本發(fā)明涉及電機(jī)電氣參數(shù)實(shí)測(cè)技術(shù)領(lǐng)域，具體是涉及大型同步發(fā)電機(jī)異步運(yùn)行參數(shù)測(cè)辨方法。

背景技術(shù)：

眾所周知，同步發(fā)電機(jī)是電力系統(tǒng)的心臟。在電力系統(tǒng)的工程研究中，同步發(fā)電機(jī)的實(shí)測(cè)電氣參數(shù)是其特征反應(yīng)的重要參量。在發(fā)電機(jī)次同步諧振分析和抑制技術(shù)研究領(lǐng)域，同步發(fā)電機(jī)在某頻率下實(shí)測(cè)參數(shù)的精準(zhǔn)性尤為重要。

在工程中，同步發(fā)電機(jī)參數(shù)獲取一般采用拋載法、頻域響應(yīng)法、時(shí)域辨識(shí)法。針對(duì)某一頻率下的同步電機(jī)參數(shù)測(cè)量比較成熟的試驗(yàn)方法為頻域響應(yīng)法，其他兩種方法主要針對(duì)是同步電機(jī)的同步運(yùn)行狀態(tài)下的參數(shù)辨識(shí)。

頻域響應(yīng)法測(cè)量參數(shù)時(shí)，對(duì)一定狀態(tài)下的電機(jī)施加不同頻率的激勵(lì)信號(hào)，由這些激勵(lì)信號(hào)及其相應(yīng)的響應(yīng)，先求出電機(jī)的頻率特性，再求出其基本參數(shù)。普遍的頻域辨識(shí)法有靜態(tài)頻率響應(yīng)法(SSFR)和在線(xiàn)頻率響應(yīng)法(OLFR)。SSFR的重要不足在于其試驗(yàn)電源較難得到；另外，SSFR方法的試驗(yàn)電壓一般較低，發(fā)電機(jī)電流小，此時(shí)電機(jī)鐵心處在不飽和區(qū)，這與所需要研究的運(yùn)行狀態(tài)是有區(qū)別的；對(duì)于大型多極同步電機(jī)d、q軸的準(zhǔn)確定位非常困難，微小的機(jī)械位移都會(huì)帶來(lái)很大的電角度差，所以該方法在大型同步電機(jī)參數(shù)測(cè)試中很少應(yīng)用，目前還是停留在實(shí)驗(yàn)室的小型機(jī)組上。OLFR方法是將不同頻率的正 弦信號(hào)加在勵(lì)磁繞組上，通過(guò)分析試驗(yàn)時(shí)定子電壓、定子電流、勵(lì)磁電壓、勵(lì)磁電流及轉(zhuǎn)子位置角的變化量來(lái)求取所需頻率特性。但此方法可以測(cè)量需要頻率的參數(shù)，但最大的問(wèn)題是信號(hào)小，實(shí)施困難。

為了克服現(xiàn)有技術(shù)的上述缺陷，本發(fā)明提出了一種新的同步電機(jī)的異步運(yùn)行參數(shù)測(cè)辨方法，該方法精確度較高且可在工程中應(yīng)用實(shí)現(xiàn)。

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)辨識(shí)方法。該方法利用同步發(fā)電機(jī)異步自激磁試驗(yàn)獲取辨識(shí)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：

大型同步發(fā)電機(jī)異步特性電氣參數(shù)測(cè)辨方法，包含如下步驟：

該方法中同步電機(jī)運(yùn)行在異步自勵(lì)磁狀態(tài)，將這種運(yùn)行狀態(tài)下的同步電機(jī)等效為對(duì)稱(chēng)雙繞組電機(jī)模型，交軸和直軸認(rèn)為完全對(duì)稱(chēng)；

獲得兩組不同轉(zhuǎn)差頻率下同步電機(jī)異步自勵(lì)磁狀態(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；

對(duì)兩個(gè)不同頻率的定子電壓和電流錄波數(shù)據(jù)進(jìn)行濾波、頻譜分析，只提取低于同步電機(jī)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速頻率的頻率分量，對(duì)該頻率分量的定子電壓和電流進(jìn)行派克變換，分別得到交(直)軸電壓和電流；

根據(jù)兩個(gè)頻率的定子電壓和定子電流、定子繞組的電阻、交(直)軸的同步電抗、轉(zhuǎn)差率，求解兩種頻率各自的異步特性運(yùn)算電抗。

將兩種頻率各自的異步特性運(yùn)算電抗代入同步機(jī)交直軸的電壓方程，輸出同步發(fā)電機(jī)的電氣參數(shù)。

本發(fā)明中可以通過(guò)如下方式獲得兩組不同轉(zhuǎn)差頻率下同步電機(jī)異步自勵(lì)磁的試驗(yàn)數(shù)據(jù)，

獲得同步電機(jī)異步自激磁運(yùn)行狀態(tài)試驗(yàn)數(shù)據(jù)，主變壓器的低壓側(cè)與同步電機(jī)的定子繞組輸出端連接；待測(cè)電機(jī)的勵(lì)磁繞組短接，且勵(lì)磁系統(tǒng)不投入運(yùn)行；主變壓器的高壓側(cè)三相短路接地；阻塞濾波器組串接在主變壓器的高壓繞組中性點(diǎn)側(cè)，并可靠接地；機(jī)端電壓用三相電壓互感器(PT)測(cè)量得到，機(jī)端電流用三相電流互感器(CT)測(cè)量得到。

本發(fā)明的同步電機(jī)異步特性參數(shù)試驗(yàn)方法中獲得不同頻率下同步電機(jī)異步自激磁的方式，其關(guān)鍵在于確定同步電機(jī)需要關(guān)注的轉(zhuǎn)子回路頻率值。轉(zhuǎn)子回路的頻率值、轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速對(duì)應(yīng)的頻率值與定子回路的頻率值之間存在如下關(guān)系：轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速對(duì)應(yīng)的頻率值＝轉(zhuǎn)子回路的頻率值+定子回路的頻率值。為了獲得兩個(gè)不同頻率下同步電機(jī)異步自激磁運(yùn)行狀態(tài)的試驗(yàn)數(shù)據(jù)，可以通過(guò)以下兩種方式獲得：第一種，不對(duì)阻塞濾波器組參數(shù)進(jìn)行調(diào)整，同步電機(jī)運(yùn)行在兩個(gè)不同的特定轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速；第二種，對(duì)阻塞濾波器組參數(shù)進(jìn)行調(diào)整，同步電機(jī)的轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速固定。

附圖說(shuō)明

圖1為本發(fā)明的試驗(yàn)方式一。

圖2為本發(fā)明的同步電機(jī)異步特性參數(shù)測(cè)辨方法的步驟流程圖。

具體實(shí)施方式

如圖1所示，主變壓器的低壓側(cè)與同步電機(jī)的定子繞組輸出端連 接；待測(cè)電機(jī)的勵(lì)磁繞組短接，且勵(lì)磁系統(tǒng)不投入運(yùn)行；主變壓器的高壓側(cè)三相短路接地；阻塞濾波器組串接在主變壓器的高壓繞組中性點(diǎn)側(cè)，并可靠接地。將同步電機(jī)的轉(zhuǎn)子由拖動(dòng)裝置拖動(dòng)到指定轉(zhuǎn)速，然后逐相合入三相斷路器，將阻塞濾波器合入主變壓器的高壓繞組中性點(diǎn)，同步電機(jī)經(jīng)過(guò)一個(gè)暫態(tài)過(guò)程后，進(jìn)入穩(wěn)態(tài)異步自激磁穩(wěn)定狀態(tài)。在第三相斷路器合入時(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。在采集一定時(shí)間段的數(shù)據(jù)后，斷開(kāi)三相斷路器。完成一次轉(zhuǎn)差頻率下同步電機(jī)異步運(yùn)行狀態(tài)試驗(yàn)數(shù)據(jù)的采集。

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。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)異步自激磁試驗(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)運(yùn)行，通過(guò)異步自激磁試驗(yàn)獲取辨識(shí)同步發(fā)電機(jī)電氣參數(shù)的測(cè)量數(shù)據(jù)。

圖2為本發(fā)明記錄方法的流程圖，按照上述試驗(yàn)接線(xiàn)得到的發(fā)電機(jī)異步自激磁試驗(yàn)數(shù)據(jù)，將兩個(gè)轉(zhuǎn)差頻率下的發(fā)電機(jī)定子電壓、電流試驗(yàn)數(shù)據(jù)帶入式3建立的非線(xiàn)性方程，輸出發(fā)電機(jī)的暫態(tài)和次暫態(tài)電抗、次暫態(tài)時(shí)間常數(shù)。本發(fā)明同步發(fā)電機(jī)異步旋轉(zhuǎn)頻率響應(yīng)試驗(yàn)的電氣參數(shù)辨識(shí)方法步驟如下：

1、獲得兩組不同轉(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)包含發(fā)電機(jī)定子電壓(U_A、U_B、U_C)、電流(I_A、I_B、I_C)；

2、在異步運(yùn)行狀態(tài)下，當(dāng)同步電機(jī)進(jìn)入穩(wěn)態(tài)異步運(yùn)行時(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1和式2， 其為派克變換運(yùn)算式。對(duì)兩個(gè)不同頻率的定子電壓(U_A、U_B、U_C)和電流(I_A、I_B、I_C)的錄波數(shù)據(jù)進(jìn)行濾波、頻譜分析，根據(jù)本發(fā)明的同步電機(jī)對(duì)稱(chēng)雙繞組電機(jī)模型，只對(duì)定子電壓和電流的低于轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速的頻率分量進(jìn)行派克變換，分別得到交直軸電壓(U_d、U_q、U₀)和電流(I_d、I_q I₀)，其中θ是直軸與A相電壓相量間的夾角；

式1

式2

3、對(duì)應(yīng)頻率的定子電壓(U_A、U_B、U_C)和定子電流(I_A、I_B、I_C)、轉(zhuǎn)差率s都為已知，求解兩種頻率各自的異步特性運(yùn)算電抗X(js)；

4、將X(js)代入異步機(jī)的電壓方程，即

式3

其中r_a定子直流電阻，s為轉(zhuǎn)差率，X(js)為該轉(zhuǎn)差頻率同步機(jī)的對(duì)稱(chēng)雙繞組電機(jī)模型的運(yùn)算電抗，x_σ為定子漏抗，x_m為電樞反應(yīng)電抗，x_σ1為第一等效繞組漏抗，r₁為第一等效繞組電阻，x_σ2為第二等效繞組漏抗，r₂為第二等效繞組電阻，x′₁₁為定子短路、第二等效繞組開(kāi)路時(shí)第一等效繞組的瞬態(tài)電抗，x′₂₂為定子短路、第一等效繞組開(kāi)路時(shí)第二等效繞組的瞬態(tài)電抗，x′₁₂為定子短路時(shí)第一等效繞組與第二等效繞組的互感電抗。已知式3中的3個(gè)參數(shù)，即可建立以其他4個(gè)參數(shù)為未知數(shù)的方程。一般的，x_m、r_a、x_σ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)。

5、求解方程后，輸出同步發(fā)電機(jī)等效為對(duì)稱(chēng)雙繞組電機(jī)模型的電氣參數(shù)。