CN105975716B - 一种双调速机制变速抽水蓄能电机的设计方法 - Google Patents

一种双调速机制变速抽水蓄能电机的设计方法 Download PDF

Info

Publication number
CN105975716B
CN105975716B CN201610352158.4A CN201610352158A CN105975716B CN 105975716 B CN105975716 B CN 105975716B CN 201610352158 A CN201610352158 A CN 201610352158A CN 105975716 B CN105975716 B CN 105975716B
Authority
CN
China
Prior art keywords
winding
pole
coefficient
formula
changing
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
CN201610352158.4A
Other languages
English (en)
Other versions
CN105975716A (zh
Inventor
戈宝军
韩继超
陶大军
孙玉田
黄士鹏
赵洪森
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Harbin University of Science and Technology
Original Assignee
Harbin University of Science and Technology
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Harbin University of Science and Technology filed Critical Harbin University of Science and Technology
Priority to CN201610352158.4A priority Critical patent/CN105975716B/zh
Publication of CN105975716A publication Critical patent/CN105975716A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN105975716B publication Critical patent/CN105975716B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G06—COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
    • G06F—ELECTRIC DIGITAL DATA PROCESSING
    • G06F30/00—Computer-aided design [CAD]
    • G06F30/10—Geometric CAD
    • G06F30/13—Architectural design, e.g. computer-aided architectural design [CAAD] related to design of buildings, bridges, landscapes, production plants or roads
    • G—PHYSICS
    • G06—COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
    • G06F—ELECTRIC DIGITAL DATA PROCESSING
    • G06F30/00—Computer-aided design [CAD]
    • G06F30/10—Geometric CAD
    • G06F30/17—Mechanical parametric or variational design

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Geometry (AREA)
  • Theoretical Computer Science (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Computer Hardware Design (AREA)
  • Mathematical Analysis (AREA)
  • Pure & Applied Mathematics (AREA)
  • Mathematical Optimization (AREA)
  • Evolutionary Computation (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Computational Mathematics (AREA)
  • Architecture (AREA)
  • Civil Engineering (AREA)
  • Structural Engineering (AREA)
  • Windings For Motors And Generators (AREA)

Abstract

本发明提供了一种双调速机制变速抽水蓄能电机的设计方法，其技术要点在于包括以下步骤：一、按变极绕组方法对抽水蓄能电机绕组进行排布；二、对排布后绕组的绕组因数、分布因数、定子谐波漏抗系数、气隙磁密比、主波负序率、槽口节距漏抗系数以及槽下部节距漏抗系数进行计算分析以确定抽水蓄能电机变极绕组排列方案的可行性；三、采用转子交流励磁方式对抽水蓄能电机进行调速；四、确定新型双调速机制的变速抽水蓄能电机的设计方案。本发明可以更有效地拓宽抽水蓄能电机转子转速的变化范围，进而充分发挥出水泵‑水轮机的最佳运行性能。

Description

一种双调速机制变速抽水蓄能电机的设计方法
技术领域：
本发明涉及电机控制领域，具体涉及一种双调速机制变速抽水蓄能电机的设计方法。
背景技术：
抽水蓄能电机可以做成变转速方式或者恒转速方式。变速抽水蓄能机组与恒速抽水蓄能机组相比具有更多的技术优势，变速抽水蓄能机组通过改变转子转速可以更好地适应发电和抽水两种运行工况，提高了水泵-水轮机的运行效率，也可以适应更宽的功率范围和水头变幅。同时，变速抽水蓄能机组可以有效地提高电网供电质量，明显地改善水轮机的水力性能，减少振动腐蚀和泥沙磨损以及提高机组运行稳定性。此外，变速抽水蓄能机组在水泵工况下可实现自启动。
变速抽水蓄能机组依靠转子交流励磁方式可以将机组的转速变化范围调整为±7％～8％，机组水泵工况输入功率的调速范围可以达到最大输入功率的30％～40％。然而，目前仅仅采用单一的转子交流励磁方式对抽水蓄能机组进行调速来满足水头变化更大的大容量抽水蓄能电站建设的需要已经非常的困难。
发明内容：
本发明的目的是提供一种双调速机制变速抽水蓄能电机的设计方法，以满足水头变化更大的大容量抽水蓄能电站建设的需要，该设计方法可以更有效地拓宽抽水蓄能电机转子转速的变化范围，进而充分发挥出水泵-水轮机的最佳运行性能。
本发明的双调速机制变速抽水蓄能电机的设计方法，其特征在于包括以下步骤：
一、按变极绕组方法对抽水蓄能电机绕组进行排布；
二、对排布后绕组的绕组因数、分布因数、定子谐波漏抗系数、气隙磁密比、主波负序率、槽口节距漏抗系数以及槽下部节距漏抗系数进行计算分析以确定抽水蓄能电机变极绕组排列方案的可行性；
三、采用转子交流励磁方式对抽水蓄能电机进行调速；
四、确定新型双调速机制的变速抽水蓄能电机的设计方案。
进一步地，步骤二中对绕组的绕组因数采用式(1)进行计算：
kwv＝kdv·kpv (1)
式中kwv为绕组的绕组因数、kdv为绕组的分布因数、kpv为绕组的节距因数；
对绕组的分布因数采用式(2)进行计算：
式中kdv为绕组的分布因数、Eqv为q个分布线圈的合成电动势、q为线圈数、Ecv为1个线圈的电动势；
对定子谐波漏抗系数采用式(3)进行计算：
式中∑S为定子谐波漏抗系数、kwv为绕组的绕组因数、v为谐波次数；
对气隙磁密比采用式(4)进行计算：
式中Bδ1为变极前气隙磁密、Bδ2为变极后气隙磁密、p1为变极前电机的极对数、E1为变极前绕组的相电动势、N2为变极后绕组的每相串联匝数、kwp2为变极后绕组的绕组因数、p2表示变极后电机的极对数、E2为变极后绕组的相电动势、N1为变极前绕组的每相串联匝数、kwp1为变极前绕组的绕组因数；
对主波负序率采用式(5)进行计算：
式中Fv-(％)为主波负序率、ksv为v对极谐波的槽口系数、kyv为v对极谐波的短距系数、kqv-为v对极谐波的负序分布系数、ksp为p对极基波的槽口系数、kyp为p对极基波的短距系数、kqp为p对极基波的分布系数、p为电机的极对数、v为谐波次数；
对槽口节距漏抗系数采用式(6)进行计算：
式中ku为槽口节距漏抗系数、kβ为节距互感系数；
对槽下部节距漏抗系数采用式(7)进行计算：
式中kL为槽下部节距漏抗系数、kβ为节距互感系数。
本发明的有益效果是：本发明打破传统单一的采用转子交流励磁方式对抽水蓄能机组进行调速的方式，提出一种新型基于转子采用交流励磁和定、转子绕组变极两种调速机制的变速抽水蓄能电机的设计方法，该设计方法可以更有效地拓宽变速抽水蓄能电机转子转速的变化范围，进而可以充分发挥出水泵-水轮机的最佳运行性能，满足水头变化更大的大容量抽水蓄能电站建设的需要。确保变速抽水蓄能电机运行在最理想的效率点上，实现有功功率的高速调节和变速抽水蓄能电机的平滑启动，抑制了电力系统有功功率波动，明显改善电机的水力性能，优化了电网综合经济效益，提高了电网的供电质量，并且减小了变速机组的磨损量，降低了成本，操作简单，便于实现，有效地增强了变速抽水蓄能电机的运行效率和稳定运行的能力。
附图说明：
图1为本发明的流程图；
图2为本发明中绕组连接示意图；
图3为本发明中低转速运行时所采用的Y连接方式示意图；
图4为本发明中高转速运行时所采用的YY连接方式示意图。
具体实施方式：
结合图1、图2、图3及图4，分别以一台480MW的抽水蓄能电机和一台145MW抽水蓄能电机进行可行性分析为例对本具体实施方式作详细说明：
实施例一
本实施例以480MV抽水蓄能电机为例，在高转速运行时需要采用YY连接方式，将E1E2E3端短接在一起以及E4E5E6端与三相交流电源相连接；在低转速运行时需要采用Y连接方式，将E1E2E3端直接与三相交流电源相连接以及E4E5E6端悬空，A相绕组分为O段绕组和P段绕组，B相绕组分为Q段绕组和R段绕组，C相绕组分为S段绕组和T段绕组。
为了实现480MV抽水蓄能电机83.33rpm和111.1rpm两种转速，定转子极数采用72/54极，定子槽数为648。该种方案实际是定转子极数为8/6极，定子72槽的9次重复。
按变极绕组方式对抽水蓄能电机绕组进行排布，具体绕组排列为：
72槽8/6极的绕组排列，节距y＝11
O段绕组：43，44，-52，-53，-54，63，64，65，66，-1，-2，-3
Q段绕组：-40，49，50，51，-59，-60，-61，-62，70，71，72，-9
S段绕组：-46，-47，-48，55，56，57，58，-67，-68，-69，5，6
P段绕组：7，8，-16，-17，-18，27，28，29，30，-37，-38，-39
R段绕组：-4，13，14，15，-23，-24，-25，-26，34，35，36，-45
T段绕组：-10，-11，-12，19，20，21，22，-31，-32，-33，41，42
54槽8/6极的绕组排列，节距y＝8
O段绕组：33，34，-40，-41，49，50，51，-1，2
Q段绕组：-30，38，39，-45，-46，-47，53，54，-8
S段绕组：-36，-37，42，43，44，-51，-52，4，5
P段绕组：6，7，-13，-14，21，22，23，-28，-29
R段绕组：-3，11，12，-18，-19，-20，26，27，-35
T段绕组：-9，-10，15，16，17，-24，-25，31，32；
对排布后绕组的绕组因数、分布因数、定子谐波漏抗系数、气隙磁密比、主波负序率、槽口节距漏抗系数以及槽下部节距漏抗系数进行计算,
对绕组的绕组因数采用式(1)进行计算：
kwv＝kdv·kpv (1)
式中kwv为绕组的绕组因数；kdv为绕组的分布因数；kpv为绕组的节距因数；
对绕组的分布因数采用式(2)进行计算：
式中kdv为绕组的分布因数；Eqv为q个分布线圈的合成电动势，q为线圈数，Ecv为1个线圈的电动势；
对定子谐波漏抗系数采用式(3)进行计算：
式中∑S为定子谐波漏抗系数；kwv为绕组的绕组因数；v为谐波次数；
对气隙磁密比采用式(4)进行计算：
式中Bδ1为变极前气隙磁密、Bδ2为变极后气隙磁密、p1为变极前电机的极对数、E1为变极前绕组的相电动势、N2为变极后绕组的每相串联匝数、kwp2为变极后绕组的绕组因数、p2表示变极后电机的极对数、E2为变极后绕组的相电动势、N1为变极前绕组的每相串联匝数、kwp1为变极前绕组的绕组因数；
对主波负序率采用式(5)进行计算：
式中Fv-(％)为主波负序率、ksv为v对极谐波的槽口系数、kyv为v对极谐波的短距系数、kqv-为v对极谐波的负序分布系数、ksp为p对极基波的槽口系数、kyp为p对极基波的短距系数、kqp为p对极基波的分布系数、p为电机的极对数、v为谐波次数；
对槽口节距漏抗系数采用式(6)进行计算：
式中ku为槽口节距漏抗系数；kβ为节距互感系数；
对槽下部节距漏抗系数采用式(7)进行计算：
式中kL为槽下部节距漏抗系数；kβ为节距互感系数,
计算后的各项数值如表1所示。
表1 8/6极方案抽水蓄能电机绕组相关指标的数值
从表1中可以看出，主波中含有很小的负序，在绕组Y接时对三相对称性影响不大，可见采用该种方案的绕组变极方式可得到较好的效果，确定了变极绕组排列方案的可行性。
采用转子交流励磁方式对抽水蓄能电机进行调速，在83.33rpm转子转速位置上(变速范围按照±10％考虑)，抽水蓄能电机调速范围为75.0rpm-91.7rpm；在111.1rpm转子转速位置上(变速范围按照±10％考虑)，抽水蓄能电机调速范围为100.0rpm-122.2rpm；转子转速在91.7rpm-100.0rpm范围内存在断档，此方案具有可行性。从而确定了该抽水蓄能电机的设计方案。
实施例二
本实施例以145MW抽水蓄能电机为例，为了实现100rpm和120rpm两种转速，定转子极数采用60/50极，定子槽数为540。该种方案实际是定转子极数为12/10极，定子108槽的5次重复。
按变极绕组方式对抽水蓄能电机绕组进行排布，对排布后绕组的绕组因数、分布因数、定子谐波漏抗系数、气隙磁密比、主波负序率、槽口节距漏抗系数以及槽下部节距漏抗系数进行计算分析，确定了变极绕组排列方案的可行性。采用转子交流励磁方式对抽水蓄能电机进行调速，在100rpm转子转速位置上(变速范围按照±10％考虑)，抽水蓄能电机调速范围为90rpm-110rpm；在120rpm转子转速位置上(变速范围按照±10％考虑)，抽水蓄能电机调速范围为108rpm-132rpm；转子转速在90rpm-132rpm范围内连续可调，不存在转速断档，此方案具有可行性，从而确定了该抽水蓄能电机的设计方案。

Claims (1)

1.一种双调速机制变速抽水蓄能电机的设计方法，其特征在于包括以下步骤：
一、按变极绕组方法对抽水蓄能电机绕组进行排布；
二、对排布后绕组的绕组因数、分布因数、定子谐波漏抗系数、气隙磁密比、主波负序率、槽口节距漏抗系数以及槽下部节距漏抗系数进行计算分析以确定抽水蓄能电机变极绕组排列方案的可行性；
三、采用转子交流励磁方式对抽水蓄能电机进行调速；
四、确定新型双调速机制的变速抽水蓄能电机的设计方案
步骤二中对绕组的绕组因数采用式(1)进行计算：
kwv＝kdv·kpv (1)
式中kwv为绕组的绕组因数；kdv为绕组的分布因数；kpv为绕组的节距因数；
对绕组的分布因数采用式(2)进行计算：
式中kdv为绕组的分布因数；Eqv为q个分布线圈的合成电动势，q为线圈数，Ecv为1个线圈的电动势；
对定子谐波漏抗系数采用式(3)进行计算：
式中∑S为定子谐波漏抗系数；kwv为绕组的绕组因数；v为谐波次数；
对气隙磁密比采用式(4)进行计算：
式中Bδ1为变极前气隙磁密；Bδ2为变极后气隙磁密；p1为变极前电机的极对数；E1为变极前绕组的相电动势；N2为变极后绕组的每相串联匝数；kwp2为变极后绕组的绕组因数；p2表示变极后电机的极对数；E2为变极后绕组的相电动势；N1为变极前绕组的每相串联匝数；kwp1为变极前绕组的绕组因数；
对主波负序率采用式(5)进行计算：
式中Fv-(％)为主波负序率；ksv为v对极谐波的槽口系数；kyv为v对极谐波的短距系数；kqv-为v对极谐波的负序分布系数；ksp为p对极基波的槽口系数；kyp为p对极基波的短距系数；kqp为p对极基波的分布系数；p为电机的极对数；v为谐波次数；
对槽口节距漏抗系数采用式(6)进行计算：
式中ku为槽口节距漏抗系数；kβ为节距互感系数；
对槽下部节距漏抗系数采用式(7)进行计算：
式中kL为槽下部节距漏抗系数；kβ为节距互感系数。
CN201610352158.4A 2016-05-24 2016-05-24 一种双调速机制变速抽水蓄能电机的设计方法 Active CN105975716B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201610352158.4A CN105975716B (zh) 2016-05-24 2016-05-24 一种双调速机制变速抽水蓄能电机的设计方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201610352158.4A CN105975716B (zh) 2016-05-24 2016-05-24 一种双调速机制变速抽水蓄能电机的设计方法

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN105975716A CN105975716A (zh) 2016-09-28
CN105975716B true CN105975716B (zh) 2019-04-05

Family

ID=56956227

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201610352158.4A Active CN105975716B (zh) 2016-05-24 2016-05-24 一种双调速机制变速抽水蓄能电机的设计方法

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN105975716B (zh)

Families Citing this family (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN108647421B (zh) * 2018-05-04 2022-03-18 南昌大学 一种转子齿谐波电动势计算方法
CN111864953A (zh) * 2020-07-28 2020-10-30 哈电发电设备国家工程研究中心有限公司 一种可变速抽水蓄能发电机组转子绕组端部固定结构

Family Cites Families (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN1036559C (zh) * 1994-12-23 1997-11-26 株式会社日立制作所 可变速的抽水蓄能式发电机
DE112012006213T8 (de) * 2012-04-12 2015-01-15 Hitachi, Ltd. Ansteuervorrichtung für einen Dreiphasensynchronmotor
CN104199302B (zh) * 2014-08-29 2017-01-25 国家电网公司 一种抽水蓄能机组调速系统建模系统及方法

Also Published As

Publication number Publication date
CN105975716A (zh) 2016-09-28

Similar Documents

Publication Publication Date Title
McMahon et al. The BDFM as a generator in wind turbines
Liu et al. Design and performance analysis of a doubly excited brushless machine for wind power generator application
CN103248304A (zh) 一种基于简化svpwm的三电平逆变间接矢量控制系统
CN105975716B (zh) 一种双调速机制变速抽水蓄能电机的设计方法
CN108880371A (zh) 变频电机群负荷模型暂态等值方法
Kamiev et al. Hybrid excitation synchronous generators for small hydropower plants
Koutnik Frades II—Variable speed pumped storage project and its benefit to the electrical grid
Patel et al. Performance comparison of permanent magnet synchronous motor and induction motor for cooling tower application
CN105846739B (zh) 一种兼具有级和无级调速的抽水蓄能电机
CN105140969B (zh) 一种抽水蓄能机组在抽水工况下并网参数的整定方法
Engevik et al. Efficiency and loss calculations in design of converter-fed synchronous hydrogenerators
CN110492643B (zh) 适合海水抽水蓄能电站的发电电动机
Nounou et al. Six-phase induction machine operating as a standalone self-excited induction generator
CN210074914U (zh) 适合海水抽水蓄能电站的发电电动机
CA3077885C (en) Voltage optimization technique for a permanent magnet motor used in an electric submersible pump
Drancă et al. Design analysis of a permanent magnet brushless generator with two counter rotating rotors for small-wind turbine
CN202550959U (zh) 交流发电机稳压装置
CN112117874A (zh) 一种基于气隙磁场调制理论计算异步电机杂散损耗的方法
Paes et al. Optimized Permanent Magnet Motor Control for Electric Submersible Pumps Using LV ASDs
Fengge et al. Study on design of brushless doubly-fed machine with a new type rotor
Kazmin et al. Brushless traction PM machines using commercial drive technology, Part I: Design methodology and motor design
Farret et al. Small Hydroelectric Systems
RU226270U1 (ru) Обмотка электрической машины переменного тока
CN217335387U (zh) 一种永磁单相潜水泵
Wang et al. Design and Operation of Low Speed and Direct Drive of Single-Phase Generator

Legal Events

Date Code Title Description
C06 Publication
PB01 Publication
C10 Entry into substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant