基于时域变换的大步长发电机模型制造技术

电力系统电磁暂态仿真程序的仿真步长通常都比较小(如：50微秒)，当应用于大规模电力系统的计算时，由于其采用的计算步长太小导致其计算速度很慢，无法满足实际电力系统计算的需要。基于时域变换的大步长技术利用电力系统中电压/电流正弦波的特性，通过时域变换将快变的电气量转换为慢变的信号，从而可采用更大的仿真步长(如毫秒级)，同时保证较高的仿真精度。本发明专利技术在基于时域变换的大步长技术框架下给出了发电机模型的实现方法，以发电机的相域描述为基础，通过使用时域变换方法，给出了一种基于时域变换的大步长发电机模型。与传统的电磁暂态发电机模型相比，新模型可以在不损失仿真精度的情况下使用更大的步长，从而大大提高了仿真效率。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种基于时域变换的发电机模型实现方法，属于电力系统电磁暂态仿真领域。
技术介绍
电磁暂态仿真程序早期主要用于电力系统的电磁暂态过程计算，现在它在电力系统动静态分析等领域有着更广泛的应用；例如：对于包含FACTS和HVDC等设备的大规模交直流电力系统进行动态过程仿真时，需要仿真器具有暂态稳定计算程序一样的快速特性，同时又需要具有电磁暂态程序一样的精确性。但是当电磁暂态程序应用于大规模电力系统计算时，由于其采用的计算步长太小(典型步长为50微妙)导致其计算速度极慢，无法满足实际电力系统计算的需要。电力系统通常运行在一个基频上(50Hz或60Hz)，类似机电震荡的扰动通常只会使系统中的电压和电流发生较低的频率偏移，使得电力系统中的电压和电流成为以基频为中心的窄带信号；这类似于通讯系统中的信号具有很高的载频，而被调制的信号却只有很低的频率(我们真正关心的信息却常是这些频率较低的信号)。电磁暂态程序使用的是三相瞬时值的表示方式，除了这些频率较低的被调制信号，它还需要计算频率很高的载波信号。由于载波频率很高，变化速度快，这就使得传统的电磁暂态计算程序只能使用较小的计算步长。为了增大电磁暂态程序使用的计算步长，提高计算速度，文献“Shengtao Fan,Hui Ding.Time Domain Transformation Method for Accelerating EMTP Simulation of Power System Dynamics.IEEE Transactions on Power Systems,2012,V27(4):1778–1787”利用电力系统中电压/电流正弦波的特性，通过时域变换将快变的电气量转换为慢变的信号，从而可采用更大的仿真步长(如毫秒级)，同时保证较高的仿真精度。通过大步长仿真，不仅能够有效提高电磁暂态仿真速度，而且还能够直接输出电气量的幅值和相位信息，便于大系统的特性分析。但是其并没有给出发电机模型的实现，由于发电机在电力系统动态过程中的重要性，如何在基于时域变换的大步长技术框架下实现发电机模型是非常重要的。本专利技术在基于时域变换的大步长技术框架下给出了发电机模型的实现方法，以发电机的相域描述为基础，通过使用时域变换方法，给出了一种基于时域变换的大步长发电机模型。与传统的电磁暂
态发电机模型相比，新模型可以在不损失仿真精度的情况下使用更大的步长，从而大大提高了仿真效率。
技术实现思路
相比于传统的电磁暂态发电机模型，基于时域变换的发电机模型使用更大的步长进行仿真，因此需要具有良好的数值稳定性；由于相域电机模型可以与外部网络联立求解，因此数值稳定性好，适合在步长较大时使用。通过适当假设并使用电动机约定，同步电机的电气部分在相域中可以使用如下的公式描述： v = Ri + dψ dt - - - ( 1 ) ]]>ψ＝Li (2)其中v＝[vs vr]t，i＝[is ir]t，ψ＝[ψs ψr]t， R = R s 0 0 R r , L = L ss L sr L rs L rr ]]>vs＝[vas vbs vcs]:定子相电压vr＝[vfd 0 0 0]:转子(励磁和阻尼绕组)电压is＝[ias ibs ics]:定子相电流ir＝[ifd ikd ikq1 ikq2]:转子电流ψs＝[ψas ψbs ψcs]:定子绕组的磁链ψr＝[ψfd ψkd ψkq1 ψkq2]:转子绕组的磁链Rs和Rr分别为定子和转子电阻构成的矩阵。分别为定子的电感矩阵和定子-转子的互感矩阵，这些矩阵的值都是与转子位置相关的。Lrr是转子电感矩阵且与转子位置无关。电机的机械系统方程可以表示为: dθ dt = ω - - - ( 3 ) ]]> J = dω dt = p 2 ( T e - T m ) - - - ( 4 ) ]]>J和p是转动惯量和极数。θ和ω为转子位置和电气角速度。Te和Tm分别是电气和机械转矩。Te电气转矩在相域中使用如下公式计算: T e = p 2 i t ∂ L ∂ θ i - - - ( 5 ) ]]>或者在dq0坐标系下使用下式计算: T e = 3 p 4 ( ψ ds i qs - ψ 本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于时域变换的发电机实现方法，其特征在于：1)基于如(1)和(2)式的相域发电机方程进行时域变换，最终得到发电机的伴随模型。v=Ri+dψdt---(1)]]>ψ＝Li   (2)2)通过选磁链作为状态变量，把发电机的方程使用如(3)式的状态空间方程进行描述：dψdt=Aψ+v---(3)]]>其中,A＝‑RL‑1.3)通过对原发电机方程两边进行微分，得到发电机的微分扩展方程如下ddt(ψ′ωS)=A′ωSψ+Aψ′ωS+v′ωS---(4)]]>ψ′ωS=L′ωSi+Li′ωS---(5)]]>其中()′表示微分操作，ωS为u‑v坐标系的旋转角速度；进一步利用克罗内克乘积(Kronecker product)，表示为更为紧凑的形式：dψ~dt=Bψ~+v~---(6)]]>ψ~=Ci~---(7)]]>4)采用如(8)式的时域变换矩阵并引入形如(9)的矩阵：5)使用梯形法在u‑v坐标系下离散化电机方程，并最终得到如下的诺顿等值电路形式：i~k=Yv~k+i~hist---(10)]]>其中,诺顿等值导纳为：Y=h2D---(11)]]>历史电流为：i~hist=Kii~k-1+Kvv~k-1---(12)]]>D=[(E-h2Bk+1-h2S)Ck+1]-1---(13)]]>Ki=DQ(h)(E+h2Bk+h2S)Ck---(14)]]>Kv=h2DQ(h)---(15)]]>...

【技术特征摘要】
1.一种基于时域变换的发电机实现方法，其特征在于：1)基于如(1)和(2)式的相域发电机方程进行时域变换，最终得到发电机的伴随模型。 v = Ri + dψ dt - - - ( 1 ) ]]>ψ＝Li (2)2)通过选磁链作为状态变量，把发电机的方程使用如(3)式的状态空间方程进行描述： dψ dt = Aψ + v - - - ( 3 ) ]]>其中,A＝-RL-1.3)通过对原发电机方程两边进行微分，得到发电机的微分扩展方程如下 d dt ( ψ ′ ω S ) = A ′ ω S ψ + A ψ ′ ω S + v ′ ω S - - - ( 4 ) ]]> ψ ′ ω S = L ′ ω S i + L i ′ ω S - - - ( 5 ) ]]>其中()′表示微分操作，ωS为u-v坐标系的旋转角速度；进一步利用克罗内克乘积(Kronecker product)，表示为更为紧凑的形式： d ψ ~ dt = B ψ ~ + v ~ - - - ( 6 ) ]]> ψ ~ = C i ~ - - - ( 7 ) ]]>4)采用如(8)式的时域变换矩阵并引入形如(9)的矩阵：5)使用梯形...

【专利技术属性】
技术研发人员：范圣韬，
申请(专利权)人：范圣韬，
类型：发明
国别省市：山东;37