CN110850169B - 一种水轮机调速系统超低频相频特性的测试方法及装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种水轮机调速系统超低频相频特性的测试方法及装置，该方法包括步骤：获取待测水电机组的设备模型参数；根据设备模型参数构建待测水电机组单机无穷大系统的仿真模型；将超低频振荡全频段均分为N个预设频段，根据每一个预设频段对应确定一个预设频点，得到N个预设频点；在仿真模型的水电机组调速器的频差输入端逐一接入振荡频率为预设频点的等幅振荡的超低频振荡信号；获取超低频振荡信号的曲线和待测水电机组的第一电磁功率振荡信号的曲线，以将两者的相位差和对应的预设频点作为水轮机调速系统的超低频相频特性。本发明通过测量水电机组输出的电磁功率替代机械功率，为实际工程提供一种简易可行的实用方法。

Description

一种水轮机调速系统超低频相频特性的测试方法及装置

技术领域

本发明涉及电力系统仿真建模技术领域，尤其涉及一种水轮机调速系统超低频相频特性的测试方法及装置。

背景技术

近年来随着国内异步联网的推进以及同步电网规模缩小，在藏中电网、锦苏直流孤岛运行以及云南异步联网试验时，均出现过超低频振荡现象。超低频振荡导致机组调速系统的稳定性明显恶化，严重影响电网的稳定运行，因此发电机组的超低频振荡的模拟和试验技术研究显得很尤为重要，特别是发电机组的原动机调速器的超低频相频特性对于计算分析原动机调速器的稳定机理以及附加阻尼控制器参数整定等具有重要意义。

但在实际工程中，原动机调速器的超低频相频特性的实测很困难，难点主要在于原动机的机械转矩的量测问题，常规方法不仅需要大量复杂测试设备，而且还存在设备安装困难、测试精度不高的问题，至今仍未找到简单易行的工程实用方法。

发明内容

本发明实施例的目的是提供一种水轮机调速系统超低频相频特性的测试方法及装置，通过测量水电机组输出的电磁功率替代机械功率，为实际工程提供一种简易可行的实用方法。

为实现上述目的，本发明一实施例提供了一种水轮机调速系统超低频相频特性的测试方法，包括以下步骤：

获取待测水电机组的设备模型参数；

根据所述设备模型参数构建所述待测水电机组单机无穷大系统的仿真模型；

将超低频振荡全频段均分为N个预设频段，根据每一个所述预设频段对应确定一个预设频点，得到N个所述预设频点；其中，所述超低频振荡全频段为0.01Hz～0.1Hz，N≥3；

在所述仿真模型的水电机组调速器的频差输入端逐一接入振荡频率为所述预设频点的等幅振荡的超低频振荡信号，以使所述仿真模型进行仿真计算；

获取所述超低频振荡信号的曲线和所述待测水电机组的第一电磁功率振荡信号的曲线，以将所述第一电磁功率振荡信号与所述超低频振荡信号的相位差和对应的所述预设频点作为水轮机调速系统的超低频相频特性。

优选地，所述方法还包括：

在所述仿真模型的水电机组调速器的频差输入端逐一接入振荡频率为所述预设频点的等幅振荡的超低频振荡信号，获取对应的第二电磁功率振荡信号与机械功率振荡信号的相位差曲线，以完成时域仿真验证。

优选地，所述获取对应的第二电磁功率振荡信号与机械功率振荡信号的相位差曲线，以完成时域仿真验证，具体包括：

获取每一次时域仿真计算对应的所述超低频振荡信号的曲线、所述第二电磁功率振荡信号的曲线和所述机械功率振荡信号的曲线；

根据所述超低频振荡信号的曲线和所述第二电磁功率振荡信号的曲线，得到所述第二电磁功率振荡信号与所述超低频振荡信号的多个第一相位差；

根据所述超低频振荡信号的曲线和所述机械功率振荡信号的曲线，得到所述机械功率振荡信号与所述超低频振荡信号的多个第二相位差；

根据所述第一相位差与对应的所述第二相位差的差值，得到对应的第二电磁功率振荡信号与机械功率振荡信号的相位差曲线；

根据所述相位差曲线得到在超低频振荡全频段的所述第二电磁功率振荡信号与所述机械功率振荡信号的相位差小于预设阈值，完成时域仿真验证。

优选地，所述预设阈值为5°。

优选地，所述方法还包括：

将所述待测水电机组并入电网调整为带负载运行状态，并将所述待测水电机组中的调速器的PID参数设置为当前负载参数；

给所述待测水电机组的水轮机调速系统逐一接入振荡频率为所述预设频点的等幅振荡的超低频振荡信号；

获取所述超低频振荡信号的曲线和所述待测水电机组的第三电磁功率振荡信号的曲线；

根据所述超低频振荡信号的曲线和所述第三电磁功率振荡信号的曲线，得到所述第三电磁功率振荡信号与所述超低频振荡信号的N个第三相位差；

将每个所述第三相位差和对应的所述预设频点作为水轮机调速系统的超低频相频特性。

本发明另一实施例提供了一种水轮机调速系统超低频相频特性的测试装置，所述装置包括：

模型参数获取模块，用于获取待测水电机组的设备模型参数；

仿真模型构建模块，用于根据所述设备模型参数构建所述待测水电机组单机无穷大系统的仿真模型；

频点确定模块，用于将超低频振荡全频段均分为N个预设频段，根据每一个所述预设频段对应确定一个预设频点，得到N个所述预设频点；其中，所述超低频振荡全频段为0.01Hz～0.1Hz，N≥3；

仿真计算模块，用于在所述仿真模型的水电机组调速器的频差输入端逐一接入振荡频率为所述预设频点的等幅振荡的超低频振荡信号，以使所述仿真模型进行仿真计算；

结果获取模块，用于获取所述超低频振荡信号的曲线和所述待测水电机组的第一电磁功率振荡信号的曲线，以将所述第一电磁功率振荡信号与所述超低频振荡信号的相位差和对应的所述预设频点作为水轮机调速系统的超低频相频特性。

本发明还有一实施例对应提供了一种使用水轮机调速系统超低频相频特性的测试方法的装置，包括处理器、存储器以及存储在所述存储器中且被配置为由所述处理器执行的计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时实现如上述中任一项所述的水轮机调速系统超低频相频特性的测试方法。

与现有技术相比，本发明实施例所提供的一种水轮机调速系统超低频相频特性的测试方法及装置，通过测量水电机组输出的电磁功率振荡信号，以替代机械功率振荡信号，极大方便了水轮机调速系统的超低频相频特性的测量，为实际工程提供一种简易可行的实用方法。

附图说明

图1是本发明一实施例提供的一种水轮机调速系统超低频相频特性的测试方法的流程示意图；

图2是本发明一实施例提供的一种水电机组的电磁功率振荡信号与机械功率振荡信号的相位差曲线图；

图3是本发明一实施例提供的一种振荡频率为0.05Hz、幅值为0.15Hz的超低频振荡的频率输入信号的曲线图；

图4是本发明一实施例提供的一种振荡频率为0.05HZ、幅值为0.15Hz的超低频振荡输入信号所对应的电磁功率振荡信号的曲线图；

图5是本发明一实施例提供的一种振荡频率为0.05Hz、幅值为0.15Hz的超低频振荡输入信号所对应的机械功率振荡信号的曲线图；

图6是本发明一实施例提供的一种水电机组在实测时对应的振荡频率0.02Hz，振幅0.2Hz的输入振荡信号曲线图和电磁功率振荡信号曲线图；

图7是本发明一实施例提供的一种水轮机调速系统超低频相频特性的测试装置的结构示意图；

图8是本发明一实施例提供的一种使用水轮机调速系统超低频相频特性的测试方法的装置的示意图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

参见图1，是本发明实施例1提供的一种水轮机调速系统超低频相频特性的测试方法的流程示意图，所述方法包括步骤S1至步骤S5：

S1、获取待测水电机组的设备模型参数；

S2、根据所述设备模型参数构建所述待测水电机组单机无穷大系统的仿真模型；

S3、将超低频振荡全频段均分为N个预设频段，根据每一个所述预设频段对应确定一个预设频点，得到N个所述预设频点；其中，所述超低频振荡全频段为0.01Hz～0.1Hz，N≥3；

S4、在所述仿真模型的水电机组调速器的频差输入端逐一接入振荡频率为所述预设频点的等幅振荡的超低频振荡信号，以使所述仿真模型进行仿真计算；

S5、获取所述超低频振荡信号的曲线和所述待测水电机组的第一电磁功率振荡信号的曲线，以将所述第一电磁功率振荡信号与所述超低频振荡信号的相位差和对应的所述预设频点作为水轮机调速系统的超低频相频特性。

具体地，获取待测水电机组的设备模型参数。一般地，选取某水电厂的一台水电机组作为待测水电机组，然后开展实物的相关参数的测量，这些参数就是待测水电机组的设备模型参数。待测水电机组的实物包括发电机、水轮机、调速控制系统、引水管道等等。

根据设备模型参数构建待测水电机组单机无穷大系统的仿真模型，该仿真模型是机电暂态仿真模型，可以基于该仿真模型实现待测水电机组的动态特性的精确模拟和仿真。

将超低频振荡全频段均分为N个预设频段，根据每一个预设频段对应确定一个预设频点，得到N个预设频点。其中，超低频振荡全频段为0.01Hz～0.1Hz，N≥3。优选地，3<N<10。为了表述方便，可以将第i个预设频点用f_i表示，其中，1≤i≤N，即预设频点有f₁、f₂、……、f_N。一般地，超低频振荡的全频段为0.01Hz～0.1Hz，为了更准确研究水轮机调速系统在超低频振荡的全频段的动态特性，可将全频段进行均分，分为N个预设频段，根据水轮机调速系统在每一预设频段的动态特性，从而得到在全频段的动态特性。

在仿真模型的水电机组调速器的频差输入端逐一接入振荡频率为预设频点的等幅振荡的超低频振荡信号，以使仿真模型进行仿真计算，也就是说，在待测水电机组调速器原动机模型，即仿真模型上，断开频差输入，接入振荡频率为f_i的等幅振荡的第一超低频频率振荡信号。

对于每一次仿真计算，相应地获取超低频振荡信号的曲线和待测水电机组的第一电磁功率振荡信号的曲线，超低频振荡信号的曲线和第一电磁功率振荡信号的曲线可直接由仿真软件输出得到。根据计算，可以得到第一电磁功率振荡信号与超低频振荡信号的相位差Δφ_ei，Δφ_ei表示的是接入振荡频率为第i个预设频点的等幅振荡的超低频振荡信号时对应的第一电磁功率振荡信号与超低频振荡信号的相位差。将第一电磁功率振荡信号与超低频振荡信号的相位差和对应的预设频点作为水轮机调速系统的超低频相频特性，即水轮机调速系统的超低频相频特性为(f_i，Δφ_ei)。

本发明一实施例提供的一种水轮机调速系统超低频相频特性的测试方法，通过测量水电机组输出的电磁功率振荡信号，以替代机械功率振荡信号，极大方便了水轮机调速系统的超低频相频特性的测量，为实际工程提供一种简易可行的实用方法。

作为上述方案的改进，所述方法还包括：

在所述仿真模型的水电机组调速器的频差输入端逐一接入振荡频率为所述预设频点的等幅振荡的超低频振荡信号，获取对应的第二电磁功率振荡信号与机械功率振荡信号的相位差曲线，以完成时域仿真验证。

需要说明的是，水轮机调速系统理论上的超低频相频特性为(f_i，Δφ_mi)，其中，Δφ_mi表示的是接入振荡频率为第i个预设频点的等幅振荡的超低频振荡信号时对应的第一机械功率振荡信号与超低频振荡信号的相位差。但在实际工程中，水电机组的机械转矩的常规测量不仅需要大量复杂测试设备，而且还存在设备安装困难、测试精度不高的问题。因此本发明实施例1直接用水电机组输出的电磁功率振荡信号替代机械功率振荡信号，即用(f_i，Δφ_ei)替代(f_i，Δφ_mi)，以得到水轮机调速系统的超低频相频特性，而在该实施例中，就要利用时域仿真验证该方法的可行性。

具体地，在仿真模型的水电机组调速器的频差输入端逐一接入振荡频率为预设频点的等幅振荡的超低频振荡信号，获取对应的第二电磁功率振荡信号与机械功率振荡信号的相位差曲线，以完成时域仿真验证。参见图2，是本发明实施例2提供的一种水电机组的电磁功率振荡信号与机械功率振荡信号的相位差曲线图。由图2可知，在频率低于0.6Hz时，电磁功率振荡信号与机械功率振荡信号的最大相位差均不超过为5°，在实际工程中可以忽略不计，因此可以用(f_i，Δφ_ei)近似替代(f_i，Δφ_mi)，时域仿真验证了本发明方法的可行性。

表1是本发明实施例2提供的一种待测水电机组在仿真中的电磁功率振荡信号与机械功率振荡信号的相位差的部分数据，由表1可知，在超低频段，电磁功率振荡信号与机械功率振荡信号的最大相位差为2.2°，小于阈值5°，可忽略不计，因此可用电磁功率振荡信号代替机械功率振荡信号。

表1一种待测水电机组的电磁功率振荡信号与机械功率振荡信号的相位差

作为上述方案的改进，所述获取对应的第二电磁功率振荡信号与机械功率振荡信号的相位差曲线，以完成时域仿真验证，具体包括：

获取每一次时域仿真计算对应的所述超低频振荡信号的曲线、所述第二电磁功率振荡信号的曲线和所述机械功率振荡信号的曲线；

根据所述超低频振荡信号的曲线和所述第二电磁功率振荡信号的曲线，得到所述第二电磁功率振荡信号与所述超低频振荡信号的多个第一相位差；

根据所述超低频振荡信号的曲线和所述机械功率振荡信号的曲线，得到所述机械功率振荡信号与所述超低频振荡信号的多个第二相位差；

根据所述第一相位差与对应的所述第二相位差的差值，得到对应的第二电磁功率振荡信号与机械功率振荡信号的相位差曲线；

根据所述相位差曲线得到在超低频振荡全频段的所述第二电磁功率振荡信号与所述机械功率振荡信号的相位差小于预设阈值，完成时域仿真验证。

具体地，获取每一次时域仿真计算对应的超低频振荡信号的曲线、第二电磁功率振荡信号的曲线和机械功率振荡信号的曲线。参见图3，是本发明实施例3提供的一种振荡频率为0.05HZ、幅值为0.15Hz的超低频振荡的频率输入信号的曲线图。参见图4，是本发明实施例3提供的一种振荡频率为0.05Hz、幅值为0.15Hz的超低频振荡输入信号所对应的电磁功率振荡信号的曲线图。参见图5，是本发明实施例3提供的一种振荡频率为0.05Hz、幅值为0.15Hz的超低频振荡输入信号所对应的机械功率振荡信号的曲线图。

根据超低频振荡信号的曲线和第二电磁功率振荡信号的曲线，得到第二电磁功率振荡信号与超低频振荡信号的多个第一相位差Δφ_ej，Δφ_ej表示的是第j次时域仿真计算对应的第二电磁功率振荡信号与超低频振荡信号的相位差，其中，j≥1。

根据超低频振荡信号的曲线和机械功率振荡信号的曲线，得到机械功率振荡信号与超低频振荡信号的多个第二相位差Δφ_mj，Δφ_mj表示的是第j次时域仿真计算对应的机械功率振荡信号与超低频振荡信号的相位差。

根据第一相位差与对应的第二相位差的差值，得到对应的第二电磁功率振荡信号与机械功率振荡信号的相位差曲线，也就是根据Δφ_ej与Δφ_mj的差值Δφ_j得到对应的第二电磁功率振荡信号与机械功率振荡信号的相位差曲线，其中Δφ_j＝Δφ_ej-Δφ_mj。

根据相位差曲线得到在超低频振荡全频段的第二电磁功率振荡信号与机械功率振荡信号的相位差小于预设阈值，完成时域仿真验证。相位差曲线的横坐标对应的是0.01Hz～2Hz，在0.01Hz～0.6Hz时，第二电磁功率振荡信号与机械功率振荡信号的相位差均不超过5°。当预设阈值大于或等于5°时，在超低频振荡全频段0.01Hz～0.1Hz，可以认为第二电磁功率振荡信号与机械功率振荡信号的相位几乎一致，因此可以用电磁功率振荡信号替代机械功率振荡信号，从而完成时域仿真验证。

作为上述方案的改进，所述预设阈值为5°。

具体地，针对待测水电机组而言，在每一次仿真计算中，均可以对应得到一个电磁功率振荡信号与输入低频信号的相位差Δφ_ej和一个机械功率振荡信号与输入低频信号的相位差Δφ_mj，从而可以计算得到Δφ_j＝Δφ_ej-Δφ_mj。所以也可通过测量Δφ_ej进行相位修正得到Δφ_mj。

一般情况下，在超低频振荡全频段，需要满足|Δφ_j|≤ε，ε为预设阈值，优选地，预设阈值为5°。当满足|Δφ_j|≤ε时，就可以忽略Δφ_j，就可以用(f_j，Δφ_ej)近似替代(f_j，Δφ_mj)。

作为上述方案的改进，所述方法还包括：

将所述待测水电机组并入电网调整为带负载运行状态，并将所述待测水电机组中的调速器的PID参数设置为当前负载参数；

给所述待测水电机组的水轮机调速系统逐一接入振荡频率为所述预设频点的等幅振荡的超低频振荡信号；

获取所述超低频振荡信号的曲线和所述待测水电机组的第三电磁功率振荡信号的曲线；

根据所述超低频振荡信号的曲线和所述第三电磁功率振荡信号的曲线，得到所述第三电磁功率振荡信号与所述超低频振荡信号的N个第三相位差；

将每个所述第三相位差和对应的所述预设频点作为水轮机调速系统的超低频相频特性。

具体地，本发明该实施例对应的是现场实测验证，步骤如下：

将待测水电机组并入电网调整为带负载运行状态，并将待测水电机组中的调速器的PID参数设置为当前负载参数，以使待测水电机组模拟实际工程的工作状态。

将待测水电机组的调速器的残压测频PT侧断开，接入等幅振荡的振荡频率为f_i的超低频频率振荡信号，其中，f_i有N个，即要接入N个超低频频率振荡信号。也就是说，给待测水电机组的水轮机调速系统逐一接入振荡频率为预设频点的等幅振荡的超低频振荡信号。

同步测量输入的超低频振荡信号和待测水电机组的电磁功率振荡信号振荡信号，即获取超低频振荡信号的曲线和待测水电机组的第三电磁功率振荡信号的曲线，其中每一个接入的超低频频率振荡信号都对应有一个超低频振荡信号的曲线和一个待测水电机组的第三电磁功率振荡信号的曲线，所以分别各有N个。

根据超低频振荡信号的曲线和第三电磁功率振荡信号的曲线，实质上是N个超低频振荡信号的曲线和N个第三电磁功率振荡信号的曲线，得到第三电磁功率振荡信号与超低频振荡信号的N个第三相位差，将每个第三相位差和对应的预设频点作为水轮机调速系统的超低频相频特性，即为(f_i，Δφei)。

为了进一步证明本发明的可行性，本发明实施例还提供待测水电机组在现场实测的部分数据和部分实测录波曲线，分别如表2和图6所示。参见图6，是本发明实施例4提供的一种水电机组在实测时对应的振荡频率0.02Hz，振幅0.2Hz的输入振荡信号曲线图和电磁功率振荡信号曲线图。

表2待测水电机组调速器原动机的实测超低频相频特性

振荡幅值	振荡频率	导叶开度相位	有功功率相位
				±0.2Hz	0.02Hz	59°	-78°
±0.2Hz	0.04Hz	61°	-90°
				±0.2Hz	0.06Hz	75°	-99°
±0.2Hz	0.08Hz	95°	-110°

参见图7，是本发明实施例4提供的一种水轮机调速系统超低频相频特性的测试装置的结构示意图，所述装置包括：

模型参数获取模块11，用于获取待测水电机组的设备模型参数；

仿真模型构建模块12，用于根据所述设备模型参数构建所述待测水电机组单机无穷大系统的仿真模型；

频点确定模块13，用于将超低频振荡全频段均分为N个预设频段，根据每一个所述预设频段对应确定一个预设频点，得到N个所述预设频点；其中，所述超低频振荡全频段为0.01Hz～0.1Hz，N≥3；

仿真计算模块14，用于在所述仿真模型的水电机组调速器的频差输入端逐一接入振荡频率为所述预设频点的等幅振荡的超低频振荡信号，以使所述仿真模型进行仿真计算；

结果获取模块15，用于获取所述超低频振荡信号的曲线和所述待测水电机组的第一电磁功率振荡信号的曲线，以将所述第一电磁功率振荡信号与所述超低频振荡信号的相位差和对应的所述预设频点作为水轮机调速系统的超低频相频特性。

本发明实施例所提供的一种水轮机调速系统超低频相频特性的测试装置能够实现上述任一实施例所述的水轮机调速系统超低频相频特性的测试方法的所有流程，装置中的各个模块、单元的作用以及实现的技术效果分别与上述实施例所述的水轮机调速系统超低频相频特性的测试方法的作用以及实现的技术效果对应相同，这里不再赘述。

参见图8，是本发明实施例提供的一种使用水轮机调速系统超低频相频特性的测试方法的装置的示意图，所述使用水轮机调速系统超低频相频特性的测试方法的装置包括处理器10、存储器20以及存储在所述存储器20中且被配置为由所述处理器10执行的计算机程序，所述处理器10执行所述计算机程序时实现上述任一实施例所述的水轮机调速系统超低频相频特性的测试方法。

示例性的，计算机程序可以被分割成一个或多个模块/单元，一个或者多个模块/单元被存储在存储器20中，并由处理器10执行，以完成本发明。一个或多个模块/单元可以是能够完成特定功能的一系列计算机程序指令段，该指令段用于描述计算机程序在一种水轮机调速系统超低频相频特性的测试方法中的执行过程。例如，计算机程序可以被分割成模型参数获取模块、仿真模型构建模块、频点确定模块、仿真计算模块和结果获取模块，各模块具体功能如下：

模型参数获取模块11，用于获取待测水电机组的设备模型参数；

仿真模型构建模块12，用于根据所述设备模型参数构建所述待测水电机组单机无穷大系统的仿真模型；

频点确定模块13，用于将超低频振荡全频段均分为N个预设频段，根据每一个所述预设频段对应确定一个预设频点，得到N个所述预设频点；其中，所述超低频振荡全频段为0.01Hz～0.1Hz，N≥3；

仿真计算模块14，用于在所述仿真模型的水电机组调速器的频差输入端逐一接入振荡频率为所述预设频点的等幅振荡的超低频振荡信号，以使所述仿真模型进行仿真计算；

结果获取模块15，用于获取所述超低频振荡信号的曲线和所述待测水电机组的第一电磁功率振荡信号的曲线，以将所述第一电磁功率振荡信号与所述超低频振荡信号的相位差和对应的所述预设频点作为水轮机调速系统的超低频相频特性。

所述使用水轮机调速系统超低频相频特性的测试方法的装置可以是桌上型计算机、笔记本、掌上电脑及云端服务器等计算设备。所述使用水轮机调速系统超低频相频特性的测试方法的装置可包括，但不仅限于，处理器、存储器。本领域技术人员可以理解，示意图8仅仅是一种使用水轮机调速系统超低频相频特性的测试方法的装置的示例，并不构成对所述使用水轮机调速系统超低频相频特性的测试方法的装置的限定，可以包括比图示更多或更少的部件，或者组合某些部件，或者不同的部件，例如所述使用水轮机调速系统超低频相频特性的测试方法的装置还可以包括输入输出设备、网络接入设备、总线等。

处理器10可以是中央处理单元(Central Processing Unit，CPU)，还可以是其他通用处理器、数字信号处理器(Digital Signal Processor，DSP)、专用集成电路(Application Specific Integrated Circuit，ASIC)、现成可编程门阵列(Field-Programmable Gate Array，FPGA)或者其他可编程逻辑器件、分立门或者晶体管逻辑器件、分立硬件组件等。通用处理器可以是微处理器或者处理器10也可以是任何常规的处理器等，处理器10是所述使用水轮机调速系统超低频相频特性的测试方法的装置的控制中心，利用各种接口和线路连接整个使用水轮机调速系统超低频相频特性的测试方法的装置的各个部分。

存储器20可用于存储所述计算机程序和/或模块，处理器10通过运行或执行存储在存储器20内的计算机程序和/或模块，以及调用存储在存储器20内的数据，实现所述使用水轮机调速系统超低频相频特性的测试方法的装置的各种功能。存储器20可主要包括存储程序区和存储数据区，其中，存储程序区可存储操作系统、至少一个功能所需的应用程序(比如声音播放功能、图像播放功能等)等；存储数据区可存储根据手机的使用所创建的数据(比如音频数据、电话本等)等。此外，存储器20可以包括高速随机存取存储器，还可以包括非易失性存储器，例如硬盘、内存、插接式硬盘，智能存储卡(Smart Media Card,SMC)，安全数字(Secure Digital,SD)卡，闪存卡(Flash Card)、至少一个磁盘存储器件、闪存器件、或其他易失性固态存储器件。

其中，所述使用水轮机调速系统超低频相频特性的测试方法的装置集成的模块如果以软件功能单元的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个计算机可读取存储介质中。基于这样的理解，本发明实现上述实施例方法中的全部或部分流程，也可以通过计算机程序来指令相关的硬件来完成，上述的计算机程序可存储于一计算机可读存储介质中，该计算机程序在被处理器执行时，可实现上述各个方法实施例的步骤。其中，上述计算机程序包括计算机程序代码，计算机程序代码可以为源代码形式、对象代码形式、可执行文件或某些中间形式等。计算机可读介质可以包括：能够携带计算机程序代码的任何实体或装置、记录介质、U盘、移动硬盘、磁碟、光盘、计算机存储器、只读存储器(ROM，Read-Only Memory)、随机存取存储器(RAM，Random Access Memory)、电载波信号、电信信号以及软件分发介质等。需要说明的是，计算机可读介质包含的内容可以根据司法管辖区内立法和专利实践的要求进行适当的增减，例如在某些司法管辖区，根据立法和专利实践，计算机可读介质不包括电载波信号和电信信号。

本发明实施例还提供了一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质包括存储的计算机程序，其中，在所述计算机程序运行时控制所述计算机可读存储介质所在设备执行上述任一实施例所述的水轮机调速系统超低频相频特性的测试方法。

综上，本发明实施例所提供的一种水轮机调速系统超低频相频特性的测试方法及装置，通过在水轮机调速系统的调速器注入等幅振荡的不同频率的超低频振荡频率信号，直接测量机组输出的电磁功率振荡信号，以替代复杂的机组机械功率振荡信号的测量，测量精度满足实际应用需求，简单易行，大大方便了水轮机调速系统的超低频相频特性的测量，并通过时域仿真验证为有效，为实际工程提供一种简易可行的实用方法。

以上所述是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也视为本发明的保护范围。

Claims (5)

1.一种水轮机调速系统超低频相频特性的测试方法，其特征在于，包括以下步骤：

获取待测水电机组的设备模型参数；

根据所述设备模型参数构建所述待测水电机组单机无穷大系统的仿真模型；

将超低频振荡全频段均分为N个预设频段，根据每一个所述预设频段对应确定一个预设频点，得到N个所述预设频点；其中，所述超低频振荡全频段为0.01Hz～0.1Hz，N≥3；

在所述仿真模型的水电机组调速器的频差输入端逐一接入振荡频率为所述预设频点的等幅振荡的超低频振荡信号，以使所述仿真模型进行仿真计算；

获取所述超低频振荡信号的曲线和所述待测水电机组的第一电磁功率振荡信号的曲线，以将所述第一电磁功率振荡信号与所述超低频振荡信号的相位差和对应的所述预设频点作为水轮机调速系统的超低频相频特性；

所述方法还包括：

在所述仿真模型的水电机组调速器的频差输入端逐一接入振荡频率为所述预设频点的等幅振荡的超低频振荡信号，获取对应的第二电磁功率振荡信号与机械功率振荡信号的相位差曲线，以完成时域仿真验证；

所述获取对应的第二电磁功率振荡信号与机械功率振荡信号的相位差曲线，以完成时域仿真验证，具体包括：

获取每一次时域仿真计算对应的所述超低频振荡信号的曲线、所述第二电磁功率振荡信号的曲线和所述机械功率振荡信号的曲线；

根据所述超低频振荡信号的曲线和所述第二电磁功率振荡信号的曲线，得到所述第二电磁功率振荡信号与所述超低频振荡信号的多个第一相位差；

根据所述超低频振荡信号的曲线和所述机械功率振荡信号的曲线，得到所述机械功率振荡信号与所述超低频振荡信号的多个第二相位差；

根据所述第一相位差与对应的所述第二相位差的差值，得到对应的第二电磁功率振荡信号与机械功率振荡信号的相位差曲线；

根据所述相位差曲线得到在超低频振荡全频段的所述第二电磁功率振荡信号与所述机械功率振荡信号的相位差小于预设阈值，完成时域仿真验证。

2.如权利要求1所述的水轮机调速系统超低频相频特性的测试方法，其特征在于，所述预设阈值为5°。

3.如权利要求1所述的水轮机调速系统超低频相频特性的测试方法，其特征在于，所述方法还包括：

将所述待测水电机组并入电网调整为带负载运行状态，并将所述待测水电机组中的调速器的PID参数设置为当前负载参数；

给所述待测水电机组的水轮机调速系统逐一接入振荡频率为所述预设频点的等幅振荡的超低频振荡信号；

获取所述超低频振荡信号的曲线和所述待测水电机组的第三电磁功率振荡信号的曲线；

根据所述超低频振荡信号的曲线和所述第三电磁功率振荡信号的曲线，得到所述第三电磁功率振荡信号与所述超低频振荡信号的N个第三相位差；

将每个所述第三相位差和对应的所述预设频点作为水轮机调速系统的超低频相频特性。

4.一种水轮机调速系统超低频相频特性的测试装置，其特征在于，包括：

模型参数获取模块，用于获取待测水电机组的设备模型参数；

仿真模型构建模块，用于根据所述设备模型参数构建所述待测水电机组单机无穷大系统的仿真模型；

频点确定模块，用于将超低频振荡全频段均分为N个预设频段，根据每一个所述预设频段对应确定一个预设频点，得到N个所述预设频点；其中，所述超低频振荡全频段为0.01Hz～0.1Hz，N≥3；

仿真计算模块，用于在所述仿真模型的水电机组调速器的频差输入端逐一接入振荡频率为所述预设频点的等幅振荡的超低频振荡信号，以使所述仿真模型进行仿真计算；

结果获取模块，用于获取所述超低频振荡信号的曲线和所述待测水电机组的第一电磁功率振荡信号的曲线，以将所述第一电磁功率振荡信号与所述超低频振荡信号的相位差和对应的所述预设频点作为水轮机调速系统的超低频相频特性；

还包括：

在所述仿真模型的水电机组调速器的频差输入端逐一接入振荡频率为所述预设频点的等幅振荡的超低频振荡信号，获取对应的第二电磁功率振荡信号与机械功率振荡信号的相位差曲线，以完成时域仿真验证；

所述获取对应的第二电磁功率振荡信号与机械功率振荡信号的相位差曲线，以完成时域仿真验证，具体包括：

获取每一次时域仿真计算对应的所述超低频振荡信号的曲线、所述第二电磁功率振荡信号的曲线和所述机械功率振荡信号的曲线；

根据所述超低频振荡信号的曲线和所述第二电磁功率振荡信号的曲线，得到所述第二电磁功率振荡信号与所述超低频振荡信号的多个第一相位差；

根据所述超低频振荡信号的曲线和所述机械功率振荡信号的曲线，得到所述机械功率振荡信号与所述超低频振荡信号的多个第二相位差；

根据所述第一相位差与对应的所述第二相位差的差值，得到对应的第二电磁功率振荡信号与机械功率振荡信号的相位差曲线；

根据所述相位差曲线得到在超低频振荡全频段的所述第二电磁功率振荡信号与所述机械功率振荡信号的相位差小于预设阈值，完成时域仿真验证。

5.一种使用水轮机调速系统超低频相频特性的测试方法的装置，其特征在于，包括处理器、存储器以及存储在所述存储器中且被配置为由所述处理器执行的计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时实现如权利要求1至3中任意一项所述的水轮机调速系统超低频相频特性的测试方法。

Images