一种高效同步机的电磁暂态建模方法、系统及设备

1.一种高效同步机的电磁暂态建模方法，其特征在于，包括以下步骤：S1.采用线性外推法预测同步机某一时刻的第一转子角速度、第一转子角、电枢电流的第一电流q分量和第一电流d分量；S2.根据所述第一电流q分量和所述第一电流d分量确定模拟同步机的第一诺顿电路；通过坐标变换将所述第一诺顿电路从dq0量转换为abc相量的第二诺顿电路；S3.将所述第二诺顿电路中等值电阻矩阵求逆得到等值电导矩阵，并将等值电导矩阵输入网络电导矩阵中进行求解，得到同步机端口的三相电压；S4.根据所述三相电压确定同步机电枢电流的第二电流q分量、第二电流d分量和转子电流，以及确定同步机的定子磁链d分量和定子磁链q分量；S5.通过所述第二电流q分量、所述第二电流d分量、所述定子磁链d分量和所述定子磁链q分量在机械系统方程中求解，得到同步机的第二转子角速度和第二转子角；S6.将所述第二电流q分量、所述第二电流d分量、所述第二转子角速度、所述第二转子角分别与对应的所述第一电流q分量、所述第一电流d分量、所述第一转子角速度、所述第一转子角计算，得到对应的误差绝对值；若所有的误差绝对值均小于误差允许值，返回步骤S1；根据所述三相电压确定同步机电枢电流的第二电流q分量、第二电流d分量和转子电流，以及确定同步机的定子磁链d分量和定子磁链q分量包括：对所述三相电压采用派克变换转换得到与所述三相电压对应的dq0轴电压分量；根据定子侧的戴维南方程的矩阵参数和所述dq0轴电压分量，通过电枢电流计算公式计算得到同步机电枢电流的第二电流q分量和第二电流d分量；基于同步机的参数数据、所述dq0轴电压分量、所述第二电流q分量和所述第二电流d分量，通过转子电流计算公式计算得到同步机的转子电流；基于同步机的参数数据、所述第二电流q分量和所述第二电流d分量以及所述转子电流，通过定子磁链dq分量计算公式计算得到同步机的定子磁链d分量和定子磁链q分量；其中，所述派克变换为：所述电枢电流计算公式为：所述转子电流计算公式为：i r ＝[i f i D i g i Q ] T所述定子磁链dq分量计算公式为：式中， 为第二电流d分量， 为第二电流q分量，R d 、R q 、R 0 均为定子侧的戴维南方程中电阻矩阵的电阻参数，e d 、e q 、e 0 均为定子侧的戴维南方程中电压源矩阵的电压参数，θ 1 为第一转子角，v a 为三相电压的a相电压，v b 为三相电压的b相电压，v c 为三相电压的c相电压，v d 为dq0轴电压分量的第一电压d分量，v q 为dq0轴电压分量的第二电压q分量，v 0 为dq0轴电压分量的第三电压0分量，λ d 为定子磁链d分量，λ q 为定子磁链q分量，同步机的参数数据包括同步机的直轴电枢绕组自感L d 、直轴电枢绕组与励磁绕组互感M df 、直轴电枢绕组与直轴阻尼绕组D互感M dD 、交轴电枢绕组自感L q 、交轴电枢绕组与交轴阻尼绕组g互感M qg 、交轴电枢绕组与交轴阻尼绕组Q互感M qQ 、励磁电流i f 、直轴阻尼绕组D电流i D 、交轴阻尼绕组g电流i g 和交轴阻尼绕组Q电流i Q ，i r 为转子电流矩阵， 为同步机的定子自感dq0矩阵，R s 为同步机的定子电阻矩阵，k为2/Δt， 为同步机的定转子互感dq0矩阵， 和 分别为上一时步的定子电流、定子电压和定子磁链相域矩阵，Δt为仿真步长， 为第一电流d分量， 为第一电流q分量，i 0 为dq0轴电流的0分量。 2.根据权利要求1所述的高效同步机的电磁暂态建模方法，其特征在于，包括：若任意一个的所述误差绝对值不小于误差允许值，返回步骤S4。 3.根据权利要求1所述的高效同步机的电磁暂态建模方法，其特征在于，所述机械系统方程为：式中，p为同步机的极数，λ q 为定子磁链q分量，λ d 为定子磁链d分量， 为第二电流d分量， 为第二电流q分量，J为同步机的转动惯量，D为同步机的粘滞和空气摩擦阻尼系数，T为同步机的机械转矩，ω为第二转子角速度，θ为第二转子角，t为仿真时间。 4.根据权利要求1所述的高效同步机的电磁暂态建模方法，其特征在于，根据所述第一电流q分量和所述第一电流d分量确定模拟同步机的第一诺顿电路；通过坐标变换将所述第一诺顿电路从dq0量转换为abc相量的第二诺顿电路包括：获取同步机的定子和转子电压方程，根据定子和转子电压方程采用隐式梯形积分法进行离散处理，得到第一变换方程；对所述第一变换方程进行派克变换、消去转子变量、dq轴采用平均电阻处理，得到定子侧的戴维南方程；通过数学变换将所述定子侧的戴维南方程转换为模拟同步机的第一诺顿电路；采用相量坐标变换公式将所述第一诺顿电路从dq0量转换为abc相量的第二诺顿电路；其中，所述第一诺顿电路为：所述相量坐标变换公式为：式中， 为第一电流d分量， 为第一电流q分量，R d 、R q 、R 0 均为定子侧的戴维南方程中电阻矩阵的电阻参数，e d 、e q 、e 0 均为定子侧的戴维南方程中电压源矩阵的电压参数，i d，source 为第一诺顿电路的第一电流d值，i q，source 为第一诺顿电路的第二电流q值，i 0，source 为第一诺顿电路的第三电流0值，θ 1 为第一转子角，i a，source 为第二诺顿电路a相电流源的第一电流，i b，source 为第二诺顿电路b相电流源的第二电流，i c，source 为第二诺顿电路c相电流源的第三电流。 5.根据权利要求1所述的高效同步机的电磁暂态建模方法，其特征在于，将所述第二诺顿电路中等值电阻矩阵求逆得到等值电导矩阵，并将等值电导矩阵输入网络电导矩阵中进行求解，得到同步机端口的三相电压包括：在所述第二诺顿电路中等值电阻求逆，得到等值电导矩阵且在时步循环之前将所述等值电导矩阵输入网络电导矩阵中并通过网络求解方程进行求解，得到同步机端口的三相电压；其中，所述网络求解方程为YV＝I，Y为网络电导矩阵，I为第二诺顿电路中电流组成的电流矩阵，V为求解的同步机端口的三相电压组成的电压矩阵。 6.一种高效同步机的电磁暂态建模系统，其特征在于，包括：预测数据模块、第一处理模块、第一计算求解模块、第二处理模块、第二计算求解模块和判断模块；所述预测数据模块，用于采用线性外推法预测同步机某一时刻的第一转子角速度、第一转子角、电枢电流的第一电流q分量和第一电流d分量；所述第一处理模块，用于根据所述第一电流q分量和所述第一电流d分量确定模拟同步机的第一诺顿电路；通过坐标变换将所述第一诺顿电路从dq0量转换为abc相量的第二诺顿电路；所述第一计算求解模块，用于将所述第二诺顿电路中等值电阻矩阵求逆得到等值电导矩阵，并将等值电导矩阵输入网络电导矩阵中进行求解，得到同步机端口的三相电压；所述第二处理模块，用于根据所述三相电压确定同步机电枢电流的第二电流q分量、第二电流d分量和转子电流，以及确定同步机的定子磁链d分量和定子磁链q分量；所述第二计算求解模块，用于通过所述第二电流q分量、所述第二电流d分量、所述定子磁链d分量和所述定子磁链q分量在机械系统方程中求解，得到同步机的第二转子角速度和第二转子角；所述判断模块，用于将所述第二电流q分量、所述第二电流d分量、所述第二转子角速度、所述第二转子角分别与对应的所述第一电流q分量、所述第一电流d分量、所述第一转子角速度、所述第一转子角计算，得到对应的误差绝对值；若所有的误差绝对值均小于误差允许值，输出同步机的第二转子角速度和第二转子角；所述第二处理模块包括转换子模块、第一计算子模块、第二计算子模块和第三计算子模块；所述转换子模块，用于对所述三相电压采用派克变换转换得到与所述三相电压对应的dq0轴电压分量；所述第一计算子模块，用于根据定子侧的戴维南方程的矩阵参数和所述dq0轴电压分量，通过电枢电流计算公式计算得到同步机电枢电流的第二电流q分量和第二电流d分量；所述第二计算子模块，用于基于同步机的参数数据、所述dq0轴电压分量、所述第二电流q分量和所述第二电流d分量，通过转子电流计算公式计算得到同步机的转子电流；所述第三计算子模块，用于基于同步机的参数数据、所述第二电流q分量、所述第二电流d分量以及所述转子电流，通过定子磁链dq分量计算公式计算得到同步机的定子磁链d分量和定子磁链q分量；其中，所述派克变换为：所述电枢电流计算公式为：所述转子电流计算公式为：i r ＝[i f i D i g i Q ] T所述定子磁链dq分量计算公式为：式中， 为第二电流d分量， 为第二电流q分量，R d 、R q 、R 0 均为定子侧的戴维南方程中电阻矩阵的电阻参数，e d 、e q 、e 0 均为定子侧的戴维南方程中电压源矩阵的电压参数，θ 1 为第一转子角，v a 为三相电压的a相电压，v b 为三相电压的b相电压，v c 为三相电压的c相电压，v d 为dq0轴电压分量的第一电压d分量，v q 为dq0轴电压分量的第二电压q分量，v 0 为dq0轴电压分量的第三电压0分量，λ d 为定子磁链d分量，λ q 为定子磁链q分量，同步机的参数数据包括同步机的直轴电枢绕组自感L d 、直轴电枢绕组与励磁绕组互感M df 、直轴电枢绕组与直轴阻尼绕组D互感M dD 、交轴电枢绕组自感L q 、交轴电枢绕组与交轴阻尼绕组g互感M qg 、交轴电枢绕组与交轴阻尼绕组Q互感M qQ 、励磁电流i f 、直轴阻尼绕组D电流i D 、交轴阻尼绕组g电流i g 和交轴阻尼绕组Q电流i Q ，i r 为转子电流矩阵， 为同步机的定子自感dq0矩阵，R s 为同步机的定子电阻矩阵，k为2/Δt， 为同步机的定转子互感dq0矩阵， 和 分别为上一时步的定子电流、定子电压和定子磁链相域矩阵，Δt为仿真步长， 为第一电流d分量， 为第一电流q分量，i 0 为dq0轴电流的0分量。 7.根据权利要求6所述的高效同步机的电磁暂态建模系统，其特征在于，所述机械系统方程为：式中，p为同步机的极数，λ q 为定子磁链q分量，λ d 为定子磁链d分量， 为第二电流d分量， 为第二电流q分量，J为同步机的转动惯量，D为同步机的粘滞和空气摩擦阻尼系数，T为同步机的机械转矩，ω为第二转子角速度，θ为第二转子角，t为仿真时间。 8.一种终端设备，其特征在于，包括处理器以及存储器；所述存储器，用于存储程序代码，并将所述程序代码传输给所述处理器；所述处理器，用于根据所述程序代码中的指令执行如权利要求1-5任意一项所述的高效同步机的电磁暂态建模方法。