CN109725254B - 一种实心转子大型调相机动态参数辨识方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种实心转子大型调相机动态参数辨识方法，包括：在实心转子大型调相机处于静止状态时，在电枢绕组a、b两相加频率的交流电压，并拖动转子，将实心转子大型调相机的转子固定在励磁绕组感应电压最小的位置；将励磁绕组短接，在电枢绕组a、b两相间输入sinc信号，并由得到的电枢绕组a相电流确定在当前转子位置下的实心转子大型调相机的d轴电流；确定考虑d轴存在多个阻尼绕组时，d轴运算电抗的表达式；将时域下的d轴电流进行频域变换，利用帕德逼近，将频域下的d轴电流表示成有理分式的形式，并根据d轴下的电压平衡关系得到d轴运算电抗，进而确定d轴各阶电抗与对应的时间常数。本发明简便易行、安全性好且精确度高。

Description

一种实心转子大型调相机动态参数辨识方法

技术领域

本发明属于电机试验的参数辨识领域，更具体地，涉及一种基于sinc信号电压注入与帕德逼近的实心转子大型调相机动态参数辨识方法。

背景技术

针对我国现有特高压直流输电工程中长期存在的动态无功补偿能力不足的问题，具有高动态响应能力且无功补偿容量大的实心转子大型调相机被视为解决此类问题的有效措施，并将广泛加装于特高压直流输电工程的换流站中。

实心转子大型调相机优良的动态无功输出特性，与其主机性能参数，特别是d轴的动态参数紧密相关。因此在实心转子大型的主机制造上，对其d轴动态参数提出了更高的要求。这些要求可以概括为：直轴各阶电抗尽量小，以保证动态时的无功输出幅值足够大；直轴次暂态时间常数尽量大，增大次暂态过程的动态无功输出；直轴暂态时间常数尽量小，保证实心转子大型调相机能够迅速响应其励磁系统的调节作用。

鉴于以上情况，实心转子大型调相机出厂时必须对影响其动态无功输出特性的d轴动态参数进行试验校核。由于实心转子大型调相机采用隐极实心转子等结构，阻尼效果很强，阻尼回路复杂，因此需要提出合理的动态参数试验方法及参数辨识方法，以对实心转子大型调相机d轴动态参数进行准确辨识。

实心转子大型调相机的制造是基于传统汽轮发电机的制造经验，并对其结构进行了较大程度的优化，属于电励磁同步电机范畴，目前尚未有针对于实心转子大型调相机的d轴动态参数辨识方法提出，仅能沿用电励磁同步电机的相关方法。电励磁同步电机的d轴动态参数试验与辨识方法是基于三相突然短路试验，根据其d轴短路电流公式，对得到的机端短路电流用最小二乘法或其他方法进行拟合辨识。

基于三相突然短路试验与最小二乘法的实心转子大型调相机d轴动态参数试验与辨识方法存在以下缺陷：(1)三相突然短路试验准备过程复杂，且会对电机本体形成较大损伤，由于新型调相机容量大、造价昂贵不适宜采用此类试验方法。(2)最小二乘法辨识d轴动态参数首先需要将机端三相突然短路电流根据Park变换，变换到dq0坐标系下，得到d轴电流。由于采用最小二乘法进行拟合的前提是需要求出短路时d轴电流的表达式，而表达式的求解过程繁琐且运用到了许多假设进行简化，因此精确度不高，在对新型调相机这类d轴参数精确度要求高的电机不适用。

发明内容

针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本发明提供了一种实心转子大型调相机动态参数辨识方法，由此解决采用三相突然短路试验以及最小二乘法在针对实心转子大型调相机d轴动态参数辨识存在的操作过程复杂、对电机造成损伤及精确度不高的技术问题。

为实现上述目的，本发明提供了一种实心转子大型调相机动态参数辨识方法，包括：

将所述实心转子大型调相机的转子固定在励磁绕组感应电压最小的位置；

将励磁绕组短接，在所述电枢绕组a、b两相间输入sinc信号，并由输入sinc信号后电枢绕组的a相电流确定在当前转子位置下的所述实心转子大型调相机的d轴电流，其中，所述电枢绕组的a相电流与所述d轴电流成正比；

确定d轴电压、d轴电流与d轴运算电抗的关系及在考虑d轴存在多个阻尼绕组时，所述d轴运算电抗的表达形式；

将时域下的所述d轴电流进行频域变换，利用帕德逼近，将频域下的d轴电流表示成有理分式的形式，并根据d轴电压、d轴电流与d轴运算电抗的关系得到所述d轴运算电抗的有理分式的表达形式，进而确定d轴各阶电抗与对应的时间常数。

优选地，所述将所述实心转子大型调相机的转子固定在励磁绕组感应电压最小的位置，包括：

在所述实心转子大型调相机的转子处于静止状态时，通过在所述实心转子大型调相机的电枢绕组a、b两相加交流电压，并拖动转子，将转子固定在励磁绕组感应电压最小的位置。

优选地，所述确定d轴电压、d轴电流与d轴运算电抗的关系及在考虑d轴存在多个阻尼绕组时，所述d轴运算电抗的表达形式，包括：

根据所述实心转子大型调相机的d轴的电压平衡关系得到d轴电压、d轴电流与d轴运算电抗的关系，由考虑d轴存在多个阻尼绕组的实心转子大型调相机的数学模型得到d轴运算电抗的表达形式。

优选地，所述d轴运算电抗的表达形式为：

其中，X_d表示d轴同步电抗，T_d表示短路时间常数，T_d0为开路时间常数。

优选地，所述将时域下的所述d轴电流进行频域变换，利用帕德逼近，将频域下的d轴电流表示成有理分式的形式，包括：

将时域下的所述d轴电流进行频域变换，基于d轴电压在输入sinc信号后的表达形式、d轴电压、d轴电流与d轴运算电抗的关系及所述d轴运算电抗的表达形式，将频域下的d轴电流表示为多阶幂级数之和；

利用帕德逼近，将表示为多阶幂级数之和形式的d轴电流表示成有理分式的形式。

优选地，所述根据d轴电压、d轴电流与d轴运算电抗的关系得到所述d轴运算电抗的有理分式的表达形式，进而确定d轴各阶电抗与对应的时间常数，包括：

根据d轴电流的有理分式表示及d轴电压、d轴电流与d轴运算电抗的关系得到所述d轴运算电抗的有理分式的表达形式；

根据所述d轴运算电抗的有理分式的表达形式及在考虑d轴存在多个阻尼绕组时，所述d轴运算电抗的表达形式确定d轴同步电抗X_d与d轴各阶时间常数T_d与T_d0；

根据所述d轴运算电抗的倒数表达形式及所述d轴运算电抗的有理分式的表达形式确定d轴各阶电抗的值。

所述d轴运算电抗的倒数表达形式为：

总体而言，通过本发明所构思的以上技术方案与现有技术相比，能够取得下列有益效果：

提出了一种针对实心转子大型调相机d轴动态参数辨识方法，此方法在实心转子大型调相机处于静止状态时，向电枢两相绕组注入sinc信号，根据注入信号后的电枢电流响应，结合小波变换与帕德逼近即可辨识得到实心转子大型调相机d轴的动态参数。由于注入的sinc信号的电压幅值很小，此方法极大程度上避免了采用三相突然短路法可能对电机造成的损伤，试验便捷安全，辨识精度高，不仅适用于实心转子大型调相机，也适用于其他类型的同步电机。

附图说明

图1是本发明实施例公开的一种实心转子大型调相机动态参数辨识方法的流程示意图；

图2是本发明实施例公开的一种调相机的sinc信号注入法试验的接线图；

图3是本发明实施例公开的一种sinc信号的时域波形图；

图4是本发明实施例公开的一种sinc信号的频域波形图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。此外，下面所描述的本发明各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。

本发明提供了一种简便易行、安全性好且精确度高的基于sinc信号注入试验和帕德逼近的新型调相机的d轴动态参数辨识方法。

如图1所示是本发明实施例公开的一种实心转子大型调相机动态参数辨识方法的流程示意图，在图1所示的方法中包括以下步骤：

(1)将实心转子大型调相机的转子固定在励磁绕组感应电压最小的位置；

在本发明实施例中，将实心转子大型调相机的转子固定在励磁绕组感应电压最小的位置可以通过以下方式实现：

在实心转子大型调相机的转子处于静止状态时，通过在实心转子大型调相机的电枢绕组a、b两相加交流电压，缓慢拖动转子，将转子固定在励磁绕组感应电压最小的位置。

(2)将励磁绕组短接，在电枢绕组a、b两相间输入sinc信号，并由输入sinc信号后电枢绕组的a相电流确定在当前转子位置下的实心转子大型调相机的d轴电流，其中，电枢绕组的a相电流与d轴电流成正比；

在本发明实施例中，在硬件实现上，可以利用信号发生器在实心转子大型调相机电枢绕组a、b两相间输入sinc信号电压，用录波仪对此时的定子a相电流录波，进而由录波得到的定子a相电流确定d轴电流。

其中，a相绕组电流幅值与d轴电流幅值的关系为：

其中，I_d表示d轴电流幅值，I_s表示a相绕组电流幅值。

(3)确定d轴电压、d轴电流与d轴运算电抗的关系及在考虑d轴存在多个阻尼绕组时，d轴运算电抗的表达形式；

在本发明实施例中，确定d轴电压、d轴电流与d轴运算电抗的关系及在考虑d轴存在多个阻尼绕组时，d轴运算电抗的表达形式可以通过以下方式实现：

根据实心转子大型调相机的d轴的电压平衡关系得到d轴电压、d轴电流与d轴运算电抗的关系，由考虑d轴存在多个阻尼绕组的实心转子大型调相机的数学模型得到d轴运算电抗的表达形式。

(4)将时域下的所述d轴电流进行频域变换，利用帕德逼近，将频域下的d轴电流表示成有理分式的形式，并根据d轴电压、d轴电流与d轴运算电抗的关系得到所述d轴运算电抗的有理分式的表达形式，进而确定d轴各阶电抗与对应的时间常数。

在本发明实施例中，将时域下的d轴电流进行频域变换，利用帕德逼近，将频域下的d轴电流表示成有理分式的形式可以通过以下方式实现：

将时域下的d轴电流进行频域变换，基于d轴电压在输入sinc信号后的表达形式、d轴电压、d轴电流与d轴运算电抗的关系及d轴运算电抗的表达形式，将频域下的d轴电流表示为多阶幂级数之和；

利用帕德逼近，将表示为多阶幂级数之和形式的d轴电流表示成有理分式的形式。

下面结合附图对本发明作进一步的详细说明。

附图2是实心转子大型调相机sinc信号注入试验的接线图，试验时首先让转子静止，在电枢a、b两相加一定频率的交流电压，并缓慢拖动转子，将转子位置定于励磁绕组感应电压最小的位置。然后，短接励磁绕组，sinc信号从定子a、b相绕组输入，用录波仪对此时的定子a相电流进行录波。sinc信号的时域与频域波形如附图3与附图4所示，由附图4可知，sinc信号在频域的低频段值为常数，对高频段的衰减十分明显，因此在频率较低的范围内，可以直接将sinc信号频域中的值视为常数。

由电机理论可知，在dq0坐标系下，d轴的电压平衡关系为式(1)：

U_d(s)＝sX_d(s)I_d(s)+r_sI_d(s) (1)

其中，U_d(s)表示频域下的d轴电压，r_s表示电枢绕组电阻。

考虑d轴有多阶阻尼绕组时，可以得到d轴运算电抗表达式X_d(s)，如式(2)。

其中，X_d表示定子d轴同步电抗；T_d表示短路时间常数；T_d0为开路时间常数。

由于试验测得的电流是时域下的电流I_d(t)，考虑到所输入的sinc信号是脉冲形式，因此需要利用离散化的小波变换将时域下的电流I_d(t)转化为频域下的I_d(s)。

因为U_d(s)在sinc信号的截断频率之前是一个常数，再由式(1)与式(2)可知，I_d(s)可以表示为多阶幂级数之和的形式，如式(3)：

以幂级数表达的函数可以采用帕德逼近方法转化为用有理分式表达的函数，如式(4)：

由式(4)，已经将I_d(s)转化为有理分式表达的形式，根据X_d(s)与I_d(s)的关系，得到用有理分式表达的X_d(s)，如式(5)：

对比所得到的式(5)与式(2)，即可确定出d轴同步电抗X_d与d轴各阶时间常数T_d与T_d0。再由于X_d(s)的倒数可以表示为：

再结合式(5)与式(6)可以得到d轴各阶电抗的值，至此已辨识出d轴的各阶电抗与其对应的短路与开路时间常数。由以上过程可知，采用基于sinc信号注入与帕德逼近的新型调相机d轴动态参数辨识方法可以有效辨识出实心转子大型调相机d轴的各阶电抗与时间常数，具有试验方法易行，辨识过程简单且精度高等优点，为包括实心转子大型调相机在内的同步电机的动态参数辨识提供了很好的思路。

本领域的技术人员容易理解，以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种实心转子大型调相机动态参数辨识方法，其特征在于，包括：

将所述实心转子大型调相机的转子固定在励磁绕组感应电压最小的位置；

将励磁绕组短接，在电枢绕组a、b两相间输入sinc信号，并由输入sinc信号后电枢绕组的a相电流确定在当前转子位置下的所述实心转子大型调相机的d轴电流，其中，所述电枢绕组的a相电流与所述d轴电流成正比；

确定d轴电压、d轴电流与d轴运算电抗的关系及在考虑d轴存在多个阻尼绕组时，所述d轴运算电抗的表达形式；

将时域下的所述d轴电流进行频域变换，利用帕德逼近，将频域下的d轴电流表示成有理分式的形式，并根据d轴电压、d轴电流与d轴运算电抗的关系得到所述d轴运算电抗的有理分式的表达形式，进而确定d轴各阶电抗与对应的时间常数。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述将所述实心转子大型调相机的转子固定在励磁绕组感应电压最小的位置，包括：

在所述实心转子大型调相机的转子处于静止状态时，通过在所述实心转子大型调相机的电枢绕组a、b两相加交流电压，并拖动转子，将转子固定在励磁绕组感应电压最小的位置。

3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述确定d轴电压、d轴电流与d轴运算电抗的关系及在考虑d轴存在多个阻尼绕组时，所述d轴运算电抗的表达形式，包括：

根据所述实心转子大型调相机的d轴的电压平衡关系得到d轴电压、d轴电流与d轴运算电抗的关系，由考虑d轴存在多个阻尼绕组的实心转子大型调相机的数学模型得到d轴运算电抗的表达形式。

4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述d轴运算电抗的表达形式为：

其中，X_d表示d轴同步电抗，T_d表示短路时间常数，T_d0为开路时间常数。

5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述将时域下的所述d轴电流进行频域变换，利用帕德逼近，将频域下的d轴电流表示成有理分式的形式，包括：

将时域下的所述d轴电流进行频域变换，基于d轴电压在输入sinc信号后的表达形式、d轴电压、d轴电流与d轴运算电抗的关系及所述d轴运算电抗的表达形式，将频域下的d轴电流表示为多阶幂级数之和；

利用帕德逼近，将表示为多阶幂级数之和形式的d轴电流表示成有理分式的形式。

6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，所述根据d轴电压、d轴电流与d轴运算电抗的关系得到所述d轴运算电抗的有理分式的表达形式，进而确定d轴各阶电抗与对应的时间常数，包括：

根据d轴电流的有理分式表示及d轴电压、d轴电流与d轴运算电抗的关系得到所述d轴运算电抗的有理分式的表达形式；

根据所述d轴运算电抗的有理分式的表达形式及在考虑d轴存在多个阻尼绕组时，所述d轴运算电抗的表达形式确定d轴同步电抗X_d与d轴各阶时间常数T_d与T_d0；

根据所述d轴运算电抗的倒数表达形式及所述d轴运算电抗的有理分式的表达形式确定d轴各阶电抗的值。

7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所述d轴运算电抗的倒数表达形式为：

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