大型同步发电机调速控制的场-路-网耦合法非全相工况下定子电流特性研究

为了更准确分析发电机非全相定子电流特性,建立了适用于发电机并网运行的基于调速控制的场-路-网耦合时步有限元模型,仿真计算了发电机并网额定运行时,接线方式为YNd11变压器高压侧断路器一相或两相断开2种非全相工况下的定子电流,揭示了不同非全相情况下定子各相电流之间关系,分析了转速控制对故障电流动态影响,并计算2种故障后定子稳态负序电流,整个仿真计算结果考虑了发电机故障运行时,发电机磁场饱和、畸变等非线性因素的影响,同时为了模拟真实的发电机的并网运行情况,整个场路耦合模型中包含了转速控制系统,并且通过变压器、双回架空输电线路将发电机与无穷大电网连接起来,这样更能贴近工程实际,最后,将结果与解析法得到的结果进行对比,验证了方法的正确性。

控-场-路-网耦合的单机-无穷大系统联合仿真建模

为更完善、更准确地研究发电机并网运行下,发电机非正常运行时的机网动态问题,建立了控-场-路-网耦合的单机-双回线-无穷大系统联合仿真模型,实现了励磁控制系统—发电机二维瞬态电磁场—外电路—电网的全面耦合。并以某动模实验电机为基础,通过对发电机定子绕组匝间短路故障的仿真与实验结果对比,验证了仿真模型的正确性。与此同时,为验证该模型在大型发电机组中的应用效果,另以一台核电半速汽轮发电机为例进行了定子绕组匝间短路故障仿真,并将仿真结果与传统的恒定励磁电压法建模的仿真结果比较,分析结果表明所建的控-场-路-网联合仿真模型能更准确、更真实有效地反映发电机非正常运行时机网协调运行的动态过渡过程。

基于励磁与调速控制的单机无穷大系统场-路-网时步有限元建模

为了能更准确地分析在整个电力系统受到干扰或出现故障时发电机与电网相互影响的动态问题,建立含有励磁调节系统和转速控制系统的场-路-网耦合时步有限元模型。该模型不但考虑了发电机磁场饱和、畸变以及趋肤效应等非线性因素对电机的影响,同时还考虑了转速的动态变化以及变压器和输电系统参数的影响,并给出了励磁调节系统和转速控制系统的实现方法。为验证模型的正确性,以一台1 407 MV·A汽轮发电机为例,采用该模型对发电机额定并网运行情况下,变压器二次侧(高压侧)A相断路器突然断开这一非全相暂态过程进行了仿真,并与传统的Park方程计算结果进行对比分析,验证了建立的场-路-网耦合时步有限元模型的正确性。

面向系统动态分析的场路网耦合时步有限元模型

为了在分析系统扰动条件下机网相互影响问题时,能够更准确地考虑发电机的非线性,建立了适合不同网络结构、扰动类型以及不同计算任务的系统动态分析场-路-网耦合时步有限元通用性模型,进而详细推导了单机无穷大系统、两机系统以及三机系统的具体计算格式。在此基础上为使该模型适合更多的网络结构和不同任务的动态分析,引入了相应的控制变量,用于对方程本身、机网接口以及时步有限元计算参数进行控制与调整。模型与算法为深入研究动态过程机-网相互影响,并进一步获得发电机的简化模型提供了新的计算工具。

同步发电机定子绕组匝间短路故障特征规律研究

为真实有效地反映实际并网运行的大型同步发电机发生定子绕组匝间短路故障时发电机定子电流及谐波电磁转矩等主要电气量的变化规律,采用场-路-网耦合时步有限元法对该问题进行了详细分析。以一台1 407 MVA核电半速汽轮发电机为研究对象建立了场-路-网联合仿真模型,在发电机并网带额定负载稳定运行条件下,对发电机定子绕组不同位置发生相同程度匝间短路故障进行了仿真,研究了大型发电机定子绕组匝间短路时故障位置对发电机机端三相电流、暂态基波电磁转矩、暂态二次谐波电磁转矩及稳态二次谐波电磁转矩的影响。为大型同步发电机定子绕组匝间短路故障诊断提供参考。

大型核电汽轮发电机非全相运行转子动态电磁力分析

为了分析计算发电机额定并网运行时变压器高压侧一相断开的非全相工况下汽轮发电机转子动态电磁力的分布规律,以容量为1407MV·A核电汽轮发电机为例,建立动态分析的单机无穷大系统的场!路!网耦合时步有限元模型。进而分析转子二维截面上的磁场分布情况,并结合麦克斯韦应力法,计算发电机非全相工况下汽轮发电机转子齿顶、齿壁上各关键点动态电磁力。将计算结果与额定并网工况下的结果进行对比分析,得出一些有价值的结论。最后,提取气隙磁场变化特征,得到转子径向与切向电磁力波变化规律,结果表明非全相运行时,转子受到的反向电磁力波动较大。该研究为汽轮发电机转子铁心结构的优化设计提供了理论参考。

大型汽轮发电机非全相运行磁密分析

针对非全相运行工况,以一台1 407 MVA核电汽轮发电机为例,建立了单机无穷大系统动态分析的场-路-网耦合时步有限元模型,分析计算了发电机额定并网运行时变压器高压侧一相断开和两相断开的非全相运行工况下,汽轮发电机定转子齿部磁密分布情况及其规律,并将其与正常负载运行时汽轮发电机定转子齿部磁密分布情况及其规律作对比。最后,提取气隙磁场密度并分析其变化规律,结果表明非全相运行后,并且除基波最大值下降外其他各次谐波最大值都增大,气隙磁密畸变较为严重。该研究为大型汽轮发电机设计与制造、安装和维修、运行与操作等工程实践提供基础理论参考。