAD/EMTDC仿真结果验证了所提方法的有效性。

关键词：变速抽蓄机组转子绕组接地故障注入式原理故障定位

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变速抽蓄机组频率响应机理模型与性能研究

电网技术 2023年第2期47卷 463-472页

作者：朱珠潘文霞刘铜锤刘明洋河海大学能源与电气学院江苏省南京市210098 铜陵学院电气工程学院安徽省铜陵市244061 国网浙江省电力公司宁波供电公司浙江省宁波市315200 国网河南省电力公司电力科学研究院河南省郑州市450052

变速抽蓄机组是潜在的大容量、灵活可靠、清洁一次调频资源。缺乏频率响应机理模型和性能研究导致定量表达、挖掘、充分发挥该机组一次调频优势遇到瓶颈。提出了一种变速抽蓄机组频率响应机理模型,并基于该模型量化分析了变速抽蓄机组... 详细信息

变速抽蓄机组是潜在的大容量、灵活可靠、清洁一次调频资源。缺乏频率响应机理模型和性能研究导致定量表达、挖掘、充分发挥该机组一次调频优势遇到瓶颈。提出了一种变速抽蓄机组频率响应机理模型,并基于该模型量化分析了变速抽蓄机组较常规机组、定速抽蓄机组在调频稳定性与动态性能两方面的优势。首先基于调频物理本质,建立了变速机组发电和抽水2种工况下的频率响应模型;其次利用根轨迹法分析了频率下垂系数对3种机组调频稳定性的影响;然后推导了3种机组对应的调频性能指标,并比较了一次调频动态性能;最后通过PSCAD/EMTDC时域仿真验证了机理模型和性能分析的正确性。该研究结果为充分利用变速机组来保障新型电力系统频率稳定提供了有益的理论参考。

关键词：变速抽蓄机组一次调频机理模型调频性能分析

考虑不对称转速边界约束的变速抽蓄机组综合惯量调频控制

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电力系统自动化 2024年第16期48卷 88-98页

作者：成昕雨王丹李文浩毛承雄强电磁技术全国重点实验室(华中科技大学) 湖北省武汉市430074 华中科技大学电气与电子工程学院湖北省武汉市430074

当系统出现频率跌落时,变速抽蓄机组可大幅降低转速、迅速释放转子动能,从而为系统提供惯量支撑,但目前已有的调频方案未能有效发挥变速抽蓄机组的这一优势。为充分利用转子动能,提出一种考虑不对称转速边界约束的变速抽蓄机组综合惯量... 详细信息

当系统出现频率跌落时,变速抽蓄机组可大幅降低转速、迅速释放转子动能,从而为系统提供惯量支撑,但目前已有的调频方案未能有效发挥变速抽蓄机组的这一优势。为充分利用转子动能,提出一种考虑不对称转速边界约束的变速抽蓄机组综合惯量调频控制策略。首先,从变速抽蓄机组的有功支撑特性和不对称转速约束条件出发,得出适用于变速抽蓄机组的最优频率控制结构,该结构中包含两个时间常数不同的虚拟惯量控制环节。然后,分析各惯量控制环节的作用并整定相关参数。在此基础上,计及变速抽蓄机组运行特性与电力系统调频需求,设计了变速抽蓄机组不对称综合惯量控制策略,使得机组转速降低时可以为系统提供更大的惯量支撑。仿真结果表明,所提调频策略能够充分发挥变速抽蓄机组的优势,维持系统频率稳定。

关键词：变速抽蓄机组综合惯量控制频率调节惯量支撑转子动能

基于重复脉冲法的变速抽蓄机组转子绕组短路故障诊断方法

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电力系统保护与控制 2023年第20期51卷 14-24页

作者：卢庆辉尹项根乔健尹昕贺儒飞马一鸣强电磁工程与新技术国家重点实验室(华中科技大学) 湖北武汉430074 武汉理工大学自动化学院湖北武汉430070 南方电网调峰调频发电有限公司储能科研院广东广州510950

变速抽蓄机组的转子侧采用特殊的三相交流绕组结构,导致其转子绕组短路故障诊断困难。为此,提出了一种基于重复脉冲法(repetitive surge oscillograph,RSO)的离线故障诊断方法。首先设计了重复脉冲法在变速抽蓄机组中的应用方案,通过在... 详细信息

变速抽蓄机组的转子侧采用特殊的三相交流绕组结构,导致其转子绕组短路故障诊断困难。为此,提出了一种基于重复脉冲法(repetitive surge oscillograph,RSO)的离线故障诊断方法。首先设计了重复脉冲法在变速抽蓄机组中的应用方案,通过在转子三相同时注入低压脉冲并检测响应曲线来判断机组故障情况。基于不同短路故障的响应特性分析,提出了转子绕组短路故障类型和故障相别的识别方法。然后,结合变分模态分解与Teager能量算子(variational mode decomposition-teager energy operator,VMD-TEO)估计注入脉冲和特征曲线的起始突变位置,并通过时间差值和实测波速确定故障位置。最后,利用指数还原故障因子衡量匝间短路故障的严重程度,以解决克服行波衰减引起的特征波形幅值重叠问题。仿真结果表明,所提方案能准确诊断变速抽蓄机组的各种转子绕组短路故障。

关键词：变速抽蓄机组转子绕组短路故障重复脉冲法 VMD-TEO

基于FFT-LSTM的变速抽蓄机组转子绕组短路故障和偏心故障诊断方法

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电力系统保护与控制 2023年第6期51卷 73-81页

作者：尹项根乔健贺儒飞张豪彭煜民王文辉强电磁工程与新技术国家重点实验室(华中科技大学) 湖北武汉430074 南方电网调峰调频发电有限公司储能科研院广东广州510950

变速抽水蓄能机组是适应系统功率波动的重要调节手段。转子绕组短路故障和转子偏心故障是其常见的故障类型,两种故障均会在定子侧感应生成特征频带相近的谐波环流,导致两种故障难以被区分。提出了一种基于快速傅里叶变换-长短期记忆(fas... 详细信息

变速抽水蓄能机组是适应系统功率波动的重要调节手段。转子绕组短路故障和转子偏心故障是其常见的故障类型,两种故障均会在定子侧感应生成特征频带相近的谐波环流,导致两种故障难以被区分。提出了一种基于快速傅里叶变换-长短期记忆(fast Fourier transform-long short-term memory,FFT-LSTM)网络的故障诊断方法,以细化分辨故障特征相近的转子绕组短路故障和转子偏心故障。所提方法以定子分支环流的谐波分量为特征量进行故障诊断,分别推导了两种故障发生时定子侧环流谐波特征,并总结二者间的相似性和差异性。鉴于该差异较为微弱,引入长短期记忆(long short-term memory,LSTM)神经网络算法对其进行辨识。利用内部故障仿真模型对可能发生的转子绕组短路故障和偏心故障进行批量仿真,以得到用于LSTM网络训练和测试的数据集。仿真结果表明FFT-LSTM能够准确诊断不同转速下变速抽蓄机组的转子绕组短路故障和转子偏心故障。

关键词：变速抽蓄机组转子绕组短路故障转子偏心故障 LSTM神经网络

基于时域动态过程的变速抽蓄机组外部故障短路电流计算方法

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电力自动化设备 2024年第3期44卷 172-179页

作者：卢庆辉乔健尹项根刘之畅王义凯朱凌进毛冀龙华中科技大学强电磁工程与新技术国家重点实验室湖北武汉430074 华中科技大学电力安全与高效湖北省重点实验室湖北武汉430074

变速抽蓄机组(VSPSU)采用特殊的交流励磁结构及控制方式,导致其外部故障短路特性与常规定速机组相比差异巨大。为此,提出了一种基于时域动态过程的外部故障短路电流计算方法。根据VSPSU外部故障下的励磁及控制特点,将外部故障下的VSPSU... 详细信息

变速抽蓄机组(VSPSU)采用特殊的交流励磁结构及控制方式,导致其外部故障短路特性与常规定速机组相比差异巨大。为此,提出了一种基于时域动态过程的外部故障短路电流计算方法。根据VSPSU外部故障下的励磁及控制特点,将外部故障下的VSPSU分为持续励磁和跨接器动作这2种情况,并基于空间矢量分析分别建立2种情况下的时域动态电路模型。在此基础上,结合2种情况的过渡边界条件和定子磁链动态特性推导得到VSPSU外部故障短路电流的解析表达式。与PSCAD/EMTDC仿真结果的对比表明,所提出的VSPSU外部故障短路电流计算方法具有较高的准确性及实用价值,能满足变速抽水蓄能电站一次设备选型以及继电保护等工作的需要。

关键词：变速抽蓄机组外部故障短路电流跨接器动态电路

变速抽蓄机组与柔性直流联合系统的量化评估研究

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变速抽蓄机组与柔性直流联合系统的量化评估研究

作者：李偲华北电力大学(北京)

学位级别：硕士

可再生能源发电并网规模的日益扩大,使得电网对其输电方式提出了新的挑战。柔性直流输电具有向无源网络供电、有功与无功解耦等诸多优点,逐渐引起业界的广泛关注。虽然在输送可再生能源方面有一定优势,但它还是无法从根本上解决可再生... 详细信息

可再生能源发电并网规模的日益扩大,使得电网对其输电方式提出了新的挑战。柔性直流输电具有向无源网络供电、有功与无功解耦等诸多优点,逐渐引起业界的广泛关注。虽然在输送可再生能源方面有一定优势,但它还是无法从根本上解决可再生能源的波动性、间歇性与随机性问题。考虑在柔直系统中接入变速抽蓄机组,作为平抑可再生能源出力波动与电力系统削峰填谷的工具,保证输送电能的稳定性。本文将对包含风电机组在内的柔性直流输电系统与变速抽蓄机组联合系统的基础理论与协调运行策略进行理论分析和仿真验证,并对影响联合系统有功调节能力的静动态因素展开量化评估研究。本文首先对联合系统各构成部分的结构及运行原理进行了介绍,构建了变速抽蓄机组、风电机组及柔性直流输电系统的数学模型,研究了双馈电机的机侧与网侧变流器,柔直系统的送端侧与受端侧变流器的控制策略。并基于MATLAB/Simulink仿真平台,对风电出力波动下,变速抽蓄机组分别运行在发电、电动两种工况时变速抽蓄机组的有功调节能力进行了动态仿真分析,结果证明了所提数学模型及控制策略的正确性与有效性。在联合系统为受端侧负荷供电时,各种因素会影响联合系统的有功功率送出能力。本文通过数学耦合关系列出了变速抽蓄机组侧、风电机组侧静态影响因素关系图,并通过仿真模型对动态控制参数进行了灵敏度分析。最后基于模糊层次分析法,建立了联合系统有功功率调节能力量化评估体系,通过模糊判断矩阵对各影响因素进行了重要度排序,利用模糊理论中的隶属函数将权重值转化为直观的评语值,得到了与联合系统有功调节能力相关的强弱影响因素。本文研究结果可为联合系统的协调运行及有功功率最优输出提供理论指导和技术依据,能够实现直流电网的灵活运行及对大规模可再生能源接入的快速可靠消纳,进而保证联合系统的功率平衡和电网运行的安全可靠性。

关键词：变速抽蓄机组柔性直流输电联合系统协调控制有功影响因素量化评估研究

基于变速抽蓄机组的新型电力系统调频控制策略

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水电能源科学 2023年第9期41卷 189-193,201页

作者：成昕雨王丹毛承雄华中科技大学强电磁工程与新技术国家重点实验室湖北武汉430074

为解决新能源机组大规模并网引发的频率安全问题,将变速抽蓄机组纳入新型电力系统调频控制。首先通过根轨迹方法分析了变速抽蓄机组的AGC调频稳定性;然后设计机组功率指令响应性能评价方案,衡量了变速抽蓄机组调频出力的快速性与准确性... 详细信息

为解决新能源机组大规模并网引发的频率安全问题,将变速抽蓄机组纳入新型电力系统调频控制。首先通过根轨迹方法分析了变速抽蓄机组的AGC调频稳定性;然后设计机组功率指令响应性能评价方案,衡量了变速抽蓄机组调频出力的快速性与准确性;在此基础上,提出基于频率变化率的有功动态优化分配策略,并通过Simulink中搭建的两区域互联电力系统LFC模型模拟新能源出力波动,仿真验证所提策略的有效性。结果表明,基于频率变化率的有功动态优化分配策略可充分发挥变速抽蓄机组的调频优势,有效防止频率发生越限、维持系统频率稳定。

关键词：变速抽蓄机组电力系统频率调频控制策略频率变化率有功功率分配

基于调速器-变频器协调控制的变速抽蓄机组一次调频研究

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水电能源科学 2024年第10期42卷 171-175页

作者：丁景焕郑一鸣桂中华曹锐吴玮郭文成国网新源控股有限公司抽水蓄能技术经济研究院北京100761 华中科技大学土木与水利工程学院湖北武汉430074 河北丰宁抽水蓄能有限公司河北承德068350

变速抽蓄机组可为保障高比例新能源电网频率安全稳定提供重要支撑,是抽水蓄能技术发展的重要方向。因此,开展了基于调速器-变频器协调控制的变速抽蓄机组一次调频研究,首先建立变速抽蓄机组仿真模型,然后分析基于协调控制的变速抽蓄机... 详细信息

变速抽蓄机组可为保障高比例新能源电网频率安全稳定提供重要支撑,是抽水蓄能技术发展的重要方向。因此,开展了基于调速器-变频器协调控制的变速抽蓄机组一次调频研究,首先建立变速抽蓄机组仿真模型,然后分析基于协调控制的变速抽蓄机组一次调频特性,最后揭示基于协调控制的变速-定速抽蓄机组一次调频特性。结果表明,变速抽蓄机组调速器-变频器协调控制模式2下一次调频有功功率的响应速度明显快于控制模式1,调速器对一次调频导叶开度和转速振荡的抑制优于变频器、变频器对一次调频有功功率的调节速度明显快于调速器。变速抽蓄机组采用调速器-变频器协调控制模式1时的一次调频有功功率响应速度略慢于定速抽蓄机组、采用控制模式2时的一次调频有功功率响应速度明显快于定速抽蓄机组。

关键词：变速抽蓄机组一次调频调速器-变频器协调控制动态特性数值仿真