基于maxwell的同步发电机瞬变电抗和超瞬变电抗计算

目前有两种方法计算同步发电机瞬变电抗和超瞬变电抗，即突然短路法和超导回路模拟法，各有优缺点。本帖重点介绍后者，并基于ansoft maxwell，讲解如何用软件的方式实现。
一、突然短路法：
利用瞬态场，建立电机模型，进行突然短路的动态模拟仿真，得到短路电流的衰减波形，然后再对其包络线进行后出理，得出xd" ，xd' 。此种方法优点是可考虑实际工况饱和程度，缺点是后处理比较麻烦，并且只能得到直轴方面瞬态参数。

二、超导回路模拟法：
1、直轴瞬变电抗计算：
采用二维瞬态场，转子保持静止，且转子d轴线与定子某相（如A相）轴线重合。定子可加单相或三相交流电流源，使之产生直轴脉振磁势。
励磁绕组短接，可采用零电压源或外电路方法。定子频率为高频（如频率为1e5）时，励磁材料为铜，给出励磁电阻和励磁端部电感。或定子频率为工频时，励磁材料为超导材料（如电导率为1e12），赋零电阻和励磁端部电感。阻尼条材料设置为空气。
后处理时，可采用磁链法，也可采用电压法。并且对计算出的电抗，还要加上定子绕组端部漏抗，才是实际的直轴瞬变电抗。
2、直轴超瞬变电抗计算：
仍采用二维瞬态场，将阻尼条材料设置为铜材料（高频时）或超导材料（低频时），其他设置均与计算瞬变电抗时相同。
同样，计算出来的电抗，还要加上定子绕组端部漏抗和折算到定子后的阻尼端环漏抗，才是实际的直轴超瞬变电抗。
3、有关说明：
⑴ 若采用高频或超导，则频率和电导率不应过大，以免造成不收敛。
⑵ 若转子d轴线与A相重合，并且施加三相电流源，则三相电流源表达式应为，iA=Im*cos（ωt），iB=iC=-0.5*Im*cos（ωt），若转子d轴线与B或C相轴线重合，同理可赋相应电流。
⑶后处理时，若采用磁链法，则电抗表达式为X=2*pi*f*Ψm/Im。若采用电压法，则电抗表达式为
X=EN/IN。两种方法误差很小，可任意选用。其中Im和IN分别为施加相电流的峰值和有效值，
为相绕组磁链峰值。
⑷若施加单相电流源，如只给A相施加iA=Im*cos（ωt）则⑶中计算出来的电抗还需要乘以3/2的系数。
⑸为了使电枢反应场经转子漏磁路闭合，实际仿真时还需要将定子电流初始值设置0，然后再施加三相电流源。可通过if函数实现，例如，A相电流源表达式为if（time<0.001s,0A,iA=Im*cos（ωt）），其他两相可仿此赋相应电流。
⑹对于交轴超瞬变电抗的计算，定子电流仍施加直轴脉振磁势，且将转子d轴线旋转90度，即与直轴脉振磁势轴线垂直的位置。
⑺仿真时，若励磁绕组和阻尼绕组材料均设置为空气，则可计算相应的直轴电抗和交轴电抗。
⑻建议采用三维求解器，可省略端部漏抗的折算，计算出来的电抗直接为相应的瞬变和超瞬变电抗。
下图根据某电励磁同步发电机模型，算出来的直轴瞬变和超瞬变，以及交轴超瞬变磁场图。与路算结果相比， 误差为6%左右，在工程允许范围内。


图1 直轴瞬变磁场图"

图2 直轴超瞬变磁场图

图3 交轴超瞬变磁场图