一种电站发电电动机的建模方法及装置

本发明涉及电路系统仿真，尤其涉及一种电站发电电动机的建模方法及装置。

背景技术：

1、现有的dq0电机模型可以等效为恒流源作为电机-电网的接口部分，在电机、电网系统的迭代计算过程中，会存在误差的累计，如果迭代补偿设置偏大，可能会造成计算结果不收敛的后果，使得得到的电机模型鲁棒性能较差。

技术实现思路

1、本发明提供了一种电站发电电动机的建模方法及装置，旨在提升dq0电机模型的鲁棒性能。

2、根据本发明的一方面，提供了一种关键词提取方法，包括：

3、获取电机参数，并构建电机的等效电路模型；

4、基于所述电机参数计算电机的离散输出矩阵；

5、基于电力模型的电气回路求解所述电力模型的离散状态方程及离散输出方程；

6、基于电机的离散输出矩阵修正所述电力模型的离散输出矩阵及离散状态矩阵；

7、基于修正后的电力模型的离散输出矩阵及状态矩阵，构造所述电力模型的离散状态方程及离散输出方程。

8、可选的，所述基于所述电机参数计算电机的离散输出矩阵，包括：

9、基于所述电机参数中的电感常数，电阻常数，电机转速，电机额定功率计算电机的第一连续状态矩阵；

10、基于所述电机参数中的电机转子角，电机励磁绕组直阻，电机直电感，电机额定电压，电机额定电流，电机额定频率计算电机的第二连续状态矩阵；

11、基于所述电机参数中的电感常数，电机额定电流计算电机的连续输出矩阵；

12、基于所述第二连续状态矩阵，连续输出矩阵，所述第一连续状态矩阵以及所述电机参数中的离散采样时间计算电机的离散输出矩阵。

13、可选的，所述计算电机的第一连续状态矩阵，包括：

14、所述第一连续状态方程为：

15、a＝wt*(-w-rinv)

16、式中，wt＝2*pi*fn；fn为电机额定频率；w为电机转速矩阵，w(0,1)＝wr，w(1,0)＝-wr，矩阵中其它参数为0，wr为电机转速；rinv＝1/rm，rm为电阻常数矩阵；

17、所述基于所述电机参数中的电机转子角，电机励磁绕组直阻，电机直电感，电机额定电压，电机额定电流，电机额定频率计算电机的第二连续状态矩阵，包括：

18、所述第二连续状态矩阵为：

19、b＝vm*wt

20、式中，vm为5×3矩阵，矩阵中各参数计算公式如下：

21、vm(0,0)＝cos(θ)*0.544/vn，vm(0,1)＝(0.272*cos(θ)+0.471*sin(θ))/vn vm(1,0)＝sin(θ)*0.544/vn，vm(1,1)＝(0.272*sin(θ)-0.471*cos(θ))/vn

22、vm(2,2)＝rm

23、vm矩阵中除上式参数外其它参数均为0；θ为电机转子角，vn为电机额定电压；

24、所述基于所述电机参数中的电感常数，电机额定电流计算电机的连续输出矩阵，包括：

25、电机的连续输出矩阵为：

26、c＝-im*linv_temp

27、式中，linv为电感常数矩阵lm的逆矩阵linv＝1/lm，linv_temp是提取矩阵linv的前2行，构成维度为2×5矩阵；im为2×2矩阵，矩阵中各参数如下：

28、im(0,0)＝cos(θ)*1.414*in，im(0,1)＝(0.707*cos(θ)+1.224*sin(θ))*in im(1,0)＝sin(θ)*1.414*in，im(1,1)＝(0.707*sin(θ)-1.224*cos(θ))*inin为电机额定电流；

29、所述基于所述第二连续状态矩阵，连续输出矩阵，所述第一连续状态矩阵以及所述电机参数中的离散采样时间计算电机的离散输出矩阵，包括：

30、离散输出矩阵dd为：

31、dd＝cd*b

32、cd＝c*ad*ts

33、ad＝1/(i-a*ts)

34、式中，ts为离散采样时间；i为单位矩阵；ad为电机的离散状态矩阵；cd为电机的另一离散输出矩阵。

35、可选的，所述基于电力模型的电气回路求解所述电力模型的离散状态方程及离散输出方程，包括：

36、基于电力模型的电气回路得到所述电气回路的电气参数；

37、基于基尔霍夫定律以及所述电气回路的电气参数生成所述电力模型的连续状态方程以及连续输出方程；

38、基于后向欧拉法将连续状态空间离散化，得到所述电力模型的离散状态方程以及离散输出方程。

39、可选的，所述电气回路的电气参数包括节点总数为nn，支路总数nb，电源模块总数为ns，回路总数为np，电感l总数为nl，电容总数为nc，测量输出模块总数为no；

40、所述基于基尔霍夫定律以及所述电气回路的电气参数生成所述电力模型的连续状态方程以及连续输出方程，包括：

41、基于基尔霍夫定律提取nn-1个基尔霍夫电流方程以及np+nc个基尔霍夫电压方程，方程总个数为ne，ne＝nn-1+np+nc-1；

42、生成连续状态方程：x’(t)＝am*x(t)+bm*u(t)；

43、生成连续输出方程：y(t)＝cm*x(t)+dm*u(t)；

44、其中，x(t)为系统的连续状态变量，x’(t)为系统连续状态变量的导数，数组长度为nl+nc；u(t)为电源输入变量；am、bm为连续状态矩阵，am矩阵维度为ne×ne，bm矩阵维度为ne×ns；cm、dm为连续输出矩阵，cm矩阵维度为no×ne，dm矩阵维度为no×ns；

45、所述基于后向欧拉法将连续状态空间离散化，得到所述电力模型的离散状态方程以及离散输出方程，包括：

46、离散状态方程：x(k+1)＝as*x(k)+bs*u(k)

47、离散输出方程：y(k+1)＝cs*x(k)+ds*u(k)，

48、其中，x(k)为系统的离散状态变量，x(k+1)为下一次迭代系统的离散状态变量，计算方法如下：

49、x(k)＝(i-ts*am)*x(t)-bm*ts*u(t)，i为单位矩阵，ts为离散采样时间；u(k)为电源输入变量，u(k)＝u(t)；as、bs为离散状态矩阵，计算方法如下：as＝1/(i-am*ts)，bs＝as*ts*bm；cs、ds为离散输出矩阵，计算方法如下：cs＝cm*as，ds＝cm*bs+dm。

50、可选的，所述基于电机的离散输出矩阵修正所述电力模型的离散输出矩阵及离散状态矩阵，包括：

51、计算临时矩阵dtemp，dtemp_inv：

52、dtemp＝ds_temp*dd

53、dtemp_inv＝dtemp/(im-dtemp)

54、ds_tempw为提取所述电机的离散输出矩阵dd的第0-no行，第2-ni列所生成的矩阵，矩阵维度为no*ni-2，o表示dd的总行数，i表示dd的总列数；im为2阶单位矩阵；

55、修正所述电力模型的离散输出矩阵及离散状态矩阵的修正方程为：

56、cs修正＝cs+dtemp_inv*cs

57、ds修正＝ds+dtemp_inv*ds

58、as修正＝as+bs*dd*cs修正

59、bs修正＝bs+bs*dd*ds修正。

60、可选的，所述基于修正后的电力模型的离散输出矩阵及状态矩阵，构造所述电力模型的离散状态方程及离散输出方程，包括：

61、修正后的离散状态方程：x(k+1)＝as修正*x(k)+bs修正*u(k)

62、修正后的离散输出方程：y(k+1)＝cs修正*x(k)+ds修正*u(k)。

63、可选的，在所述基于所述电机参数计算电机的离散输出矩阵，之前还包括：

64、根据上一次计算得到的电机磁链向量，第一连续状态矩阵，离散采样时间，第二连续状态矩阵，ab相间电压向量以及bc相间电压向量计算当前电机磁链向量；所述ab相间电压向量以及bc相间电压向量基于所述电机的等效电路模型计算得到；

65、基于转子运动方程以及当前的电机磁链向量更新电机转子角。

66、可选的，所述构建电机的等效电路模型，包括：a相上的等效可控电流源ia，b相上的等效可控电流源ib；

67、等效可控电流源ia的第一端分别电连接于a相，电机在a相与c相间的等效电阻rca的第一端，以及电机在a相与b相间的等效电阻rab的第一端；

68、等效可控电流源ib的第一端分别电连接于b相，电机在a相与b相间的等效电阻rab的第二端，以及电机在b相与c相间的等效电阻rbc的第一端；

69、等效可控电流源ia的第二端分别电连接于c相，等效可控电流源ib的第二端，电机在a相与c相间的等效电阻rca的第二端，以及电机在b相与c相间的等效电阻rbc的第二端。

70、根据本发明的另一方面，提供了一种电站发电电动机的建模装置，包括：

71、初始化单元，用于获取电机参数，并构建电机的等效电路模型；

72、计算单元，用于基于所述电机参数计算电机的离散输出矩阵；

73、求解单元，用于基于电力模型的电气回路求解所述电力模型的离散状态方程及离散输出方程；

74、修正单元，用于基于电机的离散输出矩阵修正所述电力模型的离散输出矩阵及离散状态矩阵；

75、构造单元，用于基于修正后的电力模型的离散输出矩阵及状态矩阵，构造所述电力模型的离散状态方程及离散输出方程。

76、本发明的实施例通过构建电机的等效电路模型，而不是仅构建电力模型系统的等效电路模型来对发电电动机的建模，通过计算电机的离散输出矩阵以及电力模型的离散状态方程及离散输出方程，并基于电机的离散输出矩阵来修正电力模型的离散输出矩阵及离散状态矩阵；使得修正后的电力模型的离散输出矩阵及状态矩阵构造得到的电力模型的离散状态方程及离散输出方程，其具有更好的鲁棒性能。

77、应当理解，本部分所描述的内容并非旨在标识本发明的实施例的关键或重要特征，也不用于限制本发明的范围。本发明的其它特征将通过以下的说明书而变得容易理解。

技术特征：

1.一种电站发电电动机的建模方法，其特征在于，包括：

2.根据权利要求1所述的电站发电电动机的建模方法，其特征在于，所述基于所述电机参数计算电机的离散输出矩阵，包括：

3.根据权利要求2所述的电站发电电动机的建模方法，其特征在于，所述计算电机的第一连续状态矩阵，包括：

4.根据权利要求1所述的电站发电电动机的建模方法，其特征在于，所述基于电力模型的电气回路求解所述电力模型的离散状态方程及离散输出方程，包括：

5.根据权利要求4所述的电站发电电动机的建模方法，其特征在于，所述电气回路的电气参数包括节点总数为nn，支路总数nb，电源模块总数为ns，回路总数为np，电感l总数为nl，电容总数为nc，测量输出模块总数为no；

6.根据权利要求5所述的电站发电电动机的建模方法，其特征在于，所述基于电机的离散输出矩阵修正所述电力模型的离散输出矩阵及离散状态矩阵，包括：

7.根据权利要求6所述的电站发电电动机的建模方法，其特征在于，所述基于修正后的电力模型的离散输出矩阵及状态矩阵，构造所述电力模型的离散状态方程及离散输出方程，包括：

8.根据权利要求3所述的电站发电电动机的建模方法，其特征在于，在所述基于所述电机参数计算电机的离散输出矩阵，之前还包括：

9.根据权利要求1所述的电站发电电动机的建模方法，其特征在于，所述构建电机的等效电路模型，包括：a相上的等效可控电流源ia，b相上的等效可控电流源ib；

10.一种电站发电电动机的建模装置，其特征在于，包括：

技术总结
本发明公开了一种电站发电电动机的建模方法及装置，方法包括获取电机参数，并构建电机的等效电路模型；基于所述电机参数计算电机的离散输出矩阵；基于电力模型的电气回路求解所述电力模型的离散状态方程及离散输出方程；基于电机的离散输出矩阵修正所述电力模型的离散输出矩阵及离散状态矩阵；基于修正后的电力模型的离散输出矩阵及状态矩阵，构造所述电力模型的离散状态方程及离散输出方程。本发明能够提升dq0电机模型的鲁棒性能。

技术研发人员：专祥涛,张荣,王振浩
受保护的技术使用者：武汉大学
技术研发日：
技术公布日：2024/9/23