专利名称：一种基于旋转矢量法的同步发电机转速的测量方法
技术领域：
本发明属于电气工程技术领域，具体涉及同步发电机转速的测量方法。
背景技术：
电力系统稳定器(Power System Stabilizer, PSS)如PSS-2A模型中引入
了发电机有功(户e)、机端电压(t/,)和发电机转速(《)作为输入控制量。 ^和f/,为发电机的电气量，通过电气测量的方法很容易直接测量得到，而" 是机械量， 一般采用机械测量方法，比起电气量要困难，精度也不高。
目前，电力系统中转速的测量方法主要有两类 一类是借助非电量传感 器来实现测量。常见的做法是在转子轴上设置机械测点或测速齿轮，或 在转子周围安装光电、电刷或电磁装置，后者接受由前者产生的脉冲信号 或者其它与转子位置或速度相关的量，进而通过一定的变换来实现转速的 测量(以下这类方法简称为脉冲法)，脉冲法往往需要对发电机本体进行不 同程度的改造，工艺复杂，而且采用非电量传感器，需要借助比较复杂的 信号处理和误差补偿技术，以去除如机械加工误差、信号传输延时、轴系 扭振等导致的结构性误差。
另一类是纯电气法， 一般做法是根据发电机的有功和无功以及一些机 组参数，计算出发电机的功角，然后对功角进行微分，得到发电机转速， 这种方法在系统稳态的时候能够准确的计算出发电机转速，但是由于发电 机有功和无功是由电网决定的，系统受到扰动时就会发生很大的变化，导 致计算得到的功角发生很大的变化，通过微分后会放大误差。电气法中也 有用机端电压频率信号代替发电机转速信号，频率的测量是电气测量，省 掉了机械安装方面的麻烦，但通过电网传过来的干扰及噪声，必须经过特 殊处理(通常加滤波器)才能正常的工作，而且电力系统发生故障时机端 电压频率可能跳变，与发电机转速产生较大差异，影响控制器的控制效果。
发明内容
本发明的目的在于提供一种同步发电机转速的测量方法，计算简单， 精度高，避免干扰影响。
一种基于旋转矢量法的同步发电机转速的测量方法，采样发电机机端三 相相电压和相电流，计算与发电机转轴同步旋转的发电机空载电势矢量的 相角变化速度，即得发电机转速。
作为本发明的改进，采用所述三相相电压和相电流的正序分量计算。
作为本发明的进一步改进，该方法具体为
步骤1:在t1时刻，采集发电机机端三相相电压和相电流，分别按照公 式(1)和(2)计算正序电压Un-和正序电流in+;<formula>formula see original document page 5</formula> (1)
其中Ua，Ub，UC分别为机端a， b， C相相电压，<formula>formula see original document page 5</formula>(2)
其中ia, ib, ic 分别为机端a， b， c相相电流；
步骤2:分别按照公式(3)和(4)计算空载电势矢量Eq(t1)的实部Eq+,re(t1)和虚部Eq+,m(t1)，<formula>formula see original document page 5</formula> (3) 其中Un+, re为正序电压Un4的实部，in+, m为正序电流Un+的虚部，Xq、为发电机横轴 电抗；<formula>formula see original document page 5</formula>(4)
其中Un+, m为正序电压Un+的虚部，in+, re为正序电流Un+的实部；
步骤3:计算空载电势矢量^("的当前角度
<formula>formula see original document page 5</formula>;
步骤4:在t2时刻，按照步骤1~3的方式计算空载电势矢量Eq+(t2)的当
前角度《");
步骤5:计算空载电势矢量^+在时刻,i到^之间旋转的角度 步骤6:计算发电机转速^A"2 。。
,2 一6
本发明提出的发电机转速旋转矢量法根据发电机暂态电势矢量&相角 的变化来测量发电机转速。这种方法计算简单，测量快速，精度高，测量 范围大和易于实现，而且可避免干扰的影响。
具体实施例方式
本发明提出的方法属于电气测量的范畴，在已知发电机横轴电抗(xO 的前提下，只需采样发电机相电压、相电流，就可以计算出发电机转速。 该方法既可避免脉冲法的一些弊端，又能避免采用，端电压频率引入的误 差，由于该方法采用与发电机转轴同步旋转的矢量^来计算发电机转速， 因此称之为基于矢量旋转的发电机转速计算方法，以下简称旋转矢量法。
旋转矢量法原理空载电势矢量&在二相旋转坐标系("i)中的g轴 相位相同，.由于d-《坐标系固定在发电机转子上与发电机转子保持相对静 止，.因此^的转动速度即为发电机转轴的转动速度W。旋转矢量法通过计
算^的转动速度得到发电机转速。
在系统发生故障，特别是不对称故障时由于机端电压、电流中出现负序 及零序分量，导致计算的发电机转速有较大的干扰。主要由于是正序分量 产生的磁通与发电机转轴保持相对静止，而负序分量产生的磁通与发电机 转速以2倍同步转速反方向旋转，零序分量产生的磁通与发电机转轴以同 步速度旋转，所以负序和零序分量均为干扰分量，因此选择机端电压《和 机端电流/,的正序分量《+、 ^来计算可以避免负序和零序的影响。
下面具体说明本发明详细步骤
1. 周期对发电机端三相交流电压和电流进行N点等间隔交流采样，即
三相交流电压和电流的瞬时值，其中N为自然数，取值范围为4 24;
2. 选取初始计算时间，如^时刻，由式(1)和(2)计算出正序电压^ 和正序电流^;
3. 采用离散富氏算法计算出^和^的实部和虚部，"、"、^和C; 根据""、"+、 ^和、以及、，计算《,+的实部和虚部^+和A+;
4. 根据《:和《，计算出《在时刻纟'时的角度《")；
5. 按照步骤2 4的方式，在A时刻后间隔"的^时刻(A^~-z')，计算 《在时刻^时角度《")，其中^为相邻时间间隔，每隔"计算出一个结果， "过大或者过小均会影响计算结果的精度，A/—般大于交流采样的周期， 在5毫秒与50毫秒之间。
6. 根据《(,')和《("，可计算出矢量^+在时刻z'到时刻^之间旋转过的 角度A《，根据A《及时间间隔"计算发电机转速w 。
7. 采用低通滤波器对计算出的发电机转速进行滤波，消除高次谐波干扰。
上述计算式中用到的各个量的单位如下 《弧度 "秒
^， ^， A、、这些量为标幺值
弧度/秒 厶赫兹
权利要求
1、一种基于旋转矢量法的同步发电机转速的测量方法，具体为采样发电机机端三相相电压和相电流，计算与发电机转轴同步旋转的发电机空载电势矢量的相角变化速度，即得发电机转速。
2、 根据权利要求1所述的同歩发电机转速的测量方法，其特征在于， 采用所述三相相电压和相电流的正序分量计算。
3、 根据权利要求2所述的同步发电机转速的测量方法，其特征在于，该方法具体为步骤h在"寸刻，采集发电机机端三相相电压和相电流，分别按照公式(1)和(2)计算正序电压《1+和正序电流/,1+;《=会(《+4+ 《.) (1)其中《，《，《分别为机端a， b， c相相电压，Z = Z2°"， _/ = V=T;,1+=|(i。+4+z^) (2)其中人，人，之分别为机端a， b， c相相电流；步骤2:分别按照公式(3)和(4)计算空载电势矢量ig(g的实部《:(0和虚部o》，物《-V: (3) 其中《为正序电压《i+的实部，/;;:为正序电流《1+的虚部，、为发电机横轴电抗；物《+V: (4)其中化":为正序电压的虚部，为正序电流的实部；步骤3:计算空载电势矢量^(0的当前角度 <formula>formula see original document page 3</formula>步骤4:在时刻，按照步骤1 3的方式计算空载电势矢量^+A)的当 前角度《^);步骤5:计算空载电势矢量在时刻^到^之间旋转的角度<formula>formula see original document page 3</formula>步骤6:计算发电机转速<formula>formula see original document page 3</formula>
4、 根据权利要求3所述的同步发电机转速的测量方法，其特征在于，还包括歩骤7:对计算出的发电机转速w进行滤波，以消除高次谐波干扰。
5、 根据权利要求3所述的同步发电机转速的测量方法，其特征在于，
全文摘要
本发明提供一种基于旋转矢量法的同步发电机转速的测量方法，采样发电机机端三相相电压和相电流，据此计算与发电机转轴同步旋转的发电机暂态电势矢量的相角变化速度，即为发电机转速。为了防止计算过程受到干扰，本发明采用三相相电压和相电流的正序分量进行计算。本发明计算简单，精度高，测量范围大，易于实现，而且避免干扰影响。
文档编号G01P3/42GK101358989SQ20081019693
公开日2009年2月4日 申请日期2008年9月12日 优先权日2008年9月12日
发明者何长平, 翔 余, 娄慧波, 敬 张, 张明君, 毛承雄, 熊鸿韬, 丹 王, 波 王, 陆继明, 莹 陈, 顾宏进 申请人:长江三峡能达电气有限责任公司;华中科技大学