本(ben)發明是(shi)基(ji)于同(tong)步發電(dian)機(ji)轉子靜(jing)止狀態(tai)下(xia)的參數測試方法，屬于同(tong)步發電(dian)機(ji)電(dian)氣參數實測技術領域。

背景技術：

我國電(dian)網(wang)的容量和規模日(ri)益增(zeng)大(da)，電(dian)力(li)系統的安全問題日(ri)益突(tu)出，發電(dian)機的模型與參數作為仿(fang)真計算的重要環節，其參數的準(zhun)確性將(jiang)直接影響到(dao)電(dian)力(li)系統穩(wen)定計算結果。

同(tong)(tong)(tong)步(bu)發電(dian)(dian)機在不(bu)同(tong)(tong)(tong)的(de)(de)頻(pin)率下外特性(xing)不(bu)同(tong)(tong)(tong)，針對一個或(huo)多個頻(pin)率，可能需(xu)要(yao)多套參數(shu)。近(jin)些年來，電(dian)(dian)力(li)系(xi)統中多出(chu)現大型坑口電(dian)(dian)廠的(de)(de)點對網帶串補運行(xing)方(fang)式，需(xu)要(yao)對發電(dian)(dian)機進(jin)行(xing)次(ci)同(tong)(tong)(tong)步(bu)諧振分析和(he)抑制(zhi)技(ji)術的(de)(de)研(yan)究，需(xu)要(yao)一組(zu)或(huo)多組(zu)參數(shu)來準確仿(fang)真在不(bu)同(tong)(tong)(tong)的(de)(de)軸(zhou)系(xi)頻(pin)率下的(de)(de)發電(dian)(dian)機外特性(xing)。

目前比(bi)較常見的(de)發電機(ji)參數測試(shi)主要分(fen)為時域(yu)測試(shi)方(fang)法(fa)和頻(pin)域(yu)測試(shi)方(fang)法(fa)以及(ji)根(gen)據設計參數進行有限(xian)元計算的(de)方(fang)法(fa)。

時域測試方法(fa)主(zhu)要有(1)常(chang)規在電機(ji)(ji)制造廠家(jia)進行(xing)的(de)(de)(de)(de)型式(shi)試驗(yan)(yan)(空載特性、短(duan)路(lu)特性、突(tu)然(ran)三相短(duan)路(lu)試驗(yan)(yan)和靜態(tai)兩相輪換(huan)測量法(fa))，這(zhe)種(zhong)方法(fa)可(ke)以(yi)(yi)較(jiao)為(wei)準(zhun)確(que)的(de)(de)(de)(de)確(que)定(ding)直軸(zhou)(zhou)(zhou)參數(shu)(shu)，但不能提供(gong)準(zhun)確(que)的(de)(de)(de)(de)交(jiao)軸(zhou)(zhou)(zhou)參數(shu)(shu)。(2)拋載法(fa)，類似(si)于上面的(de)(de)(de)(de)突(tu)然(ran)短(duan)路(lu)試驗(yan)(yan)，通過測量突(tu)然(ran)擾動時電機(ji)(ji)變(bian)(bian)量的(de)(de)(de)(de)時間響(xiang)應來辨識電機(ji)(ji)的(de)(de)(de)(de)特性。這(zhe)種(zhong)試驗(yan)(yan)提供(gong)了(le)直軸(zhou)(zhou)(zhou)和交(jiao)軸(zhou)(zhou)(zhou)的(de)(de)(de)(de)數(shu)(shu)據(ju)，但是這(zhe)個試驗(yan)(yan)可(ke)以(yi)(yi)獲得(de)更為(wei)豐富的(de)(de)(de)(de)是電機(ji)(ji)在同(tong)步運行(xing)工況下(xia)、以(yi)(yi)及超瞬變(bian)(bian)后的(de)(de)(de)(de)信(xin)息(xi)，而(er)試驗(yan)(yan)數(shu)(shu)據(ju)中(zhong)難以(yi)(yi)包含(han)變(bian)(bian)化相對緩慢的(de)(de)(de)(de)信(xin)息(xi)， 如異步運行(xing)工況下(xia)的(de)(de)(de)(de)信(xin)息(xi)。

頻(pin)(pin)域測試方法主要(yao)有(1)IEEE GUIDE:TEST PROCEDURES FOR SYNCHRONOUS MACHINES(IEEE Std 115-1995)推(tui)薦的(de)(de)特定(ding)位(wei)(wei)置(zhi)的(de)(de)靜止(zhi)頻(pin)(pin)率(lv)(lv)(lv)響(xiang)(xiang)應(ying)(ying)，機組處于停(ting)機狀(zhuang)態(轉子(zi)(zi)靜止(zhi))，并與系(xi)統解(jie)列，必須調準(zhun)在(zai)相對于定(ding)子(zi)(zi)的(de)(de)兩(liang)個(ge)(ge)特定(ding)位(wei)(wei)置(zhi)，用(yong)(yong)一個(ge)(ge)從0.001～1000Hz整個(ge)(ge)頻(pin)(pin)率(lv)(lv)(lv)范(fan)圍(wei)的(de)(de)低等級(ji)電(dian)源來勵磁(ci)(ci)定(ding)子(zi)(zi)，對于同步(bu)發電(dian)機來調準(zhun)轉子(zi)(zi)的(de)(de)兩(liang)個(ge)(ge)特定(ding)位(wei)(wei)置(zhi)，即直(zhi)軸(zhou)位(wei)(wei)置(zhi)和(he)交(jiao)軸(zhou)位(wei)(wei)置(zhi)是很(hen)難的(de)(de)，位(wei)(wei)置(zhi)的(de)(de)不準(zhun)確對參(can)數測試的(de)(de)誤差影響(xiang)(xiang)很(hen)大；(2)開(kai)路頻(pin)(pin)率(lv)(lv)(lv)響(xiang)(xiang)應(ying)(ying)法，機組在(zai)低電(dian)壓下開(kai)路運行(xing)，磁(ci)(ci)場以各種(zhong)頻(pin)(pin)率(lv)(lv)(lv)激(ji)勵，而(er)測量勵磁(ci)(ci)到定(ding)子(zi)(zi)的(de)(de)頻(pin)(pin)率(lv)(lv)(lv)響(xiang)(xiang)應(ying)(ying)，只能確認直(zhi)軸(zhou)在(zai)中(zhong)頻(pin)(pin)范(fan)圍(wei)內的(de)(de)某些數據；(3)在(zai)線(xian)頻(pin)(pin)率(lv)(lv)(lv)響(xiang)(xiang)應(ying)(ying)法，機通過一個(ge)(ge)大的(de)(de)阻抗接(jie)到系(xi)統，帶接(jie)近額定(ding)負(fu)荷運行(xing)，勵磁(ci)(ci)用(yong)(yong)正弦隨機噪聲調制。用(yong)(yong)分解(jie)到兩(liang)個(ge)(ge)軸(zhou)上(shang)的(de)(de)分量和(he)類(lei)似于靜止(zhi)頻(pin)(pin)率(lv)(lv)(lv)響(xiang)(xiang)應(ying)(ying)法的(de)(de)數據來導出一個(ge)(ge)模型。但這種(zhong)方法可用(yong)(yong)數據的(de)(de)頻(pin)(pin)率(lv)(lv)(lv)范(fan)圍(wei)要(yao)比(bi)靜止(zhi)頻(pin)(pin)率(lv)(lv)(lv)響(xiang)(xiang)應(ying)(ying)法更小。

以上這些測試方法得到的(de)參數用于研究次同步(bu)諧(xie)振問題時，都不(bu)能得到與實(shi)際(ji)系統相吻合的(de)結果，可能會導致與實(shi)際(ji)工(gong)程實(shi)踐(jian)完全相反的(de)結論。

技術實現要素：

本發(fa)(fa)明所要解決(jue)的(de)技(ji)術問題在于(yu)提供一種能夠(gou)準確描述同(tong)步發(fa)(fa)電(dian)機不同(tong)頻率(lv)外特性的(de)電(dian)氣參數(shu)測試(shi)方(fang)(fang)法(fa)，該方(fang)(fang)法(fa)利用同(tong)步發(fa)(fa)電(dian)機轉子靜止狀態試(shi)驗(yan)獲取(qu)測試(shi)同(tong)步發(fa)(fa)電(dian)機電(dian)氣參數(shu)的(de)測量(liang)數(shu)據(ju)。

本發(fa)明(ming)采用如下(xia)方(fang)(fang)案：一(yi)種基(ji)于同步發(fa)電(dian)機靜止頻(pin)率(lv)響應試驗的電(dian)氣參數測試方(fang)(fang)法，包含(han)如下(xia)步驟：

a、獲得不同(tong)轉差頻率下同(tong)步(bu)電(dian)機異步(bu)運行狀(zhuang)態的(de)試(shi)(shi)驗數據，所述(shu)試(shi)(shi)驗數據至少包含(han)發電(dian)機定子電(dian)壓(ya)、電(dian)流和勵磁(ci)繞組電(dian)流；

b、對不同頻率的(de)定子(zi)電壓和(he)電流(liu)、勵磁電流(liu)的(de)錄(lu)波數據進行濾波、頻譜分析，對定子(zi)電壓和(he)電流(liu)進行派克(ke)變(bian)換，分別得到交直軸電壓和(he)電流(liu)；

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

式1

其中r_a定子直流電阻，j為復數的虛數單位，X_d(j)和X_q(j)為該頻率下發電機直軸和交軸的運算電抗,G_f(j)為該頻(pin)率下的勵磁(ci)繞(rao)組傳遞函數；

d、X_d(j)和X_q(j)、G_f(j)與電(dian)機參數之間的滿足如(ru)下關系

式2

x_d為直軸同步電抗、x′_d為直軸瞬態電抗、x_d″為直軸超瞬態電抗、T_d'為直軸瞬態時間常數、T_d″為直軸超瞬態時間常數、T’_do為定子開路時的直軸瞬態時間常數、T_do″為定子開路時的直軸超瞬態時間常數、 x_q為交軸同步電抗、x′_q為交軸瞬態電抗、x_q″為交軸超瞬態電抗、T_q'為交軸瞬態時間常數、T_q″為交軸超瞬態時間常數、x_ad為直軸電樞反應電抗、T_Dσ為直軸阻尼繞組的漏磁時間常數、r_f為勵磁繞組電阻；其中x_d、T’_do、x_q、r_a、x_ad為常(chang)規同(tong)步(bu)發(fa)電(dian)機參數(shu)測量試驗(yan)中能準確獲(huo)得(de)的參數(shu)，認為是已知參數(shu)；

一般的，x_d、T'_do、x_q、r_a、x_ad為常規同步發電機型式試驗中能準確獲得的參數，利用式4對獲得的直軸運算電抗和交軸運算電抗、勵磁繞組傳遞函數頻率特性曲線，進行曲線擬合，可以獲得試驗頻率下的電氣參數，包括x′_d、x_d″、T_d'、T_d″、x′_q、x_q″、T_q'、T_q″、r_f、T_Dσ。

其中(zhong)轉(zhuan)子(zi)(zi)靜(jing)止(zhi)不(bu)動在(zai)任意位置(zhi)，定子(zi)(zi)側通(tong)過斷(duan)路器接入變頻電(dian)源，發(fa)電(dian)機(ji)勵(li)磁繞組(zu)短接；分別合入斷(duan)路器三(san)相(xiang)中(zhong)的(de)兩相(xiang)，再合入斷(duan)路器三(san)相(xiang)，最終(zhong)每一個(ge)頻率可(ke)以獲(huo)得三(san)組(zu)不(bu)對稱的(de)轉(zhuan)子(zi)(zi)靜(jing)止(zhi)狀態(tai)數據(ju)，一組(zu)三(san)相(xiang)對稱的(de)轉(zhuan)子(zi)(zi)靜(jing)止(zhi)狀態(tai)數據(ju)。

本發(fa)明(ming)試驗所需的變(bian)頻(pin)(pin)電(dian)源在(zai)全(quan)頻(pin)(pin)帶(dai)(0.01Hz～100Hz)范圍內容量都(dou)足夠大(da)，本發(fa)明(ming)可(ke)以在(zai)全(quan)頻(pin)(pin)帶(dai)描述(shu)出同(tong)(tong)(tong)步(bu)電(dian)機(ji)(ji)的頻(pin)(pin)率(lv)響(xiang)應特(te)性，同(tong)(tong)(tong)步(bu)電(dian)機(ji)(ji)的電(dian)氣參(can)數(shu)隨(sui)頻(pin)(pin)率(lv)是非線性變(bian)化(hua)的，因此不(bu)同(tong)(tong)(tong)的頻(pin)(pin)率(lv)點(dian)(dian)，同(tong)(tong)(tong)步(bu)電(dian)機(ji)(ji)的參(can)數(shu)是不(bu)相同(tong)(tong)(tong)，根據(ju)實際工(gong)程需要選擇特(te)定頻(pin)(pin)率(lv)點(dian)(dian)進行同(tong)(tong)(tong)步(bu)電(dian)機(ji)(ji)的參(can)數(shu)測試，才(cai)可(ke)以滿足對電(dian)機(ji)(ji)在(zai)不(bu)同(tong)(tong)(tong)頻(pin)(pin)率(lv)點(dian)(dian)的準確(que)描述(shu)。

附圖說明

圖(tu)1為本發明(ming)的試驗(yan)接線。

圖(tu)2為本發(fa)明的(de)同(tong)步(bu)電機靜(jing)止頻率響(xiang)應參數(shu)測辨(bian)方法的(de)步(bu)驟流 程圖(tu)。

具體實施方式

如圖1所(suo)示，本發明采(cai)(cai)(cai)用單(dan)機-試驗(yan)電(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)源的(de)(de)接線方式(shi)，勵(li)磁系統(tong)退出，勵(li)磁繞(rao)(rao)組(zu)回路(lu)(lu)通過電(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)纜短路(lu)(lu)；將同步電(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)機的(de)(de)轉子在(zai)任意位置靜止(zhi)不動，將右側變頻(pin)電(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)源頻(pin)率(lv)(lv)設(she)定為(wei)某一指(zhi)定頻(pin)率(lv)(lv)，分別(bie)合(he)入斷路(lu)(lu)器三(san)相(xiang)中的(de)(de)兩相(xiang)，再合(he)入斷路(lu)(lu)器三(san)相(xiang)，在(zai)斷路(lu)(lu)器動作時(shi)，啟動暫態(tai)錄波(bo)采(cai)(cai)(cai)集裝(zhuang)置，開始記錄機端電(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)壓、電(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)流和(he)勵(li)磁繞(rao)(rao)組(zu)電(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)流。在(zai)采(cai)(cai)(cai)集一定時(shi)間段(duan)的(de)(de)數據(ju)后，斷開斷路(lu)(lu)器。最(zui)終每一個頻(pin)率(lv)(lv)可以獲得三(san)組(zu)不對稱的(de)(de)轉子靜止(zhi)狀態(tai)數據(ju)，一組(zu)三(san)相(xiang)對稱的(de)(de)轉子靜止(zhi)狀態(tai)數據(ju)。

在轉子靜止狀態下(xia)，當同步電機定子(三相或兩相)接入變(bian)(bian)頻電源時(shi)，定子電壓(ya)和定子電流經過派(pai)克變(bian)(bian)換(huan)得(de)到交(jiao)直軸(zhou)(zhou)電壓(ya)、電流，如式3和式4，其中θ是直軸(zhou)(zhou)與(yu)A相電壓(ya)相量間(jian)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、電流與勵磁繞組電流之間存在式1的關系，X_d(j)和X_q(j)、G_f(j)與電機(ji)參數之間的(de)滿足式2的(de)關系。

式1其中r_a定子直

流電阻，j為復數的虛數單位，I_f為勵磁繞組電流，X_d(j)和X_q(j)為該頻率下發電機直軸和交軸的運算電抗,G_f(j)為(wei)該頻率下的勵磁繞組(zu)傳(chuan)遞函數；

式2

x_d為直軸同步電抗、x′_d為直軸瞬態電抗、x_d″為直軸超瞬態電抗、T_d'為直軸瞬態時間常數、T_d″為直軸超瞬態時間常數、T'_do為定子開路時的直軸瞬態時間常數、T_do″為定子開路時的直軸超瞬態時間常數、x_q為交軸同步電抗、x′_q為交軸瞬態電抗、x_q″為交軸超瞬態電抗、T_q'為交軸瞬態時間常數、T_q″為交軸超瞬態時間常數、x_ad為直軸電樞反應電抗、T_Dσ為直軸阻尼繞組的漏磁時間常數、r_f為勵磁繞組電阻；其中x_d、T’_do、x_q、r_a、x_ad為常(chang)規同步發電機參數測量(liang)試驗(yan)中能(neng)準確獲(huo)得的參數，認為是已知(zhi)參數。

對于每個頻率有4組試驗數據，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中描述同步發電機電氣特性的所有電氣參數包括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，共計為15個，其中x_d、T'_do、x_q、r_a、x_ad為常規同步發電機參數測量試驗中能準確獲得的參數，認為是已知參數，利用式2對選定頻率的直軸和交軸運算電抗頻率特性曲線進行擬合，可以獲得選定頻率下的電氣參數，包括x′_d、x_d″、T_d'、T_d″、x′_q、x_q″、T_q'、T_q″、r_f、T_Dσ。

本發(fa)明試驗中(zhong)需要測量的數據量主要有發(fa)電(dian)機(ji)(ji)定子電(dian)壓、電(dian)流和勵(li)磁繞組電(dian)流。試驗測量設備為(wei)高精度的電(dian)力系(xi)統暫態(tai)記(ji)錄儀，儀器采樣率至(zhi)少保(bao)證在2k以上(shang)，對同步發(fa)電(dian)機(ji)(ji)靜止(zhi)頻率響應試驗的暫態(tai)過程和穩態(tai)過程中(zhong)相關(guan)電(dian)氣量進(jin)行全程錄波記(ji)錄，包括暫態(tai)過程和穩態(tai)過程。

圖2為本(ben)發明試驗(yan)(yan)方法的流(liu)程圖，按照上(shang)述(shu)試驗(yan)(yan)接線得到(dao)的發電(dian)機靜止(zhi)頻率響應試驗(yan)(yan)數據(ju)，將每(mei)個頻率下的發電(dian)機定(ding)子(zi)電(dian)壓、電(dian)流(liu)和勵磁繞組電(dian)流(liu)試驗(yan)(yan)數據(ju)帶入(ru)式(shi)1建立(li)的非線性方程，輸出發電(dian)機的交直軸運算電(dian)抗。其包含如下步驟：

1、試驗接線：待(dai)測電機勵(li)磁(ci)系統退(tui)出，勵(li)磁(ci)繞(rao)組回路通過電纜(lan)短路，按(an)照(zhao)試驗接線進行接線。

2、獲得(de)不(bu)同頻率(lv)下(xia)同步電(dian)(dian)機(ji)靜(jing)止狀(zhuang)態(tai)的試驗數(shu)據(ju)，所述試驗數(shu)據(ju)至(zhi)少包含(han)發(fa)電(dian)(dian)機(ji)定子(zi)電(dian)(dian)壓、電(dian)(dian)流和勵磁繞組(zu)電(dian)(dian)流，最(zui)終每一(yi)個頻率(lv)可以(yi)獲得(de)三(san)組(zu)不(bu)對稱(cheng)的轉(zhuan)(zhuan)子(zi)靜(jing)止狀(zhuang)態(tai)數(shu)據(ju)，一(yi)組(zu)三(san)相對稱(cheng)的轉(zhuan)(zhuan)子(zi)靜(jing)止狀(zhuang)態(tai)數(shu)據(ju)。

3、對(dui)不同頻率四組試驗數據(ju)中的(de)機(ji)端電壓(ya)和(he)電流、勵磁電流的(de)錄波數據(ju)進行濾波、頻譜(pu)分(fen)析，對(dui)機(ji)端電壓(ya)和(he)電流進行派克變換(huan)，得 到交(jiao)直軸電壓(ya)、電流。

4、每個頻率的定子電壓和定子電流、勵磁電流都為已知，根據式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算電抗X_d(j)、X_q(j)、G_f(j)。

5、選擇三個頻率的運算電抗，建立以x′_d、x_d″、T’_d、T_d″、x′_q、x_q″、T’_q、T_q″、r_f、T_Dσ為未知數的非線性方程，其中x_d、T'_do、x_q、r_a、x_ad為常規同步發電機參數測量試驗中能準確獲得的參數，認為是已知參數，利用式2對選定頻率的直軸和交軸運算電抗頻率特性曲線進行擬合，可以獲得選定頻率下的電氣參數，包括x′_d、x_d″、T’_d、T_d″、x′_q、x_q″、T’_q、T_q″、r_f、T_Dσ。