CN105158687A - 一种发电机次同步振荡模态信号的测量设备和方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及次同步振荡模态信号的测量技术领域，公开了一种发电机次同步振荡模态信号的测量设备和方法，该设备包括：信号发生器，用于输出激发信号；测量装置，用于测量发电机转速变化幅值；处理装置，与信号发生器和测量装置连接，通过激发信号的属性和由激发信号所激发出的信号作用于发电机之后所产生的发电机转速变化幅值来确定次同步振荡模态信号的属性。本发明通过激发信号作用于发电机以得到激发信号与所产生的发电机轴系振荡之间的对应关系，从而可以确定引起发电机次同步振荡的模态信号的属性，在整个过程中，无需增加任何专用设备，可操作性强，经济效益显著，对解决发电厂和电网的次同步振荡问题具有重大意义。

Description

一种发电机次同步振荡模态信号的测量设备和方法

技术领域

本发明涉及次同步振荡模态信号的测量技术，具体地，涉及一种发电机次同步振荡模态信号的测量设备和方法。

背景技术

大型火力汽轮机组在我国电力系统中占有重要的角色，大功率机组的轴系具有轻质柔性、多支承、大跨距、高功率密度的特征，轴系的固有频率谱相对较密，所以诱发振动的能量较低，同时随着发输变电向超高压远距离的方向发展以及交流输电线路上大量串补的采用，使得发电机组次同步振荡的情况日益严重，发电机组的轴系扭振会激发电网的振荡，造成线路跳闸或机组解列，因而会直接影响系统的稳定和用户的经济利益。

因此，对发电机组的次同步振荡的抑制不容忽视，但是，无论采用何种方法来抑制次同步振荡，都需要先确定发电机组的次同步振荡模态才可以实施，因此如何准确测试大型汽轮发电机组的次同步振荡模态是保护发电机组轴系的关键。目前国内测试该项内容的方法是将大型发电机运行起来后做多种扰动试验，如机组同期、解列、线路投切、机组甩负荷等。但这些测试方法或多或少地存在着不能保证试验充分有效的问题，且对机组和电网运行有一定的破坏性，因此亟需一种简单、安全、可靠的测量发电机组的次同步振荡频率的方法。

发明内容

本发明的目的是提供一种发电机次同步振荡模态信号的测量设备和方法，用于解决准确确定发电机的次同步振荡模态的问题。

为了实现上述目的，本发明提供了一种发电机次同步振荡模态信号的测量设备，该设备包括：信号发生器，用于输出激发信号；测量装置，用于测量发电机转速变化幅值；以及处理装置，与所述信号发生器和所述测量装置连接，通过所述激发信号的属性和由所述激发信号所激发出的信号作用于发电机之后所产生的发电机转速变化幅值来确定所述次同步振荡模态信号的属性。

相应地，本发明还提供了一种发电机次同步振荡模态信号的测量方法，该方法包括：输出激发信号；测量发电机转速变化幅值；通过所述激发信号的属性和由所述激发信号所激发出的信号作用于发电机之后所产生的发电机转速变化幅值来确定所述次同步振荡模态信号的属性。

通过上述技术方案，本发明通过激发信号作用于发电机以得到激发信号与所产生的发电机轴系振荡之间的对应关系，从而可以确定引起发电机次同步振荡的模态信号的属性，在整个过程中，无需增加任何专用设备，可操作性强，经济效益显著，对解决发电厂和电网的次同步振荡问题具有重大意义。

本发明的其它特征和优点将在随后的具体实施方式部分予以详细说明。

附图说明

附图是用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与下面的具体实施方式一起用于解释本发明，但并不构成对本发明的限制。在附图中：

图1是本发明提供的发电机次同步振荡模态信号的测量设备的框图；

图2是本发明提供的抑制次同步振荡的系统结构示意图；

图3是本发明提供的记录激发信号的频率和幅值的方法流程图；

图4是本发明提供的根据图3所示的方法中所记录的激发信号的频率和幅值的曲线图；

图5是本发明提供的所记录的激发信号的相位和发电机转速变化幅值的曲线图；以及

图6是本发明提供的发电机次同步振荡模态信号的测量方法的流程图。

具体实施方式

以下结合附图对本发明的具体实施方式进行详细说明。应当理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用于说明和解释本发明，并不用于限制本发明。

图1是本发明提供的发电机次同步振荡模态信号的测量设备的框图，如图1所示，该设备包括信号发生器、测量装置和处理装置。信号发生器用于输出激发信号，测量装置用于测量发电机转速变化幅值，处理装置与信号发生器和测量装置连接，通过激发信号的属性和由激发信号所激发出的信号作用于发电机之后所产生的发电机转速变化幅值来确定次同步振荡模态信号的属性。

下面结合图2对以上各个步骤相关的原理进行阐述，图2是本发明提供的抑制次同步振荡的系统结构示意图，如图2所示，信号发生器向无功发生器(即次同步振荡抑制装置)输入激发信号，通过无功发生器作用于发电机以使得发电机产生相应的转速变化，测量装置用于测量发电机的转速变化幅值。这里的激发信号即为有可能使发电机产生次同步振荡的信号，而这些可能使发电机产生次同步振荡的信号可以通过仿真软件得到，然后通过信号发生器产生这些信号，然而，需要注意的是，信号发生器所产生的信号被称为激发信号，该激发信号通过无功发生器来激发发电机的次同步振荡。其中，测量装置可以通过转速板卡来实现，这里发电机转速变化幅值为转速偏差值，这里的转速偏差值为发动机的转速与预定转速的差值。

激发信号的属性包括激发信号的频率、幅值、相位，次同步振荡模态信号的属性包括次同步振荡信号的频率、幅值、相位。

处理装置通过激发信号的属性和由激发信号所激发出的信号作用于发电机之后所产生的发电机转速变化幅值来确定次同步振荡模态信号的属性包括：通过信号发生器输出在预定频率变化范围内以预定频率步长逐步改变频率的激发信号，并在通过调整激发信号的幅值使发电机转速变化幅值处于预定幅值范围内一段时间的情况下记录激发信号中逐步改变的频率及其所对应的激发信号的幅值；以及将所记录的激发信号的幅值中的最小值确定为次同步振荡模态信号的幅值，将该最小值所对应的频率确定为次同步振荡模态信号的频率。

图3是本发明提供的记录激发信号的频率和幅值的方法流程图，下面结合图3对以上所描述的确定次同步振荡模态信号的频率和幅值的过程进行具体阐述。

步骤301，输入固定频率的激发信号。这里的术语“固定”是相对于步骤302中的“调整”激发信号的幅值来说的。激发信号是由信号发生器输出的，信号发生器将会输出以预定频率步长逐步改变频率的激发信号，因而从一个较长的时间周期来看，信号发生器输出的也是变化频率的激发信号。然而，图3所示的过程是针对一个频率的激发信号的幅值和频率的记录过程，所以，如果需要确定次同步振荡模态信号的频率和幅值需要进行多次图3所示的过程，直到以预定频率步长遍历了频率变化范围内的所有频率。

步骤302，调整激发信号的幅值，应当理解的是如果在步骤303中发电机转速变化幅值在预定幅值范围内则不需要调整激发信号的幅值。该步骤302可以由人工完成，也可以通过程序由处理装置实现，例如，在发电机转速变化幅值大于预定幅值范围的上限，则应当调小激发信号的幅值，在发电机转速变化幅值小于预定幅值范围的下限，则应当调大激发信号的幅值。

步骤303，判断发电机转速变化幅值是否在预定幅值范围内，如果判断结果为是，则执行步骤304，否则，再次执行步骤302，直到步骤303的判断结果为是。

步骤304，判断是否发电机转速变化幅值在预定幅值范围内保持了一段时间，如果判断结果为是，则执行步骤305，否则，回到步骤302，直到步骤303和步骤304的判断结果均为是。

步骤305，记录激发信号的频率和幅值。也就是说，在一固定频率的激发信号下，不断调整该激发信号的幅值，直到发电机转速变化幅值在预定幅值范围内(例如，可以为0.02rad/s～0.04rad/s)并保持了一段时间(即发电机转速变化幅值保持稳定，该一段时间例如可以为600秒)之后再记录下步骤301中所描述的固定频率的激发信号的频率和幅值。

确定次同步振荡模态信号的频率和幅值的具体过程为：信号发生器输出以预定频率步长逐步改变频率的激发信号，这里针对每个频点的激发信号均执行一次图3所示的过程，直到将频率变化范围内的所有频率均以预定频率步长遍历了一次。对每个频点执行一次图3所示的过程都将记录一个频点的激发信号的频率和幅值，那么可以得到图4所示的激发信号的频率和幅值的曲线图，如图4所示，横坐标为激发信号的频率，纵坐标为激发信号的幅值，在图4所示的数据中，将所记录的激发信号的幅值中的最小值即为次同步振荡模态信号的幅值，该幅值的最小值所对应的频率即为次同步振荡模态信号的频率。需要说明的是，图4所示的纵轴的数据是标准化之后的数据。

图4中，预定频率步长为0.1Hz，频率变化范围为以预先确定的发电机的一个或多个次同步振荡模态频率中的每一者为中心的-2Hz到+2Hz。这里预先确定的发电机的次同步振荡模态频率为由仿真器仿真得到的，也就是可能的次同步振荡模态频率，因而，需要对由仿真器得到的数据进行进一步的确定。举例来说，在可能的次同步振荡频率为18.7Hz的情况下，频率变化范围为16.7Hz～20.7Hz。在存在多个次同步振荡模态频率的情况下，可以针对每一个次同步振荡模态频率进行一次确定次同步振荡模态信号的频率和幅值的过程。

需要说明的是，在之前确定次同步振荡模态信号的频率和幅值的时候并未考虑次同步振荡模态信号的相位，本发明提供的技术方案是在确定次同步振荡模态信号的频率和幅值之后再确定次同步振荡模态信号的相位，具体为：通过信号发生器输出频率为次同步振荡模态信号的频率、幅值为次同步振荡模态信号的幅值及在预定相位范围内以预定相位步长逐步改变相位的激发信号，记录激发信号所激发出的信号作用于发电机之后所产生的发电机转速变化幅值；将所记录的发电机转速变化幅值中的最大值所对应的相位确定为次同步振荡模态信号的相位。

也就是说，信号发生器输出的信号的频率和幅值为之前确定的次同步振荡模态信号的频率和幅值，相位为在预定相位范围内以预定相位步长逐步改变的相位，不同的激发信号输入无功发生器，并通过无功发生器作用于发电机，使发电机产生相应的转速变化，从而可以得到相应的发电机转速变化幅值。记录预定相位范围内以预定相位步长逐步改变的相位及与各个相位点相对应的发电机转速变化幅值，可以得到图5。图5是本发明提供的所记录的激发信号的相位和发电机转速变化幅值的曲线图，如图5所示，横坐标为激发信号的相位，纵坐标为发电机转速变化幅值，在图5所示的数据中，将所记录的发电机转速变化幅值中的最大值所对应的相位确定为次同步振荡模态信号的相位。在图5中，预定相位范围为-90度至+90度，预定相位步长为5度。在实际操作中，确定次同步振荡模态信号的相位过程中，信号发生器输出的激发信号的相位可以适当降低，例如，降低100倍或1000倍。

图6是本发明提供的发电机次同步振荡模态信号的测量方法的流程图，如图6所示，该方法包括：输出激发信号；测量发电机转速变化幅值；通过激发信号的属性和由激发信号所激发出的信号作用于发电机之后所产生的发电机转速变化幅值来确定次同步振荡模态信号的属性。

需要说明的是，本发明提供的发电机次同步振荡模态信号的测量方法的具体细节及益处与本发明提供的发电机次同步振荡模态信号的测量设备类似，于此不予赘述。

以上结合附图详细描述了本发明的优选实施方式，但是，本发明并不限于上述实施方式中的具体细节，在本发明的技术构思范围内，可以对本发明的技术方案进行多种简单变型，这些简单变型均属于本发明的保护范围。

另外需要说明的是，在上述具体实施方式中所描述的各个具体技术特征，在不矛盾的情况下，可以通过任何合适的方式进行组合。为了避免不必要的重复，本发明对各种可能的组合方式不再另行说明。

此外，本发明的各种不同的实施方式之间也可以进行任意组合，只要其不违背本发明的思想，其同样应当视为本发明所公开的内容。

Claims (12)

1.一种发电机次同步振荡模态信号的测量设备，其特征在于，该设备包括：

信号发生器，用于输出激发信号；

测量装置，用于测量发电机转速变化幅值；以及

处理装置，与所述信号发生器和所述测量装置连接，通过所述激发信号的属性和由所述激发信号所激发出的信号作用于发电机之后所产生的发电机转速变化幅值来确定所述次同步振荡模态信号的属性。

2.根据权利要求1所述的设备，其特征在于，所述处理装置通过所述激发信号的属性和由所述激发信号所激发出的信号作用于发电机之后所产生的发电机转速变化幅值来确定所述次同步振荡模态信号的属性包括：

通过所述信号发生器输出在预定频率变化范围内以预定频率步长逐步改变频率的激发信号，并在通过调整所述激发信号的幅值使所述发电机转速变化幅值处于预定幅值范围内一段时间的情况下记录激发信号的频率及其所对应的该激发信号的幅值；以及

将所记录的激发信号的幅值中的最小值确定为所述次同步振荡模态信号的幅值，将该最小值所对应的频率确定为所述次同步振荡模态信号的频率。

3.根据权利要求2所述的设备，其特征在于，所述处理装置通过所述激发信号的属性和由所述激发信号所激发出的信号作用于发电机之后所产生的发电机转速变化幅值来确定所述次同步振荡模态信号的属性还包括：

通过所述信号发生器输出频率为所述次同步振荡模态信号的频率、幅值为所述次同步振荡模态信号的幅值及在预定相位范围内以预定相位步长逐步改变相位的激发信号，记录所述激发信号所激发出的信号作用于发电机之后所产生的发电机转速变化幅值；以及

将所记录的所述发电机转速变化幅值中的最大值所对应的相位确定为所述次同步振荡模态信号的相位。

4.根据权利要求2所述的设备，其特征在于，所述预定频率步长为0.1Hz，所述预定频率变化范围为以预先确定的所述发电机的一个或多个次同步振荡模态频率中的每一者为中心的-2Hz到+2Hz。

5.根据权利要求2所述的设备，其特征在于，所述一段时间为600秒。

6.根据权利要求3所述的设备，其特征在于，所述预定相位步长为5度，所述预定相位范围为-90度至+90度。

7.一种发电机次同步振荡模态信号的测量方法，其特征在于，该方法包括：

输出激发信号；

测量发电机转速变化幅值；

通过所述激发信号的属性和由所述激发信号所激发出的信号作用于发电机之后所产生的发电机转速变化幅值来确定所述次同步振荡模态信号的属性。

8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，通过所述激发信号的属性和由所述激发信号所激发出的信号作用于发电机之后所产生的发电机转速变化幅值来确定所述次同步振荡模态信号的属性包括：

获取在预定频率变化范围内以预定频率步长逐步改变频率的激发信号，并在通过调整所述激发信号的幅值使所述发电机转速变化幅值处于预定幅值范围内一段时间的情况下记录激发信号的频率及其所对应的该激发信号的幅值；以及

将所记录的激发信号的幅值中的最小值确定为所述次同步振荡模态信号的幅值，将该最小值所对应的频率确定为所述次同步振荡模态信号的频率；

其中，所述信号发生器输出的激发信号的频率在一频率变化范围内。

9.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，通过所述激发信号的属性和由所述激发信号所激发出的信号作用于发电机之后所产生的发电机转速变化幅值来确定所述次同步振荡模态信号的属性还包括：

获取频率为所述次同步振荡模态信号的频率、幅值为所述次同步振荡模态信号的幅值及在预定相位范围内以预定相位步长逐步改变相位的激发信号，记录所述激发信号所激发出的信号作用于发电机之后所产生的发电机转速变化幅值；以及

将所记录的所述发电机转速变化幅值中的最大值所对应的相位确定为所述次同步振荡模态信号的相位。

10.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，所述预定频率步长为0.1Hz，所述预定频率变化范围为以预先确定的所述发电机的一个或多个次同步振荡模态频率中的每一者为中心的-2Hz到+2Hz。

11.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，所述一段时间为600秒。

12.根据权利要求9所述的方法，其特征在于，所述预定相位步长为5度，所述预定相位范围为-90度至+90度。