本发明涉及一种磁场特性分析方法，具体涉及一种抽水蓄能发电机阻尼绕组磁场特性分析方法，属于抽水蓄能发电机磁场分析技术领域。
背景技术：
抽水蓄能电站是一种特殊类型的水电站，它的组成部分包括上、下水库、开关站以及输水通道等。抽水蓄能电站是由水泵和水轮机两种工作方式的机组构成的，当夜间因部分用户用电停止，而各种大型火电、核电不能大幅停机或减少发电，电力系统出现剩余电量时，抽水蓄能电站可以利用这些剩余电量，开动设备把低处的水抽到高处储藏起来，等到电力系统用电高峰时，再把高处的水放下来，带动水轮发电机组发电，把电力送回电网，供给用户用电，发电后的水仍回到低处。抽水蓄能电站的运营，提高了电网的运行可靠性、灵活度、安全度、经济性。
抽水蓄能电站起、停块，工况转换和增、减负荷迅速，运行灵活可靠，强迫停运率较低，跟踪负荷能力强，适宜承担电力系统调频、紧急事故备用和负荷备用，是很好的旋转备用电源，距离负荷中心地区较劲的抽水蓄能电站，还可作调相运行，平衡系统无功功率，稳定地区电压，提高电网运行可靠性。
抽水蓄能电站起、停块，工况转换和增、减负荷迅速，运行灵活可靠，强迫停运率较低，跟踪负荷能力强，适宜承担电力系统调频、紧急事故备用和负荷备用，是很好的旋转备用电源，距离负荷中心地区较劲的抽水蓄能电站，还可作调相运行，平衡系统无功功率，稳定地区电压，提高电网运行可靠性。
抽水蓄能电站既可在水轮工况下运行，又可在水泵工况下运行；既可发电，又可抽水；既可向电网供电，又可吸收电网的电力；既是发电电源，又是用电负荷；既可增加供电能力，又可提高电网负载率。
我国在抽水蓄能电站方面发展比较晚，技术落后于西方发达国家，核心技术还高度依赖发达国家。目前我国已加大抽水蓄能项目的科研投入，但是缺少甚至没有能准确分析出抽水蓄能发电机磁场与阻尼绕组之间特定关系的有效方法。
技术实现要素：
本发明的目的是提供一种抽水蓄能发电机阻尼绕组磁场特性分析方法，以解决目前没有能准确分析出抽水蓄能发电机磁场与阻尼绕组之间特定关系的有效方法的问题。
所述一种抽水蓄能发电机阻尼绕组磁场特性分析方法包括以下步骤：
步骤一，建立数学模型和有限元模型并完成仿真。
步骤二，简化物理模型：
采用以下简化：①忽略定子齿槽效应，认为磁场线垂直进入定子磁路；②认为沿圆周展开后的转子和定子长度相等，即将原扇形求解域简化为矩形；③忽略铁磁材料磁导率的非线性及随温度的变化，认为其为常数；④忽略转子除大齿外的齿槽效应；⑤忽略电机端部效应，将其简化为二维磁场问题，采用实际模型的一半作为求解域。
步骤三，确定数学模型：
根据物理模型的数学表示布置模型的节点，其中等效转子的半周长度为：πd2/2，其中d2为转子外径，转子的外径半周长对应的就是最后简化模型的长度；
根据麦克斯韦方程组，确定物理模型内部、交界面、外边界的数学方程：
式中，
n：交界面处的法向方向
μ1、μ2：隶属于两边不同媒质的磁导率
a1、a2：两边区域的磁势
js、电流的实数、复数形式
w：电流的角频率
σ：电导率
j：虚数
矢量磁场的复数形式。
步骤四，对不同工况转换过渡过程中的阻尼条、励磁绕组、极身、极靴所受电磁力进行计算。
步骤五，区域分解方法与径向基无单元方法耦合：
根据物理模型的不同区域的电磁特性进行区域划分，并将径向基无单元方法应用求解得出要求的径向基函数的系数。
步骤六，通过实验发电电动机的有限元模型，得出加载率和阻尼绕组动态转换电流之间的函数关系，并确定加载率上限。
步骤七，结果分析：
将求解得出的径向基函数的系数代入径向基函数，最终求出要求的点的结果：磁场三维分布以及磁力线分布。
优选的：所述第二步中根据物理模型的数学表示布置模型的节点具体为：根据模型的各个区域的电磁特性以及模型的形状进行划分，相同电磁特性的划分为一个子区域，再进行均匀布点。
优选的：所述第三步中区域划分的规则为：根据模型的特性和形状，将具有相同电磁特性的一块区域划分为一类。
本发明与现有产品相比具有以下效果：利用已建好的模型分析计算各电机在不同工况过渡过程中的阻尼条、励磁绕组、极身和极靴的电磁力，并研究不同阻尼条节距和阻尼条数目对过渡过程的阻尼绕组动态转换电流及转子阻尼条加载率的影响；省去了复杂繁琐的网络划分，程序实现更加简便，计算结果更加准确快捷；采用区域分解的方法，大大降低最终联立大方程的维数，更适合并行计算，磁场的计算结果可用于后续的电磁力计算，以及分析电磁力的不平衡性，为判断电机运行故障做准备。
具体实施方式
下面详细阐述本发明优选的实施方式。
本发明所述的一种抽水蓄能发电机阻尼绕组磁场特性分析方法包括以下步骤：
步骤一，建立数学模型和有限元模型并完成仿真。
步骤二，简化物理模型：
采用以下简化：①忽略定子齿槽效应，认为磁场线垂直进入定子磁路；②认为沿圆周展开后的转子和定子长度相等，即将原扇形求解域简化为矩形；③忽略铁磁材料磁导率的非线性及随温度的变化，认为其为常数；④忽略转子除大齿外的齿槽效应；⑤忽略电机端部效应，将其简化为二维磁场问题，采用实际模型的一半作为求解域。
步骤三，确定数学模型：
根据物理模型的数学表示布置模型的节点，其中等效转子的半周长度为：πd2/2，其中d2为转子外径，转子的外径半周长对应的就是最后简化模型的长度；
根据麦克斯韦方程组，确定物理模型内部、交界面、外边界的数学方程：
式中，
n：交界面处的法向方向
μ1、μ2：隶属于两边不同媒质的磁导率
a1、a2：两边区域的磁势
js、电流的实数、复数形式
w：电流的角频率
σ：电导率
j：虚数
矢量磁场的复数形式。
步骤四，对不同工况转换过渡过程中的阻尼条、励磁绕组、极身、极靴所受电磁力进行计算。
步骤五，区域分解方法与径向基无单元方法耦合：
根据物理模型的不同区域的电磁特性进行区域划分，并将径向基无单元方法应用求解得出要求的径向基函数的系数。
步骤六，通过实验发电电动机的有限元模型，得出加载率和阻尼绕组动态转换电流之间的函数关系，并确定加载率上限。
步骤七，结果分析：
将求解得出的径向基函数的系数代入径向基函数，最终求出要求的点的结果：磁场三维分布以及磁力线分布。
进一步：所述第二步中根据物理模型的数学表示布置模型的节点具体为：根据模型的各个区域的电磁特性以及模型的形状进行划分，相同电磁特性的划分为一个子区域，再进行均匀布点。
进一步：所述第三步中区域划分的规则为：根据模型的特性和形状，将具有相同电磁特性的一块区域划分为一类。
本实施方式只是对本专利的示例性说明，并不限定它的保护范围，本领域技术人员还可以对其局部进行改变，只要没有超出本专利的精神实质，都在本专利的保护范围内。