[發明專利]雙軸勵磁同步發電機的2S-DIRK電磁暫態建模方法

在審

• 申請號: 202011108732.4
• 申請日: 2020-10-16
• 公開（公告）號: CN112214899A
• 公開（公告）日: 2021-01-12
• 發明（設計）人: 付敏;龔嘉乾;唐路明
• 申請（專利權）人: 哈爾濱理工大學
• 主分類號: G06F30/20
• 分類號: G06F30/20
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

1.一種基于2級2階對角隱式龍格庫塔積分的雙軸勵磁同步發電機電磁暫態建模方法，其特征在于包括如下步驟：

步驟S1：使用線性外插法，預測電機運行參數；檢測雙軸勵磁同步發電機使用隱式梯形積分進行電磁暫態計算的結果，判斷是否發生數值振蕩；若發生數值振蕩，轉到步驟S2；若無數值振蕩，確定雙軸勵磁同步發電機定子側的戴維南等效電路，轉到步驟S3；

步驟S2：對雙軸勵磁同步發電機使用2S-DIRK積分進行電磁暫態計算，獲得雙軸勵磁同步發電機定子側的戴維南等效電路，轉到步驟S3；

步驟S3:由雙通道勵磁控制方程計算當前時刻t的勵磁電壓值，代入定子側的戴維南等效電路后，戴維南等效電路經派克逆變換轉到abc坐標系，與外部網絡相連；

步驟S4：根據步驟S1判斷結果，使用隱式梯形積分或2S-DIRK對轉子運動方程差分，計算當前時刻t發電機電磁轉矩與轉速，并判斷轉速是否收斂于預測值；若不收斂，對原轉速預測值進行修正獲取新的轉速預測值，并重新計算電磁轉矩及轉速，直至所得轉速收斂于預測值；保存該時刻所得數據。

2.根據權利要求1所述的基于2級2階對角隱式龍格庫塔積分的雙軸勵磁同步發電機電磁暫態建模方法其特征在于：在所述步驟S1中，先使用線性外插的方法預測當前時刻電壓、電流的值：，式子中表示定子dq0坐標系下電流和旋轉電勢，為時間步長；對轉速使用如下公式預測；再計算下對應的轉子角位置：；

以d軸為例，雙軸勵磁同步發電機電路方程為：式子中,

，，，,為工頻，分別為d軸電壓，電阻，電流，電抗和旋轉電勢，下角標對應定、轉子電路，表示互感；使用隱式梯形積分對其進行電磁暫態計算，得：

, 再使用以下公式判定電磁暫態計算過程是否發生數值振蕩：其中為電壓或電流值，下角標分別對應當前時刻及，為設定的閥值，當發電機電壓或電流滿足上述的方程組時，則計算過程中出現數值振蕩；若未發生數值振蕩，所得定子戴維南等效電路方程如下：式中分別為定子電路電壓，戴維南等效電源，等效電阻和定子電路電流，下角標分別對應定子dq0軸。

3.根據權利要求1所述的基于2級2階對角隱式龍格庫塔積分的雙軸勵磁同步發電機電磁暫態建模方法其特征在于：在所述步驟S2中，對發電機使用2S-DIRK積分方法進行電磁暫態計算，以d軸為例，將發電機電路方程移項可得；

設，為時間步長的一個內點，記為計算系數，

下角標分別表示變量在內點的近似值和計算使用的中間值；使用2S-DIRK求取定子d軸電壓過程如下：

首先得發電機在時刻方程：；

然后得中間方程：；

最后由發電機當前時刻方程：，整理得當前時刻定子電壓值：

；式子中時刻的電壓，電流值使用牛頓迭代法求取；

表達式中項含有轉子電流，將其消去得定子戴維南等效電路，對式子進行整理，設可得定子d軸戴維南等效電路：

，式子中：

同理可得定子q軸和0軸等效戴維南電路。

4.根據權利要求1所述的基于2級2階對角隱式龍格庫塔積分的雙軸勵磁同步發電機電磁暫態建模方法其特征在于：在所述步驟S3中，建立雙軸勵磁發電機的雙通道勵磁控制方程：其中為轉子dq軸電壓，表示各控制變量在當前時刻與上一時刻差值，分別為各控制變量的反饋系數；

記發電機進行電磁暫態計算后，所得的定子戴維南等效電路為：；其中

，

；將雙通道勵磁控制方程計算的代入后轉換到abc坐標系：與外部網絡相連；其中為派克變換矩陣，

。

5.根據權利要求1所述的基于2級2階對角隱式龍格庫塔積分的雙軸勵磁同步發電機電磁暫態建模方法其特征在于：在所述步驟S4中，發電機轉子運動方程為：其中為慣性系數，機械轉矩和電磁轉矩；當未發生數值振蕩時，離散化得轉速計算方程：；發生數值振蕩時，用2S-DIRK對發電機轉子運動方程差分：；式子中時刻的電磁轉矩使用牛頓迭代法求取；發電機與外部網絡相連后，計算電磁轉矩與轉速，通過，判斷轉速是否收斂，其中為設定閾值；若不收斂，修正原轉速預測值得新預測值:，重新計算電磁轉矩及轉速，直至所得轉速收斂于預測值；若收斂則保存當前時刻的數據，結束當前時刻的計算。