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定子匝间短路对发电机并联支路环流特性的影响

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电机与控制学报 2013年第3期17卷 1-7页

作者：何玉灵万书亭唐贵基武玉才华北电力大学机械工程系河北保定071003 华北电力大学电力工程系河北保定071003

分析了汽轮发电机定子匝间短路故障下的并联支路环流特性,以及故障参数发展对环流特性的影响。对故障时的气隙磁密进行了推导,得到两条并联支路电势差表达式,分3种情况对并联支路的环流特性进行了分析。分析了短路程度加剧、两条支路有... 详细信息

分析了汽轮发电机定子匝间短路故障下的并联支路环流特性,以及故障参数发展对环流特性的影响。对故障时的气隙磁密进行了推导,得到两条并联支路电势差表达式,分3种情况对并联支路的环流特性进行了分析。分析了短路程度加剧、两条支路有效匝数差增大、励磁电流增大等故障参数发展对环流特性的影响。实测了SDF-9型故障模拟发电机在3种不同匝间短路情况下的环流信号,实验结果与理论分析基本吻合。研究表明,当单条支路短路或两条支路不对称短路时,并联支路内部将产生基波与三次谐波环流,且环流数值将随短路不对称程度加剧或励磁电流增大而增大;当两条支路对称短路时,并联支路内部不产生环流,且不论短路如何发展、励磁电流如何增大,环流数值不变。

关键词：汽轮发电机定子匝间短路并联支路环流特性

定子匝间短路故障对发电机铁芯温升特性影响分析

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定子匝间短路故障对发电机铁芯温升特性影响分析

作者：张文华北电力大学

学位级别：硕士

大型汽轮发电机是火电厂的核心设备。在国家发布的“中国制造2025”战略纲领中,明确提出了提高各类型发电机组,尤其是大容量发电机组等电力装备制造水平的要求。气隙偏心、定子匝间短路是常见的发电机机电故障,在现有技术水平下,研究高... 详细信息

大型汽轮发电机是火电厂的核心设备。在国家发布的“中国制造2025”战略纲领中,明确提出了提高各类型发电机组,尤其是大容量发电机组等电力装备制造水平的要求。气隙偏心、定子匝间短路是常见的发电机机电故障,在现有技术水平下,研究高频复杂工况下铁芯与损耗特性及温升规律,对于铁芯绝缘破坏的主动预防和冷却散热结构的逆向优化具有重要意义。本文以发电机定转子铁芯为研究对象,分析了发电机在正常运行、气隙偏心、定子匝间短路故障,以及气隙偏心和定子匝间短路复合故障下定转子铁芯温升特性,所做的主要工作和获得的主要研究结果如下:(1)对发电机气隙磁密和铁芯损耗特性分析。采用磁势与磁导相乘法、经典三项式铁耗模型,通过对正常工况、气隙偏心、定子短路故障和复合故障下气隙磁密的理论分析,得到不同工况下铁芯损耗理论公式。获得不同工况下发电机气隙磁密特性、定转子铁芯损耗特性以及不同短路程度与短路位置对铁芯损耗的影响规律,为定转子铁芯温升特性提供了定性分析的理论依据。通过有限元仿真计算,验证了理论分析的正确性。(2)对定子匝间短路故障下发电机铁芯温升特性进行研究。建立发电机铁芯磁-热耦合温升特性分析模型,讨论不同短路程度与不同短路位置对发电机铁芯温升的影响。有限元仿真计算结果表明,铁芯温升随着短路程度的增加而增加,转子铁芯温度最高处位于铁芯与转轴接触处的内表面,温度最低处位于转子铁芯外表面与气隙空气接触处;定子铁芯温度最高处位于定子铁芯内表面,温度最低处位于定子铁芯端面。当发生气隙偏心与定子匝间短路复合故障后,短路位置越靠近气隙最小位置处定转子铁芯温升就越明显。(3)对定子匝间短路故障下发电机铁芯温升特性进行实验验证。采集不同工况下定转子铁芯温升数据,将实验结果与仿真结果进行对比,验证了不同短路程度与不同短路位置对发电机铁芯温升特性的影响。

关键词：发电机定子匝间短路气隙偏心复合故障铁芯损耗温升特性

定子匝间短路的永磁风电机组建模与低电压穿越分析

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定子匝间短路的永磁风电机组建模与低电压穿越分析

作者：汪洋新疆大学

学位级别：硕士

随着风力发电市场的发展,风电机组的装机容量越来越大,风力发电在电力系统中的穿透率逐渐提高,大规模的风电并网对电网的稳定性和安全性带来了愈来愈大的挑战。一方面,风力发电低电压穿越现象极易导致机组脱网,严重影响电力系统的安全... 详细信息

随着风力发电市场的发展,风电机组的装机容量越来越大,风力发电在电力系统中的穿透率逐渐提高,大规模的风电并网对电网的稳定性和安全性带来了愈来愈大的挑战。一方面,风力发电低电压穿越现象极易导致机组脱网,严重影响电力系统的安全稳定运行;另一方面发电机内部故障不易察觉,如定子匝间短路通常表现为定子绕组绝缘能力缓慢退化的渐变过程。本文基于此,以具有一定的低电压穿越能力的永磁同步风力发电机为研究对象,基于永磁同步风力发电系统进行建模仿真,提出了基于超级电容储能的过电压保护方案,并验证了其具备提高低电压穿越运行能力的作用。对发电机发生定子匝间短路故障进行建模仿真,研究了定子匝间短路故障对永磁同步风力发电系统低电压穿越能力的影响。论文的主要工作如下:首先,构建了正常状态的永磁同步发电机在ABC和dq坐标系下的数学模型。随后,基于多回路理论,在两种坐标系下分别建立了永磁发电机在定子绕组匝间短路故障下的数学模型,并利用MATLAB/Simulink平台进行仿真建模分析。进而,基于永磁同步发电机矢量控制系统验证故障状态下永磁电机模型的正确性。然后,提出了机侧变流器和网侧变流器的拓扑结构,基于匝间短路下的三相非平衡系统,介绍了滑模速度控制的基本原理,提出了满足电机内部参数发生变化的基于滑模速度控制器的PMSG矢量控制策略,以实现机侧功率控制。同时基于锁相技术构建了定向矢量控制母线电压的网侧控制策略。根据上述控制策略分别搭建了直驱永磁风力发电系统机侧控制功率和网侧控制母线电压的仿真模型,通过仿真分析,验证了控制策略的优越性。最后,主要介绍低电压穿越的基本原理,并提出基于超级电容储能的直流侧过电压保护策略,联合网侧和机侧模型构建完整的永磁风力发电系统。在电网发生三相对称短路故障致使电压跌落的情况下,对是否加入超级电容储能系统和定子绕组匝间短路故障发生与否的永磁风力发电机的动态响应进行了仿真研究,分析了匝间短路故障严重程度对永磁风力发电机组的低电压穿越能力的影响。

关键词：多回路理论滑模速度控制永磁风力发电系统定子匝间短路低电压穿越

一种新型同步调相机定子绕组匝间短路故障诊断方法

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电机与控制学报 2021年第9期25卷 35-45页

作者：马宏忠蒋梦瑶李呈营陈浈斐汤晓峥河海大学能源与电气学院南京211100 国网江苏省电力有限公司检修分公司南京211100

同步调相机在电网中的运行时间较短,有关其故障特性和诊断方法的研究仍十分欠缺,因此文中提出一种基于支路电流相位差的同步调相机定子绕组匝间短路故障诊断方法。该方法充分考虑了定子绕组匝间短路故障后故障绕组与同支路非故障绕组及... 详细信息

同步调相机在电网中的运行时间较短,有关其故障特性和诊断方法的研究仍十分欠缺,因此文中提出一种基于支路电流相位差的同步调相机定子绕组匝间短路故障诊断方法。该方法充分考虑了定子绕组匝间短路故障后故障绕组与同支路非故障绕组及其他非故障支路绕组间的互感,并在此基础上理论推导出故障相支路电流间的相位差。以一台TTS-300-2型同步调相机为例,利用有限元平台建立定子绕组匝间短路场路耦合仿真模型。结果表明:当调相机发生定子绕组匝间短路故障后,故障相支路电流间的相位差将会明显上升,并随着故障严重程度的加深而增大,且该特征基本不受故障位置和无功功率变化的影响。因此,支路电流相位差可以作为诊断同步调相机定子绕组匝间短路故障的有效依据。

关键词：同步调相机定子匝间短路故障诊断支路电流相位差同步电感

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一种利用融合相关谱的异步电机故障诊断方法

电机与控制学报 2021年第11期25卷 1-7页

作者：张雅晖杨凯李天乐华中科技大学电气与电子工程学院武汉430074

为提高异步电机故障诊断的可靠性,针对故障特征频谱分量小信号、多成分、难识别的问题,提出一种异步电机融合相关谱故障诊断方法。该方法基于多源信息融合的思想,采用电机定子电流和振动信号的融合相关谱特征作为转子断条及定子匝间短... 详细信息

为提高异步电机故障诊断的可靠性,针对故障特征频谱分量小信号、多成分、难识别的问题,提出一种异步电机融合相关谱故障诊断方法。该方法基于多源信息融合的思想,采用电机定子电流和振动信号的融合相关谱特征作为转子断条及定子匝间短路故障的诊断依据。通过将含有相同故障频率分量的特征信号作融合相关分析,建立不同信号间的相关关系,能够有效抑制单一信号频谱中与故障识别不相关的频谱分量,使得电机故障特征频率分量更加突出,降低故障识别难度。通过仿真分析,揭示了融合相关谱特征频率与电机故障类型的对应关系,实现了转子断条及定子匝间短路故障的快速诊断,并与单一信号频谱分析进行对比,验证了该方法的有效性和实用性,对于异步电机运行状态的准确监测具有重要意义。

关键词：故障诊断异步电机转子断条定子匝间短路电流信号振动信号融合相关谱

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同步调相机定子绕组匝间短路故障诊断

电机与控制学报 2021年第7期25卷 75-86页

作者：蒋梦瑶马宏忠陈浈斐汤晓峥刘一丹河海大学能源与电气学院南京211100 国网江苏省电力有限公司检修分公司南京211100

为了研究同步调相机定子绕组匝间短路故障,提出一种基于瞬时功率偶数次谐波的故障诊断方法。该方法以瞬时功率为研究对象,首先理论推导出该量在定子绕组匝间短路故障后的故障特征频率,并以一台TTS-300-2型同步调相机为例,利用有限元分... 详细信息

为了研究同步调相机定子绕组匝间短路故障,提出一种基于瞬时功率偶数次谐波的故障诊断方法。该方法以瞬时功率为研究对象,首先理论推导出该量在定子绕组匝间短路故障后的故障特征频率,并以一台TTS-300-2型同步调相机为例,利用有限元分析平台建立定子绕组匝间短路仿真模型。其次,利用实验室小型同步电机模拟调相机运行,比较不同故障程度,不同运行工况下,瞬时功率中特征频率的幅值变化。结果表明,当发生定子绕组匝间短路故障后,瞬时功率中将出现100、200和300 Hz分量,其中100 Hz分量幅值增加最为明显。最后,为进一步验证研究对象的诊断优势,比较同种故障程度前后瞬时功率中100 Hz分量与定子相电流中150 Hz分量的幅值变化。分析显示,瞬时功率的100 Hz分量在诊断定子绕组匝间短路故障时具有更高的灵敏度和可靠性,适合用作调相机定子绕组匝间短路的故障诊断判据。

关键词：同步调相机定子匝间短路瞬时功率定子电流偶次谐波故障诊断

基于正序阻抗角的海上DFIG定子绕组匝间短路故障辨识

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电力系统自动化 2019年第12期43卷 165-171页

作者：魏书荣吴锐符杨王健周彬任浩翰上海电力大学电气工程学院上海市200090 国网上海市电力公司青浦供电公司上海市201700 上海绿色环保能源有限公司上海市200433

为了保证海上双馈风力发电系统的安全可靠运行,提高海上DFIG定子绕组匝间短路故障辨识的精准度,文中提出一种以定子侧正序阻抗角为故障特征量的定子绕组匝间短路故障辨识方法。由于故障后各序分量不再对称,首先基于DFIG定子匝间短路故... 详细信息

为了保证海上双馈风力发电系统的安全可靠运行,提高海上DFIG定子绕组匝间短路故障辨识的精准度,文中提出一种以定子侧正序阻抗角为故障特征量的定子绕组匝间短路故障辨识方法。由于故障后各序分量不再对称,首先基于DFIG定子匝间短路故障状态下的序分量模型,推导得出DFIG定子侧正序阻抗角的表达式;然后分析电网电压不平衡、负载和转差率变化等非理想工况对该故障特征的影响规律,提出合理的故障辨识阈值。仿真与实验结果表明,该故障特征对电网电压不平衡具有鲁棒性,且通过合理设置故障阈值可实现对海上DFIG定子绕组匝间短路故障的精确辨识。

关键词：双馈感应发电机序分量模型定子匝间短路正序阻抗角故障辨识

基于转子平均瞬时功率的双馈异步发电机定子绕组匝间短路故障诊断

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电力自动化设备 2018年第4期38卷 151-156页

作者：马宏忠张艳魏海增付明星黄春梅河海大学能源与电气学院江苏南京211100

由于双馈异步发电机转子参数的可测性,提出一种基于转子平均瞬时功率的定子绕组匝间短路故障诊断方法。首先推导出计及高次谐波的双馈异步发电机正常及发生定子绕组匝间短路故障时的转子平均瞬时功率的表达式,然后建立了双馈异步发电机... 详细信息

由于双馈异步发电机转子参数的可测性,提出一种基于转子平均瞬时功率的定子绕组匝间短路故障诊断方法。首先推导出计及高次谐波的双馈异步发电机正常及发生定子绕组匝间短路故障时的转子平均瞬时功率的表达式,然后建立了双馈异步发电机的多回路数学模型,并对其正常和不同程度匝间短路故障时的转子平均瞬时功率进行仿真计算。对仿真结果进行频谱分析,得到定子绕组匝间短路故障前后转子平均瞬时功率谐波分量的变化规律,并验证了理论分析的正确性。分析结果表明转子平均瞬时功率谱直观简洁,其2倍频分量不受转差率影响,高次谐波分量对定子绕组匝间短路故障有较强的灵敏性。

关键词：双馈异步发电机转子平均瞬时功率谱定子匝间短路多回路法频谱分析

海上双馈感应发电机定子绕组匝间短路容错技术可行性分析

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电力系统自动化 2019年第5期43卷 114-120,132,121-124页

作者：魏书荣吴锐符杨张开华张智伟上海电力学院电气工程学院上海市200090 上海东海风力发电有限公司上海市200433

受海洋恶劣环境影响,海上双馈感应发电机(DFIG)定子绕组匝间短路故障频发,伴随海上可及性差引起的故障维修困难、停运损失巨大,使得容错技术需求日趋迫切。文中根据DFIG定子绕组匝间短路故障特点,构建精确通用的定子绕组匝间短路模型。... 详细信息

受海洋恶劣环境影响,海上双馈感应发电机(DFIG)定子绕组匝间短路故障频发,伴随海上可及性差引起的故障维修困难、停运损失巨大,使得容错技术需求日趋迫切。文中根据DFIG定子绕组匝间短路故障特点,构建精确通用的定子绕组匝间短路模型。针对故障后定子电流负序分量幅值增大而严重影响DFIG正常运行的问题,分离各序分量并提取定子负序电流,通过在转子侧输入相应的谐波电压来抵消定子侧负序电流,构建负序电流控制器以抑制故障后定子相电流的负序分量。仿真与实验结果验证了该方法可以有效降低DFIG定子绕组匝间短路故障后的定子负序电流幅值与输出功率脉动。

关键词：海上风电双馈感应发电机定子匝间短路负序电流容错技术