双轴励磁发电机功率跟踪励磁控制系统研究

采用传统双通道励磁控制系统的双轴励磁发电机(简称为双励机)动态过程时间长,振荡幅值大,不利于电力系统的稳定运行。为此,在双励机的功率反馈环节增加不完全微分控制,提出了一种具有功率跟踪功能的励磁控制系统。对双励机动态过程中的有功功率、无功功率和励磁电流差值进行不完全微分,进而判断功率的变化趋势,调节d、q轴励磁电流的比例以改变励磁磁动势的方向,进而抑制功率的振荡,最终达到增加系统阻尼的作用。以转矩扰动和无功扰动为例,对比研究了功率跟踪励磁控制系统与双通道励磁控制系统对双励机动态过程振荡幅值和振荡时间的影响,结果表明,采用功率跟踪励磁控制系统可大幅减小系统的振荡幅值和振荡时间,有效提高系统的阻尼,为电力系统的稳定运行提供有力支撑。     

具有电压和功角稳定的双励机非线性最优励磁控制

在坐标变换和状态反馈控制的基础上，结合动力系统方法，推导设计了同时考虑电压与 功角稳定的双轴励磁同步发电机(双励机)的非线性最优励磁控制器。对单机-无 穷大系统仿真结果表明，采用非线性最优励磁控制的双励机，不仅调节精度高，而且动态品 质好，能较大幅度地提高系统的动态稳定性和暂态稳定性。     

不对称转子结构双轴励磁电机同步电抗计算

双轴励磁同步电机(双励机)具有高稳定性和深度进相运行能力，对于提升电力系统稳定性、抑制系统过电压具有重要意义。具有两相不对称正交转子绕组结构的双励机转子热负荷低、结构简单，但也导致其磁路结构与传统同步电机有很大不同，进而影响同步电抗的大小。本文建立了双励机的时步有限元模型，分析了励磁方式对励磁磁动势与运行工况对气隙合成磁动势，即对同步电抗的影响。采用两种方法计算了不对称转子结构双励机的同步电抗，对比研究了双励机与传统同步电机同步电抗的差异，揭示了不同励磁方式下双励机同步电抗随功角的变化规律。研究结果可为双励机的精确仿真计算提供理论依据。     

基于Walve负荷模型的励磁系统多参数分岔分析

文中以通用非线性系统分岔分析软件AUTO97为工具，以负荷功率、AVR控制参考电压、励磁增益和励磁极限为分岔参数，对基于Walve综合负荷模型的典型3节点电力系统进行了多参数分岔分析。文中以负荷功率、AVR控制参考电压Vref、励磁增益KAVR和励磁极限Efdlim为分析参数，研究了Vref、KAVR以及Efdlim对系统电压稳定与运行情况的影响，得到了一些更接近实际的结论。分析过程表明：多参数分岔分析相对于单参数分析更能揭示系统参数对电力系统电压稳定性的影响情况。分析结果表明：不考虑励磁极限时，选取较高的参考电压Vref与励磁增益KAVR，不仅有利于提高功率传输极限、增加稳定裕度，而且有利于避免系统电压振荡失稳Vref、KAVR之间具有一定的互补特性，可通过Vref和KAVR的协调运用，避开Hopf分岔，保证系统安全运行：大的励磁极限将更有利于电力系统电压动态稳定。     

电力系统稳定器对电力系统动态稳定的作用及与其他控制方式的比较

给出了电力系统稳定器（ＰＳＳ）在提高电力系统动态稳定作用的仿真研究结果。结果表明,对于单机无穷大母线系统ＰＳＳ可以把动态稳定极限提高到线路极限,对快速励磁系统是如此,对常规励磁系统（Ｔｅ＝０．５ｓ）也是如此。对多区互联复杂电力系统,ＰＳＳ也可以把负阻功率振荡改善为强阻尼功率振荡（阻尼比大于０．１）。文中还给出ＰＩＤ＋ＰＳＳ励磁控制方式和最优励磁控制方式在设计指导思想、控制信号选择、参数选择、适用励     

多机电力系统非线性励磁控制的研究

本文根据励磁稳定控制中的非线性问题,应用微分几何控制理论,提出了多机电力系统发电机励磁非线性反馈解耦控制器的设计方法及相应的闭环非线性解析励磁控制规律。通过对六机系统的仿真结果表明,所设计的控制方式不仅可以有效地改善多机系统的动态响应,而且可以显著地提高多机系统的暂态稳定极限。与其它励磁控制方式相比,具有明显的优越性。     

双轴励磁同步电机同步电抗随运行工况的变化规律

双轴励磁同步电机(双励机)的高稳定性对建设高可靠性电网及保障要害区域的供电具有重要意义。而双励机转子上具有一套两相励磁绕组使得其磁路结构及同步电抗与普通同步电机存在差异。该文建立双励机的时步有限元模型,对比分析双励机与普通同步电机在饱和特性、磁场分布等方面的差异。采用两种方法计算双励机的同步电抗,研究了双励机单轴励磁和双轴励磁时,不同运行工况下同步电抗的差异;重点分析双励机双轴励磁时,分别选取励磁绕组轴线和励磁合成磁动势位置作为直轴时,同步电抗随功角的变化规律。最后,通过双励机模型机实验验证了计算结果的正确性。研究表明:双励机的同步电抗明显小于普通同步电机;双轴励磁时,选取不同直轴会导致同步电抗随功角的变化规律不同。     

采用交流励磁控制发电机提高系统的暂态稳定性

论述并试验验证了交流励磁发电机可以通过励磁来控制发电机转子的转速或发电机的有功功 率，发现并证明了交流励磁发电机所特有的“有功功率暂态频率特性”。应用这一特性，将 显著提高电力系统的暂态稳定能力，实现电力系统暂态稳定的可控性。     

励磁系统实测模型参数对山东电网稳定计算的影响

实测励磁模型参数已逐步应用于电力系统的稳定计算,对计算结果会带来较大的影响。以某年山东电网夏季最大运行方式作为计算水平年,取其中两个功率输送断面进行分析,研究励磁系统实测模型参数对该断面静态稳定极限及暂态稳定极限的影响。与采用发电机E′q恒定模型相比,其静态稳定极限及暂态稳定极限均有不同程度提高。     

电励磁同步发电机的变励磁控制策略

考虑到风电领域的电励磁同步发电机稳定工作需求,在恒定励磁电流的情况下分析电机的功角特性和运行风险,提出了结构简单、控制灵活的变励磁控制方案,该励磁模块直接由稳定的直流母线供电,省去了复杂的相控整流电源,安全可靠且成本低。基于Matlab仿真,研究了不同功率的励磁电流对电机功率因素和定子电流的影响。最后,通过实验结果证明了变励磁方案的可行性,及其相对恒励磁控制在发电效率上的优势。     

双轴励磁同步发电机的实用线性最优励磁控制

本文研究了双轴励磁同步发电机的实用线性最优励磁控制。以易于测量的物理量作为状态变量,并推导出相应的双轴机系统线性状态方程以及线性最优励磁控制规律.计算机仿真结果表明:采用该励磁控制的双轮机能较大幅度地提高系统的静态稳定性和暂态稳定性.     

双轴励磁同步发电机非线性鲁棒自适应控制

利用Backstepping和扰动抑制方法设计了双轴励磁同步发电杌的自适应控制器。对于含有各种不确定参数和有界扰动的非线性双轴励磁同步杌模型，实现了对转子同步的鲁棒调节。文中的方法可用于其他不确定电力系统的控制设计。     

同步发电机失磁保护的改进方案

在电力系统继电保护中,同步发电机失磁保护是最为重要的保护之一.励磁故障涉及发电机的大干扰稳定性,也是一个较为复杂并难以解决的问题.目前所用的励磁保护的动作效果并不理想,尚需进一步改进.分析了目前所用的3种励磁保护判据存在的不足,指出这些保护判据或基于小干扰稳定性原理而未考虑发电机动态功角特性的严重变形,或未考虑发电机完全失磁后的测量阻抗与正常励磁下扰动后的测量阻抗具有较大的公共区间,从而可能使保护误动或拒动.基于对同步发电机失磁后动态行为的仿真分析,提出了同步发电机失磁保护的改进方案,通过直接测量功率角判断同步发电机的失磁故障,提出了其整定条件和计算方法.仿真计算证明该方案能可靠、快速地反映各种励磁故障,动作稳定且整定灵活、方便.     

双轴励磁同步发电机的微分反馈非线性最优励磁控制

本文在微分几何理论的基础上，提出了更简明、更适合工程用的面向多输入系统的微分反馈补偿物理精确线性化方法，解决了电力系统控制设计中的强非线性问题及鲁棒性问题，并据此推导了双轴励磁同步发电机的微分反馈非线性最优励磁控制规律。仿真结果表明，所设计的控制方式能较大幅度地提高系统的动态稳定性和暂态稳定性。     

笼型异步发电机在小风电系统中的励磁运用

针对小型永磁同步发电机输出电压随风速变化而同趋势变化,无法自我调节等不足,提出了一种全新的集电力电子技术、控制技术及鼠笼异步发电机于一体的动态励磁方法,即经济可靠的笼型异步发电机结合应用SVG（静止无功发生器）技术的方法。结合物理实验与算例,对笼型异步发电机在离网运行时的励磁特点进行了分析,并通过与永磁同步发电机在有效风速工作范围和整体效率等方面的对比,得出了在小型离网风力发电系统中应用笼型异步发电机,相对永磁同步发电机有诸多优点,有着很好的应用前景     

虚拟同步发电机输出阻抗建模与弱电网适应性研究

研究了弱电网条件下虚拟同步发电机-电网互联系统的交互稳定性。在考虑主电路参数、控制参数等因素影响的基础上,提出一种dq旋转坐标系下虚拟同步发电机的输出阻抗模型,并推导其解析表达式。分析了该输出阻抗的频率特性,得出虚拟同步机在弱电网下运行易失稳的结论。基于广义奈奎斯特判据研究电网强度及功率环控制参数对虚拟同步机运行稳定性的影响,以此为依据提出一种基于增大有功环参数的虚拟同步机致稳控制方法,从而提高其弱电网运行的适应性。基于RTDS的硬件在环仿真平台进行仿真计算,验证了理论分析的正确性。     

基于Matlab与遗传算法的风电容量

搭建了含励磁和调频系统的同步发电机以及随风速变化的异步发电机系统的数学模型和仿真模块,以新疆布尔津风电-水电互补网络为实例,对系统在风电容量渐增、突增两种情况下的动态稳定性进行了仿真,并将仿真结果与系统的实测运行情况进行了对比分析.仿真结果说明,系统逐步投入所有风电机组,系统稳定;若同时投入所有风电机组,系统失稳;仿真结果与实际运行情况基本吻合;从遗传算法的角度建立了求解风电容量的数学模型,编程计算了系统风电容量的最佳配置,计算结果表明当风电容量占系统总容量比例超过15.23%时,风-水电互补系统稳定性破坏,该结果从仿真分析得到了验证.     

基于奇异摄动方法的同步发电机二阶滑模控制器的设计

通过同步发电机激磁控制，可以增强电力系统稳定性。该文首先利用奇异摄动方法将同步发电机解耦为两个不同时标的子系统。根据奇异摄动系统的复合控制原理和滑模变结构控制的鲁棒性，然后采用次最优二阶滑模控制算法实现每个子系统的控制，得到每个子系统的控制算法，再由每个子系统的算法得到同步发电机的复合控制。该文采用二阶滑模控制算法消去了颤抖现象并保证了系统的鲁棒性；采用奇异摄动算法使系统降维。仿真结果证明了该算法的有效性。     

异步化汽轮发电机和PSS装置阻尼特性的比较研究

建立了加装PSS并考虑等效阻尼绕组作用的同步汽轮发电机单机无穷大系统线性化数学模型;同时建立了双通道励磁控制策略下异步化汽轮发电机在同步旋转X-Y轴系下的单机无穷大系统线性化数学模型。利用所建模型,对加装PSS后同步汽轮发电机的阻尼特性与采用双通道励磁控制策略的异步化汽轮发电机进行了分析和比较。通过比较,揭示了加装PSS后同步汽轮发电机阻尼特性得到改善的原因,分析了异步化汽轮发电机阻尼特性与励磁控制系数的关系,指出异步化汽轮发电机的同步转矩系数和阻尼转矩系数与发电机运行状态无关,明确异步化汽轮发电机在提高电力系统稳定性方面比PSS装置更具优势。     

电力系统广义同步稳定性的物理机理与研究途径

进入二十一世纪后,世界范围内对全球变暖的担忧迫使能源向低碳化和无碳化方向转型,可再生能源的开发利用发展迅猛,使得电网电源日益朝着非同步机化方向发展,导致电网电源之间的同步稳定性呈现出新的形态—— 广义同步稳定性。广义同步稳定性包含了同步机电源之间的同步稳定性、同步机电源与非同步机电源之间的同步稳定性以及非同步机电源之间的同步稳定性。为此,探讨广义同步稳定性意义上的失步机理及其研究途径。首先介绍了非同步机电源保持广义同步稳定性的基本手段。然后分析了广义同步稳定性意义上的3种失步类型,包括锁相环的锁相失败失步和功率同步环失步、非同步机电源由控制系统时延引起的失步以及同步机之间的功角失步。最后讨论了广义同步稳定性的分析方法,包括单独考虑一种失步类型时的分析方法和综合考虑所有失步类型时的分析方法;提出了从小系统到大系统步步推进的失步机理分析技术路线,指出了机电暂态模型不适用于分析广义同步稳定性的原因,阐明了基于全电磁暂态仿真分析电力系统广义同步稳定性是未来发展的趋势。