核電廠勵磁系統(tǒng)經(jīng)驗交流研討會議 郝亮亮

1、核電機組勵磁機及旋轉(zhuǎn)整流系統(tǒng)的電磁暫態(tài)仿真平臺及應(yīng)用北京交通大學(xué)北京交通大學(xué) 郝亮亮郝亮亮2016-8-170、交流大綱、交流大綱 本次報告從以下四個方面展開： 1 1、個人情況簡介、個人情況簡介 2 2、主流的電力系統(tǒng)仿真軟件介紹、主流的電力系統(tǒng)仿真軟件介紹 3 3、基于、基于ANSYS/Maxwell+ SimplorerANSYS/Maxwell+ Simplorer的電磁暫態(tài)仿真平臺的電磁暫態(tài)仿真平臺 4 4、電磁暫態(tài)仿真平臺的應(yīng)用、電磁暫態(tài)仿真平臺的應(yīng)用1 1、個人簡介、個人簡介 19861986年年3 3月出生于黑龍江省黑河市，祖籍山東煙臺。月出生于黑龍江省黑河市，祖籍山東煙臺。

2、20032003年年9 9月考入湖南大學(xué)電氣與信息工程學(xué)院，月考入湖南大學(xué)電氣與信息工程學(xué)院，20072007年年6 6月本科畢業(yè)。月本科畢業(yè)。 20072007年年9 9月進入清華大學(xué)電機系直接攻讀博士學(xué)位，月進入清華大學(xué)電機系直接攻讀博士學(xué)位，20122012年年6 6月畢業(yè)獲月畢業(yè)獲得博士學(xué)位。得博士學(xué)位。 20122012年年7 7月進入北京交通大學(xué)任職講師，并進入博士后科研流動站。月進入北京交通大學(xué)任職講師，并進入博士后科研流動站。 20142014年年7 7月博士后出站，破格晉升副教授。月博士后出站，破格晉升副教授。1 1、個人簡介、個人簡介 一直從事電氣主設(shè)備保護及監(jiān)測的研究和開

3、發(fā)工作，主要包括：大型一直從事電氣主設(shè)備保護及監(jiān)測的研究和開發(fā)工作，主要包括：大型發(fā)電機繞組內(nèi)部故障保護與監(jiān)測、雙饋風(fēng)力發(fā)電機的運行監(jiān)測、機電特發(fā)電機繞組內(nèi)部故障保護與監(jiān)測、雙饋風(fēng)力發(fā)電機的運行監(jiān)測、機電特征融合的發(fā)電機電氣故障在線診斷。在電機及其系統(tǒng)暫態(tài)分析、電磁場征融合的發(fā)電機電氣故障在線診斷。在電機及其系統(tǒng)暫態(tài)分析、電磁場數(shù)值計算以及發(fā)電機振動分析等方面具有較好的基礎(chǔ)和經(jīng)驗。數(shù)值計算以及發(fā)電機振動分析等方面具有較好的基礎(chǔ)和經(jīng)驗。 近兩年來，還主要開展柔性直流輸電技術(shù)（主要是建模和保護）及電近兩年來，還主要開展柔性直流輸電技術(shù)（主要是建模和保護）及電力系統(tǒng)儲能方面的應(yīng)用研究。力系統(tǒng)儲能方面

4、的應(yīng)用研究。 常用主流的電力系統(tǒng)仿真軟件 PSCADPSCAD MATLAB/SIMULINK MATLAB/SIMULINK PSASPPSASP圖1 包括勵磁機及旋轉(zhuǎn)整流系統(tǒng)的核電無刷勵磁系統(tǒng)示意圖2、主流的電力系統(tǒng)仿真軟件介紹、主流的電力系統(tǒng)仿真軟件介紹2、主流的電力系統(tǒng)仿真軟件介紹、主流的電力系統(tǒng)仿真軟件介紹 2.1 PSCAD （Power System Computer Aided Design） ：采用：采用EMTDCEMTDC內(nèi)核，仿真效率高，對電磁暫態(tài)過程的仿真很內(nèi)核，仿真效率高，對電磁暫態(tài)過程的仿真很準(zhǔn)確，界面純凈。它是目前最主流的電磁暫態(tài)仿真軟件，適合于研究準(zhǔn)確，界面純凈

5、。它是目前最主流的電磁暫態(tài)仿真軟件，適合于研究各種交直流電力系統(tǒng)問題，又能完成各種交直流電力系統(tǒng)問題，又能完成電力電子仿真電力電子仿真及其非線性控制。及其非線性控制。 ：應(yīng)用程序接口缺乏面向?qū)ο髷U展應(yīng)用程序接口缺乏面向?qū)ο髷U展能力。能力。 ：DSTATCOMDSTATCOM的控制仿真及模型封裝、組合級聯(lián)式鋰電池儲的控制仿真及模型封裝、組合級聯(lián)式鋰電池儲能系統(tǒng)及其在光伏電站的應(yīng)用、雙端能系統(tǒng)及其在光伏電站的應(yīng)用、雙端MMCMMC柔性直流輸電系統(tǒng)。柔性直流輸電系統(tǒng)。 ：EMTPEMTP（Electro-Magnetic Transient ProgramElectro-Magnetic Trans

6、ient Program），包括），包括各種版本：各種版本：ATP-EMTPATP-EMTP、EMTP-RVEMTP-RV等。等。 2.2 MATLAB/SIMULINK ：面向?qū)ο髷U展能力強，擁有極其豐富的基本元件庫，仿：面向?qū)ο髷U展能力強，擁有極其豐富的基本元件庫，仿真復(fù)雜控制系統(tǒng)的能力極強。真復(fù)雜控制系統(tǒng)的能力極強。 ：仿真速度較：仿真速度較EMTDCEMTDC內(nèi)核要慢，電力電子器件級仿真精度不內(nèi)核要慢，電力電子器件級仿真精度不如如EMTDCEMTDC。 ： 雙 端： 雙 端 M M CM M C 柔 性 直 流 輸 電 系 統(tǒng) 的 控 制 策 略柔 性 直 流 輸 電 系 統(tǒng) 的 控

7、制 策 略 ; ; 基 于基 于SIMULINK/RT-LABSIMULINK/RT-LAB實時暫態(tài)仿真的柔性直流輸電繼電保護裝置測試。實時暫態(tài)仿真的柔性直流輸電繼電保護裝置測試。2、主流的電力系統(tǒng)仿真軟件介紹主流的電力系統(tǒng)仿真軟件介紹 2.3 PSASP （Power System Analysis Software Package） ：我國具有自主知識產(chǎn)權(quán)；主要用來進行電力系統(tǒng)：我國具有自主知識產(chǎn)權(quán)；主要用來進行電力系統(tǒng)( (輸電、輸電、供電和配電系統(tǒng)供電和配電系統(tǒng)) )的各種計算分析，仿真速度快，方便導(dǎo)入電網(wǎng)基本的各種計算分析，仿真速度快，方便導(dǎo)入電網(wǎng)基本數(shù)據(jù)庫，支持靈活的用戶自定義模型

8、。數(shù)據(jù)庫，支持靈活的用戶自定義模型。 ：本質(zhì)上是面向電力系統(tǒng)的機電暫態(tài)仿真程序。：本質(zhì)上是面向電力系統(tǒng)的機電暫態(tài)仿真程序。( (非電磁暫非電磁暫態(tài)態(tài)) ) ：高速鐵路對河南電網(wǎng)穩(wěn)定性的影響分析。：高速鐵路對河南電網(wǎng)穩(wěn)定性的影響分析。 ： BPA BPA（Bonneville Power AdministrationBonneville Power Administration）。）。2、主流的電力系統(tǒng)仿真軟件介紹、主流的電力系統(tǒng)仿真軟件介紹 2.4 核電勵磁機及旋轉(zhuǎn)整流系統(tǒng)電磁暫態(tài)仿真需考慮的特殊需求圖2 核電無刷勵磁系統(tǒng)示意圖 必須必須基于實際參數(shù)基于實際參數(shù)（電機（電機尺寸、繞尺寸、繞組形

9、式等）準(zhǔn)確組形式等）準(zhǔn)確建立發(fā)電機和勵磁機建立發(fā)電機和勵磁機的的，這，這是準(zhǔn)確計算電機內(nèi)部是準(zhǔn)確計算電機內(nèi)部暫態(tài)過程（尤其是故障期間）的暫態(tài)過程（尤其是故障期間）的基礎(chǔ)。基礎(chǔ)。 發(fā)電機的計算模型應(yīng)能夠正確反映發(fā)電機的計算模型應(yīng)能夠正確反映故障期間內(nèi)部故障期間內(nèi)部的變化，只有這樣才能客觀的反的變化，只有這樣才能客觀的反映故障期間電機內(nèi)部發(fā)生的暫態(tài)過程。映故障期間電機內(nèi)部發(fā)生的暫態(tài)過程。 對旋轉(zhuǎn)整流器的仿真必須考慮二極對旋轉(zhuǎn)整流器的仿真必須考慮二極管管。目前電力系統(tǒng)常用的電磁暫態(tài)目前電力系統(tǒng)常用的電磁暫態(tài)仿真軟件均很難同時做到以上三點仿真軟件均很難同時做到以上三點。2、主流的電力系統(tǒng)仿真軟件介紹、

10、主流的電力系統(tǒng)仿真軟件介紹 3.1 ANSYS/Maxwell 電磁場仿真分析軟件 ANSYS/Maxwell 是業(yè)界最頂級的電磁場仿真分析軟件，可以幫助人們完成是業(yè)界最頂級的電磁場仿真分析軟件，可以幫助人們完成電磁設(shè)備與機電設(shè)備的三維電磁設(shè)備與機電設(shè)備的三維/二維有限元仿真分析。二維有限元仿真分析。Maxwell使用有限元算法，使用有限元算法，可以完成靜態(tài)、頻域以及時域磁場與電場仿真分析。在進行電機暫態(tài)分析時，可以完成靜態(tài)、頻域以及時域磁場與電場仿真分析。在進行電機暫態(tài)分析時， Maxwell根據(jù)電機實際物理模型的幾何形狀、尺寸、材料屬性進行建模，外根據(jù)電機實際物理模型的幾何形狀、尺寸、材料

11、屬性進行建模，外電路和電機內(nèi)部電磁場的耦合能夠準(zhǔn)確反映電氣量和磁場之間的相互作用，電路和電機內(nèi)部電磁場的耦合能夠準(zhǔn)確反映電氣量和磁場之間的相互作用，。 ANSYS/Maxwell 另外一個優(yōu)勢在于它可以生成基于有限元算法的高保真，另外一個優(yōu)勢在于它可以生成基于有限元算法的高保真，降階模型，上述模型可用于降階模型，上述模型可用于ANSYS Simplorer系統(tǒng)仿真分析，系統(tǒng)仿真分析，3、基于、基于ANSYS/Maxwell+ SimplorerANSYS/Maxwell+ Simplorer的電磁的電磁暫態(tài)仿真平臺暫態(tài)仿真平臺3.2 ANSYS/Maxwell+ Simplorer 進行電磁+

12、電路系統(tǒng)建模 Simplorer是是ANSYS的多物理域系統(tǒng)的多物理域系統(tǒng)集成軟件，具有強大的建模功能和多集成軟件，具有強大的建模功能和多模塊協(xié)同仿真技術(shù)。它可以將復(fù)雜的模塊協(xié)同仿真技術(shù)。它可以將復(fù)雜的電路分析與電路分析與Maxwell精確有限元仿真分精確有限元仿真分析集成在一起，用于電氣、電磁、電析集成在一起，用于電氣、電磁、電力電子、控制等機電一體化系統(tǒng)的建力電子、控制等機電一體化系統(tǒng)的建模、設(shè)計、仿真分析。模、設(shè)計、仿真分析。 采用采用ANSYS/Maxwell生成的發(fā)電機模生成的發(fā)電機模型聯(lián)合型聯(lián)合Simplorer中準(zhǔn)確中準(zhǔn)確的整流器模型，的整流器模型，能夠仿真能夠仿真圖3多相無刷勵

13、磁系統(tǒng)的電路部分和電磁部分3、基于、基于ANSYS/Maxwell+ SimplorerANSYS/Maxwell+ Simplorer的電磁的電磁暫態(tài)仿真平臺暫態(tài)仿真平臺3.3 ANSYS/Maxwell + Simplorer建模仿真實例三相無刷勵磁系統(tǒng)圖4 在Simplorer中建立的簡單三相無刷勵磁系統(tǒng)模型勵磁機勵磁機主發(fā)電機主發(fā)電機機端整流橋機端整流橋旋轉(zhuǎn)整流器旋轉(zhuǎn)整流器同軸的機械同軸的機械連接連接3、基于、基于ANSYS/Maxwell+ SimplorerANSYS/Maxwell+ Simplorer的電磁的電磁暫態(tài)仿真平臺暫態(tài)仿真平臺3.3 ANSYS/Maxwell + S

14、implorer建模仿真實例三相無刷勵磁系統(tǒng)圖5 在Maxwell中建立的勵磁機模型3、基于、基于ANSYS/Maxwell+ SimplorerANSYS/Maxwell+ Simplorer的電磁的電磁暫態(tài)仿真平臺暫態(tài)仿真平臺3.3 ANSYS/Maxwell + Simplorer建模仿真實例三相無刷勵磁系統(tǒng)圖6 ANSYS/Maxwell + Simplorer聯(lián)合仿真計算出的勵磁機內(nèi)磁場3、基于、基于ANSYS/Maxwell+ SimplorerANSYS/Maxwell+ Simplorer的電磁的電磁暫態(tài)仿真平臺暫態(tài)仿真平臺3.3 ANSYS/Maxwell + Simplor

15、er建模仿真實例三相無刷勵磁系統(tǒng)圖7 ANSYS/Maxwell + Simplorer聯(lián)合仿真計算出勵磁機端電壓3、基于、基于ANSYS/Maxwell+ SimplorerANSYS/Maxwell+ Simplorer的電磁的電磁暫態(tài)仿真平臺暫態(tài)仿真平臺3.3 ANSYS/Maxwell + Simplorer建模仿真實例三相無刷勵磁系統(tǒng)圖8 ANSYS/Maxwell + Simplorer聯(lián)合仿真計算出旋轉(zhuǎn)整流器輸出電壓（主發(fā)電機勵磁電壓）3、基于、基于ANSYS/Maxwell+ SimplorerANSYS/Maxwell+ Simplorer的電磁的電磁暫態(tài)仿真平臺暫態(tài)仿真平臺

16、3.3 ANSYS/Maxwell + Simplorer建模仿真實例三相無刷勵磁系統(tǒng)圖9 ANSYS/Maxwell + Simplorer聯(lián)合仿真計算出旋轉(zhuǎn)整流器輸出電流（主發(fā)電機勵磁電流）3、基于、基于ANSYS/Maxwell+ SimplorerANSYS/Maxwell+ Simplorer的電磁的電磁暫態(tài)仿真平臺暫態(tài)仿真平臺3.3 ANSYS/Maxwell + Simplorer建模仿真實例三相無刷勵磁系統(tǒng)圖10 ANSYS/Maxwell + Simplorer聯(lián)合仿真計算出勵磁機轉(zhuǎn)矩3、基于、基于ANSYS/Maxwell+ SimplorerANSYS/Maxwell+

17、Simplorer的電磁的電磁暫態(tài)仿真平臺暫態(tài)仿真平臺4、電磁暫態(tài)仿真平臺的應(yīng)用（、電磁暫態(tài)仿真平臺的應(yīng)用（1）4.1 應(yīng)用實例1同步發(fā)電機轉(zhuǎn)子匝間故障仿真圖11 同步發(fā)電機轉(zhuǎn)子匝間故障示意圖4、電磁暫態(tài)仿真平臺的應(yīng)用（、電磁暫態(tài)仿真平臺的應(yīng)用（1）4.1 應(yīng)用實例1同步發(fā)電機轉(zhuǎn)子匝間故障仿真圖12 物理模型的建立4、電磁暫態(tài)仿真平臺的應(yīng)用（、電磁暫態(tài)仿真平臺的應(yīng)用（1）4.1 應(yīng)用實例1同步發(fā)電機轉(zhuǎn)子匝間故障仿真圖13 定子回路電路模型的建立4、電磁暫態(tài)仿真平臺的應(yīng)用（、電磁暫態(tài)仿真平臺的應(yīng)用（1）4.1 應(yīng)用實例1同步發(fā)電機轉(zhuǎn)子匝間故障仿真圖14 阻尼回路電路模型的建立4、電磁暫態(tài)仿真平臺

18、的應(yīng)用（、電磁暫態(tài)仿真平臺的應(yīng)用（1）4.1 應(yīng)用實例1同步發(fā)電機轉(zhuǎn)子匝間故障仿真圖15 故障后定子分支電流暫態(tài)過程的實驗和仿真結(jié)果對比-0.10.00.10.20.30.40.5-15-10-5051015Ia3 / At/s-0.10.00.10.20.30.40.5-15-10-5051015 Ia3 / At/s（a）實驗波形 （b）仿真波形4、電磁暫態(tài)仿真平臺的應(yīng)用（、電磁暫態(tài)仿真平臺的應(yīng)用（1）4.1 應(yīng)用實例1同步發(fā)電機轉(zhuǎn)子匝間故障仿真圖16 故障后定子分支電流穩(wěn)態(tài)波形的實驗和仿真結(jié)果對比（a）實驗波形 （b）仿真波形1.001.021.041.061.081.101.12-15

19、-10-5051015Ia3 / At/s1.001.021.041.061.081.101.12-15-10-5051015 Ia3 / At/s4、電磁暫態(tài)仿真平臺的應(yīng)用（、電磁暫態(tài)仿真平臺的應(yīng)用（1）4.1 應(yīng)用實例1同步發(fā)電機轉(zhuǎn)子匝間故障仿真表1 故障后定子分支電流的穩(wěn)態(tài)電流各次諧波仿真與實驗的對比1/3次諧波次諧波0.040.490.526.122/3次諧波次諧波0.202.622.446.87基波基波4.104.574.296.134/3次諧波次諧波0.023.093.031.945/3次諧波次諧波0.071.301.189.237/3次諧波次諧波0.080.230.244.354

20、、電磁暫態(tài)仿真平臺的應(yīng)用（、電磁暫態(tài)仿真平臺的應(yīng)用（1）4.1 應(yīng)用實例1同步發(fā)電機轉(zhuǎn)子匝間故障仿真圖17 故障后勵磁電流暫態(tài)過程的實驗和仿真結(jié)果對比（a）實驗波形 （b）仿真波形-0.10.00.10.20.30.40.5345678t/sIf / A-0.10.00.10.20.30.40.5345678 t/sIf / A 4.2 應(yīng)用實例2正常運行的多相無刷勵磁系統(tǒng)仿真4、電磁暫態(tài)仿真平臺的應(yīng)用（、電磁暫態(tài)仿真平臺的應(yīng)用（2） 4.2 應(yīng)用實例2正常運行的多相無刷勵磁系統(tǒng)仿真4、電磁暫態(tài)仿真平臺的應(yīng)用（、電磁暫態(tài)仿真平臺的應(yīng)用（2）圖圖18 主發(fā)電機的定子繞組連接圖主發(fā)電機的定子繞組連

21、接圖圖圖19 主發(fā)電機的物理模型及有限元網(wǎng)格剖分主發(fā)電機的物理模型及有限元網(wǎng)格剖分4.2 應(yīng)用實例2正常運行的多相無刷勵磁系統(tǒng)仿真4、電磁暫態(tài)仿真平臺的應(yīng)用、電磁暫態(tài)仿真平臺的應(yīng)用（2）4.2 應(yīng)用實例2正常運行的多相無刷勵磁系統(tǒng)仿真4、電磁暫態(tài)仿真平臺的應(yīng)用、電磁暫態(tài)仿真平臺的應(yīng)用（2）4.2 應(yīng)用實例2正常運行的多相無刷勵磁系統(tǒng)仿真4、電磁暫態(tài)仿真平臺的應(yīng)用、電磁暫態(tài)仿真平臺的應(yīng)用（2）圖圖20 勵磁機勵磁機的定子繞組連接圖的定子繞組連接圖圖圖21 勵磁機的物理模型及有限元剖分勵磁機的物理模型及有限元剖分4.2 應(yīng)用實例2正常運行的多相無刷勵磁系統(tǒng)仿真4、電磁暫態(tài)仿真平臺的應(yīng)用、電磁暫態(tài)仿

22、真平臺的應(yīng)用（2）圖圖22 39相旋轉(zhuǎn)整流器模型相旋轉(zhuǎn)整流器模型4.2 應(yīng)用實例2正常運行的多相無刷勵磁系統(tǒng)仿真4、電磁暫態(tài)仿真平臺的應(yīng)用、電磁暫態(tài)仿真平臺的應(yīng)用（2）勵磁機二極管發(fā)電機勵磁繞組及反電勢圖圖23 正常運行時的發(fā)電機勵磁電流仿正常運行時的發(fā)電機勵磁電流仿真結(jié)果真結(jié)果4.2 應(yīng)用實例2正常運行的多相無刷勵磁系統(tǒng)仿真4、電磁暫態(tài)仿真平臺的應(yīng)用、電磁暫態(tài)仿真平臺的應(yīng)用（2）051015202530050010001500200025003000350040004500igf/At/ms 某 電 力 科 學(xué) 研 究 院 提 供 的某 電 力 科 學(xué) 研 究 院 提 供 的XX核電站核電站

23、1號機勵磁參數(shù)測試號機勵磁參數(shù)測試及建模報告及建模報告：勵磁機額定勵磁勵磁機額定勵磁電流為電流為113.2A，額定電流為，額定電流為6375 A。 勵磁機的勵磁電流與發(fā)電機勵勵磁機的勵磁電流與發(fā)電機勵磁電流（即勵磁機負(fù)載電流）成磁電流（即勵磁機負(fù)載電流）成正比。由此可估算：正比。由此可估算：當(dāng)勵磁機勵當(dāng)勵磁機勵磁電流為磁電流為72.5A時，發(fā)電機勵磁時，發(fā)電機勵磁電流約為電流約為4083A。4.2 應(yīng)用實例2正常運行的多相無刷勵磁系統(tǒng)仿真4、電磁暫態(tài)仿真平臺的應(yīng)用、電磁暫態(tài)仿真平臺的應(yīng)用（2） 根據(jù)勵磁機額定參數(shù)推算的當(dāng)根據(jù)勵磁機額定參數(shù)推算的當(dāng)前工況發(fā)電機勵磁電壓穩(wěn)態(tài)值約前工況發(fā)電機勵磁電壓

24、穩(wěn)態(tài)值約為為325V，發(fā)電機勵磁電壓的穩(wěn)，發(fā)電機勵磁電壓的穩(wěn)態(tài)仿真值約為態(tài)仿真值約為320V。 計算的結(jié)果基本合理。計算的結(jié)果基本合理。0510152025300.20.30.40.50.60.70.80.9Vgf/kVt/ms圖圖24 正常運行時發(fā)電機勵磁電壓仿真正常運行時發(fā)電機勵磁電壓仿真結(jié)果結(jié)果4.2 應(yīng)用實例2正常運行的多相無刷勵磁系統(tǒng)仿真4、電磁暫態(tài)仿真平臺的應(yīng)用、電磁暫態(tài)仿真平臺的應(yīng)用（2）圖圖25 正常運行時發(fā)電機相電壓仿真結(jié)正常運行時發(fā)電機相電壓仿真結(jié)果果 計算出的穩(wěn)態(tài)相電壓有效值約計算出的穩(wěn)態(tài)相電壓有效值約為為13.84kV（錄波值為（錄波值為13.82 kV）,相電流的有效

25、值約為相電流的有效值約為20.42 kA（錄波值為（錄波值為20.50 kA），相電），相電壓超前相電流約壓超前相電流約6.7（錄波值（錄波值為為6.7）。）。 計算出的結(jié)果均與錄波波形基計算出的結(jié)果均與錄波波形基本吻合，說明了計算結(jié)果的合理本吻合，說明了計算結(jié)果的合理性。性。4.2 應(yīng)用實例2正常運行的多相無刷勵磁系統(tǒng)仿真4、電磁暫態(tài)仿真平臺的應(yīng)用、電磁暫態(tài)仿真平臺的應(yīng)用（2） 計算出的穩(wěn)態(tài)相電壓有效值約計算出的穩(wěn)態(tài)相電壓有效值約為為13.84kV（錄波值為（錄波值為13.82 kV）,相電流的有效值約為相電流的有效值約為20.42 kA（錄波值為（錄波值為20.50 kA），相電），相電壓

26、超前相電流約壓超前相電流約6.7（錄波值（錄波值為為6.7）。）。 計算出的結(jié)果均與錄波波形基計算出的結(jié)果均與錄波波形基本吻合，說明了計算結(jié)果的合理本吻合，說明了計算結(jié)果的合理性。性。圖圖26 正常運行時的發(fā)電機相電流仿真正常運行時的發(fā)電機相電流仿真結(jié)果結(jié)果4.2 應(yīng)用實例2正常運行的多相無刷勵磁系統(tǒng)仿真4、電磁暫態(tài)仿真平臺的應(yīng)用（、電磁暫態(tài)仿真平臺的應(yīng)用（2）圖圖27 正常運行時勵磁機第正常運行時勵磁機第1相下橋臂二極管承受的電壓相下橋臂二極管承受的電壓4.2 應(yīng)用實例2正常運行的多相無刷勵磁系統(tǒng)仿真4、電磁暫態(tài)仿真平臺的應(yīng)用（、電磁暫態(tài)仿真平臺的應(yīng)用（2）圖圖30正常運行時勵磁機第正常運行

27、時勵磁機第1相電樞繞組對應(yīng)的上、下橋臂電流相電樞繞組對應(yīng)的上、下橋臂電流0510152025300-200-400-600-800BranchCurrentATime ms (0) Au Ad4.2 應(yīng)用實例2正常運行的多相無刷勵磁系統(tǒng)仿真4、電磁暫態(tài)仿真平臺的應(yīng)用（、電磁暫態(tài)仿真平臺的應(yīng)用（2）圖圖31正常運行時勵磁機第正常運行時勵磁機第1相電樞繞組電流相電樞繞組電流4.2 應(yīng)用實例2正常運行的多相無刷勵磁系統(tǒng)仿真4、電磁暫態(tài)仿真平臺的應(yīng)用（、電磁暫態(tài)仿真平臺的應(yīng)用（2）圖圖32正常運行時所有二極管的電壓波形簇正常運行時所有二極管的電壓波形簇0510152025300.00.10.20.30

28、.40.50.60.70.80.9NodeVoltage(IDA) kVTime ms (0)4.2 應(yīng)用實例2正常運行的多相無刷勵磁系統(tǒng)仿真4、電磁暫態(tài)仿真平臺的應(yīng)用（、電磁暫態(tài)仿真平臺的應(yīng)用（2）圖圖33正常運行時所有二極管的電流波形簇正常運行時所有二極管的電流波形簇0510152025300-200-400-600-800-1000BranchCurrent(VA) ATime ms (0)圖圖34 額定運行工況的發(fā)電機勵磁電流仿額定運行工況的發(fā)電機勵磁電流仿真結(jié)果真結(jié)果4.2 應(yīng)用實例2正常運行的多相無刷勵磁系統(tǒng)仿真4、電磁暫態(tài)仿真平臺的應(yīng)用（、電磁暫態(tài)仿真平臺的應(yīng)用（2） 額定運行工

29、況下發(fā)電機勵磁電流額定運行工況下發(fā)電機勵磁電流的穩(wěn)態(tài)仿真值約為的穩(wěn)態(tài)仿真值約為5880A5880A； 勵磁電壓約為勵磁電壓約為465V465V； 勵磁機第勵磁機第1 1相電樞繞組電流有效相電樞繞組電流有效值約為值約為680 A680 A。 均與額定運行基本吻合，說明了均與額定運行基本吻合，說明了計算結(jié)果的合理性。計算結(jié)果的合理性。圖圖35 額定運行工況的發(fā)電機勵磁電壓仿額定運行工況的發(fā)電機勵磁電壓仿真結(jié)果真結(jié)果4.2 應(yīng)用實例2正常運行的多相無刷勵磁系統(tǒng)仿真4、電磁暫態(tài)仿真平臺的應(yīng)用（、電磁暫態(tài)仿真平臺的應(yīng)用（2） 額定運行工況下發(fā)電機勵磁電流額定運行工況下發(fā)電機勵磁電流的穩(wěn)態(tài)仿真值約為的穩(wěn)態(tài)

30、仿真值約為5880A5880A； 勵磁電壓約為勵磁電壓約為465V465V； 勵磁機第勵磁機第1 1相電樞繞組電流有效相電樞繞組電流有效值約為值約為680 A680 A。 均與額定運行基本吻合，說明了均與額定運行基本吻合，說明了計算結(jié)果的合理性。計算結(jié)果的合理性。圖圖36 額定運行工況的勵磁機第額定運行工況的勵磁機第1相電樞相電樞繞組電流繞組電流4.2 應(yīng)用實例2正常運行的多相無刷勵磁系統(tǒng)仿真4、電磁暫態(tài)仿真平臺的應(yīng)用（、電磁暫態(tài)仿真平臺的應(yīng)用（2） 額定運行工況下發(fā)電機勵磁電流額定運行工況下發(fā)電機勵磁電流的穩(wěn)態(tài)仿真值約為的穩(wěn)態(tài)仿真值約為5880A5880A； 勵磁電壓約為勵磁電壓約為465V

31、465V； 勵磁機第勵磁機第1 1相電樞繞組電流有效相電樞繞組電流有效值約為值約為680 A680 A。 均與額定運行基本吻合，說明了均與額定運行基本吻合，說明了計算結(jié)果的合理性。計算結(jié)果的合理性。4.3 應(yīng)用實例3主變單相接地故障時的仿真 ：故障期間，：故障期間，A A相電壓基本不變，相電壓基本不變，B B、C C兩相由約兩相由約14kV14kV降降低至約低至約9kV9kV；負(fù)序電壓約為；負(fù)序電壓約為2.6kV2.6kV，引起的發(fā)電機機端負(fù)序電流約為，引起的發(fā)電機機端負(fù)序電流約為25000A25000A（故障前正常時的電流約為（故障前正常時的電流約為20000A20000A）。）。圖37 主

32、變高壓側(cè)單相短路故障示意圖4、電磁暫態(tài)仿真平臺的應(yīng)用（、電磁暫態(tài)仿真平臺的應(yīng)用（3）4.3 應(yīng)用實例3主變單相接地故障時的仿真4、電磁暫態(tài)仿真平臺的應(yīng)用（、電磁暫態(tài)仿真平臺的應(yīng)用（3）圖38 主變單相接地故障時的勵磁反電勢波形峰值接近峰值接近1000kV1000kV圖圖36 額定運行工況的勵磁機第額定運行工況的勵磁機第1相電樞相電樞繞組電流繞組電流4.2 應(yīng)用實例3正常運行的多相無刷勵磁系統(tǒng)仿真4、電磁暫態(tài)仿真平臺的應(yīng)用、電磁暫態(tài)仿真平臺的應(yīng)用（3） 額定運行工況下發(fā)電機勵磁電流額定運行工況下發(fā)電機勵磁電流的穩(wěn)態(tài)仿真值約為的穩(wěn)態(tài)仿真值約為5880A5880A； 勵磁電壓約為勵磁電壓約為465V

33、465V； 勵磁機第勵磁機第1 1相電樞繞組電流有效相電樞繞組電流有效值約為值約為680 A680 A。 均與額定運行基本吻合，說明了均與額定運行基本吻合，說明了計算結(jié)果的合理性。計算結(jié)果的合理性。 定子正序電流產(chǎn)生的三相合成磁場為同步轉(zhuǎn)速，且轉(zhuǎn)向與發(fā)電機定子正序電流產(chǎn)生的三相合成磁場為同步轉(zhuǎn)速，且轉(zhuǎn)向與發(fā)電機轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)方向一致，同勵磁繞組保持相對靜止，不會在轉(zhuǎn)子繞組中感轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)方向一致，同勵磁繞組保持相對靜止，不會在轉(zhuǎn)子繞組中感應(yīng)電流。應(yīng)電流。而負(fù)序電流產(chǎn)生的三相合成磁場也為同步轉(zhuǎn)速，但轉(zhuǎn)向與發(fā)而負(fù)序電流產(chǎn)生的三相合成磁場也為同步轉(zhuǎn)速，但轉(zhuǎn)向與發(fā)電機轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)方向相反，會在勵磁繞組中感應(yīng)倍頻反電

34、動勢電機轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)方向相反，會在勵磁繞組中感應(yīng)倍頻反電動勢。 根據(jù)電磁感應(yīng)定律可知：根據(jù)電磁感應(yīng)定律可知： 空載時，空載時，A A相磁鏈僅由勵磁電流產(chǎn)生：相磁鏈僅由勵磁電流產(chǎn)生： 主變單相接地時發(fā)電機內(nèi)部電磁過程及引起的勵磁反電勢分析4、電磁暫態(tài)仿真平臺的應(yīng)用（、電磁暫態(tài)仿真平臺的應(yīng)用（3）tuddaaffa,aIMtUu1acos 根據(jù)發(fā)電機的額定運行參數(shù)可知，空載額定電壓時的勵磁電流為根據(jù)發(fā)電機的額定運行參數(shù)可知，空載額定電壓時的勵磁電流為2189A2189A，額定線電壓有效值為，額定線電壓有效值為24kV24kV。因此可得：。因此可得： 從而：從而： 因為三相電壓依次滯后因為三相電壓依次滯

35、后 ，故：，故： 主變單相接地時發(fā)電機內(nèi)部電磁過程及引起的勵磁反電勢分析4、電磁暫態(tài)仿真平臺的應(yīng)用（、電磁暫態(tài)仿真平臺的應(yīng)用（3）tMtdd2189cos2324000fa,1tM1fa,sin0285. 0)32sin(0285. 01fb,tM)34sin(0285. 01fc,tM 對于負(fù)序分量，三相電流依次超前對于負(fù)序分量，三相電流依次超前 ，因此可設(shè)三相負(fù)序電流分，因此可設(shè)三相負(fù)序電流分別為：別為： 所以，發(fā)電機定子負(fù)序電流在勵磁繞組中感應(yīng)的磁鏈為：所以，發(fā)電機定子負(fù)序電流在勵磁繞組中感應(yīng)的磁鏈為： 主變單相接地時發(fā)電機內(nèi)部電磁過程及引起的勵磁反電勢分析4、電磁暫態(tài)仿真平臺的應(yīng)用（、

36、電磁暫態(tài)仿真平臺的應(yīng)用（3）)cos(21atIi)32cos(21btIi)34cos(21ctIiIttIttIttItiMiMiM)2sin(0605. 0)34cos(2)34sin(0285. 0)32cos(2)32sin(0285. 0)cos(2sin0285. 01111111cfc,bfb,afa,f 引起的勵磁反電勢為：引起的勵磁反電勢為： 由上式可知，對于由上式可知，對于#1#1發(fā)電機，負(fù)序電流為發(fā)電機，負(fù)序電流為25000A25000A，勵磁反電勢瞬勵磁反電勢瞬時值最高為時值最高為949kV949kV（有效值為（有效值為671kV671kV）! !且該反電勢是以且該反

37、電勢是以2 2倍頻交變的，倍頻交變的，與仿真結(jié)果之間的偏差小于與仿真結(jié)果之間的偏差小于2%2%。 從以上分析過程容易看出，之所以會產(chǎn)生如此大的反向電動勢是從以上分析過程容易看出，之所以會產(chǎn)生如此大的反向電動勢是因為勵磁和定子相繞組之間的互感是相互的，一個很小的勵磁電流因為勵磁和定子相繞組之間的互感是相互的，一個很小的勵磁電流（2189A2189A）就能產(chǎn)生高達近）就能產(chǎn)生高達近14kV14kV的相電壓，那么的相電壓，那么25000A25000A的負(fù)序相電流的負(fù)序相電流產(chǎn)生產(chǎn)生600kV600kV的勵磁過電壓也不足為奇了。的勵磁過電壓也不足為奇了。 主變單相接地時發(fā)電機內(nèi)部電磁過程及引起的勵磁反電勢分析4、電磁暫態(tài)仿真平臺的應(yīng)用（、電磁暫態(tài)仿真平臺的應(yīng)用（3）IttE)2cos(97.37dd1ff4、電磁暫態(tài)仿真平臺的應(yīng)用（、電磁暫態(tài)仿真平臺的應(yīng)用（4）圖37十一相旋轉(zhuǎn)無刷勵磁系統(tǒng)示意圖勵磁機定子勵磁電流 ：無法直接測量：無法直接測量旋轉(zhuǎn)整流器的電流；旋轉(zhuǎn)整流器的電流；DNCDNC系統(tǒng)系統(tǒng)維護量大，易發(fā)生誤判。維護量大，易發(fā)生誤判。 ：旋轉(zhuǎn)整流器故：旋轉(zhuǎn)整流器故障時勵磁機產(chǎn)生的不同于正障時勵磁機產(chǎn)生的不同于正常運行的電樞電流，進而在常