[发明专利]一种汽轮发电机组扭振联合仿真方法、装置及存储介质

说明书

本发明公开了一种汽轮发电机组扭振联合仿真方法，属于汽轮发电机组扭振仿真技术领域。首先对汽轮发电机组扭振故障进行仿真，并改进轴系扭振响应计算方法，建立轴系的多段集中质量模型，进行解耦变换，采用模态截断法保留满足分析需要的模态实现降阶。由于是全转动惯量、刚度和阻尼矩阵变换，所以计算精度和采用高阶响应计算方法是相同的，同时大幅提升了计算效率，保留了多段模型的轴系振荡特性，使得仿真更加完整准确，同时大幅提高了仿真效率，适合用于实现机电网的联合仿真。

技术领域

本发明属于汽轮发电机组扭振仿真技术领域，具体涉及一种汽轮发电机组扭振联合仿真方法、装置及存储介质。

背景技术

许多地区能源分布与负荷需求分布不平衡，因此往往需要远距离输电，为增加电力输送能力，通常采用假装串联补偿电容或高压直流输电，而这些措施会增加汽轮发电机组发生次同步振荡的风险。

在对次同步振荡分析中常采用时域仿真法，能直观得到各信号在随时间的动态过程，目前常采用PSCAD/EMTDC等电磁仿真软件求解汽轮发电机组及电力系统的微分方程，其中轴系模型采用的是五个或六个质量块单元，中间由弹簧单元连接，这种简单的质量模型虽然能加快仿真速度，但对于次同步谐振故障，由于存在机网之间的耦合作用在，这种简单质量模型受到模化过程的影响，无法准确反应轴系扭转振动特性，使得仿真结果与实际情况存在偏差。

另外，采用简单质量模型时通常是将高压转子、中压转子。低压转子和发电机转的个等效为一个轴段，所以得到的扭矩响应也是每个轴段上的等效力矩，很难得到轴系细节，尤其是各个危险截面的的扭振响应，常用的方法是将采用简单质量模型进行仿真分析得到的电磁力矩和蒸汽力矩导出，然后施加到另外的轴系详细分析模型中，已获得各个关心的截面扭振响应，而由于得到的电磁力矩和蒸汽力矩已经受到上述模化过程的影响存在偏差，所以最终计算得到的截面扭振响应也与实际情况不相符合。

发明内容

为了解决上述问题，本发明的目的在于提供一种汽轮发电机组扭振联合仿真方法、装置及存储介质，在保证结果足够精确的前提下，大大减少了计算量，提高了仿真效率。

本发明是通过以下技术方案来实现：

一种汽轮发电机组扭振联合仿真方法，包括以下步骤：

S1：根据汽轮发电机组轴系的各项参数建立汽轮发电机转子轴系的多段集中质量模型，获取转动惯量矩阵、扭转刚度矩阵和机械阻尼矩阵；

S2：对多段集中质量模型进行解耦变换，根据扭振固有频率计算结果对扭振故障特征频率范围进行模态斩断，建立轴系的扭振响应计算模型；

S3：获取汽轮发电机组及电力系统的各项参数，建立发电机及电力系统的电气模型；

S4：启动电气模型，根据当前发电机转子转速计算当前步长的电磁力矩，并传递给多段集中质量模型；

S5：将当前步长的电磁力矩与上一步长的电磁力矩作差，得到电磁力矩变化量，并计算每个等值转子的输入激励，扭振响应计算模型计算每个模态的扭角增量；

S6：将每个模态的扭角增量通过加权获得关键截面和发电机转子的扭角增量，再经过微分获得角速度增量；将角速度增量与上一步长的扭角和角速度状态量叠加，获得当前步长关键截面的扭角和扭力矩，以及发电机转子转速；

S7：将发电机转子转速传递给电气模型，开始下一步长的仿真；

S8：重复S4～S7，直至达到预设的仿真总时长，实现机电网的联合仿真，输出需要的计算结果。

优选地，S1中，汽轮发电机组轴系的各项参数包括轴系的结构参数和材料参数。

优选地，S1具体为：根据汽轮发电机组轴系的各项参数建立汽轮发电机转子轴系的多段集中质量模型，转子的扭转振动运动方程增量形式为：