[發明專利]一種同步電機定子繞組匝間短路建模及仿真方法、系統

有效

• 申請號: 202011284120.0
• 申請日: 2020-11-17
• 公開（公告）號: CN112395793B
• 公開（公告）日: 2023-09-22
• 發明（設計）人: 何玉靈;張文;徐明星
• 申請（專利權）人: 華北電力大學（保定）
• 主分類號: G06F30/23
• 分類號: G06F30/23
• 代理公司: 北京睿智保誠專利代理事務所(普通合伙) 11732
• 代理人: 周新楣

本發明屬于發電機電氣故障仿真技術領域，公開了一種同步電機定子繞組匝間短路建模及仿真方法、系統，所述同步電機定子繞組匝間短路建模及仿真方法包括：同步電機匝間短路物理模型構建；外部耦合電路模型構建；同步電機匝間短路物理模型與外部電路耦合；所述同步電機定子繞組匝間短路建模及仿真系統包括：電機物理模型構建模塊、外部耦合電路模型構建模塊、模型與外部電路耦合模塊、開關控制模塊、脈沖電壓源、仿真模塊。本發明提供的同步電機定子繞組匝間短路建模及仿真方法，通過建立同步電機匝間短路物理模型與外電路模型來進行同步電機定子繞組匝間短路故障仿真，能夠為進一步研究繞組匝間短路故障下發電機的機電特性奠定基礎。

技術領域

本發明屬于發電機電氣故障仿真技術領域，尤其涉及一種同步電機定子繞組匝間短路建模及仿真方法、系統。

背景技術

目前，定子匝間短路是發電機常見的電氣故障之一。這種故障是指匝與匝之間的絕緣發生破壞使得相鄰匝之間發生短接，降低電樞繞組安匝數，但主絕緣并未損壞的一種故障。許多因素都可能導致這種故障，例如繞組的絕緣老化、局部放電沖擊、振動磨損等。這種故障進一步發展后會形成嚴重的接地故障，且修復較為麻煩，一直是研究和運行人員關注的重點。

當前對于同步電機定子繞組匝間短路故障的監測與識別是基于故障下的外在特性與故障之間的映射關系來實現的，因此，合理準確地對同步電機發生定子繞組匝間短路故障進行建模分析極為重要。對同步電機匝間短路的研究大致可分為：解析計算法、實驗研究法和有限元仿真法。應用解析法求解需要對模型進行大量的簡化和近似，在此基礎上得到的分析結果與實際情況會有較大的誤差。實驗研究法對實驗條件要求比較苛刻，一般達不到實際電機的正常運行工況，難以模擬全部的故障。有限元仿真法利用計算機對實際系統的數學模型或物理模型進行求解分析，該方法具有安全性、經濟性和靈活性等優勢，然而當前利用有限元仿真軟件對繞組匝間短路故障的仿真存在著一些問題，例如在有限元仿真軟件中減少定子繞組匝數或者減少電流激勵源的大小來模擬匝間短路，這些方法忽略了短路繞組對整個發電機機電特性的影響，無法準確的模擬發電機繞組匝間短路。因此，亟需一種同步電機定子繞組匝間短路建模及仿真方法，為進一步研究繞組匝間短路故障下發電機的機電特性奠定基礎。

通過上述分析，現有技術存在的問題及缺陷為：

(1)應用解析法求解需要對模型進行大量的簡化和近似，在此基礎上得到的分析結果與實際情況會有較大的誤差。

(2)實驗研究法對實驗條件要求比較苛刻，一般達不到實際電機的正常運行工況，難以模擬全部的故障。

(3)有限元仿真法利用計算機對實際系統的數學模型或物理模型進行求解分析，當前利用有限元仿真軟件對繞組匝間短路故障的仿真存在著一些問題，例如在有限元仿真軟件中減少定子繞組匝數或者減少電流激勵源的大小來模擬匝間短路，這些方法忽略了短路繞組對整個發電機機電特性的影響，無法準確的模擬發電機繞組匝間短路。

解決以上問題及缺陷的難度為：

1.在有限元仿真軟件ANSYS?Electronics?Desktop建立電機物理模型并將正常繞組分為短路部分和未短路部分。

2.利用ANSYS?Electronics?Desktop?Circuit?Editor構建短路模型的外電路。

解決以上問題及缺陷的意義為：與通常的減少定子繞組匝數或者降低勵磁電流源來模擬匝間短路工況不同的是，本發明利用有限元軟件將正常繞組分為短路部分和未短路部分，更加符合電機匝間短路時繞組實際分布情況。此外，還考慮了短路繞組對整個發電機機電特性的影響，準確的模擬出定子繞組匝間短路后發電機電氣參量與機械參量的實時動態變化。

發明內容

針對現有技術存在的問題，本發明提供了一種同步電機定子繞組匝間短路建模及仿真方法、系統。