一种实心转子大型调相机动态参数试验测量方法

摘要

本发明提供一种实心转子大型调相机动态参数试验测量方法，试验时实心转子大型调相机处于静止状态，实心转子大型调相机转子励磁绕组处于短路状态；测量d轴参数时励磁绕组轴线与定子c相绕组轴线垂直，测量q轴参数时励磁绕组轴线与定子c相绕组轴线对齐，记录测量d轴和d轴参数时获得的相关电流电压波形数据，确定实心转子大型调相机d、q轴的等效电路，并根据等效电路的电压平衡方程，采用解析计算方法法得到定子绕组a相线电流与励磁绕组电流的表达式，再对录波数据进行时域拟合以计算得到实心转子大型调相机d、q轴动态参数的值。本发明避免了采用三相突然短路试验造成的有关问题，可实现对实心转子大型调相机动态参数的准确测量。

说明书

技术领域

本发明涉及电机动态参数试验技术领域，具体是一种实心转子大型调相机动态参数试验测量方法。

背景技术

随着我国清洁能源发电的大力发展，国内主要采用特高压直流输电方式，通过远距离大容量电力输送实现对清洁能源发电机消纳。由于现有特高压直流输电工程中存在动态无功储备能力不足的问题，动态无功储备能力不足会使动态过程中特高压直流输电系统的稳定性降低。为解决此类问题，选择了具有大容量、高动态响应的实心转子大型调相机作为特高压直流输电工程的动态无功补偿设备。

为适应特高压直流输电工程对动态无功补偿设备的要求，实心转子大型调相机需具有良好的动态无功输出特性，这无疑对实心转子大型调相机的主机性能参数，特别是动态参数，提出了更高的要求。因此对实心转子大型调相机动态参数的准确测量，对分析实心转子大型调相机的动态无功输出特性以及实心转子大型调相机的运行与维护均有很大帮助。

实心转子大型调相机属于同步电机，在现有工程中主要采用机端三相突然短路试验来测量同步电机的动态参数。三相突然短路试验的流程为：当同步电机处于额定转速并在所需的空载电压下运行时，利用断路器使电机机端发生三相突然短路，短路过程中的电枢电流被用于进行电机的参数辨识。

三相突然短路试验的缺点主要包括以下两点：

1.进行三相突然短路试验时，机端电流很大，容易威胁到试验现场操作人员的人身安全且对试验现场的辅助设备性能，如断路器，要求较高。

2.三相突然短路试验中，会存在电机内部磁场高度饱和，绕组发热严重等问题，因此会对电机内部造成损伤，威胁到机组投运后的安全稳定运行。

综上，现有三相突然短路试验耗时长并且会对机组形成较大的破坏，对实心转子大型调相机投运后的安全稳定运行产生了威胁，因此需要提出更加安全、简便的实心转子大型调相机动态参数试验方法。

发明内容

本发明的目的是提供一种可操作性强、安全性与精确度高的实心转子大型调相机动态参数试验测量方法，可对实心转子大型调相机的d、q轴等效电路的动态参数进行有效测量。

一种实心转子大型调相机动态参数试验测量方法，试验时应使实心转子大型调相机处于静止状态，同时让实心转子大型调相机转子励磁绕组处于短路状态；所述方法包括如下步骤：

首先，在实心转子大型调相机转子绕组d轴轴线与定子电枢绕组c相轴线垂直的情况下，利用测量探头分别测量突加脉冲电压后的动态过程中的实心转子大型调相机定子电枢a相绕组线电流、定子电枢a、b相绕组间的线电压以及实心转子大型调相机转子励磁绕组中的感应电流，将测量探头得到的电压电流波形数据导入多路电量录波仪中；

其次，在之前的转子位置下，将实心转子大型调相机转子旋转90度电角度，即让励磁绕组轴线与定子电枢绕组c相轴线对齐，利用测量探头分别测量突加脉冲电压后动态过程中实心转子大型调相机定子电枢a相绕组线电流和定子电枢a、b相绕组间的线电压，并将测量探头得到的电压电流波形数据导入多路电量录波仪中；

最后，导出多路电量录波仪所得的电压电流波形数据，根据电机学有关知识，确定实心转子大型调相机d、q轴的等效电路，并根据等效电路的电压平衡方程，采用解析计算方法法得到定子绕组a相线电流与励磁绕组电流的表达式，再对录波数据进行时域拟合以计算得到实心转子大型调相机d、q轴动态参数的值。

进一步的，所述定子电枢a、b相绕组间的线电压即为有源可控电压发生器的输出电压。

进一步的，所述方法具体步骤如下：

(1)准备试验所需的辅助设备包括有源可控脉冲电压发生器、多路电量录波仪以及两个电流测量探头和一个电压测量探头；

(2)试验时使实心转子大型调相机处于静止状态，同时让实心转子大型调相机转子励磁绕组处于短路状态；

(3)确定实心转子大型调相机转子的d、q轴位置，并首先让转子绕组d轴轴线垂直于定子电枢绕组c相轴线，以测量实心转子大型调相机d轴有关动态参数；

(4)让定子电枢绕组a、b相引出线分别与有源可控脉冲电压发生器的正负端口相接，有源可控脉冲电压发生器产生脉冲电压输入定子电枢绕组a、b相，用测量探头分别测量定子电枢绕组a相绕组线电流、定子电枢a、b相绕组间的线电压以及转子励磁绕组的感应电流，并导入多路电量录波仪中保存；

(5)将转子旋转90度电角度使励磁绕组轴线与定子电枢绕组c相轴线对齐，以测量实心转子大型调相机q轴有关动态参数，仍用有源可控脉冲电压发生器产生脉冲电压输入定子电枢绕组a、b相，用测量探头测量定子电枢绕组a相绕组线电流、定子电枢a、b相绕组间的线电压，并导入多路电量录波仪中保存；

(6)导出多路电量录波仪所得的电压电流波形数据，根据电机学有关知识，确定实心转子大型调相机d、q轴的等效电路，并根据等效电路的电压平衡方程，采用解析计算方法法得到定子绕组a相线电流与励磁绕组电流的表达式，再对录波数据进行时域拟合以计算得到实心转子大型调相机d、q轴动态参数的值。

本发明提出了一种安全性高、易于实现的实心转子大型调相机动态参数试验测量方法，避免了采用三相突然短路试验造成的有关问题，可实现对实心转子大型调相机动态参数的准确测量，为实心转子大型调相机的性能参数试验与动态无功输出特性分析提供了新方法与思路，本方法同样可用于其他同步电机的动态参数试验测量。

本发明具有如下有益效果：

1.由于实心转子大型调相机不具有原动机，因此若开展三相突然短路试验需要额外配备一台原动机，使电机能稳定在额定转速运行，而当调相机加装于换流站后，由于场地和设备的限制，难以满足三相突然短路的试验设备要求。本发明提出的试验方法在电机静止时候进行，对试验设备的要求大大降低，更加简便易行；

2.本发明提出的试验方法危险性小，不会对电机、试验设备和试验人员的安全造成威胁。本发明在机端施加的电压信号很小，因此产生的电枢电流也很小，没有危险性。例如，进行在50％额定电压下对实心转子大型调相机进行三相突然短路试验，试验中的瞬态电流将高达3倍的额定电流(调相机额定电流为8660A)，而利用本发明提出的试验方法，瞬态电流可以控制到仅为数十安培。

附图说明

图1是本发明基于脉冲电压注入法的实心转子大型调相机d轴动态参数试验接线图；

图2是本发明基于脉冲电压注入法的实心转子大型调相机q轴动态参数试验接线图；

图3是本发明试验中采用的一种脉冲电压的波形图；

图4是本发明d轴试验时各绕组轴线位置图；

图5是本发明基于脉冲电压注入法的实心转子大型调相机动态参数试验测量方法的流程图；

图6是本发明d轴动态参数试验时施加脉冲电压后定子电枢绕组a相的电流响应波形图；

图7是本发明d轴动态参数试验时施加脉冲电压后励磁绕组电流响应波形图。

具体实施方式

下面将结合本发明中的附图，对本发明中的技术方案进行清楚、完整地描述。

为分别测出实心转子大型调相机d、q轴对应的动态参数，首先需要确定实心转子大型调相机转子d、q轴所在位置。首先对实心转子大型调相机定子绕组施加100Hz的交流电，缓慢旋转电机转子，并测量电机励磁绕组的感应电压，以励磁绕组感应电压最大的位置为转子d轴，励磁绕组感应电压最小的位置为转子q轴。进行转子d、q轴定位后，短接实心转子大型调相机的励磁绕组。

脉冲电压需要施加于定子的两相绕组，现假定施加在定子a相与b相，则实心转子大型调相机d轴动态参数的试验测量接线图如图1，q轴动态参数的试验测量接线图如图2。施加的脉冲电压可以有不同形式，例如：

其中：U_m为脉冲电压的幅值；f表示频率；表示相位角；t_s为脉冲电压的起始时刻；t_p为脉冲电压的持续时间，脉冲电压波形如附图3所示。

进行如图1所示的d轴动态参数试验时，由于仅在定子电枢绕组a、b两相间加电压，因此可以认为电枢绕组a、b相间的线电压与d轴电压成正比，电枢绕组a相绕组线电流和b相绕组线电流也与d轴电流成正比，各绕组轴线位置如附图4所示。电压与电流的幅值比例关系为：

其中：V_d表示d轴电压；V_s表示定子电压；I_d表示d轴电流；I_s表示定子电流。

当在定子电枢绕组a、b两相间突加脉冲电压时，定子a、b相绕组会产生电流，并且同时在转子励磁绕组中感应出电流。对定子a相绕组电流、定子a、b相线电压与励磁绕组感应电流进行录波。并根据电机的阻尼回路特点，建立合适的d轴等效电路并确定其阶数。

在所建立的d轴等效电路中，根据电压平衡关系，确定得到的d轴电流表达式。进而由转子励磁电流与定子d轴电流的关系，得到定子两相绕组突加脉冲电压后所感应出励磁绕组电流表达式。

进行如图4所示的q轴动态参数试验时，使励磁绕组轴线与定子电枢c相绕组对齐，定子电压电流与q轴电压电流满足的关系与d轴测量时的情况类似。

当在定子电枢绕组a、b两相间突加脉冲电压时，定子a、b相绕组会产生电流，但是此时在转子励磁绕组中不会感应出电流。建立实心转子大型调相机的q轴等效电路，得到q轴电流的表达式。

根据d、q轴动态参数试验获得的电压电流录波数据，经过数据处理并对电流波形进行时域拟合，即可确定所得到的定子d轴电流、转子励磁绕组电流以及定子q轴电流的表达式中的参数值，进而确定d、q轴各阶电抗与对应的时间常数的值。

如图5所示，本发明提供一种实心转子大型调相机动态参数试验测量方法，包括如下步骤：

(1)准备试验所需的辅助设备包括有源可控脉冲电压发生器、多路电量录波仪以及两个电流测量探头和一个电压测量探头；

(2)试验时使实心转子大型调相机处于静止状态，同时让实心转子大型调相机转子励磁绕组处于短路状态；

(3)确定实心转子大型调相机转子的d、q轴位置，并首先让转子绕组d轴轴线垂直于定子电枢绕组c相轴线，以测量实心转子大型调相机d轴有关动态参数；

(4)让定子电枢绕组a、b相引出线分别与有源可控脉冲电压发生器的正负端口相接，有源可控脉冲电压发生器产生脉冲电压输入定子电枢绕组a、b相，用测量探头分别测量定子电枢绕组a相绕组线电流、定子电枢a、b相绕组间的线电压以及转子励磁绕组的感应电流，并导入多路电量录波仪中保存，施加脉冲电压后定子电枢绕组a相的电流响应波形如图6所示，施加脉冲电压后励磁绕组电流响应波形图如图7所示；

(5)将转子旋转90度电角度使励磁绕组轴线与定子电枢绕组c相轴线对齐，以测量实心转子大型调相机q轴有关动态参数，仍用有源可控脉冲电压发生器产生脉冲电压输入定子电枢绕组a、b相，用测量探头测量定子电枢绕组a相绕组线电流、定子电枢a、b相绕组间的线电压，并导入多路电量录波仪中保存；

(6)导出多路电量录波仪所得的电压电流波形数据，根据电机学有关知识，确定实心转子大型调相机d、q轴的等效电路，并根据等效电路的电压平衡方程，采用解析计算方法法得到定子绕组a相线电流与励磁绕组电流的表达式，再对录波数据进行时域拟合以计算得到实心转子大型调相机d、q轴动态参数的值。

以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何属于本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求的保护范围为准。