系统扰动条件下同步发电机运行行为的时步有限元研究

【摘要】：本文在充分考虑发电机复杂非线性因素影响的情况下,建立了系统动态过程仿真计算的场-路-网耦合时步有限元模型,研究了系统扰动条件下发电机多种非线性因素对其运行行为的影响,并分析了时步有限元计算参数对系统仿真结果的影响。为进一步建立系统分析简化模型确立理论及技术依据。主要创新性成果如下： 1.为了充分反映汽轮发电机多种非线性因素对机-网动态过程的影响,本文建立了针对系统分析的场-路-网耦合时步有限元新模型。该模型可同时考虑发电机磁路饱和、磁场畸变、动态过程中转子体、励磁绕组与阻尼绕组中挤流效应等复杂非线性因素的作用。 2.针对同步发电机的具体结构,系统地研究了时步有限元计算中预先选定的结构、材料参数,以及时间、空间离散密度等因素对仿真结果的影响。揭示了时步有限元仿真结果与计算参数之间的关系,提出了为获取动态过程标准响应所需计算参数的合理取值范围。 3.采用时步有限元模型,结合小信号特征值法与Prony分析方法,揭示了小扰动过程中发电机多种复杂非线性因素与其转子振荡频率、阻尼比、静态稳定极限等基本运行特性之间的关系,指出了采用基于工厂参数的派克方程模型在对发电机某些运行状态进行计算时,产生较大误差的根源。 4.采用时步有限元模型,对系统大扰动过程中同步发电机的最大电磁转矩、最大定子电流、最大励磁电流、以及系统极限切除时间等问题进行了分析。揭示了大扰动过程中,发电机的复杂非线性特性对其运行行为与系统稳定性的影响。为进一步研究反映发电机复杂非线性作用的简化模型提供了理论依据。