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基于槽电位分析单元的发电机定子接地故障混合柔性消弧方法
A Hybrid Flexible Arc Suppression Method for Generator Stator Ground Faults Based on Slot Potential Analysis Unit
| 作者 | Yikai Wang · Chenxiao Tang · Jian Qiao · Zhihui Dai · Zengping Wang · Xianggen Yin |
| 期刊 | IEEE Transactions on Energy Conversion |
| 出版日期 | 2025年5月 |
| 技术分类 | 储能系统技术 |
| 技术标签 | 储能系统 |
| 相关度评分 | ★★★★★ 5.0 / 5.0 |
| 关键词 | 发电机定子接地故障 混合柔性消弧方法 消弧线圈接地 槽电位分析 补偿参数计算 |
语言:
中文摘要
对于发电机定子接地故障,有源消弧方法通常需要大容量逆变器,导致体积庞大且成本高昂。此外,现有的基于线圈电势的补偿参数计算方法无法在非线圈连接点处消弧。为解决这些局限性,本文提出了一种混合柔性消弧方法。通过与消弧线圈接地方法相结合,有源消弧装置仅需补偿三次谐波电流和部分基波电流,这显著降低了对逆变器容量的要求。采用槽电势分析单元而非线圈电势分析单元来表征绕组电势分布。建立了解析方程以精确计算整个绕组上的基波和三次谐波故障电势。利用计算结果确定补偿参数,从而能够在整个绕组内的任意故障位置实现可靠消弧。通过仿真和实验验证了所提方法的有效性。
English Abstract
For generator stator ground faults, the active arc suppression method typically needs the large-capacity inverter, leading to huge size and high cost. Moreover, the existing compensated parameter calculation method based on coil potentials cannot suppress arc at the non-coil connection points. To address these limitations, a hybrid flexible arc suppression method is proposed in this paper. By combining with the arc suppression coil grounding method, only the third harmonic and partial fundamental currents need to be compensated by the active arc suppression device, which significantly reduces the inverter capacity requirement. Instead of the coil potential analysis unit, slot potential analysis unit is used to characterize the winding potential distribution. Analytical equations are formulated to precisely calculate the fundamental and the third-harmonic fault potentials across the entire windings. The calculation results are used to determine the compensated parameters, enabling reliable arc suppression at any fault position within the entire windings. Effectiveness of the proposed method is validated by simulation and experiment.
S
SunView 深度解读
从阳光电源的业务视角来看,这项针对发电机定子接地故障的混合柔性消弧技术具有重要的战略价值。该技术通过将消弧线圈接地与有源消弧装置相结合,仅需补偿三次谐波和部分基波电流,显著降低了逆变器容量需求,这与我司在光伏逆变器和储能变流器领域追求高功率密度、低成本的技术路线高度契合。
技术创新点在于采用槽电位分析单元替代传统线圈电位分析方法,能够精确计算整个绕组的基波和三次谐波故障电位,实现任意故障位置的可靠消弧。这对我司大型地面电站和工商业储能系统中配置的发电机组保护具有直接应用价值,特别是在风光储一体化项目中,柴油发电机作为备用电源的可靠性至关重要。
从技术成熟度评估,该方案已完成仿真和实验验证,处于工程化前期阶段。对阳光电源而言,主要机遇在于:一是可将该技术集成到储能系统的电网侧保护方案中,提升系统安全性;二是能够降低有源消弧装置的功率等级,与我司现有逆变器平台形成协同,减少定制化开发成本;三是在氢能业务拓展中,电解制氢系统的大功率整流装置同样面临接地故障风险,该技术具有延伸应用潜力。
技术挑战主要体现在槽电位分析算法的实时性要求和不同绕组结构的适配性验证。建议我司技术团队关注该方向的专利布局,评估与现有储能变流器产品线的融合可行性,在新能源发电侧保护装置市场形成差异化竞争优势。