控制系统延迟对轴扭振的影响

控制系统中的轴扭振会引起系统控制量的振荡,加大机械传动装置磨损,甚至会导致传动轴断裂。在工业应用中,多采用陷波滤波器抑制轴扭振,而陷波频率的选取通常未考虑控制系统延迟因素。基于电机角速度增量、轴转矩增量和电机电磁转矩增量的相位图,分析了控制系统延迟对轴扭振频率的影响。仿真结果对分析结论给予了验证。     

基于差速补偿的双机调速系统弹性震荡抑制方法

采用同轴串联双机拖动系统可以减小机械设备的转动惯量,加快负载响应速度.其同步控制系统的重点是考虑速度平稳、负荷均衡和机械轴扭振抑制等相关联的问题.采用主从控制和具有震荡抑制功能的差速补偿控制策略,理论分析及仿真研究证明该策略能有效抑制扭振,且电机转速不受不平衡转矩给定的影响,系统稳定性较好.     

基于轴转矩扰动观测器的伺服系统扭振抑制研究

针对伺服电机驱动系统中由于弹性连接装置而引发的扭振现象,该文提出一种基于轴转矩扰动观测器的抑制策略,并给出了其结构参数设计方法和鲁棒性的证明。首先在双质量弹性系统模型的基础上,利用传统扰动观测器得到轴转矩观测量,并提出加入高通滤波器消除轴转矩观测量的直流分量,得到扭振频率分量,对电磁转矩进行反馈补偿,从而增大了系统阻尼,同时系统动态性能得以改善。在该抑制机理的基础上,根据转速增量和转矩增量的相位关系图,得出该轴转矩扰动观测器带宽取值范围与扭振频率和负载侧-电机侧惯量比的定量关系,并由此证明了轴转矩扰动观测器对负载惯量变化的鲁棒性,并给出了反馈系数的选取范围。仿真与实验研究表明该文提出的抑制策略能有效抑制扭振,并对负载惯量变化具有强鲁棒性。     

利用电气阻尼抑制双环调速系统轴扭振机理

通常认为机械轴是刚体,实际上都有弹性,要扭转一定角度才能传递转矩。若其弹性变形不可忽略,轴系变成一个振荡环节,有可能导致扭振,曾引发许多电机轴系损坏重大事故。双环调速系统常用的抑制方法是在转速环中插入陷波滤波器,有效果,但较难调。建议通过控制电机转矩引入电气阻尼来抑制扭振,介绍了其原理,指出双环调速系统本身能通过转速反馈引入电气阻尼,使之具有一定抑制能力。介绍了2种进一步加强电气阻尼的方法:增设转速微分环节和负荷观测器。油气钻机在钻井时常发生黏滑振荡,是一种因钻头在从静摩擦过渡到动摩擦时阻转矩突变激发的钻杆弹性扭曲振荡,危害很大。它也属弹性机械轴(钻杆)扭振,也可通过引入电气阻尼来抑制。因其振荡频率特别低(1 Hz)及振荡时电机转速波动非常小,实现方法有所不同。     

失速型风电机组机网扭振的模型与机理

指出了研究并网大型风力机组机网扭振问题的必要性,为研究风电机组的机网扭振问题,针对失速型异步风力发电机,建立了研究其风力发电机和电网之间扭振相互作用的统一动态模型.采用有限元方法分析了实际的叶片结构,将风力发电机叶片、低速轴、齿轮箱、高速轴、转子组成的旋转系统等效为三质量块-弹簧模型,同时建立了发电机定子和电网在d-q坐标系下的模型,实现了机网接口.仿真分析得到了风力发电机的旋转系统在电网三相故障激励下叶片的扭振曲线,其扭振频率与风机旋转系统的理论固有频率相同,且故障切除以后扭振现象并未衰减;为进一步研究抑制机网扭振的方法提供了理论基础.     

基于电气阻尼-刚度控制的双馈风电机组轴系扭振抑制策略

针对现有扭振控制中,难以平衡抑振效果和响应速度的关系,以及高、低速轴的阻尼比变化速率不同导致整体阻尼比难以调节的问题,提出了一种双馈风电机组轴系扭振抑制策略。首先推导了机械扭转角与电磁转矩的传递函数,通过引入等效阻尼和刚度分析了高低速轴机电耦合阻尼比的差异。其次对电气刚度抑制轴系扭振的机理进行分析,根据阻尼和刚度的协调作用,提出基于电气阻尼-刚度控制的轴系扭振抑制策略,得到电气阻尼-刚度控制下的轴系阻尼比变化趋势。最后在搭建FAST-MATLAB/Simulink联合仿真双馈风电机组模块的基础上,引入湍流风与电网暂降激励,对所提策略的抑振效果进行仿真验证。结果表明,相较于传统的阻尼控制,所提策略能够充分发挥传动链的机电强耦合作用,在保证响应速度的同时具有更好的抑振能力。     

固态限流器抑制轴系扭振的研究

电力系统故障会引起汽轮发电机组轴系的扭振,本文分析了在发生三相接地和单相接地故障情况下,固态限流器对提高发电机暂态稳定性和轴系扭振的影响.通过Matlab仿真计算电磁转矩、汽轮机轴系扭振和机端电压的变化,仿真结果表明固态限流器除了具有良好的限流功能外还能够提高电机暂态稳定性和抑制轴系扭振.     

基于联合仿真的风电机组低电压穿越传动链扭振抑制研究

针对双馈风电机组传动链电网故障过程中可能存在的扭振问题,采用弹簧阻尼质量建模方法,建立了能够反映柔性特性的传动链模型,得出了其自然振荡频率与阻尼系统解析表达式,揭示了柔性传动链的欠阻尼系统本质。通过故障期间发电机电磁转矩特性分析,说明了通过发电机电磁转矩突变量与高频脉动控制减弱传动链机械扭振的不可行性。在此基础上,提出了电网故障期间传动链的虚拟变阻尼控制策略,通过发电机附加转矩控制等效增大传动链阻尼,抑制了电网故障期间传动链的扭振。通过风电机组Bladed+Matlab联合仿真模型仿真分析,证明了理论分析与虚拟变阻尼扭振抑制策略的有效性。     

定桨恒频风电机组机网扭振的建模与机理

报告了风力机组机网扭振问题的研究现状,指出了研究并网大型风力机组机网扭振问题的必要性。针对定桨恒频双速异步风力发电机,建立了研究风力发电机和电网之间扭振相互作用的统一机电动态模型:利用有限元分析法对风机叶片进行了建模,将风力机机械部分(包括叶片、低速轴、齿轮箱、高速轴、转子组成的旋转系统)等效为柔性连接的三质量块模型,计算了机械旋转系统的固有频率;对电气部分(包括发电机定子和电网)在dq0坐标系下进行了建模。在电磁暂态仿真软件中了建立了仿真模型,通过在输电线路始端设置三相接地短路故障,激发了风力发电机的机网扭振现象。对扭振曲线进行频域分析,发现了扭振频率与计算得出的机械旋转系统固有频率相吻合,验证了模型的准确性。     

有机械联系的多电机传动系统的负荷均衡控制和扭振抑制

存在两类有机械联系的多电机传动负荷均衡控制系统,经转矩环系统和经转速环系统,主要差别在于对由弹性和间隙引起的扭振抑制能力不同,研究了扭振产生机理,抑制方法,在什么情况下宜选用哪类系统,帮助系统设计者正确选用。还介绍了一种抑制扭振的有效措施——转速差补偿,两类系统都适用。分析结果已在工业产品中得到应用。     

A start strategy for synchronized connection of MMCs to an AC system

Two series problems plague prevailing modular multilevel converter (MMC) start strategies: (1) during uncontrolled charging, the capacitor voltage of an MMC disconnected from the AC source is half of the capacitor voltage of an MMC connected to the AC source, and (2) the MMC system cannot synchronously connect to the AC grid. To solve these problems, a smooth-start scheme for synchronized connection of MMCs to an AC system is proposed. The proposed smooth-start process is divided into three stages: a voltage-imposed stage, a connection stage, and a regulation stage. During the voltage-imposed stage, MMCs disconnected from the AC source are charged with the proposed M-δ controller. In the connection stage, the M-δ controller facilitates synchronized connection to the AC network to diminish the impulse current, and a buffer function is used to smoothly switch the M-δ controller to a decoupled d-q controller. During the regulation stage, the reference values of the d-q controller are adjusted to rating values. Simulation results indicate that the proposed start strategy is feasible and effective.     

核电站半速汽轮机弹簧基础隔振效果评价方法的探讨

岭澳二期核电站的半速汽轮发电机(工作频率25Hz)采用了弹簧隔振基础,通常情况下,将弹簧基础简化为单自由度体系来计算的隔振效率,但用SAP2000有限元软件对岭澳弹簧基础隔振效率进行计算发现,有限元方法得到隔振效率与单自由度体系的结果差异较大,其原因在于单自由度体系计算方法无法考虑台板刚度对隔振效率的影响,因此采用单自由度体系的简化计算方法来计算汽机弹簧基础隔振效率是不合适的,对于汽轮机弹簧基础的评价方法建议如下:采用有限元的方法来计算各个弹簧支座处的传递系数,并采用SRSS组合方式来考虑多个扰力的影响,绘制机器工作频率一定范围内(如±25%)各个支座处传递系数-频率曲线,对弹簧基础隔振效率进行全面评价。     

异步电动机起动过程中同步附加转矩的简化分析与计算方法

本文对异步电动机起动过程中出现的附加同步转矩作了简化分析，提出了一种简化实用的计算方法，根据此方法只需依据电机的似稳态起动特性的电流和相应的等效电路的参数，即可对起动过程中可能出现的同步附加转矩作出定量分析，为设计电机的起动性能提供了一种有效的计算方法，并通过试验对一台电动机起动的计算实例进行了实验验证，验证结果表明此简化计算方法具有足够的精确度，完全可以满足工程实用设计，从而非常简便地解决了起运     

Torsional vibration characteristics analysis of DFIG‐based wind farm and its equivalent model

As large‐scale wind farms (WFs) are integrated with the power grid, the interaction between the WF and the grid may excite torsional vibration of the shaft of the wind turbine. To study the shaft's torsional vibration characteristics of a doubly fed induction generator (DFIG)‐based WF, a detailed small‐signal model of DFIG is established first. Then the small‐signal model for a WF composed of multiple DFIGs is developed on the basis of the single‐machine model. Modal analysis is employed to investigate the torsional vibration characteristics of a WF made up of several identical DFIGs, whose accuracy is also demonstrated through time‐domain simulation. To simplify the torsional vibration analysis for the DFIG‐based WF, a reduced‐order equivalent model is proposed. The results obtained from modal analysis show that the equivalent model not only precisely maintains all the torsional vibration modes of the original small‐signal model but also greatly reduces the computation complexity. With the equivalent model, the ‘curse of dimensionality’ problem is solved in torsional vibration analysis for large WFs, which is of great help in the design of further damping schemes. © 2017 Institute of Electrical Engineers of Japan. Published by John Wiley & Sons, Inc.     

高精度光纤光栅振动解调系统研究与应用

为实现工程系统中对振动信号的检测,提出了一种基于衍射光栅的光纤布拉格光栅(FBG)振动解调系统。解调系统通过色散成像原理获取传感器反射光谱,由所设计的嵌入式单元进行信号处理,并通过专用的上位机解调软件完成数据处理与分析。将系统封装为解调仪器,能实际应用于振动信号的探测。所设计的系统波长解调范围为1 525～1 570 nm,波长重复性可达±1 pm,分辨率为0.5 pm,可实现8通道复用测量,最高光谱解调速度可达10 kHz。实验结果表明,该FBG振动解调系统能够高精度测量不同频率与幅度的振动信号,最小可探测应变约为0.319με/Hz^1/2,在结构安全监测等领域具有重要的应用前景。     

双水内冷发电机组不稳定振动的诊断与处理

某电厂8号机组带负荷后振动过大,通过试验分析,查明振动原因是由于发电机转子冷却水管冷却不均匀、低压转子和励磁机转子质量不平衡,引起运行时发电机转子产生热弯曲以及4号、8号轴承振动超标。采取对发电机转子内冷水管反冲洗和调整轴系平衡等措施,机组振动得以消除。     

600MW汽轮发电机组汽流激振原因分析及对策

介绍了1台600MW机组的高中压转子低频异常振动,分析了这种低频振动的原因是汽流激振。对汽流激振的机理和振动特征进行了分析,进而提出了对汽流激振应采取的对策。同时介绍了采取一些措施后机组的振动情况。     

600 MW汽轮发电机组汽流激振原因分析及对策

介绍了1台600 MW机组的高中压转子低频异常振动,分析了这种低频振动的原因是汽流激振.对汽流激振的机理和振动特征进行了分析,进而提出了对汽流激振应采取的对策.同时介绍了采取一些措施后机组的振动情况.     

Dynamic performance and control of a static VAr generator usingcascade multilevel inverters

A cascade multilevel inverter is proposed for static VAr compensation/generation applications. The new cascade M-level inverter consists of (M-1)/2 single-phase full bridges in which each bridge has its own separate DC source. This inverter can generate almost sinusoidal waveform voltage with only one time switching per cycle. It can eliminate the need for transformers in multipulse inverters. A prototype static VAr generator (SVG) system using 11-level cascade inverter (21-level line-to-line voltage waveform) has been built. The output voltage waveform is equivalent to that of a 60-pulse inverter. This paper focuses on dynamic performance of the cascade-inverter-based SVG system. Control schemes are proposed to achieve a fast response which is impossible for a conventional static VAr compensator (SVC). Analytical, simulated, and experimental results show the superiority of the proposed SVG system     

基于电-力导纳型类比法电厂动力设备被动隔振机理分析

为分析单自由度弹簧被动隔振技术的隔振机理,采用电-力导纳型类比法求得阻尼系统振动方程。利用归一化处理方法考察了在不同频率比(z)和力学品质因子(Q_m)影响下,设备位移、速度、加速度的响应情况。分析发现,在z<1时,设备响应特性关系为位移>速度>加速度;在z>1时,设备响应特性关系为位移<速度<加速度;而当z=1时,设备响应特性关系为位移=速度=加速度,此时系统发生共振,且力学品质因素越大系统振动越剧烈;而当基础的干扰频率为系统固有频率的2 倍时,设备振动特性不受Q_m影响,且位移、速度和加速度传递比分别为1,2 ,2。该分析结果可为动力设备布置竖向弹簧隔振支座的隔振设计提供参考。