能量变换器运行特性与系统故障的研究

作     者：张健 

作者单位：哈尔滨理工大学 

学位级别：硕士

导师姓名：戈宝军

授予年度：2009年

学科分类：080801[工学-电机与电器] 0808[工学-电气工程] 08[工学] 

主      题：能量变换器 运行特性 动态特性 系统故障 

摘      要：能量变换器(Powerformer)作为发电机领域的新型高压发电机,引起了国内外的广泛关注。其创新之处是用高压交联聚乙烯(XLPE)电缆做定子绕组,这种革新结构使其能够输出高电压,从而可以直接并网,省去了常规电厂中多个重要元件的同时,也使电厂在整体上具有造价低、效率高、维护方便等优点。 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,详细分析了研究能量变换器运行特性和系统故障下稳定性的意义。 其次,本文运用电机和电磁场理论建立了发电机运行特性的数学模型,给出了有限元求解二维电磁场的方法。为满足运行特性的计算要求,将电机内电磁场的有限元计算与外部电路相结合,计算出了能量变换器的空载特性、短路特性、调整特性和外特性,并由空载特性和短路特性计算出直轴同步电抗x d和短路比SCR,通过和实验结果的对比,证明了数值仿真的正确性,从而为能量变换器的实际应用提供了参考依据。 然后,本文对能量变换器动态运行特性进行了分析,给出了能量变换器动态运行时的数学模型与基于Simulink建立的仿真模型。对能量变换器在空载工况下发生两相间短路与三相短路进行了仿真,得到了定子电流、励磁电流以及转矩的变化规律。 最后,本文对能量变换器系统在线路发生单相接地、两相间、两相接地以及三相接地故障时的物理过程进行了分析,给出了能量变换器正常运行和故障运行时的电气接线图与等值电路,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,并考虑了励磁调节器对能量变换器发生上述故障的影响,通过仿真分析与对比研究,给出了能量变换器系统在发生线路故障时的极限切除时间。