CN101894213A - 一种具有图形显示的无刷励磁系统响应计算方法 - Google Patents

一种具有图形显示的无刷励磁系统响应计算方法 Download PDF

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Abstract

本发明提供了一种具有图形显示的无刷励磁系统响应计算方法，其特征在于，步骤为：先输入无刷励磁机特性曲线数据，拟合无刷励磁机特性曲线，并自动显示曲线，求取每计算点处励磁电源的输出电压与励磁绕组电阻上压降的电压差值，求取每计算点处电压差值与励磁绕组电感的比值及两计算点间该比值的平均，再运用函数得到电压VODC与时间t的关系函数f_VDCvsT(x)，求取电压上升到汽轮发电机额定励磁电压所需的时间t0及电压上升到强励顶值电压所需的时间t_CR，求取电压响应比RATIO。本发明提供了一种具有图形显示的无刷励磁系统响应计算方法，该算法简洁明了，并具有实时图形显示，实用性强。

Description

一种具有图形显示的无刷励磁系统响应计算方法
技术领域
本发明涉及一种具有图形显示的无刷励磁系统响应计算方法，能计算发电机无刷励磁系统响应特性，并具有即时图形显示，属于发电机励磁技术领域。
背景技术
励磁系统是指能按给定规律为同步发电机提供励磁电源的系统的总称，主要包括为同步发电机提供励磁电流的电源、对励磁电流进行调节的装置等。交流励磁机-旋转整流器励磁系统简称无刷励磁系统，其中交流励磁机电枢和旋转整流器是发电机的励磁电源，永磁机和SCR则是交流励磁机的励磁电源。
励磁系统顶值电压倍数(或称强励倍数)指在强励工况下，励磁系统输出的最大励磁电压与额定励磁电压之比，可表示为：
Figure BSA00000173840100011
式中：Ku——顶值电压倍数(一般以额定励磁电压为1Pu值)；Ufnax--最大励磁顶值电压；UfN——发电机额定励磁电压。
由励磁系统响应曲线确定的0.5秒内励磁系统输出电压的增量ΔUE除以额定励磁电压，称为平均励磁电压上升率VE，用下式表示：
Figure BSA00000173840100012
高起始响应励磁系统是这样定义的：在规定的条件下，励磁系统达到顶值电压与额定负载时磁场电压之差的95％所需的时间小于或等于0.1秒。
目前为止还没有一种无刷励磁系统响应计算方法。
发明内容
本发明的目的是提供一种具有图形显示的无刷励磁系统响应计算方法。
为了达到上述目的，本发明的技术方案是运用MathCAD软件提供了一种具有图形显示的无刷励磁系统响应计算方法，其特征在于，步骤为：
步骤1、输入无刷励磁机特性曲线数据IF0和VODC，其中，IF0指励磁机的励磁电流，VODC指励磁机的输出电压，运用函数IFVDC＝lspline(IF0，VODC)和ff(x)＝interp(IFVDC，IF0，VODC，x)拟合无刷励磁机特性曲线，并自动显示曲线ff(x)，其中，lspline及interp为MathCAD软件中的样条插值函数；
步骤2、计算励磁机特性曲线的斜率Dff(x)，
Figure BSA00000173840100021
并求出每个计算点上的斜率，则第i个计算点的斜率Sxi＝Dff(IFOi)，其中，Dff表示求导运算，IFOi表示励磁机的励磁电流值系列；
步骤3、输入励磁机的气隙线斜率S0，励磁绕组电感Lf，汽轮发电机额定励磁电压VNDC，汽轮发电机额定励磁电流IFN，汽轮发电机转子绕组电阻Rf100；
步骤4、求取每个计算点处的计算电感，则第i个计算点处的计算电感
Figure BSA00000173840100022
步骤5、求取每个计算点处的无刷励磁机励磁绕组上的压降，则第i个计算点处的无刷励磁机励磁绕组上的压降Vfi＝Rf100·IFOi；
步骤6、输入无刷励磁机的励磁电源的调整特性曲线数据PIFO和PVODC，其中，PIFO和PVODC分别指励磁机的励磁电源输出的电流和电压，运用函数PIFVDC＝pspline(PIFO，PVODC)和pff(x)＝interp(PIFVDC，PIFO，PVODC，x)拟合该特性曲线，其中，pspline为MathCAD软件中的样条插值函数；
步骤7、求取每计算点处励磁电源的输出电压与励磁绕组电阻上压降的电压差值，则第i个计算点处励磁电源的输出电压与励磁绕组电阻上压降的电压差值VFVi＝VRi-Vfi，其中，VRi为第i个计算点处励磁电源的输出电压，Vfi为第i个计算点处励磁机励磁绕组上的压降；
步骤8、求取每计算点处电压差值与励磁绕组电感的比值及两计算点间该比值的平均值，则第i个计算点处电压差值与励磁绕组电感的比值
Figure BSA00000173840100023
该计算点与第i+1个计算点处该比值的平均值
Figure BSA00000173840100024
步骤9、求取第i个计算点至第i+1个计算点间电压上升所需的时间
Figure BSA00000173840100025
ΔIF表示第i个计算点至第i+1个计算点间励磁机励磁电流的差值；
步骤10、求取电压从零开始上升到每一计算点所需的时间，则电压从零开始上升到第i个计算点所需的时间ti＝ti-1+Δti，其中，ti-1为电压从零开始上升到第i-1个计算点所需的时间，Δt为第i-1个计算点至第i个计算点间电压上升所需的时间，再运用函数VDCvsT＝lspline(t，VODC)及f_VDCvsT(x)＝interp(VDCvsT，t，VODC，x)得到电压VODC与时间t的关系函数f_VDCvsT(x)；
步骤11、求取电压上升到汽轮发电机额定励磁电压所需的时间t0及电压上升到强励顶值电压所需的时间t_CR；
步骤12、求取考虑顶值电压后，电压从额定电压开始上升时对应每一计算点的励磁机的输出电压，则第i个计算点的励磁机的输出电压VDCi＝if(f_VDCvsT(ti+t0)＜CRv，f_VDCvsT(ti+t0)＜CRv，CRv)，其中，if为条件运算符，f_VDCvsT(ti+t0)表示在ti+t0时励磁机输出的励磁电压，CRv表示励磁机的顶值电压，并运用函数M＝lspline(t，VDC)和g(y)＝interp(M，t，VDC，y)拟合电压上升曲线g(y)，并自动绘出电压上升曲线g(y)，其中，t表示离散的时间点系列，VDC表示计算的励磁机的输出电压系列，y为表示连续的时间变量；
步骤13、根据g(t_VR)＝(CRv-VNDC)*0.95+VNDC，求取电压上升时间t_VR；
步骤14、求取电压响应比RATIO，先根据
Figure BSA00000173840100031
求出u值，其中，g(0)表示强励前励磁机的起始励磁电压，VNDC表示等于励磁机的起始励磁电压，g(0)等于VNDC，再根据
Figure BSA00000173840100032
算出电压响应比RATIO。
本发明提供了一种具有图形显示的无刷励磁系统响应计算方法，该算法简洁明了，并具有实时图形显示，实用性强。
附图说明
图1为励磁机的特性曲线示意图；
图2为无刷励磁系统的电压响应示意图。
具体实施方式
以下结合实施例来具体说明本发明。
实施例
本发明提供了一种具有图形显示的无刷励磁系统响应计算方法，其步骤为：
步骤1、输入无刷励磁机特性曲线数据IFO和VODC，其中，IFO指励磁机的励磁电流，VODC指励磁机的输出电压，运用函数IFVDC＝lspline(IFO，VODC)和ff(x)＝interp(IFVDC，IFO，VODC，x)拟合无刷励磁机特性曲线，并自动显示曲线ff(x)，其中，lspline及interp为MathCAD软件中的样条插值函数，该曲线如图1所示；
步骤2、计算励磁机特性曲线的斜率Dff(x)，
Figure BSA00000173840100041
并求出每个计算点上的斜率，则第i个计算点的斜率Sxi＝Dff(IFOi)，其中，Dff表示求导运算，IFOi表示励磁机的励磁电流值系列，它是一个等差数列，等差值可为40，100等；
步骤3、输入励磁机的气隙线斜率S0，励磁绕组电感Lf，汽轮发电机额定励磁电压VNDC，汽轮发电机额定励磁电流IFN，汽轮发电机转子绕组电阻Rf100；
步骤4、求取每个计算点处的计算电感，则第i个计算点处的计算电感
Figure BSA00000173840100042
步骤5、求取每个计算点处的无刷励磁机励磁绕组上的压降，则第i个计算点处的无刷励磁机励磁绕组上的压降Vfi＝Rf100·IFOi；
步骤6、输入无刷励磁机的励磁电源的调整特性曲线数据PIFO和PVODC，其中，PIFO和PVODC分别指励磁机的励磁电源输出的电流和电压，运用函数PIFVDC＝pspline(PIFO，PVODC)(pspline是MathCAD软件中的样条插值函数)和pff(x)＝interp(PIFVDC，PIFO，PVODC，x)拟合该特性曲线；
步骤7、求取每计算点处励磁电源的输出电压与励磁绕组电阻上压降的电压差值，则第i个计算点处励磁电源的输出电压与励磁绕组电阻上压降的电压差值VFVi＝VRi-Vfi，其中，VRi为第i个计算点处励磁电源的输出电压，Vfi为第i个计算点处励磁机励磁绕组上的压降；
步骤8、求取每计算点处电压差值与励磁绕组电感的比值及两计算点间该比值的平均值，则第i个计算点处电压差值与励磁绕组电感的比值
Figure BSA00000173840100043
该计算点与第i+1个计算点处该比值的平均值
Figure BSA00000173840100044
步骤9、求取第i个计算点至第i+1个计算点间电压上升所需的时间
Figure BSA00000173840100045
ΔIF表示第i个计算点至第i+1个计算点间励磁机励磁电流的差值；
步骤10、求取电压从零开始上升到每一计算点所需的时间，则电压从零开始上升到第i个计算点所需的时间ti＝ti-1+Δti，其中，ti-1为电压从零开始上升到第i-1个计算点所需的时间，Δt为第i-1个计算点至第i个计算点间电压上升所需的时间，再运用函数VDCvsT＝lspline(t，VODC)及f_VDCvsT(x)＝interp(VDCvsT，t，VODC，x)得到电压VODC与时间t的关系函数f_VDCvsT(x)；
步骤11、求取电压上升到汽轮发电机额定励磁电压所需的时间t0及电压上升到强励顶值电压所需的时间t_CR；
步骤12、求取考虑顶值电压后，电压从额定电压开始上升时对应每一计算点的励磁机的输出电压，则第i个计算点的励磁机的输出电压VDCi＝if(f_VDCvsT(ti+t0)＜CRv，f_VDCvsT(ti+t0)＜CRv，CRv)，其中，if为条件运算符，f_VDCvsT(ti+t0)表示在ti+t0时励磁机输出的励磁电压，CRv表示励磁机的顶值电压，并运用函数M＝lspline(t，VDC)和g(y)＝interp(M，t，VDC，y)拟合电压上升曲线g(y)，并自动绘出电压上升曲线g(y)，该曲线如图2所示，其中，t表示离散的时间点系列，VDC表示计算的励磁机的输出电压系列，y为表示连续的时间变量；
步骤13、根据g(t_VR)＝(CRv-VNDC)*0.95+VNDC，求取电压上升时间t_VR；
步骤14、求取电压响应比RATIO，先根据
Figure BSA00000173840100051
求出u值，其中，g(0)表示强励前励磁机的起始励磁电压，一般为汽轮发电机的额定励磁电压，VNDC表示等于励磁机的起始励磁电压，一般为汽轮发电机的额定励磁电压，g(0)等于VNDC，再根据
Figure BSA00000173840100052
算出电压响应比RATIO。

Claims (1)

1.一种具有图形显示的无刷励磁系统响应计算方法，其特征在于，步骤为：
步骤1、输入无刷励磁机特性曲线数据IFO和VODC，其中，IFO指励磁机的励磁电流，VODC指励磁机的输出电压，运用函数IFVDC＝lspline(IF0，VODC)和ff(x)＝interp(IFVDC，IFO，VODC，x)拟合无刷励磁机特性曲线，并自动显示曲线ff(x)，其中，lspline及interp为MathCAD软件中的样条插值函数；
步骤2、计算励磁机特性曲线的斜率Dff(x)，
Figure FSA00000173830000011
并求出每个计算点上的斜率，则第i个计算点的斜率Sxi＝Dff(IFOi)，其中，Dff表示求导运算，IFOi表示励磁机的励磁电流值系列；
步骤3、输入励磁机的气隙线斜率S0，励磁绕组电感Lf，汽轮发电机额定励磁电压VNDC，汽轮发电机额定励磁电流IFN，汽轮发电机转子绕组电阻Rf100；
步骤4、求取每个计算点处的计算电感，则第i个计算点处的计算电感
Figure FSA00000173830000012
步骤5、求取每个计算点处的无刷励磁机励磁绕组上的压降，则第i个计算点处的无刷励磁机励磁绕组上的压降Vfi＝Rf100·IFOi；
步骤6、输入无刷励磁机的励磁电源的调整特性曲线数据PIFO和PVODC，其中，PIFO和PVODC分别指励磁机的励磁电源输出的电流和电压，运用函数PIFVDC＝pspline(PIFO，PVODC)和pff(x)＝interp(PIFVDC，PIFO，PVODC，x)拟合该特性曲线，其中，pspline为MathCAD软件中的样条插值函数；
步骤7、求取每计算点处励磁电源的输出电压与励磁绕组电阻上压降的电压差值，则第i个计算点处励磁电源的输出电压与励磁绕组电阻上压降的电压差值VFVi＝VRi-Vfi，其中，VRi为第i个计算点处励磁电源的输出电压，Vfi为第i个计算点处励磁机励磁绕组上的压降；
步骤8、求取每计算点处电压差值与励磁绕组电感的比值及两计算点间该比值的平均值，则第i个计算点处电压差值与励磁绕组电感的比值
Figure FSA00000173830000013
该计算点与第i+1个计算点处该比值的平均值
Figure FSA00000173830000021
步骤9、求取第i个计算点至第i+1个计算点间电压上升所需的时间
Figure FSA00000173830000022
ΔIF表示第i个计算点至第i+1个计算点间励磁机励磁电流的差值；
步骤10、求取电压从零开始上升到每一计算点所需的时间，则电压从零开始上升到第i个计算点所需的时间ti＝ti-1+Δti，其中，ti-1为电压从零开始上升到第i-1个计算点所需的时间，Δt为第i-1个计算点至第i个计算点间电压上升所需的时间，再运用函数VDCvsT＝lspline(t，VODC)及f_VDCvsT(x)＝interp(VDCvsT，t，VODC，x)得到电压VODC与时间t的关系函数f_VDCvsT(x)；
步骤11、求取电压上升到汽轮发电机额定励磁电压所需的时间t0及电压上升到强励顶值电压所需的时间t_CR；
步骤12、求取考虑顶值电压后，电压从额定电压开始上升时对应每一计算点的励磁机的输出电压，则第i个计算点的励磁机的输出电压VDCi＝if(f_VDCvsT(ti+t0)＜CRv，f_VDCvsT(ti+t0)＜CRv，CRv)，其中，if为条件运算符，f_VDCvsT(ti+t0)表示在ti+t0时励磁机输出的励磁电压，CRv表示励磁机的顶值电压，并运用函数M＝lspline(t，VDC)和g(y)＝interp(M，t，VDC，y)拟合电压上升曲线g(y)，并自动绘出电压上升曲线g(y)，其中，t表示离散的时间点系列，VDC表示计算的励磁机的输出电压系列，y为表示连续的时间变量；
步骤13、根据g(t_VR)＝(CRv-VNDC)*0.95+VNDC，求取电压上升时间t_VR；
步骤14、求取电压响应比RATIO，先根据
Figure FSA00000173830000023
求出u值，其中，g(0)表示强励前励磁机的起始励磁电压，VNDC表示等于励磁机的起始励磁电压，g(0)等于VNDC，再根据
Figure FSA00000173830000024
算出电压响应比RATIO。
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