[发明专利]一种基于扰动信号进行发电机组轴系扭振模态阻尼的计算方法

说明书

技术领域

本发明涉及采用基于扰动量来辨识机组轴系次同步振荡的模态特征频率，然后用幅值与频率校正算法辨识计算精确的幅值和频率，根据幅值数据计算模态阻尼值，为系统稳定判断提供依据，属于电力系统稳定与控制技术领域。

背景技术

随着远距离大容量输电的需求上升，特别是大型煤电基地由于远离负荷中心，大多采用远距离厂对网输电模式，为了提高输送容量和系统稳定性，越来越多地采用固定串联电容补偿(FSC)、高压直流输电(HVDC)和一些基于电力电子技术的高速控制装置。然而，这些装置在一定条件下可能引发次同步谐振(SSR)或振荡(SSO)问题。轻微的SSR/SSO会降低汽轮发电机轴系寿命，严重的SSR/SSO可导致汽轮发电机轴系断裂，威胁机组和电力系统的安全稳定运行，

系统SSR稳定性也可由各模态的电气阻尼与机械阻尼之和(即模态阻尼)来确定。发电机阻尼实际上可分为机械阻尼和电气阻尼两部分。机械阻尼包括风阻、摩擦等，电磁阻尼则包括励磁绕组和可能有的阻尼绕组所提供的阻尼。但是要确定实际存在且性质各异的机械阻尼颇为困难，所以实际分析中都将机械阻尼转换成可测量的模态阻尼进行分析。若模态阻尼大于0，则模态稳定；若模态阻尼等于0，则模态临界稳定；若模态阻尼小于0，则模态不稳定。

发明内容

本发明的技术解决问题：提供一种有效适用于在线辨识分析发电机组轴系扭振特征频率和阻尼的方法，该技术能够从发电机组转速信号中实时、可靠提取出发电机组轴系扭振模态，辨识出发电机组扭振模态频率和模态阻尼，从而为进一步机组的稳定性分析提供依据和参考，整个算法的处理流程如图2所示。

本发明的技术方案是：一种基于扰动信号进行发电机组轴系扭振模态阻尼的计算方法，其方法流程如下：

1、轴系转速偏差的解调

在汽轮发电机组轴系的头部或尾部安装转速测量齿盘，本专利选择安装霍尔传感器，为了加强信号采集和特征提取的可靠性，可以安装冗余的两支传感器。当轴系转动时，传感器将发出脉冲，而每个脉冲的到来时刻(上升沿时刻)反映了轴系的转速情况，包括了角速度相对于同步转速的变化情况。

近似认为在传感器发出的两个脉冲上升沿时间内瞬时转速恒定，假设瞬时转速为ω，同步转速为ω₀，转速差Aω＝ω-ω₀，两个脉冲上升沿时间间隔为t，设同步转速情况下两个脉冲的时间间隔为t₀，则下面等式成立：

ω×t＝(ω₀+Δω)×t                          (1)

ω×t＝ω₀×t₀                                (2)

可以求解出：Δω＝(-ω₀)×(t-t₀)/t              (3)

(3)式即近似的解调算法。

2、模态滤波器组的设计

模态滤波器的设计采用巴特沃思滤波器模型，采用宽带的带通滤波器和窄带带阻滤波器设组成滤波器组，尽可能保证待待阻止模态频率的衰减率。模态滤波器的传递函数模型为(以三个模态频率f₁、f₂、f₃为例，分离过程如图1所示)：