電動機(jī)靜態(tài)聚合方法的改進(jìn)分析

【摘要】在電動機(jī)運(yùn)行中，電力系統(tǒng)暫態(tài)穩(wěn)定、電壓穩(wěn)定的核心因素是電動機(jī)參數(shù)。而在電力系統(tǒng)穩(wěn)定計算中，需要建立精確的負(fù)荷模型以此保證結(jié)果可信度，提高電動機(jī)的聚合精度。在目前傳統(tǒng)的電動機(jī)聚合中，存在聚合前電動機(jī)穩(wěn)態(tài)滑差不足等問題，聚合方法需要改進(jìn)。本文主要對電動機(jī)聚合受到的影響因素進(jìn)行介紹，并在此基礎(chǔ)上提出改進(jìn)電動機(jī)靜態(tài)聚合的措施，為提高電動機(jī)靜態(tài)聚合精度提供參考。

【關(guān)鍵詞】電動機(jī)；靜態(tài)聚合；穩(wěn)態(tài)負(fù)荷；系統(tǒng)仿真

電力負(fù)荷模型是電力系統(tǒng)的重要組成部分，而電力系統(tǒng)設(shè)計、規(guī)劃、運(yùn)行決策的基礎(chǔ)是暫態(tài)穩(wěn)定仿真計算，仿真計算精度主要受負(fù)荷模型參數(shù)影響。而在電動機(jī)運(yùn)行過程中，受各種因素影響，系統(tǒng)仿真無法對所有感應(yīng)電動機(jī)進(jìn)行建模，需要對低電壓等級負(fù)荷模型進(jìn)行操作，以此將其聚合為高電壓等級，形成包括感應(yīng)電動機(jī)群、配電網(wǎng)在內(nèi)的綜合負(fù)荷[1]。在綜合負(fù)荷模型建設(shè)中，負(fù)荷聚合是主要方式，而不同電動機(jī)具有不同的運(yùn)行狀況，穩(wěn)態(tài)滑差具有差異性，聚合結(jié)果存在誤差，影響負(fù)荷模型、電力系統(tǒng)仿真的精確度。

一、電動機(jī)聚合受到的影響因素

隨著人們對電力系統(tǒng)穩(wěn)定認(rèn)識的加深，電力系統(tǒng)穩(wěn)定分類、定義被不斷更新。電力系統(tǒng)穩(wěn)定性指的是針對給定的初始運(yùn)行狀態(tài)，系統(tǒng)受到物理擾動后能再次獲得運(yùn)行平衡點，系統(tǒng)完整性不變。由于電力系統(tǒng)是高度非線性化的動力系統(tǒng)，各種小擾動時刻存在，如負(fù)荷和發(fā)電機(jī)的變化擾動等。同時，系統(tǒng)各元件負(fù)荷模型復(fù)雜性、時變性對系統(tǒng)仿真精度具有較大影響，需要建立綜合負(fù)荷模型，保障配電網(wǎng)絡(luò)的合理運(yùn)行。

目前，電動機(jī)聚合方法主要有基于電動機(jī)暫態(tài)模型的靜態(tài)聚合法、基于工況的靜態(tài)聚合法、容量加權(quán)法等。但是，這些聚合方法并沒有考慮電動機(jī)的穩(wěn)態(tài)滑差，易使聚合前后電動機(jī)消耗的穩(wěn)態(tài)無功、有功變化。例如，在電動機(jī)實際聚合過程中，面對不同的運(yùn)行情況，穩(wěn)態(tài)滑差不同。如果在重載狀態(tài)下電動機(jī)運(yùn)行，其便產(chǎn)生較大的穩(wěn)態(tài)滑差，進(jìn)而增加電動機(jī)電氣參數(shù)對等值電動機(jī)參數(shù)的影響[2]。而如果在其在輕載狀態(tài)下運(yùn)行，便會產(chǎn)生較小的穩(wěn)態(tài)滑差，影響也相應(yīng)降低。此外，對于同一臺電動機(jī)而言，如果其承受較重負(fù)載，便拉近與臨界滑差的距離，在擾動影響下，破壞電動機(jī)的穩(wěn)定性。由此可知，在電動機(jī)聚合過程中，如果忽略電動機(jī)的穩(wěn)態(tài)滑差，將使其聚合前后吸收的穩(wěn)態(tài)無功、有功值得不到保障，無法確保兩者相等，影響聚合結(jié)果。

二、采取合理措施改進(jìn)電動機(jī)靜態(tài)聚合方法

（一）、靜態(tài)負(fù)荷模型

靜態(tài)負(fù)荷模型是分析電力系統(tǒng)的常用模型，指的是在任意時刻，均可用該時刻母線頻率、電壓幅值的代數(shù)函數(shù)表示負(fù)荷特性。一般情況下，由恒功率、恒電流、恒電壓分量組成多項式模型，以此表示負(fù)荷電壓依賴性。同時，在穩(wěn)定分析的系統(tǒng)仿真模型中，需要通過對母線電壓相角的時間導(dǎo)數(shù)進(jìn)行計算，以此得到母線頻率f，然后進(jìn)一步比較母線電壓，通過模型反應(yīng)富負(fù)荷特性[3]。例如，當(dāng)母線電壓比一個規(guī)定值低時，利用穩(wěn)定仿真程序，以恒阻抗模型表達(dá)負(fù)荷特性切換，反映低電壓負(fù)荷特性。此外，由于感應(yīng)電動機(jī)是電力系統(tǒng)大部分負(fù)荷的主要構(gòu)成部分，因此，在暫態(tài)穩(wěn)定計算中，可根據(jù)轉(zhuǎn)子機(jī)械暫態(tài)過程、轉(zhuǎn)子回路電磁暫態(tài)過程，設(shè)計穩(wěn)態(tài)等值電路電路，如圖1所示，其中s為轉(zhuǎn)差率。

（二）、電氣參數(shù)聚合及計算初始滑差

圖1為一般電動機(jī)穩(wěn)態(tài)等值電路，在靜態(tài)聚合中，易受母線電壓幅值等因素影響，干擾電動機(jī)從電源中吸取的無功、有功功率。轉(zhuǎn)換等值電路，得到并聯(lián)等值電路，降低電阻、電壓影響。如圖2所示。這樣，用導(dǎo)納Yr、Ym替換轉(zhuǎn)子回路阻抗和激磁阻抗，并用Ys'替換定子電抗、電阻，從而保證聚合前后，電動機(jī)從電源中吸取不變的無功、有功功率。根據(jù)電路等效原理，結(jié)合電路圖，端口等值導(dǎo)納為Y=Yr+Ym+Ys'。以此類推，當(dāng)多個電動機(jī)在同一母線下時，在設(shè)計多臺電動機(jī)并聯(lián)等值電路，以此求得聚合后的電氣參數(shù)。同時，根據(jù)定值定理，簡算等值抗阻、電壓、電磁轉(zhuǎn)矩，以此準(zhǔn)確計算電動機(jī)初始滑差，分析電動機(jī)運(yùn)行參數(shù)。

（三）、分組電動機(jī)及聚合前后仿真結(jié)果

由于暫態(tài)穩(wěn)定性受電動機(jī)臨界滑差影響，因此在系統(tǒng)設(shè)計、運(yùn)行中，應(yīng)合理確定電動機(jī)轉(zhuǎn)子開路時間、慣性時間等，為電動機(jī)分組提供參考。其分組指標(biāo)可用ξ表示，則ξ=（ThX'/T'd0）*scr*100，其中，Th表示相對于基準(zhǔn)容量的電動機(jī)慣性時間，X'表示轉(zhuǎn)子暫態(tài)電抗，T'd0表示轉(zhuǎn)子回路時間，scr表示臨界滑差[4]。在此基礎(chǔ)上，可選取同一母線上的電動機(jī)，進(jìn)行聚合結(jié)果計算，分析聚合前后電動機(jī)吸收的無功、有功功率，以此尋找最佳的scr，確保電動機(jī)的正常運(yùn)行。

三、結(jié)束語

針對傳統(tǒng)聚合法對穩(wěn)態(tài)滑差的忽視，改進(jìn)電動機(jī)靜態(tài)聚合方法，根據(jù)聚合前后配網(wǎng)無功、有功具有相同損耗原則，通過配網(wǎng)導(dǎo)納、符合節(jié)點電壓計算獲得配網(wǎng)電阻，進(jìn)而確保系統(tǒng)仿真計算的準(zhǔn)確性，為負(fù)荷模型建立、系統(tǒng)仿真計算提供參考。

參考文獻(xiàn)

[1]張劍，孫元章，徐箭等.一種改進(jìn)的電動機(jī)靜態(tài)聚合方法[J].電力自動化設(shè)備，2010，30（5）：6-10.

[2]張劍，孫元章，徐箭等.考慮配電網(wǎng)絡(luò)的負(fù)荷聚合方法[J].高電壓技術(shù)，2010，36（10）：2570-2575.

[3]張劍，孫元章，徐箭等.基于同調(diào)性的電動機(jī)動態(tài)聚合方法[J].電力系統(tǒng)自動化，2010，34（5）：48-52.

[4]張玉紅，陳士虹，耿聰?shù)?變頻技術(shù)在聚合裝置的合理利用[J].聚氯乙烯，2012，40（11）：46.

作者簡介

錢加根（1973.11月）， 男，漢族，浙江虞人，本科，單位：浙江省紹興市上虞區(qū)巨星實業(yè)有限公司，機(jī)電工程師。