本發(fā)明涉及一種磁場特性分析方法，具體涉及一種抽水蓄能發(fā)電機(jī)阻尼繞組磁場特性分析方法，屬于抽水蓄能發(fā)電機(jī)磁場分析技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
抽水蓄能電站是一種特殊類型的水電站，它的組成部分包括上、下水庫、開關(guān)站以及輸水通道等。抽水蓄能電站是由水泵和水輪機(jī)兩種工作方式的機(jī)組構(gòu)成的，當(dāng)夜間因部分用戶用電停止，而各種大型火電、核電不能大幅停機(jī)或減少發(fā)電，電力系統(tǒng)出現(xiàn)剩余電量時，抽水蓄能電站可以利用這些剩余電量，開動設(shè)備把低處的水抽到高處儲藏起來，等到電力系統(tǒng)用電高峰時，再把高處的水放下來，帶動水輪發(fā)電機(jī)組發(fā)電，把電力送回電網(wǎng)，供給用戶用電，發(fā)電后的水仍回到低處。抽水蓄能電站的運(yùn)營，提高了電網(wǎng)的運(yùn)行可靠性、靈活度、安全度、經(jīng)濟(jì)性。
抽水蓄能電站起、停塊，工況轉(zhuǎn)換和增、減負(fù)荷迅速，運(yùn)行靈活可靠，強(qiáng)迫停運(yùn)率較低，跟蹤負(fù)荷能力強(qiáng)，適宜承擔(dān)電力系統(tǒng)調(diào)頻、緊急事故備用和負(fù)荷備用，是很好的旋轉(zhuǎn)備用電源，距離負(fù)荷中心地區(qū)較勁的抽水蓄能電站，還可作調(diào)相運(yùn)行，平衡系統(tǒng)無功功率，穩(wěn)定地區(qū)電壓，提高電網(wǎng)運(yùn)行可靠性。
抽水蓄能電站起、停塊，工況轉(zhuǎn)換和增、減負(fù)荷迅速，運(yùn)行靈活可靠，強(qiáng)迫停運(yùn)率較低，跟蹤負(fù)荷能力強(qiáng)，適宜承擔(dān)電力系統(tǒng)調(diào)頻、緊急事故備用和負(fù)荷備用，是很好的旋轉(zhuǎn)備用電源，距離負(fù)荷中心地區(qū)較勁的抽水蓄能電站，還可作調(diào)相運(yùn)行，平衡系統(tǒng)無功功率，穩(wěn)定地區(qū)電壓，提高電網(wǎng)運(yùn)行可靠性。
抽水蓄能電站既可在水輪工況下運(yùn)行，又可在水泵工況下運(yùn)行；既可發(fā)電，又可抽水；既可向電網(wǎng)供電，又可吸收電網(wǎng)的電力；既是發(fā)電電源，又是用電負(fù)荷；既可增加供電能力，又可提高電網(wǎng)負(fù)載率。
我國在抽水蓄能電站方面發(fā)展比較晚，技術(shù)落后于西方發(fā)達(dá)國家，核心技術(shù)還高度依賴發(fā)達(dá)國家。目前我國已加大抽水蓄能項(xiàng)目的科研投入，但是缺少甚至沒有能準(zhǔn)確分析出抽水蓄能發(fā)電機(jī)磁場與阻尼繞組之間特定關(guān)系的有效方法。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：
本發(fā)明的目的是提供一種抽水蓄能發(fā)電機(jī)阻尼繞組磁場特性分析方法，以解決目前沒有能準(zhǔn)確分析出抽水蓄能發(fā)電機(jī)磁場與阻尼繞組之間特定關(guān)系的有效方法的問題。
所述一種抽水蓄能發(fā)電機(jī)阻尼繞組磁場特性分析方法包括以下步驟：
步驟一，建立數(shù)學(xué)模型和有限元模型并完成仿真。
步驟二，簡化物理模型：
采用以下簡化：①忽略定子齒槽效應(yīng)，認(rèn)為磁場線垂直進(jìn)入定子磁路；②認(rèn)為沿圓周展開后的轉(zhuǎn)子和定子長度相等，即將原扇形求解域簡化為矩形；③忽略鐵磁材料磁導(dǎo)率的非線性及隨溫度的變化，認(rèn)為其為常數(shù)；④忽略轉(zhuǎn)子除大齒外的齒槽效應(yīng)；⑤忽略電機(jī)端部效應(yīng)，將其簡化為二維磁場問題，采用實(shí)際模型的一半作為求解域。
步驟三，確定數(shù)學(xué)模型：
根據(jù)物理模型的數(shù)學(xué)表示布置模型的節(jié)點(diǎn)，其中等效轉(zhuǎn)子的半周長度為：πd2/2，其中d2為轉(zhuǎn)子外徑，轉(zhuǎn)子的外徑半周長對應(yīng)的就是最后簡化模型的長度；
根據(jù)麥克斯韋方程組，確定物理模型內(nèi)部、交界面、外邊界的數(shù)學(xué)方程：
式中，
n：交界面處的法向方向
μ1、μ2：隸屬于兩邊不同媒質(zhì)的磁導(dǎo)率
a1、a2：兩邊區(qū)域的磁勢
js、電流的實(shí)數(shù)、復(fù)數(shù)形式
w：電流的角頻率
σ：電導(dǎo)率
j：虛數(shù)
矢量磁場的復(fù)數(shù)形式。
步驟四，對不同工況轉(zhuǎn)換過渡過程中的阻尼條、勵磁繞組、極身、極靴所受電磁力進(jìn)行計(jì)算。
步驟五，區(qū)域分解方法與徑向基無單元方法耦合：
根據(jù)物理模型的不同區(qū)域的電磁特性進(jìn)行區(qū)域劃分，并將徑向基無單元方法應(yīng)用求解得出要求的徑向基函數(shù)的系數(shù)。
步驟六，通過實(shí)驗(yàn)發(fā)電電動機(jī)的有限元模型，得出加載率和阻尼繞組動態(tài)轉(zhuǎn)換電流之間的函數(shù)關(guān)系，并確定加載率上限。
步驟七，結(jié)果分析：
將求解得出的徑向基函數(shù)的系數(shù)代入徑向基函數(shù)，最終求出要求的點(diǎn)的結(jié)果：磁場三維分布以及磁力線分布。
優(yōu)選的：所述第二步中根據(jù)物理模型的數(shù)學(xué)表示布置模型的節(jié)點(diǎn)具體為：根據(jù)模型的各個區(qū)域的電磁特性以及模型的形狀進(jìn)行劃分，相同電磁特性的劃分為一個子區(qū)域，再進(jìn)行均勻布點(diǎn)。
優(yōu)選的：所述第三步中區(qū)域劃分的規(guī)則為：根據(jù)模型的特性和形狀，將具有相同電磁特性的一塊區(qū)域劃分為一類。
本發(fā)明與現(xiàn)有產(chǎn)品相比具有以下效果：利用已建好的模型分析計(jì)算各電機(jī)在不同工況過渡過程中的阻尼條、勵磁繞組、極身和極靴的電磁力，并研究不同阻尼條節(jié)距和阻尼條數(shù)目對過渡過程的阻尼繞組動態(tài)轉(zhuǎn)換電流及轉(zhuǎn)子阻尼條加載率的影響；省去了復(fù)雜繁瑣的網(wǎng)絡(luò)劃分，程序?qū)崿F(xiàn)更加簡便，計(jì)算結(jié)果更加準(zhǔn)確快捷；采用區(qū)域分解的方法，大大降低最終聯(lián)立大方程的維數(shù)，更適合并行計(jì)算，磁場的計(jì)算結(jié)果可用于后續(xù)的電磁力計(jì)算，以及分析電磁力的不平衡性，為判斷電機(jī)運(yùn)行故障做準(zhǔn)備。
具體實(shí)施方式
下面詳細(xì)闡述本發(fā)明優(yōu)選的實(shí)施方式。
本發(fā)明所述的一種抽水蓄能發(fā)電機(jī)阻尼繞組磁場特性分析方法包括以下步驟：
步驟一，建立數(shù)學(xué)模型和有限元模型并完成仿真。
步驟二，簡化物理模型：
采用以下簡化：①忽略定子齒槽效應(yīng)，認(rèn)為磁場線垂直進(jìn)入定子磁路；②認(rèn)為沿圓周展開后的轉(zhuǎn)子和定子長度相等，即將原扇形求解域簡化為矩形；③忽略鐵磁材料磁導(dǎo)率的非線性及隨溫度的變化，認(rèn)為其為常數(shù)；④忽略轉(zhuǎn)子除大齒外的齒槽效應(yīng)；⑤忽略電機(jī)端部效應(yīng)，將其簡化為二維磁場問題，采用實(shí)際模型的一半作為求解域。
步驟三，確定數(shù)學(xué)模型：
根據(jù)物理模型的數(shù)學(xué)表示布置模型的節(jié)點(diǎn)，其中等效轉(zhuǎn)子的半周長度為：πd2/2，其中d2為轉(zhuǎn)子外徑，轉(zhuǎn)子的外徑半周長對應(yīng)的就是最后簡化模型的長度；
根據(jù)麥克斯韋方程組，確定物理模型內(nèi)部、交界面、外邊界的數(shù)學(xué)方程：
式中，
n：交界面處的法向方向
μ1、μ2：隸屬于兩邊不同媒質(zhì)的磁導(dǎo)率
a1、a2：兩邊區(qū)域的磁勢
js、電流的實(shí)數(shù)、復(fù)數(shù)形式
w：電流的角頻率
σ：電導(dǎo)率
j：虛數(shù)
矢量磁場的復(fù)數(shù)形式。
步驟四，對不同工況轉(zhuǎn)換過渡過程中的阻尼條、勵磁繞組、極身、極靴所受電磁力進(jìn)行計(jì)算。
步驟五，區(qū)域分解方法與徑向基無單元方法耦合：
根據(jù)物理模型的不同區(qū)域的電磁特性進(jìn)行區(qū)域劃分，并將徑向基無單元方法應(yīng)用求解得出要求的徑向基函數(shù)的系數(shù)。
步驟六，通過實(shí)驗(yàn)發(fā)電電動機(jī)的有限元模型，得出加載率和阻尼繞組動態(tài)轉(zhuǎn)換電流之間的函數(shù)關(guān)系，并確定加載率上限。
步驟七，結(jié)果分析：
將求解得出的徑向基函數(shù)的系數(shù)代入徑向基函數(shù)，最終求出要求的點(diǎn)的結(jié)果：磁場三維分布以及磁力線分布。
進(jìn)一步：所述第二步中根據(jù)物理模型的數(shù)學(xué)表示布置模型的節(jié)點(diǎn)具體為：根據(jù)模型的各個區(qū)域的電磁特性以及模型的形狀進(jìn)行劃分，相同電磁特性的劃分為一個子區(qū)域，再進(jìn)行均勻布點(diǎn)。
進(jìn)一步：所述第三步中區(qū)域劃分的規(guī)則為：根據(jù)模型的特性和形狀，將具有相同電磁特性的一塊區(qū)域劃分為一類。
本實(shí)施方式只是對本專利的示例性說明，并不限定它的保護(hù)范圍，本領(lǐng)域技術(shù)人員還可以對其局部進(jìn)行改變，只要沒有超出本專利的精神實(shí)質(zhì)，都在本專利的保護(hù)范圍內(nèi)。