大型交流励磁发电—电动机建模与电磁设计分析研究

发布时间：2024-03-19 20:49

    大型交流励磁发电-电动机具有运行效率高、支持变速运行、运行工况多样等特点,能够实现灵活的功率控制、快速的功率响应、电力系统稳定器与经济运行等功能,是一种适应于现代电力系统的变速大型储能(发电)机组,在储能电站与水力发电站具有广阔的应用前景,也是我国在大型发电装备领域急需掌握的关键技术。目前,对于大型交流励磁发电-电动机关键设计技术的研究尚存在诸多不足,在电机分析模型、电磁计算与电机优化设计方法等方面仍有改进的空间。本文针对大型交流励磁发电-电动机的建模与电磁设计分析中的关键技术展开研究,围绕电机数学建模、参数计算、电磁计算与优化设计等主题开展了分析与研究,提出了相应的数学模型、电磁分析方法与优化设计方法,并通过理论分析与对比验证证明了其可行性与优越性。建立了基于螺旋矢量的大型交流励磁发电-电动机数学模型,解决了该类电机稳态、瞬态与谐波分析模型不统一的问题。研究了双电气端口谐波源与转速波动所产生的稳态电流谐波响应特性,明确了谐波响应特性与谐波源相序、频率等特征及电机运行转速之间的关联性,指出了危险谐波源的特征。研究了考虑谐波影响的电机稳态功率特性,建立了功率分量与运行工况的对应关系,明确了各功率分量来源的物理本质。提出了电机模型参数的有限元计算方法,该方法通过建立电机详细漏电感模型,采用有限元仿真析取计算不同工况下的详细电感参数,从而弥补新型电机参数解析计算因为缺乏试验修正而造成的误差。分析了电机模型参数的灵敏度,明确了在精确模型中需考虑参数漂移现象的模型参数。基于三相短路电流表达式的推导,提出一种结合有限元与数值拟合的瞬态参数解析计算方法,能够考虑瞬态过程中磁路饱和程度变化的影响,提高了瞬态参数计算的精确性。建立了对大型交流励磁发电-电动机可能采用的绕组结构特别是非常规绕组具有普遍适用性的气隙磁势函数解析计算模型。提出了基于许-克变换和基于静电场有限元计算复数相对磁导函数的两种快速精确计算方法,并通过对比验证了所提出方法在精确性与计算时间上的优势。建立了交流励磁发电-电动机电磁激振力波与电磁振动的解析计算模型,提出了定转子双边叠片式开口槽电机表面附加损耗的解析计算模型与有限元计算方法,形成了完备的大型交流励磁发电-电动机电磁分析与设计方法体系。建立了大型交流励磁发电-电动机系统仿真模型,分析了转子变频器的输出谐波特性及电流谐波对电机运行特性的影响,并明确了电流谐波的抑制措施。将电机运行点在设计运行域内的变化通过运行状态予以参数化表示,分析了运行状态变化对电机运行特性的影响。提出了考虑电流谐波与运行状态变化影响的电机设计方法优化措施。开展了不同型式的绕组产生的绕组磁势谐波特性的分析。系统分析了不同的定转子绕组选型与匹配所产生的电磁力波特性,明确了可能产生危险电磁振动的电磁激振力波与产生电磁力波的气隙谐波磁场分量,特别是与绕组磁势谐波相关的电磁激振力波。在此基础上,提出了电机定转子绕组选型与匹配的优化设计方法,降低电机电磁振动风险。分析了保持齿槽尺寸恒定时,气隙长度变化对电机电磁特性的影响,提出一种基于帕累托前沿双目标优化的气隙长度优化设计方法。采用磁性槽楔降低磁导谐波的影响,并将该优化设计方法应用于了一种通过磁性槽楔选型与减小气隙长度联合优化电机经济性的优化设计。优化了电机运行效率,降低了变频器容量需求,提高了电机系统的经济性。
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科 技 大 学 博 士 学 位 发展以智能电网、高比例可再生能源与清洁能一代电力系统已经迫在眉睫[3, 4]。而在目前的电力系统的关键支撑与重要基础[5, 6]，是目前我国能源体系转型与新一代电力系统建设的重局以来，我国高度重视抽水蓄能储能建设与利趋缓的同时，抽水蓄能装机增速与发电增速都发展“十三五”规划，2016-2020 年期间，我国力争到 2020 年达到在运抽水蓄能装机容量 4翻一番。

据来源中国电力工业联合会年度电力工业统计数据，以最终公布数据为准；-2016 年全国总装机与抽水蓄能装机容量、发电达国家的变速抽水蓄能电站发展历史悠久特点。近年来，在水电站使用变速发电-电动[8, 9]。截至 2015 年，，部分国家抽蓄装机占其联曾开展过双轴励磁汽轮发电机、变速水再有进一步研究的报道[10]。 【学位授予单位】：华中科技大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TM302

【参考文献】

 

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本文编号：2651430