抽水蓄能电机电磁-温度-结构场耦合仿真系统研制

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抽水蓄能发电技术的迅猛发展,已经成为当前最大的储能方式之一,对电力系统的调峰填谷、调频调相及事故备用等方面发挥着越来越重要的作用。它主要的特点是单机容量大,转速高,工况多转换频繁,运行环境较常规水轮机更加恶劣。随着使用年限的增长,发电电动机发生的故障也越来越多。除常规的外部检测手段以外,如何利用电机内部的运行情况判断电机是否正常,是目前的研究热点之一。通过电机多物理场的计算,能够分析电机内部的电磁、温升、结构等特性,能够较快速的监测电机运行状况。然而现有多物理场计算方法数值传递存在不足之处,且有限元软件多操作复杂,不适合于现场工作人员。开发新的简单易懂的电机电磁-温度-结构耦合计算系统成为一种重要的解决途径。  通过论述开发仿真系统的目的及用途,展开电机多物理场计算平台的需求分析,阐明仿真系统要实现的功能主要包含电磁、温度以及电磁-温度-结构耦合计算,根据多物理场计算的一般过程,拟定出输入参数、路径保存、参数传值、接口技术、求解计算等模块,总结得到模块实现的关键难点,并对系统总体框架进行了设计。  对仿真平台要解决的难题及解决方法进行论述,主要为采用场路结合方法实现电磁分析的模块;通过电磁、温度计算结果的异型网格映射技术,实现电磁-温度-结构耦合计算功能。  解决了关键点后,对系统各模块进行了设计,并完成各模块的功能,实现各模块的功能后,需要对各模块间的数据传递方法进行研究,主要为数据库方式处理输入数据,多种输出数据的处理方式,再有通过前台调用外部软件进行物理场计算的通用接口技术。通过实现以上模块的功能,各功能间数据的传递,外部调用计算后,整个系统的需要达成的目标就全部完成,仿真平台也就开发结束。  最后通过广州抽水蓄能电站(以下简称广蓄)内一台服役机组进行了验证计算。采用电磁计算模块对该台发电电动机发电和电动工况进行了电磁特性对比分析,提取电磁分析得到的涡流损耗,采用温度计算模块进行稳态温度场分析,最后通过电磁-温度-结构的耦合计算模块,利用异型网格映射技术对电机额定运行、甩负荷以及飞逸工况进行了综合应力分析。仿真计算的结果可以用来分析电机的工作状态,也能为电机更进一步的分析,如疲劳寿命预测提供必要的前提,同时也验证了本设计平台的有效性和实用性。
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