变速恒频技术在水力发电中应用的初步研究

【摘要】：传统的恒速恒频发电一直在水力发电中占据主导地位。但由于恒速恒频要求水轮机-发电机组的转速也为恒定,这样做不仅水能利用低,而且适应工况的能力也不强。变速恒频水轮发电系统的出现改变了这一局面,这种发电机具有良好的稳定性及变速恒频发电能力、独立的有功与无功调节能力和较强的进相运行能力。整个变速恒频水轮发电机系统通过发电机励磁、水轮机调节系统的联合控制,可使系统在水头、流量变化时运行于最优单位转速附近,提高水力效率,实现发电机负荷的优化调节。 变速恒频水轮发电机系统是一个涉及水力、水轮机和发电机的综合系统。综合研究该系统的运行特性,对整个水轮发电机系统的建模及其稳定性的分析具有十分重要的理论和现实意义。论文主要对以下内容进行了研究: 1、在详细介绍变速恒频发电机运行的基本原理及其数学模型的基础上,对发电机内部的电磁关系做了一定的分析。并初步研究了交流励磁发电机的稳态运行性能。 2、在分析水轮发电机负荷优化的调节原理的基础上,通过小浪底计算的实例对变速恒频发电机和常规同步发电机在相同运行工况下的负荷优化性能进行了比较,并采用B样条函数数值拟合的方法建立了变速恒频水轮发电机水轮机系统优化调节的仿真模型。 3、利用小扰动信号法推导了变速恒频水轮发电机系统的水、机、电数学模型,并对该系统大范围渐近稳定性的条件进行了初步研究和探讨。 【关键词】：变速恒频 交流励磁 水轮发电机系统 双馈发电机
【学位授予单位】：武汉大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2005
【分类号】：TV734.2
【目录】：

• 摘要4-5
• ABSTRACAT5-10
• 第1章 绪论10-21
• 1．1 中国水电的发展现状及趋势10
• 1．2 变速恒频发电技术的提出10-12
• 1．3 变速恒频发电系统的种类及其特性12-16
• 1．3．1 交-直-交发电系统13
• 1．3．2 交流励磁双馈发电机系统13-14
• 1．3．3 无刷双馈发电机系统系统14-16
• 1．4 变速恒频水力发电技术研究现状16-20
• 1．4．1 变速恒频发电机国内外研究现状16-17
• 1．4．2 变速恒频发电机励磁控制技术现状17-19
• 1．4．3 水轮机调节系统控制策略的研究现状19-20
• 1．5 本文研究的主要内容与方法20-21
• 第2章 变速恒频发电机的基本理论21-46
• 2．1 交流励磁发电机基本原理及数学模型21-39
• 2．1．1 交流励磁发电机变速恒频运行的基本原理21
• 2．1．2 交流励磁电机的优点21-22
• 2．1．3 交流励磁电机的应用22-23
• 2．1．4 交流励磁发电机变速恒频运行的基本原理23-24
• 2．1．5 交流励磁发电机矢量控制策略数学模型研究24-31
• 2．1．6 双馈发电机的功率特性及其控制原理31-39
• 2．2 无刷双馈发电机基本原理及数学模型39-44
• 2．2．1 无刷双馈发电机的结构39
• 2．2．2 无刷双馈发电机的数学模型39-44
• 2．3 本章小结44-46
• 第3章 水轮机优化调节系统模型研究46-63
• 3．1 研究现状46
• 3．2 变速恒频水轮发电机系统的负荷优化调节46-51
• 3．2．1 负荷优化调节原理46-48
• 3．2．2 负荷优化调节的主要步骤48-49
• 3．2．3 小浪底水电站优化调节实例49-51
• 3．3 基于2B样条函数数值拟合的水轮机优化调节模型51-54
• 3．3．1 2B样条函数数值拟合方法51-54
• 3．3．2 建立交流励磁调速水轮发电机数学模型的方法54
• 3．4 变速恒频发电机的水轮机优化调节系统仿真模型的研究54-62
• 3．4．1 水轮机动态特性模型56-57
• 3．4．2 压力引水系统动态特性57-60
• 3．4．3 发电机及负荷系统的动态特性60-61
• 3．4．4 随动系统模型61
• 3．4．5 基于双馈发电机的水轮机优化调节系统模型61-62
• 3．5 本章小结62-63
• 第4章 变速恒频水轮发电机系统静稳定性的初步研究63-75
• 4．1 研究现状63-65
• 4．1．1 变速恒频水轮发电机系统63-64
• 4．1．2 静态稳定性64-65
• 4．2 Lyapunov稳定性理论65-67
• 4．2．1 Lyapunov稳定性定义65-66
• 4．2．2 Lyapunov函数定义66
• 4．2．3 李氏第二法稳定的判别定理66-67
• 4．3 数学模型的建立67-73
• 4．3．1 水轮机模型67-68
• 4．3．2 变速恒频发电机的数学模型68-70
• 4．3．3 变速恒频发电机开环静态稳定运行条件70-71
• 4．3．4 基于Lyapunov函数的稳定性分析模型71-73
• 4．4 仿真模型73-74
• 4．5 本章小结74-75
• 第5章 结论和展望75-76
• 参考文献76-79
• 后记79

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