[发明专利]带脉冲负载的独立电力系统的源载解耦合模型建模方法

权利要求书

1.一种带脉冲负载的独立电力系统的源载解耦合模型建模方法，其特征在于包括如下步骤：

利用同步发电机简化等效模型，构建同步发电机与脉冲负载的耦合等效模型；

同步发电机与脉冲负载的耦合等效模型通过如下方法构建：

对同步发电机进行简化，构建同步发电机的转子回路磁链方程为：

其中，分别为d轴励磁绕组磁链、q轴短路绕组电流磁链、d轴阻尼绕组磁链和q轴阻尼绕组磁链；i_fd、i_fq、i_kd、i_kq分别为d轴励磁绕组电流、q轴短路绕组电流、d轴阻尼绕组电流和q轴阻尼绕组电流；i_d、i_q分别为机组输出d轴电流和q轴电流；和分别为i_fd、i_fq、i_d和i_q的非周期分量；x_fds、x_fqs、x_kds、x_kqs分别为d轴励磁绕组、q轴短路绕组、d轴阻尼绕组和q轴阻尼绕组的漏抗；x_ad为d轴电枢反应同步电抗，即为d轴三个绕组的互抗感；x_aq为q轴电枢反应同步电抗，即为q轴三个绕组的互抗感；

由式(1)求出i_fd、i_kd、i_fq和i_kq后，代入Park磁链方程，得到d、q轴磁链公式为：

其中，为d轴磁链，为q轴磁链，x_d、x_q分别为d、q轴绕组自感抗，x”_d、x”_q分别为d、q轴超瞬变等效电抗；

c相到a相间的电流方程为：

其中，i_dc为整流系统直流侧电流，θ为转子角度，即θ＝ωt；

将式(2)和式(3)代入电机的电压方程，可得d、q轴电压为：

其中，u_d为同步发电机d轴电压，u_q为同步发电机q轴电压，r为同步发电机的电枢电阻；

设x”_d＝x”_q,则得到同步发电机的简化等效模型如下：

其中，u_a、u_b、u_c分别为同步发电机交流侧输出的a、b、c相电压，x_t为换相电抗，x_t＝(x”_d+x”_q)/2；r为电枢电阻；E₁为同步发电机的电动势幅值，δ为同步发电机的初相角；

x'_d、x'_q分别为d、q轴暂态电抗；

独立电力系统中脉冲负载的整流器采用三相桥式全控整流结构，6个晶闸管导通顺序为VT1→VT2→VT3→VT4→VT5→VT6，设触发角α＝0°，一周期内状态切换次数M＝6，引入abc三个桥臂的开关函数S_a、S_b、S_c：

则电源输出交流侧电压u_a、u_b、u_c与脉冲负载直流侧电压u_dc的耦合关系为

u_dc＝S_au_a+S_bu_b+S_cu_c (7)

将式(5)、(6)代入式(7)，得到直流侧电压u_dc

r_s＝r，L_s＝x_t；

令脉冲负载直流侧电流为i_dc，则电源输出交流侧三相电流i_a、i_b、i_c与脉冲负载直流侧电流i_dc的耦合关系为

i_x＝S_xi_dc (x＝a,b,c) (9)

公式(8)和公式(9)即为同步发电机与脉冲负载电压、电流的源载耦合等效模型；

通过引入整流器的三个桥臂开关函数，推导同步发电机与脉冲负载的耦合等效电路模型的交直流侧电压、电流的源载耦合关系；

通过如下方法对同步发电机进行简化：

1)忽略阻尼绕组电流的非周期分量和

2)忽略转子回路对交变电流的影响；

通过将交流侧内阻抗等效至直流侧，使电源等效为理想电压源，构建所述源载解耦合模型,

理想电压源在直流侧的等效电压通过如下方法获得：

将式(9)代入式(8)，经数学推导，得到直流侧电压u_dc

r_s＝r，L_s＝x_t；

计算得知S_a²+S_b²+S_c²＝2，且得

可知，S_ae_a+S_be_b+S_ce_c为理想电压源在脉冲负载直流侧的等效电压；

所述源载解耦合模型的公式如下：

式中，e_a、e_b、e_c为理想电压源电压，则S_ae_a+S_be_b+S_ce_c为理想电源电压e_abc等效到脉冲负载直流侧的电压，令其为e_dc；(-2L_s(di_dc/dt)-2r_si_dc)为同步发电机电源内阻抗的耦合电压。