一种基于坐标变换的风电机组轴系模态信号的求取方法

文档序号:5183444阅读:165来源:国知局
专利名称:一种基于坐标变换的风电机组轴系模态信号的求取方法
技术领域
本发明属于电力系统稳定与控制技术领域,具体涉及一种采用坐标变换和滤波器 处理的方式来获取风电机组轴系模态信号的求取方法,为系统稳定判断提供依据。
背景技术
风力发电机组安装选择首先考虑的因素是风能资源是否丰富,决定了风力发电机 组作为电源点远离负荷中心,需要经过电网的长距离传输送达负荷中心。而对于电力网的 建设来说,随着经济的发展,对电力的需求逐年递增,采用柔性输电技术来提高线路传输稳 定极限能力是一条即经济又切实可行的方法,已经写入了国家电网智能电网关键设备的规 划中。目前,串联补偿电容器、SVC等设备已经在多条交流500KV传输线路中使用,串补以 及大量电力电子等非线性元件的使用,对于风力发电机组的安全稳定运行提出了挑战。风电传输系统是一个复杂的系统,对于机组的安全性,特别是机组的动态安全性, 研究机组的机械系统(旋转的转子轴系)与相连的电力系统(电气设备和回路)相互作 用而产生的振荡行为显得尤为重要。风力发电机组的传动轴系附加转矩主要包含来自风 力机的机械转矩以及电网侧的电磁转矩。网侧的扰动主要表现在电磁转矩上的扰动作用于 传动轴系,机组的传动轴系在此电磁转矩下产生扭转振荡。如果此种振荡超过一定极限, 会对轴系造成严重损伤。扭振现象在汽轮发电机组上已经出现过多次,上世纪70年代,美 国Mohave电站发生事故,轴系损坏,原因是电气系统中由于输电线路中有串联补偿电容产 生电气谐振,与机组的固有频率接近互补,从而引发机组大轴损坏。美国Squre Butte电厂 由于直流线路送出,也发现该厂汽轮机发电机组的轴系发生了扭振现象。从上世纪80年开 始,在我国的神头电厂、大同第二电厂、陡河电厂以及陕西秦岭电厂都发生了类似的事故。 2008年,东北某电厂也发生了由于线路加串联补偿电容器造成的机组转子大轴产生裂纹的 严重事故。内蒙古某电厂在线路加串联补偿电容器后在故障时机组扭振发散,发生失稳现 象。对于相同的电网结构,风电机组在接入类似的系统中会不会发生相同的现象,从 机组的安全性考虑至关重要。所以研究能够对风电机组的扭振现象进行实时监测分析的系 统很具有现实意义,一方面能够反映机组的运行状态;另一方面又能对进一步的控制抑制 措施提供分析的基础。

发明内容
本发明的目的是提供一种采用基于坐标系变换的变换和滤波器处理的方法来辨 识风电机组轴系次同步振荡的模态特征信号,为解决包含风电机组的电力系统多模态次同 步谐振和振荡问题提供信号提取方法和可靠方案。本发明具体采用以下技术方案—种基于坐标变换的风电机组轴系模态信号的求取方法,其特征在于,该方法包 括以下步骤
(1)通过屏蔽线把风电机组光码盘的转速脉冲信号接入监测系统,进行转速脉冲 信号的采集;(2)对转速脉冲信号进行解调获取机组的扭振信号(1ω,并且对机组的扭振信号 d 进行数据预处理得到预处理后的扭振信号dco ‘;(3)对预处理后的扭振信号(1ω ‘进行坐标系转换,通过构建虚拟的标准工频旋 转坐标,实现从两相旋转坐标系dq坐标系到三相静止坐标系abc坐标系的变换,得到静止 坐标系下的三相转速差信号do' a、dco'c;(4)对三相转速差信号dco' a、dco'。信号分别进行滤波处理,滤除 50Hz左右各IHz频带范围的信号,实现两相坐标系下IHz以下频率信号的滤除;(5)对滤波处理后的三相转速差信号进行基于虚拟的标准工频旋转坐标系统的三 相静止坐标系abc坐标系到两相旋转坐标系dq坐标系的变换,获取滤除低于IHz频率信号 后的扭振信号dco";(6)对滤除低于IHz频率信号后的扭振信号(1ω ‘‘通过基于巴特沃斯带通、带阻二 阶滤波器的滤波器组处理,最终分离出机组的各个模态信号dco" pdco" 2、dco〃 3。本发明提出了一种基于坐标变换的风电机组模态信号分离方法,通过构建虚拟的 标准工频坐标系统,实现从两相到三相的坐标变换,同时和滤波器组的配合,能够把包含在 模态信号中的瞬变风速频率信号有效滤除,并且兼顾了分离出的模态信号对时间的快速响 应特性。


图1风电机组转速信号接入框图;图2获取三相坐标系下信号的流程框图;图3模态滤波器组分离模态流程框图(以3个模态频率为例);图4总的软件处理流程图;图5基于坐标变换的实测数据分析图。
具体实施例方式下面结合说明书附图对本发明的技术方案作进一步详细说明。基于坐标变换的风电机组模态信号获取方法可以应用在对风电机组扭振信号的 设备软件上,本例介绍应用该方法实现的用于检测双馈式风电机组的风机扭振监测系统, 包含了相应的硬件配置和软件处理流程。步骤1 转速脉冲信号接入监测系统 风机扭振监测系统的输入信号为机组发电机端光码盘输出的高速转速脉冲,光码 盘按照实际的配置,在额定情况下输出的脉冲频率有25. 6ΚΗζ、51. 2ΚΗζ、102. 4ΚΗζ等,系统 能够通过配置实现接入不同频带范围内的信号。光码盘输出的转速脉冲信号通过屏蔽线接 入监测系统中,保证屏蔽层接地良好。调整监测系统脉冲输入电平、输入频率和光码盘输出 一致。按照实际风电机组的光码盘型号检测系统配置成51. 2ΚΗζ的脉冲输出要求,监测系 统的信号接入框图如图1所示。步骤2 解调滤波预处理
由于风电机组的并网转速是在额定转速的士30%内变化,所以将转速脉冲信号解 调后的机组的扭振信号do需要减去当前的风机实际转速,需要对平均转速进行测量,平 均转速的测量采用在一段时间窗内统计脉冲的个数来实现,把解调后的转速差信号减去平 均转速,即为近似的当前扭振引起的预处理后的扭振信号dco'。平均转速V的计算公式 为
Γ T, NUMl
权利要求
1.一种基于坐标变换的风电机组轴系模态信号的求取方法,其特征在于,该方法包括 以下步骤(1)通过屏蔽线把风电机组光码盘的转速脉冲信号接入监测系统,进行转速脉冲信号 的采集;(2)对转速脉冲信号进行解调获取机组的扭振信号(1ω,并且对机组的扭振信号dω进 行数据预处理得到预处理后的扭振信号do';(3)对预处理后的扭振信号do'进行坐标系转换,通过构建虚拟的标准工频旋转坐 标,实现从两相旋转坐标系dq坐标系到三相静止坐标系abc坐标系的变换,得到静止坐标 系下的三相转速差信号do' a、dco'c;(4)对三相转速差信号dco'a、dco'。信号分别进行滤波处理,滤除50Hz 左右各IHz频带范围的信号,实现两相坐标系下IHz以下频率信号的滤除;(5)对滤波处理后的三相转速差信号进行基于虚拟的标准工频旋转坐标系统的三相静 止坐标系abc坐标系到两相旋转坐标系dq坐标系的变换,获取滤除低于IHz频率信号后的 扭振信号dco";(6)对滤除低于IHz频率信号后的扭振信号dco“通过基于巴特沃斯带通、带阻二阶滤 波器的滤波器组处理,最终分离出机组的各个模态信号dco" pdco" 2、dco〃 3。
2.根据权利要求1所述的基于坐标变换的风电机组轴系模态信号的求取方法,其特征 在于,在所述步骤O)中,对解调出的扭振信号进行预处理,采用剔除平均转速的方法减小 低于IHz的频率信号分量。
3.根据权利要求1所述的基于坐标变换的风电机组轴系模态信号的求取方法,其特征 在于,在所述步骤(6)中,所述滤波器组采用三个二阶巴特沃思滤波器串联的方式进行组 合,三个二阶巴特沃思滤波器的阻带宽带为0. 6Hz,故三个二阶巴特沃思滤波器的中心频率 分别为49. 5Hz、50Hz、50. 5Hz ;对于滤除低于IHz频率信号后的扭振信号dco “进行突变量 判断,如果两个采样点之间的数据突变超过阈值,以滤波器对冲击的响应特性来决定滤波 器组初始值的选择。
全文摘要
本发明涉及一种基于坐标变换的风电机组轴系模态信号的求取方法,公开了一种基于坐标系变换的风电机组扭振模态频率提取方法。通过对光码盘的转速脉冲信号进行采样、解调,提取出机组的扭振信号dω;对扭振信号进行预处理,减小扭振信号中非模态频率信号的含量,得到预处理后的扭振信号dω′;对预处理后的扭振信号dω′进行坐标系转换从两相旋转坐标系统转换成到三相静止坐标系中,得到三相信号dω′a、dω′b及dω′c;对得到的三相信号进行滤波处理,经过滤波处理后的信号进行三相静止坐标系到两相旋转坐标系统转换得到dω″;对dω″信号进行滤波器组设计,获取各个机组各个模态频率信号dω″1、dω″2、dω″3(假设机组有3个模态频率)。该方法能够用来辨识出风电机组在各种扰动情况下的扭振模态信号,特别是实现各个次同步模态频率信号的有效分离。
文档编号F03D7/00GK102130665SQ20101062322
公开日2011年7月20日 申请日期2010年12月30日 优先权日2010年12月30日
发明者刘全, 常富杰, 张涛, 焦邵华 申请人:北京四方继保自动化股份有限公司
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