[发明专利]一种同步电机定子绕组匝间短路建模及仿真方法、系统

说明书

本发明属于发电机电气故障仿真技术领域，公开了一种同步电机定子绕组匝间短路建模及仿真方法、系统，所述同步电机定子绕组匝间短路建模及仿真方法包括：同步电机匝间短路物理模型构建；外部耦合电路模型构建；同步电机匝间短路物理模型与外部电路耦合；所述同步电机定子绕组匝间短路建模及仿真系统包括：电机物理模型构建模块、外部耦合电路模型构建模块、模型与外部电路耦合模块、开关控制模块、脉冲电压源、仿真模块。本发明提供的同步电机定子绕组匝间短路建模及仿真方法，通过建立同步电机匝间短路物理模型与外电路模型来进行同步电机定子绕组匝间短路故障仿真，能够为进一步研究绕组匝间短路故障下发电机的机电特性奠定基础。

技术领域

本发明属于发电机电气故障仿真技术领域，尤其涉及一种同步电机定子绕组匝间短路建模及仿真方法、系统。

背景技术

目前，定子匝间短路是发电机常见的电气故障之一。这种故障是指匝与匝之间的绝缘发生破坏使得相邻匝之间发生短接，降低电枢绕组安匝数，但主绝缘并未损坏的一种故障。许多因素都可能导致这种故障，例如绕组的绝缘老化、局部放电冲击、振动磨损等。这种故障进一步发展后会形成严重的接地故障，且修复较为麻烦，一直是研究和运行人员关注的重点。

当前对于同步电机定子绕组匝间短路故障的监测与识别是基于故障下的外在特性与故障之间的映射关系来实现的，因此，合理准确地对同步电机发生定子绕组匝间短路故障进行建模分析极为重要。对同步电机匝间短路的研究大致可分为：解析计算法、实验研究法和有限元仿真法。应用解析法求解需要对模型进行大量的简化和近似，在此基础上得到的分析结果与实际情况会有较大的误差。实验研究法对实验条件要求比较苛刻，一般达不到实际电机的正常运行工况，难以模拟全部的故障。有限元仿真法利用计算机对实际系统的数学模型或物理模型进行求解分析，该方法具有安全性、经济性和灵活性等优势，然而当前利用有限元仿真软件对绕组匝间短路故障的仿真存在着一些问题，例如在有限元仿真软件中减少定子绕组匝数或者减少电流激励源的大小来模拟匝间短路，这些方法忽略了短路绕组对整个发电机机电特性的影响，无法准确的模拟发电机绕组匝间短路。因此，亟需一种同步电机定子绕组匝间短路建模及仿真方法，为进一步研究绕组匝间短路故障下发电机的机电特性奠定基础。

通过上述分析，现有技术存在的问题及缺陷为：

(1)应用解析法求解需要对模型进行大量的简化和近似，在此基础上得到的分析结果与实际情况会有较大的误差。

(2)实验研究法对实验条件要求比较苛刻，一般达不到实际电机的正常运行工况，难以模拟全部的故障。

(3)有限元仿真法利用计算机对实际系统的数学模型或物理模型进行求解分析，当前利用有限元仿真软件对绕组匝间短路故障的仿真存在着一些问题，例如在有限元仿真软件中减少定子绕组匝数或者减少电流激励源的大小来模拟匝间短路，这些方法忽略了短路绕组对整个发电机机电特性的影响，无法准确的模拟发电机绕组匝间短路。

解决以上问题及缺陷的难度为：

1.在有限元仿真软件ANSYS Electronics Desktop建立电机物理模型并将正常绕组分为短路部分和未短路部分。

2.利用ANSYS Electronics Desktop Circuit Editor构建短路模型的外电路。

解决以上问题及缺陷的意义为：与通常的减少定子绕组匝数或者降低励磁电流源来模拟匝间短路工况不同的是，本发明利用有限元软件将正常绕组分为短路部分和未短路部分，更加符合电机匝间短路时绕组实际分布情况。此外，还考虑了短路绕组对整个发电机机电特性的影响，准确的模拟出定子绕组匝间短路后发电机电气参量与机械参量的实时动态变化。

发明内容

针对现有技术存在的问题，本发明提供了一种同步电机定子绕组匝间短路建模及仿真方法、系统。