At the Division of Electricity at Uppsala University there is an experimental rig for hydroelectric generators. The experimental rig’s vital part is a 12-pole synchronous machine, whose electrical characterizing parameters (resistances, inductances and time constants) are unknown. The aim of this thesis is to characterize the machine in its current state by perform a Standstill Frequency Response (SSFR) test. From the analysis of the measurement data, which is a part of the test, a set of basic parameters have been received. Based on this set of basic parameters a mathematical model has been matched to fit the measurement data so that the last unknown parameters could be obtained. The result of the analysis and fit gave a set of parameters. The set of parameters resulted in a more or less good fit to the measurement data. It has been shown that even though the parameters are based on the generator itself it does not necessarily give the best fit. As a verification of the parameters, which has been received from the test, further work is needed by implementing the parameters into a dynamic model and then compare that model with measured responses from electrical or mechanical interference of the generator.

Un modèle fréquentiel non linéaire, précis et compact du générateur synchrone a été présenté dans cette thèse. Contrairement aux modèles classiques comportant plusieurs cellules R-L, il intègre des impédances d'ordre un demi qui permettent de bien caractériser les phénomènes d'induction électromagnétique sur la grande plage de fréquences, tout en réduisant l'ordre et le nombre des paramètres du modèle. Le modèle proposé tient compte de l'effet de peau dans les barres de la cage d'amortisseurs, des courants induits dans les pièces massives du rotor et de la saturation des circuits magnétiques de la machine. Les impédances d'ordre non entier qui modélisent les phénomènes mentionnés ont été validées par rapport aux mesures effectuées sur une tôle ferromagnétique bobinée, ainsi qu'en les comparant aux simulations par éléments finis. L'identification des paramètres de la machine étudiée a été faite grâce aux caractéristiques SSFR (ang. StandStill Frequency Response) mesurées sur la machine synchrone saturée. Ensuite, une méthodologie pour le calcul de la réponse temporelle d'une machine modélisée par des systèmes d'ordre non entier a été présentée. A cet effet, le système d'état généralisé du générateur synchrone a été construit à partir des équations différentielles d'ordre non entier de la machine synchrone. Finalement, une possibilité d'exploitation du modèle non linéaire d'ordre non entier du générateur synchrone, notamment pour la synthèse de la commande robuste CRONE, a été brièvement présentée.

The hardware validation of a novel average-value model (AVM) for the simulation of a synchronous-generator/controlled rectifier system is presented herein. The generator is characterized using genetic algorithm techniques to fit standstill frequency response (SSFR) measurements to q and d-axis equivalent circuits representing the generator in the rotor reference frame. The generator parameters form the basis of a detailed model of the system, from which algebraic functions defining the parametric AVM are derived. The average-value model is compared to the physical system for a variety of loading and operating conditions including step load change, change in delay angle, and external closed-loop control, validating the model accuracy for steady-state and transient operation.