电能质量扰动对大型汽轮发电机的影响及分析

论文摘要

大型发电机是电力系统的核心,是十分重要和昂贵的设备,其运行可靠性对系统的正常运行、保证电能质量以至整个社会的安全运转都起着极其重要的作用。大型发电机组在电网中势必要经受各种特殊运行方式和事故的冲击。对机网系统在系统扰动下的瞬态运行行为进行深入的计算分析具有十分重要的理论价值和工程实际意义。机网瞬态过程的系统分析涉及到网络方程、电机方程、轴系机械方程,十分复杂。课题以三相突然短路和谐波二种典型的扰动形式为例,对机网系统在扰动情况下的瞬态过程进行了分析研究。本文针对的是典型的电力系统组成部分——汽轮发电机为研究对象,总结了三相电压不平衡和谐波对其的影响。通过对汽轮发电机的具体结构和运行特点进行分析,再综合国内外研究成果以及多年相关研究的基础上,从磁场理论出发,分析计算了它在不同电能质量情况下的磁场情况,采用时步有限元法计算了汽轮发电机定子在空载情况下三相突然短路时的瞬态电磁场,得到了定子电流随时间的变化曲线,分析了短路后定子电流的谐波分量;讨论了转子阻尼系统用不同的回路数模拟时瞬态参数的变化;并以600MW汽轮发电机为例,阐述了瞬态电抗和时间常数的计算方法。此外,根据电网谐波的特性,应用傅立叶变换对其进行离散,分析了谐波对汽轮发电机磁场的影响。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 引言
• 1.2 课题研究的目的及意义
• 1.2.1 电能质量的重要性
• 1.2.2 电能质量的相关标准
• 1.2.3 大型发电机在电力系统中重要作用
• 1.3 国内外研究现状
• 1.4 本文主要研究内容
• 第2章 汽轮发电机磁场计算和谐波理论
• 2.1 汽轮发电机磁场计算的有限元方法
• 2.1.1 二维静态场模型和复数涡流场模型
• 2.1.2 考虑转子旋转的二维场模型
• 2.1.3 定子电流作为未知量时的方法
• 2.1.4 三维模型
• 2.2 电力系统谐波的基本理论
• 2.2.1 谐波的分析
• 2.2.2 电力系统谐波的特性
• 2.3 谐波环境中的热损耗
• 2.3.1 铜耗
• 2.3.2 铁耗
• 2.3.2 介质损耗
• 2.4 本章小节
• 第3章 汽轮发电机非正常运行时磁场计算
• 3.1 同步发电机不对称运行计算及分析
• 3.1.1 对称分量法的应用
• 3.1.2 正序负序及零序电路电压平衡关系
• 3.1.3 不对称电路的求解
• 3.2 汽轮发电机瞬态电磁场的计算
• 3.2.1 汽轮发电机瞬态电磁场的数学模型
• 3.2.2 基本方程的时空离散
• 3.2.3 初始条件
• 3.2.4 瞬态参数计算
• 3.3 瞬态磁场计算结果分析
• 3.3.1 定子电流波形分析
• 3.3.2 结果分析
• 3.3.3 电压不平衡对汽轮发电机的影响
• 3.4 本章小节
• 第4章 电网谐波时汽轮发电机的磁场分析
• 4.1 电力系统谐波的几种典型波形
• 4.2 谐波畸变的计算方法
• 4.3 电网谐波时的磁场计算
• 4.3.1 离散傅立叶变和快速傅立叶变换
• 4.3.2 离散傅立叶变换的泄漏和栅栏效应
• 4.3.3 采样点数的选择
• 4.4 计算结果分析
• 4.4.1 谐波对电机的影响
• 4.4.2 谐波对电网的危害
• 4.5 本章小节
• 结论
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间发表的学术论文
• 致谢