一種基於擾動信號進行發電機組軸系扭振模態阻尼的計算方法
2023-05-25 10:57:41 2
專利名稱：一種基於擾動信號進行發電機組軸系扭振模態阻尼的計算方法
技術領域：
本發明涉及採用基於擾動量來辨識機組軸系次同步振蕩的模態特徵頻率，然後用 幅值與頻率校正算法辨識計算精確的幅值和頻率，根據幅值數據計算模態阻尼值，為系統 穩定判斷提供依據，屬於電力系統穩定與控制技術領域。
背景技術：
隨著遠距離大容量輸電的需求上升，特別是大型煤電基地由於遠離負荷中心，大 多採用遠距離廠對網輸電模式，為了提高輸送容量和系統穩定性，越來越多地採用固定串 聯電容補償(FSC)、高壓直流輸電(HVDC)和一些基於電力電子技術的高速控制裝置。然而， 這些裝置在一定條件下可能引發次同步諧振(SSR)或振蕩(SSO)問題。輕微的SSR/SS0會 降低汽輪發電機軸系壽命，嚴重的SSR/SS0可導致汽輪發電機軸系斷裂，威脅機組和電力 系統的安全穩定運行，系統SSR穩定性也可由各模態的電氣阻尼與機械阻尼之和(即模態阻尼)來確 定。發電機阻尼實際上可分為機械阻尼和電氣阻尼兩部分。機械阻尼包括風阻、摩擦等，電 磁阻尼則包括勵磁繞組和可能有的阻尼繞組所提供的阻尼。但是要確定實際存在且性質 各異的機械阻尼頗為困難，所以實際分析中都將機械阻尼轉換成可測量的模態阻尼進行分 析。若模態阻尼大於0，則模態穩定；若模態阻尼等於0，則模態臨界穩定；若模態阻尼小於 0，則模態不穩定。
發明內容
本發明的技術解決問題提供一種有效適用於在線辨識分析發電機組軸系扭振特 徵頻率和阻尼的方法，該技術能夠從發電機組轉速信號中實時、可靠提取出發電機組軸系 扭振模態，辨識出發電機組扭振模態頻率和模態阻尼，從而為進一步機組的穩定性分析提 供依據和參考，整個算法的處理流程如圖2所示。本發明的技術方案是一種基於擾動信號進行發電機組軸系扭振模態阻尼的計算 方法，其方法流程如下1、軸系轉速偏差的解調在汽輪發電機組軸系的頭部或尾部安裝轉速測量齒盤，本專利選擇安裝霍爾傳感 器，為了加強信號採集和特徵提取的可靠性，可以安裝冗餘的兩支傳感器。當軸系轉動時， 傳感器將發出脈衝，而每個脈衝的到來時刻(上升沿時刻)反映了軸系的轉速情況，包括了 角速度相對於同步轉速的變化情況。近似認為在傳感器發出的兩個脈衝上升沿時間內瞬時轉速恆定，假設瞬時轉速為 ω，同步轉速為Coci，轉速差Αω = ω -ω…兩個脈衝上升沿時間間隔為t，設同步轉速情況 下兩個脈衝的時間間隔為、，則下面等式成立ω Xt = (ω0+Δ ω) Xt(1)
權利要求
1.一種基於擾動信號進行發電機組軸系扭振模態阻尼的計算方法該方法包括步驟(1)通過安裝在發電機軸系頭部或尾部的傳感器來產生轉速脈衝，通過對傳感器脈衝 轉速信號進行解調，獲取實際轉速和同步轉速之間的瞬時角速度差△ ω信號；(2)將所述的角速度差△ω信號依次通過帶通濾波器、帶阻濾波器組成的濾波器組獲 取扭振的各個模態信號。濾波器組包括待求模態頻率信號的帶通濾波器、對其它模態頻率 和50Hz信號的帶阻濾波；(3)將所獲取的各個模態信號通過精確的循環離散傅立葉變換，依次滑動數據窗，計算 出各個模態的幅值趨勢和頻率趨勢，形成曲線數據；(4)通過最小二乘法曲線擬合技術對幅值曲線進行基於短數據窗的擬合，依次滑動數 據窗，形成可變採樣率的實時阻尼數據；(5)通過實時阻尼數據和幅值的趨勢對擾動過程進行辨識，以獲取合理的數據窗口進 行總阻尼的計算，每一次擾動計算一個總阻尼。
2.根據權利要求1所述的一種基於擾動信號進行發電機組軸系扭振模態阻尼的計算 方法，其步驟(1)的技術特徵為當軸系轉動時，通過傳感器轉速脈衝實時計算發電機軸系 的轉動角速度的變化。
3.根據權利要求1所述的一種基於擾動信號進行發電機組軸系扭振模態阻尼的計算 方法，其步驟O)的技術特徵為模態濾波器組的設計要保證待通過頻率良好的通過性和 待阻止頻率良好的阻止性，並且對於濾波器的輸入輸出數據進行防錯處理。
4.根據權利要求1所述的一種基於擾動信號進行發電機組軸系扭振模態阻尼的計算 方法，其步驟(3)的技術特徵為依次滑動數據窗的循環離散傅立葉變換計算方法，能夠計 算得到扭振各個模態信號的趨勢數據以及準確的模態頻率，減小頻率洩露的影響，計算量 簡單，宜實現。
5.根據權利要求1所述的一種基於擾動信號進行發電機組軸系扭振模態阻尼的計算 方法，其步驟的技術特徵為依次滑動數據窗，曲線擬合計算出實時阻尼，再將阻尼變 化的趨勢分析出來。
6.根據權利要求1所述的一種基於擾動信號進行發電機組軸系扭振模態阻尼的計算 方法，其步驟(5)的技術特徵為辨識出一次擾動的過程，選取合理的擾動數據源，計算出 本次擾動總阻尼。
全文摘要
本發明涉及發電廠和電力系統發生擾動時實時監測發電機組軸系扭振模態阻尼的求取方法，公開了通過濾波器組、精確幅值頻率辨識以及擾動過程的辨識來進行發電機組軸系扭振模態阻尼計算的方法，該算法包括如下內容1.將轉速傳感器的轉速脈衝解調計算出發電機軸系的轉動角速度的變化Δω；2.將Δω信號經過帶通、帶阻濾波器組成的濾波器組來計算獲取發電機組軸系扭振各模態的瞬時值；3.將獲取的軸系扭振各模態的瞬時值通過循環離散傅立葉變換獲取各個模態信號的幅值和頻率信息；4.對模態幅值取短數據窗來進行對數曲線擬合，計算各個模態阻尼的實時阻尼；5.通過實時阻尼趨勢和幅值趨勢來辨識擾動過程，對數曲線擬合獲取擾動時各個模態的總阻尼。
文檔編號H02J3/38GK102117374SQ200910244240
公開日2011年7月6日 申請日期2009年12月30日 優先權日2009年12月30日
發明者劉全, 常富傑, 張濤, 鄭巍 申請人:北京四方博能自動化設備有限公司, 北京四方繼保自動化股份有限公司