一種雙y移30°六相同步發電機vbr模擬方法
【專利摘要】本發明提供的是一種雙Y移30°六相同步發電機VBR模擬方法。六相同步發電機包含在空間互差30°的兩套定子繞組；（1）將六相同步發電機的定子部分采用等效電路進行模擬；（2）采用單一飽和因數結合函數擬合的方法實現d-q軸交叉磁飽和現象的模擬；（3）將六相同步發電機的轉子部分采用狀態方程進行模擬；（4）采用測量元件和受控源實現電機定子部分和轉子部分相互連接。采用本發明的模擬方法得到的雙Y移30°六相同步發電機模型相比傳統的模型具有更好的特征結構，具有較好的適應性，能夠滿足不同的仿真方法的需要，由于能夠對交叉磁飽和現象進行模擬可以提高準確度。
【專利說明】—種雙Y移30°六相同步發電機VBR模擬方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及的是一種船舶綜合電力推進系統的仿真方法，特別是一種六相同步發電機的 VBR(Voltage-behind-reactance)模擬方法。
【背景技術】
[0002]在船舶綜合電力推進系統的建模和仿真研究中，仿真的速度和仿真的精度是最受關注的兩個因素。然而，船舶綜合電力推進系統包含了原動機、同步發電機、變壓器、變頻器、推進電機和螺旋槳負載等部分，具有結構復雜，時間常數跨度大等特點，給建模與仿真研究工作帶來了一定的困難。
[0003]雙Y移30°六相同步發電機的使用能夠提高船舶綜合電力推進系統的功率密度，同時減少諧波。對系統性能的提高具有很大的作用。六相同步發電機本身結構復雜，應用到船舶綜合電力推進系統中又進一步增加了系統的復雜程度。一直以來，六相同步發電機的仿真模擬方法都是使用d-q坐標系下的數學模型進行仿真模擬，該方法具有結構簡單容易執行等特點，同時也具有一定的缺陷，如在接入電路中進行仿真時，必須加入額外的阻尼電路，增加仿真系統的復雜程度，降低仿真的效率，同時，由于在六相同步電機建模過程中往往忽略電機磁路存在的交叉磁飽和，對模型的準確性會產生一定的影響。
【發明內容】
[0004]本發明的目的在于提供一種仿真速度快、精度高的雙Y移30°六相同步發電機VBR模擬方法。
[0005]本發明的目的是這樣實現的:
[0006]六相同步發電機包含在空間互差30°的兩套定子繞組，(I)將六相同步發電機的定子部分采用等效電路進行模擬；(2)采用單一飽和因數結合函數擬合的方法實現d-q軸交叉磁飽和現象的模擬；(3)將六相同步發電機的轉子部分采用狀態方程進行模擬；(4)采用測量元件和受控源實現電機定子部分和轉子部分相互連接.[0007]本發明提供了 一種雙Y移30°六相同步發電機的VBR模擬方法，使用該方法建立的六相同步發電機模型能夠改善仿真速度，同時提高仿真精度。
[0008]以雙Y移30°六相同步發電機的d-q軸數學模型為基礎，將雙Y移30°六相同步發電機的轉子部分表示成等效網絡的形式，根據轉子電路之間的相互連接關系，通過基爾霍夫定律，消去冗余的狀態變量，從而得到以狀態變量表示的轉子狀態方程的形式，得到的狀態變量分別為d-q軸的磁化磁鏈和d軸阻尼繞組的磁鏈，由于實際發電機中存在磁飽和的現象，導致磁鏈和電流的關系不是線性的，因此，提出了一種單一飽和因數結合函數擬合的方法，實現了將d-q軸的交叉磁飽和耦合到轉子狀態方程中。
[0009]在此基礎上，將轉子部分的狀態變量代入到d-q模型的定子電壓方程中，通過對電壓方程進行反變換將定子電壓方程變換到靜止坐標系，通過包含電流項、包含電流微分項和不包含的情況實現對電阻、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，轉子狀態方程中包含的定子電壓和電流可以通過定子電路中的電壓和電流測量元件測量之后得到并作為轉子狀態方程的輸入，定子部分在經過反變換后包含的轉子部分的變量可以通過在定子電路中接入受轉子影響的受控源實現，從而實現了定子部分和轉子部分的相互連接。將以上過程在仿真軟件中執行，則能夠實現雙Y移30°六相同步發電機的快速準確模擬。
[0010]本發明的優點在于:
[0011](I)該模擬方法將六相同步發電機模型的兩套定子繞組電路和轉子動態分離開來，因此能夠改善模擬的特征結構，在進行模擬時，能夠改善系統的速度。
[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，在應用到系統模擬中時，不需要加入額外的阻尼電路，能夠降低模擬時系統的復雜程度。
[0013](3)首次實現了將d-q軸的交叉磁飽和耦合到六相同步發電機的模擬中，能夠顯著提高模擬的準確度。
[0014](4)該模擬方法具有良好的適應性，便于對雙Y移30°六相同步發電機進行相應的物理仿真、或使用計算機進行數字仿真，或進行半物理仿真。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0015]圖1為雙Y移30°六相同步發電機繞組結構示意圖。
[0016]圖2為雙Y移30°六相同步發電機的VBR模擬方法轉子部分計算和處理流程圖。
[0017]圖3雙Y移30°六相同步發電機的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°六相同步發電機的VBR模擬方法定子部分計算和處理流程圖。
[0019]圖5為雙Y移30°六相同步發電機的VBR模擬方法總體結構示意圖。
【具體實施方式】
[0020]下面結合附圖舉例對本發明做更詳細地描述:
[0021]如圖1所示，為本發明的對象雙Y移30°六相同步發電機的定子和轉子的繞組結構示意圖，其定子部分包含了在空間互差1=30°的兩套對稱三相定子繞組alblcl和a2b2c2，兩套三相繞組之間相互耦合，轉子部分包含了 d軸的阻尼繞組kd和勵磁繞組fd以及q軸的阻尼繞組kd，定子和轉子之間通過磁鏈實現相互之間的聯系。
[0022]如圖2所示，為雙Y移30°六相同步發電機的VBR模擬方法的轉子部分計算和處理流程。首先，明確轉子狀態方程的狀態變量、輸入和輸出，輸入量包括從勵磁電路采集勵磁電壓，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參數。采集到的定子電壓和定子電流經過雙坐標變換，分別將兩套三相的定子電壓和電流變換到兩套d-q坐標系中，雙三相的坐標變換可以表示為
[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， 表示轉子位置角，Κ(θ J表示三相坐標變換，具有下面的形式:
【權利要求】
1.一種雙Y移30°六相同步發電機VBR模擬方法，六相同步發電機包含在空間互差30°的兩套定子繞組，其特征是: (1)將六相同步發電機的定子部分采用等效電路進行模擬； (2)采用單一飽和因數結合函數擬合的方法實現d-q軸交叉磁飽和現象的模擬； (3)將六相同步發電機的轉子部分采用狀態方程進行模擬； (4)采用測量元件和受控源實現電機定子部分和轉子部分相互連接。
2.根據權利要求1所述的雙Y移30°六相同步發電機VBR模擬方法，其特征是所述將六相同步發電機的轉子部分采用狀態方程進行模擬的具體方法為: 從勵磁電路采集勵磁電壓、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參數，將采集到的定子電壓和定子電流經過雙坐標變換，分別將兩套三相的定子電壓和電流變換到兩套d-q坐標系中，雙三相的坐標變換表示為 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，表示轉子位置角，Κ( Θ r)表示三相坐標變換，具有下面的形式:
3.根據權利要求1所述的雙Y移30°六相同步發電機VBR模擬方法，其特征是所述采用單一飽和因數結合函數擬合的方法實現d-q軸交叉磁飽和現象的模擬的具體方法是: 首先進行磁飽和參數的設定，接著通過設定的凸極因數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的磁化電感，通過凸極因數的定義將凸極電機等效成了隱極電機，則主磁路和d-q的磁路的關系表示為
4.根據權利要求1所述的雙Y移30°六相同步發電機VBR模擬方法，其特征是將六相同步發電機的定子部分采用等效電路進行模擬的具體方法為: 定子電路的輸入包括轉子輸出的d-q坐標系下的等效反電動勢、轉子速度和位置，其中，轉子的速度和位置結合定子電路的參數得到d-q坐標系下的定子電路電阻和電感參數，對d-q坐標系下的等效反電動勢、定子電路電阻和電感參數分別使用反雙坐標變換得到兩套三相繞組中的等效反電動勢、電阻和電感的表達式，反雙坐標變換可以表示為
【文檔編號】H02P9/00GK103762916SQ201410003232
【公開日】2014年4月30日 申請日期:2014年1月3日 優先權日:2014年1月3日
【發明者】劉勝, 程垠鐘, 李冰, 張蘭勇 申請人:哈爾濱工程大學