能量变换器小值振荡与稳定性的基础研究

论文摘要

能量变换器是一种新型高压发电机,采用高压交联聚乙烯(XLPE)电缆作为定子绕组,这种革新结构使其能够输出高电压,从而可以直接并网。因此,对能量变换器的运行进行系统地研究是极为必要的。本文针对能量变换器小值振荡和稳定性进行了深入地研究。本文首先介绍了能量变换器的发展背景和国内外的研究现状,详尽分析了研究大型同步发电机和能量变换器稳定性的意义。然后,本文对能量变换器静态稳定运行进行了分析,建立了能量变换器静态稳定运行时的数学模型,推导出了能量变换器静态稳定功率特性和静态稳定功率极限的表达式。并分析了励磁调节对能量变换器静态功率特性的影响,应用对比研究的方法,证明了能量变换器的静态稳定储备系数和静态稳定功率极限都比传统同步发电机高。本文同时结合能量变换器样机参数,系统分析了其稳态小值振荡的物理过程,推导了能量变换器小值振荡时的整步转矩系数、阻尼转矩系数和电流、转矩、电磁功率各微变量的表达式,并通过仿真分析,归纳出了不计定子电阻和线路阻抗时能量变换器相应微变量的变化规律。此外,本文对考虑励磁调节作用时小值振荡各微变量的变化进行了仿真研究,给出了此状态下相应微变量的变化规律。最后,本文对能量变换器系统在线路发生单相短路、相间短路和两相接地短路故障时的物理过程进行了分析,绘制了能量变换器正常运行和故障运行时的电气图与等值电路,结合等值电路推导了能量变换器相应故障状态下的功率表达式,并通过仿真分析与对比研究,给出了能量变换器系统在线路发生单相短路、相间短路和两相接地短路故障时的极限切除时间,得到了能量变换器的动态稳定极限。本文所得结论对能量变换器合理可靠的设计及运行提供了依据,具有一定的理论意义和实用价值。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 课题背景及研究意义
• 1.1.1 能量变换器的发展背景
• 1.1.2 研究大型发电机稳定性的意义
• 1.1.3 研究能量变换器稳定性的意义
• 1.2 能量变换器的研究现状
• 1.2.1 国外研究现状
• 1.2.2 国内研究现状
• 1.3 本文研究的主要内容
• 第2章 能量变换器静态稳定性的研究
• 2.1 引言
• 2.2 同步发电机的数学模型
• 2.2.1 参考方向的选取
• 2.2.2 同步发电机的电压方程和磁链方程
• 2.2.3 同步发电机稳态运行时的磁链方程和电压方程
• 2.2.4 同步发电机稳态运行时的电磁功率
• 2.3 能量变换器样机静态稳定性研究
• 2.3.1 无励磁调节装置的能量变换器稳态运行时的功率特性
• 2.3.2 具有比例式励磁调节装置的能量变换器稳态功率特性
• 2.3.3 能量变换器的静态稳定功率极限
• 2.4 本章小结
• 第3章 能量变换器小值振荡的研究
• 3.1 引言
• 3.2 稳态小值振荡的物理过程分析
• 3.3 不计励磁调节时稳态小值振荡的电流和电磁转矩微变量
• 3.3.1 定子绕组电流的微变量
• 3.3.2 转子绕组电流的微变量
• 3.3.3 电磁转矩的微变量
• 3.4 不计励磁调节作用能量变换器小值振荡的仿真分析
• 3.5 自动励磁调节对微变量的影响
• 3.5.1 按功率角变化量进行调节时的微变量
• 3.5.2 按功率角变化率进行调节时的微变量
• 3.6 考虑励磁调节作用时能量变换器小值振荡的仿真分析
• 3.7 本章小结
• 第4章 能量变换器动态稳定性的分析研究
• 4.1 引言
• 4.2 能量变换器动态稳定分析的数学模型
• 4.3 能量变换器系统故障时功率变化过程分析
• 4.4 能量变换器系统动态稳定仿真
• 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