[发明专利]双轴励磁同步发电机的2S-DIRK电磁暂态建模方法

权利要求书

1.一种基于2级2阶对角隐式龙格库塔积分的双轴励磁同步发电机电磁暂态建模方法，其特征在于包括如下步骤：

步骤S1：使用线性外插法，预测电机运行参数；检测双轴励磁同步发电机使用隐式梯形积分进行电磁暂态计算的结果，判断是否发生数值振荡；若发生数值振荡，转到步骤S2；若无数值振荡，确定双轴励磁同步发电机定子侧的戴维南等效电路，转到步骤S3；

步骤S2：对双轴励磁同步发电机使用2S-DIRK积分进行电磁暂态计算，获得双轴励磁同步发电机定子侧的戴维南等效电路，转到步骤S3；

步骤S3:由双通道励磁控制方程计算当前时刻t的励磁电压值，代入定子侧的戴维南等效电路后，戴维南等效电路经派克逆变换转到abc坐标系，与外部网络相连；

步骤S4：根据步骤S1判断结果，使用隐式梯形积分或2S-DIRK对转子运动方程差分，计算当前时刻t发电机电磁转矩与转速，并判断转速是否收敛于预测值；若不收敛，对原转速预测值进行修正获取新的转速预测值，并重新计算电磁转矩及转速，直至所得转速收敛于预测值；保存该时刻所得数据。

2.根据权利要求1所述的基于2级2阶对角隐式龙格库塔积分的双轴励磁同步发电机电磁暂态建模方法其特征在于：在所述步骤S1中，先使用线性外插的方法预测当前时刻电压、电流的值：，式子中表示定子dq0坐标系下电流和旋转电势，为时间步长；对转速使用如下公式预测；再计算下对应的转子角位置：；

以d轴为例，双轴励磁同步发电机电路方程为：式子中,

，，，,为工频，分别为d轴电压，电阻，电流，电抗和旋转电势，下角标对应定、转子电路，表示互感；使用隐式梯形积分对其进行电磁暂态计算，得：

, 再使用以下公式判定电磁暂态计算过程是否发生数值振荡：其中为电压或电流值，下角标分别对应当前时刻及，为设定的阀值，当发电机电压或电流满足上述的方程组时，则计算过程中出现数值振荡；若未发生数值振荡，所得定子戴维南等效电路方程如下：式中分别为定子电路电压，戴维南等效电源，等效电阻和定子电路电流，下角标分别对应定子dq0轴。

3.根据权利要求1所述的基于2级2阶对角隐式龙格库塔积分的双轴励磁同步发电机电磁暂态建模方法其特征在于：在所述步骤S2中，对发电机使用2S-DIRK积分方法进行电磁暂态计算，以d轴为例，将发电机电路方程移项可得；

设，为时间步长的一个内点，记为计算系数，

下角标分别表示变量在内点的近似值和计算使用的中间值；使用2S-DIRK求取定子d轴电压过程如下：

首先得发电机在时刻方程：；

然后得中间方程：；

最后由发电机当前时刻方程：，整理得当前时刻定子电压值：

；式子中时刻的电压，电流值使用牛顿迭代法求取；

表达式中项含有转子电流，将其消去得定子戴维南等效电路，对式子进行整理，设可得定子d轴戴维南等效电路：

，式子中：

同理可得定子q轴和0轴等效戴维南电路。

4.根据权利要求1所述的基于2级2阶对角隐式龙格库塔积分的双轴励磁同步发电机电磁暂态建模方法其特征在于：在所述步骤S3中，建立双轴励磁发电机的双通道励磁控制方程：其中为转子dq轴电压，表示各控制变量在当前时刻与上一时刻差值，分别为各控制变量的反馈系数；

记发电机进行电磁暂态计算后，所得的定子戴维南等效电路为：；其中

，

；将双通道励磁控制方程计算的代入后转换到abc坐标系：与外部网络相连；其中为派克变换矩阵，

。

5.根据权利要求1所述的基于2级2阶对角隐式龙格库塔积分的双轴励磁同步发电机电磁暂态建模方法其特征在于：在所述步骤S4中，发电机转子运动方程为：其中为惯性系数，机械转矩和电磁转矩；当未发生数值振荡时，离散化得转速计算方程：；发生数值振荡时，用2S-DIRK对发电机转子运动方程差分：；式子中时刻的电磁转矩使用牛顿迭代法求取；发电机与外部网络相连后，计算电磁转矩与转速，通过，判断转速是否收敛，其中为设定阈值；若不收敛，修正原转速预测值得新预测值:，重新计算电磁转矩及转速，直至所得转速收敛于预测值；若收敛则保存当前时刻的数据，结束当前时刻的计算。