一種星接三相異步發電機實現單相運行的設計方法技術

本發明專利技術屬于異步發電機的分析設計技術領域，涉及一種星接三相異步發電機實現單相運行的設計方法，針對星接三相異步發電機單相運行模式，基于對稱分量法對異步發電機系統進行建模設計，根據異步發電機系統的電路結構，設計出發電機穩定運行時的正序電量、負序電量的耦合關系，并由流控電壓源將耦合關系體現在復合序網中，簡化得到發電機運行的約束條件，其設計原理科學可靠，建模設計方法工藝簡單，運行靈便，應用效果好，節能節電性強。

A design method for single phase operation of star connected three-phase asynchronous generator

The invention belongs to the technical field of the design and analysis of asynchronous generator, which relates to a star connected three-phase asynchronous generator design method for single-phase operation, star connected single-phase operation of three-phase asynchronous motor model, symmetrical component method for modeling design of asynchronous generator system based on, according to the circuit structure of the induction generator system, the coupling relationship between design of stable operation of motor the positive sequence and negative sequence power consumption, and the controlled voltage source will be reflected in the coupling relationship between the compound sequence network, simplified constraint generator, the design principle is scientific and reliable, process modeling and design method is simple, convenient operation, good application effect, energy saving and strong.

【技術實現步驟摘要】

：本專利技術屬于異步發電機的分析設計
，涉及一種星接三相異步發電機實現單相運行的設計方法。
技術介紹
：目前，工業中使用的三相異步發電機比三相同步發電機的結構簡單、運行可靠、維修方便，不需要直流勵磁，既可作為發電裝置應用于獨立電力系統中，也可并網運行，現已成為國內外新能源發電領域的研究熱點。星接三相異步發電機在艦船、飛機、通訊平臺、鉆井平臺等獨立電力系統中得到了廣泛應用，但在照明、空調等這些系統中常用單相負載，盡管單相異步發電機可以直接發出單相電，但是單相異步發電機容量小、損耗大、效率低，難以滿足實際運行需求。而三相異步發電機技術成熟，可選用規格多且效率較高，因此，出對星接三相異步發電機連接方式進行改進，使其向外直接輸出單相電能具有重要的現實意義及廣泛的應用前景。在現有技術中，為判斷發電機帶負載運行的可行性，需要分析異步發電機的穩態運行狀態，因而，根據異步發電機穩定運行狀態，尋求一種星接三相異步發電機實現單相運行的設計方法至關重要。
技術實現思路
：本專利技術旨在克服現有技術存在的缺點，提出一種星接三相異步發電機實現單相運行的設計方法，簡化異步發電機系統的分析過程，為異步發電機穩態運行及電機系統設計提供快速有效的技術支持，該方法針對星接三相異步發電機單相運行模式，基于對稱分量法對異步發電機系統進行建模設計，根據異步發電機系統的電路結構，設計出發電機穩定運行時的正序電量、負序電量的耦合關系，并由流控電壓源將耦合關系體現在復合序網中，簡化得到發電機運行的約束條件。為實現上述目的，本專利技術所采用的設計方法包括以下工藝步驟：(1)先把星接三相異步發電機轉子側參數向定子側折算，再將定子側參數與轉子側參數折算到基值頻率下，分別推導三相異步發電機正序等值電路和負序等值電路，發電機繞組為星型接法而無零序電流通路，使零序電流和零序電壓為零；(2)根據正序等值電路和負序等值電路分別得到正序阻抗和負序阻抗，其中，正序電壓等于正序電流與正序阻抗之積，負序電壓等于負序電流與負序阻抗之積；(3)通過對稱分量法分別用正序電壓、負序電壓表示三個相電壓，用正序電流、負序電流表示三個相電流；(4)將三個相電壓與正序電壓、負序電壓間的關系代入三個線電壓與三個相電壓間的表達式中，實現用正序電壓、負序電壓表示三個線電壓；(5)根據星接三相發電機的三個線電壓所組成回路電壓為零的約束條件，第三個線電壓用其余兩個線電壓表示，得到的兩個線電壓與正序電壓、負序電壓之間的關系式并寫成矩陣形式，再對矩陣做逆變換，實現用正序電壓、負序電壓表示兩個線電壓；(6)從星接三相異步發電機定子側分別選擇包含上述線電壓的兩個獨立回路，回路電流為相電流，根據基爾霍夫電壓定律，寫出用矩陣表示的線電壓與相電流間的關系，根據已經得到的兩個線電壓與正序電壓、負序電壓的關系和兩個相電流與正序電流、負序電流的關系，得到正序電壓、負序電壓與正序電流、負序電流之間的耦合關系；(7)采用流控電壓源表征正序電量與負序電量的耦合，建立星接三相異步發電機單相負載穩態運行的復合序網模型，通過簡單的電路變換，進行復合序網模型中負序電路部分的化簡與折算，最終將負序電路及受控源部分簡化為一個與正序阻抗串聯的簡單阻抗，進而得到簡化正序等值電路；(8)將簡化正序等值電路的回路阻抗之和作為目標函數，通過優化得到優化變量定子電流頻率標幺值和正序激磁電抗；(9)再根據正序激磁電抗查找三相異步發電機磁化曲線得到正序感應電勢，再由正序等值電路計算出正序電流，由正序電流與負序電流之間關系得到負序電流，進而由序電流得到星接三相異步發電機的相電流，由相電流與阻抗得到基值頻率下的負載電壓，并通過頻率反折算得到相應的負載實際電壓，(10)通過上述分析得到三相異步發電機單相運行時的電勢、電流、電壓等電量，實現了星接三相異步發電機單相運行模型的設計。本專利技術與現有技術相比，其設計原理科學可靠，建模設計工藝方法簡單，運行靈便，應用效果好，節能節電性強。附圖說明：圖1為本專利技術涉及的星接三相異步發電機單相運行模型設計方法的流程框圖。圖2為本專利技術涉及的星接三相異步發電機單相運行時的定子連接結構原理示意圖。圖3為本專利技術涉及的星接三相異步發電機基值頻率下正序等值電路結構原理示意圖。圖4為本專利技術涉及的星接三相異步發電機基值頻率下負序等值電路結構原理示意圖。圖5為本專利技術涉及的星接三相異步發電機基值頻率下復合序網模型示意圖。圖6為本專利技術涉及的星接三相異步發電機基值頻率下簡化正序電路結構原理示意圖。具體實施方式：下面結合附圖和實施例對本專利技術作進一步的詳細描述。實施例：先選擇常規的星接三相異步發電機，其額定功率PN為2.2kW，額定電壓UN為380V，額定電流IN為5A，額定轉速nN為1500r/min，額定頻率(基值頻率)fN為50Hz，定子電阻Rs為2.80Ω，轉子電阻(折算值)Rr為3.20Ω，定子電抗Xs為3.44Ω，轉子電抗(折算值)Xr′為3.44Ω；基值頻率下感應電勢E(1)與正序激磁電抗Xm(1)的關系表示為：E(1)=355.4-1.725Xm(1),Xm(1)<69.69369.7-1.930Xm(1),69.69≤Xm(1)<99.76422.6-2.460Xm(1),99.76≤Xm(1)<107.5523.0-3.394Xm(1),107.5≤Xm(1)<154.10,Xm(1)≥154.1]]>如圖2所示，電機定子b相和c相輸出端各串聯一個平衡電容Cbl，并在一起作為節點2，a相繞組的輸出端作為節點1，為滿足星接三相異步發電機建壓條件，在節點1與節點2之間接上建壓電容Cex，單相負載也接在節點1與節點2之間；先對星接三相異步發電機側通過對稱分量法進行分析，由于星接三相異步發電機中不含零序電流通路，零序電流與零序電壓均為0，設a＝ej120°為復數算子，將不對稱的a、b、c三相電壓Ua、Ub、Uc用正序電壓U(1)、負序電壓U(2)表示為：UaUbUc=11a2aaa2U(1)U(2)]]>相應地，不對稱的a、b、c三相電流Ia、Ib、Ic用正序電流I(1)、負序電流I(2)表示為：IaIbIc=11a2aaa2I(1)I(2)]]>圖3與圖4分別為折算到基值頻率下的星接三相異步發電機的正序等值電路與負序等值電路，其中各感抗值對應于基值頻率；根據正序等值電路圖3、負序等值電路圖4中正序阻抗ZΣ(1)、負序阻抗ZΣ(2)、負序激磁電抗Xm(2)、定子頻率標幺值為f，同時考慮到正序、負序電壓的正方向與正序、負序電流的正方向，下列關系成立U(1)=-ZΣ(1)I(1)U(2)=-ZΣ(2)I(2)]]>其中，ZΣ(1)=Rsf‾+jXs+jXm(1)(jXr′+Rr′f‾-1)Rr′f‾-1+j(Xm(1)+Xr′)]]>ZΣ(2)=Rsf‾+jXs+jXm(2)(jXr′+Rr′f‾+1)Rr′f‾+1+j(Xm(2本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種星接三相異步發電機實現單相運行的設計方法，其特征在于：該方法針對星接三相異步發電機單相運行模式，基于對稱分量法對異步發電機系統進行建模設計，根據異步發電機系統的電路結構，設計出發電機穩定運行時的正序電量、負序電量的耦合關系，并由流控電壓源將耦合關系體現在復合序網中，簡化得到發電機運行的約束條件，其具體工藝過程包括以下步驟：(1)先把星接三相異步發電機轉子側參數向定子側折算，再將定子側參數與轉子側參數折算到基值頻率下，分別推導三相異步發電機正序等值電路和負序等值電路，發電機繞組為星型接法而無零序電流通路，使零序電流和零序電壓為零；(2)根據正序等值電路和負序等值電路分別得到正序阻抗和負序阻抗，其中，正序電壓等于正序電流與正序阻抗之積，負序電壓等于負序電流與負序阻抗之積；(3)通過對稱分量法分別用正序電壓、負序電壓表示三個相電壓，用正序電流、負序電流表示三個相電流；(4)將三個相電壓與正序電壓、負序電壓間的關系代入三個線電壓與三個相電壓間的表達式中，實現用正序電壓、負序電壓表示三個線電壓；(5)根據星接三相發電機的三個線電壓所組成回路電壓為零的約束條件，第三個線電壓用其余兩個線電壓表示，得到的兩個線電壓與正序電壓、負序電壓之間的關系式并寫成矩陣形式，再對矩陣做逆變換，實現用正序電壓、負序電壓表示兩個線電壓；(6)從星接三相異步發電機定子側分別選擇包含上述線電壓的兩個獨立回路，回路電流為相電流，根據基爾霍夫電壓定律，寫出用矩陣表示的線電壓與相電流間的關系，根據已經得到的兩個線電壓與正序電壓、負序電壓的關系和兩個相電流與正序電流、負序電流的關系，得到正序電壓、負序電壓與正序電流、負序電流之間的耦合關系；(7)采用流控電壓源表征正序電量與負序電量的耦合，建立星接三相異步發電機單相負載穩態運行的復合序網模型，通過簡單的電路變換，進行復合序網模型中負序電路部分的化簡與折算，最終將負序電路及受控源部分簡化為一個與正序阻抗串聯的簡單阻抗，進而得到簡化正序等值電路；(8)將簡化正序等值電路的回路阻抗之和作為目標函數，通過優化得到優化變量定子電流頻率標幺值和正序激磁電抗；(9)再根據正序激磁電抗查找三相異步發電機磁化曲線得到正序感應電勢，再由正序等值電路得出正序電流，由正序電流與負序電流之間關系得到負序電流，進而由序電流得到星接三相異步發電機的相電流，由相電流與阻抗得到基值頻率下的負載電壓，并通過頻率反折算得到相應的負載實際電壓；(10)通過上述分析得到三相異步發電機單相運行時的電勢、電流、電壓等電量，實現了星接三相異步發電機單相運行模型的設計。...

【技術特征摘要】
1.一種星接三相異步發電機實現單相運行的設計方法，其特征在于：該方法針對星接三相異步發電機單相運行模式，基于對稱分量法對異步發電機系統進行建模設計，根據異步發電機系統的電路結構，設計出發電機穩定運行時的正序電量、負序電量的耦合關系，并由流控電壓源將耦合關系體現在復合序網中，簡化得到發電機運行的約束條件，其具體工藝過程包括以下步驟：(1)先把星接三相異步發電機轉子側參數向定子側折算，再將定子側參數與轉子側參數折算到基值頻率下，分別推導三相異步發電機正序等值電路和負序等值電路，發電機繞組為星型接法而無零序電流通路，使零序電流和零序電壓為零；(2)根據正序等值電路和負序等值電路分別得到正序阻抗和負序阻抗，其中，正序電壓等于正序電流與正序阻抗之積，負序電壓等于負序電流與負序阻抗之積；(3)通過對稱分量法分別用正序電壓、負序電壓表示三個相電壓，用正序電流、負序電流表示三個相電流；(4)將三個相電壓與正序電壓、負序電壓間的關系代入三個線電壓與三個相電壓間的表達式中，實現用正序電壓、負序電壓表示三個線電壓；(5)根據星接三相發電機的三個線電壓所組成回路電壓為零的約束條件，第三個線電壓用其余兩個線電壓表示，得到的兩個線電壓與正序電壓、負序電壓之間的關系式并寫成矩陣形式，再對矩陣做逆變換，實...

【專利技術屬性】
技術研發人員：吳新振，鄭曉欽，李嘉，張陽，
申請(專利權)人：青島大學，
類型：發明
國別省市：山東;37