变速抽水蓄能技术应用专题

• 变速抽水蓄能机组暂态无功支撑能力及其影响因素

  贾伊杭;许国瑞;卢伟甫;王豪康;

  随着风电、光伏等新能源占比的不断提高，系统暂态无功支撑能力不足和电压稳定问题日益突出，而变速抽水蓄能机组可通过调节转子磁场的大小和方向为系统提供双向暂态无功支撑。本文提出了一种变速抽水蓄能机组无功和电压协调控制策略，获得了励磁控制系统的数学模型；推导了无功功率方程，获得了影响机组暂态无功支撑能力的关键参数；研究了电机本体参数、励磁控制参数和非线性因素对其暂态无功支撑能力的影响，并建立暂态无功支撑能力评价指标，揭示了各参数对变速抽水蓄能机组暂态无功支撑能力的影响规律。研究成果可为变速抽水蓄能机组暂态无功支撑能力提升及关键参数优化提供一定的参考依据和理论基础。

  2025年03期 No.302 1-9页 [查看摘要][在线阅读][下载 6423K]
  

• 变速抽水蓄能机组无功支撑与系统阻尼提升技术

  许国瑞;

  <正>在以新能源为主体的新型电力系统中,电网的频率及电压稳定性问题日益突出,而变速抽水蓄能电机不仅可以在发电和电动两种工况下实现长时间尺度的有功功率灵活调节,达到削峰填谷、缓解源荷供需矛盾的目的,而且能够在电网电压严重故障时,通过快速调节转子磁场的大小和方向为电网提供双向暂态无功支撑,以提升系统的暂态电压稳定性,促进新能源电力的远距离输送和消纳。

  2025年03期 No.302 3-4页 [查看摘要][在线阅读][下载 776K]
  

• 双馈变速抽水蓄能机组附加频率控制策略研究

  周成;王豪康;贾伊杭;许国瑞;

  在变频器控制模式下，双馈变速抽水蓄能机组(Doubly-fed Variable Speed Pump Storage Units, DFVSPSU)转子转速与系统频率解耦，使得系统等效的转动惯量降低，电力系统容易发生低频振荡。为抑制由负荷突变引起的电力系统的低频振荡，本文在传统双闭环控制基础上提出了一种附加频率控制策略，并建立了单机无穷大系统模型，验证了在不同信号、不同负荷变化、不同运行状态、不同控制参数下该控制策略的可行性，揭示了不同转差和控制参数下附加频率控制对频率振荡抑制效果的影响规律。

  2025年03期 No.302 10-15页 [查看摘要][在线阅读][下载 4521K]
  

• 交流励磁发电电动机附加阻尼控制策略

  王豪康;许国瑞;周成;卢伟甫;

  随着新能源大规模并网，同步电机逐渐被取代，电力系统阻尼下降，低频振荡问题日益凸显。而传统交流励磁发电电动机采用有功、无功解耦控制策略，转子转速与网侧频率解耦，机组本身无法改善系统阻尼特性。为了增强含有交流励磁发电电动机组的电力系统的阻尼特性，本文提出了一种交流励磁发电电动机组的附加阻尼控制策略。首先，从理论上分析了通过调节交流励磁发电电动机组输出的有功或无功功率来抑制电力系统低频振荡的可行性。其次，针对单一功率调制的缺点，提出了有功-无功双通道附加阻尼控制。最后，建立了机组并网仿真模型，并进行了仿真验证，结果表明，有功-无功双通道附加阻尼控制可以为系统提供更大的阻尼比，同时可以兼顾机组轴系振荡与系统并网母线电压稳定。

  2025年03期 No.302 16-23页 [查看摘要][在线阅读][下载 6953K]
  

电机部分

• 新能源汽车扁线电机绕组设计及其损耗分析

  冯雨;汪冬梅;梁艳萍;

  本文针对永磁电机扁线导体受高频涡流效应影响较大的问题，以48槽8极扁线绕组永磁电机为研究对象，研究绕组损耗的影响因素。首先，建立了6层均匀扁线导体永磁电机二维场路耦合有限元模型，研究不同扁线层数、不同扁线横截面积对绕组损耗的影响。其次，基于槽内漏磁分布特性，探究扁线导体分割方式对绕组损耗的影响，从而提出一种非均匀矩形利兹线绕组结构。最后，对比分析了非均匀扁线绕组和非均匀矩形利兹线绕组这两种绕组结构的绕组损耗随频率的变化情况。研究表明，非均匀矩形利兹线绕组结构能够显著解决电机运行在高频高速时绕组损耗较大的问题，为解决新能源汽车高速电机绕组损耗的问题提供了方向。

  2025年03期 No.302 24-30页 [查看摘要][在线阅读][下载 5073K]
  

• 基于Transformer掩码重建的转子绕组匝间短路检测

  姚驰宇;桂晶;李泼;王伟;陈聪;武玉才;

  转子绕组匝间短路故障对于汽轮发电机的安全运行危害严重。由于该故障成因多样，传统监测电气参数变化趋势的方法(如励磁电流增加等)具有显著的局限性。而实验手段检测则需要停机，影响正常生产运行。为此，本文以数据驱动作为出发点，提出了一种基于Transformer掩码重建的转子绕组匝间短路检测方法：采集大量的转子励磁电流时间序列数据训练重建模型，学习正常工况下的序列波动特征，通过对比重建序列与原始序列的差异，进一步构建故障诊断模型。最后，在某电厂的大型汽轮发电机的测试数据集上开展了实验。结果表明，本文采用的掩码重建算法对励磁电流数据的重建能力优于传统的自编码器和稀疏自编码器方法，以此建立的诊断方法对运行状态的识别准确率高达96.8%。同时高精度和高召回率表明该模型具有较低的误报警率和漏报警率。

  2025年03期 No.302 31-36页 [查看摘要][在线阅读][下载 2275K]
  

• 长线缆对PWM驱动系统下电机端过电压影响研究

  苏哲;薛建彬;赵明;

  在经由长线缆连接的PWM系统中，变频器输出电压经线缆传输后，会在电机端产生更为严重的过电压现象。本文针对PWM系统下的变频电机产生的过电压问题，以三根单芯线缆为研究对象，分析其长度对于电机端产生的过电压幅值规律。基于传输线理论和基本的电路模型，分析了电机端过电压的产生机理，并通过有限元仿真、理论计算、实际测试，获得了线缆本身的分布电感、分布电阻以及分布电容。同时在仿真软件中搭建变频器、线缆与电机的等效模型，并计算了不同线缆长度下电机端的过电压。最终通过搭建相关实验平台，在同一工况下，将线缆长度分别选为1m、4m、8m、15m,对电机端的过电压进行测试，以验证仿真模型和仿真结果。将仿真结果与实测结果进行对比，两者呈现相同的规律，且误差在合理的范围内，这验证了所搭建电路模型的准确性。

  2025年03期 No.302 37-45页 [查看摘要][在线阅读][下载 13844K]
  

• LADRC附加阻尼抑制次同步振荡研究

  李博浩;冶海平;孙勇超;张丁忠;郭昆丽;贺万栋;马顺青;郭世云;

  针对在弱电网下直驱风电机组引起的次同步振荡(SSO)问题，采用一阶LADRC控制器，提出一阶LADRC附加阻尼抑制策略。首先，分析弱电网情况下诱发SSO的机理；其次，对该抑制方式进行阻抗建模，并进一步通过Nyquist曲线验证其稳定性；最后，通过PSCAD仿真软件，在三种不同工况下将一阶LADRC附加阻尼抑制策略、PI附加阻尼抑制策略以及PI(无附加控制)策略进行对比。仿真结果表明，该抑制策略在功率波动范围方面优于其他策略，验证了该策略抑制SSO问题上的有效性和适应性。该抑制策略在减小功率波动范围的同时能有效地解决SSO问题，在工程实践应用中具有一定的参考价值。

  2025年03期 No.302 46-54页 [查看摘要][在线阅读][下载 9586K]
  

• 某水轮发电机通风冷却系统改造方案研究

  王环东;张永慧;秦光宇;韩荣娜;陆英楠;孙宇亮;

  本文针对某电站单路通风水轮发电机存在的定子线圈下端部温度偏高及检修维护困难等问题，开展了冷却结构优化研究。通过对流场和温度场计算分析，提出针对该发电机的冷却新结构；通过改变挡风板位置和尺寸对冷却定子线圈下端部的风量和来流角度进行控制，有效降低了定子线圈下端部温度，解决了固定挡风板检修过程中拆装困难的问题。研究表明，新结构定子线圈下端部温升降低6K左右。该解决方案可为存在类似问题的电站机组提供参考借鉴。

  2025年03期 No.302 55-60页 [查看摘要][在线阅读][下载 10810K]
  

• 基于新型材料的鼠笼异步电机定子侧铁耗分布研究

  武玉才;武胜取;刘建民;

  非晶合金因优异的铁磁性能，在电机领域具有广泛的应用前景。为研究采用新型材料制造的鼠笼异步电机定子侧铁耗分布特性，建立三相异步电动机二维电磁有限元仿真模型，分析了满载运行时定子铁芯典型位置磁密的变化情况；通过对定子铁芯的分块处理，得到定子不同区域铁耗分布。结果表明，与硅钢铁芯相比，非晶合金铁芯定子侧磁密波形更为平稳，但铁耗分布较不均匀，主要集中在定子齿身的偏上部分，占定子铁耗的45.3%,硅钢铁芯定子铁耗则较为平均地分布在定子齿身的上、下部与定子轭部区域，分别占定子铁耗的27.7%、27.7%与27.2%。本文研究的非晶合金铁芯鼠笼异步电机定子侧铁耗分布，有助于深入理解非晶材料在电机中的应用特性，优化电机设计，提高能效，并为新型材料在鼠笼电机领域的应用提供参考。

  2025年03期 No.302 61-65+71页 [查看摘要][在线阅读][下载 7518K]
  

• 基于DMD算法的水轮发电机定子线棒绝缘介质响应参数辨识

  杨帅;张跃;朱光亚;马世宇;

  为准确评估大型水轮发电机定子绕组的绝缘状态，本文提出一种基于动态模态分解(DMD)的主绝缘拓展Debye模型参数辨识方法。首先，基于去极化电流时间序列进行DMD分解，并利用去极化电流稳态值进行低秩截断。然后，利用低阶Koopman算子求解拓展Debye模型支路参数。仿真结果表明，该方法能够较为准确地辨识拓展Debye模型支路参数，且具有良好的鲁棒性。最后，对不同热老化时长的定子线棒进行极化/去极化电流(PDC)测试，采用上述方法进行参数辨识，验证了该方法的可行性。

  2025年03期 No.302 66-71页 [查看摘要][在线阅读][下载 2914K]
  

• 兆瓦级永磁发电机机端空载突然短路转子电磁力分析

  于鸿浩;孙玉田;邹继斌;靳慧勇;汪伟;

  兆瓦级永磁发电机是船舶供电系统的核心装置，高速转子通常采用表面式永磁体结构，故障工况下金属护套和永磁体均受到较大的电磁力作用。本文以一台2700kW表面式多相永磁发电机为研究对象，建立了样机二维非线性电磁场的时步有限元计算模型，并对机端空载突然短路工况进行计算。结果表明，在不同护套材质情况下，样机转子电磁力分布规律和转子各部件电磁转矩的分布存在差异。具体而言，非磁性金属护套的短路力矩是转子电磁转矩的主要部分，护套内部的电磁应力随时间脉振，设计护套紧量和校核疲劳寿命时应考虑短路力。

  2025年03期 No.302 72-76+83页 [查看摘要][在线阅读][下载 10522K]
  

• 发电电动机同步可逆式滑环碳粉自吸装置结构研究

  何永清;蒋明君;马永良;任天明;

  本文结合实际工程项目需要，研发出一种适用于抽水蓄能发电电动机的新型同步可逆式滑环碳粉自吸装置结构，以解决抽水蓄能发电电动机滑环温度高、碳粉吸收效果不佳的问题。该装置通过自身结构部件旋转产生的压头和风量形成导流，实现双向运行过程中装置圆周方向均匀吸尘的效果，并有效控制滑环运行温度。研究过程中通过有限元建模进行刚强度计算、流体场仿真分析和制作装置实物冷模型试验等方法验证了该装置结构的合理性与可行性。该结构已应用于实际工程项目中，结果表明：所研发的新型同步可逆式滑环碳粉自吸装置能够满足实际工程使用需要。

  2025年03期 No.302 77-83页 [查看摘要][在线阅读][下载 14068K]
  

水轮机及水泵

• 水泵水轮机顶盖螺栓预紧力对顶盖-座环应力特性影响研究

  王青贤;宋希杰;王耀;王正伟;肖卫;

  本文针对水泵水轮机机组中顶盖螺栓的预紧力对顶盖座环应力特性的影响进行了系统的数值计算研究。采用有限元分析法，对顶盖及其座环进行建模，考虑不同的预紧力水平，模拟其在工作状态下的应力分布情况。研究结果表明，螺栓预紧力的变化显著影响顶盖座环的应力特性，预紧力不足可能导致应力集中，进而影响机组的安全性与稳定性。通过对比不同预紧力条件下的应力分布，本文提出了优化螺栓预紧力的建议，以提高水泵水轮机的运行可靠性和效率。研究成果为水泵水轮机的设计和维护提供了理论依据，并为今后进一步优化机组结构提供了指导。

  2025年03期 No.302 84-91页 [查看摘要][在线阅读][下载 17908K]
  

辅机及其他

• 面向磁性处理脉冲电源的飞轮储能阵列控制策略研究

  郈杭千;刘胜道;李志新;

  现有磁性处理脉冲电源存在储能方式可靠性较低、控制方式动态响应慢等问题，无法满足逐渐增大的磁性处理功率需求。本文针对面向磁性处理脉冲电源的飞轮储能阵列工况，采用模型预测电流控制作为飞轮储能电机控制内环的控制策略，提出一种飞轮储能单机连接电网分段充电和飞轮储能阵列连接电网协同放电的控制策略。仿真结果表明，本文提出的控制策略能够实现飞轮储能单机的高效能量存储以及飞轮储能阵列的短时大功率放电，充放电过程中直流母线电压波动小，且放电结束后飞轮储能单机的荷电状态趋于一致，可大幅提升磁性处理脉冲电源的稳定性与电源质量。

  2025年03期 No.302 92-99页 [查看摘要][在线阅读][下载 5623K]
  

• 波纹参数对板翅式换热器流动及传热性能影响规律研究

  吴涛;黄菊;叶建军;谢军龙;张杨溢;

  本文构建了板翅式换热器波纹翅片的流动与传热数值模型，研究了板翅式换热器空气侧波纹翅片的强化传热机理，并基于翅片传热因子j和摩擦因子f分析了波纹幅度及波纹长度对翅片通道内部流动及传热性能的影响规律。研究表明，较小的波纹长度有利于提升翅片传热性能，但流动阻力会相应增加。在较高雷诺数下，通过增加波纹幅度提升传热性能时，需要同时评估其对阻力特性的影响，以免造成过大的流动阻力。

  2025年03期 No.302 100-107页 [查看摘要][在线阅读][下载 11687K]
  

• 基于FRA法和CNN的变压器绕组故障诊断研究

  邱晟璇;王松;刘子瑞;余哲洋;董玮;刘军;

  随着工业5.0时代的到来，对电力设备运行监测和故障诊断也提出了更高的要求。然而，传统的机器学习需要人工提取用作模型输入的特征参数，将导致信息提取不充分，进而影响模型的诊断结果。因此，本文提出了一种基于频率响应分析(FRA)法和卷积神经网络(CNN)的变压器绕组故障诊断方法，利用变压器模型模拟绕组故障并获得FRA数据，建立并训练CNN模型实现绕组故障诊断。结果显示，CNN模型在轴向位移(AD)、饼间间距变化(DSV)和径向变形(FB)故障类型及程度的诊断中表现十分优异，准确率分别达到98.96%、100%、100%和97.37%,显著优于常见的机器学习模型，表明FRA+CNN的诊断策略非常有效。该方法进一步提高了绕组故障诊断精度，一方面有助于准确识别变压器故障，保障其安全可靠运行，维持电力系统稳定；另一方面也为其他电力设备的故障诊断提供了科学思路。

  2025年03期 No.302 108-116+122页 [查看摘要][在线阅读][下载 11346K]
  

• 基于全阶状态观测器的磁悬浮膨胀发电机无传感器控制策略研究

  纪历;项宇强;陈美豪;

  磁悬浮膨胀发电机采用直驱式结构，可以大幅提高设备效率。本文研究磁悬浮膨胀发电机机侧无传感器控制策略。该方法将状态观测器与数字锁相环相结合，利用状态观测器计算转子反电势在α-β坐标系上的分量，根据实际状态与估计电流信号之间的偏差来调节观测器输出。在此基础上通过数字锁相环计算转子转速及角度，从而得到转子位置信息，实现矢量控制。文中通过仿真与试验对该方法进行了验证，结果表明该控制方法能够较好地估计转子角度，实现矢量控制，且具有良好的静、动态性能，可以为磁悬浮发电设备的开发提供理论依据。

  2025年03期 No.302 117-122页 [查看摘要][在线阅读][下载 4366K]
  
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