[发明专利]一种机电暂态同步机模型及初始q轴饱和参数的确定方法

说明书

本发明提供一种机电暂态同步机模型及初始q轴饱和参数的确定方法，采用二分法初始化饱和效应并考虑励磁和阻尼漏抗的机电暂态同步机模型，该模型的主要特点包括在转子电势方程中用励磁、阻尼绕组互漏抗代表只与励磁、阻尼绕组交链，而不经过定子线圈的漏磁链的影响；用二分法确定初始功角和初始q轴饱和电枢反应电抗。本发明提出的模型及根据该模型确定参数的方法采用了二分法进行q轴饱和电抗和功角的初始化，解决了用修正电枢反应电抗方式考虑饱和影响的难题，第一次在国内实用的机电暂态稳定分析程序中实现了用修正电枢反应电抗方式考虑饱和影响。

技术领域

本发明涉及光伏并网逆变器检测领域，具体涉及一种机电暂态同步机模型及初始q轴饱和参数的确定方法。

背景技术

在电力系统获得广泛应用的传统机电暂态稳定分析用同步机模型如附图4所示[1-7]。该模型基于如下假设：同一轴上各线圈间互感磁链，即互抗相等，互抗均等于电枢反应电抗，即对d轴，有定子绕组、励磁绕组和阻尼绕组两两间的互漏抗为0。事实上，定子绕组与转子绕组间的互漏磁通需要跨越气隙，对应的漏电抗值较小，可以近似为0；但励磁和阻尼绕组间的漏磁通往往有较大的值，不能忽略。文献[10-13]对比大扰动下实测和仿真的励磁电流，发现隐极机计算值大于实测值而凸极机则相反，并指出用等值图4代替等值图1是形成误差的主要原因。比较两图可知：忽略xfDl导致电流重新在励磁和阻尼绕组间分配，当ΔRD和ΔxDl绝对值较大，对隐极机励磁电流可能有较大增加，凸极机相反。因此，Canay IM指出该假设是限制传统模型精度的主要因素，认为应该用励磁和阻尼绕组间的互漏抗xfDl代表只与励磁和阻尼绕组交链，不经过定子绕组的漏磁通，并指出对隐极机，该漏磁通通过阻尼条上方的齿和槽端部闭合，是正值；对凸极机，阻尼线圈的截面积小于励磁线圈，穿过气隙的磁通有一部分能进入励磁线圈并在阻尼线圈之外，该漏磁通用来反映励磁和阻尼绕组之间耦合弱于励磁和定子绕组耦合的情况，为负值。

随特高压建设稳步推进，全国电网联系愈加密切，单台机组，特别是大容量机组动态行为的影响范围不断扩大，其中包括励磁限制和保护。为避免大电流下励磁线圈和转子铁芯受热膨胀不一致对绕组带来的损害的过励限制和保护在故障扰动过程中具有极高的动作可能性。我国规定励磁系统的顶值电流不超过2倍额定励磁电流，允许持续时间一般不小于10秒。也就是有可能故障10s后励磁电流将急剧减小，给电网带来新的扰动。但如前所分析，国内的同步机模型不能保证励磁电流的计算精度，从而不能正确再现这一行为，在某些情况下将导致错误的稳定分析结论。本发明第一次将考虑励磁和阻尼绕组漏抗的同步机模型引入中国，提高中国电力系统稳定分析的准确性。

另一方面，国内电力系统稳定分析使用的同步机模型对饱和的处理都采用修改同步机内电势的方法[5,6,14]。这种处理方法由于未将饱和过程与具体的电路元件联系起来，转子侧各绕组对饱和的贡献不清晰，没有合理的原则将等值到定子侧的励磁电流、电压等物理量还原回转子侧。事实上同步电机磁路饱和的主要体现是：随d、q轴合成电流增大，感应的磁通减小，电抗下降。由于漏抗的主要路径是空气，不易饱和，因而饱和对电路的最大影响是穿过主磁路的互抗，即电枢反应电抗xad和xaq减小。用实用参数表示的模型中，跨越气隙的暂态、次暂态电抗和时间常数都包含电枢反应电抗。这些参数随运行状态进行修正是比较准确的计及饱和影响的方法[3,15]。用修改电枢反应电抗的方式考虑饱和的缺陷是使分析变得复杂，最明显的是初始化。初始状态下，获取q轴饱和电枢反应电抗xaqsat需要知道q轴饱和因子Ksq，计算Ksq的条件是q轴磁链ΨIq(d轴电势EId)已知，获得EId需要知道初始功角θ，而确定θ需要xaqsat，由此形成互锁。当今计算机技术的发展使采用修正电枢反应电抗方式考虑饱和影响成为可能。

发明内容

有鉴于此，本发明提供的一种机电暂态同步机模型及初始q轴饱和参数的确定方法，该模型及根据该模型确定参数的方法采用了二分法进行q轴饱和电抗和功角的初始化，解决了用修正电枢反应电抗方式考虑饱和影响的难题，第一次在国内实用的机电暂态稳定分析程序中实现了用修正电枢反应电抗方式考虑饱和影响。

本发明的目的是通过以下技术方案实现的：