大型同步发电机异步特性电气参数测辨方法

摘要

一种同步电机异步运行参数辨识方法，其确定了一种新的基于异步电机模型的同步电机异步运行参数的辨识原理，之后基于这种辨识原理构建了一个切实可行的试验方法和试验流程，最终通过试验采集的同步电机异步运行数据，即电机机端电压和电流，使用辨识算法精确计算出了同步电机的异步运行参数。本发明的方法解决了现有同步电机的异步运行参数的精确测量辨识的问题。

说明书

技术领域

本发明涉及电机电气参数实测技术领域，具体是涉及大型同步发电机异步运行参数测辨方法。

背景技术

众所周知，同步发电机是电力系统的心脏。在电力系统的工程研究中，同步发电机的实测电气参数是其特征反应的重要参量。在发电机次同步谐振分析和抑制技术研究领域，同步发电机在某频率下实测参数的精准性尤为重要。

在工程中，同步发电机参数获取一般采用抛载法、频域响应法、时域辨识法。针对某一频率下的同步电机参数测量比较成熟的试验方法为频域响应法，其他两种方法主要针对是同步电机的同步运行状态下的参数辨识。

频域响应法测量参数时，对一定状态下的电机施加不同频率的激励信号，由这些激励信号及其相应的响应，先求出电机的频率特性，再求出其基本参数。普遍的频域辨识法有静态频率响应法(SSFR)和在线频率响应法(OLFR)。SSFR的重要不足在于其试验电源较难得到；另外，SSFR方法的试验电压一般较低，发电机电流小，此时电机铁心处在不饱和区，这与所需要研究的运行状态是有区别的；对于大型多极同步电机d、q轴的准确定位非常困难，微小的机械位移都会带来很大的电角度差，所以该方法在大型同步电机参数测试中很少应用，目前还是停留在实验室的小型机组上。OLFR方法是将不同频率的正 弦信号加在励磁绕组上，通过分析试验时定子电压、定子电流、励磁电压、励磁电流及转子位置角的变化量来求取所需频率特性。但此方法可以测量需要频率的参数，但最大的问题是信号小，实施困难。

为了克服现有技术的上述缺陷，本发明提出了一种新的同步电机的异步运行参数测辨方法，该方法精确度较高且可在工程中应用实现。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于提供一种能够准确描述同步发电机不同频率外特性的电气参数辨识方法。该方法利用同步发电机异步自激磁试验获取辨识同步发电机电气参数的测量数据。

本发明采用如下方案：

大型同步发电机异步特性电气参数测辨方法，包含如下步骤：

该方法中同步电机运行在异步自励磁状态，将这种运行状态下的同步电机等效为对称双绕组电机模型，交轴和直轴认为完全对称；

获得两组不同转差频率下同步电机异步自励磁状态的试验数据，所述试验数据至少包含发电机定子电压、电流；

对两个不同频率的定子电压和电流录波数据进行滤波、频谱分析，只提取低于同步电机转子转速频率的频率分量，对该频率分量的定子电压和电流进行派克变换，分别得到交(直)轴电压和电流；

根据两个频率的定子电压和定子电流、定子绕组的电阻、交(直)轴的同步电抗、转差率，求解两种频率各自的异步特性运算电抗。

将两种频率各自的异步特性运算电抗代入同步机交直轴的电压方程，输出同步发电机的电气参数。

本发明中可以通过如下方式获得两组不同转差频率下同步电机异步自励磁的试验数据，

获得同步电机异步自激磁运行状态试验数据，主变压器的低压侧与同步电机的定子绕组输出端连接；待测电机的励磁绕组短接，且励磁系统不投入运行；主变压器的高压侧三相短路接地；阻塞滤波器组串接在主变压器的高压绕组中性点侧，并可靠接地；机端电压用三相电压互感器(PT)测量得到，机端电流用三相电流互感器(CT)测量得到。

本发明的同步电机异步特性参数试验方法中获得不同频率下同步电机异步自激磁的方式，其关键在于确定同步电机需要关注的转子回路频率值。转子回路的频率值、转子转速对应的频率值与定子回路的频率值之间存在如下关系：转子转速对应的频率值＝转子回路的频率值+定子回路的频率值。为了获得两个不同频率下同步电机异步自激磁运行状态的试验数据，可以通过以下两种方式获得：第一种，不对阻塞滤波器组参数进行调整，同步电机运行在两个不同的特定转子转速；第二种，对阻塞滤波器组参数进行调整，同步电机的转子转速固定。

附图说明

图1为本发明的试验方式一。

图2为本发明的同步电机异步特性参数测辨方法的步骤流程图。

具体实施方式

如图1所示，主变压器的低压侧与同步电机的定子绕组输出端连 接；待测电机的励磁绕组短接，且励磁系统不投入运行；主变压器的高压侧三相短路接地；阻塞滤波器组串接在主变压器的高压绕组中性点侧，并可靠接地。将同步电机的转子由拖动装置拖动到指定转速，然后逐相合入三相断路器，将阻塞滤波器合入主变压器的高压绕组中性点，同步电机经过一个暂态过程后，进入稳态异步自激磁稳定状态。在第三相断路器合入时，启动暂态录波采集装置，开始记录机端电压、电流。在采集一定时间段的数据后，断开三相断路器。完成一次转差频率下同步电机异步运行状态试验数据的采集。

需要测量的数据量主要有发电机定子电压、电流。试验测量设备为高精度的电力系统暂态记录仪，仪器采样率至少保证在2k以上，对同步发电机异步自激磁试验的暂态过程和稳态过程中相关电气量进行全程录波记录，包括暂态过程和稳态运行，通过异步自激磁试验获取辨识同步发电机电气参数的测量数据。

图2为本发明记录方法的流程图，按照上述试验接线得到的发电机异步自激磁试验数据，将两个转差频率下的发电机定子电压、电流试验数据带入式3建立的非线性方程，输出发电机的暂态和次暂态电抗、次暂态时间常数。本发明同步发电机异步旋转频率响应试验的电气参数辨识方法步骤如下：

1、获得两组不同转差频率下同步电机异步运行状态的试验数据，所述试验数据包含发电机定子电压(U_A、U_B、U_C)、电流(I_A、I_B、I_C)；

2、在异步运行状态下，当同步电机进入稳态异步运行时，定子电压和定子电流经过派克变换得到交直轴电压、电流，如式1和式2， 其为派克变换运算式。对两个不同频率的定子电压(U_A、U_B、U_C)和电流(I_A、I_B、I_C)的录波数据进行滤波、频谱分析，根据本发明的同步电机对称双绕组电机模型，只对定子电压和电流的低于转子转速的频率分量进行派克变换，分别得到交直轴电压(U_d、U_q、U₀)和电流(I_d、I_q>0)，其中θ是直轴与A相电压相量间的夹角；

式1

式2

3、对应频率的定子电压(U_A、U_B、U_C)和定子电流(I_A、I_B、I_C)、转差率s都为已知，求解两种频率各自的异步特性运算电抗X(js)；

4、将X(js)代入异步机的电压方程，即

式3

其中r_a定子直流电阻，s为转差率，X(js)为该转差频率同步机的对称双绕组电机模型的运算电抗，x_σ为定子漏抗，x_m为电枢反应电抗，x_σ1为第一等效绕组漏抗，r₁为第一等效绕组电阻，x_σ2为第二等效绕组漏抗，r₂为第二等效绕组电阻，x′₁₁为定子短路、第二等效绕组开路时第一等效绕组的瞬态电抗，x′₂₂为定子短路、第一等效绕组开路时第二等效绕组的瞬态电抗，x′₁₂为定子短路时第一等效绕组与第二等效绕组的互感电抗。已知式3中的3个参数，即可建立以其他4个参数为未知数的方程。一般的，x_m、r_a、x_σ为常规同步发电机参数测量试验中能准确获得的参数。

5、求解方程后，输出同步发电机等效为对称双绕组电机模型的电气参数。