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同步发电机定子绕组匝间短路故障特征规律研究

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电机与控制学报 2019年第1期23卷 45-51页

作者：辛鹏戈宝军陶大军赵洪森肖士勇哈尔滨理工大学电气与电子工程学院哈尔滨150080 吉林化工学院信息与控制工程学院吉林吉林132022

为真实有效地反映实际并网运行的大型同步发电机发生定子绕组匝间短路故障时发电机定子电流及谐波电磁转矩等主要电气量的变化规律,采用场-路-网耦合时步有限元法对该问题进行了详细分析。以一台1 407 MVA核电半速汽轮发电机为研究对象... 详细信息

为真实有效地反映实际并网运行的大型同步发电机发生定子绕组匝间短路故障时发电机定子电流及谐波电磁转矩等主要电气量的变化规律,采用场-路-网耦合时步有限元法对该问题进行了详细分析。以一台1 407 MVA核电半速汽轮发电机为研究对象建立了场-路-网联合仿真模型,在发电机并网带额定负载稳定运行条件下,对发电机定子绕组不同位置发生相同程度匝间短路故障进行了仿真,研究了大型发电机定子绕组匝间短路时故障位置对发电机机端三相电流、暂态基波电磁转矩、暂态二次谐波电磁转矩及稳态二次谐波电磁转矩的影响。为大型同步发电机定子绕组匝间短路故障诊断提供参考。

关键词：同步发电机定子绕组匝间短路场-路-网耦合

同步发电机定子绕组匝间短路时转子动态电磁力计算

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电工技术学报 2018年第13期33卷 2956-2962页

作者：肖士勇戈宝军陶大军刘智慧哈尔滨理工大学电气与电子工程学院哈尔滨150080 哈尔滨理工大学荣成学院荣成264300

为准确地分析定子绕组匝间短路后同步发电机转子铁心电磁力的分布特点和变化规律,建立了同步发电机内部短路场路耦合模型,并结合麦克斯韦应力法,对一台1 400 MW半速汽轮发电机转子齿顶和齿壁动态电磁力进行了计算。经分析得到:在短路环... 详细信息

为准确地分析定子绕组匝间短路后同步发电机转子铁心电磁力的分布特点和变化规律,建立了同步发电机内部短路场路耦合模型,并结合麦克斯韦应力法,对一台1 400 MW半速汽轮发电机转子齿顶和齿壁动态电磁力进行了计算。经分析得到:在短路环电流的影响下,转子齿顶和齿壁局部电磁力突增,且最大电磁力集中在磁极两侧边缘处和槽口位置。随着短路匝数的增加,齿顶和齿壁局部电磁力的最大值小幅增加。该文为全面了解匝间短路对同步发电机的威胁和转子结构的优化设计提供了相应的理论依据。

关键词：同步发电机匝间短路动态电磁力场路耦合麦克斯韦应力法

同步发电机定子绕组匝间短路故障的特性仿真与诊断方法研究

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同步发电机定子绕组匝间短路故障的特性仿真与诊断方法研究

作者：韩孟媛西南大学

学位级别：硕士

同步发电机是重要的机械设备之一,在现代社会所有行业和部门中都占据着越来越重要的地位。研究表明,定子绕组匝间短路故障是同步发电机的主要故障类型,且故障后对电机各方面的危害很大,因此,研究同步发电机定子绕组匝间短路前后的故障特... 详细信息

同步发电机是重要的机械设备之一,在现代社会所有行业和部门中都占据着越来越重要的地位。研究表明,定子绕组匝间短路故障是同步发电机的主要故障类型,且故障后对电机各方面的危害很大,因此,研究同步发电机定子绕组匝间短路前后的故障特性,并且对同步电机进行故障检测及诊断是非常有必要的。现有的对同步发电机定子匝间短路故障特性仿真的研究大部分都集中于对故障前后的电磁、温度进行分析,而故障前后绕组受力情况也存在不同,可能导致故障进一步发展;在故障检测和诊断技术上,现有的一些方法具有一定的局限性,如检测过程较复杂、仅能指示故障有无以及大致故障程度的变化、准确度不高等。基于此现状,本文研究了同步发电机定子匝间短路前后的力学响应特性,并将扫频频率响应分析法(Sweep Frequency Response Analysis,SFRA)应用于该故障的检测中,实现了简单、快速、无损、经济的检测,最后利用深度学习算法对该故障实现了更加准确的诊断。本文的主要工作如下:(1)对同步发电机定子绕组匝间短路故障特性进行了仿真。利用有限元仿真软件对一台凸极同步发电机搭建“场-路”耦合模型,分析了该电机空载运行时的内部磁场以及定子匝间短路前后的电流、电压、损耗及绕组电磁力的分布规律,并将结果导入仿真平台,利用“电磁-热”、“电磁-结构”耦合方法求取了该电机故障前后的温度及力学响应(总体变形、等效应变与等效应力)变化特征,分析得到故障后电机定子绕组的温升已对附近槽绕组温度产生了影响,电机容易出现绝缘磨损和破坏的危险部位为定子端部绕组的鼻端等部分,揭示了同步发电机匝间短路的危害,也说明了同步发电机故障诊断的必要性和重要性。(2)对同步发电机定子绕组匝间短路故障进行了检测。首先仿真了电机故障后绕组电感参数的变化,得到故障后电感减小,基于这一特性,引出了本文所使用的故障检测方法:SFRA法,分析了转子位置对该方法的影响。然后利用该方法对7.5 k W同步发电机进行故障检测,得到故障不同程度和不同位置下的数据并绘制SFRA曲线进行了分析。发现故障后绕组的曲线相较于正常曲线在低中高频段出现了不同程度的偏移。为了更直观地得到随着故障程度的增加,曲线的偏移程度,本文又利用统计指标对SFRA数据进行了分析。实验及分析结果验证了SFRA法在电机绕组故障检测上的可行性,得到的数据为故障诊断提供了基础。(3)利用深度学习对SFRA数据处理以诊断同步发电机定子绕组匝间短路故障。将SFRA的序列数据输入到Multivariate Time Series Transformer(MTST)算法模型中,实现了准确的诊断。另外引入了残差卷积神经网络(Res CNN)、全卷积神经网络(Fully Convolutional Networks,FCN)、长短时记忆网络(Long Short-Term Memory,LSTM)和随机森林网络,并将同样的故障数据输入上述四种算法中,将得到的故障诊断准确率与MTST对比,验证了该算法在故障诊断上的性能。另外,本文对实验室另一台5 k W同步发电机进行了定子匝间短路的SFRA实验,将得到的数据同样输入到文中的几种模型中,对比得到MTST的故障分类准确率依然最高。最终证明本文所使用的MTST算法在计算方式、SFRA响应的特征提取、故障分类的准确度以及普适性方面都有更优的表现。

关键词：同步发电机定子绕组匝间短路有限元仿真故障检测故障诊断

基于MSK-CNN和多源机电信息融合的同步发电机故障诊断方法

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电机与控制学报 2023年第1期27卷 1-11页

作者：马明晗侯岳佳李永刚贺鹏康齐鹏武玉才华北电力大学新能源电力系统国家重点实验室河北保定071003

同步发电机结构复杂且运行环境多变,传统的故障诊断方法依赖于专家的先验知识,易受噪声干扰,难以准确识别且耗时耗力。本文提出一种基于多尺度核卷积神经网络(MSK-CNN)和多源机电信息融合的同步发电机故障诊断方法,直接从原始信号中自... 详细信息

同步发电机结构复杂且运行环境多变,传统的故障诊断方法依赖于专家的先验知识,易受噪声干扰,难以准确识别且耗时耗力。本文提出一种基于多尺度核卷积神经网络(MSK-CNN)和多源机电信息融合的同步发电机故障诊断方法,直接从原始信号中自动学习有效的故障特征,同时在单个框架中对故障类型进行分类,为同步发电机提供端到端的故障诊断系统,无需额外的信号处理和专家经验。首先通过多尺度核算法在不同尺度上并行获取互补且丰富的诊断信息,提高特征学习能力。然后采用多源机电信息融合,选取相电压、转子振动、定子振动信号分别作为输入进行特征融合。最后以一台SDF-9型1对极同步发电机为实验对象进行实验验证,故障诊断准确率为99.64%,与传统故障诊断方法进行对比,显示了该方法的优越性。

关键词：同步发电机深度学习多尺度核卷积神经网络故障诊断多源机电信息融合多尺度融合

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控制同步发电机加速功率的储能滑模控制器

浙江大学学报（工学版） 2023年第5期57卷 1050-1060页

作者：赵影王达倪佳华凌永辉项基郑婷婷国网内蒙古东部电力有限公司电力科学研究院内蒙古呼和浩特0100101 浙江大学工程师学院浙江杭州310027 浙江大学电气工程学院浙江杭州310027

针对电力系统功角稳定性问题,在建模分析储能与同步发电机能量交互关系的基础上,提出一种控制同步发电机加速功率的储能滑模控制器.利用滑模控制的强鲁棒性,将同步发电机的转速偏差引入滑模面,并通过控制同步发电机的加速功率,使同步发... 详细信息

针对电力系统功角稳定性问题,在建模分析储能与同步发电机能量交互关系的基础上,提出一种控制同步发电机加速功率的储能滑模控制器.利用滑模控制的强鲁棒性,将同步发电机的转速偏差引入滑模面,并通过控制同步发电机的加速功率,使同步发电机与电网在控制上解耦,并使同步发电机的频率恢复至额定值,从而增强系统的功角稳定性.为了削弱滑模控制中的抖振现象,采用非线性光滑函数代替滑模控制中的符号函数,得到实用化的滑模控制器.通过构造李雅普诺夫函数进行所提控制器的稳定性分析.在Matlab/Simulink的仿真测试中,对比所提控制器和参数反馈线性化控制器(PFL)、功率振荡阻尼控制器(POD)以及柔性控制器(FC)在扰动下的系统性能,结果表明所提控制器稳定时间比其他3种控制方法缩短30%以上.

关键词：同步发电机功角稳定储能滑模控制加速功率

同步发电机端部绕组与结构件的磁场及电磁力计算

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同步发电机端部绕组与结构件的磁场及电磁力计算

作者：宋梓豪哈尔滨理工大学

学位级别：硕士

本文针对同步发电机端部结构特点,建立包含分股绕组端部结构、压圈、压指、护环等结构件的三维物理模型和数学模型,对发电机端部磁场进行分析计算,研究发电机端部区域磁场的分布规律,结合局部坐标变换给出不同运行工况下定子分股绕组端... 详细信息

本文针对同步发电机端部结构特点,建立包含分股绕组端部结构、压圈、压指、护环等结构件的三维物理模型和数学模型,对发电机端部磁场进行分析计算,研究发电机端部区域磁场的分布规律,结合局部坐标变换给出不同运行工况下定子分股绕组端部与结构件上电磁力的变化规律,并探讨材料特性对结构件上电磁力影响。首先,根据同步发电机绕组端部渐开线方程建立多根并绕股线绕组端部的三维物理模型,确定求解区域,给出发电机端部磁场分析的数学模型和边界条件,准确考虑电机直线段与端部的相互影响,建立三维场路耦合有限元仿真分析模型。计算稳态运行工况下端部绕组及结构件的磁场分布,给出端部漏磁的分布情况,揭示绕组端部及结构件所受磁场的分布规律。其次,根据三维瞬态有限元模型计算结果,结合洛伦兹力计算方法与三维空间局部坐标变换,研究额定工况下定子绕组端部不同股线电磁力密度的分布情况,分析压圈与压指上的磁密、电密及电磁力密度分布规律。最后,根据三相短路故障下股线电流冲击峰值时刻同步发电机端部磁场的计算结果,分析端部绕组股线及结构件上电磁力密度的分布规律,给出绕组不同区域电磁力密度;分析压圈、压指结构件电磁力密度分布,给出各结构件最大受力点的位置和受力方向;同时,研究材料特性对结构件电磁力分布的影响。

关键词：同步发电机绕组端部结构件磁场分析电磁力

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同步发电机失磁过程分析与保护方法研究

高电压技术 2014年第11期40卷 3544-3553页

作者：林莉张向伍郭文宇何月重庆大学输配电装备及系统安全与新技术国家重点实验室重庆400030 北京市电力公司密云供电公司北京101500

为寻求动作可靠的大容量同步发电机的失磁保护方法,对同步发电机失磁后的动态过程进行了数值仿真计算,提出了基于直测功角来判断发电机的一摆和多摆稳定性的失磁保护新方法,进而提出了该保护的设计原则、配置方案、整定条件和计算方法,... 详细信息

为寻求动作可靠的大容量同步发电机的失磁保护方法,对同步发电机失磁后的动态过程进行了数值仿真计算,提出了基于直测功角来判断发电机的一摆和多摆稳定性的失磁保护新方法,进而提出了该保护的设计原则、配置方案、整定条件和计算方法,同时,通过动模实验对新的保护判据进行了分析验证。由数值仿真计算和动模实验可得,转子励磁电流的衰减和异步功率分量的出现使失磁后的发电机的动态功角特性与静态功角特性有很大的差别,功角的上升也可使测量阻抗进入异步边界阻抗圆,且失磁后发电机的功率角与转差率变化趋势明显。结果说明电网发生扰动引起功角上升的因素均可导致阻抗保护误动,而新的保护较现行保护能更可靠、更快速地反应励磁故障,减少保护的误动率和拒动率。同时证明了对失磁发电机实施减载控制使之再同步的可行性。

关键词：同步发电机失磁保护功角保护功角特性静态稳定性动态稳定性

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同步发电机

电技术：英文版 2005年第3期 16-18页

Conjugate Heat Transfer Analysis of a Salient Pole Rotor in an Air Cooled Synchronous Generator， Constraints for the Interconnection of Distributed Generation in Radial Distribution Systems，Control of dynamic overvoltage due to load rejection by an adaptive neural network STATCOM，Control of self-excited induction generators，Damping of the low-frequency oscillations of the generator: dynamic interactions and the effectiveness of the controllers，Design and analysis of 42-V permanent-magnet generator for automotive applications，Design of second order sliding mode controller for synchronous generators based on singular perturbation method，Experimental studies with simple neuro-controller based excitation controller。

关键词：同步发电机传热分析空气冷却凸极转子

锁相环失步对同步发电机暂态功角稳定性的影响机理分析

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电力系统自动化 2022年第22期46卷 101-110页

作者：黎晓李剑泽苏晨博王洁聪刘崇茹郑乐新能源电力系统国家重点实验室(华北电力大学) 北京市102206 中国电力科学研究院有限公司北京市100192

未来将有大量新能源经功率变换器馈入电网,形成新能源机组和同步发电机共存的新型电力系统,这使得电力系统的暂态功角稳定问题更加复杂。文中分析了变流器锁相环平衡点的存在性与同步发电机暂态功角稳定性的联系。基于几何奇异摄动理论... 详细信息

未来将有大量新能源经功率变换器馈入电网,形成新能源机组和同步发电机共存的新型电力系统,这使得电力系统的暂态功角稳定问题更加复杂。文中分析了变流器锁相环平衡点的存在性与同步发电机暂态功角稳定性的联系。基于几何奇异摄动理论,针对含变流器和同步发电机的系统,分析了变流器失去平衡点导致锁相环输出角与同步发电机功角耦合的原因;揭示了高比例变流器接入的电网中更容易发生这种耦合的机理。详细分析了变流器失去平衡点后,锁相环对发电机同步稳定性的两种影响机理:锁相环失稳短暂地增加同步发电机的减速面积导致发电机功角减速;锁相环失稳增加同步发电机加速面积导致发电机功角快速失稳。文中从理论上刻画了发电机功角稳定受锁相环制约的条件,对新型电力系统中功角稳定域的研究具有参考意义。

关键词：电压源型变流器锁相环暂态功角稳定同步发电机