感应电机电压跌落临界清除时间解析算法及应用

【摘要】随着我国工业的蓬勃发展,有越来越多的感应电动机应用于工业生产,其在工业负荷中所占的比例高达90%以上。感应电动机运行良好与否,已经成为影响工业生产连续性的重要因素。而影响感应电动机最主要的电能质量问题就是电压跌落。相关统计数据表明,由电压跌落引起的用户投诉占整个电能质量问题投诉数量的80%以上。电压跌落影响工业感应电动机的主要表现是造成大量的非必要停机。现代高度自动化的工业生产过程一旦中断,将会造成巨大的经济损失甚至危害人身安全。而另一方面,绝大多数电压跌落的幅值都在其额定电压幅值的80%左右且其持续时间仅为4-10周期,考虑到感应电动机及其负载本身所具有的惯性,感应电动机自身有能力穿越这些电压跌落并恢复稳定运行。因此,工业用户有强烈的愿望来改善感应电动机的保护,避免因电压跌落造成生产过程不必要的中断。此外,随着感应发电机的大量装备及电力系统负担的不断加重,感应发电机的大扰动稳定问题和电网的短期电压稳定问题日益突出,迫切需要有效的方法来对这些稳定问题进行快速评估。要实现这些需求,必须首先快速计算出感应电机在遭遇电压跌落时其能够穿越的最长时间。解析算法因具有物理概念明确、计算速度快等一系列独特优点,是实现快速、准确在线计算的理想选择。因此,从理论上推导出评估感应电机电压跌落穿越能力的解析算法,无疑具有重要的现实意义。本文在分析了电压跌落持续期间和电压跌落消除后感应电动机的动态响应之后,结合电磁转矩与负载转矩之间的稳定和不稳定平衡交点的概念,提出了感应电动机电压跌落临界清除时间的概念来衡量感应电动机电压跌落穿越的能力。针对电力系统中危害程度最为严重的三相对称电压跌落,分别为恒转矩负载特性、恒功率负载特性和风机类负载特性推导出了各自的感应电动机对称电压跌落临界清除时间解析算法及临界转差率的计算公式。此外还提出了感应电动机绝对安全电压跌落的概念及判断某一对称电压跌落是否是绝对安全的判定方法,以及最小绝对安对称全电压跌落的概念及其计算方法。仿真实验和参数敏感分析仿真实验都证实了对称电压跌落临界清除时间解析算法与绝对安全对称电压跌落判定方法的有效性和准确性。针对电力系统中出现次数最多的非对称电压跌落,通过分析感应电动机在非对称电压跌落期间的正负序稳态等效电路及其正负序电磁转矩,提出了总电磁转矩的Ⅰ类和Ⅱ类简化表达形式,并利用不同电磁转矩表达式分别为恒转矩负载特性、恒功率负载特性和风机类负载特性推导出了各自的非对称电压跌落临界清除时间解析算法。此外还提出了判断某一非对称电压跌落是否是绝对安全的判定方法。通过仿真实验验证了所提出的感应电动机非对称电压跌落临界清除时间解析算法和绝对安全非对称电压跌落判定方法的有效性和准确性。为了便于解析算法实际应用于感应电动机的电压跌落保护,本文提出了利用递推最小二乘法来在线辨识电压跌落发生前后感应电动机上游供电网络等效电路的等效参数和感应电动机总体机械负载参数的方法。为辨识非对称故障期间上游供电网络正负序等效参数而提出了获取感应电动机定子正、负序瞬时电压矢量和瞬时电流矢量的方法。为辨识总体机械负载参数利用扩展卡尔曼滤波来估计感应电动机的电磁转矩。之后利用一个实际配电系统模型来模拟配电系统中可能真实发生的故障来仿真验证参数辨识方法和感应电动机电压跌落临界清除时间解析算法的有效性和准确性。本文最后分析了机端故障发生时和消除时感应发电机暂态电磁过程对临界清除时间的影响。根据暂态电磁转矩公式分析了机端三相金属性故障发生时和消除时因感应电动机电磁暂态过程而造成的加速面积变化及计算方法,并推导出了这两个暂态过程所对应的补偿时间的计算公式。提出了计及感应发电机暂态过程的临界清除时间保守计算解析方法。通过仿真实验验证了所提出考虑感应发电机暂态过程的临界清除时间解析算法的有效性和准确性。本文提出的感应电机电压跌落临界清除时间解析算法不仅有助于工业用户实现感应电动机电压跌落的智能保护,还可以用于分析、研究感应发电机大扰动稳定性及考虑感应电动机负荷的系统短时电压稳定性等问题,具有重要的理论意义和实用价值。
【作者】王志军；
【导师】徐文远；
【作者基本信息】山东大学，电力电子与电力传动，2014，博士
【关键词】感应电机；电压跌落；临界清除时间；绝对安全电压跌落；暂态电磁转矩；

【参考文献】
[1]胡智全.新课程背景下初级中学的学校制度文化建设[D].华中师范大学,教育管理,2012,硕士.
[2]张娅楠.极速学习机优化方法研究[D].中国矿业大学,计算机软件与理论,2014,硕士.
[3]刘淑欣.机电集成电磁蜗杆的加工技术研究[D].燕山大学,机械工程,2014,硕士.
[4]黄莺莺.企业社会工作与民营企业劳资关系问题探析[D].内蒙古师范大学,社会工作（专业学位）,2013,硕士.
[5]马雪莉.商业银行操作风险管理的实务操作分析[D].山东大学,项目管理（专业学位）,2013,硕士.
[6]钱圣隆.区域高速公路网疲劳驾驶行为分布特征研究[D].长安大学,交通信息工程及控制,2014,硕士.
[7]金磊.可敬的“梁陈方案”——读《梁陈方案与北京》一书有感[J].重庆建筑.2005(08)
[8]谢茂军.基于DSP的三相光伏并网逆变器的控制算法研究及实现[D].西南交通大学,电磁悬浮与超导工程,2013,硕士.
[9]黄小兵.高分辨率遥感影像建筑物提取方法研究[D].西安科技大学,测绘工程,2014,硕士.
[10]罗虹.保险诈骗罪的研究[D].西南政法大学,刑法学（专业学位）,2012,硕士.
[11]解凯.断路器机械特性测试仪及其数据管理检修指导系统开发[D].华北电力大学（河北）,电气工程,2004,硕士.
[12]王晨.面向离散型制造业的企业资源规划（ERP）系统的开发与实施[D].清华大学,管理科学与工程,2002,硕士.
[13]陈玄.基于模糊控制下多自由度机械手臂控制技术的研究[D].中北大学,测试计量技术及仪器,2014,硕士.
[14]王敏.散发性结直肠癌候选基因（KRAS,PDCD4,MCC）3’UTR遗传多态性与miRNAs的靶标关系研究[D].西北大学,生物化学与分子生物学,2014,硕士.
[15]王晓慧.基于吸收能力视角的高校教师知识创新研究[D].苏州大学,行政管理,2014,硕士.
[16]张忠模.西班牙科学家利用原子空位使石墨产生磁性[J].功能材料信息,2010,02:42-43.
[17]曹振臻.因特网与无线局域网若干模型与关键算法研究[D].北京交通大学,2010.
[18]李安庆.冷却路径对热轧多相钢板组织及力学性能的影响[D].东北大学,材料加工工程,2010,硕士.
[19]张承伟.面向电子政务的政务过程再造研究[D].大连理工大学,2010.
[20]房晓媛.多模态理论在初中英语语法教学中的有效性研究[D].延安大学,课程与教学论,2014,硕士.
[21]刘军,刘自发,黄伟,于晗,张建华.基于混合微分演化算法的配电网架结构智能规划[J].电力系统自动化,2007,02:32-35.
[22]王蓉.我国新城建设的动力因素与典型特征研究[D].浙江大学,2006.
[23]周琴慧.凤凰县生态环境保护研究[D].湖南大学,环境科学与工程,2011,硕士.
[24]刘吉元.蛋白质与配体相互作用分子模拟研究[D].西北农林科技大学,农业昆虫与害虫防治,2014,博士.
[25]范文波.玛纳斯河流域种植业用水结构时空变化与种植结构关系研究[D].西北农林科技大学,农业水土工程,2014,博士.
[26]宋艳波.双边网络环境下电子商务平台企业的竞争战略研究[D].北京交通大学,2013.
[27]肖文涛.江夏某采石场爆破危险辨识及安全评价的研究[D].武汉理工大学,采矿工程,2012,硕士.
[28]韩钊,宗群,田柏苓,吉月辉.基于Terminal滑模的高超声速飞行器姿态控制[J].控制与决策,2013,02:259-263+268.
[29]高歌农.松籽商务网站开发[D].吉林大学,软件工程,2012,硕士.
[30]黄书铭.全球治理视角下的城市外交竞争策略研究[D].外交学院,外交学,2014,硕士.
[31]苏葵.论大型综合超市的规划与设计[D].武汉理工大学,设计艺术学,2004,硕士.
[32]唐社.K企业人力资源开发研究[D].天津大学,高级工商管理,2013,硕士.
[33]马廷涛.9310渗碳轴承钢表面强流脉冲电子束合金化研究[D].哈尔滨工业大学,材料工程,2013,硕士.
[34]胡晓威.中央带缺口立方体试件的双K断裂韧度及其率相关性分析[D].大连理工大学,结构工程,2013,硕士.
[35]王欣媛.上市公司股权结构对R&D投入影响的实证研究[D].吉林财经大学,会计学,2014,硕士.
[36]李立.我国房地产经纪行业自律监管法律问题研究[D].西南大学,民商法学,2014,硕士.
[37]纪树民,焦伟,胡启宇.用线性预测差分编码进行数据压缩的理论与效果[J].石油地球物理勘探,1983,01:30-40.
[38]李东梅.核酸适配体AS1411对肿瘤细胞辐射敏感性影响研究[D].苏州大学,放射医学,2014,硕士.
[39]管春爱.弯曲菌分离株PFGE分型、耐药性和毒力基因分布及相关性分析[D].扬州大学,遗传学,2012,硕士.
[40]从薇.分布式仪器实时控制系统的研究与实现[D].华东师范大学,通信与信息系统,2004,硕士.
[41]匡雅培.知识管理视角下的公务员绩效考核研究[D].天津商业大学,行政管理,2013,硕士.
[42]田建红.法治视域下的法形式性及其意义[D].苏州大学,法律（专业学位）,2014,硕士.
[43]李勇.微信广告价值及盈利模式研究[D].湖南师范大学,传播学,2014,硕士.
[44]罗甜萍.湖南广昊会计师事务所非审计服务拓展研究[D].湖南大学,会计,2013,硕士.
[45]胡海洋.保留幽门胰十二指肠切除术（PPPD）临床疗效分析[D].吉林大学,临床医学,2013,硕士.
[46]陈文涛.XY公司电商平台商业计划书[D].华南理工大学,工商管理（专业学位）,2014,硕士.
[47]金碚.论国有企业改革再定位[J].中国工业经济,2010,04:5-13.
[48]龚兴华.数字程控交换机与专网中的多媒体通信[J].世界电信.1994(05)
[49]刘志刚,黄卫,杨俊琴.基于XML的多维数据模型在交通信息平台中的应用[J].交通与计算机,2003,05:52-55.
[50]李艳娜,汤跃,韦丽萍,王永华,刘耀英,薛晨阳.SOI环形光波导谐振腔双层石墨烯调制器（英文）[J].强激光与粒子束,2015,02:52-57.