专利名称：通过电抗器确定永磁发电机同步电抗的测试方法
技术领域：
本发明涉及一种通过电抗器确定永磁发电机同步电抗的测试方法。
背景技术：
永磁同步发电机是风电机组中最重要的设备之一，永磁同步发电机同步电抗对发电机稳定运行分析、故障分析以及维护与检修都具有重要作用。同时，永磁同步发电机同步电抗是建立永磁发电机数学模型，进行计算机控制和分析的前提和基础。由于永磁同步发电机的励磁不变，与常规发电机的类型不同，分析和测试其同步电抗的方法有一定的难度，目前还没有针对永磁同步发电机同步电抗的测试方法。
发明内容
本发明的目的是建立通过电抗器确定永磁发电机同步电抗的测试方法，通过该测试方法,达到确定永磁发电机直轴同步电抗Xd和交轴同步电抗Xq的目的。本发明的技术方案为:一种通过电抗器确定永磁发电机同步电抗的测试方法，其特征是:采用永磁发电机带纯电感性负载的电抗器运行,并最终确定永磁发电机直轴同步电抗Xd和交轴同步电抗Xq，永磁同步发电机电抗器负载运行方程及同步电抗计算公式为:A)忽略定子直流电阻的计算公式Xd= (E0 - U)/I (I)式中:E0——为额定 转速下的空载电势U-为端电压值B)考虑定子直流电阻的计算公式Xd = (E0 — U.cos Θ — I.cos ( Θ + φ).Ra) /I.sin ( θ + φ)(2)Xq = (U.sin θ + I.sin ( θ + φ).Ra) /I.cos ( θ + φ)(3)式中:I一永磁发电机定子电流；U—端电压；EO—空载电势；Ra—定子电阻；Φ—功率因数角；Θ—功角；Id—直轴电流；Iq—交轴电流。通过永磁发电机带电抗器(纯电感性负载)试验，测试的电气参量定子电流1、端电压U、空载电势E0、定子电阻Ra、功率因数角Φ、功角Θ，并最终确定直轴同步电抗Xd和交轴同步电抗Xq的值。具体步骤如下:步骤一:进行定子电阻Ra的测试:定子电阻Ra是永磁发电机向量图的构成要素之一，测试出其相电阻，并根据温度进行适当的修正，以便在同步电抗计算时，考虑定子电阻的影响作用；步骤二:进行空载试验:测试空载特性曲线，空载电势Etl和初始位置角:永磁发电机在不同转速下，其空载电势不同，同步电抗也随之变化，确定负载时的功角，必须首先测试空载下的初始位置角，即空载下一相电压与转子位置之间的夹角；步骤三:负载为电抗器(纯电感)运行试验:测量出电抗器负载时永磁发电机定子电流1、端电压U、功率因数角Φ、功角Θ，确定永磁发电机直轴同步电抗Xd和交轴同步电抗Xq ;步骤四、根据以上测试方法，得到各计算参量，利用公式(I)或公式(2)、公式(3)，确定绕组直轴同步电抗Xd和交轴同步电抗Xq。
永磁发电机带纯电感负载运行，是特殊的运行工况，即输出功率为零，输出的电流和电压矢量夹角为90度。永磁发电机带纯电感负载的定子电流产生的电枢反应,与转子磁极产生磁通的方向相反，电枢反应产生的效果最强。在这种工况下测试的同步电抗，具有极值性和边界特点，为分析永磁发电机提供有力的证据。
图1:永磁发电机纯电感负载时运行向量图。
具体实施例方式如图1所不，为永磁发电机纯电感性负载的运行向量图。永磁发电机励磁由固定的磁钢产生磁场，若其转速不变，磁钢产生磁场的磁感应大小不变。永磁发电机带纯电感负载运行时，输出的电流和电压矢量夹角为90度。根据以上特性，绘制纯电感负载时永磁发电机的运行向量图。基于三相稳态短路时永磁发电机的向量图，建立通过电抗器确定永磁发电机同步电抗的测试方法，测试的电气参量定子电流1、端电压U、空载电势E0、定子电阻Ra、功率因数角Φ、功角Θ，并最终确定直轴同步电抗Xd和交轴同步电抗Xq的值。推导纯电感负载同步电抗Xd和Xq的计算公式为:A)忽略定子直流电阻的计算公式在定子直流电阻很小，可以忽略的情况子下，永磁发电机的负载为纯电感(三相可调整电抗器)时，同步电抗Xd值可以由公式求得:Xd= (E0 - U)/I (I)式中:E0——为额定转速下的空载电势，U-为端电压值。B)考虑定子直流电阻的计算公式当在定子直流电阻较大，不可以忽略的情况子下，按下述方法计算:
Xd = (E0 — U.cos θ — I.cos ( θ + φ).Ra) /I.sin ( θ + φ)(2)Xq = (U.sin θ + I.sin ( θ + φ).Ra) /I.cos ( θ + φ)(3)式中:I 一永磁发电机定子电流；U—端电压；EO—空载电势；
Ra—定子电阻；Φ—功率因数角；Θ—功角；Id—直轴电流；Iq—交轴电流。通过永磁发电机带电抗器(纯电感性负载)试验，测试的电气参量定子电流1、端电压U、空载电势Ε0、定子电阻Ra、功率因数角Φ、功角Θ，并最终确定直轴同步电抗Xd和交轴同步电抗Xq的值，具体步骤如下:步骤一、进行定子电阻Ra的测试；定子电阻Ra是永磁发电机向量图的构成要素之一，测试出其相电阻，并根据温度进行适当的修正。以便在同步电抗计算时，考虑定子电阻的影响作用。小型永磁发电机定子直流电阻较大，进行测试和计算时，考虑定子直流电阻的影响，才能准确的确定同步电抗。步骤二、进行空载试验:测试空载特性曲线，空载电势Etl和初始位置角；永磁发电机空载曲线是转速和空载电压的关系曲线，它是一条直线，直接反应了不同转速下磁钢磁极产生电势的大小，同步电抗的确定依赖于空载曲线；永磁发电机在不同转速下，其空载电势不同，同步电抗也随之变化，确定负载时的功角，必须首先测试空载下的初始位置角，即空载下一相电压与转子位置之间的夹角；步骤三、进行负载为电抗器(纯电感)运行试验:负载为纯电感(三相可调整电抗器)时，测量出负载时永磁发电机定子电流1、端电压U、功率因数角Φ、功角Θ。利用测试精度高于0.5级的电量测试仪，可以直接测试定子电流1、端电压U、功率因数角Φ。功角
Θ是两个测试的角度之差，即负载时测试的一相电压与转子位置之间的夹角与测试的空载下初始位置角(空载下同一相电压与转子位置之间的夹角)之差；步骤四、根据以上测试方法，得到各计算参量。忽略定子直流电阻，利用公式(I);考虑定子直流电阻的影响，利用公式(2)、公式(3)，确定绕组直轴同步电抗Xd和交轴同步电抗Xq。
权利要求
1.一种通过电抗器确定永磁发电机同步电抗的测试方法，其特征是:采用永磁发电机带纯电感性负载的电抗器运行,并最终确定永磁发电机直轴同步电抗Xd和交轴同步电抗Xq，永磁同步发电机电抗器负载运行方程及同步电抗计算公式为: A)忽略定子直流电阻的计算公式 Xd=(E0-U)/I (I) 式中: E0——为额定转速下的空载电势 U—为端电压值 B)考虑定子直流电阻的计算公式Xd = (E0 — U.cos Θ — I.cos ( θ + φ).Ra) /I.sin ( θ + φ )(2)Xq = (U.sin θ + I.sin ( θ + φ).Ra) /I.cos ( θ + φ)(3) 式中: I一永磁发电机定子电流； U一端电压； EO—空载电势； Ra—定子电阻； φ—功率因数角； Θ 一功角； Id—直轴电流； Iq—交轴电流。
通过永磁发电机带电抗器(纯电感性负载)试验，测试的电气参量定子电流1、端电压U、空载电势Ε0、定子电阻Ra、功率因数角Φ、功角Θ，并最终确定直轴同步电抗Xd和交轴同步电抗Xq的值，具体步骤如下: 步骤一、进行定子电阻Ra的测试:定子电阻Ra是永磁发电机向量图的构成要素之一，测试出其相电阻，并根据温度进行适当的修正，以便在同步电抗计算时，考虑定子电阻的影响作用； 步骤二、进行空载试验:测试空载特性曲线，空载电势Etl和初始位置角:永磁发电机在不同转速下，其空载电势不同，同步电抗也随之变化，确定负载时的功角，必须首先测试空载下的初始位置角，即空载下一相电压与转子位置之间的夹角； 步骤三、负载为电抗器(纯电感)运行试验:测量出电抗器负载时永磁发电机定子电流1、端电压U、功率因数角Φ、功角Θ，确定永磁发电机直轴同步电抗Xd和交轴同步电抗Xq; 步骤四、根据以上测试方法，得到各计算参量，利用公式(I)或公式(2)、公式(3)，确定绕组直轴同步电抗Xd和交轴同步电抗Xq。
全文摘要
本发明涉及一种通过电抗器确定永磁发电机同步电抗的测试方法，达到确定永磁发电机直轴同步电抗Xd和交轴同步电抗Xq的目的。本发明通过绘制永磁发电机纯电感性负载的运行向量图，推导同步电抗Xd和Xq的计算公式，进行定子电阻Ra的测试、空载试验、带电抗器(纯电感负载)试验，最终确定绕组直轴同步电抗Xd和交轴同步电抗Xq。本发明具有极值性和边界特点，为分析永磁发电机提供有力的证据。
文档编号G01R27/08GK103217583SQ201310151199
公开日2013年7月24日 申请日期2013年4月27日 优先权日2013年4月27日
发明者富立新, 苟智德, 李广德 申请人:哈尔滨电机厂有限责任公司