一种变速电机转子变流器容量的计算方法与流程

1.本发明属于电气工程技术领域，特别涉及一种变速电机转子变流器容量的计算方法。


背景技术：

2.变速电机属于异步化同步电机，在稳态运行时，其转子励磁频率可根据电机的转速加以控制，因此当抽水蓄能电站采用这种电机时，通过控制转子励磁频率以适应水头、流量的变化，使整个发电或抽水期间皆有较高的能量效率，扩大了抽水工况时的功率可调范围，并提升水机的使用寿命。在动态过程中，由于电网系统的频率与电机转子的转速成为可控的柔性联接，提高了电机的稳定性与电网运行的可靠性。
3.转子变流器是变速电机的重要辅助设备，它为电机提供幅值、频率、相位和相序可调的转子电流，以满足电机的稳定运行。通常计算转子变流器容量时，采用主机厂提供的额定励磁电压和额定励磁电流，然后增加适量裕度。但是对于变速电机，不同的转差率对励磁电压影响较大，由于机组运行时的转速会在额定值附近变化，因此仅仅依靠主机厂提供的额定励磁电压和额定励磁电流来计算转子变流器容量，其结果往往会与实际使用情况产生偏差。若容量偏小，则直接影响电机的输出能力；若偏大，则影响设备的生产成本，导致不必要的浪费。因此有必要研究更为准确的计算方法。


技术实现要素：

4.为了解决上述变速电机转子变流器容量的计算问题，本发明提供了一种变速电机转子变流器容量的计算方法，更为准确的计算变速电机转子变流器容量以更接近于实际工况。
5.为了达成上述目的，本发明采用的技术方案如下：
6.一种变速电机转子变流器容量的计算方法，包括以下步骤：
7.1)根据定子电感、转子电感、互感和定子电压，利用转子电流和定子功率的关系，得到最大励磁电流imax。该电流也是转子变流器输出的最大电流。
8.2)根据定子电感、转子电感、互感、转子电阻、定子电压和最大转差率，利用转子电压和定子功率的关系，得到最大励磁电压umax。该电压也是转子变流器输出的最大电压。
9.3)根据公式计算得到转子变流器的容量，其中s为转子变流器的容量。
10.进一步的，步骤1)中，转子电流和定子功率的关系如下：
11.1a)在同步坐标系下，当d轴定向到定子磁链方向时，转子电流和定子功率的标量方程如式(1)所示：
12.13.其中，p为电机输入的有功功率，q为电机输入的无功功率，lm为电机定转子互感，us为定子电压，ls为定子电感，i
ms
为通用励磁电流，ir为转子电流；
14.1b)根据上述方程和电机最大功率运行范围，得到最大励磁电流imax。
15.进一步的，步骤2)中，转子电压和定子功率的关系如下：
16.2a)在同步坐标系下，将d轴定向到定子磁链方向，由于电机运行在稳态工况，因此可以忽略微分变量，将转子电压从微分方程降阶至常量方程，得到转子电压和定子功率的标量方程如式(2)所示：
[0017][0018]
式中：
[0019][0020]
其中，a、c、e、f、m为方程的中间系数，与电机参数相关，p为电机输入的有功功率，q为电机输入的无功功率，i
ms
为通用励磁电流，ur为电机定子电压，rr为转子电阻，ω
sl
为定转子转速差，σ为lr为转子电感，ls为定子电感，lm为定转子互感，us为定子电压；
[0021]
2b)根据上述方程和电机最大功率运行范围，得到最大励磁电压umax。
[0022]
进一步地，步骤1b)中，按如下方法得到最大励磁电流imax：
[0023]
圆1为横坐标为q纵坐标为p的直角坐标系中定子电流为额定值时的定子功率圆；
[0024]
圆2为横坐标为q纵坐标为p的直角坐标系中式(1)所示转子电流和定子功率的标量方程轨迹，圆心o2为圆2的圆心；
[0025]
圆心o2距离圆1上的点的最大长度即圆心o2穿过坐标原点达到圆1的线段，该线段长度为最大励磁电流imax。
[0026]
进一步地，步骤2b)中，按如下方法得到最大励磁电压umax：
[0027]
圆1为横坐标为q纵坐标为p的直角坐标系中定子电流为额定值时的定子功率圆；
[0028]
圆3为横坐标为q纵坐标为p的直角坐标系中式(2)所示转子电压方程在最大转差率时的轨迹，圆心o3为圆3的圆心；
[0029]
圆心o3距离圆1上的点的最大长度即圆心o3穿过坐标原点到达圆1的线段，该线段长度为最大励磁电压umax。
[0030]
本发明具有的有益效果主要有：
[0031]
1、本发明给出了一种更接近于实际工况的转子变流器容量计算方法，利用定子电压、定子电流、转子电流、转子电压、转差率以及机组参数等多方约束条件下的电机运行曲线，计算变流器容量。
[0032]
2、避免由于单纯利用额定励磁电压和额定励磁电流计算出的变流器容量，导致变
流器与电机运行不匹配，影响电机出力。
附图说明
[0033]
图1是本发明的一种变速电机转子变流器容量的计算方法实施例示意图；
[0034]
图2是变速电机转子电压曲线和转子电流曲线示意图；
[0035]
图2中：曲线1定子电流为额定值时的功率圆；曲线2转子电流圆，对应转子励磁电流为最大值；曲线3转差率最大值时的转子电压圆，对应转子电压为最大值。
具体实施方式
[0036]
以下将结合附图，对本发明的技术方案进行详细说明。
[0037]
本发明提供了一种更接近于实际工况的转子变流器容量计算方法，利用定子电压、定子电流、转子电流、转子电压、转差率以及机组参数等多方约束条件下的电机运行曲线，计算最大转差率下的最大励磁电压和最大励磁电流，利用这两个值计算变流器容量。
[0038]
如图1所示，本发明的一种变速电机转子变流器容量的计算方法实施例包括如下步骤：
[0039]
1)根据定子电感、转子电感、互感和定子电压，利用转子电流和定子功率的关系，得到最大励磁电流imax。该电流也是转子变流器输出的最大电流。
[0040]
2)根据定子电感、转子电感、互感、转子电阻、定子电压和最大转差率，利用转子电压和定子功率的关系，得到最大励磁电压umax。该电压也是转子变流器输出的最大电压。
[0041]
3)根据公式计算得到转子变流器的容量，其中s为转子变流器的容量。
[0042]
具体的，步骤1)中，转子电流和定子功率的关系如下：
[0043]
1a)在同步坐标系下，当d轴定向到定子磁链方向时，定子功率和转子电流的标量方程如式(1)所示：
[0044][0045]
其中，p为电机输入的有功功率，q为电机输入的无功功率，lm为电机定转子互感，us为定子电压，ls为定子电感，i
ms
为通用励磁电流，ir为转子电流；
[0046]
1b)根据上述方程和电机最大功率运行范围，得到最大励磁电流imax。
[0047]
具体的，步骤2)中，转子电压和定子功率的关系如下：
[0048]
2a)在同步坐标系下，将d轴定向到定子磁链方向，由于电机运行在稳态工况，因此可以忽略微分变量，将转子电压从微分方程降阶至常量方程，得到定子功率与转子电压的标量方程如式(2)所示：
[0049]
[0050]
式中：
[0051][0052]
其中，a、c、e、f、m为方程的中间系数，与电机参数相关，p为电机输入的有功功率，q为电机输入的无功功率，i
ms
为通用励磁电流，ur为电机定子电压，rr为转子电阻，ω
sl
为定转子转速差，σ为lr为转子电感，ls为定子电感，lm为定转子互感，us为定子电压；
[0053]
2b)根据上述方程和电机最大功率运行范围，得到最大励磁电压umax。
[0054]
具体的，步骤1b)中，按如下方法得到最大励磁电流imax：
[0055]
如附图2所示，圆1为定子电流为额定值时的定子功率圆，圆心o2为转子电流方程的圆心，该圆心与圆1的最大长度，即o2穿过坐标原点达到圆1的线段，该线段长度为最大励磁电流imax。
[0056]
具体的，步骤2b)中，按如下方法得到最大励磁电压umax：
[0057]
如附图2所示，圆1为定子电流为额定值时的定子功率圆，圆心o3为转子电压方程在最大转差率时的圆心，该圆心与圆1的最大长度，即o3穿过坐标原点到达圆1的线段，该线段长度为最大励磁电压umax。
[0058]
以上实施例仅为说明本发明的技术思想，不能以此限定本发明的保护范围，凡是按照本发明提出的技术思想，在技术方案基础上所做的任何改动，均落入本发明保护范围之内。