一種雙y移30°六相同步發(fā)電機(jī)vbr模擬方法
【專利摘要】本發(fā)明提供的是一種雙Y移30°六相同步發(fā)電機(jī)VBR模擬方法。六相同步發(fā)電機(jī)包含在空間互差30°的兩套定子繞組；（1）將六相同步發(fā)電機(jī)的定子部分采用等效電路進(jìn)行模擬；（2）采用單一飽和因數(shù)結(jié)合函數(shù)擬合的方法實(shí)現(xiàn)d-q軸交叉磁飽和現(xiàn)象的模擬；（3）將六相同步發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)子部分采用狀態(tài)方程進(jìn)行模擬；（4）采用測(cè)量元件和受控源實(shí)現(xiàn)電機(jī)定子部分和轉(zhuǎn)子部分相互連接。采用本發(fā)明的模擬方法得到的雙Y移30°六相同步發(fā)電機(jī)模型相比傳統(tǒng)的模型具有更好的特征結(jié)構(gòu)，具有較好的適應(yīng)性，能夠滿足不同的仿真方法的需要，由于能夠?qū)徊娲棚柡同F(xiàn)象進(jìn)行模擬可以提高準(zhǔn)確度。
【專利說(shuō)明】—種雙Y移30°六相同步發(fā)電機(jī)VBR模擬方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及的是一種船舶綜合電力推進(jìn)系統(tǒng)的仿真方法，特別是一種六相同步發(fā)電機(jī)的 VBR(Voltage-behind-reactance)模擬方法。
【背景技術(shù)】
[0002]在船舶綜合電力推進(jìn)系統(tǒng)的建模和仿真研究中，仿真的速度和仿真的精度是最受關(guān)注的兩個(gè)因素。然而，船舶綜合電力推進(jìn)系統(tǒng)包含了原動(dòng)機(jī)、同步發(fā)電機(jī)、變壓器、變頻器、推進(jìn)電機(jī)和螺旋槳負(fù)載等部分，具有結(jié)構(gòu)復(fù)雜，時(shí)間常數(shù)跨度大等特點(diǎn)，給建模與仿真研究工作帶來(lái)了一定的困難。
[0003]雙Y移30°六相同步發(fā)電機(jī)的使用能夠提高船舶綜合電力推進(jìn)系統(tǒng)的功率密度，同時(shí)減少諧波。對(duì)系統(tǒng)性能的提高具有很大的作用。六相同步發(fā)電機(jī)本身結(jié)構(gòu)復(fù)雜，應(yīng)用到船舶綜合電力推進(jìn)系統(tǒng)中又進(jìn)一步增加了系統(tǒng)的復(fù)雜程度。一直以來(lái)，六相同步發(fā)電機(jī)的仿真模擬方法都是使用d-q坐標(biāo)系下的數(shù)學(xué)模型進(jìn)行仿真模擬，該方法具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單容易執(zhí)行等特點(diǎn)，同時(shí)也具有一定的缺陷，如在接入電路中進(jìn)行仿真時(shí)，必須加入額外的阻尼電路，增加仿真系統(tǒng)的復(fù)雜程度，降低仿真的效率，同時(shí)，由于在六相同步電機(jī)建模過(guò)程中往往忽略電機(jī)磁路存在的交叉磁飽和，對(duì)模型的準(zhǔn)確性會(huì)產(chǎn)生一定的影響。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明的目的在于提供一種仿真速度快、精度高的雙Y移30°六相同步發(fā)電機(jī)VBR模擬方法。
[0005]本發(fā)明的目的是這樣實(shí)現(xiàn)的:
[0006]六相同步發(fā)電機(jī)包含在空間互差30°的兩套定子繞組，(I)將六相同步發(fā)電機(jī)的定子部分采用等效電路進(jìn)行模擬；(2)采用單一飽和因數(shù)結(jié)合函數(shù)擬合的方法實(shí)現(xiàn)d-q軸交叉磁飽和現(xiàn)象的模擬；(3)將六相同步發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)子部分采用狀態(tài)方程進(jìn)行模擬；(4)采用測(cè)量元件和受控源實(shí)現(xiàn)電機(jī)定子部分和轉(zhuǎn)子部分相互連接.[0007]本發(fā)明提供了 一種雙Y移30°六相同步發(fā)電機(jī)的VBR模擬方法，使用該方法建立的六相同步發(fā)電機(jī)模型能夠改善仿真速度，同時(shí)提高仿真精度。
[0008]以雙Y移30°六相同步發(fā)電機(jī)的d-q軸數(shù)學(xué)模型為基礎(chǔ)，將雙Y移30°六相同步發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)子部分表示成等效網(wǎng)絡(luò)的形式，根據(jù)轉(zhuǎn)子電路之間的相互連接關(guān)系，通過(guò)基爾霍夫定律，消去冗余的狀態(tài)變量，從而得到以狀態(tài)變量表示的轉(zhuǎn)子狀態(tài)方程的形式，得到的狀態(tài)變量分別為d-q軸的磁化磁鏈和d軸阻尼繞組的磁鏈，由于實(shí)際發(fā)電機(jī)中存在磁飽和的現(xiàn)象，導(dǎo)致磁鏈和電流的關(guān)系不是線性的，因此，提出了一種單一飽和因數(shù)結(jié)合函數(shù)擬合的方法，實(shí)現(xiàn)了將d-q軸的交叉磁飽和耦合到轉(zhuǎn)子狀態(tài)方程中。
[0009]在此基礎(chǔ)上，將轉(zhuǎn)子部分的狀態(tài)變量代入到d-q模型的定子電壓方程中，通過(guò)對(duì)電壓方程進(jìn)行反變換將定子電壓方程變換到靜止坐標(biāo)系，通過(guò)包含電流項(xiàng)、包含電流微分項(xiàng)和不包含的情況實(shí)現(xiàn)對(duì)電阻、電感和受控源的分組，從而將定子部分表示成電路的形式，如此，轉(zhuǎn)子狀態(tài)方程中包含的定子電壓和電流可以通過(guò)定子電路中的電壓和電流測(cè)量元件測(cè)量之后得到并作為轉(zhuǎn)子狀態(tài)方程的輸入，定子部分在經(jīng)過(guò)反變換后包含的轉(zhuǎn)子部分的變量可以通過(guò)在定子電路中接入受轉(zhuǎn)子影響的受控源實(shí)現(xiàn)，從而實(shí)現(xiàn)了定子部分和轉(zhuǎn)子部分的相互連接。將以上過(guò)程在仿真軟件中執(zhí)行，則能夠?qū)崿F(xiàn)雙Y移30°六相同步發(fā)電機(jī)的快速準(zhǔn)確模擬。
[0010]本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)在于:
[0011](I)該模擬方法將六相同步發(fā)電機(jī)模型的兩套定子繞組電路和轉(zhuǎn)子動(dòng)態(tài)分離開(kāi)來(lái)，因此能夠改善模擬的特征結(jié)構(gòu)，在進(jìn)行模擬時(shí)，能夠改善系統(tǒng)的速度。
[0012](2)該模擬方法建立的模型兩套定子繞組使用電阻電感支路的形式表示，能夠直接連接到電路中，在應(yīng)用到系統(tǒng)模擬中時(shí)，不需要加入額外的阻尼電路，能夠降低模擬時(shí)系統(tǒng)的復(fù)雜程度。
[0013](3)首次實(shí)現(xiàn)了將d-q軸的交叉磁飽和耦合到六相同步發(fā)電機(jī)的模擬中，能夠顯著提高模擬的準(zhǔn)確度。
[0014](4)該模擬方法具有良好的適應(yīng)性，便于對(duì)雙Y移30°六相同步發(fā)電機(jī)進(jìn)行相應(yīng)的物理仿真、或使用計(jì)算機(jī)進(jìn)行數(shù)字仿真，或進(jìn)行半物理仿真。
【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0015]圖1為雙Y移30°六相同步發(fā)電機(jī)繞組結(jié)構(gòu)示意圖。
[0016]圖2為雙Y移30°六相同步發(fā)電機(jī)的VBR模擬方法轉(zhuǎn)子部分計(jì)算和處理流程圖。
[0017]圖3雙Y移30°六相同步發(fā)電機(jī)的VBR模擬方法中d_q軸交叉磁飽和的模擬方法。
[0018]圖4為雙Y移30°六相同步發(fā)電機(jī)的VBR模擬方法定子部分計(jì)算和處理流程圖。
[0019]圖5為雙Y移30°六相同步發(fā)電機(jī)的VBR模擬方法總體結(jié)構(gòu)示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0020]下面結(jié)合附圖舉例對(duì)本發(fā)明做更詳細(xì)地描述:
[0021]如圖1所示，為本發(fā)明的對(duì)象雙Y移30°六相同步發(fā)電機(jī)的定子和轉(zhuǎn)子的繞組結(jié)構(gòu)示意圖，其定子部分包含了在空間互差1=30°的兩套對(duì)稱三相定子繞組alblcl和a2b2c2，兩套三相繞組之間相互耦合，轉(zhuǎn)子部分包含了 d軸的阻尼繞組kd和勵(lì)磁繞組fd以及q軸的阻尼繞組kd，定子和轉(zhuǎn)子之間通過(guò)磁鏈實(shí)現(xiàn)相互之間的聯(lián)系。
[0022]如圖2所示，為雙Y移30°六相同步發(fā)電機(jī)的VBR模擬方法的轉(zhuǎn)子部分計(jì)算和處理流程。首先，明確轉(zhuǎn)子狀態(tài)方程的狀態(tài)變量、輸入和輸出，輸入量包括從勵(lì)磁電路采集勵(lì)磁電壓，從定子電路采集六相的定子電壓和定子電流，和磁飽和部分的相關(guān)參數(shù)。采集到的定子電壓和定子電流經(jīng)過(guò)雙坐標(biāo)變換，分別將兩套三相的定子電壓和電流變換到兩套d-q坐標(biāo)系中，雙三相的坐標(biāo)變換可以表示為
[0023]Ks(0r)=diag[K(0r),K(0r-5)]
[0024]其中，Ks(9r)表示6X6維的變換矩陣，δ = π/6，代表兩套三相繞組之間的夾角， 表示轉(zhuǎn)子位置角，Κ(θ J表示三相坐標(biāo)變換，具有下面的形式:
【權(quán)利要求】
1.一種雙Y移30°六相同步發(fā)電機(jī)VBR模擬方法，六相同步發(fā)電機(jī)包含在空間互差30°的兩套定子繞組，其特征是: (1)將六相同步發(fā)電機(jī)的定子部分采用等效電路進(jìn)行模擬； (2)采用單一飽和因數(shù)結(jié)合函數(shù)擬合的方法實(shí)現(xiàn)d-q軸交叉磁飽和現(xiàn)象的模擬； (3)將六相同步發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)子部分采用狀態(tài)方程進(jìn)行模擬； (4)采用測(cè)量元件和受控源實(shí)現(xiàn)電機(jī)定子部分和轉(zhuǎn)子部分相互連接。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的雙Y移30°六相同步發(fā)電機(jī)VBR模擬方法，其特征是所述將六相同步發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)子部分采用狀態(tài)方程進(jìn)行模擬的具體方法為: 從勵(lì)磁電路采集勵(lì)磁電壓、從定子電路采集六相的定子電壓和定子電流、采集磁飽和部分的相關(guān)參數(shù)，將采集到的定子電壓和定子電流經(jīng)過(guò)雙坐標(biāo)變換，分別將兩套三相的定子電壓和電流變換到兩套d-q坐標(biāo)系中，雙三相的坐標(biāo)變換表示為 Ks(0r)=diag[K(0r),K (0r-5)] 其中，Ks(0 J表示6X6維的變換矩陣，δ = π/6，代表兩套三相繞組之間的夾角，表示轉(zhuǎn)子位置角，Κ( Θ r)表示三相坐標(biāo)變換，具有下面的形式:

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的雙Y移30°六相同步發(fā)電機(jī)VBR模擬方法，其特征是所述采用單一飽和因數(shù)結(jié)合函數(shù)擬合的方法實(shí)現(xiàn)d-q軸交叉磁飽和現(xiàn)象的模擬的具體方法是: 首先進(jìn)行磁飽和參數(shù)的設(shè)定，接著通過(guò)設(shè)定的凸極因數(shù)消除磁飽和的凸極性，在所有飽和水平上，d軸和q的飽和程度相同，定義凸極因數(shù)α，有
ο =T /} =T /}
LmdO/ LmqO j^md/ j^mq 其中，Lmdtl和L_，Lffld和L胃分別表示磁鏈曲線不飽和以及飽和時(shí)的磁化電感，通過(guò)凸極因數(shù)的定義將凸極電機(jī)等效成了隱極電機(jī)，則主磁路和d-q的磁路的關(guān)系表示為
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的雙Y移30°六相同步發(fā)電機(jī)VBR模擬方法，其特征是將六相同步發(fā)電機(jī)的定子部分采用等效電路進(jìn)行模擬的具體方法為: 定子電路的輸入包括轉(zhuǎn)子輸出的d-q坐標(biāo)系下的等效反電動(dòng)勢(shì)、轉(zhuǎn)子速度和位置，其中，轉(zhuǎn)子的速度和位置結(jié)合定子電路的參數(shù)得到d-q坐標(biāo)系下的定子電路電阻和電感參數(shù)，對(duì)d-q坐標(biāo)系下的等效反電動(dòng)勢(shì)、定子電路電阻和電感參數(shù)分別使用反雙坐標(biāo)變換得到兩套三相繞組中的等效反電動(dòng)勢(shì)、電阻和電感的表達(dá)式，反雙坐標(biāo)變換可以表示為
【文檔編號(hào)】H02P9/00GK103762916SQ201410003232
【公開(kāi)日】2014年4月30日 申請(qǐng)日期:2014年1月3日 優(yōu)先權(quán)日:2014年1月3日
【發(fā)明者】劉勝, 程垠鐘, 李冰, 張?zhí)m勇 申請(qǐng)人:哈爾濱工程大學(xué)