CN114977165A - 基于饱和效应的同步机电磁暂态建模方法、系统及设备 - Google Patents

基于饱和效应的同步机电磁暂态建模方法、系统及设备 Download PDF

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CN114977165A CN202210674163.2A CN202210674163A CN114977165A CN 114977165 A CN114977165 A CN 114977165A CN 202210674163 A CN202210674163 A CN 202210674163A CN 114977165 A CN114977165 A CN 114977165A
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黄冠标
徐原
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Abstract

本发明实施例涉及一种基于饱和效应的同步机电磁暂态建模方法、系统及设备，该方法通过预测同步机的第一转子角速度、第一转子角、第一电流q分量、第一电流d分量、第一磁链转折点d分量、第一磁链转折点q分量和磁链转折数据进行分析处理，得到对应的第二电流q分量、第二电流d分量、第二转子角速度、第二转子角、定子磁链d分量和定子磁链q分量，不仅避免出现同步机旋转电势的历史量和当前量，提高了仿真计算结果的精度，计算的结果能在达到相域模型精度的基础上又能保持dq0模型的计算效率，从而使得该方法的仿真精度高、计算效率快，该基于饱和效应的同步机电磁暂态建模方法能够适合用于工程实际计算的电力系统电磁暂态仿真软件开发。

Description

基于饱和效应的同步机电磁暂态建模方法、系统及设备
技术领域
本发明涉及电磁暂态技术领域，尤其涉及一种基于饱和效应的同步机电磁暂态建模方法、系统及设备。
背景技术
随着新能源、直流输电尤其柔性直流输电的快速推广应用，大网电磁暂态仿真成为一种新的趋势。如何在保证仿真精度的基础上大幅度提高电磁暂态模型和算法的仿真效率是专家学者一直致力研究的课题。
旋转电机作为电磁暂态仿真中一项重要的电气元件，其饱和特性对潮流、静态和暂态稳定以及电磁暂态都有影响。旋转电机的饱和特性是非线性的，精确模拟电机的饱和是非常困难的，如何实现考虑饱和效应的旋转电机高效建模仿真对于整个系统尤其新能源大规模接入系统电磁暂态仿真的精确度和效率至关重要。
发明内容
本发明实施例提供了一种基于饱和效应的同步机电磁暂态建模方法、系统及设备，用于解决现有电磁暂态仿真软件实现饱和效应的旋转电机建模仿真存在仿真精度低、效率低的技术问题。
为了实现上述目的，本发明实施例提供如下技术方案：
一种基于饱和效应的同步机电磁暂态建模方法，包括以下步骤：
S1.采用线性外推法预测同步机某一时刻的第一转子角速度、第一转子角、电枢电流的第一电流q分量、电枢电流的第一电流d分量、磁链转折点的第一磁链转折点d分量和磁链转折点的第一磁链转折点q分量，以及获取同步机处于不饱和状态与饱和状态之间转折点的磁链转折数据；
S2.对所述第一电流q分量和所述第一电流d分量进行处理，得到模拟同步机的第一诺顿电路；通过坐标变换将所述第一诺顿电路从dq0量转换为abc相量形式的第二诺顿电路；
S3.将所述第二诺顿电路中等值电阻矩阵求逆得到等值电导矩阵，并将等值电导矩阵输入网络电导矩阵中进行求解，得到同步机端口的三相电压；
S4.对所述三相电压进行处理，得到同步机电枢电流的第二电流q分量、第二电流d分量和转子电流；以及对所述第二电流q分量、所述第二电流d分量、所述第一磁链转折点d分量和所述第一磁链转折点q分量进行处理，得到同步机的定子磁链d分量、定子磁链q分量和气隙磁链数据；
S5.若所述气隙磁链数据不大于饱和气隙磁链阈值，通过所述第二电流q分量、所述第二电流d分量、所述定子磁链d分量和所述定子磁链q分量在机械系统方程中求解，得到同步机的第二转子角速度和第二转子角；还对所述定子磁链d分量、所述定子磁链q分量和所述磁链转折数据进行处理，得到同步机磁链转折点的第二磁链转折点d分量和第二磁链转折点q分量；
S6.将所述第二电流q分量、所述第二电流d分量、所述第二转子角速度、所述第二转子角、所述第二磁链转折点d分量和所述第二磁链转折点q分量分别与对应的所述第一电流q分量、所述第一电流d分量、所述第一转子角速度、所述第一转子角、所述第一磁链转折点d分量和所述第一磁链转折点q分量计算，得到对应的误差绝对值；若所有的误差绝对值均小于误差允许值，返回步骤S1。
优选地，该基于饱和效应的同步机电磁暂态建模方法包括：若任意一个的所述误差绝对值不小于误差允许值，返回步骤S4。
优选地，对所述第一磁链转折点d分量、所述第一磁链转折点q分量和所述磁链转折数据进行处理，得到同步机磁链转折点的第二磁链转折点d分量和第二磁链转折点q分量包括：
基于同步机的参数数据、所述第一磁链转折点d分量、所述第一磁链转折点q分量、所述第二电流q分量和所述第二电流d分量计算，得到气隙磁链d分量和气隙磁链q分量，采用反三角函数对所述气隙磁链q分量与所述气隙磁链d分量比值计算，得到同步机磁链转折点的磁链转角；
采用三角函数对所述磁链转折数据和所述磁链转角进行计算，得到同步机磁链转折点的第二磁链转折点d分量和第二磁链转折点q分量。
优选地，该基于饱和效应的同步机电磁暂态建模方法包括：若所述气隙磁链数据大于饱和气隙磁链阈值，采用饱和修正参数对所述气隙磁链d分量、所述气隙磁链q分量和所述气隙磁链数据进行修正，得到修改后的定子磁链d分量和定子磁链q分量。
优选地，所述机械系统方程为：
Figure BDA0003695744280000031
Figure BDA0003695744280000032
Figure BDA0003695744280000033
式中，p为同步机的极对数，λq为定子磁链q分量，λd为定子磁链d分量，
Figure BDA0003695744280000034
为第二电流d分量，
Figure BDA0003695744280000035
为第二电流q分量，J为同步机的转动惯量，D为同步机的粘滞和空气摩擦阻尼系数，T为同步机的常数，ω为第二转子角速度，θ为第二转子角，t为仿真时间。
优选地，对所述第一电流q分量和所述第一电流d分量进行处理，得到模拟同步机的第一诺顿电路；通过坐标变换将所述第一诺顿电路从dq0量转换为abc相量形式的第二诺顿电路包括：
获取同步机的定子和转子电压方程，根据定子和转子电压方程采用隐式梯形积分法进行离散处理，得到第一变换方程；
对所述第一变换方程进行派克变换、消去转子变量、dq轴采用平均电阻处理，得到定子侧的戴维南方程；
通过数学变换将所述定子侧的戴维南方程转换为模拟同步机的第一诺顿电路；
采用相量坐标变换公式将所述第一诺顿电路从dq0量转换为abc相量的第二诺顿电路；
其中，所述第一诺顿电路为：
Figure BDA0003695744280000036
Rave＝(Rd+Rq)/2；
Figure BDA0003695744280000037
所述相量坐标变换公式为：
Figure BDA0003695744280000041
式中，
Figure BDA0003695744280000042
为第一电流d分量，
Figure BDA0003695744280000043
为第一电流q分量，Rd、Rq、R0均为定子侧的戴维南方程中电阻矩阵的电阻参数，ed、eq、e0均为定子侧的戴维南方程中电压源矩阵的电压参数，id，source为第一诺顿电路的第一电流d值，iq，source为第一诺顿电路的第二电流q值，i0，source为第一诺顿电路的第三电流0值，θ1为第一转子角，ia，source为第二诺顿电路a相电流源的第一电流，ib，source为第二诺顿电路b相电流源的第二电流，ic，source为第二诺顿电路c相电流源的第三电流。
优选地，对所述三相电压进行处理，得到同步机电枢电流的第二电流q分量、第二电流d分量和转子电流；以及对所述第二电流q分量、所述第二电流d分量、所述第一磁链转折点d分量和所述第一磁链转折点q分量进行处理，得到同步机的定子磁链d分量、定子磁链q分量和气隙磁链数据包括：
对所述三相电压采用派克变换转换得到与所述三相电压对应的dq0轴电压分量；
根据定子侧的戴维南方程的矩阵参数和所述dq0轴电压分量，通过电枢电流计算公式计算得到同步机电枢电流的第二电流q分量和第二电流d分量；
基于同步机的参数数据、所述dq0轴电压分量、所述第二电流q分量和所述第二电流d分量，通过转子电流计算公式计算得到同步机的转子电流；
基于同步机的参数数据以及所述第二电流q分量、所述第二电流d分量、所述第一磁链转折点d分量和所述第一磁链转折点q分量，通过定子磁链dq分量计算公式计算得到同步机的定子磁链d分量、定子磁链q分量和气隙磁链数据；
其中，所述派克变换为：
Figure BDA0003695744280000051
所述电枢电流计算公式为：
Figure BDA0003695744280000052
Rave＝(Rd+Rq)/2；
Figure BDA0003695744280000053
所述转子电流计算公式为：
Figure BDA0003695744280000054
ir＝[if iD ig iQ]T
Figure BDA0003695744280000055
Figure BDA0003695744280000056
Figure BDA0003695744280000057
Figure BDA0003695744280000058
Figure BDA0003695744280000059
所述定子磁链dq分量计算公式为：
λd＝λld+λmd；λq＝λlq+λmq；
Figure BDA00036957442800000510
Figure BDA00036957442800000511
Figure BDA00036957442800000512
式中，
Figure BDA00036957442800000513
为第二电流d分量，
Figure BDA00036957442800000514
为第二电流q分量，Rd、Rq、R0均为定子侧的戴维南方程中电阻矩阵的电阻参数，ed、eq、e0均为定子侧的戴维南方程中电压源矩阵的电压参数，θ1为第一转子角，va为三相电压的a相电压，vb为三相电压的b相电压，vc为三相电压的c相电压，vd为dq0轴电压分量的第一电压d分量，vq为dq0轴电压分量的第二电压q分量，v0为dq0轴电压分量的第三电压0分量，λd为定子磁链d分量，λq为定子磁链q分量，λm为气隙磁链数据，λmd为气隙磁链d分量，λmq为气隙磁链q分量，λlq为漏磁链q分量，λld为漏磁链d分量，Lmd，u为d轴不饱和互电感，Lld为d轴漏电感，Lmq，u为q轴不饱和互电感，Llq为q轴漏电感，λknee1，d为第一磁链转折点d分量，λknee1，q为第一磁链转折点q分量；同步机的参数数据包括同步机的饱和参数b、励磁电流if、直轴阻尼绕组D电流iD、交轴阻尼绕组g电流ig和交轴阻尼绕组Q电流iQ，ir为转子电流矩阵，
Figure BDA0003695744280000061
为同步机的定子自感dq0矩阵，Rs为同步机的定子电阻矩阵，k为2/Δt，
Figure BDA0003695744280000062
为同步机的定转子互感dq0矩阵，
Figure BDA0003695744280000063
Figure BDA0003695744280000064
和
Figure BDA0003695744280000065
分别为上一时步的定子电流、定子电压和定子磁链相域矩阵。
优选地，将所述第二诺顿电路中等值电阻矩阵求逆得到等值电导矩阵，并将等值电导矩阵输入网络电导矩阵中进行求解，得到同步机端口的三相电压包括：在所述第二诺顿电路中等值电阻求逆，得到等值电导矩阵且在时步循环之前将所述等值电导矩阵输入网络电导矩阵中并通过网络求解方程进行求解，得到同步机端口的三相电压；其中，所述网络求解方程为YV＝I，Y为网络电导矩阵，I为第二诺顿电路中电流组成的电流矩阵，V为求解的同步机端口的三相电压组成的电压矩阵。
本申请还提供一种基于饱和效应的同步机电磁暂态建模系统，包括：预测数据模块、第一处理模块、第一计算求解模块、第二处理模块、第二计算求解模块和判断模块；
所述预测数据模块，用于采用线性外推法预测同步机某一时刻的第一转子角速度、第一转子角、电枢电流的第一电流q分量、电枢电流的第一电流d分量、磁链转折点的第一磁链转折点d分量和磁链转折点的第一磁链转折点q分量，以及获取同步机处于不饱和状态与饱和状态之间转折点的磁链转折数据；
所述第一处理模块，用于对所述第一电流q分量和所述第一电流d分量进行处理，得到模拟同步机的第一诺顿电路；通过坐标变换将所述第一诺顿电路从dq0量转换为abc相量形式的第二诺顿电路；
所述第一计算求解模块，用于将所述第二诺顿电路中等值电阻矩阵求逆得到等值电导矩阵，并将等值电导矩阵输入网络电导矩阵中进行求解，得到同步机端口的三相电压；
所述第二处理模块，对所述三相电压进行处理，得到同步机电枢电流的第二电流q分量、第二电流d分量和转子电流；以及对所述第二电流q分量、所述第二电流d分量、所述第一磁链转折点d分量和所述第一磁链转折点q分量进行处理，得到同步机的定子磁链d分量、定子磁链q分量和气隙磁链数据；
所述第二计算求解模块，用于根据所述气隙磁链数据不大于饱和气隙磁链阈值，通过所述第二电流q分量、所述第二电流d分量、所述定子磁链d分量和所述定子磁链q分量在机械系统方程中求解，得到同步机的第二转子角速度和第二转子角；对所述第一磁链转折点d分量、所述第一磁链转折点q分量和所述磁链转折数据进行处理，得到同步机磁链转折点的第二磁链转折点d分量和第二磁链转折点q分量；
所述判断模块，用于将所述第二电流q分量、所述第二电流d分量、所述第二转子角速度、所述第二转子角、所述第二磁链转折点d分量和所述第二磁链转折点q分量分别与对应的所述第一电流q分量、所述第一电流d分量、所述第一转子角速度、所述第一转子角、所述第一磁链转折点d分量和所述第一磁链转折点q分量计算，得到对应的误差绝对值；若所有的误差绝对值均小于误差允许值，输出同步机的第二转子角速度和第二转子角。
本申请还提供一种基于饱和效应的同步机电磁暂态建模设备，包括处理器以及存储器；
所述存储器，用于存储程序代码，并将所述程序代码传输给所述处理器；
所述处理器，用于根据所述程序代码中的指令执行上述所述基于饱和效应的同步机电磁暂态建模方法
从以上技术方案可以看出，本发明实施例具有以下优点：本申请实施例提供的基于饱和效应的同步机电磁暂态建模方法、系统及设备，其方法包括以下步骤：S1.采用线性外推法预测同步机某一时刻的第一转子角速度、第一转子角、电枢电流的第一电流q分量、电枢电流的第一电流d分量、磁链转折点的第一磁链转折点d分量和磁链转折点的第一磁链转折点q分量，以及获取同步机处于不饱和状态与饱和状态之间转折点的磁链转折数据；S2.对第一电流q分量和第一电流d分量进行处理，得到等值电阻并联电流源的第一电流d值、第二电流q值和第三电流0值；对第一电流d值、第二电流值q和第三电流0值进行相量转换，得到对应的第一电流、第二电流和第三电流；S3.将第一电流、第二电流和第三电流输入网络电导矩阵中进行求解，得到与第一电流、第二电流和第三电流对应的第一相电压、第二相电压和第三相电压；S4.对第一相电压、第二相电压和第三相电压进行处理，得到同步机电枢电流的第二电流q分量、第二电流d分量和转子电流；以及对第二电流q分量、第二电流d分量、第一磁链转折点d分量和第一磁链转折点q分量进行处理，得到同步机的定子磁链d分量、定子磁链q分量和气隙磁链数据；S5.若气隙磁链数据不大于饱和气隙磁链阈值，通过第二电流q分量、第二电流d分量、定子磁链d分量和定子磁链q分量在机械系统方程中求解，得到同步机的第二转子角速度和第二转子角；还对定子磁链d分量、定子磁链q分量和磁链转折数据进行处理，得到同步机磁链转折点的第二磁链转折点d分量和第二磁链转折点q分量；S6.将第二电流q分量、第二电流d分量、第二转子角速度、第二转子角第二磁链转折点d分量、第二磁链转折点q分量分别与对应的第一电流q分量、第一电流d分量、第一转子角速度、第一转子角、第一磁链转折点d分量、第一磁链转折点q分量作差处理，得到对应的误差绝对值；若所有的误差绝对值均小于误差允许值，返回步骤S1。该基于饱和效应的同步机电磁暂态建模方法通过预测同步机的第一转子角速度、第一转子角、第一电流q分量、第一电流d分量、第一磁链转折点d分量、第一磁链转折点q分量和磁链转折数据进行分析处理，得到对应的第二电流q分量、第二电流d分量、第二转子角速度、第二转子角、定子磁链d分量和定子磁链q分量，不仅避免出现同步机旋转电势的历史量和当前量，提高了仿真计算结果的精度，计算的结果能在达到相域模型精度的基础上又能保持dq0模型的计算效率，从而使得该基于饱和效应的同步机电磁暂态建模方法的仿真精度高、计算效率快，该基于饱和效应的同步机电磁暂态建模方法能够适合用于工程实际计算的电力系统电磁暂态仿真软件开发，解决了现有电磁暂态仿真软件实现饱和效应的旋转电机建模仿真存在仿真精度低、效率低的技术问题。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。
图1为本申请一实施例所述基于饱和效应的同步机电磁暂态建模方法的步骤流程图；
图2为本申请一实施例所述基于饱和效应的同步机电磁暂态建模方法同步机饱和与不饱和特性状态的磁链折线图；
图3为本申请一实施例所述基于饱和效应的同步机电磁暂态建模系统的框架图。
具体实施方式
为使得本发明的发明目的、特征、优点能够更加的明显和易懂，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，下面所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而非全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。
本申请实施例提供了一种基于饱和效应的同步机电磁暂态建模方法、系统及设备，用于解决现有电磁暂态仿真软件实现饱和效应的旋转电机建模仿真存在仿真精度低、效率低的技术问题。
实施例一：
图1为本申请一实施例所述基于饱和效应的同步机电磁暂态建模方法的步骤流程图。在本申请实施例中，以发动机这类同步机作为案例进行说明。
如图1所示，本申请实施例提供了一种基于饱和效应的同步机电磁暂态建模方法，包括以下步骤：
S1.采用线性外推法预测同步机某一时刻的第一转子角速度、第一转子角、电枢电流的第一电流q分量、电枢电流的第一电流d分量、磁链转折点的第一磁链转折点d分量和磁链转折点的第一磁链转折点q分量，以及获取同步机处于不饱和状态与饱和状态之间转折点的磁链转折数据。
在本申请实施例中，采用线性外推法预测同步机某一时刻的第一转子角速度为：ω1(t)＝2ω1(t-Δt)-ω1(t-2Δt)，t为同步机某一时刻的仿真时间，Δt为仿真步长。之后通过梯形积分法对第一转子角速度进行处理，得到第一转子角。
需要说明的是，梯形积分法的表达式为：
Figure BDA0003695744280000101
在本申请实施例中，采用线性外推法预测某一时刻同步机电枢电流的第一电流q分量和第一电流d分量。
需要说明的是，采用线性外推法预测某一时刻同步机电枢电流的第一电流d分量的表达式为：
Figure BDA0003695744280000102
采用线性外推法预测某一时刻同步机电枢电流的第一电流q分量的表达式为：
Figure BDA0003695744280000103
在本申请实施例中，采用线性外推法预测某一时刻同步机磁链转折点的第一磁链转折点d分量和第一磁链转折点q分量，以及获取同步机处于不饱和状态与饱和状态之间转折点的磁链转折数据λknee。
需要说明的是，采用线性外推法预测某一时刻同步机磁链转折点的第一磁链转折点d分量λknee1，d和第一磁链转折点q分量λknee1，q的表达式为：
λknee1，d(t)＝2λknee1，d(t-Δt)-λknee1，d(t-2Δt)；
λknee1，q(t)＝2λknee1，q(t-Δt)-λknee1，q(t-2Δt)。
S2.对第一电流q分量和第一电流d分量进行处理，得到模拟同步机的第一诺顿电路；通过坐标变换将第一诺顿电路从dq0量转换为abc相量形式的第二诺顿电路。可以理解为对第一电流q分量和第一电流d分量进行处理，得到第一诺顿电路中的第一电流d值、第二电流q值和第三电流0值；对第一电流d值、第二电流值q和所述第三电流0值进行坐标变换，得到第二诺顿电路中abc相量的第一电流、第二电流和第三电流。
需要说明的是，可以是对步骤S1中预测的第一电流q分量和第一电流d分量进行处理，构建同步机的等值第一诺顿电路，从而得到同步机在等值电阻并联电流源情况下第一诺顿电路的第一电流d值、第二电流q值和第三电流0值。之后再将第一电流d值、第二电流q值和第三电流0值从dq0量转换为第二诺顿电路中abc向量的第一电流、第二电流和第三电流。
S3.将第二诺顿电路中等值电阻矩阵求逆得到等值电导矩阵，并将等值电导矩阵输入网络电导矩阵中进行求解，得到同步机端口的三相电压。可以理解为将第一电流、第二电流和第三电流输入网络电导矩阵中进行求解，得到与第一电流、第二电流和第三电流对应的同步机端口的三相电压，三相电压分别为a相电压、b相电压和c相电压。
需要说明的是，将第一电流、第二电流和第三电流输入网络电导矩阵中进行求解过程中包括：在时步循环之前，将第二诺顿电路中等值电阻矩阵求逆，得到等值电导矩阵，然后输入网络电导矩阵中并通过网络求解方程进行求解，得到同步机端口的三相电压；其中，网络求解方程为YV＝I，Y为网络电导矩阵；I为整个网络的历史电流源，其中包含第二诺顿电路中电流组成的电流矩阵；V为整个网络待求节点的三相电压值，其中包含待求解的同步机端口的三相电压组成的电压矩阵。
S4.对三相电压进行处理，得到同步机电枢电流的第二电流q分量、第二电流d分量和转子电流以及对第二电流q分量、第二电流d分量、第一磁链转折点d分量和第一磁链转折点q分量进行处理，得到同步机的定子磁链d分量、定子磁链q分量和气隙磁链数据。
需要说明的是，根据三相电压的a相电压、b相电压和c相电压这三个数据通过派克变换后计算得到同步机电枢电流的第二电流q分量、第二电流d分量和转子电流，还根据第二电流q分量、第二电流d分量、第一磁链转折点d分量和第一磁链转折点q分量以及于同步机的电感参数矩阵中的参数计算得到同步机的定子磁链d分量、定子磁链q分量和气隙磁链数据。
S5.若气隙磁链数据不大于饱和气隙磁链阈值，通过第二电流q分量、第二电流d分量、定子磁链d分量和定子磁链q分量在机械系统方程中求解，得到同步机的第二转子角速度和第二转子角；还对第一磁链转折点d分量、第一磁链转折点q分量和磁链转折数据进行处理，得到同步机磁链转折点的第二磁链转折点d分量和第二磁链转折点q分量。
需要说明的是，主要将步骤S4得到的第二电流q分量、第二电流d分量、定子磁链d分量、定子磁链q分量和转子电流数据输入机械系统方程中，计算得到同步机的第二转子角速度和第二转子角。对第一磁链转折点d分量、第一磁链转折点q分量和磁链转折数据进行处理，得到同步机磁链转折点的第二磁链转折点d分量和第二磁链转折点q分量为步骤S6分析提供数据。在本实施例中，饱和气隙磁链阈值可以根据需求设置，此处不做详细限定。
在本申请实施例中，机械系统方程为
Figure BDA0003695744280000121
Figure BDA0003695744280000122
Figure BDA0003695744280000123
式中，p为同步机的极对数，λq为定子磁链q分量，λd为定子磁链d分量，
Figure BDA0003695744280000124
为第二电流d分量，
Figure BDA0003695744280000125
为第二电流q分量，J为同步机的转动惯量，D为同步机的粘滞和空气摩擦阻尼系数，T为同步机的常数，ω为第二转子角速度，θ为第二转子角，t为仿真时间。其中，T为同步机的功率P0与同步机的初始角速度ωs的比值，即是T＝P0/ωs。
S6.将第二电流q分量、第二电流d分量、第二转子角速度、第二转子角第二磁链转折点d分量、第二磁链转折点q分量分别与对应的第一电流q分量、第一电流d分量、第一转子角速度、第一转子角、第一磁链转折点d分量、第一磁链转折点q分量计算，得到对应的误差绝对值；若所有的误差绝对值均小于误差允许值，返回步骤S1。
主要是将步骤S4和S5中计算得到第二电流q分量、第二电流d分量、第二转子角速度、第二转子角、第二磁链转折点d分量、第二磁链转折点q分量分别与步骤S1中预测的第一电流q分量、第一电流d分量、第一转子角速度、第一转子角、第一磁链转折点d分量、第一磁链转折点q分量对应作差处理，得到对应的误差绝对值，之后判断所有的误差绝对值是否均小于误差允许值，若是，则返回步骤S1，进行下一个同步机电磁暂态建模。若否，则任意一个的误差绝对值不小于误差允许值，返回步骤S4，重新计算第二电流q分量、第二电流d分量、第二转子角速度、第二转子角、第二磁链转折点d分量、第二磁链转折点q分量。
本申请提供的一种基于饱和效应的同步机电磁暂态建模方法，包括以下步骤：S1.采用线性外推法预测同步机某一时刻的第一转子角速度、第一转子角、电枢电流的第一电流q分量、电枢电流的第一电流d分量、磁链转折点的第一磁链转折点d分量和磁链转折点的第一磁链转折点q分量，以及获取同步机处于不饱和状态与饱和状态之间转折点的磁链转折数据；S2.对第一电流q分量和第一电流d分量进行处理，得到模拟同步机的第一诺顿电路；通过坐标变换将第一诺顿电路从dq0量转换为abc相量形式的第二诺顿电路；S3.将第二诺顿电路中等值电阻矩阵求逆得到等值电导矩阵，并将等值电导矩阵输入网络电导矩阵中进行求解，得到同步机端口的三相电压；S4.对三相电压进行处理，得到同步机电枢电流的第二电流q分量、第二电流d分量和转子电流；以及对第二电流q分量、第二电流d分量、第一磁链转折点d分量和第一磁链转折点q分量进行处理，得到同步机的定子磁链d分量、定子磁链q分量和气隙磁链数据；S5.若气隙磁链数据不大于饱和气隙磁链阈值，通过第二电流q分量、第二电流d分量、定子磁链d分量和定子磁链q分量在机械系统方程中求解，得到同步机的第二转子角速度和第二转子角；还对定子磁链d分量、定子磁链q分量和磁链转折数据进行处理，得到同步机磁链转折点的第二磁链转折点d分量和第二磁链转折点q分量；S6.将第二电流q分量、第二电流d分量、第二转子角速度、第二转子角第二磁链转折点d分量、第二磁链转折点q分量分别与对应的第一电流q分量、第一电流d分量、第一转子角速度、第一转子角、第一磁链转折点d分量、第一磁链转折点q分量计算，得到对应的误差绝对值；若所有的误差绝对值均小于误差允许值，返回步骤S1。该基于饱和效应的同步机电磁暂态建模方法通过预测同步机的第一转子角速度、第一转子角、第一电流q分量、第一电流d分量、第一磁链转折点d分量、第一磁链转折点q分量和磁链转折数据进行分析处理，得到对应的第二电流q分量、第二电流d分量、第二转子角速度、第二转子角、定子磁链d分量和定子磁链q分量，不仅避免出现同步机旋转电势的历史量和当前量，提高了仿真计算结果的精度，计算的结果能在达到相域模型精度的基础上又能保持dq0模型的计算效率，从而使得该基于饱和效应的同步机电磁暂态建模方法的仿真精度高、计算效率快，该基于饱和效应的同步机电磁暂态建模方法能够适合用于工程实际计算的电力系统电磁暂态仿真软件开发，解决了现有电磁暂态仿真软件实现饱和效应的旋转电机建模仿真存在仿真精度低、效率低的技术问题。
在本申请的一个实施例中，对第一电流q分量和第一电流d分量进行处理，得到模拟同步机的第一诺顿电路；通过坐标变换将第一诺顿电路从dq0量转换为abc相量形式的第二诺顿电路包括：
获取同步机的定子和转子电压方程，根据定子和转子电压方程采用隐式梯形积分法进行离散处理，得到第一变换方程；
对第一变换方程进行派克变换、消去转子变量、dq轴采用平均电阻处理，得到定子侧的戴维南方程；
通过数学变换将定子侧的戴维南方程转换为模拟同步机的第一诺顿电路；
采用相量坐标变换公式将第一诺顿电路从dq0量转换为abc相量的第二诺顿电路；
其中，第一诺顿电路方程为：
Figure BDA0003695744280000141
Rave＝(Rd+Rq)/2；
Figure BDA0003695744280000142
相量转换公式为：
Figure BDA0003695744280000151
式中，
Figure BDA0003695744280000152
为第一电流d分量，
Figure BDA0003695744280000153
为第一电流q分量，Rd、Rq、R0均为定子侧的戴维南方程中电阻矩阵的电阻参数，ed、eq、e0均为定子侧的戴维南方程中电压源矩阵的电压参数，id，source为第一电流d值，iq，source为第二电流q值，i0，source为第三电流0值，θ1为第一转子角，ia，source为第一电流，ib，source为第二电流，ic，source为第三电流。
在本申请实施例中，获取同步机的定子和转子电压方程和磁链方程并对定子和转子电压方程采用隐式梯形积分法进行离散处理，得到第一变换方程；对第一变换方程进行派克变换、消去转子变量，得到定子侧的戴维南方程。
需要说明的是，定子和转子电压方程为：
Figure BDA0003695744280000154
磁链方程为：
Figure BDA0003695744280000155
Figure BDA0003695744280000156
Figure BDA0003695744280000157
第一变换方程为：
Figure BDA0003695744280000161
Figure BDA0003695744280000162
Figure BDA0003695744280000163
Figure BDA0003695744280000164
定子侧的戴维南方程为：
Figure BDA0003695744280000165
Figure BDA0003695744280000166
Figure BDA0003695744280000167
式中，
Figure BDA0003695744280000168
分别为同步机相域矩阵的定子电压、电流、磁链参数，vr、ir、λr分别为同步机磁链矩阵的定子电压、电流、磁链参数，Rs、Rr分别为同步机的定子电阻和转子电阻，L(θ1)为同步机中与第一转子角相关的电感，Lss、Lrr分别为同步机的自感矩阵中定子电感和转子电感，Lsr、Lrs分别为同步机的互感矩阵中定子电感和转子电感，k为2/Δt，带^的变量均为该变量上一时步的值，即历史量，Rdq0、edq0分别为定子侧的戴维南方程中电阻矩阵和串联的电压源矩阵，
Figure BDA0003695744280000169
分别为同步机定子饱和磁链转折点的相域值和其对应的dq0分量，λrk为同步机转子饱和磁链转折点的相域值。其中，
Figure BDA00036957442800001610
中
Figure BDA00036957442800001611
从网络解的历史量直接获得，
Figure BDA00036957442800001612
和
Figure BDA00036957442800001613
通过电流和磁链dq0变量的历史量通过派克变换求得，vr采用上一时刻的值。
在本申请实施例中，对第一变换方程进行派克变换得到第二变换方程，之后对第二变换方程中的转子变量消去，得到定子侧的戴维南方程。
需要说明的是，第二变换方程为：
Figure BDA00036957442800001614
Figure BDA00036957442800001615
式中，
Figure BDA0003695744280000171
分别为同步机的定子电压dq0矩阵和定子电流dq0矩阵，
Figure BDA0003695744280000172
为同步机的定子自感dq0矩阵，
Figure BDA0003695744280000173
分别为同步机的定转子互感dq0矩阵和转子互感dq0矩阵。
图2为本申请一实施例所述基于饱和效应的同步机电磁暂态建模方法同步机饱和与不饱和特性状态的磁链折线图。
在本申请的一个实施例中，同步机的电感矩阵Ldq0的表达式为：
Figure BDA0003695744280000174
式中，b为同步机的饱和参数，Lmd，u为d轴不饱和互电感，Lld为d轴漏电感，Lmq，u为q轴不饱和互电感，Llq为q轴漏电感，LlQ为同步机交轴阻尼绕组Q的漏电感，Llg为同步机交轴阻尼绕组g的漏电感，Llf为同步机励磁绕组的漏电感。
需要说明的是，如图2所示，同步机的电感矩阵Ldq0的表达式中的b在同步机饱和时为Mslope/Mdu，不饱和时b为1，同步机的空载饱和曲线采用两段斜率的折线近似，不饱和与饱和时斜率分别为Mdu和Mslope。这里下标m表示互感值，u表示不饱和值，d、q、0分别表示dq0轴分量。
在本申请实施例中，上述得到的定子侧的戴维南方程是在一个dq0模型下的，为了避免产生一个时变的非对称的3×3电阻性矩阵，提高计算精度，在dq轴采用平均电阻，得到修改后的转换到定子侧的戴维南方程。转换后的第二诺顿电路为：
Figure BDA0003695744280000175
在本申请的一个实施例中，对三相电压进行处理，得到同步机电枢电流的第二电流q分量、第二电流d分量和转子电流；以及对第二电流q分量、第二电流d分量、第一磁链转折点d分量和第一磁链转折点q分量进行处理，得到同步机的定子磁链d分量、定子磁链q分量和气隙磁链数据包括：
对三相电压采用派克变换转换得到与三相电压对应的dq0轴电压分量；
根据定子侧的戴维南方程的矩阵参数和dq0轴电压分量，通过电枢电流计算公式计算得到同步机电枢电流的第二电流q分量和第二电流d分量；
基于同步机的参数数据、dq0轴电压分量、第二电流q分量和第二电流d分量，通过转子电流计算公式计算得到同步机的转子电流；
基于同步机的参数数据以及第二电流q分量、第二电流d分量第一磁链转折点d分量和第一磁链转折点q分量，通过定子磁链dq分量计算公式计算得到同步机的定子磁链d分量、定子磁链q分量和气隙磁链数据；
其中，派克变换为：
Figure BDA0003695744280000181
电枢电流计算公式为：
Figure BDA0003695744280000182
Rave＝(Rd+Rq)/2；
Figure BDA0003695744280000183
转子电流计算公式为：
Figure BDA0003695744280000184
Figure BDA0003695744280000185
Figure BDA0003695744280000186
Figure BDA0003695744280000187
Figure BDA0003695744280000188
Figure BDA0003695744280000191
Figure BDA0003695744280000192
定子磁链dq分量计算公式为：
λd＝λld+λmd；λq＝λlq+λmq；
Figure BDA0003695744280000193
Figure BDA0003695744280000194
Figure BDA0003695744280000195
式中，
Figure BDA0003695744280000196
为第二电流d分量，
Figure BDA0003695744280000197
为第二电流q分量，Rd、Rq、R0均为定子侧的戴维南方程中电阻矩阵的电阻参数，ed、eq、e0均为定子侧的戴维南方程中电压源矩阵的电压参数，θ1为第一转子角，va为三相电压的a相电压，vb为三相电压的b相电压，vc为三相电压的c相电压，vd为dq0轴电压分量的第一电压d分量，vq为dq0轴电压分量的第二电压q分量，v0为dq0轴电压分量的第三电压0分量，λd为定子磁链d分量，λq为定子磁链q分量，λm为气隙磁链数据，λmd为气隙磁链d分量，λmq为气隙磁链q分量，λlq为漏磁链q分量，λld为漏磁链d分量，Lmd，u为d轴不饱和互电感，Lld为d轴漏电感，Lmq，u为q轴不饱和互电感，Llq为q轴漏电感，λknee1，d为第一磁链转折点d分量，λknee1，q为第一磁链转折点q分量；同步机的参数数据包括同步机的饱和参数b、励磁电流if、直轴阻尼绕组D电流iD、交轴阻尼绕组g电流ig和交轴阻尼绕组Q电流iQ，ir为转子电流矩阵，
Figure BDA0003695744280000198
为同步机的定子自感dq0矩阵，Rs为同步机的定子电阻矩阵，k为2/Δt，
Figure BDA0003695744280000199
为同步机的定转子互感dq0矩阵，
Figure BDA00036957442800001910
Figure BDA00036957442800001911
和
Figure BDA00036957442800001912
分别为上一时步的定子电流、定子电压和定子磁链相域矩阵。
在本申请实施例中，在步骤S3中，根据定子侧的戴维南方程构建等值电阻矩阵Requiv，该基于饱和效应的同步机电磁暂态建模方法通过对该等值电阻矩阵求逆，得到等值电导矩阵，且在仿真时步循环之前一次性将第一电流、第二电流和第三电流以及等值电导矩阵输入网络方程中并通过网络求解方程进行求解，得到a相电压、b相电压和c相电压。
需要说明的是，等值电阻矩阵为：
Figure BDA0003695744280000201
在本申请的一个实施例中，对第一磁链转折点d分量、第一磁链转折点q分量和磁链转折数据进行处理，得到同步机磁链转折点的第二磁链转折点d分量和第二磁链转折点q分量包括：
基于同步机的参数数据、第一磁链转折点d分量、第一磁链转折点q分量、第二电流q分量和第二电流d分量计算，得到气隙磁链d分量和气隙磁链q分量，采用反三角函数对气隙磁链q分量与气隙磁链d分量比值计算，得到同步机磁链转折点的磁链转角；
采用三角函数对磁链转折数据和磁链转角进行计算，得到同步机磁链转折点的第二磁链转折点d分量和第二磁链转折点q分量。
需要说明的是，计算气隙磁链d分量λmd和气隙磁链q分量λmq的表达式分别为：
Figure BDA0003695744280000202
计算磁链转角β的反三角函数表达式为：β＝tan-1(λmq/λmd)。计算同步机磁链转折点的第二磁链转折点d分量λknee2，d和第二磁链转折点q分量λknee2，q的表达式分别为：
λknee2，d＝λkneecosβ，λknee2，q＝λkneesinβ，λknee为磁链转折数据。
其中，
Figure BDA0003695744280000203
λrk＝[λknee，d λknee，d λknee，q λknee，q]T。
在本申请实施例中，该基于饱和效应的同步机电磁暂态建模方法包括：若气隙磁链数据大于饱和气隙磁链阈值，采用饱和修正参数对气隙磁链d分量、气隙磁链q分量和气隙磁链数据进行修正，得到修改后的定子磁链d分量和定子磁链q分量。
需要说明的是，当气隙磁链数据大于饱和气隙磁链阈值，说明同步机进入饱和状态，此时同步机的饱和参数b取值为同步机饱和时的值，即是图2中的b＝Mslope/Mdu。根据饱和参数b修正同步机的电感矩阵Ldq0，得到修正后的Lmd，u和Lmq，u这两个参数数值，采用修正后的数据在气隙磁链d分量λmd和气隙磁链q分量λmq的表达式中计算得到修正后的气隙磁链d分量λmd和气隙磁链q分量λmq，从而得到修正后的气隙磁链数据，实现对气隙磁链数据的修正。
在本申请实施例中，该基于饱和效应的同步机电磁暂态建模方法通过步骤S2仅需要预测电枢电流和磁链转折点的dq分量即可建立同步机等值诺顿电路，不需要预测旋转电势，避免了预测值带来的累计误差，从而提高了仿真精度。通过步骤S2和步骤S3能够将同步机的相域离散模型进行派克变换，保证同步机等值诺顿电路中等值电阻矩阵是常数，并仅在同步机进出饱和状态时更改等值电阻矩阵并重新进行三角分解得到气隙磁链数据，从而保持了同步机dq0模型的计算效率。通过步骤S5只有在气隙磁链数据不大于饱和气隙磁链阈值情况下才进行下一步仿真，与不考虑饱和的同步机电磁暂态建模相比，该基于饱和效应的同步机电磁暂态建模方法考虑饱和的同步机的情况，提高了同步机电磁稳态和暂态建模精度。
实施例二：
图3为本申请一实施例所述基于饱和效应的同步机电磁暂态建模系统的框架图。
如图3所示，本申请还提供一种基于饱和效应的同步机电磁暂态建模系统，包括预测数据模块10、第一处理模块20、第一计算求解模块30、第二处理模块40、第二计算求解模块50和判断模块60；
预测数据模块10，用于采用线性外推法预测同步机某一时刻的第一转子角速度、第一转子角、电枢电流的第一电流q分量、电枢电流的第一电流d分量、磁链转折点的第一磁链转折点d分量和磁链转折点的第一磁链转折点q分量，以及获取同步机处于不饱和状态与饱和状态之间转折点的磁链转折数据；
第一处理模块20，用于对第一电流q分量和第一电流d分量进行处理，得到模拟同步机的第一诺顿电路；通过坐标变换将第一诺顿电路从dq0量转换为abc相量形式的第二诺顿电路；
第一计算求解模块30，用于将第二诺顿电路中等值电阻矩阵求逆得到等值电导矩阵，并将等值电导矩阵输入网络电导矩阵中进行求解，得到同步机端口的三相电压；
第二处理模块40，用于对三相电压进行处理，得到同步机电枢电流的第二电流q分量、第二电流d分量和转子电流；以及对第二电流q分量、第二电流d分量、第一磁链转折点d分量和第一磁链转折点q分量进行处理，得到同步机的定子磁链d分量、定子磁链q分量和气隙磁链数据；
第二计算求解模块50，用于根据气隙磁链数据不大于饱和气隙磁链阈值，通过第二电流q分量、第二电流d分量、定子磁链d分量和定子磁链q分量在机械系统方程中求解，得到同步机的第二转子角速度和第二转子角；对第一磁链转折点d分量、第一磁链转折点q分量和磁链转折数据进行处理，得到同步机磁链转折点的第二磁链转折点d分量和第二磁链转折点q分量；
判断模块60，用于将第二电流q分量、第二电流d分量、第二转子角速度、第二转子角、第二磁链转折点d分量和第二磁链转折点q分量分别与对应的第一电流q分量、第一电流d分量、第一转子角速度、第一转子角、第一磁链转折点d分量和第一磁链转折点q分量计算，得到对应的误差绝对值；若所有的误差绝对值均小于误差允许值，输出同步机的第二转子角速度和第二转子角。
在本申请实施例中，机械系统方程为：
Figure BDA0003695744280000221
Figure BDA0003695744280000222
Figure BDA0003695744280000223
式中，p为同步机的极对数，λq为定子磁链q分量，λd为定子磁链d分量，
Figure BDA0003695744280000231
为第二电流d分量，
Figure BDA0003695744280000232
为第二电流q分量，J为同步机的转动惯量，D为同步机的粘滞和空气摩擦阻尼系数，T为同步机的常数，ω为第二转子角速度，θ为第二转子角，t为仿真时间。
需要说明的是，实施例二系统中模块的内容已在实施例一方法中步骤的内容详细阐述了，此处不再对实施例二系统中模块的内容进行详细阐述。
实施例三：
本申请还提供一种基于饱和效应的同步机电磁暂态建模设备，包括处理器以及存储器；
存储器，用于存储程序代码，并将程序代码传输给处理器；
处理器，用于根据程序代码中的指令执行上述的基于饱和效应的同步机电磁暂态建模方法。
需要说明的是，该基于饱和效应的同步机电磁暂态建模方法已在实施例一中详细描述了，此处不作详细阐述。处理器用于根据所程序代码中的指令执行上述的一种基于饱和效应的同步机电磁暂态建模方法实施例中的步骤。或者，处理器执行计算机程序时实现上述各系统/装置实施例中各模块/单元的功能。
示例性的，计算机程序可以被分割成一个或多个模块/单元，一个或者多个模块/单元被存储在存储器中，并由处理器执行，以完成本申请。一个或多个模块/单元可以是能够完成特定功能的一系列计算机程序指令段，该指令段用于描述计算机程序在终端设备中的执行过程。
终端设备可以是桌上型计算机、笔记本、掌上电脑及云端服务器等计算设备。终端设备可包括，但不仅限于，处理器、存储器。本领域技术人员可以理解，并不构成对终端设备的限定，可以包括比图示更多或更少的部件，或者组合某些部件，或者不同的部件，例如终端设备还可以包括输入输出设备、网络接入设备、总线等。
所称处理器可以是中央处理单元(Central Processing Unit，CPU)，还可以是其他通用处理器、数字信号处理器(Digital Signal Processor，DSP)、专用集成电路(Application Specific Integrated Circuit，ASIC)、现成可编程门阵列(Field-Programmable Gate Array，FPGA)或者其他可编程逻辑器件、分立门或者晶体管逻辑器件、分立硬件组件等。通用处理器可以是微处理器或者该处理器也可以是任何常规的处理器等。
存储器可以是终端设备的内部存储单元，例如终端设备的硬盘或内存。存储器也可以是终端设备的外部存储设备，例如终端设备上配备的插接式硬盘，智能存储卡(SmartMedia Card，SMC)，安全数字(Secure Digital，SD)卡，闪存卡(Flash Card)等。进一步地，存储器还可以既包括终端设备的内部存储单元也包括外部存储设备。存储器用于存储计算机程序以及终端设备所需的其他程序和数据。存储器还可以用于暂时地存储已经输出或者将要输出的数据。
所属领域的技术人员可以清楚地了解到，为描述的方便和简洁，上述描述的系统，装置和单元的具体工作过程，可以参考前述方法实施例中的对应过程，在此不再赘述。
在本申请所提供的几个实施例中，应该理解到，所揭露的系统，装置和方法，可以通过其它的方式实现。例如，以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，例如，所述单元的划分，仅仅为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式，例如多个单元或组件可以结合或者可以集成到另一个系统，或一些特征可以忽略，或不执行。另一点，所显示或讨论的相互之间的耦合或直接耦合或通信连接可以是通过一些接口，装置或单元的间接耦合或通信连接，可以是电性，机械或其它的形式。
所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部单元来实现本实施例方案的目的。
另外，在本发明各个实施例中的各功能单元可以集成在一个处理单元中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以两个或两个以上单元集成在一个单元中。上述集成的单元既可以采用硬件的形式实现，也可以采用软件功能单元的形式实现。
所述集成的单元如果以软件功能单元的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个计算机可读取存储介质中。基于这样的理解，本发明的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分或者该技术方案的全部或部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)执行本发明各个实施例所述方法的全部或部分步骤。而前述的存储介质包括：U盘、移动硬盘、只读存储器(ROM，Read-OnlyMemory)、随机存取存储器(RAM，Random Access Memory)、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。
以上所述，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (10)

1.一种基于饱和效应的同步机电磁暂态建模方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1.采用线性外推法预测同步机某一时刻的第一转子角速度、第一转子角、电枢电流的第一电流q分量、电枢电流的第一电流d分量、磁链转折点的第一磁链转折点d分量和磁链转折点的第一磁链转折点q分量，以及获取同步机处于不饱和状态与饱和状态之间转折点的磁链转折数据；
S2.对所述第一电流q分量和所述第一电流d分量进行处理，得到模拟同步机的第一诺顿电路；通过坐标变换将所述第一诺顿电路从dq0量转换为abc相量形式的第二诺顿电路；
S3.将所述第二诺顿电路中等值电阻矩阵求逆得到等值电导矩阵，并将等值电导矩阵输入网络电导矩阵中进行求解，得到同步机端口的三相电压；
S4.对所述三相电压进行处理，得到同步机电枢电流的第二电流q分量、第二电流d分量和转子电流；以及对所述第二电流q分量、所述第二电流d分量、所述第一磁链转折点d分量和所述第一磁链转折点q分量进行处理，得到同步机的定子磁链d分量、定子磁链q分量和气隙磁链数据；
S5.若所述气隙磁链数据不大于饱和气隙磁链阈值，通过所述第二电流q分量、所述第二电流d分量、所述定子磁链d分量和所述定子磁链q分量在机械系统方程中求解，得到同步机的第二转子角速度和第二转子角；还对所述定子磁链d分量、所述定子磁链q分量和所述磁链转折数据进行处理，得到同步机磁链转折点的第二磁链转折点d分量和第二磁链转折点q分量；
S6.将所述第二电流q分量、所述第二电流d分量、所述第二转子角速度、所述第二转子角、所述第二磁链转折点d分量和所述第二磁链转折点q分量分别与对应的所述第一电流q分量、所述第一电流d分量、所述第一转子角速度、所述第一转子角、所述第一磁链转折点d分量和所述第一磁链转折点q分量计算，得到对应的误差绝对值；若所有的误差绝对值均小于误差允许值，返回步骤S1。
2.根据权利要求1所述基于饱和效应的同步机电磁暂态建模方法，其特征在于，包括：若任意一个的所述误差绝对值不小于误差允许值，返回步骤S4。
3.根据权利要求1所述基于饱和效应的同步机电磁暂态建模方法，其特征在于，对所述第一磁链转折点d分量、所述第一磁链转折点q分量和所述磁链转折数据进行处理，得到同步机磁链转折点的第二磁链转折点d分量和第二磁链转折点q分量包括：
基于同步机的参数数据、所述第一磁链转折点d分量、所述第一磁链转折点q分量、所述第二电流q分量和所述第二电流d分量计算，得到气隙磁链d分量和气隙磁链q分量，采用反三角函数对所述气隙磁链q分量与所述气隙磁链d分量比值计算，得到同步机磁链转折点的磁链转角；
采用三角函数对所述磁链转折数据和所述磁链转角进行计算，得到同步机磁链转折点的第二磁链转折点d分量和第二磁链转折点q分量。
4.根据权利要求3所述基于饱和效应的同步机电磁暂态建模方法，其特征在于，包括：若所述气隙磁链数据大于饱和气隙磁链阈值，采用饱和修正参数对所述气隙磁链d分量、所述气隙磁链q分量和所述气隙磁链数据进行修正，得到修改后的定子磁链d分量和定子磁链q分量。
5.根据权利要求1所述基于饱和效应的同步机电磁暂态建模方法，其特征在于，所述机械系统方程为：
Figure FDA0003695744270000021
Figure FDA0003695744270000022
Figure FDA0003695744270000023
式中，p为同步机的极对数，λq为定子磁链q分量，λd为定子磁链d分量，
Figure FDA0003695744270000024
为第二电流d分量，
Figure FDA0003695744270000025
为第二电流q分量，J为同步机的转动惯量，D为同步机的粘滞和空气摩擦阻尼系数，T为同步机的常数，ω为第二转子角速度，θ为第二转子角，t为仿真时间。
6.根据权利要求1所述基于饱和效应的同步机电磁暂态建模方法，其特征在于，对所述第一电流q分量和所述第一电流d分量进行处理，得到模拟同步机的第一诺顿电路；通过坐标变换将所述第一诺顿电路从dq0量转换为abc相量形式的第二诺顿电路包括：
获取同步机的定子和转子电压方程，根据定子和转子电压方程采用隐式梯形积分法进行离散处理，得到第一变换方程；
对所述第一变换方程进行派克变换、消去转子变量、dq轴采用平均电阻处理，得到定子侧的戴维南方程；
通过数学变换将所述定子侧的戴维南方程转换为模拟同步机的第一诺顿电路；
采用相量坐标变换公式将所述第一诺顿电路从dq0量转换为abc相量的第二诺顿电路；
其中，所述第一诺顿电路为：
Figure FDA0003695744270000031
Rave＝(Rd+Rq)/2；
Figure FDA0003695744270000032
所述相量坐标变换公式为：
Figure FDA0003695744270000033
式中，
Figure FDA0003695744270000034
为第一电流d分量，
Figure FDA0003695744270000035
为第一电流q分量，Rd、Rq、R0均为定子侧的戴维南方程中电阻矩阵的电阻参数，ed、eq、e0均为定子侧的戴维南方程中电压源矩阵的电压参数，id，source为第一诺顿电路的第一电流d值，iq，source为第一诺顿电路的第二电流q值，i0，source为第一诺顿电路的第三电流0值，θ1为第一转子角，ia，source为第二诺顿电路a相电流源的第一电流，ib，source为第二诺顿电路b相电流源的第二电流，ic，source为第二诺顿电路c相电流源的第三电流。
7.根据权利要求1所述基于饱和效应的同步机电磁暂态建模方法，其特征在于，对所述三相电压进行处理，得到同步机电枢电流的第二电流q分量、第二电流d分量和转子电流；以及对所述第二电流q分量、所述第二电流d分量、所述第一磁链转折点d分量和所述第一磁链转折点q分量进行处理，得到同步机的定子磁链d分量、定子磁链q分量和气隙磁链数据包括：
对所述三相电压采用派克变换转换得到与所述三相电压对应的dq0轴电压分量；
根据定子侧的戴维南方程的矩阵参数和所述dq0轴电压分量，通过电枢电流计算公式计算得到同步机电枢电流的第二电流q分量和第二电流d分量；
基于同步机的参数数据、所述dq0轴电压分量、所述第二电流q分量和所述第二电流d分量，通过转子电流计算公式计算得到同步机的转子电流；
基于同步机的参数数据以及所述第二电流q分量、所述第二电流d分量、所述第一磁链转折点d分量和所述第一磁链转折点q分量，通过定子磁链dq分量计算公式计算得到同步机的定子磁链d分量、定子磁链q分量和气隙磁链数据；
其中，所述派克变换为：
Figure FDA0003695744270000041
所述电枢电流计算公式为：
Figure FDA0003695744270000042
Rave＝(Rd+Rq)/2；
Figure FDA0003695744270000043
所述转子电流计算公式为：
Figure FDA0003695744270000044
ir＝[if iD ig iQ]T
Figure FDA0003695744270000045
Figure FDA0003695744270000046
Figure FDA0003695744270000047
Figure FDA0003695744270000051
Figure FDA0003695744270000052
所述定子磁链dq分量计算公式为：
λd＝λld+λmd；λq＝λlq+λmq；
Figure FDA0003695744270000053
Figure FDA0003695744270000054
λmd＝bLmd，
Figure FDA0003695744270000055
Figure FDA0003695744270000056
λmq＝bLmq，
Figure FDA0003695744270000057
式中，
Figure FDA0003695744270000058
为第二电流d分量，
Figure FDA0003695744270000059
为第二电流q分量，Rd、Rq、R0均为定子侧的戴维南方程中电阻矩阵的电阻参数，ed、eq、e0均为定子侧的戴维南方程中电压源矩阵的电压参数，θ1为第一转子角，va为三相电压的a相电压，vb为三相电压的b相电压，vc为三相电压的c相电压，vd为dq0轴电压分量的第一电压d分量，vq为dq0轴电压分量的第二电压q分量，v0为dq0轴电压分量的第三电压0分量，λd为定子磁链d分量，λq为定子磁链q分量，λm为气隙磁链数据，λmd为气隙磁链d分量，λmq为气隙磁链q分量，λlq为漏磁链q分量，λld为漏磁链d分量，Lmd，u为d轴不饱和互电感，Lld为d轴漏电感，Lmq，u为q轴不饱和互电感，Llq为q轴漏电感，λknee1，d为第一磁链转折点d分量，λknee1，q为第一磁链转折点q分量；同步机的参数数据包括同步机的饱和参数b、励磁电流if、直轴阻尼绕组D电流iD、交轴阻尼绕组g电流ig和交轴阻尼绕组Q电流iQ，ir为转子电流矩阵，
Figure FDA00036957442700000510
为同步机的定子自感dq0矩阵，Rs为同步机的定子电阻矩阵，k为2/Δt，
Figure FDA00036957442700000511
为同步机的定转子互感dq0矩阵，
Figure FDA00036957442700000512
Figure FDA00036957442700000513
和
Figure FDA00036957442700000514
分别为上一时步的定子电流、定子电压和定子磁链相域矩阵。
8.根据权利要求1所述基于饱和效应的同步机电磁暂态建模方法，其特征在于，将所述第二诺顿电路中等值电阻矩阵求逆得到等值电导矩阵，并将等值电导矩阵输入网络电导矩阵中进行求解，得到同步机端口的三相电压包括：在所述第二诺顿电路中等值电阻求逆，得到等值电导矩阵且在时步循环之前将所述等值电导矩阵输入网络电导矩阵中并通过网络求解方程进行求解，得到同步机端口的三相电压；其中，所述网络求解方程为YV＝I，Y为网络电导矩阵，I为第二诺顿电路中电流组成的电流矩阵，V为求解的同步机端口的三相电压组成的电压矩阵。
9.一种基于饱和效应的同步机电磁暂态建模系统，其特征在于，包括：预测数据模块、第一处理模块、第一计算求解模块、第二处理模块、第二计算求解模块和判断模块；
所述预测数据模块，用于采用线性外推法预测同步机某一时刻的第一转子角速度、第一转子角、电枢电流的第一电流q分量、电枢电流的第一电流d分量、磁链转折点的第一磁链转折点d分量和磁链转折点的第一磁链转折点q分量，以及获取同步机处于不饱和状态与饱和状态之间转折点的磁链转折数据；
所述第一处理模块，用于对所述第一电流q分量和所述第一电流d分量进行处理，得到模拟同步机的第一诺顿电路；通过坐标变换将所述第一诺顿电路从dq0量转换为abc相量形式的第二诺顿电路；
所述第一计算求解模块，用于将所述第二诺顿电路中等值电阻矩阵求逆得到等值电导矩阵，并将等值电导矩阵输入网络电导矩阵中进行求解，得到同步机端口的三相电压；
所述第二处理模块，用于对所述三相电压进行处理，得到同步机电枢电流的第二电流q分量、第二电流d分量和转子电流；以及对所述第二电流q分量、所述第二电流d分量、所述第一磁链转折点d分量和所述第一磁链转折点q分量进行处理，得到同步机的定子磁链d分量、定子磁链q分量和气隙磁链数据；
所述第二计算求解模块，用于根据所述气隙磁链数据不大于饱和气隙磁链阈值，通过所述第二电流q分量、所述第二电流d分量、所述定子磁链d分量和所述定子磁链q分量在机械系统方程中求解，得到同步机的第二转子角速度和第二转子角；对所述第一磁链转折点d分量、所述第一磁链转折点q分量和所述磁链转折数据进行处理，得到同步机磁链转折点的第二磁链转折点d分量和第二磁链转折点q分量；
所述判断模块，用于将所述第二电流q分量、所述第二电流d分量、所述第二转子角速度、所述第二转子角、所述第二磁链转折点d分量和所述第二磁链转折点q分量分别与对应的所述第一电流q分量、所述第一电流d分量、所述第一转子角速度、所述第一转子角、所述第一磁链转折点d分量和所述第一磁链转折点q分量计算，得到对应的误差绝对值；若所有的误差绝对值均小于误差允许值，输出同步机的第二转子角速度和第二转子角。
10.一种基于饱和效应的同步机电磁暂态建模设备，其特征在于，包括处理器以及存储器；
所述存储器，用于存储程序代码，并将所述程序代码传输给所述处理器；
所述处理器，用于根据所述程序代码中的指令执行如权利要求1-8任意一项所述基于饱和效应的同步机电磁暂态建模方法。
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