电机部分

• 大功率屏蔽电动机变频启动与网电切换瞬态分析

  韩继超;宋显超;吕向平;戚海铭;周乐天;张贵滨;高崇帅;尹泽浩;戈宝军;

  大功率屏蔽电机具有可靠性高、转动惯量大、运行维护简单等特点。本文以一台5.5 MW大功率屏蔽电机为研究对象，详细研究了在变压变频启动过程中大功率屏蔽电机的电磁特性，探究了大功率屏蔽电机并网前后电磁参数的变化规律。首先，确定了5.5 MW大功率屏蔽电机的基本尺寸，建立了5.5 MW大功率屏蔽电机二维电磁场数学方程和物理模型；其次，探究了大功率屏蔽电机在变压变频条件下的启动过程，对比分析了大功率屏蔽电机额定运行工况下气隙磁密的基波和各次谐波；然后，研究了大功率屏蔽电机额定运行工况下构件损耗及定转子铁芯磁密的变化规律，揭示了大功率屏蔽电机在网电切换运行时电压、电流和磁动势的变化规律；最后，采用本文方法计算了5.5 MW大功率屏蔽电机分阶段启动过程中转子转速和定子电流，并与实测值进行对比，计算结果与实测值较为接近。

  2025年04期 No.304 1-8页 [查看摘要][在线阅读][下载 10490K]
  

• 兆瓦级高速永磁同步发电机的设计与优化

  陶大军;周杰;李桂芬;胡刚;周广涛;张苏鲁;

  针对兆瓦级高速永磁发电机存在的电能质量与效率问题，提出了一种优化设计方法。通过参数化扫描长径比和极弧系数对电机性能的影响，建立了初始设计方案。以降低空载反电动势波形畸变率和空载气隙磁密波形畸变率为优化目标，采用田口方法对气隙长度、极弧系数和永磁体厚度等关键参数进行多目标优化。优化结果表明，空载反电势波形畸变率显著降低了33.8%,空载气隙磁密波形畸变率降低了11.87%,同时永磁体用量减少了9.89%,实现了性能提升与材料节约的双重优化效果。最后通过多物理场耦合仿真分析，验证了优化设计的合理性，证明了本文所提方法的有效性。

  2025年04期 No.304 9-16页 [查看摘要][在线阅读][下载 5966K]
  

• 可变速发电电动机转子匝间短路力学特性分析

  何一纯;卢伟甫;刘凯文;许国瑞;

  可变速发电电动机广泛应用于抽水蓄能电站，可通过灵活调节输出功率与转速适应不同的运行环境和负荷需求。然而，受转子交流励磁和变速运行的影响，可变速发电电动机转子匝间短路后的故障特征与常规电机存在较大差别。本文研究了可变速发电电动机不同转差下转子匝间短路后的力学特性，并构建了336 MW可变速发电电动机转子匝间短路故障的有限元模型，对径向电磁激振力和不平衡磁拉力进行了分析和验证，研究表明：可变速发电电动机转子匝间短路后电磁激振力在时间上会出现2±6(1-s)与±6(1-s)频次，显著增强了1倍频和3倍频谐波含量，空间上呈现±x(x=1,2,3,…)阶次非对称扩展。研究结果揭示了可变速发电电动机转子匝间短路后电磁激振力的时空谐波演化规律，可为可变速机组多工况运行的实时故障诊断提供理论依据。

  2025年04期 No.304 17-23页 [查看摘要][在线阅读][下载 8165K]
  

• 基于故障分量比的变速抽蓄机组的转子断相不平衡保护方法

  李贻凯;余浩源;陈满;贺儒飞;宋大雷;乔健;

  大型双馈变速抽蓄机组(VSPSU)采用滑环注入式交流励磁方式，其转子侧结构复杂，易发生断相故障。该故障会破坏机组稳定运行并造成机组严重损伤，应当配置针对性的断相不平衡保护。为此，本文提出了一种基于故障分量比(FCR)的VSPSU转子断相不平衡保护方法。通过旋转变换提取定子电流空间矢量中的基频分量和故障特征分量并计算得到FCR,然后根据FCR幅值大小划分不同的保护动作出口方式。为实现工程应用，进一步提出了适应于所提保护方法的微机保护算法，形成了一套完整的微机保护方案。仿真验证结果表明，所提保护方案灵敏度高，动作速度快，同时所提算法可以直接嵌入现有的微机保护装置，满足工程应用需要。

  2025年04期 No.304 24-31页 [查看摘要][在线阅读][下载 6137K]
  

• 基于声信号的汽轮发电机定子匝间短路故障在线诊断研究

  周月山;

  汽轮发电机是能源高效转化的核心动力装置。本文首先提出了一种基于汽轮发电机故障时气隙磁密发生变化进而引起机壳振动特性变化的非侵入式在线监测方法。然后，对汽轮发电机运行时的电磁噪声进行分析，得出汽轮发电机在负载工况下，定子匝间短路前后电磁噪声的变化规律。最后，依靠动模机组实验平台对电磁噪声演变理论进行验证。实验结果表明，汽轮发电机在发生定子匝间短路前后，发电机噪声频谱中二倍频特征谐波随故障程度的增加呈现上升趋势。

  2025年04期 No.304 32-40页 [查看摘要][在线阅读][下载 12156K]
  

• 定子绕组并联支路对偏心不平衡磁拉力的影响研究

  赵志强;陈权;

  一些出版的书籍中已提及电机的定子绕组并联支路能削弱偏心不平衡磁拉力，但对其机理缺乏详细论述。本文采用磁势-磁导法对偏心气隙磁场的磁密进行解析，推导出产生不平衡磁拉力的异常磁密成分。通过对并联支路电动势相位的分析来阐述循环电流的产生机理，得出循环电流磁势去磁性质的电枢反应抑制了偏心磁拉力的结论，由此提出了偏心磁拉力抑制率计算公式，并对一台水轮发电机定子绕组的多种并联方式对偏心磁拉力的影响进行了评估。评估结果表明，支路绕组在定子圆周上的分布度越小越能抑制偏心磁拉力。

  2025年04期 No.304 41-45页 [查看摘要][在线阅读][下载 1353K]
  

• 冷却方式对车用永磁同步电机温度场的影响研究

  刘昭辉;陈志畅;李强;陈柄林;

  在当代电机设计中，随着功率密度的提升，热管理方式对电机性能的影响日益凸显。本文提出一种根据计算流体动力学(CFD)与一维热网络法相互迭代的温度场计算方法，在保证计算精度的前提下，大幅度缩短计算时间与资源，并利用此方法深入仿真研究了水套冷却和喷淋油冷两种常见冷却方式对电机温度场的影响。研究表明，油冷与水冷电机的温度场分布及关键部位温度存在显著差异。具体而言，油冷电机绕组温度为151.8℃,较同条件下水冷电机低出20℃以上；而定子温度为145℃,虽较水冷电机高出27℃,但整体温度仍低于水冷电机。尽管油冷下电机的效率提升显著，却需更复杂的喷淋系统和更高油泵流量。因此，选择电机冷却方式需结合实际需求和温度场特点进行综合权衡。

  2025年04期 No.304 46-52页 [查看摘要][在线阅读][下载 9897K]
  

• 425 MW级发电电动机通风系统研究

  李海军;韩荣娜;刘平超;杨年浩;秦光宇;邬俊超;王超;陆英楠;宋瀚生;

  目前国内抽水蓄能发电电动机组的最高开发容量为425 MW,机组过流空间有限，转子发热功率高，严重影响机组供风和转子温升控制。本文针对如何提高电机系统风量，开展了挡风板、风扇和关键过流位置流道等的选型和结构优化研究工作，提高了系统压头和有效风量利用率，解决了通风系统供风问题；针对如何控制转子温升，提出了转子新型通风结构，增强了转子的冷却能力，解决了转子发热问题。本文研究成果为425 MW级发电电动机提供了通风系统设计方案，对同类型发电电动机的通风结构设计具有参考和借鉴意义。

  2025年04期 No.304 53-57+67页 [查看摘要][在线阅读][下载 7389K]
  

水轮机及水泵

• 甩负荷工况水泵水轮机导叶关闭过程中轴系结构稳定性预测研究

  周旭辉;宋希杰;白晓璟;王正伟;田也;

  针对水泵水轮机甩负荷工况下过流部件承受剧烈瞬态压力冲击的稳定性问题，本文以某可逆式水泵水轮机组为研究对象，基于流固耦合(FSI)数值模拟方法探究了水轮机甩负荷工况下机组轴系稳定性变化规律。研究结果表明，在甩负荷瞬态过程中，蜗壳与导叶区域的压力梯度变化显著，转速快速上升过程中当转速最大时机组流道内的流态最差，机组流道内的压力最大。偏离最优工况下运行时，机组流道内的流态随着机组的停机逐渐变差，尤其是在尾水管内，流态畸变更加严重。机组轴系最大应力出现在转速最大时，最大应力为342.43 MPa,最大动应力集中在发电机转子支架处，小于机组允许应力。机组最大径向力为63 t,最大轴向水推力为447 t(轴向力),方向向下，综合判断该机组运行稳定。

  2025年04期 No.304 58-67页 [查看摘要][在线阅读][下载 21932K]
  

• 可变速抽水蓄能机组水头适用范围研究

  赵毅锋;李树林;邓磊;魏欢;李梓硕;

  全功率变流器(FSC)可变速抽水蓄能技术能够有效控制电网负荷频率，平衡可再生能源引起的频率波动，改善电能质量。鉴于全功率可变速机组功率调节范围的特点，水头变幅是限制功率调节范围的重要参数，同时还直接影响可变速机组建设的可行性、能量指标和经济指标等。本文主要针对550 m级水头段的可变速机组，分析其水头适用范围。研究成果将填补550 m级水头段可变速机组研究的空白，为后续国产化可变速机组的设计提供良好的技术储备。

  2025年04期 No.304 68-73页 [查看摘要][在线阅读][下载 4895K]
  

• 凤滩水力发电厂水轮机增容改造关键技术

  李立;王向志;陈源;周海舟;

  本文对凤滩水力发电厂水轮机增容改造关键技术进行了深入研究。结合改造机组的运行水头变幅、尾水管体型等特性，详细介绍了新模型转轮水力开发技术要点并阐述了验收试验成果；同时，对增容改造后输水系统水力过渡过程进行了计算分析，确保电站安全稳定运行。研究成果对于今后老旧水力发电厂水轮机增容改造技术的提升具有指导意义。

  2025年04期 No.304 74-81页 [查看摘要][在线阅读][下载 5957K]
  

辅机及其他

• 基于自抗扰控制的斜坡式重力储能并网

  查鲲鹏;胡江溢;杨岳峰;郭高朋;王毅;董泉志;

  大规模储能技术对于维持高比例可再生能源发电系统的稳定性，解决能源危机和环境问题至关重要。斜坡式重力储能因其规模大、调度灵活等优势具有良好的应用前景。由于储能过程中重物块的离散性，电机会产生间歇性转速波动，为了平滑此过程产生的并网波动，有必要研究重力储能系统的并网控制策略。根据重力储能系统的机电能量转换原理，建立了系统的数学模型。考虑到系统的扰动过程，本文提出了基于自抗扰控制的斜坡式重力储能并网控制策略。该方案中机侧变流器采用自抗扰控制器进行控制，网侧采用电压定向的矢量控制方法，通过全功率变流器实现并网。利用仿真软件构建重力储能系统的并网仿真模型，对比传统PI控制与自抗扰控制的并网效果，结果表明使用自抗扰控制可以有效降低重物块离散导致的转速波动。

  2025年04期 No.304 82-88页 [查看摘要][在线阅读][下载 3344K]
  

• 直接空冷机组空冷岛停机腐蚀研究与干法保养应用

  杨国辉;

  宁夏某电厂直接空冷发电机组发生腐蚀，为探究湿度对直接空冷机组空冷岛腐蚀速率的影响，通过室内模拟试验探究50%～90%湿度条件下碳钢的腐蚀速率变化。结果表明，在相对湿度低于60%时，碳钢腐蚀速率慢，耐腐蚀性较好；当相对湿度超过60%时，碳钢腐蚀速率加速上升，最高达到0.172 6 g/(m~2·h)。对直接空冷机组提出干法保养措施，用转轮除湿机进行干法保养并实际应用于宁夏某电厂；保养过程中凝结水中铁含量多数时间段内保持在30μg/L以下，相对湿度保持在50%以下，该方法有效缓解了直接空冷机组的腐蚀问题，达到了预期效果。

  2025年04期 No.304 89-93页 [查看摘要][在线阅读][下载 1384K]
  

• 基于直觉模糊S-粗决策模型的储能变流器双环控制

  于重阳;

  电力系统负载变化下，储能变流器具有动态特性，导致总谐波失真(THD)值一直较高，对此，本文提出了基于直觉模糊S-粗决策模型的储能变流器双环控制方法。通过简化储能变流器的电路，建立传递函数，描述储能变流器动态特性，将动态输出电压输入到直觉模糊S-粗决策模型中，迭代求解最优控制方案，进而设计电流内环、电压外环的双环控制策略。实验测试表明，该方法在实践应用中表现出了较低的THD值，储能变流器运行稳定性较好，具有良好的应用前景。

  2025年04期 No.304 94-98页 [查看摘要][在线阅读][下载 3269K]
  

• 基于超螺旋算法的风电机组变桨距二阶滑模控制方法

  李明;陈亨彬;李堂国;钱政华;王明辉;徐江策;

  针对风电机组在复杂风速、风向环境下运行面临的不确定性和干扰导致转速波动、功率输出不稳定的问题，提出一种基于超螺旋算法的变桨距二阶滑模控制方法。建立了风电机组非线性动力学模型，设计滑模面方程，引入超螺旋算法，构建连续控制律，直接驱动桨距角执行机构，实现转速的精确跟踪控制。实验结果表明，在额定功率3 MW风机上，该方法对11～14 m/s阶跃风速扰动的响应时间小于10 s,不同风速(10～20 m/s)和风向(90°～300°)条件下最大转速误差不超过0.8%,桨距角调整迅速精准，输出功率波动显著减小。本方法显著提升了风电机组在变工况下的鲁棒性和稳定性，为实现高效、可靠的风能捕获与并网提供了有效的控制策略支撑。

  2025年04期 No.304 99-104页 [查看摘要][在线阅读][下载 1890K]
  
下载本期数据