[发明专利]一种燃气往复式发电机组机电暂态仿真模型构建方法

说明书

本发明公开了一种燃气往复式发电机组机电暂态仿真模型构建方法，该发电机组包括由燃气发动机和往复式压缩机共同组成的往复式内燃机(原动机)和直线同步交流发电机；首先获取燃气往复式发电机组的定子电阻、额定电压和额定容量等有关原始参数，用于后续建模计算；然后进行模型假设并选取各物理量的参考正方向；最后推导燃气往复式发电机组的定子三相绕组及励磁绕组的磁链方程、定子三相绕组的电压平衡方程和动子的运动方程以构成其机电暂态仿真模型；本发明填补了现有研究在燃气往复式发电机组暂态仿真数学模型上的空白，并有助于更好地研究燃气往复式发电机组的控制系统及其运行特性。

技术领域

本发明涉及电力系统暂态稳定分析领域，具体涉及一种燃气往复式直线发电机的机电暂态仿真模型构建方法。

背景技术

近年来，能源问题越来越严重，对石油和天然气的需求越来越大，而海洋油气储量丰富，建设海上油气平台成为解决当下能源危机的重要手段。当前我国海洋经济发展迅速，而海上平台电力系统为海上油气平台提供动力，保障其安全可靠运行越来越重要。同时由于海上油田伴生气含量较低，为了回收利用伴生气，越来越多的海上平台电力系统开始投运燃气往复式发电机组——直线电机的一种，但其运行特性及控制系统等不同于常见的自由活塞式斯特林发电系统和永磁直线电机，而国内外关于直线电机模型的研究主要针对后两者，对燃气往复式发电机组的研究则主要针对其应用价值，没有关于其机电暂态仿真模型及其运行特性的研究。

本发明构建了燃气往复式发电机的机电暂态仿真模型，填补了此类直线电机机电暂态模型研究的空白，对燃气往复式发电机更好地应用于海上独立电力系统具有重要意义。同时燃气往复式发电机是海上独立电力系统的重要组成部分，故这一模型的构建也将为保障海上平台电力系统的安全可靠运行提供有力支撑。

燃气往复式发电机组是直线电机的一种，世界上出现旋转电机后不久，就出现了直线电动机的雏形。1840年惠斯登(Wheatstone)提出了直线电机的设想，开辟了直线电机研究的先河。1845年，初具雏形的直线电动机问世，其由英国人查尔斯·惠斯登(CharleWheatstone)提出并制作，这为以后直线电动机的研究和开发奠定了良好基础。但之后在相当长一段时期内，受技术和材料的限制，直线电机的发展十分缓慢。

截止目前，对于直线电机，国内外研究主要集中在其设计方面，对应模型为基于电磁场理论的有限元模型。还有相当一部分数学模型是用于控制直线电机的，但研究对象主要是自由活塞式斯特林发电系统和永磁直线同步电机，自由活塞式斯特林发电系统主要由自由活塞式斯特林发动机和永磁直线电动机两部分组成，其中自由活塞式斯特林发动机作为控制系统带动永磁直线发电机的动子运动，但由于自由活塞式斯特林发电系统不能自启动，故在启动阶段直线发电机运行在电动状态以带动斯特林发动机起振；永磁直线同步电机的磁场由钕铁硼永磁体产生。而本发明研究的燃气往复式发电机组，其控制系统是由燃气发动机和往复式压缩机共同组成的往复式内燃机，因此其数学模型与自由活塞式斯特林发电系统和永磁直线同步电机有所不同，但国内外关于燃气往复式发电机组的研究都集中于其应用价值，鲜有关于其机电暂态仿真模型的研究报道。

发明内容

为了填补现有研究在燃气往复式发电机组数学模型上的空白，本发明的目的在于给出一种燃气往复式发电机组机电暂态仿真模型构建方法，此方法有助于更好地研究燃气往复式发电机组的控制系统及其运行特性。

为达到上述目的，本发明采用如下技术方案：