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工程建模与仿真
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工程建模与仿真/2009/文章

研究文章|开放访问

体积 2009 |文章ID. 867150. | https://doi.org/10.1155/2009/867150

LucianLupşa-tătaru那 “同步发电机突然短路的比较仿真研究“，工程建模与仿真那 卷。2009那 文章ID.867150.那 11. 页面那 2009。 https://doi.org/10.1155/2009/867150

同步发电机突然短路的比较仿真研究

LucianLupşa-tătaru1

1特兰西瓦尼亚大学电气工程系，500036 Braşov，罗马尼亚

学术编辑：Igor Kotenko.
已收到 2009年4月9日
公认 05年6月2009年
发表 2009年8月30日

摘要

对同步发电机瞬变现象的研究虽然在时间上已经有了很大的进展，但对于发电机的突然短路，还没有提供充分的比较研究。本文提出了一种新颖的、综合的初始无载同步发电机短路故障动态仿真过程模型D.-问：-0数学模型作为推导的起点。不同于时域分析，这里提出的技术允许一个有效的比较概述，通过使用一个专门的程序来执行重复的时域模拟，并伴随各种情况的峰值记录。通常在选择电流作为状态变量时，在积分的每一步都要进行耗时的矩阵数值反演，通过将过程模型推进为方便的分裂矩阵形式(允许符号处理)，可以消除这种情况。此外，通过引入一组不同状态方程共有的辅助变量，提高了计算效率。模型推导不改变广义的结构方程D.-问：给出了同步发电机-0数学模型，并对仿真结果进行了比较和讨论。

1.介绍

电力系统的重要组成部分是三相交流发电机。现在几乎所有的发电机都是同步式的。在正常运行时，同步发电机有两个同步旋转场。一个磁场是由转子产生的，以同步速度驱动，并受到直流电流的激励。另一个磁场是由交流相电流在定子绕组中产生的。同步发电机通常有显著的磁极，这使得他们的数学建模涉及。虽然在很大程度上时间，分析方法还没有提供充分的解决和解释瞬态，如机器的突然短路，因此留给读者不充分的理解。同步发电机故障通常是由雷击、暴雨、强风或绝缘子污染等外部原因引起的。长期平均短路统计表明，70%的同步发电机故障是线路对地故障，是由雷暴期间绝缘子闪络引起的。只有5%的短路是由三相平衡类型引起的。

同步发电机短路研究是电力系统设计者的必备工具。任务是计算故障条件，并提供设计的保护设备，该保护设备在适当的时间内将故障发生器与系统的其余部分隔离。应选择断路器的中断容量以适应最大的短路电流，因此必须小心不仅仅是基于平衡三相短路的结果的保护决定。断路器能够在短时间内携带指定的短路电流。然而，如果没有正确计算短路电流并且断路器经受超过其额定值的故障职责，则存在灾难性故障的可能性。在短路应力下的定子相和转子场电流采用危险的值，热重载安装。在短路瞬态期间电磁扭矩的临界值必须由发电机设计器已知，以评估结构的机械强度。

绝大多数用于短路瞬态分析的商业软件基于所接受标准所包含的实证计算。参考 [1-8.描述并强调了国际电工委员会IEC 60909标准、英国工程建议ER G7/4和美国IEEE C37.010标准三种国际短路电流分析方法之间的显著差异。短路故障的动态模拟始终是一种选择，不是为了验证从标准化计算得到的结果，而是为了准确和有效地表示暂态行为[9.-14.］.本文描述了用于同步发电机短路瞬态仿真的各种新颖、全面和通用的过程模型。模型推导过程不改变广义模型的结构方程 - - 0. 同步发电机的数学模型。所提出的模拟技术通过引入不同状态方程所共有的辅助变量，提高了计算效率。当选择电流作为状态变量并计算电流导数时，数值积分的每一步都需要耗时的矩阵反演，通过将模型推进为方便的分裂矩阵形式(允许符号处理)，可以消除这种情况。为了实用，除了时域分析外，短路特征量的峰值被描述为依赖于转子滞后角的初始值(在短路发生时)。这种表示方式大大方便了对不同短路类型结果之间的差异的检查，从而允许密切研究同步发电机的行为。

2.广义 - - 0. 同步发电机的模型

我们从阳光同步发电机的常用图片开始，假设除了现场绕组之外，阻尼绕组可以相当代表两个 - 轴的等效电路。提出凸极同步发电机的广义数学模型包含两组不同的结构方程[14.-18.］.这些是微分方程，即电压和运动方程，以及磁通连接和电流之间的代数相关性（通量方程）。

同步发电机的电压方程通过以下普通微分方程给出：

(我)对于定子绕组：

= - - + 那 （ 1 ） = - - - 那 （ 2 ） 0. = - 0. - 0. 那 （ 3. ） 那么 那 那 分别表示下标的电压，电流和磁通量连杆 那 那 0. 与定子有关联吗 - 电压、电流和磁链的轴分量和零序分量:

0. = + + 3. 那 ⟵ 那 ⟵ 那 ⟵ 那 （ 4. ）

（ii）对于转子绕组:

= + 那 （ 5. ） 0. = + 那 0. = + 那 （ 6. ） 在符号 那 那 表示与励磁绕组有关的变量和参数 - 轴阻尼器绕组，分别。

电磁扭矩由

E. m = 3. 2 ⋅ - + （ 7. ） 与 被称为发电机杆对的数量。

机械运动方程是

D. R. 一世 V. E. = E. m + 那 （ 8. ） 那么 D. R. 一世 V. E. 为驱动涡轮扭矩，和 是相当于惯性的时刻。

凸极同步发电机的标准磁通方程通过以下通量连杆 - 电流关系给出：

= + = + ⋅ + 那 （ 9. ） = + = + 那 （ 1 0. ） 0. = 0. 0. 那 （ 1 1 ） = + = + ⋅ + 那 （ 1 2 ） = + = + ⋅ + 那 （ 1 3. ） = + = + 那 （ 1 4. ） 其中索引 为静、转子漏感，为

= + + 那 = + （ 1 5. ） 代表了 - 磁化电流空间量相器的轴分量[19.］.在查看助焊剂方程（9.） - （14.） 和...一起 （15.），以下关系很容易看到：

= + 那 = + 那 = + 那 = + 那 = + 。 （ 1 6. ）

请注意，转子量称为定子。还要强调转子的滞后角 在定子阶段之间测量 轴和直接（ - )轴，其随时间的减小对应一个正转子角速度，如图所示1。因此


图1
- 定子相位轴的系统和参考系。

= - 。 （ 1 7. ） 直接和逆转的公园 - Gorev变换由

= 2 3. C O. S. + C O. S. + 2 3. + C O. S. + 4. 3. 那 = 2 3. S. 一世 N + S. 一世 N + 2 3. + S. 一世 N + 4. 3. 那 （ 1 8. ） = C O. S. + S. 一世 N + 0. 那 = C O. S. （ + 2 / 3. ） + S. 一世 N （ + 2 / 3. ） + 0. 那 = C O. S. （ + 4. / 3. ） + S. 一世 N （ + 4. / 3. ） + 0. 那 （ 1 9. ） 分别。的替换

⟵ 那 ⟵ 那 ⟵ （ 2 0. ） 将在（18.） 和 （19.）.映射(18.）执行定子绕组变量的转换到坐标系，其中转子静止。我们识别直接和正交轴中的等效绕组。直轴（ - 轴）绕组是相当于其中一个相绕组，而是直接与该领域对齐。正交（ - 轴）绕组位于其轴线垂直于转子场绕组的轴线。

3.数学建模

３．１．预赛

为了提高演示文稿的易读性并在数值集成过程中提高计算效率，介绍了以下一组辅助变量：

1 = C O. S. 那 2 = S. 一世 N 那 1 = C O. S. 那 2 = S. 一世 N 那 1 = C O. S. 那 2 = S. 一世 N 那 1 = C O. S. 那 2 = S. 一世 N 。 （ 2 1 ）

现在我们继续使用基于当前的表达式(12.） - （14.）目的是从转子电压方程中消除磁通变量（5.） 和 （6.）.处理后的电压方程结果如下:

+ + = - + 那 （ 2 2 ） + + = - 那 （ 2 3. ） + = - （ 2 4. ） 带转子励磁电压 作为输入变量。另外，更换定子 - 广义表达中的轴通量连接（7.），使用相关性（9.） 和 （10.），我们最终获得电磁扭矩作为仅作为表达 - 轴电流:

E. m = 3. 2 ⋅ - + 。 （ 2 5. ）

我们考虑与额定角位移有显著偏差的最一般情况。我们还假设所涉及的电气变化要比由发电机/驱动涡轮速度控制所产生的机械变化快得多。因此，为了进行瞬态计算，我们假设驱动涡轮功率是一个常数。此外，我们认为发电机最初是在空载下以恒定的转子角速度运行的。这些假设与运动方程(8.简单地导致 D. R. 一世 V. E. ≡ 0. 那 不仅在短路发生前有效，而且在短路发生后也有效。因此，机械运动方程(8.）产量

= - E. m 。 （ 2 6. ）

3.2。线对地短路模型的结构化方法

让阶段一种是故障阶段。本例中的限制性(边界)条件是

= 0. 那 = = 0. 。 （ 2 7. ）

事实上那个阶段 是对地短路使用。这将导致

+ = 0. 。 （ 2 8. ）

匡威公园 - Gorev变换（19.)产生阶段 条件连杆 - - 0. 组件:

= C O. S. + S. 一世 N + 0. 。 （ 2 9. ） 由于与时间相关的区分（29.），考虑（17.),条件(28.)可以提出采用定子 - 轴磁链及其时间相关导数，也包括零序列分量的时间相关导数:

C O. S. + S. 一世 N + 0. = - - S. 一世 N + C O. S. （ 3. 0. ） 或者通过考虑 - - 0. 由通量连接-电流关系提供的通量连接(9.） - （11.)：

⎡ ⎢ ⎢ ⎢ ⎢ ⎢ ⎢ ⎢ ⎣ 1 3. 0. 1 2 1 1 2 ⎤ ⎥ ⎥ ⎥ ⎥ ⎥ ⎥ ⎥ ⎦ ⋅ ⎡ ⎢ ⎢ ⎢ ⎢ ⎢ ⎢ ⎣ ⎤ ⎥ ⎥ ⎥ ⎥ ⎥ ⎥ ⎦ = ⎡ ⎢ ⎢ ⎢ ⎢ ⎢ ⎢ ⎣ - - 2 1 - 2 - 2 1 ⎤ ⎥ ⎥ ⎥ ⎥ ⎥ ⎥ ⎦ ⎡ ⎢ ⎢ ⎢ ⎢ ⎢ ⎢ ⎣ ⎤ ⎥ ⎥ ⎥ ⎥ ⎥ ⎥ ⎦ 。 （ 3. 1 ）

考虑到Park-Gorev的直接变换(18.)，其中限制条件(27.）被认为是定子 - 轴电流以阶段的函数出现 电流:

= 2 3. C O. S. 那 = 2 3. S. 一世 N 。 （ 3. 2 ）

差异化（32.）最终会考虑（17.），一个人获得

= 2 3. C O. S. + 那 S. 一世 N = 2 3. S. 一世 N - 。 C O. S. （ 3. 3. ）

关系(32.） 和 （33.）允许我们以方便的方式选择一组状态电流。更精确地，定子 - 轴电流及其与时间相关的衍生物（22.） - （24.） 和 （31.）现在可以通过使用表达式替换（32.） 和 （33.）仅包含阶段 电流及其与时间有关的导数。最终，状态电流矢量将包含相位 电流、磁场电流和阻尼器 - 轴电流。值得指出的是，由于减去(23.)从(22.)得到一个不包含定子的方程 - 轴电流作为变量：

- = - + + 。 （ 3. 4. ） 自从 （34.）不需要进一步处理，以便促进模型推导，该等式已被用作替换（22.）.导出的线到地短路模型包含六个微分方程，即（23.），（24.）， 和 （31.）加上（26.），（17.）， 和 （34.）以原始形式。因此，两个角速度 转子滞后角 也可以作为状态变量。表达式(15.）磁化电流 - 轴分量和表达式(32.）定子 - 轴电流、电磁转矩(25.）在仅选定的状态电流方面获取表达式：

E. m ⎡ ⎢ ⎢ ⎢ ⎢ ⎣ 2 = - 3. 1 - 1 S. 一世 N 2 2 - 1 ⎤ ⎥ ⎥ ⎥ ⎥ ⎦ ⎡ ⎢ ⎢ ⎢ ⎢ ⎣ ⎤ ⎥ ⎥ ⎥ ⎥ ⎦ 。 （ 3. 5. ）

3.3。线到线短路模型的结构化方法

让阶段 未展开（阶段之间的短路故障 和 ）.限制性条件是

= 那 （ 3. 6. ） = 0. 那 = - 。 （ 3. 7. ）

发电机相位的电压方程 和 是

- = + 那 - = + 。 （ 3. 8. ） 因此,条件(36.)可以重写:

- + ⋅ - = 0. （ 3. 9. ） 或通过保持阶段B.当前为状态变量，并在视图状态(37.)：

- + 2 = 0. 。 （ 4. 0. ） 应用反向Park-Gorev变换(19.),我们得到

- = √ 3. - S. 一世 N + C O. S. 。 （ 4. 1 ） 由于与时间相关的区分（41)，考虑到(17.),条件(36.），现在表达（40)，可采用定子先进 - 轴通量链接及其与时间相关的衍生物：

S. 一世 N - = 2 C O. S. √ 3. + C O. S. + S. 一世 N （ 4. 2 ） 或考虑定子dq磁通连杆 - 电流关系提供的轴磁通连接（9.） 和 （10.)：

⎡ ⎢ ⎢ ⎢ ⎢ ⎢ ⎣ 2 - 1 2 2 - 1 ⎤ ⎥ ⎥ ⎥ ⎥ ⎥ ⎦ ⋅ ⎡ ⎢ ⎢ ⎢ ⎢ ⎢ ⎣ ⎤ ⎥ ⎥ ⎥ ⎥ ⎥ ⎦ = ⎡ ⎢ ⎢ ⎢ ⎢ ⎢ ⎢ ⎢ ⎢ ⎣ 2 √ 3. 1 2 1 1 2 ⎤ ⎥ ⎥ ⎥ ⎥ ⎥ ⎥ ⎥ ⎥ ⎦ ⎡ ⎢ ⎢ ⎢ ⎢ ⎢ ⎢ ⎣ ⎤ ⎥ ⎥ ⎥ ⎥ ⎥ ⎥ ⎦ 。 （ 4. 3. ）

考虑到Park-Gorev的直接变换(18.)，其中限制条件(37.）被考虑，我们可以建立定子 - 轴电流作为阶段的函数B.电流:

= 2 3. C O. S. + 2 3. - C O. S. + 4. 3. ⟺ 2 = - √ 3. S. 一世 N 那 = 2 3. S. 一世 N + 2 3. - S. 一世 N + 4. 3. ⟺ = 2 √ 3. C O. S. 。 （ 4. 4. ） 差异化（44)，并最终考虑连接(17.）， 我们获得

= 2 √ 3. - S. 一世 N + 那 C O. S. = 2 √ 3. C O. S. + 。 S. 一世 N （ 4. 5. ）

关系(44） 和 （45）允许我们拆下定子 - 轴电流及其方程中与时间相关的导数(23.），（24.）， 和 （43）.最终，状态电流矢量将包含相位 电流、磁场电流和阻尼器 - 轴电流。表达式(15.)及相关性(44)、电磁转矩(25.)获取仅使用可用状态电流的表达式:

E. m ⎡ ⎢ ⎢ ⎢ ⎢ ⎢ ⎣ 2 = 1 - 1 - √ S. 一世 N 3. 1 - √ 3. 1 - √ 3. 2 ⎤ ⎥ ⎥ ⎥ ⎥ ⎥ ⎦ ⎡ ⎢ ⎢ ⎢ ⎢ ⎣ ⎤ ⎥ ⎥ ⎥ ⎥ ⎦ 。 （ 4. 6. ）

类似于先前检查的线到地短路的情况，线到线短路模型还包含六个微分方程，更精确地处理（23.），（24.）， 和 （43）加上（26.），（17.）， 和 （34.）以原始形式。

3．4．三相短路模型的构造方法

这种情况下的限制性条件是

+ + = 0. ⟺ 0. = + + 3. = 0. 那 = = = 0. （ 4. 7. ） 或直接应用Park-Gorev变换(18.），

= = 0. 。 （ 4. 8. ）

通过使用基于当前的表达式(9.） 和 （10.)来消除定子电压方程(1） 和 （2），其中条件（48)，处理后的电压方程结果如下:

+ + = - + ⋅ + 那 （ 4. 9. ） + = - - ⋅ + + 。 （ 5. 0. ）

短路模型由耦合(49） 和 （50)与处理过的转子电压方程(22.） - （24.)和(26.） 和 （17.)，并提到，在这种情况下，电磁转矩保留表达式(25.)，以……的形式给出 - 轴电流。因此，该模型包含七个微分方程，并且状态变量的载体包括定子 - 轴电流、转子(场、阻尼器)电流、角速度、转子滞后角。

在数值积分的每一步，定子相电流通过反向Park-Gorev变换(19.）具有视图条件（47)，指出零序列组件的无效:

= C O. S. + S. 一世 N 那 = 1 2 - + √ 3. 1 C O. S. - 2 √ 3. + S. 一世 N 那 1 = - 2 + √ 3. 1 C O. S. + 2 √ 3. - S. 一世 N 。 （ 5. 1 ）

4.动态模拟

利用所建立的模型，我们得到了不同的特征曲线，相对于已有的文献资料，这是一种新颖的方法。为了实现数值积分，我们实现了[20.八阶亚当斯预测校正方案[21.)，这家初创公司采用的是四阶龙格-库塔法[21.那22.］.积分器的小截断误差，加上扩展的10字节数据表示，确保了高数值积分精度。这里描述的线对地和线对线短路过程模型的内部结构如下:

⋅ ⎡ ⎢ ⎢ ⎢ ⎢ ⎣ P. H 一种 S. E. ⎤ ⎥ ⎥ ⎥ ⎥ ⎦ ⎡ ⎢ ⎢ ⎢ ⎢ ⎣ + ⋅ P. H 一种 S. E. ⎤ ⎥ ⎥ ⎥ ⎥ ⎦ = ⎡ ⎢ ⎢ ⎢ ⎣ 0. 0. 0. ⎤ ⎥ ⎥ ⎥ ⎦ 那 = - E. m 那 = - （ 5. 2 ） 与矩阵L.形式

⎡ ⎢ ⎢ ⎢ ⎣ = 0. 1 2 0. ⋅ 3. 4. 5. 0. ⋅ 6. 0. 0. 7. 8. 3. 3. 6. ⎤ ⎥ ⎥ ⎥ ⎦ 2 那 ∈ 3. 2 ; - √ 3. 。 （ 5. 3. ） 由结构包含的六个微分方程(52），第一个等式显然代表（34.）.第二和第三等式代表（23.） 和 （24.），通过采用关系处理（32.） 和 （33.）对于线到地面短路和通过使用的情况（44） 和 （45)，分别用于线对线短路的情况。结构的第四个微分方程(52)表示处理后的(31.） 和 （43）， 分别。对于线到地短路的情况下， = 2 / 3. 在(53),一个标识:

1 = 那 2 = - 那 3. = 1 那 4. = 那 5. = 那 6. = 2 那 7. = 那 8. = 0. 3. + ⋅ 1 C O. S. + ⋅ 2 S. 一世 N （ 5. 4. ） 对于线到线路短路故障的情况，何时 √ = - 2 / 3. 那

1 = 那 2 = - 那 3. = 2 那 4. = 那 5. = 那 6. = - 1 那 7. = 那 8. = ⋅ 2 S. 一世 N + ⋅ 1 C O. S. 。 （ 5. 5. ） 为了提高计算效率，我们决定避免(53)，通过加载符号处理器来实现数值积分的每一步(附录)。对于三相短路故障，可以看出状态电流与时间相关的导数的表示是直接的。更准确地说，是 - 轴电流（定子 - 轴、场和阻尼器 - 轴电流)仅从(49），（22.）， 和 （23.), (50） 和 （24.的时间相关导数问：设在电流(定子 - 轴和阻尼器 - 轴电流)。

对发电机空载运行的初始状态、同步速度和额定相电压进行了仿真。必须强调的是，采用了单位(p.u)制。为进行暂态计算，基本量如下:

(我)电压基础: √ 2 那 （ii）目前基地: √ 2 那 （iii）磁链基础: √ 2 - 1 那 (iv)电阻基础: = - 1 那 （v）电感的基础: - 1 那(vi)转矩基础: Ω - 1 = 3. - 1 那 （vii）角速度的基础: 那 (八)时基: - 1 那

在下标 表示额定值。

4．1.同步发电机数据

本文提出的结果全部提供在每单位（P.U.）系统中提供，并已获得具有以下数据的突出极同步发电机：

= 4. 4. 0. K. V. 一种 那 L. 一世 N E. 那 = 6. 3. 0. 0. V. 那 C O. S. = 0. 。 8. 那 = 1 0. 0. 0. R. P. m 那 = 5. 0. H Z. （ 5. 6. ）

(我)定子绕组参数(单位):

= 0. 。 0. 2 5. 6. P. 。 你 。 那 = 0. 。 0. 8. 8. P. 。 你 。 那 （ 5. 7. ）

（ii）转子(磁场和阻尼器)绕组参数(单位):

= 0. 。 0. 0. 3. 2 P. 。 你 。 那 = 0. 。 0. 8. 8. P. 。 你 。 那 = 0. 。 0. 3. 6. P. 。 你 。 那 = 0. 。 2 5. 8. P. 。 你 。 那 = 0. 。 3. 3. P. 。 你 。 那 = 0. 。 0. 6. 6. P. 。 你 。 那 （ 5. 8. ）

（iii） - 轴磁化电感(单位):

= 1 。 3. 1 P. 。 你 。 那 = 0. 。 7. 0. 5. P. 。 你 。 那 （ 5. 9. ）

(iv)机械时间常数:

m E. C H = 3. 2 = 1 5. 5. R. 一种 D. 。 （ 6. 0. ）

4.2。线到地和线到线路短路。结果解释

线对地和线对线的短路都决定了同步发电机的运行进入单相运行，这导致了与典型的三相短路故障情况完全不同的行为。

在发生短路的瞬间，可以区分转子的两个特征位置:

(我)对应于定子电流（有利情况）的单向（D.C.）组分的循环的位置;（ii）定子电流单向(直流)分量最大值对应的位置(最不利的情况)。

图中的曲线2说明短路特征量的峰值与转子滞后角的初始值(发生短路时)的相关性。由于依赖关系是周期性的，周期为 1 8. 0. ∘ 时，绘制了转子滞后角初始值在区间[ 0. ∘ 那 1 8. 0. ∘ ］.如上所述，转子的滞后角度， ，为定子相位之间的测量值 轴和直接（ - )轴。实际上，图的曲线2通过专用过程返回的数据来呈现足够的技能来执行转子滞后角度的初始值和重复的时域模拟的逐行修改，伴随着峰值记录。关于耗时的耗时，必须注意到可能检测在第一周期内的峰值的可能性（2 rad.)导致足够快的“重复时域模拟”执行。

（一种）“N一种mE.=“8.6.7.15.0.。fig.002a
（一种）
（b）“N一种mE.=“8.6.7.15.0.。fig.002b
（b）
图2
短路特征量峰值与转子滞后角初始值的关系:(a)线对地短路，(b)线对线短路。

在图中3.给出了在有利条件下线对地短路时的电流随时间变化的曲线。这种情况对应的是在短路发生瞬间和整个短路过程中定子电流单向分量的消失。对于更多的特征量，以及对地短路，在图中绘制了最不利情况达到峰值时的时间相关曲线4.。必须强调的是，线到线路短路的演化曲线特性保持了用于线到地短路所获得的时间相关的演化曲线的形状。

（一种）“N一种mE.=“8.6.7.15.0.。fig.003a
（一种）
（b）“N一种mE.=“8.6.7.15.0.。fig.003b
（b）
图3
线到地面短路电流的时间相关演化曲线，在有利情况下：（a）定子阶段电流，(b)场电流。
（一种）“N一种mE.=“8.6.7.15.0.。fig.004a
（一种）
（b）“N一种mE.=“8.6.7.15.0.。fig.004b
（b）
（C）“N一种mE.=“8.6.7.15.0.。fig.004c
（C）
（d）“N一种mE.=“8.6.7.15.0.。fig.004d
（d）
图4
最不利情况下的线对地短路特征量的时间相关曲线:(a)定子相位电流，(b)磁场电流，(c)电磁转矩，(d)转子角速度。

检查定子电流和场电流的图，人们发现，无论考虑的时间间隔是多少，场电流脉冲的数量是定子电流脉冲数量的两倍。这是由于发电机单相运行;在有利的情况下，对应于定子电流的零单向分量，定子的脉动场分解为以转子速度和以3、5、7、 ...... 倍的速度。同时，脉动转子场对转子而言，分解为在2、4、6、 ...... 乘坐转子速度。定子电流单向部件对脉动定子场的影响包括在2,4,6的部件的外观中， ...... 乘以转子速度，即定子，伴随着在转子速度下以及在3、5、7、 ...... 这个值的倍增，提到转子。检查图中的田间电流图4 (b)，一个人在短路的第一矩的第一矩处观察到存在，几个高级脉冲相邻到较低水平的脉冲。相邻脉冲的水平倾向于均衡和图形中的曲线形状是非常自然的4 (b)倾向于图中曲线的形状3 (b)随着定子电流单向部件的逐渐阻尼。

4．3．三相短路。比较概述

三相突然短路模型的结构如下:

- = ⋅ - + 那 = - E. m 那 = - 那 （ 6. 1 ） 那么 - = [ ]   is the vector of the - 轴电流，在这里是状态变量，而电磁转矩保持表达式(25.)，表示仅仅以……的方式给出 - 轴电流。必须强调的是矩阵的元素 Ω 和列向量 不要依赖转子滞后角 ，它也表示状态函数。

由于转子滞后角度，作为状态变量，只能在结构的最后一个方程中干扰（61)，则()的其他状态变量的时间相关演化61）独立于转子滞后角的初始值（在短路发生）。换句话说，链接方程（17.）如果目的仅仅是评估 - 轴电流和电磁扭矩（25.)，确切地说 - 轴电流。这显然是与线到地短路的情况相反，并且具有线到线故障的情况，其中所有状态变量的演进都取决于转子滞后角的初始值。然而，在当前情况下，转子的滞后角度通过包含的表达式来决定发电机相电流的值（51）.这就是为什么（17.)必须纳入结构(61)，隐式地解释了为什么发电机相电流的变化依赖于转子滞后角的初始值。

在突然的三相短路下评估瞬态响应所需的特征量显示在图中5.，其中相位 图电流曲线5（a）对应于最不利的情况，其达到的峰值为最大值。

（一种）“N一种mE.=“8.6.7.15.0.。fig.005a
（一种）
（b）“N一种mE.=“8.6.7.15.0.。fig.005b
（b）
（C）“N一种mE.=“8.6.7.15.0.。fig.005c
（C）
（d）“N一种mE.=“8.6.7.15.0.。fig.005d
（d）
图5
三相短路时特征量的时间相关曲线:(a)定子相位最不利环境的电流，（b）电流电流，（c）电磁扭矩，（d）转子角速度。

数字6.说明了短路特征量的记录最大值的比较概述。明显地，临界定子相电流发生在线对地突然短路时，初始转子滞后角 0. ∘ ，而临界励磁电流在三相故障处接收，与初始情况无关。另一方面，由于转子的初始滞后角，在线路间短路故障时，电磁转矩变得临界 9. 0. ∘ 。


图6
短路特性数量最大峰值的比较概述。

5.结论

同步发电机通常通过具有外部原因的短路故障强调。长期平均统计数据指出，同步发电机主要受到线到地线和线路短路故障的强调。尽管有同步发电机的运营历史悠久，但迄今为止所呈现的研究作品并未对机器的突然短路进行完全足够的比较研究。这可能是由于操作期间发生的短路故障无法提供足够的信息，以便故障正确评估，仅仅是因为实际发生这些故障的各种情况。

本文介绍了使用概括的同步发电机中的线到地，线到线和三相突然短路和三相突然短路的新型工艺模型 - - 0. 模型作为推导中的起点。在同步角速度下对发电机无负载操作的初始条件进行仿真研究。这里的仿真技术对通过执行伴随峰值记录的重复的时域模拟的专业过程对应于短路故障的结果对应的结果的差异。在具有最不利的环境中，进行比较研究，其中特征量的达到峰值是最大的环境。比较概述明显地揭示了临界（定子）相电流在线到地短路时，在三相短路上临时在三相短路上临界，同时在线到线达到临界扭矩短路故障。

附录

倒置矩阵 - 1 获取表单

- 1 = ⎡ ⎢ ⎢ ⎣ 3. 7. ⋅ 5. - 4. 3. 7. ⋅ 1 - 2 6. ⋅ 1 5. - 2 4. 7. ⋅ 2 4. - 1 5. ⋅ 2 3. 7. + ⋅ 5. 2 6. - 5. 7. 8. 2 ⋅ 7. 8. - ⋅ 2 6. ⋅ 2 3. 6. - ⋅ 2 3. 7. - ⋅ 2 3. 7. - ⋅ 4. 2 6. + 4. 7. 8. 1 ⋅ ⋅ 2 6. - 7. 8. - ⋅ 1 3. 6. ⋅ 1 3. 7. ⋅ 3. 6. ⋅ 4. - 5. ⋅ 3. 6. ⋅ 2 - 1 ⋅ 1 2 3. - ⋅ 2 2 3. - 1 5. 8. + 2 4. 8. ⋅ 6. ⋅ 1 5. - 2 4. ⎤ ⎥ ⎥ ⎦ ⋅ 1 2 3. 7. - ⋅ 2 2 3. 7. + ⋅ 1 5. 2 6. - ⋅ 2 4. 2 6. - 1 5. 7. 8. + 2 4. 7. 8. 。 （ 一种 。 1 ）

符号列表

那 那 ： 瞬时电压、电流和磁链分别
： 反抗
： 电感
： (转子)角速度
： 时间变量
： 转矩
： 等效惯性矩
： 发电机杆对的数量
： 转子滞后角

下标

： 表示 - 轴(“直接”轴)分量
： 表示 - 轴(“正交”轴)分量
0. ： 为零序列分量
： 与（转子）现场绕组相关的变量和参数
： 与（转子）相关的变量和参数D.-AXIS DUMPER绕组
： 与（转子）相关的变量和参数 - 轴阻尼绕组
： 与磁化电路有关的变量和参数
： 后缀表示泄漏电感
那 那 ： 同步发电机阶段
： 额定(公称)参数的指数

上标

： 转置矩阵(向量)

参考文献

  1. n . Tleis电力系统建模与故障分析， Elsevier Newnes，牛津，英国，2007。
  2. G.骑士和H. Sieling，“ANSI和IEC 909短路电流计算程序的比较”IEEE工业应用汇刊，第29卷，第2期3，第625-630页，1993。查看在：出版商网站|谷歌学者
  3. A. J. Rodolakis，“北美(ANSI)和欧洲(IEC)故障计算指南的比较”，IEEE工业应用汇刊，第29卷，第2期3，pp。515-521,1993。查看在：出版商网站|谷歌学者
  4. J. C. DAS，“关于中断发电机断路器的义务，EMTP仿真，ANSI / IEEE和IEC方法，”发电机源短路电流的研究“国际新兴电力系统杂志，卷。9，没有。3，2008年第3款。查看在：出版商网站|谷歌学者
  5. IEC 60909-0：2001-2007，“三相交流系统中的短路电流 - 第0部分：电流的计算”。查看在：谷歌学者
  6. IEC 60909-1：2002，“三相交流系统中的短路电流 - 第1部分：用于计算短路电流的因素”。查看在：谷歌学者
  7. 工程推荐ER G 7/4，“符合IEC 60909的步骤，用于计算三相交流电源系统中的短路电流，”英国电力网络协会“，1992年。查看在：谷歌学者
  8. C. N. Hartman，“了解不对称”IEEE工业应用汇刊，卷。21，不。4，pp。842-848,1985。查看在：出版商网站|谷歌学者
  9. O. E. Roennspiess和A. E. E. EfthymiaDis，“静态和动态短路分析程序的比较”IEEE工业应用汇刊第26卷第2期3，第463-475页，1990。查看在：出版商网站|谷歌学者
  10. a . Berizzi, S. Massucco, a . Silvestri，和D. Zaninelli，“短路电流计算:使用动态模拟作为参考的IEC和ANSI标准方法的比较”，IEEE工业应用汇刊，第30卷，第2期4、1994年。查看在：出版商网站|谷歌学者
  11. F. Castelli-Dezza，A. Silvestri和D.Zaninelli，“IEC 909标准和短路电流的动态仿真”，欧洲电力工程学报，第4卷，第4期。3，页213-221,1994。查看在：谷歌学者
  12. E.Haginomori和S. Ohtsuka，“EMTP突然的同步机短路”，日本电气工程，卷。146，没有。1，pp。78-88,2004。查看在：出版商网站|谷歌学者
  13. P. M.安德森，电力系统故障分析，威利ieee出版社，纽约，美国，1995。
  14. L. Lupşa-Tătaru，“基于动态仿真的同步发电机磁链状态空间模型的扩展”，电力系统汇刊， vol. 1, no. 112, pp. 2017-2022, 2006。查看在：谷歌学者
  15. A. A. Gorev，同步机的瞬态过程，瑙卡，圣彼得堡，俄罗斯，1985。
  16. p .脉管电机和驱动器：空间矢量理论方法，克拉登登新闻，牛津，英国，1992年。
  17. p.c. Krause, O. Wasynczuk和S. D. Sudhoff，电机与驱动系统分析，Wiley-Ieee新闻，纽约，纽约，美国，2002年。
  18. C. M. ONG，电力机械动态模拟，Prentice Hall Ptr，Englewood Cliffs，NJ，1997年。
  19. 斯蒂皮纳，“空间相量理论?”这是干什么用的?”欧洲电力交易，卷。5，不。6，PP。409-412,1995。查看在：谷歌学者
  20. “Win32 / 64的FreePascal综合开发环境（Delphi 7的编译器v.2.2.2），”http://www.freapascal.org/。查看在：谷歌学者
  21. H.杰弗里斯和B. S.杰弗里斯，数学物理方法，剑桥大学出版社，剑桥，英国，第3版，1988年。
  22. c . w .齿轮常微分方程的数值初值问题， Prentice Hall, Englewood Cliffs，新泽西州，美国，1971年。

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