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  • 简介:摘要:针对传统的电压定向直接功率控制( V-DPC)在电网电压出现谐波等情况时,电压定位的准确性受影响的缺陷。本文根据三相电压型整流器的数学模型,将采用虚拟链的直接功率控制( VF-DPC)和有限集模型预测控制( FCS-MPC)相结合,提出一种基于虚拟链的模型预测功率控制策略( VF-DPC-MPC)。本系统通过虚拟链推算出瞬时功率,实现了无交流电压传感器的控制,然后利用有限集模型预测的方法( FCS-MPC),选取最佳的电压矢量的开关状态完成控制,从而优化系统性能。仿真表明本系统具有高动态性能,且鲁棒性较好,网侧电流谐波较小,实现了功率的准确跟踪,具有很好的应用前景。 关键词:模型预测控制;虚拟链;三相整流器;直接功率控制 1 引言 随着人类社会的发展,各行业都需要更高质量的电能,并且由于分布式能源的推行, PWM整流器因其动态响应灵敏、能量可双向流动、功率因数可控等优点,得到了极多应用 [1-3]。通过数十年的发展, PWM整流器被人们大量的使用,对其更高性能的追求也意味着必须有更好的控制技术。因此,研究人员通过做大量的测试,旨在找到更加高效的控制策略 [4]。一般控制方法可归类为直接电流控制与直接功率控制( DPC)。直接电流控制利用同步旋转坐标系变换的解耦控制特性,将网侧电流解耦成有功分量和无功分量,由此来构成电流闭环控制系统 [5]。这种方法的优点是有着较小的静态误差与较快的动态响应速度,但其系统性能与电流内环控制的复杂度和相关参数的精确度关系很大 [6-7];与直接电流控制相比,直接功率控制具有高功率因数、较好的动态性能、较低的电流畸变率等特点 [8]。 预测控制是一种最优化控制策略,在电力电子的领域越来越受到重视,主要有模型预测控制 (MPC)、广义预测控制( GPC)、无差拍控制等。模型预测控制是通过系统模型来预测变量的变化趋势,根据最优化准则来确定最优的控制方式。这种预见性,比经典反馈控制系统收集现有信息再进行控制更加有效。将模型预测控制与直接功率控制结合,更使得网侧电流谐波明显减小,直流侧输出电压纹波得到极大改善 [9-11]。 本文提出了一直基于虚拟链的有限集模型预测功率控制的方法,取消了网侧电压传感器,降低了成本,有效防止因传感器失灵导致的控制策略失效,具有良好的稳定性与快速性;另一方面,通过有限集模型预测控制直接选择的有限开关状态,不需调制环节,控制更灵活 [12-13]。通过功率预测模型直接对链计算出的瞬时有功功率 P与无功功率 q进行未来变化的预测,得到最小的价值函数,从而确定最优空间电压矢量。最后通过 Matlab/Simulink的仿真验证了所提出的控制策略的可行性。 2 三相电压型整流器数学模型分析 三相两电平整流器拓扑结构如图 1所示,整流器中有 6个开关器件, ea、 eb、 ec分别为三相电网电压,网侧中性点为 n。在三相对称系统中每相输入线路等效电阻值为 R,每相电感值均为 L, ia、 ib、 ic和 ua、 ub、 uc分别为三相整流器的相电流和相电压。在任何一个工作状态,每一项只允许一个开关器件导通,因此上下开关必须满足互补的要求。故整流器开关状态为 Sj为三相单极性二值逻辑开关函数, j为 a、 b、 c。 图 1 三相两电平整流器拓扑结构图 图 2为三相电压型整流器的空间电压矢量图,由于本次研究的是两电平整流器,通过合理控制开关器件的开通与关断,整流器可提供 23=8种电压空间矢量,其中包括 6个有效电压矢量和 2个零矢量如图所示。从而可以推算出各种开关状态下的电压值,为下文模型预测控制提供矢量选择奠定基础。 图 2 三相 VSR空间电压矢量分布 假定三相电网处于平衡状态,取电流参考方向如图 1所示,则整流器在 坐标系下的电压方程为: (1) 式中 、 、 、 分别为三相电网电压和电流在 坐标下的分量; 、 为整流器输入电压在 坐标下的分量,根据 udc和整流器开关函数 Sa、 Sb、 Sc(Si=1为上桥臂导通; Si=0为下桥臂导通 )可得:

    (2) 由于整流器的交流侧电路结构和交流电机的等效电路非常相似。因而可将电网侧看作为一个虚拟的交流电动机,并认为电网电势是由三相绕组切割某个旋转磁场而产生的。实际上并没有这个磁场,故称作虚拟链。根据虚拟链的定义 对式 (1)两侧同时积分,得到虚拟链的 分量为: (3) 由式 (1)可得: (4) 由式 (3)可得链在 t时刻变换率为: (5) 在三相平衡系统中,交流侧瞬时功率表达式为: (6) 式中, 为电网基波角频率。 对式( 6)进行微分可得: (7) 将 (4)(5)代入 (7)有 [14]: (8) 式 (8)即为三相整流器基于虚拟链的功率控制数学模型。 3 基于虚拟链的模型预测 DPC原理 与传统的定频直接功率控制和定向直接功率控制不同,模型预测直接功率控制无需查询开关表和调制模块。它是在不断对每个离散的周期的矢量寻优中完成对整流器的控制如图 3所示。通过采集当前电压电流信息,利用瞬时无功理论计算当前功率数值 [15]。通过整流器数学模型,以此为基础构建下一个控制周期的有功功率及无功功率功率的数值,同时利用功率参考值和所计算的预测功率值构建价值函数,再利用有限集寻优的方式,将七种(两组零矢量计算时为一组)开关序列逐步带入其中计算价值函数数值,并对这七种开关作用下的效果进行预估,最后分别比对每组价值函数,并选出最小值,将最小值代表的开关序列作为被选用的整流器的开关序列,并作用于整流器,得到作用结果。在下个周期时,再次循环上述过程,实现持续预测的控制能力。因此,为达到此控制目的,需建立一个基于链的瞬时功率预测模型。 图 3 单周期模型控制原理图 结合第二章中的整流器数学模型,可以得出在 k时刻瞬时有功和无功功率为: (9)定义有功功率和无功功率变化率如下: (10) 可得有功功率和无功功率在单个采样周期的变换量如下: (11) 设每个控制周期等于变化的单位时间,通过有功功率与无功功率在 t=kT时的值,以及在控制周期 T的变换量从而获得 t=(k+1)T时的有功功率与无功功率的下一时刻预测值。即: (12) 因此,可根据 k时刻的实际功率与前一时刻 k-1的实际功率得到单位时间的功率变化量。利用当前实际功率和单位时间的功率变化量可计算出下一时刻 k+1的功率预测值。为了让本系统处于最优控制的状态下,根据模型预测控制原理,同时考虑到减小计算量,提高算法效率,采用每个控制周期内预测值与实际功率值的绝对值之和形式的价值函数: (13) 式中, pref是有功功率给定值, qref是无功功率给定值。 为尽可能将功率误差减小,只需使得价值函数最小,便可得到当前最优控制策略。由于在单位功率因数下运行,故在控制器中直接给定 qref =0。同时通过 VSR直流侧的 PI控制器的输出来确定 pre。 在最优结果下,预测值与参考值的误差最小。在每个控制周期内只有一次电压矢量的变化,电压矢量的作用时间即为系统控制周期时间 t=Ts。结合式 (10)和 (13)有: (14) 联立式 (2)、 (6)、 (14),方可得到最优开关信号以及最优矢量作用下的作用时间。 跟据上述公式推导,三相整流器基于虚拟链的模型功率控制算法流程如图 4: 图 4 模型控制算法流程图 4 基于虚拟链的模型预测 DPC总体控制策略 图 5为基于虚拟链的模型预测 DPC控制框图。该控制通过采集 ia、 ib、 ic、 Udc以及上一周期功率器件的开关状态通过计算获得的网侧虚拟链 、 。根据公式 (6)得到系统的瞬时功率 p和 q。由于要在单位功率因数下运行,故给定参考无功功率为零,参考有功功率根据直流侧的 PI控制器输出获得。电网电压通过在 坐标下的链幅值微分后估算得出(图中电网电压估测模块)。最后通过功率预测模块获得最优的开关量,从而控制个 6开关管。 图 5 模型预测总体控制框图 5 仿真分析 为了验证本文控制方法的优良性,在 MATLAB/Simulink中搭建整流器仿真模型进行分析,系统仿真参数如下:三相交流侧相电压有效值 e=220V,电压频率 f=50Hz,网侧电感 L=10mH,直流侧电容 C=1100 , R=0.1Ω,直流母线电压为 Udc=600V,仿真时间为 0.5s。 图 6(a)为通过观测器得到虚拟链圆。图 6(b)为网侧 a相电流电压波形,由图可知, a相电流在极短时间内稳定,之后与 a相电压同频同相,正弦度较好,实现了运行在单位功率因数。 (a)稳态时的虚拟链圆 (b)a相电压电流 图 6(c)为整流器输出的直流电压 udc波形,其在 0.05s以内快速稳定在参考值,且波形平滑,达到了预期的电流输出效果。 (c)直流母线电压 图 6(d)对针对网侧 a相的电流进行了谐波分析, THD=1.97%相较于传统功率控制更小,满足谐波畸变率小于 5%的标准,有效改善了电网侧电流质量。 (d)网侧电流谐波分析 由图 6(e)可知有功功率 p快速稳定在参考值附近,纹波较小,功率跟踪效果良好。由图 6( f)可知,无功功率也在 0.05s稳定在给定值 0左右,有效实现了网侧单位功率因数运行,满足了系统设计目标。 (e)有功功率 (f)无功功率 图 6 仿真波形图 6 结论 本文根据三相 VSR的数学模型,以基于虚拟链定向的直接功率控制为基础,提出了一种改进的模型预测控制策略。相比传统 DPC,该方法有以下改进:采用虚拟链省去了网侧电压传感器,在节约成本的同时也使得系统的运行更加稳定;将模型预测引入 DPC,改善了有功无功功率跟随性能,使网侧电流谐波减小,输出电压更加平稳。 参考文献 刘迎澍 , 马川 . 基于交直流混合微网构架的电能路由器 [J]. 现代电力 , 2015, 32(1): 13-18. Lee Ke Yen, Wu Yue Lin, Lai Yen Shin. Novel bidirectional three-phase rectifier without using DC-link current sensor[C]. IEEE PESC, Korea, 2006, 6: 3302-3306. 韩愚拙 ,林明耀 ,郝立 ,骆皓 .电压型 PWM整流器三状态直接功率控制策略 [J].电工技术学报 ,2013,28(05):208-212+226. 罗德荣 ,周小艳 ,姬小豪 ,荣飞 ,吴亭宽 .重复控制在模型预测直接功率控制中的应用 [J].电力系统及其自动化学报 ,2018,30(04):35-40. 张崇巍,张兴 . PWM 整流器及其控制 [M]. 北京:机械工业出版社, 2012. 姚绪梁 ,王旭 ,冯泽文 .改善三相电压型 PWM整流器动态性能的研究 [J].电工技术学报 ,2016,31(S1):169-175. 任科明 ,黄辉先 ,胡超 .三相电压型 PWM整流器新型双闭环控制策略研究 [J].现代电子技术 ,2015,38(01):115-119. Bouafia A, Gaubert J P, Krim F.Predictive direct power control of three-phase pulse width modulation(PWM) rectifier using space-vector modulation(SVM)[J].IEEE Trans.on Power Electronics, 2010,25(1):228-236. 张志文 ,李松 ,谢小城 ,黄玉杰 ,孙鑫 .三相电压型 PWM整流器预测功率控制研究 [J].电源学报 ,2017,15(05):123-130. 李辉 ,李志 ,章兢 ,彭寒梅 .无交流电压传感器的三相变流器模型预测控制 [J].系统仿真学报 ,2017,29(07):1489-1496. 汪涛 ,朱一昕 ,张高峰 .三相整流器改进的模型预测直接功率控制 [J].电子设计工程 ,2019,27(02):125-129. Cortes P, Kazmierkowski M P, Kennel R M et al. Predictive control in power electronics and drives. IEEE Transactions on Industrial Electronics, 2008,55(12):4312-4324. 侯兆然 .基于虚拟链定向的 PWM整流器控制方法研究 [J].电力系统保护与控制 ,2014,42(21):105-109. ESKANDARI-TORBATI H,KHABURI D A, ESKANDARI-TOR-BATI V. Virtual flux based Direct Power Control(DPC)of three phase PWM rectifier using Model Predictive Control(MPC) and Space Vector Modulation(SVM)[C]∥Power Electronics, Drive Systems and Technologies Conference. Tehran, Iran: IEEE, 2014: 242-248. 汪涛 ,朱一昕 ,张高峰 .三相整流器改进的模型预测直接功率控制 [J].电子设计工程 ,2019,27(02):125-129. ————————————————————————— 作者简介: 靳书港 (1986.8) ,男,研究方向为高效电能变换技术及应用, jinshugang@163.com

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  • 简介:摘要:某电厂一台300MW燃煤机组,发变组保护技术改造进行装置更换,发变组保护采用双套配置,A屏为南自DGT80U-B系列发电机变压器保护装置,B屏为南瑞 PPC85B系列发电机变压器保护装置,其中A、B屏均配置有励变压器差动保护。某次,发电机开机并网前,发电机空载、转速升至额定3000转/分钟,空载过程中发变组A屏“励变差流越限告警”发出,而B屏励变压器差流为零无此信号发出。本文通过分析查找励变压器差流差生的原因,提出解决办法并实施,确保机组安全稳定运行。

  • 标签: 励磁变压器 差流越限 频率
  • 简介:摘要:在石化企业的供配电系统中,变压器是供用电的重要电力设备,当给变压器采用传统方式送电时,由于变压器铁芯通的饱和及铁芯材料的非线性特性,其在合闸送电瞬间易产生幅值很大的励涌流,对整个供用电系统和设备的安全、稳定运行造成诸多危害。本文以某石油化工有限公司220kV总变电所的主变压器为例,浅析采用剩磁与偏互克技术的微机涌流抑制器在石化系统中的应用。

  • 标签: 励磁涌流 偏磁与剩磁互克 微机涌流抑制器
  • 简介:摘要:在大型水力发电厂采取自并励励系统能可对运行的稳定性进行提升,易于获得较高的初始响应,同时可获得高速励磁电压响应,从而得到较为广泛的应用。 本文中,对自并励励系统的特点和存在的问题予以综述。

  • 标签: 发电机 自并励励磁系统 特点 问题 分析
  • 简介:摘要:变压器运行过程中,在振荡回路容易形成铁谐振过电压现象,且这种现象与线性谐振过电压之间在性能和特点方面均存在较大的差异。并且当变压器一旦出现铁谐振过电压现象,将会造成设备受到严重损坏,从而对整个电网运行的安全性造成严重的危害,所以工作人员应该对该故障现象进行全面的分析,并通过合理的抑制措施对该故障现象进行解决,从而保证整个电力系统得以安全运行。

  • 标签: 变压器 电力系统 铁磁谐振过电压 故障分析 抑制措施
  • 简介:摘 要: 4 号机组 C 级检修期间,检查 4 号机转子引线时,发现转子引线负极靠近滑环侧穿轴螺杆及螺帽上有部分电蚀痕迹。立即组织检修人员对转子引线进行全面排查。最终确认故障点位于滑环下端靠近大轴外侧穿轴螺杆及大轴外侧螺帽螺牙处,故障面积共约 2C ㎡。响水涧公司对转子引线负极穿轴螺杆及螺帽按照原尺寸进行重新加工。对重新加工后的螺杆及螺帽进行镀银处理,以增加其导电性能。

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  • 简介:摘要:转子一点接地对汽轮发电机组的影响不大,一般允许继续运行一段时间。发电机组发生一点接地后,转子各部分对地电位发生变化,比较容易诱发两点接地,其后果相当严重,故大型汽轮发电机装设有转子接地保护。现就某厂先后所采用的转子接地保护装置的原理、特点进行比较,对运行中的异常案例进行分析,并提出防止误动的措施。

  • 标签: 1000MW机组 两种转子接地保护 异常分析 预防措施
  • 简介:摘要:随着我国电力电网迅速发展,电力电网的可靠运行成为推动国家发展战略的核心竞争力,发电机作为电源主设备,由于其制造结构错综复杂,专业性较强,精密程度相对较高,在实际应用中一处较小的异响故障可能导致的后果不堪设想,轻则部分零部件损坏,重则发电机损坏,现以西北某电厂#1机组660MW发电机在大修后盘车过程当中出现转子内部异响故障为例,分析其转子内部异响故障存在的原因,简要介绍了本次故障发现及判断过程,并提出相对可行的发电机转子内部异响的防范措施。

  • 标签: 发电机 电力电网 转自内部异响
  • 简介:摘 要:ABB UNITROL 5000型励系统被应用在国家电投集团江西电力有限公司景德镇电厂两台660MW发电机组上,本文分析了该系统在运行中出现的一系列影响机组安全运行的故障及其处理过程,并以提高该系统运行可靠性为目的研究了技术改造和升级问题。

  • 标签: UNITROL5000 励磁系统 可靠性 技术改造
  • 简介:摘要:变压器在轻载或者空载的情况下合闸通电,可能导致一次绕组励涌流。励涌流对变压器自身和电网的电能质量都有不利影响,特殊情况下会导致保护装置误动作。文章介绍了一起由于变压器励涌流导致的跳闸案例,介绍了其发生的特殊性,并作出后续建议,为生产实践中提出了指导意见。

  • 标签: 变压器 励磁涌流 保护整定 分析
  • 简介:摘要:本文介绍了发电机励回路因调节器的设计缺陷造成机组“非停”事故扩大的过程,并进行了故障分析,论述了故障产生的原因和应对防范措施,为进一步提高发电机组安全稳定性提供了保障。

  • 标签: 发电机 励磁 PT 调节器
  • 简介:摘要:本文针对火电厂励系统中的故障检测与诊断技术进行了深入研究。励系统在火电厂发电过程中扮演着关键角色,但随着系统规模的不断扩大和运行条件的多样化,故障问题也日益显现。为了提高火电厂运行的可靠性和安全性,本文分析了励系统故障的现状与影响,指出了面临的困难。在此基础上,本文综合运用传统故障检测方法、智能故障检测技术以及数据驱动故障检测方法,形成一个全面的故障诊断框架。本文的研究成果为火电厂励系统的故障检测与诊断提供了有益参考,对提高电力系统的稳定运行具有重要意义。

  • 标签: 火电厂 励磁系统 故障检测 诊断技术 可靠性
  • 简介:摘要 : 随着经济社会的逐渐发展,人们对于电力的需求量逐渐提升,而为了保障电厂的电能生产效率和生产质量,实现居民用电服务水平的提高,需要关注大型电厂的发电问题,并积极地解决和处理其中出现的各种问题,从而保障大型电厂更加安全、稳定的运行,但是经过大量的研究发现,在大型的电厂中,经常会出现发电机组的低励磁效应及转子绕组过电流或其他不正常的励问题,使得发电机的运行受到严重影响。 发电机的运行是电厂的作业核心,对于电厂的发电质量具有显著影响。为此,需要在发电机中设置变压器组的继电保护装置,设立失转子绕组过电流等实现发电机组的电磁保护,从而保障发电机组运行的质量,一般来说,发电机组中是利益能够限制或切换等方法对励系统进行保护和限值,而在此过程中,主要包括对低励的限制和保护以及励过电流的限制和保护等。在实际的操作中,一般是先进行限制,然后使得发电机自动励调节装置恢复到正常的工作状态,若限制器出现震动后,发电机自动励调节装置仍然不能保持正常的运行状态时,则需要使得发电机自动励调节装置进行保护延时的动作,或者将其切换到设备的手动调节或者被动调节通道。若最终仍旧不能使其恢复到正常工作状态,则需要发电机的继电保护装置进行作用,停止发电机运行。然而,电厂很容易忽视发电机自动励调节的作用,从而导致励系统出现问题时,发变组将立即促使停机。而不必要的停机将导致电厂运行受到严重影响, 本文将对发变组保护与励调节设备的相互配合进行分析,望给相关从业人士提供参考。

  • 标签: 发变组 励磁调节器 配合整定 原则分析
  • 简介:摘要改革开放以来,我国生产力高速发展。但近年来,电力供应与需求增长之间的矛盾日益突显,时常出现电力供应不足的情况。而且,不可再生能源过度消耗也造成了全球性的能源危机,不久之后的将来,能源的供应问题会成为人类发展急需解决的一大难题。电能仍然是人类生产生活利用能量的主要形式,而发电厂则可以进行能量形式的转化,将非电能形式的能量转化为可供人类使用的电能。所以,在寻找到新的能源供给方式之前,更加有效地利用现在具有的能源,提高能量转化效率,使能量得到最高效地利用,我们首先要从发电厂着手。而现如今,火力发电站在所有种类的发电站中所占比例十分巨大,所以对火力发电站的研究首当其冲。本文将对火力发电厂运用的励调节进行介绍,并对其故障以及分析进行浅谈。

  • 标签: 励磁系统 火力发电厂 应用 故障
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  • 简介:摘要 : 对 350 MW 汽轮发电机组在并网前的励升压过程中,定子回路出现电流且发电机逆功率保护动作的故障现象进行研究。通过检查确定了故障原因:变压器做完直流电阻试验后没有进行必要的消磁,使得变压器铁芯发生严重磁化,过多的剩磁导致故障发生。文中还针对原因提出了相应的对策避免类似故障发生。

  • 标签: 汽轮发电机 零起升压 定子电流 逆功率保护 变压器剩磁
  • 简介:摘要:在火力发电厂基础设备中,发电机励系统是确保电力系统稳定性以及安全生产不可或缺的要素。近十年来,新器件、新技术的涌现以及其在发电领域的重要应用,使得发电机组励系统不断完善,设备性能迅速提升。但起励失败、励不稳定等常见故障的出现,给火力发电厂设备运维工作带来了一定挑战。本文重点分析发电机组日常运行过程中励系统的常见故障,并提出可行的维修方案,以供参考。

  • 标签: 火力发电 发电机组 励磁系统 故障
  • 简介:摘要 : 针对近年国内自并励发电机组励变运行定值整定、启动试验中励变临时电源定值及二次回路中存在的常见问题及误区,对其原因进行分析探讨,提出可行性解决方案,并在实践应用中证明其合理性,同时并提出行之有效的解决方案,供检修维护人员参考。

  • 标签: 励磁变定值 常见故障 二次回路
  • 简介:摘要:现阶段而言,发电机设备对社会的发展越来越重要,如发电厂的生产运行过程中,需要结合发电机的有效运作,才能够提供可靠的电力。励系统作为发电机设备中重要的组成部分,其运行质量,通常会对发电机的发电产生直接影响。对此,为了能够保障发电机的运行效率,避免一些发电机的故障的产生,有关单位在应用发电机时,应注重对励系统的研究,了解产生励系统故障的原因,掌握正确的解决方法,以能够真正确保发电机的运行平稳。

  • 标签: 自备电厂 发电机励磁系统 稳定性