基于幅相运动方程的异步电动机机电时间尺度建模及其对电力系统机电动态影响研究

发布时间：2021-05-21 12:35

　　异步电动机是电力系统中的主要用电负荷,尽管基于电力电子变换器并网的变频调速技术使部分异步电动机得以实现一定的调速性能,然而受成本、运行可靠性以及维护等方面因素的影响,仍有大量异步电动机直接并入电网,其动态特性对系统的动态稳定有重要影响。因此研究异步电动机的动态特性及其对系统动态稳定的影响对于分析、认识和解决问题有重要帮助。本文回顾了用于异步电动机特性描述的传统建模方法及异步电动机对系统稳定问题的研究,认为异步电动机特性的传统描述或偏重于对其内部各组成部分数学化的描述、或针对具体场景具体问题片面化的描述特性,导致异步电动机对系统动态稳定影响的研究缺乏直观物理化的理解和全面的归纳。因此研究的关键在于深入全面物理化的认识异步电动机的动态特性。本文基于幅相运动方程的概念,将异步电动机的动态特性描述为耦合的有功功率平衡、无功功率平衡过程驱动下异步电动机内电势幅值、相位的运动,这种建模方法借助了动力学的概念和思路来描述异步电动机内电势幅值、相位状态在不平衡功率作用下的运动规律,有助于对异步电动机的动态特性形成物理运动的抽象认识。围绕异步电动机幅相运动方程模型,本文还研究了异步电动机机电时间尺度的幅... 

【文章来源】：华中科技大学湖北省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校

【文章页数】：146 页

【学位级别】：博士

【文章目录】：
摘要
Abstract
主要变量及符号索引
1 绪论
    1.1 课题的研究背景
    1.2 课题研究问题
        1.2.1 并网异步电动机幅相动态特性的物理描述
        1.2.2 含异步电动机系统的机电动态稳定
    1.3 课题研究现状
        1.3.1 异步电动机建模方法
        1.3.2 异步电动机对系统机电动态稳定问题的影响
    1.4 课题研究内容及各章节安排
        1.4.1 课题研究内容
        1.4.2 各章节安排
2 异步电动机机电时间尺度内电势幅相运动方程
    2.1 引言
    2.2 内电势幅相运动方程的基本概念
    2.3 异步电动机机电时间尺度基本数学模型及内电势定义
        2.3.1 异步电动机机电时间尺度的基本数学模型
        2.3.2 内电势矢量定义
    2.4 异步电动机机电时间尺度幅相运动方程
        2.4.1 基于功率平衡的内电势幅相运动方程
        2.4.2 模型验证
    2.5 并网异步电动机幅相动态特性描述
        2.5.1 短时间扰动下异步电动机的幅相动态特性
        2.5.2 长时间扰动下的异步电动机幅相动态特性
    2.6 本章小结
3 基于幅相运动方程的单异步电动机..无穷大系统大扰动稳定分析
    3.1 引言
    3.2 异步电动机设备与传输网络的功率特性
        3.2.1 异步电动机需求的有功、无功功率特性
        3.2.2 网络供给有功、无功功率特性
    3.3 功率平衡物理含义及联合有功、无功功率平衡的异步电动机大扰动稳定判据
        3.3.1 有功、无功功率平衡分析的物理含义
        3.3.2 联合有功、无功功率平衡的异步电动机大扰动稳定判据
    3.4 基于功率平衡的堵转失稳机理分析
        3.4.1 大扰动后的堵转分析
        3.4.2 极限切除电压
        3.4.3 仿真验证
    3.5 基于功率平衡的低电压失稳机理分析
        3.5.1 大扰动后异常的低电压分析
        3.5.2 极限切除电压
        3.5.3 仿真验证
    3.6 本章小结
4 基于幅相运动方程的异步电动机惯量特性及其对风电并网系统频率动态影响
    4.1 引言
    4.2 频率动态中异步电动机机电时间尺度特性
        4.2.1 同步电机的内电势和运动方程
        4.2.2 内电势运动表征的异步电动机频率动态及有效惯量含义
    4.3 异步电动机机电时间尺度的有效惯量评估
        4.3.1 内电势相位运动的小信号建模
        4.3.2 机电时间尺度下异步电动机的有效惯量
        4.3.3 异步电动机有效惯量的物理理解和特性分析
    4.4 异步电动机有效惯量对风电并网系统惯性响应时间尺度频率动态的影响
        4.4.1 风电并网系统的频率响应模型
        4.4.2 异步电动机有效惯量对风电并网系统的频率特性分析
    4.5 仿真验证
    4.6 本章小结
5 基于幅相运动方程的异步电动机与STATCOM相互作用分析
    5.1 引言
    5.2 相互作用原理的基本理解以及分析模型建立
        5.2.1 设备间相互作用的基本理解
        5.2.2 系统相互作用分析模型建立
    5.3 影响相互作用的因素分析
        5.3.1 端电压控制的影响
        5.3.2 传输网络强度的影响
        5.3.3 异步电动机转子惯性常数的影响
    5.4 时域仿真验证
    5.5 本章小结
6 总结与展望
    6.1 全文总结
    6.2 主要创新点
    6.3 工作展望
致谢
参考文献
附录1 仿真系统拓扑和主要参数
附录2 攻读博士学位期间发表论文与申请专利目录
附录3 攻读博士学位期间参与科研项目


【参考文献】：
期刊论文
[1]澳大利亚“9·28”大停电事故分析及对中国启示[J]. 曾辉,孙峰,李铁,张强,唐俊刺,张涛.  电力系统自动化. 2017(13)
[2]“9·19”锦苏直流双极闭锁事故华东电网频率特性分析及思考[J]. 李兆伟,吴雪莲,庄侃沁,王亮,缪源诚,李碧君.  电力系统自动化. 2017(07)
[3]电力电子化电力系统多尺度电压功角动态稳定问题[J]. 袁小明,程时杰,胡家兵.  中国电机工程学报. 2016(19)
[4]一种基于储能技术的风电场虚拟惯量补偿策略[J]. 刘巨,姚伟,文劲宇,艾小猛,罗卫华,黄莹.  中国电机工程学报. 2015(07)
[5]基于连锁故障模型的感应电动机连锁堵转分析[J]. 吴浩,郭瑞鹏,韩祯祥,曹一家.  电力系统自动化. 2012(05)
[6]感应电动机连锁堵转宏观规律的初探[J]. 吴浩,郭瑞鹏,韩祯祥,曹一家.  电力系统自动化. 2010(13)
[7]感应电动机负荷的动态特性分析[J]. 赵兵,汤涌.  中国电机工程学报. 2009(07)
[8]电压稳定分析中异步电动机动态负荷建模探讨[J]. 王庆红,张丽,周双喜.  中国电力. 2004(04)
[9]计及感应电动机静态特性的PV曲线分析[J]. 王新宝,韩祯祥.  电力系统自动化. 2004(02)
[10]计及负荷特性的电力系统低频振荡分析[J]. 杨艳,赵书强,朱洪波.  电力自动化设备. 2004(01)



本文编号：3199715