本發(fā)明是基于同步發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子靜止?fàn)顟B(tài)下的參數(shù)測(cè)試方法，屬于同步發(fā)電機(jī)電氣參數(shù)實(shí)測(cè)技術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)：

我國(guó)電網(wǎng)的容量和規(guī)模日益增大，電力系統(tǒng)的安全問(wèn)題日益突出，發(fā)電機(jī)的模型與參數(shù)作為仿真計(jì)算的重要環(huán)節(jié)，其參數(shù)的準(zhǔn)確性將直接影響到電力系統(tǒng)穩(wěn)定計(jì)算結(jié)果。

同步發(fā)電機(jī)在不同的頻率下外特性不同，針對(duì)一個(gè)或多個(gè)頻率，可能需要多套參數(shù)。近些年來(lái)，電力系統(tǒng)中多出現(xiàn)大型坑口電廠的點(diǎn)對(duì)網(wǎng)帶串補(bǔ)運(yùn)行方式，需要對(duì)發(fā)電機(jī)進(jìn)行次同步諧振分析和抑制技術(shù)的研究，需要一組或多組參數(shù)來(lái)準(zhǔn)確仿真在不同的軸系頻率下的發(fā)電機(jī)外特性。

目前比較常見(jiàn)的發(fā)電機(jī)參數(shù)測(cè)試主要分為時(shí)域測(cè)試方法和頻域測(cè)試方法以及根據(jù)設(shè)計(jì)參數(shù)進(jìn)行有限元計(jì)算的方法。

時(shí)域測(cè)試方法主要有(1)常規(guī)在電機(jī)制造廠家進(jìn)行的型式試驗(yàn)(空載特性、短路特性、突然三相短路試驗(yàn)和靜態(tài)兩相輪換測(cè)量法)，這種方法可以較為準(zhǔn)確的確定直軸參數(shù)，但不能提供準(zhǔn)確的交軸參數(shù)。(2)拋載法，類似于上面的突然短路試驗(yàn)，通過(guò)測(cè)量突然擾動(dòng)時(shí)電機(jī)變量的時(shí)間響應(yīng)來(lái)辨識(shí)電機(jī)的特性。這種試驗(yàn)提供了直軸和交軸的數(shù)據(jù)，但是這個(gè)試驗(yàn)可以獲得更為豐富的是電機(jī)在同步運(yùn)行工況下、以及超瞬變后的信息，而試驗(yàn)數(shù)據(jù)中難以包含變化相對(duì)緩慢的信息， 如異步運(yùn)行工況下的信息。

頻域測(cè)試方法主要有(1)IEEE GUIDE:TEST PROCEDURES FOR SYNCHRONOUS MACHINES(IEEE Std 115-1995)推薦的特定位置的靜止頻率響應(yīng)，機(jī)組處于停機(jī)狀態(tài)(轉(zhuǎn)子靜止)，并與系統(tǒng)解列，必須調(diào)準(zhǔn)在相對(duì)于定子的兩個(gè)特定位置，用一個(gè)從0.001～1000Hz整個(gè)頻率范圍的低等級(jí)電源來(lái)勵(lì)磁定子，對(duì)于同步發(fā)電機(jī)來(lái)調(diào)準(zhǔn)轉(zhuǎn)子的兩個(gè)特定位置，即直軸位置和交軸位置是很難的，位置的不準(zhǔn)確對(duì)參數(shù)測(cè)試的誤差影響很大；(2)開(kāi)路頻率響應(yīng)法，機(jī)組在低電壓下開(kāi)路運(yùn)行，磁場(chǎng)以各種頻率激勵(lì)，而測(cè)量勵(lì)磁到定子的頻率響應(yīng)，只能確認(rèn)直軸在中頻范圍內(nèi)的某些數(shù)據(jù)；(3)在線頻率響應(yīng)法，機(jī)通過(guò)一個(gè)大的阻抗接到系統(tǒng)，帶接近額定負(fù)荷運(yùn)行，勵(lì)磁用正弦隨機(jī)噪聲調(diào)制。用分解到兩個(gè)軸上的分量和類似于靜止頻率響應(yīng)法的數(shù)據(jù)來(lái)導(dǎo)出一個(gè)模型。但這種方法可用數(shù)據(jù)的頻率范圍要比靜止頻率響應(yīng)法更小。

以上這些測(cè)試方法得到的參數(shù)用于研究次同步諧振問(wèn)題時(shí)，都不能得到與實(shí)際系統(tǒng)相吻合的結(jié)果，可能會(huì)導(dǎo)致與實(shí)際工程實(shí)踐完全相反的結(jié)論。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明所要解決的技術(shù)問(wèn)題在于提供一種能夠準(zhǔn)確描述同步發(fā)電機(jī)不同頻率外特性的電氣參數(shù)測(cè)試方法，該方法利用同步發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子靜止?fàn)顟B(tài)試驗(yàn)獲取測(cè)試同步發(fā)電機(jī)電氣參數(shù)的測(cè)量數(shù)據(jù)。

本發(fā)明采用如下方案：一種基于同步發(fā)電機(jī)靜止頻率響應(yīng)試驗(yàn)的電氣參數(shù)測(cè)試方法，包含如下步驟：

a、獲得不同轉(zhuǎn)差頻率下同步電機(jī)異步運(yùn)行狀態(tài)的試驗(yàn)數(shù)據(jù)，所述試驗(yàn)數(shù)據(jù)至少包含發(fā)電機(jī)定子電壓、電流和勵(lì)磁繞組電流；

b、對(duì)不同頻率的定子電壓和電流、勵(lì)磁電流的錄波數(shù)據(jù)進(jìn)行濾波、頻譜分析，對(duì)定子電壓和電流進(jìn)行派克變換，分別得到交直軸電壓和電流；

c、不同頻率的定子電壓和定子電流、勵(lì)磁電流、定子繞組的電阻、交直軸的同步電抗都為已知，且滿足式1的關(guān)系，建立不同頻率的直軸運(yùn)算電抗X_d(j)和交軸運(yùn)算電抗X_q(j)、勵(lì)磁繞組傳遞函數(shù)G_f(j)的方程組，并求解

式1

其中r_a定子直流電阻，j為復(fù)數(shù)的虛數(shù)單位，X_d(j)和X_q(j)為該頻率下發(fā)電機(jī)直軸和交軸的運(yùn)算電抗,G_f(j)為該頻率下的勵(lì)磁繞組傳遞函數(shù)；

d、X_d(j)和X_q(j)、G_f(j)與電機(jī)參數(shù)之間的滿足如下關(guān)系

式2

x_d為直軸同步電抗、x′_d為直軸瞬態(tài)電抗、x_d″為直軸超瞬態(tài)電抗、T_d'為直軸瞬態(tài)時(shí)間常數(shù)、T_d″為直軸超瞬態(tài)時(shí)間常數(shù)、T’_do為定子開(kāi)路時(shí)的直軸瞬態(tài)時(shí)間常數(shù)、T_do″為定子開(kāi)路時(shí)的直軸超瞬態(tài)時(shí)間常數(shù)、 x_q為交軸同步電抗、x′_q為交軸瞬態(tài)電抗、x_q″為交軸超瞬態(tài)電抗、T_q'為交軸瞬態(tài)時(shí)間常數(shù)、T_q″為交軸超瞬態(tài)時(shí)間常數(shù)、x_ad為直軸電樞反應(yīng)電抗、T_Dσ為直軸阻尼繞組的漏磁時(shí)間常數(shù)、r_f為勵(lì)磁繞組電阻；其中x_d、T’_do、x_q、r_a、x_ad為常規(guī)同步發(fā)電機(jī)參數(shù)測(cè)量試驗(yàn)中能準(zhǔn)確獲得的參數(shù)，認(rèn)為是已知參數(shù)；

一般的，x_d、T'_do、x_q、r_a、x_ad為常規(guī)同步發(fā)電機(jī)型式試驗(yàn)中能準(zhǔn)確獲得的參數(shù)，利用式4對(duì)獲得的直軸運(yùn)算電抗和交軸運(yùn)算電抗、勵(lì)磁繞組傳遞函數(shù)頻率特性曲線，進(jìn)行曲線擬合，可以獲得試驗(yàn)頻率下的電氣參數(shù)，包括x′_d、x_d″、T_d'、T_d″、x′_q、x_q″、T_q'、T_q″、r_f、T_Dσ。

其中轉(zhuǎn)子靜止不動(dòng)在任意位置，定子側(cè)通過(guò)斷路器接入變頻電源，發(fā)電機(jī)勵(lì)磁繞組短接；分別合入斷路器三相中的兩相，再合入斷路器三相，最終每一個(gè)頻率可以獲得三組不對(duì)稱的轉(zhuǎn)子靜止?fàn)顟B(tài)數(shù)據(jù)，一組三相對(duì)稱的轉(zhuǎn)子靜止?fàn)顟B(tài)數(shù)據(jù)。

本發(fā)明試驗(yàn)所需的變頻電源在全頻帶(0.01Hz～100Hz)范圍內(nèi)容量都足夠大，本發(fā)明可以在全頻帶描述出同步電機(jī)的頻率響應(yīng)特性，同步電機(jī)的電氣參數(shù)隨頻率是非線性變化的，因此不同的頻率點(diǎn)，同步電機(jī)的參數(shù)是不相同，根據(jù)實(shí)際工程需要選擇特定頻率點(diǎn)進(jìn)行同步電機(jī)的參數(shù)測(cè)試，才可以滿足對(duì)電機(jī)在不同頻率點(diǎn)的準(zhǔn)確描述。

附圖說(shuō)明

圖1為本發(fā)明的試驗(yàn)接線。

圖2為本發(fā)明的同步電機(jī)靜止頻率響應(yīng)參數(shù)測(cè)辨方法的步驟流 程圖。

具體實(shí)施方式

如圖1所示，本發(fā)明采用單機(jī)-試驗(yàn)電源的接線方式，勵(lì)磁系統(tǒng)退出，勵(lì)磁繞組回路通過(guò)電纜短路；將同步電機(jī)的轉(zhuǎn)子在任意位置靜止不動(dòng)，將右側(cè)變頻電源頻率設(shè)定為某一指定頻率，分別合入斷路器三相中的兩相，再合入斷路器三相，在斷路器動(dòng)作時(shí)，啟動(dòng)暫態(tài)錄波采集裝置，開(kāi)始記錄機(jī)端電壓、電流和勵(lì)磁繞組電流。在采集一定時(shí)間段的數(shù)據(jù)后，斷開(kāi)斷路器。最終每一個(gè)頻率可以獲得三組不對(duì)稱的轉(zhuǎn)子靜止?fàn)顟B(tài)數(shù)據(jù)，一組三相對(duì)稱的轉(zhuǎn)子靜止?fàn)顟B(tài)數(shù)據(jù)。

在轉(zhuǎn)子靜止?fàn)顟B(tài)下，當(dāng)同步電機(jī)定子(三相或兩相)接入變頻電源時(shí)，定子電壓和定子電流經(jīng)過(guò)派克變換得到交直軸電壓、電流，如式3和式4，其中θ是直軸與A相電壓相量間的夾角。

式3

式4

其中：U_A，U_B，U_C，為三相定子電壓_，I_A，I_B，I_C，為三相定子電流U_d，U_q，U₀為三相交直軸電壓，I_d，I_q，I_0，三相交直軸電流。

交直軸電壓、電流與勵(lì)磁繞組電流之間存在式1的關(guān)系，X_d(j)和X_q(j)、G_f(j)與電機(jī)參數(shù)之間的滿足式2的關(guān)系。

式1其中r_a定子直

流電阻，j為復(fù)數(shù)的虛數(shù)單位，I_f為勵(lì)磁繞組電流，X_d(j)和X_q(j)為該頻率下發(fā)電機(jī)直軸和交軸的運(yùn)算電抗,G_f(j)為該頻率下的勵(lì)磁繞組傳遞函數(shù)；

式2

x_d為直軸同步電抗、x′_d為直軸瞬態(tài)電抗、x_d″為直軸超瞬態(tài)電抗、T_d'為直軸瞬態(tài)時(shí)間常數(shù)、T_d″為直軸超瞬態(tài)時(shí)間常數(shù)、T'_do為定子開(kāi)路時(shí)的直軸瞬態(tài)時(shí)間常數(shù)、T_do″為定子開(kāi)路時(shí)的直軸超瞬態(tài)時(shí)間常數(shù)、x_q為交軸同步電抗、x′_q為交軸瞬態(tài)電抗、x_q″為交軸超瞬態(tài)電抗、T_q'為交軸瞬態(tài)時(shí)間常數(shù)、T_q″為交軸超瞬態(tài)時(shí)間常數(shù)、x_ad為直軸電樞反應(yīng)電抗、T_Dσ為直軸阻尼繞組的漏磁時(shí)間常數(shù)、r_f為勵(lì)磁繞組電阻；其中x_d、T’_do、x_q、r_a、x_ad為常規(guī)同步發(fā)電機(jī)參數(shù)測(cè)量試驗(yàn)中能準(zhǔn)確獲得的參數(shù)，認(rèn)為是已知參數(shù)。

對(duì)于每個(gè)頻率有4組試驗(yàn)數(shù)據(jù)，建立以X_d(j)、X_q(j)、G_f(j)和θ的非線性方程，求解后獲得該頻率下的X_d(j)、X_q(j)、G_f(j)。式1和式2中描述同步發(fā)電機(jī)電氣特性的所有電氣參數(shù)包括x_d、T'_do、x_q、r_a、 x_ad、x′_d、x_d″、T’_d、T_d″、x′_q、x_q″、T’_q、T_q″、r_f、T_Dσ，共計(jì)為15個(gè)，其中x_d、T'_do、x_q、r_a、x_ad為常規(guī)同步發(fā)電機(jī)參數(shù)測(cè)量試驗(yàn)中能準(zhǔn)確獲得的參數(shù)，認(rèn)為是已知參數(shù)，利用式2對(duì)選定頻率的直軸和交軸運(yùn)算電抗頻率特性曲線進(jìn)行擬合，可以獲得選定頻率下的電氣參數(shù)，包括x′_d、x_d″、T_d'、T_d″、x′_q、x_q″、T_q'、T_q″、r_f、T_Dσ。

本發(fā)明試驗(yàn)中需要測(cè)量的數(shù)據(jù)量主要有發(fā)電機(jī)定子電壓、電流和勵(lì)磁繞組電流。試驗(yàn)測(cè)量設(shè)備為高精度的電力系統(tǒng)暫態(tài)記錄儀，儀器采樣率至少保證在2k以上，對(duì)同步發(fā)電機(jī)靜止頻率響應(yīng)試驗(yàn)的暫態(tài)過(guò)程和穩(wěn)態(tài)過(guò)程中相關(guān)電氣量進(jìn)行全程錄波記錄，包括暫態(tài)過(guò)程和穩(wěn)態(tài)過(guò)程。

圖2為本發(fā)明試驗(yàn)方法的流程圖，按照上述試驗(yàn)接線得到的發(fā)電機(jī)靜止頻率響應(yīng)試驗(yàn)數(shù)據(jù)，將每個(gè)頻率下的發(fā)電機(jī)定子電壓、電流和勵(lì)磁繞組電流試驗(yàn)數(shù)據(jù)帶入式1建立的非線性方程，輸出發(fā)電機(jī)的交直軸運(yùn)算電抗。其包含如下步驟：

1、試驗(yàn)接線：待測(cè)電機(jī)勵(lì)磁系統(tǒng)退出，勵(lì)磁繞組回路通過(guò)電纜短路，按照試驗(yàn)接線進(jìn)行接線。

2、獲得不同頻率下同步電機(jī)靜止?fàn)顟B(tài)的試驗(yàn)數(shù)據(jù)，所述試驗(yàn)數(shù)據(jù)至少包含發(fā)電機(jī)定子電壓、電流和勵(lì)磁繞組電流，最終每一個(gè)頻率可以獲得三組不對(duì)稱的轉(zhuǎn)子靜止?fàn)顟B(tài)數(shù)據(jù)，一組三相對(duì)稱的轉(zhuǎn)子靜止?fàn)顟B(tài)數(shù)據(jù)。

3、對(duì)不同頻率四組試驗(yàn)數(shù)據(jù)中的機(jī)端電壓和電流、勵(lì)磁電流的錄波數(shù)據(jù)進(jìn)行濾波、頻譜分析，對(duì)機(jī)端電壓和電流進(jìn)行派克變換，得 到交直軸電壓、電流。

4、每個(gè)頻率的定子電壓和定子電流、勵(lì)磁電流都為已知，根據(jù)式1，建立以X_d(j)、X_q(j)、G_f(j)和θ的非線性方程，求解后獲得該頻率下的X_d(j)、X_q(j)、G_f(j)，求解不同頻率各自的異步特性交直軸運(yùn)算電抗X_d(j)、X_q(j)、G_f(j)。

5、選擇三個(gè)頻率的運(yùn)算電抗，建立以x′_d、x_d″、T’_d、T_d″、x′_q、x_q″、T’_q、T_q″、r_f、T_Dσ為未知數(shù)的非線性方程，其中x_d、T'_do、x_q、r_a、x_ad為常規(guī)同步發(fā)電機(jī)參數(shù)測(cè)量試驗(yàn)中能準(zhǔn)確獲得的參數(shù)，認(rèn)為是已知參數(shù)，利用式2對(duì)選定頻率的直軸和交軸運(yùn)算電抗頻率特性曲線進(jìn)行擬合，可以獲得選定頻率下的電氣參數(shù)，包括x′_d、x_d″、T’_d、T_d″、x′_q、x_q″、T’_q、T_q″、r_f、T_Dσ。