[发明专利]双轴励磁同步发电机的2S-DIRK电磁暂态建模方法

说明书

本发明提供一种基于2级2阶对角隐式龙格库塔积分（2S‑DIRK）的双轴励磁同步发电机电磁暂态建模方法。（1）线性外插法预测电机运行参数，检验发电机使用隐式梯形积分的电磁暂态计算是否发生数值振荡，无振荡，得定子戴维南等效电路；（2）若振荡，使用2S‑DIRK进行电磁暂态计算，得定子戴维南等效电路；（3）定子侧戴维南等效电路代入双通道励磁控制方程计算的励磁电压，在abc坐标系下与外部网络相连；（4）离散转子运动方程计算电磁转矩、转速，判断转速是否收敛于预测值；不收敛，修正原转速预测值得新预测值，重新计算，直至所得转速收敛于预测值，保存该时刻数据。本发明有效提升双轴励磁同步发电机电磁暂态计算过程中的数值振荡抑制和计算效率。

技术领域

本发明属于电磁暂态领域，具体涉及一种基于2级2阶对角隐式龙格库塔积分(2S-DIRK)的双轴励磁同步发电机电磁暂态建模方法。

背景技术

双轴励磁同步发电机是一类转子磁场与转子本体可异步运行的新型发电机。其转子纵轴（d轴）与交轴（q轴）都设有励磁绕组，使得转子磁场仅与合成其的励磁电流大小或方向相关，而与转子位置无关。由于这一转子磁场与转子位置解耦的特性，使得双轴励磁同步发电机具有可实现有功、无功解耦调节，深度进相，高阻尼特性等超越常规同步发电机的优越性能。在现有的电力系统电磁暂态研究中，对大部分发电机模型常使用隐式梯形积分法进行建模。隐式梯形积分法是一种不具备L-稳定性的方法,在外部网络结构发生变化时（短路故障等），无法准确判断突变现象，易出现数值振荡的现象，不利于研究双轴励磁同步发电机对系统稳定性的影响。

为了解决上述问题，一部分研究人员将隐式龙格库塔法（IRK）运用于电磁暂态计算中，隐式龙格库塔具有易变步长、高稳定、高精度等优点,每步的计算量都可与线性多步法相比较, 而数值稳定性远优于线性多步法，但全隐式龙格库塔方法通常求解量大、耗时多。

除此以外，相关研究人员提出了临界阻尼调整法(CDA法)和带阻尼的隐式梯形积分法以抑制电磁暂态仿真中的数值振荡。两者的原理相似，都是利用欧拉法在稳定性上优于隐式梯形积分的特点，对梯形公式进行改进。前者在网络突变时刻采用两个半步长的向后欧拉法进行数值积分，以消除数值振荡；后者在隐式梯形积分中引入加权因子a，使其具有介于向后欧拉法和隐式梯形积分法的稳定性与精确性。然而向后欧拉法的计算精度低于隐式梯形积分，以上方法是在牺牲精确度的前提下提高稳定性，但即便如此，由于自身的数学性质，以上方法在电磁暂态计算的过程中，抑制数值振荡的能力并不强。

发明内容

本发明的目的在于提供一种基于2级2阶对角隐式龙格库塔积分(2S-DIRK)的双轴励磁同步发电机电磁暂态建模方法，该方法使用线性外插法预测发电机运行参数，再检测发电机使用隐式梯形积分进行电磁暂态计算的结果，对发生数值振荡的情况使用2S-DIRK进行电磁暂态计算，然后将定子侧戴维南等效电路与外部网络相连，计算连入外部网络后的电磁转矩与转速，平衡了计算量与抑制数值振荡能力的关系，且较现有的电磁暂态计算方法具有更高的精度与稳定性。

为实现上述目的，本发明的技术方案是：一种基于2级2阶对角隐式龙格库塔积分(2S-DIRK)的双轴励磁同步发电机电磁暂态建模方法，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；