专利名称：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
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/SS0会 降低汽轮发电机轴系寿命，严重的SSR/SS0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Coci，转速差Αω = ω -ω…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、，则下面等式成立ω Xt = (ω0+Δ ω) Xt(1)
权利要求
1.一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该方法包括步骤(1)通过安装在发电机轴系头部或尾部的传感器来产生转速脉冲，通过对传感器脉冲 转速信号进行解调，获取实际转速和同步转速之间的瞬时角速度差△ ω信号；(2)将所述的角速度差△ω信号依次通过带通滤波器、带阻滤波器组成的滤波器组获 取扭振的各个模态信号。滤波器组包括待求模态频率信号的带通滤波器、对其它模态频率 和50Hz信号的带阻滤波；(3)将所获取的各个模态信号通过精确的循环离散傅立叶变换，依次滑动数据窗，计算 出各个模态的幅值趋势和频率趋势，形成曲线数据；(4)通过最小二乘法曲线拟合技术对幅值曲线进行基于短数据窗的拟合，依次滑动数 据窗，形成可变采样率的实时阻尼数据；(5)通过实时阻尼数据和幅值的趋势对扰动过程进行辨识，以获取合理的数据窗口进 行总阻尼的计算，每一次扰动计算一个总阻尼。
2.根据权利要求1所述的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，其步骤(1)的技术特征为当轴系转动时，通过传感器转速脉冲实时计算发电机轴系 的转动角速度的变化。
3.根据权利要求1所述的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，其步骤O)的技术特征为模态滤波器组的设计要保证待通过频率良好的通过性和 待阻止频率良好的阻止性，并且对于滤波器的输入输出数据进行防错处理。
4.根据权利要求1所述的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，其步骤(3)的技术特征为依次滑动数据窗的循环离散傅立叶变换计算方法，能够计 算得到扭振各个模态信号的趋势数据以及准确的模态频率，减小频率泄露的影响，计算量 简单，宜实现。
5.根据权利要求1所述的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，其步骤的技术特征为依次滑动数据窗，曲线拟合计算出实时阻尼，再将阻尼变 化的趋势分析出来。
6.根据权利要求1所述的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，其步骤(5)的技术特征为辨识出一次扰动的过程，选取合理的扰动数据源，计算出 本次扰动总阻尼。
全文摘要
本发明涉及发电厂和电力系统发生扰动时实时监测发电机组轴系扭振模态阻尼的求取方法，公开了通过滤波器组、精确幅值频率辨识以及扰动过程的辨识来进行发电机组轴系扭振模态阻尼计算的方法，该算法包括如下内容1.将转速传感器的转速脉冲解调计算出发电机轴系的转动角速度的变化Δω；2.将Δω信号经过带通、带阻滤波器组成的滤波器组来计算获取发电机组轴系扭振各模态的瞬时值；3.将获取的轴系扭振各模态的瞬时值通过循环离散傅立叶变换获取各个模态信号的幅值和频率信息；4.对模态幅值取短数据窗来进行对数曲线拟合，计算各个模态阻尼的实时阻尼；5.通过实时阻尼趋势和幅值趋势来辨识扰动过程，对数曲线拟合获取扰动时各个模态的总阻尼。
文档编号H02J3/38GK102117374SQ200910244240
公开日2011年7月6日 申请日期2009年12月30日 优先权日2009年12月30日
发明者刘全, 常富杰, 张涛, 郑巍 申请人:北京四方博能自动化设备有限公司, 北京四方继保自动化股份有限公司