一种同步调相机定子绕组匝间短路的有限元仿真方法

1.一种同步调相机定子绕组匝间短路的有限元仿真方法，其特征在于，所述同步调相机定子绕组匝间短路的有限元仿真方法的步骤如下：步骤1，采集同步调相机的运行参数、结构数据、材料数据；步骤2，基于同步调相机的结构数据、材料数据，利用等效面积折算法分别将定子绕组线圈中的多个导体折算为一个定子绕组线圈导体、将转子绕组线圈中的多个导体折算为一个转子绕组线圈导体，搭建同步调相机的二维有限元模型，并确定二维有限元模型的材料属性、边界条件、仿真区域和转子的运动区域；步骤3，对二维有限元模型进行网格划分，并设置求解器参数；步骤4，搭建同步调相机的定子外电路模型和转子外电路模型，实现三相绕组连接于三相电源上模拟同步调相机的并网运行，通过调节励磁电流实现同步调相机的二维有限元模型运行于调相机状态；步骤5，对于定子部分外电路模型，将故障相上故障支路的绕组模型分为健康绕组模型和短路绕组模型，并且该短路绕组模型先与过渡电阻模型并联后，再与健康绕组模型、绕组电阻模型串联；包括：通过调节短路绕组匝数，实现短路故障程度的调节；通过调节过渡电阻阻值，实现短路故障程度的调节；通过改变短路绕组的线圈位置，实现短路故障位置的改变；并且短路故障程度δ满足如下关系式：式中，I表示非故障相非故障支路的正常电流，I d 表示故障相故障支路的短路电流；步骤6，基于有限元仿真法，计算不同故障位置下同步调相机定子绕组匝间不同故障程度的短路电流。 2.根据权利要求1所述的同步调相机定子绕组匝间短路的有限元仿真方法，其特征在于，在步骤1中，所述运行参数包括：额定电压、额定电流、额定励磁电流、额定容量、最大进相能力、转速和损耗；所述结构数据包括：定子支路数、定子槽数、转子槽数、定子铁芯外径、定子铁芯内径、定子铁芯长度、气隙、转子槽数、转子外径、转子每槽匝数和定子每槽匝数；所述材料数据包括：转子铁芯和定子铁芯的磁导率、电导率、导热系数、比热容。 3.根据权利要求1所述的同步调相机定子绕组匝间短路的有限元仿真方法，其特征在于，步骤2包括：步骤2.1，基于同步调相机的结构数据，计算定子绕组线圈中并联的多个实心导体和多个空心导体的导电截面积，并利用等效面积折算法将其折算为一个定子绕组线圈导体；计算转子绕组线圈中并联的多个空心导体的导电截面积，并利用等效面积折算法折算为一个转子绕组线圈导体；步骤2.2，搭建同步调相机的二维有限元模型；步骤2.3，基于同步调相机的材料数据，设置二维有限元模型的材料属性；步骤2.4，确定边界条件、仿真区域和转子的运动区域。 4.根据权利要求3所述的同步调相机定子绕组匝间短路的有限元仿真方法，其特征在于，在步骤2.2中，同步调相机的二维有限元模型包括：定子铁芯模型、转子铁芯模型、定子绕组模型、转子绕组模型。 5.根据权利要求3所述的同步调相机定子绕组匝间短路的有限元仿真方法，其特征在于，在步骤2.4中，所述边界条件是定子铁芯模型外圆周；所述仿真区域是定子铁芯模型外圆周以内的所有区域；所述转子的运动区域是转子铁芯模型外径和定子铁芯模型内径之间的区域。 6.根据权利要求1所述的同步调相机定子绕组匝间短路的有限元仿真方法，其特征在于，步骤3包括：步骤3.1，对同步调相机的二维有限元模型进行网格划分，其中定子绕组模型和转子绕组模型的网格密度大于定子铁芯模型和转子铁芯模型的网格密度；步骤3.2，设置求解器的参数，即设置求解时间和步长。 7.根据权利要求1所述的同步调相机定子绕组匝间短路的有限元仿真方法，其特征在于，步骤4包括：步骤4.1，基于同步调相机的绕组的实际连接方式，搭建定子部分外电路模型和转子部分外电路模型；步骤4.2，利用定子部分外电路模型实现同步调相机的三相绕组连接于三相电网电源，以模拟同步调相机的并网运行状态；步骤4.3，利用转子部分外电路模型设置励磁电流，使得同步调相机运行于空载状态；步骤4.4，增大或减小励磁电流，使得同步调相机的二维有限元模型运行于过励磁状态或欠励磁状态。 8.根据权利要求7所述的同步调相机定子绕组匝间短路的有限元仿真方法，其特征在于，在步骤4.1中，所述定子部分外电路模型包括电网电压源模型、定子绕组模型、定子绕组电阻模型；所述转子部分外电路模型包括励磁电流源模型、转子绕组模型、转子绕组电阻模型。 9.根据权利要求8所述的同步调相机定子绕组匝间短路的有限元仿真方法，其特征在于，所述定子绕组模型采用三相双并联支路结构，包括：A相第一支路绕组模型、A相第二支路绕组模型、B相第一支路绕组模型、B相第二支路绕组模型、C相第一支路绕组模型、C相第二支路绕组模型；所述定子绕组电阻模型采用三相双并联支路结构，包括：A相第一支路绕组电阻模型、A相第二支路绕组电阻模型、B相第一支路绕组电阻模型、B相第二支路绕组电阻模型、C相第一支路绕组电阻模型、C相第二支路绕组电阻模型；所述转子部分外电路模型采用单相单支路结构。