同步发电机不同运行条件下多因素饱和效应的研究

本文通过理论分析和有限元计算相结合的方法来研究在各种正常及非 正常运行条件下汽轮发电机中的多因素饱和效应及交叉磁化现象。首先研究 了在计及多因素饱和效应及交叉磁化现象时，各种不同运行条件下磁场和参 数计算的基本方法及提高计算精度的系列措施；在此基础上重点研究了各种 运行条件下计及多因素饱和效应及交叉磁化现象的饱和特性、功角特性及各 种运行参数随运行条件变化的规律。本文的主要研究成果如下： （1）通过对磁场与参数不同计算方法及影响计算精度的各种因素的系统 分析研究，确定了计及多因素饱和效应及交叉磁化现象时各种运行条 件下汽轮发电机磁场及参数计算的基本方法。通过与现场实测数据的 对比，证明本文所得结果可信。 （2）在饱和特性的研究方面，揭示了同步发电机在稳态运行时饱和受多因 素影响的本质，引入了直轴电流系数的概念，找出了气隙电势随合成 电流、功角及直轴电流系数变化的规律。以300MW汽轮发电机为例， 首次获得了其d、q轴及任意位置的饱和特性曲线族。 （3）在参数随运行条件变化规律方面，找出了六个基本电抗(Xdd、Xdf、 Xdq、Xqq、Xqf和Xqd)随功角、端电压、励磁电流以及气隙电势等运 行条件及运行参数变化的规律。 （4）在系统研究电磁转矩的各种计算方法的基础上，确定了使用不同方法 进行计算时提高计算精度的系列措施，首次获得了国产300MW汽轮 发电机的饱和特性曲线族，找出了在计及多因素饱和效应及交叉磁化 现象的情况下，功角特性及静态稳定极限与运行条件之间的关系。 （5）为了使体现上述规律和复杂关系的大量曲线族和数表便于在实际中 应用，本文利用人工神经网络估计同步发电机的励磁电流、功角以及 饱和参数。在设计与训练人工神经网络方面，本文将普通的遗传算法 与面向对象的方法结合起来，首次将面向对象的遗传算法应用于同步 发电机参数的ANN估计，较好地解决了人工神经网络的设计和训练 问题。这样，采用人工神经网络建立同步发电机的励磁电流、功角以 及饱和参数与运行条件之间的关系就为本文的有限元分析结果的实 际应用提供了有力手段。 本文的研究成果扩展了同步发电机的饱和理论，为电力系统分析提供了 摘要 高精度的参数，并大大提高了稳定分析所需的初始功角及初始励磁电流的精 度。同时，本文的研究方法及研究成果也为进一步研究在计及多因素饱和效 应及交叉磁化现象时发电机的瞬态参数、模型及电力系统的运行行为提供了 技术基础。