自激异步发电机带载能力的研究

论文摘要

在可再生能源开发和飞机、舰船等军事装备应用过程中,异步发电机作为独立电力系统中的发电装置具有明显的优势,对此进行研究对充分利用可再生能源和提高军事装备战斗力起着重要的推动作用。虽然自激异步发电机具有异步电机固有的优点,但其带负载能力较差,本文针对这一缺点做了相关研究,并提出了合理的无功补偿方案。根据自激异步发电机在基值频率下的稳态等值电路,建立了稳态模型,分析其在不同负载下的外特性和输出功率,并确定了不同功率因数负载下的临界负载阻抗。然后利用异步发电机在两相静止坐标系下的暂态等值电路,推导状态方程,分析了负载变化对暂态电压的影响,并由状态矩阵的主特征根实部确定了使发电机保持自激的临界条件。提出了电容短并励和电容长并励连接两种无功补偿方案,通过分析比较得知电容短并励连接为理想方案。以电压调整率的绝对值作为异步发电机的电压稳定性判断指标,在负载功率因数给定的情况下,两次利用一维优化法确定发电机的最佳短并励电容值。分析结果表明,最佳短并励电容的无功补偿可使发电机具有理想的电压稳定性。根据带阻感负载运行的状态方程,以短并励连接异步发电机稳定运行时的激磁电感为依据判断其在投入给定负载时维持自激发电可行性,并确定异步发电机维持自激所需的临界短并励电容值。同时,利用异步发电机的暂态模型直观地分析了不同短并励电容对机端电压和输出电压暂态过程影响。论文中的仿真计算均有相应的实验作验证,计算结果与实验结果吻合较好,证明了分析方法的正确性和数学模型较高的准确度。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 引言
• 1.1 选题的背景和意义
• 1.2 研究现状
• 1.2.1 国外研究现状
• 1.2.2 国内研究动态
• 1.3 本文研究内容和研究方法
• 第二章 异步发电机带负载运行的稳态分析
• 2.1 概述
• 2.2 异步发电机连接图
• 2.3 异步发电机稳态模型
• 2.3.1 稳态等值电路
• 2.3.2 回路阻抗方程
• 2.3.3 优化分析方法
• 2.4 外特性与输出功率
• 2.4.1 计算和实验过程
• 2.4.2 优化求解过程
• 2.4.3 外特性曲线
• 2.4.4 不同负载下的输出功率
• 2.5 临界负载阻抗的确定
• 2.5.1 求解回路阻抗方程
• 2.5.2 不同负载功率因数对应的临界负载
• 2.6 小结
• 第三章 异步发电机带负载运行的暂态分析
• 3.1 概述
• 3.2 暂态数学模型
• 3.2.1 暂态等值电路和状态方程
• 3.2.2 求解状态方程
• 3.3 暂态电压分析
• 3.3.1 突加负载的暂态电压
• 3.3.2 突减负载的暂态电压
• 3.4 维持自激的临界条件
• 3.4.1 特征根分析法
• 3.4.2 主特征根与最小负载阻抗
• 3.4.3 维持自激临界条件的验证
• 3.5 小结
• 第四章 并励电容对异步发电机稳态电压的影响
• 4.1 概述
• 4.2 稳态数学模型的建立
• 4.2.1 短并励连接的回路阻抗方程
• 4.2.2 长并励连接的回路阻抗方程
• 4.3 求解回路阻抗方程
• 4.4 外特性曲线及实验验证
• 4.4.1 短并励电容对外特性的影响
• 4.4.2 长并励电容对外特性的影响
• 4.5 电容补偿下异步发电机的输出电压调整率
• 4.5.1 短并励连接下的电压调整率
• 4.5.2 长并励连接下的电压调整率
• 4.6 最佳短并励电容值的确定
• 4.6.1 电压调整率
• 4.6.2 短并励电容值给定时的最大电压调整率
• 4.6.3 最大电压调整率出现最小值时的短并励电容
• 4.6.4 不同负载下的短并励电容计算结果
• 4.7 小结
• 第五章 短并励电容对异步发电机暂态过程的影响
• 5.1 概述
• 5.2 短并励连接异步发电机的暂态模型
• 5.2.1 暂态等值电路和状态方程
• 5.2.2 求解状态方程
• 5.3 异步发电机稳定性判据
• 5.3.1 稳定性分析
• 5.3.2 主特征根实部和激磁电感值
• 5.4 短并励电容对暂态电压的影响
• 5.4.1 短并励电容对暂态电压稳定性的影响
• 5.4.2 确定临界短并励电容值
• 5.5 验证临界短并励电容值
• 5.6 不同短并励电容下的暂态电压稳定性
• 5.7 小结
• 第六章 结论
• 参考文献
• 个人简历、攻读学位期间的研究成果
• 附录
• 致谢