包含抽蓄发电机在内的大型水轮发电机转子为具有多匝长绕组的显极式转子,传统的基于交流阻抗测量的绕组匝间短路故障诊断方法存在灵敏性和便捷性等方面的不足.基于多导体传输线理论建立了显极式转子绕组的端口频域特性模型,通过仿真分析提出了故障判别和定位方法.最后通过真机转子的故障模拟和测试对诊断方法的有效性进行了验证.仿真和试验结果表明,所提方法能够在无需断开磁极间电气连接的测量条件下实现绕组匝间短路故障的诊断和定位.

The inertia and damping in the control link of voltage-source doubly-fed wind turbines are not conducive to the low-voltage ride-through of wind turbines in the case of deep fault in the power grid. As the low-voltage ride-through strategy of current-source doubly-fed wind turbines is relatively mature, a low-voltage ride-through control method of voltage-source doubly-fed wind turbines was proposed based on mode conversion. That is, it switches to current source control mode during the fault, and switches to voltage source control mode after the fault recovery. By analyzing the control structure of voltage source type and current source type of doubly-fed wind turbines, a flexible mode switching method based on pre-synchronization of state variables was proposed, which realizes the impact-free switching of voltage source and current source operation modes. According to the relevant regulations of low-voltage ride-through of wind turbines, the schemes of impulse current suppression, active power recovery setting and dynamic reactive power compensation of wind turbines during transient state were formulated, and the low-voltage ride-through of voltage source doubly-fed wind turbines in the case of deep fault of power grid was realized. Effectiveness of the above methods is verified by simulation.

针对风电场风速预测准确度不高的问题,提出一种基于风速波动特征提取的超短期风速预测方法.首先建立风速-风速变化量联合概率密度模型,分析风速的不确定性特征;根据风速波动特征,应用集合经验模态分解(EEMD)和风速分量样本熵(SampEn)值,将风速分解重组为波动量和趋势量;应用人工鱼群算法(AFSA)优化小波神经网络(WNN)进行趋势量预测;应用改进非线性自回归(INARX)神经网络对风速波动量进行预测,进而得到预测风速.通过实际风电场风速仿真预测,并与多种预测方法对比,表明该预测方法预测结果误差较小,可准确地进行超短期风速预测.

对4 500 V/2 000 A StakPak IGBT器件组成的半桥子模块开展了动态参数测试,测试电压和电流达到2 700 V和2 500 A,瞬态电流峰值接近3 800 A.利用测试数据对动态过程电流变化影响因素进行了分析,发现关断电流下降过程主要受续流二极管(FWD)正向特性影响,关断电流下降及关断电压过冲基本不受测试电压变化影响.但测试电压影响pnp晶体管放大倍数及开通过程电流波形.开通电流上升过程波形可近似采用二次函数与一次函数分段描述.子模块寄生电感计算值受选取时间段的影响,在开通电流上升过程初始阶段进行回路寄生电感计算误差相对较小,子模块回路寄生电感值约为90 nH.

变速抽水蓄能用双馈发电电动机在维持有功功率输出的同时,可充分利用其功率裕量,成为稳定无功源,灵活参与系统调压调相.为研究双馈发电电动机的无功特性,在分析双馈发电电动机电气量关系的基础上,建立基于转子电流-定子电流的双馈发电电动机V形曲线,可简单直观地反映变速抽水蓄能用双馈发电电动机无功特性.研究了不同工况下双馈发电电动机V形曲线的变化规律.最后,基于RTLAB平台进行硬件在环测试,测试结果表明双馈式变速抽水蓄能机组具备类似同步电机的无功特性,同时也证明了所提分析方法的正确性和有效性.

为保证电网运行的安全与稳定性,避免电网电压骤升时风电机组从电网中解列,需提升风电机组高电压穿越的能力.为快速抑制高电压故障时网侧过调制引起的电压、电流冲击,首先确定电网电压骤升时网侧变流器安全运行区域.在此基础上,在线计算双馈风电机组在不同电网电压条件下的高电压穿越稳态最佳工作点,以保证网侧过调制时间最短.同时,设计了参数补偿模块以消除稳态工作点误差.仿真结果表明,该控制策略保证风电机组在电网电压故障骤升期间不脱网运行,能够根据电网要求提供一定的无功支撑,且提升了双馈风电机组在故障穿越期间的响应速度及稳态控制效果.

新能源常通过特高压交/直流输电系统送出,新能源汇集送端电网配套火电机组少,电网强度弱,直流闭锁或交流严重短路故障后的暂态过电压易引发风电脱网.该文基于典型电压穿越策略建立永磁直驱风机(permanent magnet synchronous generator based wind generator,PMSG)并网模型,研究弱电网中送出线路远端短路故障时的PMSG功率特性,揭示故障发生与清除时刻PMSG控制产生误差的原因,分析PMSG控制策略与参数对机组功率特性以及机端暂态过电压特性的影响.研究结果表明,远端短路故障清除时刻PMSG网侧电压相位一般向后跳变,由于锁相环存在时延,使暂态过程中锁相结果超前于实际相位,导致PMSG有功/无功控制不解耦,电流控制产生误差,由于锁相结果超前实际相位产生的控制误差会抑制网侧电压的快速抬升.

机器人清扫是光伏面板高效、便捷的清扫方式.文章研究了光伏面板清扫机器人的PID控制器的优化策略.文章基于忆阻器独特的纳米级电路特性,设计了一种新型的突触电路;然后,基于新型的突触电路,构建对应的神经元和神经网络电路,并将忆阻神经网络和光伏面板清扫机器人中的PID控制器相结合,提出一种新型PID控制方法,该方法在一定程度上解决了传统PID控制器体积大、功耗高和相关参数不可调的问题;最后,基于仿真结果验证了文章提出方案的可行性和有效性.

基于某2 MW风力发电机组发电、待机、风轮锁定等不同状态,仿真模拟偏航角度偏差对机组载荷的影响,获得了极端载荷下的偏航偏差角.基于叶片气动性能曲线对偏航过程中机组载荷变化的趋势进行理论研究,确定了不同风速下偏航限值的参考值,与仿真分析相结合制定了风力机组的偏航保护策略,可有效降低机组的极限和疲劳载荷.

提出基于模型的风电机组偏航系统故障检测方法.首先以永磁同步电机(permanent magnet synchronous motor,PMSM)作为偏航驱动电机,建立包含电流环、转速环和位置环的三闭环偏航伺服系统的动态模型;然后将实际偏航系统的传感器采集量与所建模型对应状态量的输出进行比较得到残差,并将相应状态变量的残差作为故障检测变量;接着利用过程统计控制理论定义阈值作为偏航系统故障检测的判定准则;最后通过Matlab/Simulink仿真平台模拟3种典型故障:偏航系统传动机构卡死、驱动电机故障和传感器故障.仿真结果验证所提方法的有效性.

风电机组的偏航误差主要由偏航控制性能误差和偏航静态偏差决定.文章分析了风电机组偏航静态偏差产生因素及对发电性能的影响,提出了应用机舱式激光雷达测风仪开展实测的偏航静态偏差优化方法,建立了基于偏航扇区划分和风速区段划分的优化模型.通过实例分析可知,偏航静态偏差在低风速段和高风速段对风电机组发电性能影响的敏感度较低,中风速段敏感度最高.文章所提方法可明显减小偏航静态偏差,提高发电机组的发电性能.

As the penetration rate of new energy increases, the inertia and damping of the power system gradually decrease, and stability problems become increasingly prominent. Virtual Synchronous Generator (VSG) technology has gained widespread attention and application as an effective means to improve the ability of new energy power generation systems to actively support the power grid, therefore, the research of impact of VSG on system transient stability has also become a hot spot. Firstly, analysis method of transient angle stability of power system is introduced, then the influence of conventional Doubly-fed Induction Generator (DFIG) on transient angle stability of system is analyzed, based on which, key issues and research status of transient angle stability of system with VSG-based DFIG are investigated in detail, finally prospection of further study of transient angle stability of system with VSG-based DFIG are proposed.

波动性是风资源的固有特性.定量分析风向波动性对优化风电机组偏航系统控制参数有重要意义.文章采用风电机组自身测量的风资源数据,提出了基于波动幅值A和波动持续时间T的风向波动量描述方法.采用Weibull分布对风向波动量的边缘分布概率密度进行函数拟合,使用Frank-Copula函数对边缘分布进行连接,构建了二维风向波动量的联合概率密度函数.与实际运行数据比对分析,验证了该风向联合概率分布的正确性.文章提取了一组能够精确量化风电机组本地风向波动特性的概率指标集,为风电机组偏航系统的参数优化设置及提升机组发电效率提供了支持.

建立LCL型储能虚拟同步发电机并网系统传递函数模型,分析不同电网强度和阻抗参数下,LCL型储能虚拟同步发电机谐波谐振风险和特性.为抑制LCL型储能虚拟同步发电机的谐波谐振,基于其控制策略,提出在滤波电容上串联阻尼电阻和并联阻尼电阻的谐波谐振抑制策略,通过改变滤波电容复阻抗的方法,阻尼谐波谐振尖峰,增加LCL型储能虚拟同步发电机并网系统的幅值裕度和相角裕度,增强系统稳定性.建立LCL型储能虚拟同步机电磁暂态模型,验证所提策略的可行性.

风电场机组年度检修是保证所有风电机组正常运行的重要手段,合理的检修方案可以降低风电场运行维护成本.为确定风电场的最优年度检修方案,文章提出了一种基于大部件运行状态的风电场年度检修策略.首先,综合考虑大部件的工作役龄、维修历史及当前运行状态,以威布尔比例强度模型计算部件的故障概率;然后,定义检修改善因子,描述年度检修对部件故障概率的降低程度,建立考虑故障停机时间、故障维修费用及检修成本的年度检修策略优化模型;最后,通过算例分析验证该策略的正确性及有效性.

静态偏差(偏航静差)普遍存在于风电机组的偏航系统控制中,造成机组发电效率降低、载荷增加.针对目前风电场缺少激光雷达测风仪的现状,提出了基于数据预处理的改进区间化偏航静差分析和计算方法.在分析风电机组运行特性的基础上,选取机组最大风能追踪阶段叶尖速比水平分布区间的运行数据,通过比较不同风速和偏航误差区间的功率特性来分析计算偏航静差.以激光雷达测风仪测量的数据为基准,对该方法的有效性进行检验,并建立偏航静差与叶轮转速的函数关系,可根据叶轮转速的变化对偏航静差作更精确的分析.风电场实际应用表明,该方法能够有效准确地分析和计算偏航静差值.

针对高比例风电电力系统频率/电压稳定性问题,介绍了虚拟同步控制的理论基础,对比分析了双馈风电机组与传统同步机数学模型。基于模型相似性推导了风电机组虚拟同步发电机的内电势、功角及功率传输方程,并揭示了其变化规律。研究了一种含阻尼环节的电流源型风电机组虚拟同步控制策略,并进行了虚拟同步控制外环和电流控制内环设计。在Matlab/Simulink中建立了双馈风电机组虚拟同步发电机仿真模型,实现了虚拟同步发电机惯量、阻尼、一次调频和无功调压特性的全过程模拟。仿真结果证实了理论分析的正确性与控制策略的有效性。

磨粒监测的目的是掌握齿轮箱的运动状态,发现早期的潜在故障,并给出适当的维护行动.基于自主研制的齿轮磨损试验台,对传动齿轮进行全寿命周期试验,探究了油液粘度、污染度和铁磁性颗粒对齿轮磨损性能的影响.结果表明,齿轮油粘度下降会导致齿轮箱磨损加剧;磨粒的出现又进一步加剧齿轮油的老化,造成齿轮箱污染度升高.当齿轮箱进入剧烈磨损期时,产生的磨粒尺寸偏大,此时预示着齿轮箱已经开始失效.齿轮箱的主要失效机制为磨粒磨损和疲劳磨损,且伴有一定的粘着磨损.

风电场无功电压控制策略、各分系统间通信、单体设备性能等各个环节都将影响场站无功电压控制性能。依据某千万千瓦级风电基地近三年来的实际运行数据及现场检测数据,首先分析了风电场无功电压控制系统现状,系统介绍了目前无功电压控制系统架构及常用控制策略;其次从场站无功电压控制流程入手,阐明了影响场站无功电压控制性能的关键因素;最后形成了提升风电场无功电压控制性能及运行水平的措施,并进行了实例验证。

工程实践中迫切需要探究齿轮箱润滑油中磨屑的变化规律,从而实现对齿轮箱磨损状态的准确评价,进而系统性地揭示齿轮箱的失效机理.采用自主研制的齿轮箱磨损试验机进行摩擦试验探究,采用分散添加不同粒径铁磁性颗粒进入润滑油以及对纯净新油品中铁磁颗粒浓度规律进行跟踪监测的方法,结合对齿轮表面的形貌观测以及油样中的磨损颗粒的铁谱分析和磨损类型判断等技术方法,系统分析了齿轮箱的磨损失效机理.结果表明:磨粒的直径分布导致了不同的齿轮箱磨损失效机理,小尺寸颗粒易造成齿轮箱发生滑动磨损,而大尺寸磨粒主要引起齿轮箱发生疲劳磨损失效;工程应用中,润滑油铁磁颗粒浓度变化曲线的斜率达到tan50°时,齿轮表面发生轻微的点蚀磨损;浓度变化曲线斜率增至tan70°时,齿轮箱齿面已发生严重破坏,应做出预警处理.