一种基于变机械负载转矩的感应电动机转子滑差计算方法与流程

技术特征：
1.一种基于变机械负载转矩的感应电动机转子滑差计算方法，其特征在于，包括以下步骤：s1：构建感应电动机基于正序工频分量的稳态等值电路、暂态等值电路和基于负序工频分量的等值电路；s2：根据s1构建的等值电路，采用考虑机电暂态过程，得到感应电动机的转子电压方程、定子电流方程，所述转子电压方程、定子电流方程与转子滑差关联；s3：构建转子运动方程，采用变机械负载转矩对转子滑差进行解析计算，得到感应电动机的变机械负载转矩方程；s4：应用对称分量法求得感应电动机定子端的正、负序电压分量；s5：根据s4求得感应电动机定子端的正、负序电压分量，求得感应电动机定子端的正、负序定子电流和电磁转矩方程；s6：根据感应电动机定子端的正、负序定子电流和电磁转矩方程，得到不对称故障电压跌落期间转子滑差s关于时间t的一阶非齐次线性微分方程；s7：通过常数变易法，求解转子滑差s关于时间t的一阶非齐次线性微分方程，得到故障期间及恢复过程中转子滑差s动态变化的解析计算表达式。2.根据权利要求1所述的基于变机械负载转矩的感应电动机转子滑差计算方法，其特征在于，所述感应电动机基于正序工频分量的稳态等值电路包括外施定子端电压定子电阻r
s
、定子电抗x
s
、励磁电抗x
m
、转子电抗x
r
和考虑转子滑差后的转子电阻其中：外施定子端电压的一端与定子电阻r
s
的一端电连接，定子电阻r
s
的另一端与定子电抗x
s
的一端电连接，定子电抗x
s
的另一端分别与励磁电抗x
m
的一端、转子电抗x
r
的一端电连接，转子电抗x
r
的另一端与考虑转子滑差后的转子电阻的一端电连接，考虑转子滑差后的转子电阻的另一端分别与励磁电抗x
m
的另一端、外施定子端电压的另一端电连接；所述感应电动机基于正序工频分量的暂态等值电路包括外施定子端电压定子电阻r
s
、转子短路电抗x'和转子暂态电势e'，其中：外施定子端电压的一端与定子电阻r
s
的一端电连接，定子电阻r
s
的另一端与转子短路电抗x'的一端电连接，转子短路电抗x'的另一端与转子暂态电势e'的一端电连接，转子暂态电势e'的另一端与外施定子端电压的另一端电连接；当电源通过等值阻抗为z
eq
＝r
eq
jx
eq
的供电网络向感应电动机im供电时，感应电动机的负序等值电路包括外施电压定子电阻r
s
、定子电抗x
s
、励磁电抗x
m
、转子电抗x
r
和考虑转子滑差后的转子电阻其中：外施定子端电压的一端与定子电阻r
s
的一端电连接，定子电阻r
s
的另一端与定子电抗x
s
的一端电连接，定子电抗x
s
的另一端分别与励磁电抗x
m
的一端、转子电抗x
r
的一端电连接，转子电抗x
r
的另一端与考虑转子滑差后的转子电阻的一端电连接，考虑转子滑差
后的转子电阻的另一端分别与励磁电抗x
m
的另一端、外施定子端电压的另一端电连接。3.根据权利要求2所述的基于变机械负载转矩的感应电动机转子滑差计算方法，其特征在于，步骤s2所述的转子电压方程为：式中，为外施定子端电压，e'
d
和e'
q
分别为转子暂态电势e'的d轴和q轴分量，i
ds
和i
qs
分别为定子电流的d轴和q轴分量，x＝x
s
x
m
为转子开路电抗；为转子短路电抗；为定子开路、转子回路暂态时间常数，ω
s
为电动机同步转速，ω
m
为电动机转速，为转子滑差，r
s
和x
s
为定子电阻、电抗，r
r
和x
r
为转子电阻、电抗，x
m
为励磁电抗。4.根据权利要求3所述的基于变机械负载转矩的感应电动机转子滑差计算方法，其特征在于，步骤s2所述的定子电流方程为：式中，v
ds
和v
qs
分别为外施定子电压的d轴和q轴分量。5.根据权利要求4所述的基于变机械负载转矩的感应电动机转子滑差计算方法，其特征在于，步骤s3所述的转子运动方程为：式中，t
j
为电动机惯性时间常数，t
e
为电磁转矩，t
m
为机械负载转矩。6.根据权利要求5所述的基于变机械负载转矩的感应电动机转子滑差计算方法，其特征在于，步骤s3中的感应电动机的变机械负载转矩方程为：t
m
＝t
m0
β0s
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(4)式中，t
m0
为稳定运行时感应电动机的初始机械转矩，β0为转矩系数。7.根据权利要求7所述的基于变机械负载转矩的感应电动机转子滑差计算方法，其特征在于，步骤s4中应用对称分量法求得感应电动机定子端的正、负序电压分量，其计算式为：
式中，a＝1∠120
°
，分别为电源相电压，分别为电源正、负、零序电压。8.根据权利要求7所述的基于变机械负载转矩的感应电动机转子滑差计算方法，其特征在于，步骤s5中根据s4求得感应电动机定子端的正、负序电压分量，求得感应电动机定子端的正、负序定子电流和电磁转矩方程，其中：送端发电机功率p
eq
jq
eq
与受端电动机功率p
d
jq
d
满足下式：电动机端正、负序电压计算如下：式中，下标“1”、“2”分别表示正、负序分量，为电源正、负序电压共轭值，送端发电机功率为p
eq
jq
eq
；考虑到2-s≈2，有：s≈2，有：s≈2，有：s≈2，有：式中，下标“1”、“2”分别表示正、负序分量，z
rs
为中间变量，不对称故障电压跌落期间，电动机的转子运动方程为：
式中，t
e1
、t
e2
分别表示正、负序电磁转矩。9.根据权利要求8所述的基于变机械负载转矩的感应电动机转子滑差计算方法，其特征在于，步骤s6根据感应电动机定子端的正、负序定子电流和电磁转矩方程，得到不对称故障电压跌落期间转子滑差s关于时间t的一阶非齐次线性微分方程：联合(6)、(10)、(11)和(12)，得不对称故障电压跌落期间转子滑差s关于时间t的一阶非齐次线性微分方程：电压跌落清除后，定子电压中不含负序电压分量，转子运动方程也不再含有负序电磁转矩t
e2
，有：联立式(6)、(10)、(11)和(14)，可得故障清除后转子滑差s关于时间t的一阶非齐次线性微分方程：10.根据权利要求9所述的基于变机械负载转矩的感应电动机转子滑差计算方法，其特征在于，令感应电动机的初始转子滑差为s0，从电压跌落发生时刻t0开始不断增大，到故障清除时刻t1，感应电动机转子滑差增大到s1，电压跌落清除后，经过一段时间，感应电动机的转子滑差才恢复；通过常数变易法令：式中，v
s1
为外施定子端电压正序分量，v
s2
外施定子端电压负序分量，r
r
为转子电阻，ω
s
为电动机同步转速，β0为转矩系数，t
j
为电动机惯性时间常数，t
m0
为稳定运行时感应电动机的初始机械转矩；代入式(13)，求得故障期间感应电动机转子滑差s
dur
的近似解析计算表达式为：通过常数变易法令：式中，t
m
为机械负载转矩；代入式(15)求得故障清除后感应电动机转子滑差s
after
的近似解析计算表达式为：

技术总结
本发明提供一种基于变机械负载转矩的感应电动机转子滑差计算方法，快速计算电力系统对称和不对称故障电压跌落下感应电动机负荷转子滑差动态特性。与PSCAD/EMTDC电磁暂态仿真结果的比较，验证了算法的有效性。本发明的解析计算方法显式给出了受扰后感应电动机各机械、电气参量的计算表达式，除可用于快速评估感应电动机转子滑差与电压跌落的相互影响外，也有潜力应用于电力系统稳定性分析中，可以求出任意类型故障的电压跌落发生后感应电动机转子滑差s的动态过程变化特性。动机转子滑差s的动态过程变化特性。动机转子滑差s的动态过程变化特性。


技术研发人员：廖卫平 谢武超 徐健雄 聂春洪 张艳 冯佳伟 苏珏 方涛 余卓彬 李少杰
受保护的技术使用者：广东电网有限责任公司江门供电局
技术研发日：2020.11.26
技术公布日：2022/5/31