发电机多质量扭转轴接口及其使用方法

1.发电机的模型简介

发电机模型的一个选项是可以模拟Q轴的两个阻尼绕组,因此可作为隐极机或凸极机使用。其速度可通过给“w”输入一个正值直接控制,或者将机械转矩输入到“Tm” 上,发电机模型如图4-38所示,该发电机模型具有四个接口:励磁机接口、系统接口、转速和转矩接口、多质量扭转轴接口。发电机的多质量扭转轴接口可以和“Multi-Mass Torsional Shaft Interface”组件配合使用,一般在需要考虑发电机的惯性质量和轴系扭振时使用。“Multi-Mass Torsional Shaft Interface”即多质量扭转轴接口组件,如图4-64所示。同时该模型也具有很多设置的高级选项,关于本模型的使用详见后面的介绍。

2.关于发电机的设置

当模拟同一母线处多台同步电机(容量和特性相似),且电机之间的动态可以忽略时,可将这些发电机作为一台同步电机来对待,从而可以加快仿真速度,并避免电机之间的相互干扰。当具有多台电机,且需要研究电机之间的动态时,需要将该选项设置为No。发电机的设置如图4-39～图4-45所示。

(1)Configuration:初始状态设置。初始化和启动最常用的方法是由用户指定输入发电机端电压的幅值和相角,该幅值和相角通常通过潮流计算程序得到,此时发电机将作为一个电压源运行。网络求解进程将从初始状态启动求解,直至达到稳定状态,用户可选择将电机从恒压源模型切换至恒速模型,此时转子被锁定为恒速运行。同时用户选择采用的励磁机或电力系统稳定器可给出一个初始化的条件,从而实现无缝的状态切换。这两者的初始化是电机作为恒压源的过程中完成的。其后,所有电机的转子将被解锁至自由状态,此时将由汽轮机/调速器系统给出合适的输出至电机。至此,整个系统将无限制的自由运行并达到期望的稳态。初始化的设置选项如图4-39所示。

图4-38　发电机模型

图4-39　初始化设置

1)Machine name:同步电机名称。

2)No.of Q-axis Damper Windings:Q轴阻尼绕组数目:1—隐极机,2—凸极机。

3)Date Entry Format:数据输入形式,分为两种,即发电机参数形式(Generator)和等效电路形式(Equivalent Circuit)。其中第一种是输入大家常用的电机参数,如X d、X'd、X″d、T'do、T″do等;第二种是输入基于交直轴的同步电机等效电路。

4)Multi-mass interface:电机接口。

5)Armature Resistance as:电枢电阻输入形式,时间常数(Time-Cons)或电阻值(Resistance)。

6)D-axis Saturation:直轴是否饱和。

7)Type of settings for initial condition:设置初始条件的类型。

a.None:优先选项,仅需输入初始化时的电压幅值和相位,电机的有功功率和无功功率将由网络及网络中其他电源所决定。

b.Powers:输入对应于特定端电压幅值和相位的有功和无功功率。此时电机可直接以转子锁定或自由运行模式启动,避免了模式切换的暂态过程。但该有功和无功功率必须根据正确的潮流计算结果得到,并且交流网络也必须根据该潮流正确的进行了初始化。

c.Currents:需要输入初始的转子相对于稳定状态下A相端电压相位角的相角。需要输入电枢直轴电流初值、交轴电流初值和励磁绕组电流初值。同时还需要输入初始电机转速。该类型适用于电机以自由运行(转矩控制)模式启动的情况。

8)Machine scaling factor:比例因数。

9)Graphics Display:电机的图形化显示模式。

(2)Interface to machine controllers:接口机控制器数据设置,如图4-40所示。

1)Supply terminal conditions to exciter:励磁机终端条件。可依据励磁机输入要求选择“无”、端电压、端电流或端电压和电流。

2)Smoothing Time Constant:平滑时间常数。

3)Output exciter initialization data:是否输出初始励磁电压至励磁机。如果选择“Yes”,则使电机从电压源模式切换至电机模式更为平滑。

4)Output governor initialization data:是否输出初始机械转矩至汽轮机或调速器。如果选择“Yes”,则使电机从转子锁定模式切换至自由运行模式更为平滑。

5)Out speed:设置输出转速的单位,选择“rad/s”或“pu”,可根据汽轮机/调速器模型接口的需要来决定。

图4-40　Interface to machine controllers数据设置

图4-41　Variable Intialization Data数据设置

(3)Variable Intialization Data:变量的初始化数据设置,如图4-41所示。

1)Source[0]to Machine[1]transition:从电压源切换至电机模式的控制信号。该项只允许输入“0”或“1”,当输入“0”时,运行于恒速的电压源模式;当输入“1”时,切换为电机模式,其输入通常由变量控制。例如,控制变量是S2M,通过Timer元件控制其逻辑,当输入从“0”切到“1”的时候,从电压源模式切换至电机模式,如图4-42所示。

图4-42　由变量控制从电压源模式切换至电机模式

图4-43　Basic Data基础数据参数设置

2)Lock-rotor[0]-Normal mode[1]transition:从转子锁定切换至自由运行模式的控制信号。该项只允许输入“0”或“1”,当输入“0”时,运行于转子锁定模式;当输入“1”时,切换为自由运行模式,其输入通常由变量控制。

(4)Basic Data:基础数据参数,如图4-43所示。(www.xing528.com)

1)Rated RMS Line-to-Neutral Voltage:额定相电压(kV)。

2)Rated RMS Line Current:线电流(k A)。

3)Base Angular Frequency:角频率(rad/s)。

4)Inertia Constant:惯性时间常数。

5)Mechanical Friction and Windage:机械损耗;输入量通常是0.0～0.05之间。

6)Neutral Series Resistance/Reactance:中性点接地电阻和电抗。

7)Iron Loss Resistance:铁损电阻。

8)Number of coherent machines:发电机群中发电机数目。

(5)Equivalent Circuit Data Format:等效电路的参数,如图4-44所示。

1)Armature Resistance:电枢电阻。

2)Stator Leakage Reactance:定子漏抗。

3)D-Axis Unsaturated Magnetizing Reactance:直轴的磁化电抗(非饱和)。

图4-44　Equivalent Circuit Data Format等效电路的参数设置

图4-45　Generator Date Format参数设置

4)Field Resistance:励磁绕组电阻。

5)Field Leakage Reactance:励磁绕组漏抗。

6)D-Axis Damper Resistance/Leakage Reactance:直轴阻尼绕组电抗和漏抗。

7)D:Field-Damp Mutual Leakage Reactance:D轴阻尼绕组和励磁绕组互感抗。

8)Q-Axis Damper No.1 Resistance:Q轴阻尼绕组电抗和漏抗。

9)Q:Damp-Damp Mutual Leakage Reactance:Q轴阻尼绕组互漏抗。

(6)Generator Date Format。其参数设置如图4-45所示。

1)Armature Resistance[Ra]:电枢电阻。

2)Armature Time Constant[Ta]:电枢时间常数。

3)Potier Reactance[Xp]:同步发电机的保梯电抗X p。

4)D:Unsaturated Reactance[Xd]:直轴同步电抗X d(不饱和)。

5)D:Unsaturated Transient Reactance[]:直轴暂态电抗(不饱和)。

6)D:Unsat.Transient Time(Open)[]:直轴开路暂态时间常数。

7)D:Unsat.Sub-Trans.Reactance ]:直轴次暂态电抗(不饱和)。

8)D:Unsat.Sub-Trans.Time(Open)[]:直轴次暂态开路时间常数。

9)D:Real Transfer Admit(Armat-Field):直轴转移导纳的实部。

10)D:Imag Transfer Admit(Armat-Field):直轴转移导纳的虚部。

11)Q:Unsaturated Reactance[Xq]:交轴同步电抗X q(不饱和)。

12)Q:Unsaturated Transient Reactance[]:交轴暂态电抗(不饱和)。

13)Q:Unsat.Transient Time(Open)[]:交轴开路暂态时间常数。

14)Q:Unsat.Sub-Trans.Reactance[]:交轴次暂态电抗(不饱和)。

15)Q:Unsat.Sub-Trans.Time(Open)]:交轴次暂态开路时间常数。

16)Air Gap Factor:气隙系数。