發(fā)電機(jī)租賃同步發(fā)電機(jī)突然從電網(wǎng)切除后端電壓分析及參數(shù)求取

發(fā)布時(shí)間:2024-11-27 點(diǎn)擊:115
1電力系統(tǒng)各種動(dòng)態(tài)計(jì)算的精度取決于發(fā)電機(jī)、勵(lì)磁系統(tǒng)、調(diào)速系統(tǒng)和綜合負(fù)荷等的模型及模型中參數(shù)的精度。近年來,國內(nèi)電網(wǎng)對上述參數(shù)測試和動(dòng)態(tài)建模的呼聲很高。大量分析計(jì)算表明,在以上各參數(shù)中,發(fā)電機(jī)的模型和參數(shù)問題比其它環(huán)節(jié)更為復(fù)雜。
發(fā)電機(jī)租賃對于同步發(fā)電機(jī)的參數(shù)問題,可以采用場的方法通過數(shù)值計(jì)算來求取,也可以采用系統(tǒng)辨識理論進(jìn)行參數(shù)辨識。辨識方法主要有2種:①頻域響應(yīng)法②時(shí)域響應(yīng)法。前者由于方法本身的限制,近年的研究趨于減少。后一種方法當(dāng)采用在線測辨技術(shù)時(shí),存在2個(gè)實(shí)際困難。一是在線辨識時(shí),同步電機(jī)處于正常運(yùn)行狀態(tài)中,輸入擾動(dòng)信號不能太大,否則將影響正常運(yùn)行。國外大多數(shù)在線辨識主要是仿真結(jié)果,現(xiàn)場試驗(yàn)很少。二是存在參數(shù)辨識不穩(wěn)定問題,即對于不同試驗(yàn)、甚至同一試驗(yàn)采用不同計(jì)算方法時(shí),所得參數(shù)相差甚大。文對于同一試驗(yàn),采用4種計(jì)算方法,所得d、q軸瞬變及超瞬變電抗,相差(2 .38~4 .49)倍, d、q軸瞬變開路時(shí)間常數(shù)相差(1 .89~2 .51)倍,而d、q軸超瞬變開路時(shí)間常數(shù)相差達(dá)數(shù)百倍。
利用發(fā)電機(jī)解列這一正常操作,記錄端電壓瞬變過程,可以用來計(jì)算同步發(fā)電機(jī)的參數(shù),方法比較簡單。本文用運(yùn)算微積方法推導(dǎo)了同步發(fā)電機(jī)從電網(wǎng)切除后,端電壓的一般表達(dá)式,論述了如何利用這一瞬變過程求取同步電機(jī)參數(shù)。在1臺小型同步發(fā)電機(jī)上的試驗(yàn)表明,參數(shù)計(jì)算的重復(fù)性較好,而且模擬計(jì)算的結(jié)果和試驗(yàn)結(jié)果接近。
2同步發(fā)電機(jī)突然從電網(wǎng)切除后端電壓的計(jì)算在以下計(jì)算過程中,假設(shè):①不計(jì)飽和影響②在直軸和交軸均只有1個(gè)阻尼繞組③由于機(jī)械瞬變過程較之電磁瞬變過程慢,因此在計(jì)算解列后的瞬變過程時(shí),認(rèn)為同步電機(jī)的轉(zhuǎn)速仍為同步速。
發(fā)電機(jī)租賃由于假設(shè)磁路線性,故可應(yīng)用迭加原理,即將同步發(fā)電機(jī)從電網(wǎng)切除看作是在電機(jī)端部突然并聯(lián)1個(gè)與切除前大小相等、方向相反的電流源,這樣切除后電機(jī)端部瞬變電壓的求解就成為以下2種情況的求解,即:①電機(jī)從電網(wǎng)切除前的穩(wěn)態(tài)運(yùn)行電流②在電機(jī)端部突然并聯(lián)一與切除前大小相等、方向相反的電流源后,電機(jī)端電壓的變化。
2 .1切除前的穩(wěn)態(tài)運(yùn)行穩(wěn)態(tài)對稱運(yùn)行時(shí),同步發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)速為常數(shù)且等于同步速,勵(lì)磁電壓和電流為恒值,電樞電壓和電流是穩(wěn)定的交變電壓和電流,阻尼繞組的電流為零。
設(shè)各相勵(lì)磁電勢的瞬時(shí)值為若以δ表示勵(lì)磁電勢領(lǐng)前于端電壓的相角,則端電壓的瞬時(shí)值為轉(zhuǎn)換到d、q、0坐標(biāo)系統(tǒng)時(shí)有從park方程出發(fā),解得穩(wěn)態(tài)運(yùn)行時(shí)不計(jì)電樞電阻r的d、q軸電流分別為式中x分別為直軸及交軸同步電抗。
2 .2切除后的瞬變過程如式(6)(7)所示,切除后相當(dāng)于在電機(jī)端部突然并聯(lián)1個(gè)電流源求解這一瞬變電流引起的瞬變電壓,假定w =具有如下的形式式中x(p)為電機(jī)的直、交軸運(yùn)算電抗,其表達(dá)式如式(12)(23)所示g(p)為直軸傳遞函數(shù)。
由于只考慮如式(4)(5)所示的電流引起的后果,因而磁鏈方程式成為為了和切除前的電壓相區(qū)別,將切除后的瞬變電壓記作u q,不計(jì)電樞電阻時(shí),電壓方程式成為由于三相電壓對稱,零序分量為零。由式(11)可見, u和u的求解成為ψ和ψ的求解。
由文式中x為直軸電樞反應(yīng)電抗x和x分別為勵(lì)磁繞組和阻尼繞組的電抗r和r則分別為勵(lì)磁繞組和阻尼繞組的電阻。
則ψ求解ψ的原函數(shù),令即式中為勵(lì)磁繞組的時(shí)間常數(shù)為直軸阻尼繞組的時(shí)間常數(shù)為勵(lì)磁繞組與直軸阻尼繞組間的漏磁系數(shù)求解式(15),得式(19)考慮到阻尼繞組電阻標(biāo)么值比勵(lì)磁繞組大得多,從而使τ遠(yuǎn)較τ為小,因而令τ則式中τ為定子繞組開路,勵(lì)磁繞組短接,即=0時(shí),直軸阻尼繞組的時(shí)間常數(shù)為直軸電樞繞組和直軸阻尼繞組均開路情況下,勵(lì)磁繞組的時(shí)間常數(shù)的原函數(shù)為式中x和x分別為直軸瞬變和超瞬變電抗式中x交軸電樞反應(yīng)電抗為交軸阻尼繞組電阻令得式中τ為交軸電樞繞組開路時(shí),交軸阻尼繞組的時(shí)間常數(shù)前述同樣的方法,可得式中x為交軸的超瞬變電抗。
所求之瞬變電壓u為式中u和u為變壓器電勢, u和u為旋轉(zhuǎn)電勢。
由于變壓器電勢比旋轉(zhuǎn)電勢小得多,將其略去,則有2 .3同步發(fā)電機(jī)從電網(wǎng)切除后的端電壓轉(zhuǎn)換到a、b、c座標(biāo)系統(tǒng)和u的表達(dá)式可根據(jù)u的表達(dá)式導(dǎo)出。
由式(31)可見,同步發(fā)電機(jī)從電網(wǎng)切除后,經(jīng)歷一個(gè)瞬變過程,其穩(wěn)態(tài)值為e),其中的數(shù)值在勵(lì)磁保持不變的情況下,和切除前勵(lì)磁電流的大小有關(guān)。圖4給出的是1臺 kw,400 v的同步發(fā)電機(jī)從電網(wǎng)切除后端電壓和勵(lì)磁電流的示波圖,該機(jī)在切除前i =0 ,且運(yùn)行在欠激狀態(tài)。
3利用切除后的瞬變過程求取電機(jī)參數(shù)由于利用以上公式可將切除后的電壓分解為d、q軸分量,從而求取參數(shù)。
發(fā)電機(jī)租賃則故x又因τ比τ小得多,故δu很快衰減完畢,此時(shí)相當(dāng)于阻尼繞組開路, u。從此式及(4)和(33)得從式(5)及(34)由式(36)(37)(39)可見,參數(shù)的求取實(shí)質(zhì)是求取各瞬變分量在t =0時(shí)的值的問題。可用曲線擬合的方法[ 3~5],該方法可同時(shí)求得(39)(40)中的時(shí)間常數(shù)τ和τ4功角δ的量測方法在電機(jī)軸伸出端標(biāo)出與電機(jī)極數(shù)相同的黑白相間的均勻標(biāo)記(圖1)。電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí),將光電轉(zhuǎn)速傳感器發(fā)出的矩形位置脈沖與電機(jī)任一相的電壓信號一起接至光線示波器,由于空載時(shí)u用這一原理,空載時(shí)調(diào)節(jié)軸上的黑白標(biāo)記,使電機(jī)的電壓波形和矩形波的中心線重合(圖2)。電機(jī)負(fù)載時(shí)或切除后的δ角可根據(jù)上述2個(gè)波形的相位差(圖3)用下式?jīng)Q定≠0的情況下,所撮錄的端電壓在切除后的波形。
=0時(shí)端電壓的瞬變過程≠0時(shí)端電壓的瞬變過程5參數(shù)計(jì)算結(jié)果和分析利用前述方法在實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行反復(fù)試驗(yàn)的基礎(chǔ)上,對上海電機(jī)廠生產(chǎn)的1臺小型同步發(fā)電機(jī)測取了參數(shù)。表1給出了該電機(jī)參數(shù)的計(jì)算結(jié)果。其設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)以及該廠用突然短路法和靜測法所取得的d、q軸參數(shù)一起列于表中。被試電機(jī)的銘牌數(shù)據(jù)備注設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)突然短路法上海電機(jī)廠試驗(yàn)數(shù)據(jù)靜測法上海電機(jī)廠試驗(yàn)數(shù)據(jù)試驗(yàn)(一)切除前δ試驗(yàn)(二)切除前δ試驗(yàn)(三)切除前δ利用表中試驗(yàn)(一)和試驗(yàn)(二)發(fā)電機(jī)租賃所得參數(shù)進(jìn)行模擬計(jì)算的結(jié)果與試驗(yàn)結(jié)果的比較如圖6 ,圖7所示。
模擬計(jì)算時(shí)采用傳統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型,即式中i分別為勵(lì)磁繞組和阻尼繞組中的電流。
其模擬計(jì)算的結(jié)果一起列于圖6、圖7中。式(41)中各參數(shù)由表1中數(shù)據(jù)求取。其關(guān)系見文。
從表1及圖6、圖7可見:時(shí)的計(jì)算和實(shí)驗(yàn)曲線(1)圖7計(jì)算結(jié)果和試驗(yàn)結(jié)果接近,圖6中最大點(diǎn)的誤差在7 左右,誤差主要來自以下方面:①模型誤差,即假設(shè)d、q軸只有1個(gè)阻尼繞組②測量誤差③數(shù)據(jù)處理誤差。
(2)試驗(yàn)(三)所得x與其它試驗(yàn)相差較大。
除上述原因外,可能還有功角δ的測量誤差以及原動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速的波動(dòng)。
時(shí)的計(jì)算和實(shí)驗(yàn)曲線6結(jié)論=0時(shí)的端電壓瞬變過程計(jì)算的d軸參數(shù),結(jié)果比較令人滿意。
(2)試驗(yàn)(二)所得各參數(shù)較試驗(yàn)(一)均小,說明本文所述方法根據(jù)發(fā)電機(jī)從電網(wǎng)切除前勵(lì)磁電流的大小,可以反映磁路飽和對電機(jī)參數(shù)的影響。
≠0時(shí),將發(fā)電機(jī)從電網(wǎng)解列,可同時(shí)測取d、q軸參數(shù),但誤差有待進(jìn)一步研究。
鞠平,等。同步發(fā)電機(jī)參數(shù)辨識的模擬進(jìn)化方法[ j] .電工技術(shù)陳文純。電機(jī)瞬變過程[ m] .北京:機(jī)械工業(yè)出版社, 1982.
隨i變化的程度較小。
發(fā)電機(jī)租賃隨i的變化情況隨i的變化情況由圖8可以看出,隨著轉(zhuǎn)速的升高,效率η增大。這是因?yàn)樵诠β氏嗤那闆r下,轉(zhuǎn)速越高,相電流越小,銅耗越小,有利于效率的提高。因此,應(yīng)盡量在較高轉(zhuǎn)速下運(yùn)行。
的變化情況與轉(zhuǎn)速、輸出電流的關(guān)系曲線。轉(zhuǎn)速升高,有利于δv減小,因?yàn)檗D(zhuǎn)速升高后電機(jī)電流將減小,由電流變化引起的儲能電容電壓脈動(dòng)δv也將減小。輸出電流越大,δv越大,從而δv也越大。
隨i的變化情況5結(jié)論(1)c dump雙向變換器拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)較簡單,可靠性高,在航空電氣系統(tǒng)中應(yīng)用具有重要意義。
(2)基于c dump雙向變換器的無刷直流起動(dòng)/發(fā)電機(jī)電動(dòng)運(yùn)行時(shí)與無刷直流電動(dòng)機(jī)相同發(fā)電時(shí)具有與無刷直流發(fā)電機(jī)相同的外特性,通過電壓閉環(huán)控制,在較寬工作轉(zhuǎn)速范圍內(nèi)有平坦的外特性。
(3)系統(tǒng)在高速時(shí)效率較高,而航空發(fā)動(dòng)機(jī)大多處于巡航轉(zhuǎn)速和最大轉(zhuǎn)速(飛機(jī)爬升)的工作條件下,因此應(yīng)用于航空無刷起動(dòng)/發(fā)電系統(tǒng)在效率方面具有優(yōu)點(diǎn)。


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