發(fā)布時間：2024-03-19 20:49

    大型交流勵磁發(fā)電-電動機具有運行效率高、支持變速運行、運行工況多樣等特點,能夠?qū)崿F(xiàn)靈活的功率控制、快速的功率響應、電力系統(tǒng)穩(wěn)定器與經(jīng)濟運行等功能,是一種適應于現(xiàn)代電力系統(tǒng)的變速大型儲能(發(fā)電)機組,在儲能電站與水力發(fā)電站具有廣闊的應用前景,也是我國在大型發(fā)電裝備領域急需掌握的關鍵技術。目前,對于大型交流勵磁發(fā)電-電動機關鍵設計技術的研究尚存在諸多不足,在電機分析模型、電磁計算與電機優(yōu)化設計方法等方面仍有改進的空間。本文針對大型交流勵磁發(fā)電-電動機的建模與電磁設計分析中的關鍵技術展開研究,圍繞電機數(shù)學建模、參數(shù)計算、電磁計算與優(yōu)化設計等主題開展了分析與研究,提出了相應的數(shù)學模型、電磁分析方法與優(yōu)化設計方法,并通過理論分析與對比驗證證明了其可行性與優(yōu)越性。建立了基于螺旋矢量的大型交流勵磁發(fā)電-電動機數(shù)學模型,解決了該類電機穩(wěn)態(tài)、瞬態(tài)與諧波分析模型不統(tǒng)一的問題。研究了雙電氣端口諧波源與轉(zhuǎn)速波動所產(chǎn)生的穩(wěn)態(tài)電流諧波響應特性,明確了諧波響應特性與諧波源相序、頻率等特征及電機運行轉(zhuǎn)速之間的關聯(lián)性,指出了危險諧波源的特征。研究了考慮諧波影響的電機穩(wěn)態(tài)功率特性,建立了功率分量與運行工況的對應關系,明確了各功率分量來源的物理本質(zhì)。提出了電機模型參數(shù)的有限元計算方法,該方法通過建立電機詳細漏電感模型,采用有限元仿真析取計算不同工況下的詳細電感參數(shù),從而彌補新型電機參數(shù)解析計算因為缺乏試驗修正而造成的誤差。分析了電機模型參數(shù)的靈敏度,明確了在精確模型中需考慮參數(shù)漂移現(xiàn)象的模型參數(shù)。基于三相短路電流表達式的推導,提出一種結合有限元與數(shù)值擬合的瞬態(tài)參數(shù)解析計算方法,能夠考慮瞬態(tài)過程中磁路飽和程度變化的影響,提高了瞬態(tài)參數(shù)計算的精確性。建立了對大型交流勵磁發(fā)電-電動機可能采用的繞組結構特別是非常規(guī)繞組具有普遍適用性的氣隙磁勢函數(shù)解析計算模型。提出了基于許-克變換和基于靜電場有限元計算復數(shù)相對磁導函數(shù)的兩種快速精確計算方法,并通過對比驗證了所提出方法在精確性與計算時間上的優(yōu)勢。建立了交流勵磁發(fā)電-電動機電磁激振力波與電磁振動的解析計算模型,提出了定轉(zhuǎn)子雙邊疊片式開口槽電機表面附加損耗的解析計算模型與有限元計算方法,形成了完備的大型交流勵磁發(fā)電-電動機電磁分析與設計方法體系。建立了大型交流勵磁發(fā)電-電動機系統(tǒng)仿真模型,分析了轉(zhuǎn)子變頻器的輸出諧波特性及電流諧波對電機運行特性的影響,并明確了電流諧波的抑制措施。將電機運行點在設計運行域內(nèi)的變化通過運行狀態(tài)予以參數(shù)化表示,分析了運行狀態(tài)變化對電機運行特性的影響。提出了考慮電流諧波與運行狀態(tài)變化影響的電機設計方法優(yōu)化措施。開展了不同型式的繞組產(chǎn)生的繞組磁勢諧波特性的分析。系統(tǒng)分析了不同的定轉(zhuǎn)子繞組選型與匹配所產(chǎn)生的電磁力波特性,明確了可能產(chǎn)生危險電磁振動的電磁激振力波與產(chǎn)生電磁力波的氣隙諧波磁場分量,特別是與繞組磁勢諧波相關的電磁激振力波。在此基礎上,提出了電機定轉(zhuǎn)子繞組選型與匹配的優(yōu)化設計方法,降低電機電磁振動風險。分析了保持齒槽尺寸恒定時,氣隙長度變化對電機電磁特性的影響,提出一種基于帕累托前沿雙目標優(yōu)化的氣隙長度優(yōu)化設計方法。采用磁性槽楔降低磁導諧波的影響,并將該優(yōu)化設計方法應用于了一種通過磁性槽楔選型與減小氣隙長度聯(lián)合優(yōu)化電機經(jīng)濟性的優(yōu)化設計。優(yōu)化了電機運行效率,降低了變頻器容量需求,提高了電機系統(tǒng)的經(jīng)濟性。
【圖文】：

科 技 大 學 博 士 學 位 發(fā)展以智能電網(wǎng)、高比例可再生能源與清潔能一代電力系統(tǒng)已經(jīng)迫在眉睫[3, 4]。而在目前的電力系統(tǒng)的關鍵支撐與重要基礎[5, 6]，是目前我國能源體系轉(zhuǎn)型與新一代電力系統(tǒng)建設的重局以來，我國高度重視抽水蓄能儲能建設與利趨緩的同時，抽水蓄能裝機增速與發(fā)電增速都發(fā)展“十三五”規(guī)劃，2016-2020 年期間，我國力爭到 2020 年達到在運抽水蓄能裝機容量 4翻一番。

據(jù)來源中國電力工業(yè)聯(lián)合會年度電力工業(yè)統(tǒng)計數(shù)據(jù)，以最終公布數(shù)據(jù)為準；-2016 年全國總裝機與抽水蓄能裝機容量、發(fā)電達國家的變速抽水蓄能電站發(fā)展歷史悠久特點。近年來，在水電站使用變速發(fā)電-電動[8, 9]。截至 2015 年，，部分國家抽蓄裝機占其聯(lián)曾開展過雙軸勵磁汽輪發(fā)電機、變速水再有進一步研究的報道[10]。 【學位授予單位】：華中科技大學
【學位級別】：博士
【學位授予年份】：2018
【分類號】：TM302

【參考文獻】

 

相關期刊論文 前10條

1 張菊梅;張程;;抽水蓄能制度變遷及其對行業(yè)影響淺析[J];經(jīng)濟師;2015年10期

2 V.科里塔諾夫;趙慧明;朱曉紅;;美國抽水蓄能電站分析[J];水利水電快報;2015年06期

3 李輝;陳耀君;趙斌;楊超;胡姚剛;劉盛權;楊東;梁媛媛;;雙饋風電場抑制系統(tǒng)次同步振蕩分析及控制策略[J];中國電機工程學報;2015年07期

4 王偉華;王紅宇;許國瑞;康錦萍;孫玉田;;基于時步有限元的抽水蓄能電機瞬態(tài)參數(shù)計算方法的對比[J];電工技術學報;2015年01期

5 劉健俊;鄭小康;錢昌燕;駱林;杜芳勉;;可變速抽水蓄能發(fā)電電動機的設計[J];東方電機;2014年04期

6 李俊卿;王棟;;雙饋感應發(fā)電機轉(zhuǎn)子匝間短路時定子電流諧波分析[J];電力系統(tǒng)自動化;2014年21期

7 李琛;章躍進;周曉燕;仇志堅;;定子開槽表貼式永磁電機轉(zhuǎn)子偏心空載氣隙磁場全局解析法[J];電機與控制學報;2014年10期

8 郭思源;周理兵;;表面埋入式永磁電機磁場解析[J];中國電機工程學報;2015年03期

9 宮海龍;孫玉田;梁艷萍;王亮;;多相高速混合勵磁發(fā)電機氣隙磁場解析研究[J];電機與控制學報;2014年01期

10 羅莎莎;劉云;劉國中;聶金峰;;國外抽水蓄能電站發(fā)展概況及相關啟示[J];中外能源;2013年11期

相關博士學位論文 前7條

1 韓鵬;雙定子無刷雙饋電機設計與驅(qū)動控制[D];東南大學;2017年

2 劉光軍;繞線轉(zhuǎn)子無刷雙饋電機電磁分析和瞬態(tài)模型研究[D];華中科技大學;2016年

3 凌在汛;籠型實心轉(zhuǎn)子屏蔽感應電機電磁場及參數(shù)研究[D];華中科技大學;2015年

4 王新穩(wěn);復解析保角變換在電磁工程中的應用研究[D];西安電子科技大學;2011年

5 朱滿座;數(shù)值保角變換及其在電磁理論中的應用[D];西安電子科技大學;2008年

6 姚駿;交流勵磁發(fā)電機及其勵磁電源的控制策略研究[D];重慶大學;2007年

7 孫玉田;交流勵磁發(fā)電機及其系統(tǒng)的運行分析[D];沈陽工業(yè)大學;1997年

相關碩士學位論文 前2條

1 李秋實;雙饋抽水蓄能機組建模理論及控制規(guī)律研究[D];華北電力大學;2014年

2 楊強;兆瓦級雙饋風力發(fā)電機的設計研究[D];湖南大學;2007年

本文編號：2651430