高低压双绕组鼠笼感应发电机的研究

The cage-rotor induction generator with high-low-voltage stator dual-winding is of inherent advantages in reliable operation and convenient maintenance, one of the generator’s stator power winding with high-voltage directly connected to grid for supplying thermal power plant, and the other compensation one with low-voltage is linked to capacitors to locally compensate reactive power. The induction generator possesses power generation and voltage transformation double functions, therefore, it will find vast application prospect in the heat and power cogeneration system. In view of electromagnetic optimization design of the generator, the project aims to analyzing and calculating dual-winding induction generator operating performance in various working modes, which provides theoretical support for its engineering adaptation. The generalized multi-loop method that combines the loop current method and the distributed magnetic circuit method is proposed to deal with multi-loop nonlinear time-varying system of the dual-winding cage-rotor induction generator. The investigation subjects of the project cover symmetrical and asymmetrical steady state operation analysis, transient and faulted state operation analysis, and induction generator’s electromagnetic optimization design. The universal method bearing extensive coverage is preferentially adopted in analysis process, and the emphasis is on harmonious employment of the electric analysis and the magnetic one in the generalized multi-loop method. The goal of the project is to open up a new pathway for electromagnetic performance analysis of nonlinear time-varying electric machine system, the results of which are of significant importance for extending energy utilization field and advancing its comprehensive utilization rate.

高低压双绕组鼠笼感应发电机具有运行可靠、维护方便等固有优点，定子双绕组中的高压功率绕组与热电厂电网直接联接输出电能供电厂使用，定子低压补偿绕组并接电容器实现无功功率就地补偿，兼作发电与变压双重功能的感应发电机在热电联产系统中有着广阔应用前景。鉴于电机电磁优化设计之需求，本项目旨在分析计算双绕组鼠笼感应发电机运行于不同运行工况下的性能，为该电机的工程应用提供理论支撑。本项目针对双绕组感应发电机系统回路多与非线性时变之特点，提出了集回路电流法与分布磁路法于一体的广义多回路法。研究内容涉及双绕组鼠笼感应发电机对称与不对称稳态运行分析、暂态与故障运行分析、电机电磁优化设计等方面，以涵盖面广的通用处理方法为主分析不同工况下的运行性能，研究过程突出广义多回路法中电路与磁路分析方法协同使用的特点。此研究开辟了非线性时变电机系统电磁性能分析的新途径，其成果对拓展能源利用领域并提高其综合利用率意义重大。

本项目基于变压器原理提出了高低压双绕组鼠笼转子感应发电机，鉴于电机电磁优化设计之需求，旨在分析计算双绕组鼠笼感应发电机运行于不同运行工况下的性能，为该电机的工程应用提供理论支撑。高低压双绕组鼠笼感应发电机具有运行可靠、维护方便等固有优点，定子双绕组中的高压功率绕组与热电厂电网直接联接输出电能供电厂使用，定子低压补偿绕组并接电容器实现无功功率就地补偿，兼作发电与变压双重功能的感应发电机在热电联产系统中有着广阔应用前景。本项目针对双绕组感应发电机系统回路多与非线性时变之特点，提出了集回路电流法与分布磁路法于一体的广义多回路法。研究内容涉及双绕组鼠笼感应发电机参数计算、电磁优化设计、稳态运行分析、暂态运行分析、稳定性判断、小干扰稳定控制等方面，以涵盖面广的经典电路理论、控制理论中的通用处理方法为主分析不同工况下的运行性能，研究过程中突出定子双绕组电机绕组耦合对参数与性能的影响，强调了建立非线性感应发电机的等效电路模型与稳定控制系统模型时的处理过程。此研究开辟了非线性时变电机系统电磁性能分析的新途径，其成果对拓展能源利用领域并提高热能综合利用率意义重大。.通过本项目的研究，完善了双绕组感应发电机参数计算、运行性能分析、电机优化设计、稳定性判断、小干扰稳定控制方法，掌握了基于经典电路理论分析感应发电机运行性能与控制理论分析感应发电机稳定性的具体方法。研究成果包括在国内外权威学术期刊及国际会议上发表论文10篇，其中被SCI收录2篇、EI收录8篇；授权与申请国家发明专利各1项。在人才方面，培养博士生1名、硕士生3名。