计及饱和时汽轮发电机运行特性的计算研究及有限元软件设计

【摘要】： 本文在系统地研究了汽轮发电机运行特性（饱和特性、短路特性、零功率因数负载特性和U形曲线）、非线性有限元方程计算精度、定转子实际结构对饱和特性的影响及计及定转子实际结构时的剖分策略等问题之后，进一步研究开发了适于不同型号汽轮发电机稳态分析的通用性有限元软件。 本文的主要研究成果如下： 1. 通过对汽轮发电机饱和特性的研究，在已有文献的基础上，更详细地研究了影响饱和特性的因素，求出了以功角和励磁电流为参数的饱和特性曲线族；跟不计饱和时相比考虑到饱和，U形曲线向右偏移，即产生相同的气隙电势需要更大的励磁电流；用不同的零功率因数负载特性曲线计算所得的定子漏抗不同。 2. 通过对定转子实际结构对饱和特性的影响的研究，发现定转子实际结构影响汽轮发电机磁路铁心部分的截面积，进而影响磁场的分布，所以要得到精确的参数和运行特性，必需考虑定转子的实际结构；确定了考虑定转子实际结构时的剖分策略。 3. 在已有的非线性有限元方程求解方法的基础之上，利用现有的计算条件，本文计算了若干典型工况的磁场分布，并对这些计算结果进行了分析，研究了非线性有限元方程的计算精度问题。 4. 研究开发了适用不同型号汽轮发电机的可就不同稳态问题进行计算研究的有限元软件。在开发过程中，考虑了汽轮发电机定转子的实际结构，采用较密的剖分策略，对求解区域的离散更加符合实际；采用了活动边界，转子可在360o范围内相对定子旋转；在对求解区域剖分时，采用自动剖分技术，有关的结构尺寸参数和控制量用变量表示，因而可适用于我国在用的不同型号和容量的大型汽轮发电机。