本發明(ming)涉及電機電氣參數實(shi)測技術領域，具(ju)體是(shi)涉及大型同步發電機異步運行參數測辨(bian)方(fang)法。

背景技術：

眾所周知，同(tong)步(bu)發(fa)電(dian)機(ji)是電(dian)力系(xi)統的(de)心臟。在(zai)電(dian)力系(xi)統的(de)工程研(yan)究中，同(tong)步(bu)發(fa)電(dian)機(ji)的(de)實(shi)測電(dian)氣參數是其特征反應的(de)重要參量(liang)。在(zai)發(fa)電(dian)機(ji)次同(tong)步(bu)諧振分析和抑制技術(shu)研(yan)究領域，同(tong)步(bu)發(fa)電(dian)機(ji)在(zai)某頻率下實(shi)測參數的(de)精(jing)準性尤為(wei)重要。

在(zai)工程中，同(tong)步(bu)發電機(ji)參(can)數(shu)獲(huo)取一般采用拋載(zai)法(fa)、頻域(yu)響(xiang)應(ying)法(fa)、時域(yu)辨(bian)識法(fa)。針(zhen)對某一頻率(lv)下的(de)(de)同(tong)步(bu)電機(ji)參(can)數(shu)測量比較成熟的(de)(de)試驗方(fang)法(fa)為(wei)頻域(yu)響(xiang)應(ying)法(fa)，其(qi)他(ta)兩種方(fang)法(fa)主要針(zhen)對是(shi)同(tong)步(bu)電機(ji)的(de)(de)同(tong)步(bu)運行(xing)狀(zhuang)態下的(de)(de)參(can)數(shu)辨(bian)識。

頻(pin)域響應(ying)(ying)法(fa)(fa)(fa)測量(liang)參數(shu)時(shi)，對(dui)(dui)一定狀態下的(de)(de)(de)電(dian)機(ji)施加不(bu)(bu)同(tong)(tong)(tong)頻(pin)率(lv)的(de)(de)(de)激勵(li)信號，由這些激勵(li)信號及(ji)其(qi)相應(ying)(ying)的(de)(de)(de)響應(ying)(ying)，先求(qiu)出電(dian)機(ji)的(de)(de)(de)頻(pin)率(lv)特性，再(zai)求(qiu)出其(qi)基本參數(shu)。普遍的(de)(de)(de)頻(pin)域辨識法(fa)(fa)(fa)有(you)(you)靜態頻(pin)率(lv)響應(ying)(ying)法(fa)(fa)(fa)(SSFR)和在(zai)(zai)線(xian)頻(pin)率(lv)響應(ying)(ying)法(fa)(fa)(fa)(OLFR)。SSFR的(de)(de)(de)重要(yao)不(bu)(bu)足(zu)在(zai)(zai)于其(qi)試(shi)(shi)(shi)驗電(dian)源較難得(de)到；另外，SSFR方法(fa)(fa)(fa)的(de)(de)(de)試(shi)(shi)(shi)驗電(dian)壓一般較低，發(fa)電(dian)機(ji)電(dian)流小(xiao)，此(ci)時(shi)電(dian)機(ji)鐵心處在(zai)(zai)不(bu)(bu)飽和區，這與所需要(yao)研究的(de)(de)(de)運(yun)行狀態是(shi)(shi)有(you)(you)區別的(de)(de)(de)；對(dui)(dui)于大型(xing)多極同(tong)(tong)(tong)步電(dian)機(ji)d、q軸的(de)(de)(de)準(zhun)確定位非常困(kun)難，微小(xiao)的(de)(de)(de)機(ji)械位移都會(hui)帶(dai)來很大的(de)(de)(de)電(dian)角度(du)差(cha)，所以該方法(fa)(fa)(fa)在(zai)(zai)大型(xing)同(tong)(tong)(tong)步電(dian)機(ji)參數(shu)測試(shi)(shi)(shi)中很少應(ying)(ying)用，目前還是(shi)(shi)停留在(zai)(zai)實(shi)驗室的(de)(de)(de)小(xiao)型(xing)機(ji)組(zu)上(shang)。OLFR方法(fa)(fa)(fa)是(shi)(shi)將不(bu)(bu)同(tong)(tong)(tong)頻(pin)率(lv)的(de)(de)(de)正 弦信號加在(zai)(zai)勵(li)磁(ci)繞組(zu)上(shang)，通過分析試(shi)(shi)(shi)驗時(shi)定子(zi)電(dian)壓、定子(zi)電(dian)流、勵(li)磁(ci)電(dian)壓、勵(li)磁(ci)電(dian)流及(ji)轉子(zi)位置角的(de)(de)(de)變化量(liang)來求(qiu)取所需頻(pin)率(lv)特性。但(dan)此(ci)方法(fa)(fa)(fa)可以測量(liang)需要(yao)頻(pin)率(lv)的(de)(de)(de)參數(shu)，但(dan)最(zui)大的(de)(de)(de)問題是(shi)(shi)信號小(xiao)，實(shi)施困(kun)難。

為了克(ke)服現(xian)有技術的上述(shu)缺陷，本發明(ming)提(ti)出了一種新的同步(bu)電機的異(yi)步(bu)運行參數(shu)測辨方法(fa)，該方法(fa)精確度較高且(qie)可(ke)在工程(cheng)中(zhong)應(ying)用實現(xian)。

技術實現要素：

本發(fa)明所要解(jie)決的(de)(de)技(ji)術問題在于(yu)提供一種能夠準(zhun)確(que)描(miao)述(shu)同步(bu)發(fa)電機不同頻率(lv)外特性的(de)(de)電氣參數(shu)辨(bian)識(shi)方法(fa)。該方法(fa)利用同步(bu)發(fa)電機異步(bu)自(zi)激磁試驗獲(huo)取辨(bian)識(shi)同步(bu)發(fa)電機電氣參數(shu)的(de)(de)測(ce)量(liang)數(shu)據(ju)。

本發明采用如下方(fang)案(an)：

大型同步發電(dian)機異步特性電(dian)氣參數測辨方法，包含如下步驟：

該方法中同步電機運(yun)行在異步自(zi)勵磁狀(zhuang)態，將這種運(yun)行狀(zhuang)態下的同步電機等效為對稱雙繞(rao)組(zu)電機模(mo)型，交軸(zhou)和直軸(zhou)認為完(wan)全(quan)對稱；

獲(huo)得兩組(zu)不同轉(zhuan)差頻(pin)率下同步電(dian)機(ji)異步自(zi)勵(li)磁狀態的(de)試驗數據(ju)，所述試驗數據(ju)至少包含發電(dian)機(ji)定子電(dian)壓、電(dian)流；

對(dui)兩(liang)個不同頻(pin)(pin)率(lv)(lv)的定(ding)子(zi)(zi)電(dian)(dian)(dian)壓(ya)和電(dian)(dian)(dian)流(liu)錄波(bo)數據(ju)進行(xing)(xing)濾波(bo)、頻(pin)(pin)譜分(fen)析，只提取低(di)于同步電(dian)(dian)(dian)機(ji)轉(zhuan)子(zi)(zi)轉(zhuan)速頻(pin)(pin)率(lv)(lv)的頻(pin)(pin)率(lv)(lv)分(fen)量，對(dui)該頻(pin)(pin)率(lv)(lv)分(fen)量的定(ding)子(zi)(zi)電(dian)(dian)(dian)壓(ya)和電(dian)(dian)(dian)流(liu)進行(xing)(xing)派克變換，分(fen)別得到(dao)交(直)軸電(dian)(dian)(dian)壓(ya)和電(dian)(dian)(dian)流(liu)；

根據兩(liang)個頻率(lv)的(de)定(ding)子(zi)電(dian)(dian)(dian)壓(ya)和定(ding)子(zi)電(dian)(dian)(dian)流、定(ding)子(zi)繞組的(de)電(dian)(dian)(dian)阻、交(直)軸(zhou)的(de)同步電(dian)(dian)(dian)抗、轉差(cha)率(lv)，求解兩(liang)種頻率(lv)各(ge)自的(de)異步特性運(yun)算電(dian)(dian)(dian)抗。

將兩(liang)種(zhong)頻率各自(zi)的異步特性運算電(dian)抗代入同步機交直軸的電(dian)壓(ya)方程(cheng)，輸出同步發電(dian)機的電(dian)氣(qi)參數。

本發明中可以通(tong)過如下方式獲得兩組不同轉差(cha)頻率下同步電(dian)機異步自勵磁(ci)的試驗數據(ju)，

獲得(de)同(tong)步電(dian)機異步自(zi)激磁(ci)運(yun)行狀態試(shi)驗數據，主(zhu)變壓(ya)(ya)器(qi)(qi)(qi)(qi)的低壓(ya)(ya)側(ce)與同(tong)步電(dian)機的定(ding)子繞組(zu)輸出(chu)端連接(jie)(jie)；待(dai)測電(dian)機的勵磁(ci)繞組(zu)短(duan)接(jie)(jie)，且(qie)勵磁(ci)系統不投入(ru)運(yun)行；主(zhu)變壓(ya)(ya)器(qi)(qi)(qi)(qi)的高(gao)壓(ya)(ya)側(ce)三相(xiang)(xiang)(xiang)短(duan)路接(jie)(jie)地；阻塞濾波器(qi)(qi)(qi)(qi)組(zu)串(chuan)接(jie)(jie)在(zai)主(zhu)變壓(ya)(ya)器(qi)(qi)(qi)(qi)的高(gao)壓(ya)(ya)繞組(zu)中(zhong)性(xing)點側(ce)，并可靠接(jie)(jie)地；機端電(dian)壓(ya)(ya)用三相(xiang)(xiang)(xiang)電(dian)壓(ya)(ya)互感(gan)器(qi)(qi)(qi)(qi)(PT)測量得(de)到，機端電(dian)流(liu)用三相(xiang)(xiang)(xiang)電(dian)流(liu)互感(gan)器(qi)(qi)(qi)(qi)(CT)測量得(de)到。

本發明的(de)同步(bu)(bu)電(dian)機(ji)異步(bu)(bu)特性參(can)(can)數(shu)試驗方法中獲(huo)得(de)(de)不(bu)同頻(pin)(pin)(pin)(pin)(pin)率(lv)下(xia)同步(bu)(bu)電(dian)機(ji)異步(bu)(bu)自激磁的(de)方式(shi)，其關鍵在(zai)于(yu)確(que)定同步(bu)(bu)電(dian)機(ji)需要關注(zhu)的(de)轉(zhuan)(zhuan)子回(hui)路頻(pin)(pin)(pin)(pin)(pin)率(lv)值(zhi)。轉(zhuan)(zhuan)子回(hui)路的(de)頻(pin)(pin)(pin)(pin)(pin)率(lv)值(zhi)、轉(zhuan)(zhuan)子轉(zhuan)(zhuan)速(su)(su)對應的(de)頻(pin)(pin)(pin)(pin)(pin)率(lv)值(zhi)與定子回(hui)路的(de)頻(pin)(pin)(pin)(pin)(pin)率(lv)值(zhi)之間存在(zai)如下(xia)關系：轉(zhuan)(zhuan)子轉(zhuan)(zhuan)速(su)(su)對應的(de)頻(pin)(pin)(pin)(pin)(pin)率(lv)值(zhi)＝轉(zhuan)(zhuan)子回(hui)路的(de)頻(pin)(pin)(pin)(pin)(pin)率(lv)值(zhi)+定子回(hui)路的(de)頻(pin)(pin)(pin)(pin)(pin)率(lv)值(zhi)。為了獲(huo)得(de)(de)兩(liang)(liang)個(ge)(ge)不(bu)同頻(pin)(pin)(pin)(pin)(pin)率(lv)下(xia)同步(bu)(bu)電(dian)機(ji)異步(bu)(bu)自激磁運(yun)行(xing)狀態的(de)試驗數(shu)據，可(ke)以通(tong)過以下(xia)兩(liang)(liang)種方式(shi)獲(huo)得(de)(de)：第(di)一種，不(bu)對阻塞濾波器組參(can)(can)數(shu)進(jin)行(xing)調(diao)整，同步(bu)(bu)電(dian)機(ji)運(yun)行(xing)在(zai)兩(liang)(liang)個(ge)(ge)不(bu)同的(de)特定轉(zhuan)(zhuan)子轉(zhuan)(zhuan)速(su)(su)；第(di)二種，對阻塞濾波器組參(can)(can)數(shu)進(jin)行(xing)調(diao)整，同步(bu)(bu)電(dian)機(ji)的(de)轉(zhuan)(zhuan)子轉(zhuan)(zhuan)速(su)(su)固定。

附圖說明

圖1為本發明的(de)試驗方式一。

圖2為本發明的(de)同步電(dian)機異步特性參數測辨方法的(de)步驟流(liu)程圖。

具體實施方式

如圖1所示(shi)，主(zhu)(zhu)變(bian)壓器(qi)(qi)(qi)(qi)的(de)(de)低壓側(ce)與同步電(dian)機的(de)(de)定子(zi)繞(rao)(rao)(rao)組輸出端(duan)連 接(jie)(jie)；待測電(dian)機的(de)(de)勵(li)磁(ci)繞(rao)(rao)(rao)組短(duan)接(jie)(jie)，且勵(li)磁(ci)系統不投入(ru)(ru)運(yun)行；主(zhu)(zhu)變(bian)壓器(qi)(qi)(qi)(qi)的(de)(de)高(gao)壓側(ce)三相(xiang)(xiang)短(duan)路(lu)接(jie)(jie)地；阻(zu)塞濾波器(qi)(qi)(qi)(qi)組串接(jie)(jie)在(zai)(zai)主(zhu)(zhu)變(bian)壓器(qi)(qi)(qi)(qi)的(de)(de)高(gao)壓繞(rao)(rao)(rao)組中性點(dian)側(ce)，并可靠接(jie)(jie)地。將(jiang)同步電(dian)機的(de)(de)轉子(zi)由拖(tuo)動裝置拖(tuo)動到指定轉速，然(ran)后逐(zhu)相(xiang)(xiang)合(he)(he)入(ru)(ru)三相(xiang)(xiang)斷路(lu)器(qi)(qi)(qi)(qi)，將(jiang)阻(zu)塞濾波器(qi)(qi)(qi)(qi)合(he)(he)入(ru)(ru)主(zhu)(zhu)變(bian)壓器(qi)(qi)(qi)(qi)的(de)(de)高(gao)壓繞(rao)(rao)(rao)組中性點(dian)，同步電(dian)機經過(guo)一(yi)個暫態(tai)過(guo)程后，進入(ru)(ru)穩(wen)態(tai)異步自激磁(ci)穩(wen)定狀態(tai)。在(zai)(zai)第三相(xiang)(xiang)斷路(lu)器(qi)(qi)(qi)(qi)合(he)(he)入(ru)(ru)時，啟(qi)動暫態(tai)錄波采(cai)集(ji)裝置，開始(shi)記錄機端(duan)電(dian)壓、電(dian)流。在(zai)(zai)采(cai)集(ji)一(yi)定時間段的(de)(de)數據后，斷開三相(xiang)(xiang)斷路(lu)器(qi)(qi)(qi)(qi)。完(wan)成一(yi)次轉差頻率(lv)下同步電(dian)機異步運(yun)行狀態(tai)試驗數據的(de)(de)采(cai)集(ji)。

需要測量(liang)(liang)(liang)的數據量(liang)(liang)(liang)主要有發電(dian)機定子(zi)電(dian)壓、電(dian)流(liu)。試(shi)驗(yan)測量(liang)(liang)(liang)設備為高精度的電(dian)力系統暫(zan)態(tai)(tai)記錄(lu)儀(yi)，儀(yi)器采樣率至(zhi)少保證在2k以(yi)上(shang)，對同步(bu)發電(dian)機異步(bu)自(zi)激(ji)磁試(shi)驗(yan)的暫(zan)態(tai)(tai)過程和穩(wen)態(tai)(tai)過程中相關電(dian)氣量(liang)(liang)(liang)進行(xing)全程錄(lu)波記錄(lu)，包括暫(zan)態(tai)(tai)過程和穩(wen)態(tai)(tai)運行(xing)，通過異步(bu)自(zi)激(ji)磁試(shi)驗(yan)獲取辨識(shi)同步(bu)發電(dian)機電(dian)氣參數的測量(liang)(liang)(liang)數據。

圖2為本發(fa)(fa)(fa)(fa)明(ming)記錄(lu)方法的(de)流程(cheng)圖，按(an)照上述試(shi)驗接線得到(dao)的(de)發(fa)(fa)(fa)(fa)電(dian)(dian)(dian)(dian)機(ji)(ji)異步自(zi)激磁試(shi)驗數(shu)據，將兩個轉(zhuan)差頻(pin)率下的(de)發(fa)(fa)(fa)(fa)電(dian)(dian)(dian)(dian)機(ji)(ji)定子(zi)電(dian)(dian)(dian)(dian)壓、電(dian)(dian)(dian)(dian)流試(shi)驗數(shu)據帶入(ru)式3建立(li)的(de)非線性方程(cheng)，輸出發(fa)(fa)(fa)(fa)電(dian)(dian)(dian)(dian)機(ji)(ji)的(de)暫態和次暫態電(dian)(dian)(dian)(dian)抗、次暫態時間常數(shu)。本發(fa)(fa)(fa)(fa)明(ming)同步發(fa)(fa)(fa)(fa)電(dian)(dian)(dian)(dian)機(ji)(ji)異步旋轉(zhuan)頻(pin)率響應試(shi)驗的(de)電(dian)(dian)(dian)(dian)氣參數(shu)辨識方法步驟如下：

1、獲得兩組不同轉差頻率下同步電機異步運行狀態的試驗數據，所述試驗數據包含發電機定子電壓(U_A、U_B、U_C)、電流(I_A、I_B、I_C)；

2、在異步運行狀態下，當同步電機進入穩態異步運行時，定子電壓和定子電流經過派克變換得到交直軸電壓、電流，如式1和式2， 其為派克變換運算式。對兩個不同頻率的定子電壓(U_A、U_B、U_C)和電流(I_A、I_B、I_C)的錄波數據進行濾波、頻譜分析，根據本發明的同步電機對稱雙繞組電機模型，只對定子電壓和電流的低于轉子轉速的頻率分量進行派克變換，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(jiao)；

式1

式2

3、對應頻率的定子電壓(U_A、U_B、U_C)和定子電流(I_A、I_B、I_C)、轉(zhuan)差率s都為已知，求(qiu)解兩種頻(pin)率各(ge)自的(de)異步(bu)特性運算電抗X(js)；

4、將X(js)代入(ru)異步機(ji)的電壓方程，即

式3

其中r_a定子直流電阻，s為轉差率，X(js)為該轉差頻率同步機的對稱雙繞組電機模型的運算電抗，x_σ為定子漏抗，x_m為電樞反應電抗，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、第二等效繞組開路時第一等效繞組的瞬態電抗，x′₂₂為定子短路、第一等效繞組開路時第二等效繞組的瞬態電抗，x′₁₂為定子短路時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個參數，即可建立以其他4個參數為未知數的方程。一般的，x_m、r_a、x_σ為常規同步發電機(ji)參(can)數測量(liang)試驗中能準確獲(huo)得(de)的參(can)數。

5、求解方(fang)程(cheng)后(hou)，輸出同(tong)步(bu)發(fa)電(dian)機等效(xiao)為對稱(cheng)雙繞組電(dian)機模型(xing)的電(dian)氣(qi)參數。