感應(yīng)電機電壓跌落臨界清除時間解析算法及應(yīng)用.pdf

1、隨著我國工業(yè)的蓬勃發(fā)展，有越來越多的感應(yīng)電動機應(yīng)用于工業(yè)生產(chǎn)，其在工業(yè)負(fù)荷中所占的比例高達(dá)90％以上。感應(yīng)電動機運行良好與否，已經(jīng)成為影響工業(yè)生產(chǎn)連續(xù)性的重要因素。而影響感應(yīng)電動機最主要的電能質(zhì)量問題就是電壓跌落。相關(guān)統(tǒng)計數(shù)據(jù)表明，由電壓跌落引起的用戶投訴占整個電能質(zhì)量問題投訴數(shù)量的80％以上。電壓跌落影響工業(yè)感應(yīng)電動機的主要表現(xiàn)是造成大量的非必要停機?，F(xiàn)代高度自動化的工業(yè)生產(chǎn)過程一旦中斷，將會造成巨大的經(jīng)濟損失甚至危害人身安全。而另一

2、方面，絕大多數(shù)電壓跌落的幅值都在其額定電壓幅值的80％左右且其持續(xù)時間僅為4～10周期，考慮到感應(yīng)電動機及其負(fù)載本身所具有的慣性，感應(yīng)電動機自身有能力穿越這些電壓跌落并恢復(fù)穩(wěn)定運行。因此，工業(yè)用戶有強烈的愿望來改善感應(yīng)電動機的保護，避免因電壓跌落造成生產(chǎn)過程不必要的中斷。此外，隨著感應(yīng)發(fā)電機的大量裝備及電力系統(tǒng)負(fù)擔(dān)的不斷加重，感應(yīng)發(fā)電機的大擾動穩(wěn)定問題和電網(wǎng)的短期電壓穩(wěn)定問題日益突出，迫切需要有效的方法來對這些穩(wěn)定問題進行快速評估。

3、r>　　要實現(xiàn)這些需求，必須首先快速計算出感應(yīng)電機在遭遇電壓跌落時其能夠穿越的最長時間。解析算法因具有物理概念明確、計算速度快等一系列獨特優(yōu)點，是實現(xiàn)快速、準(zhǔn)確在線計算的理想選擇。因此，從理論上推導(dǎo)出評估感應(yīng)電機電壓跌落穿越能力的解析算法，無疑具有重要的現(xiàn)實意義。
　　本文在分析了電壓跌落持續(xù)期間和電壓跌落消除后感應(yīng)電動機的動態(tài)響應(yīng)之后，結(jié)合電磁轉(zhuǎn)矩與負(fù)載轉(zhuǎn)矩之間的穩(wěn)定和不穩(wěn)定平衡交點的概念，提出了感應(yīng)電動機電壓跌落臨界清除時間的

4、概念來衡量感應(yīng)電動機電壓跌落穿越的能力。針對電力系統(tǒng)中危害程度最為嚴(yán)重的三相對稱電壓跌落，分別為恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載特性、恒功率負(fù)載特性和風(fēng)機類負(fù)載特性推導(dǎo)出了各自的感應(yīng)電動機對稱電壓跌落臨界清除時間解析算法及臨界轉(zhuǎn)差率的計算公式。此外還提出了感應(yīng)電動機絕對安全電壓跌落的概念及判斷某一對稱電壓跌落是否是絕對安全的判定方法，以及最小絕對安對稱全電壓跌落的概念及其計算方法。仿真實驗和參數(shù)敏感分析仿真實驗都證實了對稱電壓跌落臨界清除時間解析算法與絕對安

5、全對稱電壓跌落判定方法的有效性和準(zhǔn)確性。
　　針對電力系統(tǒng)中出現(xiàn)次數(shù)最多的非對稱電壓跌落，通過分析感應(yīng)電動機在非對稱電壓跌落期間的正負(fù)序穩(wěn)態(tài)等效電路及其正負(fù)序電磁轉(zhuǎn)矩，提出了總電磁轉(zhuǎn)矩的Ⅰ類和Ⅱ類簡化表達(dá)形式，并利用不同電磁轉(zhuǎn)矩表達(dá)式分別為恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載特性、恒功率負(fù)載特性和風(fēng)機類負(fù)載特性推導(dǎo)出了各自的非對稱電壓跌落臨界清除時間解析算法。此外還提出了判斷某一非對稱電壓跌落是否是絕對安全的判定方法。通過仿真實驗驗證了所提出的感應(yīng)電動機非

6、對稱電壓跌落臨界清除時間解析算法和絕對安全非對稱電壓跌落判定方法的有效性和準(zhǔn)確性。
　　為了便于解析算法實際應(yīng)用于感應(yīng)電動機的電壓跌落保護，本文提出了利用遞推最小二乘法來在線辨識電壓跌落發(fā)生前后感應(yīng)電動機上游供電網(wǎng)絡(luò)等效電路的等效參數(shù)和感應(yīng)電動機總體機械負(fù)載參數(shù)的方法。為辨識非對稱故障期間上游供電網(wǎng)絡(luò)正負(fù)序等效參數(shù)而提出了獲取感應(yīng)電動機定子正、負(fù)序瞬時電壓矢量和瞬時電流矢量的方法。為辨識總體機械負(fù)載參數(shù)利用擴展卡爾曼濾波來估計感應(yīng)

7、電動機的電磁轉(zhuǎn)矩。之后利用一個實際配電系統(tǒng)模型來模擬配電系統(tǒng)中可能真實發(fā)生的故障來仿真驗證參數(shù)辨識方法和感應(yīng)電動機電壓跌落臨界清除時間解析算法的有效性和準(zhǔn)確性。
　　本文最后分析了機端故障發(fā)生時和消除時感應(yīng)發(fā)電機暫態(tài)電磁過程對臨界清除時間的影響。根據(jù)暫態(tài)電磁轉(zhuǎn)矩公式分析了機端三相金屬性故障發(fā)生時和消除時因感應(yīng)電動機電磁暫態(tài)過程而造成的加速面積變化及計算方法，并推導(dǎo)出了這兩個暫態(tài)過程所對應(yīng)的補償時間的計算公式。提出了計及感應(yīng)發(fā)電機暫