异步发电机的无功补偿计算毕业论文VIP

本科毕业论文( 设计)题 目： 异步发电机的无功补偿计算_学 院： 自动化工程学院 专 业： 2008 级电气工程及其自动化 姓 名： 柳涛 指导教师： 吴新振 教授 青岛大学本科生毕业论文（设计）The Reactive Power Compensation Calculation of Induction Generator青岛大学本科生毕业论文（设计）摘 要在可再生能源开发和飞机、舰船等军事装备应用过程中，异步发电机作为独立电力系统中的发电装置具有明显的优势，对此进行研究对充分利用可再生能源和提高军事装备战斗力起着重要的推动作用。虽然自激异步发电机具有异步电机固有的优点，但其带负载能力较差，本文针对这一缺点做了相关研究，并提出了合理的无功补偿方案。根据自激异步发电机在基值频率下的稳态等值电路，建立了稳态模型。针对自励异步发电机自身存在的带负载能力差的缺点，分别采用了电容长、短并励和电容并联补偿的方法来稳定端电压，以提高带负载能力。提出了电容短并励、电容长并励和并联电容连接无功补偿方案，通过分析比较得知电容短并励连接为理想方案。分析结果表明，最佳短并励电容的无功补偿可使发电机具有理想的电压稳定性关键词：异步发电机 无功补偿 电容短并励 电容长并励 并联补偿电容AbstractIn the exploitation of renewable energy and applications of military equipments such as aeroplanes and warships, self-excited induction generators have obvious advantages when used as generating equipments in the isolated power systems. Thus the study on the self-excited induction generator has important effects on taking full use of the renewable energy and enhancing fighting strength of the military equipments. In spite of the inherent advantages, the self-excited induction generator has poor capacity for carrying loads, on which corresponding studies are carried out and proper schemes for reactive power compensation are proposed in the paper. The steady-state model is derived from the steady-state equivalent circuit of the self-excited induction generator under the base frequency.In view of the poor inherent external voltage characteristics of the self-excited induction generators, the shunt compensation capacitors, long-shunt compensation capacitors and short-shunt compensation capacitors are utilized for voltage stability. Short-shunt connection of capacitors and long-shunt connection of capacitors are proposed to compensate reactive power for the self-excited induction generator, and 青岛大学本科生毕业论文（设计）the short-shunt connection of capacitors is found to be the perfect scheme for reactive power compensation after comparative analysis. The analysis results indicate that required voltage stability is obtained by reactive power compensation of the optimal short-shunt capacitor.Keywords induction generator reactive power compensation short-shun-t capacitor long-shunt capacitor parallel compensation capacitor青岛大学本科生毕业论文（设计）目 录前 言 .1第一章 绪论 .21.1 课题研究的背景和意义 .21.2 异步发电机无功补偿概述 .21.3 主要研究内容 .3第二章 异步发电机的发电原理 .42.1 发电机的建压过程 .42.2 发电的必要条件 .62.3 异步发电机的运行方式 .62.3.1 并网运行.62.3.2 自励运行.72.4 小结 .7第三章 自励异步发电机的数学模型 .83.1 稳态等值电路的推导 .83.1.1 电压方程式.83.1.2 等值电路.93.2 小结 .10第四章 并联电容对异步发电机的性能影响 .114.1 并联电容的计算 .114.1.1 并联电容值的确定.114.1.2 并联电容异步发电机的稳态模型.124.2 并联电容后发电机外特性的改善 .154.2.1 并联电容前发电机的外特性.154.2.2 并联电容后发电机的外特性.16第五章 异步发电机长并励连接时的稳态分析 .195.1 分析方法和迭代过程 .195.2 电容长并励后发电机外特性的改善 .23青岛大学本科生毕业论文（设计）第六章 电容短并励联结异步发电机的稳态特性 .266.1 短并励补偿时异步发电机的电压调整率 .266.2 短并励补偿电容值对异步发电机外特性的影响 .276.3 电容短并励补偿时补偿电容对功率输出的影响 .29结束语 .31谢 辞 .32参考文献 .33青岛大学本科生毕业论文（设计）1前 言电能是现代能源的主要形式。与电能密切关联的电机，是实现电能与机械能或电能与电能相互转换的设备。前者即旋转电机，后者即变压器。旋转电机通常分为交流电机和直流电机，交流电机又分为异步电机和同步电机。把机械能转换成电能的电机成为发电机，同步电机主要用作发电机；把电能转换成机械能的电机成为电动机，异步电机主要用作电动机；把某一交流电能转化成另一同频率电能的设备称为变压器。应该指出，从基本原理上看，发电机和电动机只不过是点击的两种运行状态，它们本身是可逆的。由于异步电机结构简单、运行可靠、维护方便和价格便宜，所以是现代工业、农业、交通运输业、航运和航空事业等各种生产机械中应用最广泛的一种。如各种机床、高炉运料装置、轧钢机、起重机、搅拌机和水泵，以及各种农副产品的加工等都普遍使用三相异步电动机拖动。此外，在各种家用电器，医疗器械和自动化系统检测计算装置中，还经常用到单相异步电动机和各种控制电动机。目前，异步电机的容量从几十瓦到几百千瓦。据统计，在电网的总负载中，动力负载占 59%，而三相异步电机约占全国动力负载总容量的 85%。总之，异步电动机应用范围广，需要量大，是实现电气化不可缺少的动力设备。异步电动机的主要优点为：结构简单、容易制造、价格低廉、运行可靠、坚固耐用、运行效率较高和具有适用的工作特性。缺点是功率因数较差。异步电动机运行时，必须从电网里吸收滞后性的无功功率，它的功率因数总是小于1。由于电网的功率因数可以用别的办法进行补偿，这并不妨碍异步电动机的广泛使用。青岛大学本科生毕业论文（设计）2第一章 绪论1.1 课题研究的背景和意义长期以来，人类所使用的能源主要是化石能源，即煤、石油以及天然气。但这些能源都是非可再生能源，早晚有开采用尽的时候。人们逐渐的认识到，随着社会的进一步发展，能源危机会日益严峻。再者，这些能源的开发和利用对环境造成了极大的破坏，直接威胁到了人类的生存。在解决能源危机和保护环境双重任务的背景之下，可再生洁净能源的开发和利用引起世界各国的关注。特别是风能的开发和利用这几年更是掀起了很大的热潮。由于异步发电机自身的特点能很好地适合于如风能、小水电等可再生洁净能源的开发，加之生产技术和控制技术的日益发展为研究异步电机发电提供了技术支持，异步发电机的研究与应用工作逐渐吸引了更多科学家的眼球。异步发电机与同步发电机在电站中应用的经济性比较，异步发电机装备的电站无需直流励磁系统，同期装置，电站投资费用低；由于无集电环，电刷，转子励磁绕组，因此维护及运行费用低；异步发电机转子为隐极及无同步发电机类似的转子绕组，因此一般效率高于同容量同转速的同步发电机；相同的水源下，采用异步发电机可多发电；异步发电机电站厂房面积较同步发电机电站厂房面积小。如上所述，异步发电机在现实应用中具有诸多优势，但是它的缺点是需从电网中吸收滞后的无功功率。随着静止无功补偿装置的发展，使得它有可能取代一部分同步发电机作为大电力系统的电源。在输电线路达不到的偏远地区，通过异步发电机供电是一种可选择的方案。1.2 异步发电机无功补偿概述自励异步发电机端电压与频率随负载的变化而改变，尤其是电压调整率过大。无功补偿的目的主要是稳定异步发电机得机端电压值和电压频率，但是频率的变化范围很小，而电压的变化范围较大。由于负载的变化，异步发电机的机端电压会变化，因而需要无功补偿来稳定电压。虽然 SVC、SVG 等装置已开始用于异步发电机的电压补偿以稳定机端电压，但是调节装置的复杂性掩盖了异步发电机本身简单的优点而电容的长、短并励接法与并联补偿电容的方法对电青岛大学本科生毕业论文（设计）3压变化进行补偿可大大简化电压调节的复杂程度且能在一定的条件下满足发电机正常运行的需要，本文讨论的是电容长、短并励接法和并联补偿电容对异步发电机稳态运行时电压稳定性影响的问题。1.3 本文主要研究内容“异步发电机的无功补偿计算”主要是分析计算异步发电机端电压的电压补偿以及稳定性。首先分析介绍异步发电机的发电原理，建立数学模型。在此基础之上，讨论并联电容、电容长并励接法以及短并励接法对异步发电机性能的影响。主要内容如下：(1)异步发电机数学模型的建立。异步发电机数学模型的建立是无功补偿分析的基础。根据异步发电机定、转子边的电势平衡关系列写电压方程式，再把方程式折算到基值频率，就得到等值电路。(2)异步发电机端电压的稳定性与电压补偿。由于异步发电机带载能力和电压稳定性较差，通过采用电容长、短并励和并联补偿电容的办法，进行异步发电机的电压补偿，使定子端电压能在合理的范围内变化。青岛大学本科生毕业论文（设计）4第二章 异步发电机的发电原理由电机可逆运行原理，在异步电动机定子端并联电容桥并由原动机拖动转子转动就可以发生电压自激，实现异步电机的发电运行，因此异步发电机与异步电动机在结构上的唯一区别在于定子侧附设了电容桥；若在