[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

本發明提供一種基于2級2階對角隱式龍格庫塔積分（2S?DIRK）的雙軸勵磁同步發電機電磁暫態建模方法。（1）線性外插法預測電機運行參數，檢驗發電機使用隱式梯形積分的電磁暫態計算是否發生數值振蕩，無振蕩，得定子戴維南等效電路；（2）若振蕩，使用2S?DIRK進行電磁暫態計算，得定子戴維南等效電路；（3）定子側戴維南等效電路代入雙通道勵磁控制方程計算的勵磁電壓，在abc坐標系下與外部網絡相連；（4）離散轉子運動方程計算電磁轉矩、轉速，判斷轉速是否收斂于預測值；不收斂，修正原轉速預測值得新預測值，重新計算，直至所得轉速收斂于預測值，保存該時刻數據。本發明有效提升雙軸勵磁同步發電機電磁暫態計算過程中的數值振蕩抑制和計算效率。

技術領域

本發明屬于電磁暫態領域，具體涉及一種基于2級2階對角隱式龍格庫塔積分(2S-DIRK)的雙軸勵磁同步發電機電磁暫態建模方法。

背景技術

雙軸勵磁同步發電機是一類轉子磁場與轉子本體可異步運行的新型發電機。其轉子縱軸（d軸）與交軸（q軸）都設有勵磁繞組，使得轉子磁場僅與合成其的勵磁電流大小或方向相關，而與轉子位置無關。由于這一轉子磁場與轉子位置解耦的特性，使得雙軸勵磁同步發電機具有可實現有功、無功解耦調節，深度進相，高阻尼特性等超越常規同步發電機的優越性能。在現有的電力系統電磁暫態研究中，對大部分發電機模型常使用隱式梯形積分法進行建模。隱式梯形積分法是一種不具備L-穩定性的方法,在外部網絡結構發生變化時（短路故障等），無法準確判斷突變現象，易出現數值振蕩的現象，不利于研究雙軸勵磁同步發電機對系統穩定性的影響。

為了解決上述問題，一部分研究人員將隱式龍格庫塔法（IRK）運用于電磁暫態計算中，隱式龍格庫塔具有易變步長、高穩定、高精度等優點,每步的計算量都可與線性多步法相比較, 而數值穩定性遠優于線性多步法，但全隱式龍格庫塔方法通常求解量大、耗時多。

除此以外，相關研究人員提出了臨界阻尼調整法(CDA法)和帶阻尼的隱式梯形積分法以抑制電磁暫態仿真中的數值振蕩。兩者的原理相似，都是利用歐拉法在穩定性上優于隱式梯形積分的特點，對梯形公式進行改進。前者在網絡突變時刻采用兩個半步長的向后歐拉法進行數值積分，以消除數值振蕩；后者在隱式梯形積分中引入加權因子a，使其具有介于向后歐拉法和隱式梯形積分法的穩定性與精確性。然而向后歐拉法的計算精度低于隱式梯形積分，以上方法是在犧牲精確度的前提下提高穩定性，但即便如此，由于自身的數學性質，以上方法在電磁暫態計算的過程中，抑制數值振蕩的能力并不強。

發明內容

本發明的目的在于提供一種基于2級2階對角隱式龍格庫塔積分(2S-DIRK)的雙軸勵磁同步發電機電磁暫態建模方法，該方法使用線性外插法預測發電機運行參數，再檢測發電機使用隱式梯形積分進行電磁暫態計算的結果，對發生數值振蕩的情況使用2S-DIRK進行電磁暫態計算，然后將定子側戴維南等效電路與外部網絡相連，計算連入外部網絡后的電磁轉矩與轉速，平衡了計算量與抑制數值振蕩能力的關系，且較現有的電磁暫態計算方法具有更高的精度與穩定性。

為實現上述目的，本發明的技術方案是：一種基于2級2階對角隱式龍格庫塔積分(2S-DIRK)的雙軸勵磁同步發電機電磁暫態建模方法，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；