[发明专利]基于同步相量数据的微型异步电动机组监控系统、方法

说明书

本发明公开了基于同步相量数据的微型异步电动机组监控系统、方法，包括：微型异步电动机组，轻型同步相量测量一体机实时监测微型异步电动机组的机端电能信息，并通过网络通信单元输出至微处理器，微处理器对同步相量信息处理并将计算结果输出为模拟电压信号，该信号经功率放大后输出至微型磁粉制动器可调电源进而控制励磁回路的电流和机组转轴上的负载转矩，最终达到控制微型异步电动机组输入功率的目标。微处理器的多线程程序设计方式保证了各功能模块相对独立，降低了二次开发的难度；网络通信单元实现了本发明和服务器主站间监测数据和控制命令的双向连接，简化了实验接线。

技术领域

本发明涉及异步电动机技术领域，特别是涉及基于同步相量数据的微型异步电动机组监控系统、方法。

背景技术

常规的异步电动机组模拟方法分为物理模拟方法和软件模拟方法。

异步电动机组物理模拟方法(也称为动态模拟方法)基于相似定律，由模拟异步电动机、模拟直流发电机以及电热负荷组成。模拟异步电动机与真实异步电动机具有相同或相似的物理特性，电力系统供电驱动模拟异步电动机转动，进而带动同轴连接的直流发电机转动，直流发电机输出的功率由电热负荷消纳，通过控制直流发电机的外接励磁电源电压调节直流发电机的输出功率，最终达到依据模拟系统的需要控制异步电动机组输入功率的目标。该方法直观且不依赖于已知的物理模型和数学参数，满足新装置和新算法的测试需要，也便于探求电力系统中的未知物理特性。造价高，工期长，元件庞大，维护复杂，参数调整困难的特点限制了传统异步电动机组物理模拟方法的发展。

异步电动机组的软件模拟方法将异步电动机组等效为一组微分代数方程，同其它电力系统元件集成在一个虚拟平台中，该方法灵活轻便、界面友好、运算能力强，易于搭建大规模电力系统。然而，软件模拟方法依赖于已知的异步电动机组物理模型和准确的数学参数，难以揭示出新的物理特性，不利于实验者熟悉电力系统物理元件和物理现象；另外，软件模拟方法基于一定的假设条件，方法本身的误差和计算过程产生的误差都使得计算结果与准确值有一定的差距，并且这种误差只能减小而不能彻底消除。

微型异步电动机组在保留真实异步电动机组物理特性的基础上，元件体积缩小为常规实验器材的大小，由微型模拟异步电动机、微型磁粉制动器和光电编码器同轴连接构成，微型模拟异步电动机模拟真实异步电动机特性，微型磁粉制动器模拟真实异步电动机的机械负荷，光电编码器实时监测机组转速，是电力系统微型动态模拟系统的重要组成部分。通过控制磁粉制动器外接励磁电源的电压幅值，改变机组转轴上的阻尼转矩，进而调节微型异步电动机组的输入功率和功率因数。微型异步电动机组用微型磁粉制动器取代传统异步电动机组动态模拟系统中直流发电机和电热负荷的组合，简化了实验装置和实验接线，体积小、造价低、维护方便是其最显著的优点；同时，该系统也克服了异步电动机软件模拟方法直观性差并且依赖于已知物理模型和数学参数的弊端。微型异步电动机组一方面可以帮助研究人员验证现有科学理论，探求未知科学概念；另一方面也可以用于学生的物理实验教学，帮助学生建立起对电力系统物理元件的感官认知，激发学习兴趣。

异步电动机作为电力系统中占比最大的负荷，其运行状态将直接影响到整个电力系统的安全与稳定，构建准确且实时的异步电动机监测与控制系统意义重大。传统模拟异步电动机组的监测单元包括电压互感器、电流互感器和测速编码器；控制单元包括直流发电机励磁调节器和电热负荷投切装置。监测单元种类繁多、安装分散，控制单元直接在强电侧回路执行操作，模拟实验存在安全隐患。以上各原因导致传统的监测与控制装置不适于微型异步电动机组的动态模拟。

同步相量测量是电力系统监测领域的新技术，同步相量信息包括电力系统三相正序电压幅值、正序电压相角、正序电流幅值、正序电流相角以及频率值。提取同步相量信息可以得到微型异步电动机组端部电压、电流的幅值和相位，输入功率以及功率因数；所有的同步相量测量装置均由GPS授时定位，同步相量信息具有统一时标。因此，同步相量信息可用于微型异步电动机组动态模拟的监测与控制，并为多台机组的全局监测和协同控制提供便携。