一种基于出厂数据的电动机机电暂态仿真模型参数获取方法

摘要

本发明涉及一种基于出厂数据的电动机机电暂态仿真模型参数获取方法，该方法基于感应电动机的出厂数据(如额定功率、额定功率因数、最大转矩倍数、转子转速等)估算适用于电力系统机电暂态仿真的电动机单笼模型参数的方法。该算法充分考虑了电动机的转矩-滑差物理机理特性，其收敛特性好、鲁棒性强。根据出厂数据计算模型参数，为电力系统仿真中采用的电动机模型参数的选择提供了方便性。

主权项

1.一种基于出厂数据的电动机机电暂态仿真模型参数获取方法，该方法基于感应电动机的出厂数据，估算能用于电力系统机电暂态仿真程序的电动机模型参数，所述感应电动机的出厂数据包括额定功率、额定功率因数、最大电磁转矩、起动转矩、起动电流和转子转速；该方法的步骤包括：(1)根据电动机的出厂数据所提供的同步转速和电动机极对数，来计算电动机的额定滑差s_n：$s_n=\frac{n-n_n}{n}---\left(1\right)$其中为同步转速，单位为r/min，f为系统频率，p为极对数；(2)根据电动机的出厂数据所提供的电动机额定电压U_n、额定电流I_n和额定功率因数cosθ_n，计算电动机输入的有功功率P和无功功率Q：P＝3U_nI_ncosθ_nQ＝Ptanθ_n            (2)(3)根据步骤(1)计算得到的电动机的额定滑差和步骤(2)计算得到的电动机的有功功率以及出厂数据所提供的电动机的最大电磁转矩倍数κ_m，计算电动机的电磁功率P_em和最大电磁功率P_{em_max}：$P_{\mathrm{em}}=\frac{P}{1-s_n}$(3)P_{em_max}＝κ_mP_em并令P_{emt_max}＝P_{em_max}，在电动机电气参数均以标幺值表示时，有P_em＝T，即电磁功率与电磁转矩在数值上相等，所以，该方法中均用电磁功率代替电磁转矩；(4)根据电动机的定子铜耗计算电动机定子绕组的电阻值R_s：$R_s=\frac{P-P_{\mathrm{em}}}{{{3I}_n}^2}---\left(4\right)$(5)根据电动机的静态等值电路和电动机的额定电压、吸收功率计算电动机额定滑差条件下的等值阻抗Z_deq：$Z_{\mathrm{deq}}=\frac{{{3U}_n}^2}{P-\mathrm{jQ}}$R_deq＝real(Z_deq)      (5)X_deq＝imag(Z_deq)(6)由最大电磁功率公式反演，见公式(6)，计算电动机的定子电抗X_s和转子电抗X_r，因为根据简化的最大电磁功率公式计算得到的最大电磁功率要比实际的最大电磁功率大，所以需要通过迭代方法对定子和转子电抗进行修正：$X=\sqrt{{(\frac{{{3U}_n}^2}{{2P}_{\mathrm{emt}\_\max }}-R_s)}^2-{R_s}^2}$$X_s=\frac{X}{2}---\left(6\right)$X_r＝X_s(7)根据已计算得到的定子绕组电阻、定子电抗、转子电抗和额定滑差下电动机的等值阻抗Z_deq计算电动机的转子绕组电阻R_r和激磁电抗X_m：$R_r=\frac{(K_r+{K_x}^2/K_r\sqrt{{(K_r+{K_x}^2/K_r)}^2-{{4X}_s}^2})s_n}{2}$(7)$X_m=\frac{K_r{X}_s+K_x\frac{R_r}{s_n}}{\frac{R_r}{s_n}-K_r}$其中K_r＝R_deq-R_s，K_x＝X_deq-X_s；(8)根据计算出来的所有电动机参数：定子绕组电阻R_s和定子电抗X_s、转子绕组电阻R_r和转子电抗X_r、激磁电抗X_m和额定滑差s_n，重新按照最大电磁转矩公式计算电动机的最大电磁功率：$P_{\mathrm{emt}\_\max i}=\frac{{{3U}_n}^2}{2(R_s+\sqrt{{R_s}^2+X^2})}---\left(8\right)$(9)根据戴维南等值原理计算电动机的临界滑差和电动机实际的最大电磁功率：戴维南等值阻抗Z_dp为：$Z_{\mathrm{dp}}={\mathrm{jX}}_r+\frac{{\mathrm{jX}}_m(R_s+{\mathrm{jX}}_s)}{R_s+j(X_s+X_m)}$R_dp＝real(Z_dp)      (9)X_dp＝imag(Z_dp)产生最大电磁功率的条件是：$R_{\mathrm{pm}}=\frac{R_r}{s_m}\sqrt{{R_{\mathrm{dp}}}^2+{X_{\mathrm{dp}}}^2}---\left(10\right)$s_m为临界滑差，戴维南等值电路的开路电压为：${\stackrel{·}{U}}_o=U_n\frac{{\mathrm{jX}}_m}{R_s+j(X_s+X_m)}---\left(11\right)$因此，可根据下式重新计算新参数对应的实际最大电磁转矩：$P_{\mathrm{em}\_\max i}=\frac{{{3U}_o}^2{R}_{\mathrm{pm}}}{{(R_{\mathrm{dp}}+R_{\mathrm{pm}})}^2+{X_{\mathrm{dp}}}^2}---\left(12\right)$(10)比较第(8)和(9)步中得到的两个最大电磁转矩之间的差异，如果两者之间的差异非常小，则计算结束，最终得到电动机的模型参数，否则返回第(5)步重新进行迭代计算。