專利名稱：一種基于擾動信號進行發(fā)電機組軸系扭振模態(tài)阻尼的計算方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及采用基于擾動量來辨識機組軸系次同步振蕩的模態(tài)特征頻率，然后用 幅值與頻率校正算法辨識計算精確的幅值和頻率，根據(jù)幅值數(shù)據(jù)計算模態(tài)阻尼值，為系統(tǒng) 穩(wěn)定判斷提供依據(jù)，屬于電力系統(tǒng)穩(wěn)定與控制技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
隨著遠(yuǎn)距離大容量輸電的需求上升，特別是大型煤電基地由于遠(yuǎn)離負(fù)荷中心，大 多采用遠(yuǎn)距離廠對網(wǎng)輸電模式，為了提高輸送容量和系統(tǒng)穩(wěn)定性，越來越多地采用固定串 聯(lián)電容補償(FSC)、高壓直流輸電(HVDC)和一些基于電力電子技術(shù)的高速控制裝置。然而， 這些裝置在一定條件下可能引發(fā)次同步諧振(SSR)或振蕩(SSO)問題。輕微的SSR/SS0會 降低汽輪發(fā)電機軸系壽命，嚴(yán)重的SSR/SS0可導(dǎo)致汽輪發(fā)電機軸系斷裂，威脅機組和電力 系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運行，系統(tǒng)SSR穩(wěn)定性也可由各模態(tài)的電氣阻尼與機械阻尼之和(即模態(tài)阻尼)來確 定。發(fā)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(fēng)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(zhì) 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(zhuǎn)換成可測量的模態(tài)阻尼進行分 析。若模態(tài)阻尼大于0，則模態(tài)穩(wěn)定；若模態(tài)阻尼等于0，則模態(tài)臨界穩(wěn)定；若模態(tài)阻尼小于 0，則模態(tài)不穩(wěn)定。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的技術(shù)解決問題提供一種有效適用于在線辨識分析發(fā)電機組軸系扭振特 征頻率和阻尼的方法，該技術(shù)能夠從發(fā)電機組轉(zhuǎn)速信號中實時、可靠提取出發(fā)電機組軸系 扭振模態(tài)，辨識出發(fā)電機組扭振模態(tài)頻率和模態(tài)阻尼，從而為進一步機組的穩(wěn)定性分析提 供依據(jù)和參考，整個算法的處理流程如圖2所示。本發(fā)明的技術(shù)方案是一種基于擾動信號進行發(fā)電機組軸系扭振模態(tài)阻尼的計算 方法，其方法流程如下1、軸系轉(zhuǎn)速偏差的解調(diào)在汽輪發(fā)電機組軸系的頭部或尾部安裝轉(zhuǎn)速測量齒盤，本專利選擇安裝霍爾傳感 器，為了加強信號采集和特征提取的可靠性，可以安裝冗余的兩支傳感器。當(dāng)軸系轉(zhuǎn)動時， 傳感器將發(fā)出脈沖，而每個脈沖的到來時刻(上升沿時刻)反映了軸系的轉(zhuǎn)速情況，包括了 角速度相對于同步轉(zhuǎn)速的變化情況。近似認(rèn)為在傳感器發(fā)出的兩個脈沖上升沿時間內(nèi)瞬時轉(zhuǎn)速恒定，假設(shè)瞬時轉(zhuǎn)速為 ω，同步轉(zhuǎn)速為Coci，轉(zhuǎn)速差Αω = ω -ω…兩個脈沖上升沿時間間隔為t，設(shè)同步轉(zhuǎn)速情況 下兩個脈沖的時間間隔為、，則下面等式成立ω Xt = (ω0+Δ ω) Xt(1)
權(quán)利要求
1.一種基于擾動信號進行發(fā)電機組軸系扭振模態(tài)阻尼的計算方法該方法包括步驟(1)通過安裝在發(fā)電機軸系頭部或尾部的傳感器來產(chǎn)生轉(zhuǎn)速脈沖，通過對傳感器脈沖 轉(zhuǎn)速信號進行解調(diào)，獲取實際轉(zhuǎn)速和同步轉(zhuǎn)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(tài)信號。濾波器組包括待求模態(tài)頻率信號的帶通濾波器、對其它模態(tài)頻率 和50Hz信號的帶阻濾波；(3)將所獲取的各個模態(tài)信號通過精確的循環(huán)離散傅立葉變換，依次滑動數(shù)據(jù)窗，計算 出各個模態(tài)的幅值趨勢和頻率趨勢，形成曲線數(shù)據(jù)；(4)通過最小二乘法曲線擬合技術(shù)對幅值曲線進行基于短數(shù)據(jù)窗的擬合，依次滑動數(shù) 據(jù)窗，形成可變采樣率的實時阻尼數(shù)據(jù)；(5)通過實時阻尼數(shù)據(jù)和幅值的趨勢對擾動過程進行辨識，以獲取合理的數(shù)據(jù)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(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于擾動信號進行發(fā)電機組軸系扭振模態(tài)阻尼的計算 方法，其步驟(1)的技術(shù)特征為當(dāng)軸系轉(zhuǎn)動時，通過傳感器轉(zhuǎn)速脈沖實時計算發(fā)電機軸系 的轉(zhuǎn)動角速度的變化。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于擾動信號進行發(fā)電機組軸系扭振模態(tài)阻尼的計算 方法，其步驟O)的技術(shù)特征為模態(tài)濾波器組的設(shè)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，并且對于濾波器的輸入輸出數(shù)據(jù)進行防錯處理。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于擾動信號進行發(fā)電機組軸系扭振模態(tài)阻尼的計算 方法，其步驟(3)的技術(shù)特征為依次滑動數(shù)據(jù)窗的循環(huán)離散傅立葉變換計算方法，能夠計 算得到扭振各個模態(tài)信號的趨勢數(shù)據(jù)以及準(zhǔn)確的模態(tài)頻率，減小頻率泄露的影響，計算量 簡單，宜實現(xiàn)。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于擾動信號進行發(fā)電機組軸系扭振模態(tài)阻尼的計算 方法，其步驟的技術(shù)特征為依次滑動數(shù)據(jù)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(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于擾動信號進行發(fā)電機組軸系扭振模態(tài)阻尼的計算 方法，其步驟(5)的技術(shù)特征為辨識出一次擾動的過程，選取合理的擾動數(shù)據(jù)源，計算出 本次擾動總阻尼。
全文摘要
本發(fā)明涉及發(fā)電廠和電力系統(tǒng)發(fā)生擾動時實時監(jiān)測發(fā)電機組軸系扭振模態(tài)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(fā)電機組軸系扭振模態(tài)阻尼計算的方法，該算法包括如下內(nèi)容1.將轉(zhuǎn)速傳感器的轉(zhuǎn)速脈沖解調(diào)計算出發(fā)電機軸系的轉(zhuǎn)動角速度的變化Δω；2.將Δω信號經(jīng)過帶通、帶阻濾波器組成的濾波器組來計算獲取發(fā)電機組軸系扭振各模態(tài)的瞬時值；3.將獲取的軸系扭振各模態(tài)的瞬時值通過循環(huán)離散傅立葉變換獲取各個模態(tài)信號的幅值和頻率信息；4.對模態(tài)幅值取短數(shù)據(jù)窗來進行對數(shù)曲線擬合，計算各個模態(tài)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(shù)曲線擬合獲取擾動時各個模態(tài)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(yōu)先權(quán)日2009年12月30日
發(fā)明者劉全, 常富杰, 張濤, 鄭巍 申請人:北京四方博能自動化設(shè)備有限公司, 北京四方繼保自動化股份有限公司