一种环境激励下发电机组轴系扭振模态参数的辨识方法
【专利摘要】一种基于环境激励下发电机组轴系的振动响应进行扭振模态参数辨识的方法。主要包括以下内容：(1)通过对发电机组转速脉冲信号进行采集、解调，获取机组轴系转速差信号dω；(2)对获得的轴系转速差信号dω经滤波处理，得到机组各阶扭振模态信号dωi；(3)将各阶模态信号dωi作为输入数据，通过截取满足一定初值条件的子样本，经线性叠加获得各阶模态对应的自由响应RDi；(4)基于上述自由响应建立特征矩阵数学模型，通过特征值分解计算模态频率和阻尼；(5)通过移动基于模态信号dωi的数据窗，重复步骤(3)-(4)获取发电机组扭振模态实时阻尼曲线。该发明不仅可用于发生扰动时机组侧或电网侧的扭振模态辨识，而且可用于诸如运行环境下噪声扰动时的模态辨识，具有实时监测电网动态振荡的优点。
【专利说明】一种环境激励下发电机组轴系扭振模态参数的辨识方法
【技术领域】
[0001] 本发明属于电力系统稳定与控制【技术领域】，具体涉及一种利用环境激励下发电机 组的转子振动响应来识别机组轴系扭振模态参数的计算方法，为电力系统稳定判断提供依 据。 技术背景
[0002] 随着远距离大容量输电需求的不断上升，串补输电、直流输电、FACTS等新型技术 被电力系统越来越多地采用。然而，这些新型技术在给电力系统运行带来巨大经济和社会 效益的同时，也给系统安全稳定运行带来了许多问题，如因此引发的次同步谐振SSR或次 同步振荡SS0问题会对电网和发电机组构成重大威胁。
[0003] 目前，对SSR/SS0的研究主要集中在机组扭振保护和振荡控制方面，其通过对机 组轴系转速进行实时监测和分析，当发现SSR/SS0发散或不收敛时，通过提高机组阻尼水 平加以抑制。系统SSR/SS0稳定性可由各模态的机械阻尼和电气阻尼之和（即模态阻尼） 来确定，当模态阻尼大于〇时，稳定；等于〇时，临界稳定；小于〇时，不稳定。模态阻尼作为 SSR/SS0研究的一个重要参数，现多采用离线分析或通过人工小扰动试验进行获取，缺乏实 时监测手段。由于SSR/SS0与电网运行方式密切相关，具有时变动态特征，因此，研究机组 及电网的SSR/SS0模态参数在线监测技术十分必要。
[0004] 本发明所涉及的一种环境激励下发电机组轴系扭振模态参数的辨识方法，考虑了 电网运行中诸如负荷微小波动等环境扰动，通过模态分离、自由响应提取、特征计算等环节 实现了模态参数辨识。本方法不仅适用于机组侧或电网侧发生扰动时的模态辨识，而且适 用于噪声扰动时的模态辨识，为实时监测电网动态振荡提供必要支撑。
【发明内容】
[0005] -种环境激励下发电机组轴系扭振模态参数的辨识方法，其特征在于所述方法包 括如下步骤：
[0006] (1)在发电机组机头或机尾安装转速传感器，通过对采集的转速脉冲信号进行解 调，获取机组的转速差信号d? ;
[0007] (2)对获得的机组转速差信号d?，通过滤波环节提取各阶模态信号dcop其中i =1，2,…m，m为机组的扭振模态阶数；
[0008] (3)针对上述获得的各阶模态信号dcoi，对满足相同初值条件的响应序列进行移 位累加，获取各阶模态信号对应的自由响应序列RDi ;
[0009] (4)基于上述自由响应序列RDp通过建立特征矩阵数学模型，并结合该模型与发 电机组轴系扭振系统方程间关系，获得发电机组的各阶模态参数，包括频率和阻尼比；
[0010](5)依次滑动数据窗截取模态信号，重复步骤（3)-(4)，获取发电机组轴系扭振模 态的实时阻尼曲线。
[0011] 根据上述的一种环境激励下发电机组轴系扭振模态参数的辨识方法，其特征在 于：所述的通过滤波环节提取各阶模态信号dcOi，其中的滤波环节采用低通、高通、带通和 带阻级联组合方式，在抑制宽频噪声及干扰信号的基础上，既要保证待分析模态频率具有 良好的通过性，又要保证其余模态频率具有良好的阻止性。根据上述的一种环境激励下发 电机组轴系扭振模态参数的辨识方法，其特征在于：对各阶模态信号对应的自由响应序列 RDi的获取具体包括：
[0013] ①获取满足初值条件的触发点：将步骤（2)获取的各阶模态信号dcOi作为输入信 号，通过选取合适的初值条件T，当d ? i (t)满足初值条件T时，记录所有满足该条件的采样 时刻tk，k= 1-N，共获得N个满足该条件的采样点；关于初值条件T的选择，有以下几种方 式：
[0014] a)水平触发：
【权利要求】
1. 一种环境激励下发电机组轴系扭振模态参数的辨识方法，其特征在于，所述方法包 括如下步骤： (1) 在发电机组机头或机尾安装转速传感器，通过对采集的转速脉冲信号进行解调，获 取机组的转速差信号dco ; (2) 对获得的机组转速差信号dco,通过滤波环节提取各阶模态信号Clcoi，其中i = 1，2,…m，m为机组的扭振模态阶数； (3) 针对上述获得的各阶模态信号Clcoi，对满足初值条件的响应序列进行移位累加，获 取各阶模态信号对应的自由响应序列RD i ; (4) 基于上述自由响应序列RDi,通过建立特征矩阵数学模型，并结合该模型与发电机 组轴系扭振系统方程间关系，获得发电机组的各阶模态参数，包括频率和阻尼比。 (5) 依次滑动数据窗截取模态信号，重复步骤（3)-(4)，获取发电机组轴系扭振模态的 实时阻尼曲线。
2. 根据权利要求1所述的一种环境激励下发电机组轴系扭振模态参数的辨识方法，其 特征在于：所述的通过滤波环节提取各阶模态信号Clco i，其中的滤波环节采用低通、高通、 带通和带阻级联组合方式，在抑制宽频噪声及干扰信号的基础上，既要保证待分析模态频 率具有良好的通过性，又要保证其余模态频率具有良好的阻止性。
3. 根据权利要求1所述的一种环境激励下发电机组轴系扭振模态参数的辨识方法，其 特征在于：各阶模态信号对应的自由响应序列RD i的获取具体包括： ① 获取满足初值条件的触发点：将步骤（2)获取的各阶模态信号Clcoi作为输入信号， 通过选取合适的初值条件T，当d ω i (t)满足初值条件T时，记录所有满足该条件的采样时 刻tk，k = 1-N，共获得N个满足该条件的采样点；关于初值条件T的选择，可以选自以下几 种方式中的一种： a) 水平触发
式中，Ai为水平触发门槛值，实际使用中应结合信噪比加以选择，取值范围在Max/3? Max/2之间，Max是各阶模态信号dc〇 i的最大值； b) 极值触发
c) 式中，an、a2i分别为极值触发的上下门槛值，且满足两者同号，|an|介于Max/ΙΟ? Max/3之间，I a2i I取值Max, Max是各阶模态信号d ω i的最大值； d) 零触发：
式中，bn、b2i分别为带触发的上下门槛值，且满足两者同号，|bn|介于Max/ΙΟ?Max/3 之间，I b2i I取值Max, Max是各阶模态信号d ω i的最大值； f)同向触发：
② 获取满足初值条件的子样本：对于步骤①中某初值条件T下记录的所有tk值，截取 长度为 L 的子样本序列 Sample (k) = {d ω i (tk)，d ω i (tk+Δ t)，…，d ω i (tk+(L-I) Δ t) }，k 可取{1，2，为采样时间间隔； ③移位累加获取自由响应序列RDi :将步骤②获得的所有满足初值条件T的子样本 Samp I e (k)移位至同起点，进行如下加权求和
式中，Y (k)为子样本Sample (k)的加权系数。 其中，对于水平触发、极值触发及带触发方式，加权系数满足 Y (k) = sgn (d ω (tk))； 对于零触发及同向触发方式，加权系数满足
4.根据权利要求1所述的一种环境激励下发电机组轴系扭振模态参数的辨识方法，其 特征在于：基于自由响应的模态参数计算过程具体包括： ① 构造特征矩阵数学模型：基于步骤（3)获取的自由响应序列RDi= (RDi(I), RDi (2)，…，RDi (L) }，构造如下两个增广矩阵X和i
两者之间满足X = ，其中特征矩阵B为Hessenberg矩阵； ② 特征值计算：对步骤①中经最小二乘法获得的特征矩阵B进行特征值分解，记录特 征值入； ③ 模态参数计算：模态信号Clcoi对应的频率&和阻尼比ζ i分别为
【文档编号】G06F19/00GK104392140SQ201410737751
【公开日】2015年3月4日 申请日期:2014年12月4日 优先权日:2014年12月4日
【发明者】焦邵华, 白淑华, 李元盛, 常富杰, 郑巍, 梁新艳, 张涛, 刘全 申请人:北京四方继保自动化股份有限公司