一种同步发电机空载电势相量的纯电气测量方法

摘要

一种同步发电机空载电势相量的纯电气测量方法属于电力系统及其自动化技术领域，该方法计及了同步发电机的动态行为特性，从而在电机的稳态和暂态(包括次暂态)运行过程中均具有较高的测量精度。该方法的特征在于包含以下步骤：以ΔT为间隔采集输出相电压和相电流的值；对每一个新采样周期的数据，执行以下步骤：采用正序变换求取电压、电流的正序分量实部和虚部；计算电压有效值和输出电磁功率；采用派克方程模型来描述同步发电机的动态过程，建立实用测量动态模型并计算出同步发电机的空载电势相量。在系统遭受大扰动后的次暂态过程中，对功角进行进一步的修正。实践表明，此方法测得的空载电势相量在稳态和暂态过程中精度都很高。

主权项

1.一种同步发电机空载电势相量的纯电气测量方法，包含描述同步发电机动态过程的派克方程模型，其特征在于该方法包含以下步骤：首先进行变量初始化：N：交流采样点数，大于12的整数；ΔT：交流采样周期，初始值为20/N毫秒，可以采用定间隔采样或变间隔采样；各个采样缓冲区初始清零；以ΔT为间隔采集输出相电压和输出相电流的值，将它们转换成标么值，当已采样点数小于N时，则继续等待新的采样点；当已采样点数大于等于N时，每得到一个新的采样点，它与前N-1个采样点形成一个新的采样周期；对每一个新采样周期的N点数据，顺序执行以下步骤；1)采用正序变换求取电压、电流的正序分量实部和虚部；并利用新采样周期的采样数据使用积分平均方法计算电压有效值Ut和输出电磁功率Pe；2)采用派克方程模型来描述同步发电机的动态过程，设它的转子d轴上包含励磁绕组和阻尼绕组，q轴包含两个阻尼绕组，q轴在电气相位上超前d轴90度；忽略定子绕组暂态过程的影响，转速变化对速度电动势的影响及阻尼绕组电流对空载电势幅值Eq和d轴暂态电势增量ΔE′d的影响，建立实用测量动态模型，该模型包括：a.ΔE′d的动态过程采用如下传递函数描述，其中输入是Iq，输出是ΔE′d：$\Delta E_d^{\prime }=-(X_q-X_q^{\prime })(1-\frac{1}{1+s{T}_{q0}})I_q;$ Xq：q轴电抗，采用标么值表示；X′q：q轴次暂态电抗，采用标么值表示；Tq0：q轴开路时间常数，单位为秒；Iq：转子q轴电流，采用标么值表示；b.Eq，E′q和θ的关系由如下联立方程表示：Eq sinθ＝E′qsinθ+(Xd-X′d)Id sinθ，Eq cosθ＝E′qcosθ+(Xd-X′d)Id cosθ，E′qsinθ＝ΔE′dcosθ-A+(X′d-Xq)sinθ[cosθIr+sinθIi]，E′qcosθ＝ΔE′dsinθ+B+(X′d-Xq)cosθ[cosθIr+sinθIi]，其中参数A，B的定义如下：A＝Ur+RIr-XqIi，B＝Ui+XqIr+RIi；R：定子绕组电阻，采用标么值表示；Ur：端电压正序分量的实部，采用标么值表示；Ut：端电压正序分量的虚部，采用标么值表示；Ir：输出电流正序分量的实部，采用标么值表示；Ii：输出电流正序分量的虚部，采用标么值表示；E′q：q轴暂态电势，采用标么值表示；ω：角频率，采用标么值表示；ω0：额定角频率，对于50Hz系统，恒定为100π弧度/秒；θ：空载电势向量电气旋转角度的绝对值，单位为弧度，即：$\theta ={\int }_{t_0}^t{\omega }_0\omega +\mathrm{dt}+{\theta }_0,$ 其中θ0是对应t0时刻的初始值；Id：转子d轴电流，采用标么值表示；Xd：d轴电抗，采用标么值表示；X′d：d轴次暂态电抗，采用标么值表示；3)根据同步发电机的实用测量动态模型计算同步发电机的空载电势相量Eq∠δ；4)利用实用测量动态模型计算的空载电势相量在同步发电机的暂态和稳态过程中具有很好的精度，但在系统遭受大扰动后，历时数十至数百毫秒的次暂态过程中，功角的测量有一定的误差，需进一步修正测量值。