考虑饱和时1000MW水轮发电机运行特性研究

摘要

1000MW水轮发电机是继投运于三峡电站的700MW水轮发电机之后的更大容量的巨型水轮发电机，在国内外都尚处于研究起步阶段，无论是电机的设计还是分析都存在许多问题。当电机被设计出来后，电机运行特性的准确计算就变得尤为重要，本文采用有限元软件分析了1000MW水轮发电机的非线性磁场分布，基于磁场分布情况计算了电机的各种运行性能。
　　 首先，本文借助1000MW水轮发电机二维几何模型，分别采用磁密谐波法、齿磁通法和磁链法计算了发电机的空载特性，证明了磁链法的合理性。并用磁链法计算了发电机的额定运行工况，给出了额定运行工况下电机内基本电抗和增量电抗的计算方法和计算结果。
　　 然后，采用了绕组磁链法计算电势的方法，通过有限元法计算了1000MW水轮发电机的几个重要的稳态运行特性，给出了发电机的短路特性、零功率因数负载特性、功角特性和U形特性的计算方法，同时计算了有功功率调节和无功功率调节时不同运行点的基本电抗和增量电抗，并对这些运行特性的计算结果及电抗变化进行了分析。
　　 最后，本文在理论分析的基础上，通过有限元计算求取了1000MW水轮发电机饱和负载特性，即合成电流与气隙电势的关系曲线。分别计算并分析了1000MW发电机的d轴饱和特性、q轴饱和特性、励磁电流固定而不同功角的饱和特性，相同功角而不同d轴合成电流的饱和特性，d轴合成电流与q轴电流不同的饱和特性，励磁电流与q轴电流比值不同的饱和特性和维持功率因数不变时负载特性，通过不同饱和特性特性的计算给出了电机饱和特性随电机不同工况的变化趋势。
　　 本文所作的工作可为1000MW水轮发电机的设计与性能的研究提供参考依据，文中所给出的运行特性的计算方法，以及所算得的电抗与磁路参数的变化规律对其他电机的设计计算与性能分析同样具有重要的参考价值。

目录

文摘

英文文摘

第1章 绪论

1.1 本课题的背景及研究意义

1.2 研究同步发电机饱和意义

1.2.1 发电机饱和对电机参数的影响

1.2.2 饱和对同步发电机运行行为的影响

1.2.3 发电机饱和对电力系统的影响

1.3 同步电机饱和问题研究现状

1.3.1 数值计算考虑发电机饱和

1.3.2 实验法和参数辨识考虑同步电机饱和

1.4 本文研究内容

第2章 1000MW水轮发电机空载特性和参数计算

2.1 引言

2.2 考虑饱和时I000MW同步发电机电磁场计算的数学模型

2.2.1 基本假设

2.2.2 计算所用数学模型

2.2.3 气隙电势的求取

2.2.4 空载特性

2.3 不同工况求解

2.4 电抗计算

2.4.1 耦合电抗计算方法

2.4.2 增量电抗计算方法

2.4.3 额定工况电抗计算结果

2.5 本章小结

第3章 I000MW水轮发电机运行特性计算

3.1 引言

3.2 短路特性

3.2.1 短路特性计算

3.2.2 计算结果比较

3.3 零功率因数负载特性

3.4 功角特性

3.4.1 饱和功角特性迭代与计算

3.4.2 功角特性计算结果

3.4.3 电抗随功角特性变化

3.5 无功调节特性

3.5.1 U型曲线理论分析

3.5.2 I000MW发电机U形特性有限元计算

3.5.3 有功功率不同时U型曲线

3.5.4 有功功率相同不同电压时U形特性曲线

3.5.5 电抗随U型曲线

3.6 本章小结

第4章 1000MW水轮发电机饱和时负载特性分析

4.1 引言

4.2 饱和负载特性计算方法

4.2.1 合成电流计算

4.2.2 基值系统的选取

4.2.3 饱和负载特性的计算

4.3 交直轴饱和负载特性的计算

4.3.1 d轴饱和负载特性

4.3.2 q轴饱和负载特性

4.4 五种状态下的饱和负载特性

4.4.1 励磁电流固定而功角不同的负载特性

4.4.2 功角相同而不同d轴电流时的负载特性

4.4.3 d轴合成电流与q轴电流比值不同负载特性

4.4.4 励磁电流与q轴电流比值不同时负载特性

4.4.5 恒定功率因数运行条件下的负载特性

4.5 本章小结

结论

参考文献

攻读硕士学位期间发表的学术论文

致谢