计及非线性时同步发电机稳态参数随运行条件变化的规律

摘要

同步发电机数学模型及参数的准确性对电力系统的运行及分析具有重要的意义。本文以300MW汽轮发电机为研究对象，研究了同步发电机五种运行特性的有限元计算方法和解析计算方法，揭示了饱和电抗随运行条件的变化规律，得到了发电机的变参数数学模型。
　　本文主要研究内容如下:
　　1)建立了300MW汽轮发电机的稳态有限元模型，编写了一系列运行特性的有限元法与解析法MATLAB计算程序，对比发现，不计饱和时两种方法的计算结果基本一致;计及饱和时，即使解析法采用饱和电抗，计算结果仍与有限元法差异明显。
　　2)提出了功角特性已知有功功率求功角的近似解析法，经与传统解析法对比，发现近似解析法适用于正常运行范围内的汽轮发电机和功角小于50°时的水轮发电机;提出了V形曲线的有限元精确计算方法，经与解析法对比，结果更接近实测值，并将其应用于安全运行极限的极限电流计算。
　　3)揭示了不同运行特性下饱和电抗的二维变化规律以及随不同电气量变化的三维规律，如给定定子电压和功率因数的情况下，饱和电抗随定子电流的增大而减小;发电机运行在额定电压下，饱和电抗随有功功率和无功功率的增大均呈现先增大后减小的变化规律。
　　4)利用最小二乘法将电抗表示为有功功率和无功功率的二次多项式，提出了适用于电力系统稳态分析的发电机变参数数学模型，并将其与V形曲线的解析法相结合，通过与有限元法、解析法计算的励磁电流和功角进行对比，验证了变参数数学模型的准确性。

目录

声明

摘要

第1章 绪论

1．1 课题研究背景及意义

1．2 国内外研究现状及发展动态分析

1．2．1 发电机的多因素非线性特性

1．2．2 发电机参数的获取

1．2．3 发电机电抗随运行条件变化的研究

1．3 课题研究内容

第2章 汽轮发电机饱和参数的有限元计算

2．1 汽轮发电机的稳态有限元计算

2．1．1 有限元数学模型

2．1．2 给定端点量时饱和磁场的计算

2．1．3 牛拉法端点量迭代

2．2 发电机饱和参数的计算

2．2．1 饱和因子修正法

2．2．2 电感系数计算法

2．2．3 考虑磁路饱和与磁场畸变时的有限元法

2．3 本章小结

第3章 汽轮发电机运行特性的有限元法和解析法对比研究

3．1 汽轮发电机的稳态运行工况

3．1．1 不考虑凸极效应

3．1．2 考虑凸极效应

3．2 基本运行特性的有限元法与解析法对比

3．2．1 负载特性

3．2．2 外特性

3．2．3 调整特性

3．3 有功功率调整的功角特性计算方法对比

3．3．1 以有功功率为自变量的功角特性解析计算

3．3．2 功角特性有限元法与解析法的对比

3．4 无功功率调整的V形曲线计算方法对比

3．4．1 V形曲线解析计算

3．4．2 V形曲线有限元法精确计算

3．4．3 V形曲线有限元法与解析法的对比及应用

3．5 本章小结

第4章 汽轮发电机饱和电抗随运行条件的变化及变参数数学模型

4．1 不同运行特性下饱和电抗变化的二维曲线

4．1．1 调整特性下饱和电抗的变化

4．1．2 功角特性下饱和电抗的变化

4．1．3 V形曲线下饱和电抗的变化

4．2 发电机参数随工况变化的三维曲面

4．3 适用于系统稳态分析的发电机变参数数学模型

4．3．1 三维曲面的最小二乘拟合

4．3．2 变参数数学模型的确立

4．3．3 样本区间和样本密度对模型参数精度的影响

4．4 发电机变参数数学模型的应用

4．4．1 励磁电流的计算

4．4．2 功角的计算

4．5 本章小结

第5章 结论与展望

5．1 结论

5．2 展望

参考文献

攻读硕士学位期间发表的论文及参加科研情况

致谢