一种电压波动与闪变下异步电动机的能效评估模型建立方法技术

本发明专利技术涉及电力系统中电能质量影响下用电设备的能效评估技术领域，更具体地，涉及一种电压波动与闪变下异步电动机的能效评估模型建立方法，包括S1：设定仿真的电压波动与闪变的扰动源；S2：建立异步电机的等效电路；S3：确定间谐波电流基波磁动势转向；S4：计算异步电机能效；S5：确定仿真的电机型号参数，以及波动频率、幅值的取值范围；S6：根据仿真流程编写MATLAB文件的仿真代码，并运行；S7：根据仿真数据，利用MATLAB的曲线拟合工具箱，得到三相异步电动机随电压波动幅值与频率变化的能效评估公式。能够定性、定量分析了电压波动与闪变这一电能质量问题对异步电动机的能效影响。

A method of establishing energy efficiency evaluation model of asynchronous motor under voltage fluctuation and flicker

【技术实现步骤摘要】
一种电压波动与闪变下异步电动机的能效评估模型建立方法
本专利技术涉及电力系统中电能质量影响下用电设备的能效评估
，更具体地，涉及一种电压波动与闪变下异步电动机的能效评估模型建立方法。
技术介绍
大功率、非线性的电力电子设备正广泛应用于配电网当中，随之引起的电能质量问题引起了人们的高度重视。电动机驱动各种工业用途的生产机械，其用电量在我国总用电量中约占50％。而电压波动与闪变产生的间谐波增加电动机的额外发热损耗，危及电动机的正常运行，降低能源利用的效率。因此，研究电压波动与闪变对三相异步电动机的能效影响，并建立能效评估模型，对在线评估电动机效率，降低电能在配电过程中的损耗、保证系统正常运行具有重大深远的指导意义。目前，在三相不平衡、谐波、电压偏差等电能质量问题对三相异步电动机的损耗特性方面，已有相关研究。例如：利用时步有限元法计算并分析了三相电压不平衡条件下定、转子铁芯及转子导条不同位置磁密及电流密度随时间变化特点及其对损耗的影响；利用场-路耦合时步有限元法，在额定电压±10％范围内定量分析电机带轻载及额定负载时各项损耗的变化规律；利用等效电路的方法研究了逆变器供电情况下笼型异步电动机含谐波成分的损耗、效率及功率因素的计算；结合时步有限元法分析了供电电源中谐波、三相不平衡共存时感应电机的损耗特性。同时，市面上也相继开发出了电网中电压波动与闪变的检测与抑制装置。然而，对电压波动与闪变这一电能质量问题的研究，大多留在监控阶段，并未对其作用在具体用电设备的能效影响作定性与定量的分析：或探讨新能源并网下发电机组中电压波动与闪变的检测方法与抑制措施，并没有考虑电压波动与闪变对电动机的能效影响；或通过一系列试验，分析电网电压波动对农业机械中三相异步电动机性能的影响，但文中的电压波动实质上是长时间的电压偏差；或分析了电网短时在晃电情况下电动机再启动的运行过程及其电网电压和电磁转矩、转速之间的关系，但文中只考虑电网电压短时消失或降低的情况。
技术实现思路
本专利技术的目的在于克服现有技术的不足，提供一种电压波动与闪变下异步电动机的能效评估模型建立方法，利用MATLAB仿真软件，结合异步电机的T型等效电路，首创性地定性、定量分析了电压波动与闪变这一电能质量问题对异步电动机的能效影响。为解决上述技术问题，本专利技术采用的技术方案是：一种电压波动与闪变下异步电动机的能效评估模型建立方法，包括以下步骤：S1：设定仿真的电压波动与闪变的扰动源；S2：建立异步电机的等效电路；S3：确定间谐波电流基波磁动势转向；S4：计算异步电机能效；S5：确定仿真的电机型号参数，以及波动频率、幅值的取值范围；S6：根据仿真流程编写MATLAB文件的仿真代码，并运行；S7：根据仿真数据，利用MATLAB的曲线拟合工具箱，得到三相异步电动机随电压波动幅值与频率变化的能效评估公式。进一步的，，在步骤S1中，所述的扰动源为：u(t)＝A(1+mcosΩt)sinωt(2)式中，m——电压波动的幅值；Ω——电压波动的角频率，rad/s。进一步的，在步骤S2中，通过积化和差分解式(2)得到公式(5)，建立基波及各次间谐波的T型等效电路：进一步的，在步骤S3中，通过矢量计算确定15Hz至85Hz范围内间谐波电流基波磁动势转向，进而换算各次间谐波的转差率：式中，正转磁势取①式，反转磁势取②式。进一步的，在步骤S4中，根据等效电路，分别计算基波及各次间谐波电路的定转子铜耗、铁耗、杂散损耗、机械损耗及输入功率，相互叠加，得到异步电机的能效计算公式：与现有技术相比，本专利技术的有益效果是：利用MATLAB仿真软件，结合异步电机的T型等效电路，首创性地定性、定量分析了电压波动与闪变这一电能质量问题对异步电动机的能效影响，通过仿真数据拟合出三相异步电动机随波动频率与幅值变化的能效评估模型，凭借数学表达式更直观地表现电动机能效与电压波动闪变之间的关系。附图说明图1为本专利技术的间谐波等效电路图；图2为本专利技术的仿真流程图；图3为本专利技术调幅波频率为8.8Hz时A相各项能效指标；图4为本专利技术调幅波幅值m＝0.1时A相各项能效指标；图5为本专利技术的A相定子铜耗三维图；图6为本专利技术的A相转子铜耗三维图；图7为本专利技术的A相铁耗三维图；图8为本专利技术的A相能效三维图。具体实施方式下面结合具体实施方式对本专利技术作进一步的说明。其中，附图仅用于示例性说明，表示的仅是示意图，而非实物图，不能理解为对本专利的限制；为了更好地说明本专利技术的实施例，附图某些部件会有省略、放大或缩小，并不代表实际产品的尺寸；对本领域技术人员来说，附图中某些公知结构及其说明可能省略是可以理解的。本专利技术实施例的附图中相同或相似的标号对应相同或相似的部件；在本专利技术的描述中，需要理解的是，若有术语“上”、“下”、“左”、“右”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本专利技术和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此附图中描述位置关系的用语仅用于示例性说明，不能理解为对本专利的限制，对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语的具体含义。实施例：如图1-8所示，一种电压波动与闪变下异步电动机的能效评估模型建立方法，包括以下步骤：S1：设定仿真的电压波动与闪变的扰动源；S2：建立异步电机的等效电路；S3：确定间谐波电流基波磁动势转向；S4：计算异步电机能效；S5：确定仿真的电机型号参数，以及波动频率、幅值的取值范围；S6：根据仿真流程编写MATLAB文件的仿真代码，并运行；S7：根据仿真数据，利用MATLAB的曲线拟合工具箱，得到三相异步电动机随电压波动幅值与频率变化的能效评估公式。具体地，步骤S1：设定仿真的电压波动与闪变的扰动源以下步骤：S1.1.电压波动是明显偏离额定值的快速电压变动，其常用相对电压变动量d％来描述，即一系列电压均方根值变化中相邻两个极值Umax和Umin之差ΔU与额定电压UN的相对百分比：S1.2.闪变是指电压波动造成灯光照度不稳定(灯光闪烁)的人眼视感反应，是电压波动频率在0.05Hz-35Hz时的一种电压波动现象。因此，本质上电压波动与闪变是同一种电压质量问题，建模方法是一样的。S1.3.电压波动通常被看作是电压波动分量(调幅波)对工频额定电压(载波)均方根值的调制。通过傅里叶变换，任何周期波形的调幅波均可分解为各种频率的正弦分量。为简化模型，便于分析又不失普遍性，电压波动源可设置为单一频率的正弦调幅波对工频载波的调制：u(t)＝A(1+mcosΩt)sinωt(2)式中，A——工频载波电压幅值，V；ω——工频载波电压角频率，rad/s；m——调幅波调制系数；Ω——调幅波电压角频率，rad/s。调幅波调制系数与相对电压变动量的关系为：式中，Vm——调幅波电压幅值，V；Um——载波电压幅值，V。电压波动频率可表示为：由式(2)可知，发生电压波动与闪变时，异步电动机的能效变化与电压波动的频率与幅值这两种因素密切相关。S2，建立异步电机的等效电路S2.1，通过积化和差公式，式(2)可分解为：对式(5)的后两项来说，其角频率ω±Ω一般不是基波频率ω的整数次倍，而是分数次倍，即间谐波。S2.2，当异步电机含有间谐波分成时，采用等效电本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种电压波动与闪变下异步电动机的能效评估模型建立方法，其特征在于，包括以下步骤：S1：设定仿真的电压波动与闪变的扰动源；S2：建立异步电机的等效电路；S3：确定间谐波电流基波磁动势转向；S4：计算异步电机能效；S5：确定仿真的电机型号参数，以及波动频率、幅值的取值范围；S6：根据仿真流程编写MATLAB文件的仿真代码，并运行；S7：根据仿真数据，利用MATLAB的曲线拟合工具箱，得到三相异步电动机随电压波动幅值与频率变化的能效评估公式。

【技术特征摘要】
1.一种电压波动与闪变下异步电动机的能效评估模型建立方法，其特征在于，包括以下步骤：S1：设定仿真的电压波动与闪变的扰动源；S2：建立异步电机的等效电路；S3：确定间谐波电流基波磁动势转向；S4：计算异步电机能效；S5：确定仿真的电机型号参数，以及波动频率、幅值的取值范围；S6：根据仿真流程编写MATLAB文件的仿真代码，并运行；S7：根据仿真数据，利用MATLAB的曲线拟合工具箱，得到三相异步电动机随电压波动幅值与频率变化的能效评估公式。2.根据权利要求1所述的一种电压波动与闪变下异步电动机的能效评估模型建立方法，其特征在于，在步骤S1中，所述的扰动源为：u(t)＝A(1+mcosΩt)sinωt(2)式中，m——电压波动的幅值；Ω——电压波动的角频率，...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈子辉，吴智影，刘勇浩，刘贺，李辰盟，麦荣焕，殷江，汤铭华，周锟，刘恒，
申请(专利权)人：广东电网有限责任公司，广东电网有限责任公司江门供电局，
类型：发明
国别省市：广东,44