变速驱动大型异步电机在变速抽水蓄能电站中的应用

工程科学与技术，国际期刊19（2016）1117全长文章电压暂降Navneet Kumara，*，Thanga Raj Chelliaha，Satya Prakash Srivastavaba印度技术学院水资源开发和管理系，Roorkee（IIT-Roorkee），Uttarakand 247 667，印度b印度技术学院电气工程系，Roorkee（IIT-Roorkee），Uttarakand 247 667，印度A R T I C L E I N F OA B S不 R 一C T文章历史记录：接收日期：2015年10月29日接收日期：2016年2016年1月23日接受2016年3月4日在线发布保留字：不对称电压暂降双馈感应电机无功控制速度控制对称电压暂降变速驱动配备大型异步电机的变速抽水蓄能电站（VS）正在水电应用中出现双馈感应电机的电动机运行模式在这种应用中是必要的和技术经济的，这是由于：（1）其有功功率可控性的独特性，（2）转子电路中具有较少额定功率转换器的大容量功率处理能力，以及（3）集成可再生能源（RES）。本文研究了两种不同额定功率（2.2kW和2MW）的DFIM在不同属性的电压暂降下的性能。测试结果进行了分析，在转子和定子电路的转矩，速度，功率和瞬态电流的峰值在暂降期间，还示出了DSTH操作以及速度和定子侧无功功率输入控制的稳定区域。简要讨论了电压暂降的负面影响。MATLAB仿真与实验验证在模拟和实验分析中的各种观察也得到了理论解释的支持© 2016 Karabuk University. Elsevier B.V.的出版服务。这是CC下的开放获取文章BY-NC-ND许可证（http://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/4.0/）。1. 介绍VS电机系统技术最重要的是用于各种流体处理应用（风扇、泵和压缩机），以实现可调节的流量和压头[1]。输送机、升降机和离心式机床是VS技术的其他可能应用[1]。电力电子变换器作为与三相交流电动机（同步电机/主要使用的鼠笼式感应电动机）串联耦合的变速驱动器（VSD）已成为一种突出的标准VS系统，其取代了其他实用技术，如液压、机械变速箱和直流电动机[1，2]。在感应或同步电动机中，电源频率与旋转磁场的速度直接相关。因此，两级（AC-DC-AC）电力电子转换器提供可变频率和电压幅度的电源，从而获得所需的速度和扭矩[3随着全球环境意识的严格规则和法规，越来越多的关注廉价和清洁的能源发电[6]。因此，2013年，全球可再生能源发电量惊人地增长了22.1%[7]。可再生能源发电机会和挑战的持续增长，无论是现在还是将来，都可以减少温室气体排放* 通讯作者。联系电话：+91 9456993646，传真：+91 1332271073，273560。电子邮件地址：teenvan2002@gmail.com（N.Kumar）。由Karabuk大学负责进行同行审查常规发电的排放量[8然而，不确定性和波动性总是与RES相关，因此不可预测的电力生产可能导致互联电网系统中的高功率波动，甚至可能导致整个系统的故障[11]。在这种情况下，在不同的位置处期望能量存储设备，使得电网中的剩余电力可用的能量存储是以电池[12]、超导磁体能量存储、飞轮能量存储、再生燃料电池存储、压缩空气能量存储和PSP[13，14]的形式。然而，大容量（数量和持续时间）的能量存储可利用PSP，这是经济的且商业上可行的。随后，PSP对电网频率的变化和系统负载的计划外变化提供快速响应[14]。PSP可以在电动模式下通过泵送水以重力势能的形式存储多余的可用能量，并在发电模式下在需求期间输送所存储的能量。整个过程确实涉及一些财务损失，但基于可用性的关税补偿了损失并产生了更多的收入。VS泵浦操作的优点如图所示。 1a.对于固定的泵叶轮直径，任何泵在恒速下的工作域，根据扬程和流速，如图所示。 1a [16]。如图1所示，泵的次同步和超同步VS操作显著增加了PSP的操作范围。在泵中，功率消耗与速度的立方成比例，如图1b所示。VS抽水操作必须处理电网中的可用波动功率http://dx.doi.org/10.1016/j.jestch.2016.01.0152215-0986/©2016 Karabuk University. 出版社：Elsevier B.V.这是一篇基于CC BY-NC-ND许可证的开放获取文章（http://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/4.0/）。出版社：Karabuk University，PressUnit ISSN （印刷版）：1302-0056 ISSN（在线）：2215-0986 ISSN（电子邮件）：1308-2043主 办可 在 www.sciencedirect.com上 在 线ScienceDirect可在ScienceDirect上获得目录列表工程科学与技术国际期刊杂志主页：http://www.elsevier.com/locate/jestch北纬1118号Kumar等人/工程科学与技术，国际期刊19（2016）11171131(a)带VS的泵的工作域[16]（b）各种速度Fig. 1. 采用VS技术的泵特性。由RES制作这可以通过同步电动机（永磁或电励磁）或同步电动机[17，18]来实现。这些机器提供了几个优点，包括泵送模式下的有功功率控制、互连点处的无功功率控制和电网中的瞬时有功功率注入（飞轮效应）[19，20]。然而，从机器选择的角度来看，用于机器速度控制的转换器成本是一个非常重要的指标[19，21]。由于泵送过程中通常需要在同步速度周围进行±30%的速度变化，因此根据DALF标准降低了变频器的额定功率。当与全尺寸变频器进行速度控制的全馈同步电机进行比较时，DAN提出VSD具有四象限有功-无功功率控制和较低的功率损耗和变频器成本的优势 带有转子侧变换器（RSC）的并网型双稳态变流器用于速度（亚同步和超同步）和定子侧无功功率输入（Qs）控制，如图所示。 二、1.1.文献综述电压暂降是工业电力部门面临的严重电能质量问题之一。电压骤降通常与系统故障有关，但也可能由切换重负载或启动大型电机引起[23]。参考文献[23，24]中讨论了三相电压暂降的各种分类。电压骤降会导致严重的过程中断，有时会导致电气敏感负载跳闸或停机，从而导致产品质量下降图二. 用于VS操作的分布式拓扑。和巨大的经济损失。在这种情况下，了解电压暂降发生时的PSP函数以及采用什么方法来减轻电压暂降的影响随着发电机的广泛应用，在发电模式下电压暂降对发电机的影响已经在整个文献中进行了研究 在偏远的风力发电场[25Mohseni等人[25]介绍了对称和非对称垂度的简要理论研究以及模拟验证。在电压暂降过程中，分布式发电系统必须解决两个主要问题第一个是直流链路过电压，第二个是峰值转子故障电流，其超过转子侧转换器（RSC）限值。在风电场中，使用了撬棍保护，其设计用于定子电压干扰引起的转子电流高瞬变[26，27]。在撬棍操作期间，转子端子缩短，RSC停用。撬棒电流过零时间对故障后电压恢复有显著影响. Foster等人[26]研究了撬棍移除和RSC重新激活对系统电压恢复的时间的详细影响。在撬棍运行期间，机器的行为与传统的固定速度感应发电机相同，因此存在有功和无功功率控制故障。Rolan等人[28]介绍了RSC和电网侧变流器（GSC）的协调控制，以提高低电压穿越能力。RSC和定子阻尼电阻用于限制峰值转子电流，并减少电压暂降期间的振荡和建立时间。随后，控制GSC以限制电压骤降期间的DC链路过电压。在另一项研究[29]中，讨论了发电模式下对称电压暂降对发电机性能的影响。故障（暂降）清除过程（电压突然或不连续恢复）对转子电压有很强的影响，因为它控制转子电流。Chondrogiannis和Barnes[30]开发了矢量控制下峰值转子故障电流和所需转子电压幅值的数学公式。到目前为止，在文献中，更多的重点是控制器设计，以管理直流链路过电压和转子峰值电流，因为它可能会导致RSC故障，这可能会进一步削弱电网性能。Zhang和Ooi[31]表明，双馈感应发电机在风力发电场中使用的电动机也适用于电动操作。这种采用是直接的，并且需要三相自动Transformer用于启动。相同的背靠背转换器可用于全速度范围内，被采用在发电机，erating模式。 从理论上讲，Doppler可以工作高达两倍的SS sSRRrR rr第1章你是谁？R 我RSvSLs ssRLmRrN. Kumar等人/工程科学与技术，国际期刊19（2016）111711311119同步速度，取决于转子侧频率和功率流。DSTH系统的另一个好处是，当转换器处于维护状态时，它可以通过缩短转子绕组以额定速度运行。Yuan等人[32]取消了三相自耦Transformer的作用结果表明，采用恒压/赫兹控制的电机起动与矢量控制调速相结合，可使电机在全速范围在另一项研究[33]中，讨论了与数学模型同步的单位功率因数下DSTRR的稳态特性，并说明了转子电压幅值和频率对负载连接到由RSC提供的可变电压和频率三相电压。RSC提供具有可变幅度和频率的三相电压，以控制电机速度（有功功率）和定子与电网之间交换的无功功率转子电压频率将是定子频率和机械速度之间的差，以电弧度为单位。在定子坐标系中，采用空间矢量表示法，导出了表示转子模型的微分方程。定子和转子电压方程如下：扭矩和速度。20年前，有报道称，高性能的面向双绞线的控制[5]可用于控制定子的有功和无功功率潮流伊希斯R idsDT（一）独立地，通过使用正交和直流转子电流vR德尔（二）件.然而，它需要在线精确的转子位置信息。在Hopfensperger etal.[34]带或不带转子位置编码器。Hopfensperger等人讨论的无转子位置编码器的高性能控制能力[34]作为无传感器控制的基础Karthikeyan等人[35]讨论了隐式位置和速度估计算法，r r rdt上标“s”和“r”表示参考定子和转子基准的空间矢量。相反，在空间矢量表示法中，磁通和电流之间的相关性由下式给出：减速机转子侧控制算法当转速从次同步区域变化到超同步区域时，转子电流反相也得到了验证。基于转子磁链的无传感器速度/位置估计也在Xu和你好我好 公司简介 iL i（三）（四）Cheng[36]，但在同步速度下失败，因为转子电压幅度非常小，因此，Zuux积分器不能给出精确值。Mohammed等人[37]讨论基于速度的励磁电流r m s r R与定子和转子漏感相关的定子和转子电感可通过以下表达式表示位置估计，以避免控制器在同步速度附近失效1.2.贡献到目前为止，现有的文献主要集中在起步和速度方面LsL LmLrL Lm2MLsL r（五）（六）在电动模式下，在具有或不具有转子位置和速度估计的情况下，控制转子。然而，电压暂降对配电网的影响随着更新的普及，根据公式（3）和（4），转子参考系中的转子磁通可计算如下（见附录A）：为了使电力系统能够发电，目前正在出现安装装有DSPs的PSP。在电压暂降和其他干扰下， rS（七）这是一个需要解决的关键问题，特别是当涉及电力电子转换器在这项研究中，根据等式（2）和（7），转子电压可以得到：如下所示：对电压暂降进行了理论分析（见第2）。的建立了基于RSC的速度控制的离散数学模型LmdRR L 德阿吉尔（八）选择并考虑用于模拟目的[38Ls dtSrr dt第3节）。第4节介绍了电压暂降特性、其对Dslag的影响以及暂降期间的相关变量，如扭矩峰值、电流（定子和转子电流）以及从电网获取的总功率和速度损失。在Matlab/Simulink软件中实现了起动和稳态条件。创建了对称电压暂降类型A（突然恢复）和不对称电压暂降类型B和类型C，并将其应用于试验机（2.2 kW和2MW）。在第5节的实验结果的支持下，研究和分析了稳态条件下电压暂降对双稳态系统性能的影响。对电压暂降穿越系统进行了说明，最后在第6节中对本文进行了总结。因此，转子电压可以分为两项。第一项（e r）表示定子磁通在转子中感应的电动势，第二项是由于转子绕组中的电流过流而出现的。在电网扰动期间，转子中感应的电动势变化很大。2.1. 正常运行的DSPs定子电压的空间矢量可以表示为旋转矢量Vg（电网电压），其以同步速度旋转：2. 电压暂降条件下DSTH的理论分析vs VgeJst（九）在这一节中，提出了在对称电压暂降下的电动模式下的双稳态的理论分析，以验证在稳态运行中，定子磁通可表示如下：仿真和实验结果。在稳态运行期间，定子绕组连接到恒定频率和恒定三相振幅，而转子绕组连接到恒定频率和恒定三相振幅。伊希斯Vgejst日本（十）SsLMS RSsMS北纬1120度Kumar等人/工程科学与技术，国际期刊19（2016）11171131从转子的角度来看，定子转速是同步速度与电动转子速度之差;也称为转差频率（ωr）。 因此，参考坐标系的转子中的定子磁通可表示如下：磁化电流（ms）产生定子磁通，沿d轴方向。因此，定子磁化电流相对于定子和转子d-q分量的分量阿雷什 杰姆特VGJst 杰姆特VG日尔特（十一）sdLsisdLmirds（十七）你好，阿吉阿杰阿杰吉吉阿吉耶（18）第一次见面该频率将感应与转差频率成比例的EMF（方程（8）我Lsi 吉吉（十九） ms北京赛车pk10开奖结果布雷尔Lm dRLmR（十二）埃里什尔 sjrLs联系我们0 第20章：你是我的女人（20）2.2. 电压暂降期间DSTH的运行在电压暂降之前和电压暂降期间，定子电压的空间矢量可以表示在电压骤降期间，LmRt或Re fe r r renti*rd和i*rq来自外部PI控制回路，在外部PI控制回路中处理实际和参考速度以及Qs的 误 差 [35]。额定值，但保持在零以上，并以下垂深度为特征i*k（QQ）k（Q *Q） Ls吉吉伊什VgJst前垂（十三）rds sQ单位平方米（二十一）vvejstduringsag布吕格i*rqkp（*rr）ki（r）（二十二）在稳态定子中，在电压暂降之前和期间，可以如下所示地呈现出Tux为了提高滤波器的响应，进一步扣除了交叉耦合项. 生成的信号u*rd和u*rq是vg伊什伊赫伊什前垂（十四）从而转换成转子相位变量，从而得到期望的速度并且Qs被实现。什叶派hgejst下垂期间u*k （i*i）k（i*i）L i（二十三）阿斯 图里亚斯RDPRrdrdir rd rd slr rqDuplex定子磁共振动力学阻尼差，并且由于u*k（i*i）k（i*i）2Mi阿吉吉（二十四）电压暂降时，定子磁通变振荡。振荡的幅度取决于弧垂的大小，振荡的频率接近于线路频率。电压的突然降低和振荡会导致下垂运行期间的严重速度下降。当电压恢复时，在电压骤降开始时，倍频振荡在零和接近倍频振荡的两倍之间变化[41]。这些振荡导致定子相电流、转子相电流、转矩和电压恢复后（暂降后）从电网获取的总功率的峰值3. 减速和定子侧无功功率输入控制在定速区采用定子磁场定向的矢量控制方案，在定速区对定子磁场定向的Qs和速度进行控制，在定速区d轴与定子磁场定向的同步旋转。施加适当的转子侧电压urd和urq转子电流q分量使电机转矩和定子有功功率直接操纵，而d分量控制定子无功功率，因为电机中的无功功率主要由定子电压决定。RSC控制方案包括四个比例积分（PI）控制回路：两个内部电流控制回路和两个外部控制回路，用于控制Qs和速度。转子电压控制方程可以表示为[5，38]：RQPRrqr rq rq sl ms sl路S矢量控制的原理同样适用于网侧变流器。GSC用于通过控制电网侧d-q电流分量来保持直流链路电压稳定[39]该DC链路电压用作RSC的能量源。GSC的控制方程和设计可参见Pena等人[40]。因此，GSC和RSC通过DC链路连接，并且功率可以在两个方向上流动转子功率流的方向在异步运行中，功率脉动流对于次同步速度区域是负的（来自转子电路），而对于超同步速度区域是正的（进入转子电路）由于在实验室中可用的实验设备的限制，一个简单的方案是实现标准的一象限电机驱动操作（超同步电动机驱动）。采用网侧二极管桥式变换器，降低了系统成本和复杂性4. 电压暂降的表征及其对系统性能的影响4.1. 凹陷分类表1根据IEEE标准[23]对电压暂降的类别进行了分类。电压暂降（骤降）基本上是RMS电压在0.1 pu和0.9 pu之间的下降，持续时间在0.5个周期urdr irdLrdislLr irqDT（十五）表1diL2电压骤降的类型[42]。urqRr irq Lrrqslmi msi路dt Ls（十六）50 Hz典型持续时间典型电压幅度其中， L对于面向定子磁场的矢量控制，用因此，定子磁悬浮可以由等式（17）和（18）给出。瞬时下垂0.5瞬时下垂30暂时下垂150MSLSN. Kumar等人/工程科学与技术，国际期刊19（2016）111711311121图三. 三相故障（A型暂降）、单相故障（B型暂降）和两相故障（C型暂降）的三相电压。和1分钟。Bollen[24]中讨论了三相电压暂降的各种分类。电压暂降可以是对称的，也可以是不对称的。如果各相电压的幅值相等且相位关系为120°，则弧垂是对称的，否则弧垂是不对称的[43]。图3示出了由三相故障引起的A型对称电压暂降以及分别由单相和双相故障引起的B型和C型不对称电压暂降认为发生在三相中的故障是瞬时消除的，然后将凹陷表示为突变的（A型）。电压暂降也可以分两三步清除。A型（突变）暂降、A 1型（两步离散）暂降和A 3型（三步离散）暂降的RMS电压波形如图4所示。离散恢复对称凹陷的位置由五种情况表示，即： A1、A2、A3、A4和A5，见表2。 需要说明的是，两步离散恢复（A1型和A2型）和三步离散恢复（A3型和A4型）的效果是相同的。A3型和A5型仅同极序列成分不同。因此，如果故障发生在不同的电压水平，它们的效果是相同的。因此，仅考虑A1型和A3型进行分析。对称弧垂一般由弧垂深度（h）、弧垂持续时间（Δt）和故障电流角（Φ）三个参数来描述。了图4. 三相接地故障引起的对称暂降的RMS电压（a）电压突然恢复或A型暂降（b）两阶段离散电压恢复或A型1（c）三阶段离散电压恢复或A型3.表2离散恢复对称电压暂降的类型[44]。类型率先复苏二回收第三回收的1n 360n360 90−一个2n90n360180−一个3n 360n36060n360120一个4n360 90n360150n 360 210一个5n 360n36060n360120n = 0、1、2α a = a相电压的相位角。Φ =故障电流角（对于所有暂降类型均相等）。4.2. 对称电压暂降突然恢复的影响图图5示出了当在四个不同的持续时间（Δt = 5T、Δt = 5.25T、Δt = 5.5T和Δt = 5.75T）经受对称凹陷深度h = 0.6并具有突然恢复（A型）时，2.2 kW DSTs定子电流、转子电流和从电网获取的总瞬时功率的行为。通过RSC提供所需的电源频率和电压幅值来控制DQs和DQs速度。从图中可以得出以下结论。 五、(1) RSC可以容忍转子故障电流的峰值达到其最大极限。这里我们注意到转子故障电流的峰值是2.3当h = 0.6，Δt = 5.75T，Φ = 90°时，为pu。转子故障电流峰值的增大与电压暂降深度或暂降持续时间有关。因此，RSC保护需要适当的转子故障电流控制或电压暂降缓解技术(2) 当暂降时间Δt = 5.75T时，从电网获取的总瞬时功率最大（5.554 pu），当暂降时间Δ t = 5.25T时，从电网获取的总瞬时功率最小（4.037 pu）。在不同的持续时间内，对于相同的凹陷深度，DINGS系统所取的功率是变化的。如图5所示，当电压恢复时（暂降后）出现该峰值。因此，暂降后的运行会产生功率波动。(3) 电压暂降期间定子电流的增加取决于暂降深度，而暂降后的峰值取决于暂降持续时间。图5显示了定子电流在Δt = 5.75T时的最大峰值。(4) 在转矩和速度的下降也得到在对称下垂。滞流系统可以承受一定的下垂深度或持续时间，对于高深度或持续时间，整个系统将失速。表3显示了在0.75 pu负荷和1.1 pu速度下，不同下垂深度和持续时间的并网DVDE系统的稳定/不稳定运行区域。4.3. 对称电压暂降的离散恢复效应为了阐明具有离散恢复的对称电压暂降的影响，图6示出了当h =0.5，Δt = 4 T（3.00-3.08秒），Φ = 90°时，具有突变恢复、两步恢复和三步恢复的电源电压。相应的定子相电流，转子相电流和总功率从电网凹陷的影响对于突然电压恢复，图6a示出了定子电流（3.132 pu）、转子电流（1.93 pu）和从电网获取的总功率作为两步电压恢复的结果，图6b示出了定子电流（2.848 pu）、转子电流（1.744 pu）和从电网获取的总功率（2.372 pu）的峰值。值得注意的是，对于两步电压恢复，峰值显著对于三步电压恢复，这 些 峰 值 进 一 步 降 低 ; 图 13. 图 6c 清 楚 地 示 出 了 定 子 电 流（ 2.844pu ） 、 转 子 电 流 （ 1.715pu ） 和 从 电 网 获 取 的 总 功 率（2.339pu）的峰值。因此，该示例证明了电压恢复的步长的增加平滑了电压暂降效应。电压突然恢复的严重影响比（b（一北纬1122号Kumar等人/工程科学与技术，国际期刊19（2016）11171131420-2-420-210X：3.141Y：4.037502.92.9533.053.13.153.2 3.253.3时间420-2-420-210X：3.147Y：4.173502.9 2.95 3 3.05 3.1 3.15 3.2 3.25 3.3时间420-2-420-210502.92.9533.053.13.153.2 3.25 3.3时间420-2-420-210502.92.9533.053.13.153.2 3.25 3.3时间（d（c图五. 在0.75 pu负载和1.1 pu速度下，对称A型电压暂降（突然恢复）对定子电流、转子电流和从电网获取的总功率的影响：暂降深度h = 0.6，Φ = 90°和暂降持续时间;Δt = 5 T（3 -3.1sec）（b）Δt = 5.25T（2.995-3.1sec）（c）Δt = 5.5T（2.99-3.1sec）（d）Δt = 5.75T（2.985-3.1sec）。在故障清除过程中，IIpeak最大值Ia，Ib，Ic r1（二十六）考虑了4.4. 感兴趣变量本文选取定子电流峰值、转子电流峰值、转矩峰值和电网总功率峰值作为电压暂降时的扰动变量峰值故障电流重新-峰值电流Tpeak最大值 最大值TT级2I评级为r（二十七）绕组损坏和变频器故障。由于电压骤降的速度损失也被考虑。所有的值都以如等式（25）至（29）所示的pu数量计算。P峰值 pumaxPtP级（二十八）IIpeak最大值Ia，Ib，Ic111（二十五）minpu （二十九）峰位2I评级为100已分级表3在各种电压暂降深度或持续时间内的延迟运行电压暂降深度0.9 0.80.70.60.50.40.30.20.1对称（A型）电压瞬时跌落0.5TX YYYYYYYY循环中的暂降持续时间1 TXYYYYYYYY2 TXYYYYYYFF3 TXYYYYYYFF4 TXYYYYYFFF5 TXYYYYFFFF10 TXYFFFFFFF15 TXYFFFFFFF20 TXYFFFFFFF25 TXYFFFFFFF30 TXYFFFFFFFX =减速系统运行，转速和扭矩不降低。Y =减速系统在速度和扭矩显著降低的情况下仍然存在。F =延迟系统故障。2I评级为1002I评级为rX：3.141Y：功率X：3.142Y：功率转子转子定子电流（pu）定子电流（pu）从水流中提取从水流中网格（pu）网格（pu）（pu）（pu）功率转子功率定子电流（pu）转子从水流中定子电流（pu）网格（pu）从水流中（pu）网格（pu）（pu）N. Kumar等人/工程科学与技术，国际期刊19（2016）111711311123(a)(b)（c）第（1）款见图6。 在0.75 pu负载和1.1 pu速度下，电压暂降对定子电流、转子电流和从电网获取的总功率的影响的2.2 kW Dual仿真结果：h = 0.5，Δt = 4 T（3.00 - 3.08秒），Φ = 90°（a）突变（A型）回复（b）两步（A1型）回复（c）三步（A3型）回复。5. 对称电压暂降过程中DSTH的行为一台2.2kW和2MW的三相滑环感应电动机已被用作仿真的目的的DSPER在2.2kW模型上进行了实验2.2 kW电机的规格见附录B。的2 MW电机参数取自Abad等人[45]。通过两个开关S1和S2以及连接到定子绕组的三相自耦Transformer（如图7所示）启动异步电动机。硬件实验测试照片见附录C。起动时，开关S1闭合，S2断开，三相电压变化到额定值，电机转速达到空载转速。开关S1在时刻t1秒断开，S2在时刻t1秒闭合，并且转换器连接到转子绕组，转子绕组通过矢量控制方案调节超同步区域的DPWM速度和Qs为零。在时间t2秒，0.75 pu负载被施加到机器和稳态超同步操作模式在1.1 pu速度下实现。图8a显示了转矩分布（参考和实际）、速度曲线（参考和实际）、定子相电流、转子相电流以及启动和稳态运行期间从电网获取的总功率的仿真结果。图8b示出了电机启动时的定子相电压和电流波形，并且当连接RSC时，它们变为同相，这确保Qs= 0。5.1. 仿真结果分析图图图8g示出了根据等式（28）的速度损失。为了了解电压暂降期间和暂降后电压暂降期间的行为，我们首先假设电压暂降在稳态条件下运行，RSC提供必要的电压和电流。北纬1124号Kumar等人/工程科学与技术，国际期刊19（2016）11171131见图7。用于实验性测试的DALLY设置。如果GSC是完全可控的，类似于RSC，双向功率分流是可能的转子电路中，这提供了次同步和超同步速度运行的DSCs。图9显示了电压暂降对2 MW DSTRR性能的影响，用于次同步和超同步操作。当DSTF在额定负载和1350 rpm（次同步速度运行）下稳定运行时，应用对称A型（突然恢复）电压暂降，h = 0.5，Δt = 4 T（21.00当DST300在额定负载和1650rpm（超同步速度运行）下稳态运行时，应用对称A型（突然恢复）电压暂降，h = 0.5，Δt =4 T（31.00-如图所示，在高额定功率下，高惯性和定子双脉冲振荡（在下垂后）显著增加了感兴趣参数的建立时间。9.第九条。对于相同大小的电压暂降，超同步运行比次同步运行获得更高的峰值。在超同步速度运行中，定子磁脉冲振荡更明显，因为铁芯通过定子和转子电压磁化。如图3所示，h = 0.5，Δt = 4 T（31.00-图10a示出了由于电压暂降而引起的电机功率波动。由于各种电压暂降（A型、B型和C型），速度分布的瞬变如图10 b所示。图10说明对称电压暂降A型对电机的影响表现更加严厉。5.2. 实验结果分析2 kW灯负载与直流发电机连接，用于负载DVDs。单象限运行的DALF（超同步速度运行）是由智能电源模块（IPM-PEC 16 DSM01，额定电流最大10安培）。该IPM配备了在电网侧采用二极管桥式变换器，在转子侧采用PWM控制的变换器。反馈通过dSPACE-1104控制套件获取，并由dSPACE控制台软件记录。基于霍尔效应的电流传感器用于测量转子侧相电流，正交编码器脉冲（QEP）型位置编码器（每转1024脉冲）用于速度和位置测量。在稳态运行中，产生所需的电压暂降，并通过电能质量分析仪（FLUKE-435）测量定子相电流、电网侧相电流和从电网获取的总功率的峰值。电压暂降是通过手动旋转三相自耦变压器实现的。特定的下垂深度和持续时间是通过击打和尝试的方法获得的。 图图7显示了用于启动和分析DIOR的实验室实验装置图。在时间t = 50秒时，开关S1断开而S2闭合，并且在超同步区域中调节速度。在时间t = 100秒时，向机器施加0.50 pu载荷。在时间t = 150秒时施加的0.75 pu负载下测试电压暂降期间的机器性能转速和转子相电流记录为启动和稳态超同步操作模式。将这些记录的数据文件导出到MATLAB中，并绘制如图11 a和b所示。定子相电压和相应的电流通过2通道泰克示波器检测并绘制，如图11 c所示，确保RSC激活时Qs= 0。三相RMS电网电压幅值通过FLUKE-435记录，并分别在图12 a和b三相RMS定子电流的相应峰值如图12 c和d所示，三相RMS电网电流的峰值如图12 c和d所示。图12e和f示出了三相瞬时功率和从电网获取的总功率的峰值，图12g和h示出了三相瞬时功率和总功率的峰值。表4表示电压暂降引起的幅度变化三相转子电流通过控制台软件记录。 这些记录的数据如图所示。 13a导出到MATLAB后处于稳态。对于小垂度，直流链路N. Kumar等人/工程科学与技术，国际期刊19（2016）111711311125（c）第（1）款（d）其他事项（e）(a)（f）第（1）款(b)（g）见图8。在0.75 pu负载和1.1 pu速度下的2.2 kW Dual仿真结果：（a）转矩（pu）、速度（pu）、定子相电流（pu）、转子相电流（pu）、起动和稳态超同步操作模式下的定子侧无功功率输入（pu）;（b）稳态下的定子相电压和电流，确保Qs= 0;对称A型（突然）下垂的下垂时和下垂后峰值的比较h = 0.5，Δt = 4 T（3.00-3.08秒），Φ = 90°;（c）定子相电流;（d）转子相电流;（e）转矩;（f）从电网获取的电压降低，RSC不会失去控制。相应的三相转子电流变化如图所示。13b. 速度和扭矩略有降低，但系统继续运行20%电压骤降（h= 0.80，Δt = 1秒）。而对于电压暂降（h = 0.70和Δt = 1秒），暂降后转子电流峰值足够高，超过RSC的电流限值，因此在IPM模块中启用过电流保护。在这种情况下，RSC断开，这使得转子端子断开，并且DVDE系统发生失速。相应的转子电流如图所示。13 c.5.3. 电压暂降穿越系统在电压暂降过程中，过大容量的RSC或其断开是处理转子电流瞬变的主要思想。尽管尺寸过大的RSC不需要被破坏，在下垂期间连接，较高的安装成本使得该技术不受欢迎。图14中给出了电压暂降穿越系统，其中有三种方案也可以避免超尺寸转换器[46这些方案可以防止电网故障引起的过电压和过电流，以保护RSC。当电网中出现暂降且直流链路电压增加时，断路器或撬棍保护被触发。在电网电压小跌落的情况下，当直流母线电压不超过阈值时，开断斩波器工作。它通过电阻耗散剩余功率来限制直流链路电压，还限制机器中的最大转子电压[46]。该解决方案提供了避免RSC断开的优点。图14示出了短路器由电阻、三相二极管整流器和一个开关组成，该开关在DC链路电压由于电压暂降而超过阈值撬棍之后1126N. Kumar等人/工程科学与技术，国际期刊19（2016）11171131(a)（b）第（1）款见图9。在额定负载下的2 MW Dual仿真结果，用于比较定子电流、转子电流、转矩、电机从电网获取的总功率和速度的暂降和暂降后峰值（a）在1350 RPM（次同步）下，当经受对称A型（突变）暂降时h = 0.8，Δt = 4 T（21.00-动作时，滑环通过撬棍电阻器而不是RSC短路。因此，基于RSC的控制丢失，并且机器将表现得像鼠笼式感应电机。撬棍保护的最重要的参数是电阻值，应仔细选择。电阻值应该足够以限制短路电流，并应足够低，以避免过高的电压[47]。基于这两个考虑，可以获得短路电阻的适当范围。用于预测最小和最大撬棍电阻的数学公式在Zhang等人中描述48.（一）(b)见图10。在额定负载和1650 rpm下的2 MW Dual模拟结果，用于比较A型、B型和C型电压暂降引起的暂降和暂降后峰值：h = 0.5，Δt = 4 T（31.00N. Kumar等人/工程科学与技术，国际期刊19（2016）111711311127(a)速度曲线（b）转子相电流（c）定子相电压和电流见图11。起动和稳态运行的2.2 kW Dual实验测试结果。（一）（c）第（1）款（e）（b）第（1）款（d）其他事项（f）第（1）款（g）（h）图12个。一 台2.2 kW的Dual实验测试结果：（a）三相电网电压均方根幅值在稳态和电压暂降（h = 0.80，Δt = 1 sec）条件下对应(c) 三相RMS定子电流（e）三相RMS电网侧电流（g）三相瞬时功率和从电网获取的总功率(b)稳态和电压暂降（h = 0.70，Δt = 1秒）条件下的三相RMS电网电压幅值，对应于（d）三相RMS定子电流（f）三相RMS电网电流（h）三相瞬时功率和从电网获取的总功率总功率总功率北纬1128号Kumar等人/工程科学与技术，国际期刊19（2016）11171131表4不同电压暂降引起的幅度变化。仿真和硬件实验。由于电压暂降的峰值，在转矩，定子电流，转子电流和总功率采取从电压骤降（突然恢复）RMS定子电流峰值RMS栅极电流峰值瞬时/总功率峰值在全速区域考虑网格进行分析分析了下垂过程中的速度损失证实了在电压暂降情况下，仿真结果与实验结果基本一致还通过全速区域的仿真电流和转矩峰值总是在电压下降时产生。在下垂运行时，严重的速度损失取决于下垂深度和持续时间。当定子电流达到峰值时在电压恢复期间，定子的快速断开也可以避免高转子电流[49]。强制换向反并联晶闸管，串联到每个定子相，如图所示。14，能够在10 ms（半周期）内断开定子。栅极关断晶闸管是可以降低断开时间的其他选择，但需要复杂的驱动电路[50]。另一种选择可以是具有串联连接的二极管的IGBT。这些开关提供快速断开与一些损失.没有损耗，接触器作为断路器是另一种选择，但提供更长的断开时间。在定子解列过程中，励磁电流被中断，从而通过RSC快速地重新磁化定子铁芯，定子可以连接到电网。6. 结论本文对一台2.2kW的三相滑环感应电动机在电压暂降下的性能进行了研究。转子电流和从电网获取的总功率在凹陷后持续时间中更严重。当电机运行在超同步区域时，这些峰值进一步增加。当凹陷突然建模时，峰值更严重。然而，这种影响是平滑的凹陷时，离散建模。在离散电压恢复中增加步骤数的情况下，对DSPOT系统的影响不太明显。当B型和C型暂降施加相同的持续时间时，这些峰值显著降低，因此确认具有突然电压恢复的A型电压暂降最严重。在一项实验研究中，小电压暂降（h = 0.70，Δt = 1秒）会产生转子电流峰值，该峰值超过RSC电流限值，导致保护启用，RSC停用。应注意，相同的RSC能够在稳定状态下运行系统总的来说，在电压暂降下的DSTH操作消耗大量电流（约3.0 pu），这产生转矩频率振荡。3020100-10-20-301 2 3 4 5 6 7 8时间（秒）（一）3020100-10-20-301 2 3 4 5 6 7 8时间（秒）（b）第（1）款3020100-10-20-301 2 3 4 5 6 7 8时间（秒）（c）第（1）款图13岁 在0.75 pu负载和1.1 pu速度下的实验三相转子电流。（a）在稳态健康条件下和电压暂降条件下（b）暂降时（h = 0.80，Δt = 1秒，从4秒开始）（c）暂降时（h= 0.70，Δt = 1秒，从4秒开始）。图14. 电压暂降穿越系统[46转子电流转子电流深度（h）持续时间（Δt）秒0.81+79%+38%+40%0.71+150%+142%+145%转子电流鲁济姆 SRR第1章你是谁？SS sRL L i L iRDFIM通过控制