大型同步發電機異步特性電氣參數測辨方法與流程
2023-05-24 14:20:07
本發明涉及電機電氣參數實測技術領域，具體是涉及大型同步發電機異步運行參數測辨方法。
背景技術：
眾所周知，同步發電機是電力系統的心臟。在電力系統的工程研究中，同步發電機的實測電氣參數是其特徵反應的重要參量。在發電機次同步諧振分析和抑制技術研究領域，同步發電機在某頻率下實測參數的精準性尤為重要。
在工程中，同步發電機參數獲取一般採用拋載法、頻域響應法、時域辨識法。針對某一頻率下的同步電機參數測量比較成熟的試驗方法為頻域響應法，其他兩種方法主要針對是同步電機的同步運行狀態下的參數辨識。
頻域響應法測量參數時，對一定狀態下的電機施加不同頻率的激勵信號，由這些激勵信號及其相應的響應，先求出電機的頻率特性，再求出其基本參數。普遍的頻域辨識法有靜態頻率響應法(SSFR)和在線頻率響應法(OLFR)。SSFR的重要不足在於其試驗電源較難得到；另外，SSFR方法的試驗電壓一般較低，發電機電流小，此時電機鐵心處在不飽和區，這與所需要研究的運行狀態是有區別的；對於大型多極同步電機d、q軸的準確定位非常困難，微小的機械位移都會帶來很大的電角度差，所以該方法在大型同步電機參數測試中很少應用，目前還是停留在實驗室的小型機組上。OLFR方法是將不同頻率的正 弦信號加在勵磁繞組上，通過分析試驗時定子電壓、定子電流、勵磁電壓、勵磁電流及轉子位置角的變化量來求取所需頻率特性。但此方法可以測量需要頻率的參數，但最大的問題是信號小，實施困難。
為了克服現有技術的上述缺陷，本發明提出了一種新的同步電機的異步運行參數測辨方法，該方法精確度較高且可在工程中應用實現。
技術實現要素：
本發明所要解決的技術問題在於提供一種能夠準確描述同步發電機不同頻率外特性的電氣參數辨識方法。該方法利用同步發電機異步自激磁試驗獲取辨識同步發電機電氣參數的測量數據。
本發明採用如下方案：
大型同步發電機異步特性電氣參數測辨方法，包含如下步驟：
該方法中同步電機運行在異步自勵磁狀態，將這種運行狀態下的同步電機等效為對稱雙繞組電機模型，交軸和直軸認為完全對稱；
獲得兩組不同轉差頻率下同步電機異步自勵磁狀態的試驗數據，所述試驗數據至少包含發電機定子電壓、電流；
對兩個不同頻率的定子電壓和電流錄波數據進行濾波、頻譜分析，只提取低於同步電機轉子轉速頻率的頻率分量，對該頻率分量的定子電壓和電流進行派克變換，分別得到交(直)軸電壓和電流；
根據兩個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、轉差率，求解兩種頻率各自的異步特性運算電抗。
將兩種頻率各自的異步特性運算電抗代入同步機交直軸的電壓方程，輸出同步發電機的電氣參數。
本發明中可以通過如下方式獲得兩組不同轉差頻率下同步電機異步自勵磁的試驗數據，
獲得同步電機異步自激磁運行狀態試驗數據，主變壓器的低壓側與同步電機的定子繞組輸出端連接；待測電機的勵磁繞組短接，且勵磁系統不投入運行；主變壓器的高壓側三相短路接地；阻塞濾波器組串接在主變壓器的高壓繞組中性點側，並可靠接地；機端電壓用三相電壓互感器(PT)測量得到，機端電流用三相電流互感器(CT)測量得到。
本發明的同步電機異步特性參數試驗方法中獲得不同頻率下同步電機異步自激磁的方式，其關鍵在於確定同步電機需要關注的轉子迴路頻率值。轉子迴路的頻率值、轉子轉速對應的頻率值與定子迴路的頻率值之間存在如下關係：轉子轉速對應的頻率值＝轉子迴路的頻率值+定子迴路的頻率值。為了獲得兩個不同頻率下同步電機異步自激磁運行狀態的試驗數據，可以通過以下兩種方式獲得：第一種，不對阻塞濾波器組參數進行調整，同步電機運行在兩個不同的特定轉子轉速；第二種，對阻塞濾波器組參數進行調整，同步電機的轉子轉速固定。
附圖說明
圖1為本發明的試驗方式一。
圖2為本發明的同步電機異步特性參數測辨方法的步驟流程圖。
具體實施方式
如圖1所示，主變壓器的低壓側與同步電機的定子繞組輸出端連 接；待測電機的勵磁繞組短接，且勵磁系統不投入運行；主變壓器的高壓側三相短路接地；阻塞濾波器組串接在主變壓器的高壓繞組中性點側，並可靠接地。將同步電機的轉子由拖動裝置拖動到指定轉速，然後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，同步電機經過一個暫態過程後，進入穩態異步自激磁穩定狀態。在第三相斷路器合入時，啟動暫態錄波採集裝置，開始記錄機端電壓、電流。在採集一定時間段的數據後，斷開三相斷路器。完成一次轉差頻率下同步電機異步運行狀態試驗數據的採集。
需要測量的數據量主要有發電機定子電壓、電流。試驗測量設備為高精度的電力系統暫態記錄儀，儀器採樣率至少保證在2k以上，對同步發電機異步自激磁試驗的暫態過程和穩態過程中相關電氣量進行全程錄波記錄，包括暫態過程和穩態運行，通過異步自激磁試驗獲取辨識同步發電機電氣參數的測量數據。
圖2為本發明記錄方法的流程圖，按照上述試驗接線得到的發電機異步自激磁試驗數據，將兩個轉差頻率下的發電機定子電壓、電流試驗數據帶入式3建立的非線性方程，輸出發電機的暫態和次暫態電抗、次暫態時間常數。本發明同步發電機異步旋轉頻率響應試驗的電氣參數辨識方法步驟如下：
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(UA、UB、UC)、電流(IA、IB、IC)；
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(UA、UB、UC)和電流(IA、IB、IC)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於轉子轉速的頻率分量進行派克變換，分別得到交直軸電壓(Ud、Uq、U0)和電流(Id、Iq I0)，其中θ是直軸與A相電壓相量間的夾角；
式1
式2
3、對應頻率的定子電壓(UA、UB、UC)和定子電流(IA、IB、IC)、轉差率s都為已知，求解兩種頻率各自的異步特性運算電抗X(js)；
4、將X(js)代入異步機的電壓方程，即
式3
其中ra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，xσ為定子漏抗，xm為電樞反應電抗，xσ1為第一等效繞組漏抗，r1為第一等效繞組電阻，xσ2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，xm、ra、xσ為常規同步發電機參數測量試驗中能準確獲得的參數。
5、求解方程後，輸出同步發電機等效為對稱雙繞組電機模型的電氣參數。