JPH0737909B2 - 発電機軸系のモ−ダル検出装置 - Google Patents
発電機軸系のモ−ダル検出装置Info
- Publication number
- JPH0737909B2 JPH0737909B2 JP62116943A JP11694387A JPH0737909B2 JP H0737909 B2 JPH0737909 B2 JP H0737909B2 JP 62116943 A JP62116943 A JP 62116943A JP 11694387 A JP11694387 A JP 11694387A JP H0737909 B2 JPH0737909 B2 JP H0737909B2
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- Measurement Of Mechanical Vibrations Or Ultrasonic Waves (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 この発明は、水力または火力発電機軸系のモーダル（固
有振動数）の発生成分を検出する検出装置に関する。
有振動数）の発生成分を検出する検出装置に関する。
従来、水力または火力発電機軸系のモーダルの発生成分
を検出するものとして、計測された軸ねじれトルクを高
速フーリエ変換器（FFT）等を用いたスペクトルアナラ
イザにより検出するものが知られている。
を検出するものとして、計測された軸ねじれトルクを高
速フーリエ変換器（FFT）等を用いたスペクトルアナラ
イザにより検出するものが知られている。
しかし、上記の如きスペクトルアナライザは高価である
ばかりでなく、多大な量のデータ収集を必要とし、時間
が掛かると云う問題がある。また、オンライン処理する
には、計算機によるデータ分析が必要になると云う問題
もある。
ばかりでなく、多大な量のデータ収集を必要とし、時間
が掛かると云う問題がある。また、オンライン処理する
には、計算機によるデータ分析が必要になると云う問題
もある。
したがつて、この発明は発電機軸系のモーダル（固有振
動数）の発生成分を簡単な構成で、かつ短時間に検出す
ることを目的とする。
動数）の発生成分を簡単な構成で、かつ短時間に検出す
ることを目的とする。
発電機と１つ以上のタービンとをそれぞれ質点として互
いに軸結された発電機軸系のモーダル検出装置におい
て、少なくともタービン発電機モデル，予め定めた制御
行列Ｈ＊，予め定めた観測行列ＣＭ ＊,Cｎ ＊ｔ，加減算
器から構成される観測器モデルを設け、前記発電機の電
気トルクＭＧとタービン系の機械トルクＭＤとを前記タ
ービン発電機モデルに入力して状態量の推定値Ｘ＊を求
め、該推定値Ｘ＊に観測行列ＣＭ ＊に観測行列ＣＭ ＊お
よびＣｎ ＊ｔを乗じて得られる回転数の推定値ｎＨと少
なくとも１つの質点の回転数ＮＭとの偏差ｅを求め、該
偏差ｅに制御行列Ｈ＊を乗じてタービン発電機モデルに
フィードバックし、前記推定値Ｘ＊を観測行列ＣＭ ＊を
介して取り出すことによって軸ねじれトルクを各モーダ
ル（固有振動数）毎にその発生成分を抽出する。
いに軸結された発電機軸系のモーダル検出装置におい
て、少なくともタービン発電機モデル，予め定めた制御
行列Ｈ＊，予め定めた観測行列ＣＭ ＊,Cｎ ＊ｔ，加減算
器から構成される観測器モデルを設け、前記発電機の電
気トルクＭＧとタービン系の機械トルクＭＤとを前記タ
ービン発電機モデルに入力して状態量の推定値Ｘ＊を求
め、該推定値Ｘ＊に観測行列ＣＭ ＊に観測行列ＣＭ ＊お
よびＣｎ ＊ｔを乗じて得られる回転数の推定値ｎＨと少
なくとも１つの質点の回転数ＮＭとの偏差ｅを求め、該
偏差ｅに制御行列Ｈ＊を乗じてタービン発電機モデルに
フィードバックし、前記推定値Ｘ＊を観測行列ＣＭ ＊を
介して取り出すことによって軸ねじれトルクを各モーダ
ル（固有振動数）毎にその発生成分を抽出する。
発電機の電気トルクとタービン系の機械トルクと少なく
とも１つの質点の回転数とから軸ねじれトルクを各モー
ダル毎に推定，検出することにより、モーダルの発生成
分を容易かつ短時間に検出できるようにする。
とも１つの質点の回転数とから軸ねじれトルクを各モー
ダル毎に推定，検出することにより、モーダルの発生成
分を容易かつ短時間に検出できるようにする。
第１図はこの発明の実施例を示す構成図、第２図は火力
発電機とその軸系の軸ねじれトルクを推定，検出する観
測器モデルを示す構成図である。
発電機とその軸系の軸ねじれトルクを推定，検出する観
測器モデルを示す構成図である。
まず、第２図から説明する。これは火力タービン発電機
の例であり、火力発電機は高圧タービン２、中圧タービ
ン３、低圧タービン41,42、発電機５および励磁機６等
から構成される。このような発電機軸系の各質点（２〜
６）に作用するトルクとしては、蒸気圧力検出器D2およ
び蒸気トルク模擬器８を介して検出されるタービン2,3,
41,42の蒸気トルクと、電気トルク検出器D1を介して検
出される電気トルクとがある。これらを入力量とする発
電機軸系の運動方程式は、各質点の位相角と慣性定数、
ダンピング定数，バネ定数および入力量から与えられ
る。また、質点ｉとｉ＋１間の軸ねじれトルクMi,i＋１
は質点間の位相差とバネ定数との積で求まることから、
軸系の数学モデルは次の（１）式の如く、位相差，回転
数差および回転数検出器からの回転数ｎを状態変数ベク
トルとする運動方程式で表わすことができる。 ＝Ａ Ｘ＋Ｂ Ｕ ……（１） こゝに、Ｘは〔ｎ×１〕の列ベクトルからなる状態ベク
トル、Ａは〔ｎ×ｎ〕の状態マトリツクス、Ｂは〔ｎ×
ｍ〕の入力マトリツクス、Ｕは〔ｍ×１〕の入力ベクト
ルである。また、 はＸの微分値を示し、各符号の下側
にバー記号〔−〕を付してベクトル量を示す。
の例であり、火力発電機は高圧タービン２、中圧タービ
ン３、低圧タービン41,42、発電機５および励磁機６等
から構成される。このような発電機軸系の各質点（２〜
６）に作用するトルクとしては、蒸気圧力検出器D2およ
び蒸気トルク模擬器８を介して検出されるタービン2,3,
41,42の蒸気トルクと、電気トルク検出器D1を介して検
出される電気トルクとがある。これらを入力量とする発
電機軸系の運動方程式は、各質点の位相角と慣性定数、
ダンピング定数，バネ定数および入力量から与えられ
る。また、質点ｉとｉ＋１間の軸ねじれトルクMi,i＋１
は質点間の位相差とバネ定数との積で求まることから、
軸系の数学モデルは次の（１）式の如く、位相差，回転
数差および回転数検出器からの回転数ｎを状態変数ベク
トルとする運動方程式で表わすことができる。 ＝Ａ Ｘ＋Ｂ Ｕ ……（１） こゝに、Ｘは〔ｎ×１〕の列ベクトルからなる状態ベク
トル、Ａは〔ｎ×ｎ〕の状態マトリツクス、Ｂは〔ｎ×
ｍ〕の入力マトリツクス、Ｕは〔ｍ×１〕の入力ベクト
ルである。また、 はＸの微分値を示し、各符号の下側
にバー記号〔−〕を付してベクトル量を示す。
また、観測量ｙは回転数検出器からの回転数n1と各質点
間の軸ねじれトルクＭＴ である。すなわち、 であり、ｙ ＝Ｃ Ｘ ……（２） の如く表わされる。こゝに、Ｃは〔ｌ×ｎ〕の観測行列
である。
間の軸ねじれトルクＭＴ である。すなわち、 であり、ｙ ＝Ｃ Ｘ ……（２） の如く表わされる。こゝに、Ｃは〔ｌ×ｎ〕の観測行列
である。
こゝで、軸系の固有振動数ごとに軸系を分離するため、
モーダル化する。つまり、行列Ａを各モードごとに対角
化する。そこで、行列Ａを対角化する変換行列をＴと
し、「＊」印を付してモーダル行列とすると、上記
（１），（２）式は次の（３）式で表現できる。
モーダル化する。つまり、行列Ａを各モードごとに対角
化する。そこで、行列Ａを対角化する変換行列をＴと
し、「＊」印を付してモーダル行列とすると、上記
（１），（２）式は次の（３）式で表現できる。
である。
こゝで、実測される観測量ｎＭとモデル値とを用いてＸ
＊を推定する。このときの観測器理論を導入した観測器
モデルの方定式は、次の（４）式となる。
＊を推定する。このときの観測器理論を導入した観測器
モデルの方定式は、次の（４）式となる。
こゝに、 のn1に関する値、 は縦一列の行列 を横一列に変換した行列、Ｈ＊は〔ｎ×１〕のモーダル
制御行列であり、各符号に「∧」印を付して推定値を表
わす。なお、モーダル制御行列Ｈ ＊は推定の安定性，制
御性により決定される。
制御行列であり、各符号に「∧」印を付して推定値を表
わす。なお、モーダル制御行列Ｈ ＊は推定の安定性，制
御性により決定される。
したがつて、第２図の如くタービン発電機モデル11、制
御行列12、観測行列13,14および加減算器15等からなる
観測器モデル１は、電気トルク検出器D1を介して与えら
れる発電機の電圧，電流等の電気トルクＭＧと、蒸気ト
ルク模擬器８を介して模擬されるタービン2,3,41,42の
蒸気トルク（機械トルク）ＭＤとにもとづき、（１）式
の如く状態量Ｘを推定する。このとき、状態量の１つで
ある。例えばタービン２の回転数ｎＭ（n1）を導入し、
これと観測行列14によつて推定される との偏差を制御行列12を介してフイードバツクするよう
にしており、このフイードバツク量Ｚ ＊を補正量として
先の（２）式の如く推定を行なう。このことから、 と表わすことができる。そして、このように推定される
を観測行列13を介して取り出すことにより、軸ねじれ
トルク Ｔ を推定，検出する。
御行列12、観測行列13,14および加減算器15等からなる
観測器モデル１は、電気トルク検出器D1を介して与えら
れる発電機の電圧，電流等の電気トルクＭＧと、蒸気ト
ルク模擬器８を介して模擬されるタービン2,3,41,42の
蒸気トルク（機械トルク）ＭＤとにもとづき、（１）式
の如く状態量Ｘを推定する。このとき、状態量の１つで
ある。例えばタービン２の回転数ｎＭ（n1）を導入し、
これと観測行列14によつて推定される との偏差を制御行列12を介してフイードバツクするよう
にしており、このフイードバツク量Ｚ ＊を補正量として
先の（２）式の如く推定を行なう。このことから、 と表わすことができる。そして、このように推定される
を観測行列13を介して取り出すことにより、軸ねじれ
トルク Ｔ を推定，検出する。
ところで、先の（３）式に示す は対角行列であり、固有振動系の２次微分方程式の集ま
りで表現できるので、例えば周波数の最も低いもの（モ
ード１）については、次の（５）式のように表現するこ
とができる。
りで表現できるので、例えば周波数の最も低いもの（モ
ード１）については、次の（５）式のように表現するこ
とができる。
つまり、モード１ではωM1の角周波数で振動し、この周
波数が固有振動数モード１の周波数である。また、X1と
X2は振動し、これらは振動数が同じで位相が互いに90゜
異なる波形となる。以下、モード2,モード３……につい
ても同様に、各固有振動数で振動する。なお、振動数の
低い順にモード番号を付すものとする。
波数が固有振動数モード１の周波数である。また、X1と
X2は振動し、これらは振動数が同じで位相が互いに90゜
異なる波形となる。以下、モード2,モード３……につい
ても同様に、各固有振動数で振動する。なお、振動数の
低い順にモード番号を付すものとする。
第１図はこの発明の実施例を示す構成図である。これは
上記（５）式で示すモード１の模擬部を示すもので、第
２図に示す観測器モデルの一部である。
上記（５）式で示すモード１の模擬部を示すもので、第
２図に示す観測器モデルの一部である。
すなわち、積分器21A,21B、増幅器22A,22Bおよび加減算
器23A,23Bにより（５）式の右辺で示す演算を行なつて
１ ＊， ２ ＊を推定するとゝもに、各観測行列13A,13
Bを介して軸ねじれトルクを推定，検出する。こゝで、
２ ＊の値はモード１の固有振動数の振動波形値であ
り、この振動波形を全波整流回路25Aにて整流し、平滑
回路26Aにて平滑することにより平均値を求め、これを
固有振動数の発生成分とする。なお、平均値検出回路の
かわりに実効値検出回路を設け、実効値を検出するよう
にしても良い。また、第１図はモード１に関する模擬部
であり、これと同様のものが各モード毎に設けられる。
器23A,23Bにより（５）式の右辺で示す演算を行なつて
１ ＊， ２ ＊を推定するとゝもに、各観測行列13A,13
Bを介して軸ねじれトルクを推定，検出する。こゝで、
２ ＊の値はモード１の固有振動数の振動波形値であ
り、この振動波形を全波整流回路25Aにて整流し、平滑
回路26Aにて平滑することにより平均値を求め、これを
固有振動数の発生成分とする。なお、平均値検出回路の
かわりに実効値検出回路を設け、実効値を検出するよう
にしても良い。また、第１図はモード１に関する模擬部
であり、これと同様のものが各モード毎に設けられる。
以上では主として火力発電機について説明したが、蒸気
トルクのかわりに入力水量，水圧等の水力トルク（機械
トルク）を導入することにより、この発明は水力発電機
に対しても同様に適用することができる。
トルクのかわりに入力水量，水圧等の水力トルク（機械
トルク）を導入することにより、この発明は水力発電機
に対しても同様に適用することができる。
この発明によれば、軸ねじれトルクをモーダルごとに推
定する観測器モデルを設けることにより、発電機軸系の
各モーダルの発生成分が簡単な平均値回路や実効値回路
を付加するだけで容易かつ短時間に検出可能となる利点
がもたらされる。
定する観測器モデルを設けることにより、発電機軸系の
各モーダルの発生成分が簡単な平均値回路や実効値回路
を付加するだけで容易かつ短時間に検出可能となる利点
がもたらされる。
第１図はこの発明の実施例を示す構成図、第２図は火力
発電機とその軸系の軸ねじれトルクを推定，検出する観
測器モデルを示す構成図である。 符号説明 １……観測器モデル、13,13A,13B,14……観測行列、２
……高圧タービン、３……中圧タービン、41,42……低
圧タービン、５……発電機、６……励磁機、７……軸、
８……蒸気トルク模擬器、11……タービン発電機モデ
ル、12……制御行列、15,23A,23B……加減算器、21A,21
B……積分器、22A,22B……増幅器、25A……全波整流回
路、26A……平滑回路、D1……電気トルク検出器、D2…
…蒸気圧力検出器、D3……回転数検出器。
発電機とその軸系の軸ねじれトルクを推定，検出する観
測器モデルを示す構成図である。 符号説明 １……観測器モデル、13,13A,13B,14……観測行列、２
……高圧タービン、３……中圧タービン、41,42……低
圧タービン、５……発電機、６……励磁機、７……軸、
８……蒸気トルク模擬器、11……タービン発電機モデ
ル、12……制御行列、15,23A,23B……加減算器、21A,21
B……積分器、22A,22B……増幅器、25A……全波整流回
路、26A……平滑回路、D1……電気トルク検出器、D2…
…蒸気圧力検出器、D3……回転数検出器。
Claims (1)
- 【請求項１】発電機と１つ以上のタービンとをそれぞれ
質点として互いに軸結合された発電機軸系のモーダル検
出装置において、 少なくともタービン発電機モデル，予め定めた制御行列
Ｈ＊，予め定めた観測行列ＣＭ ＊,Cｎ ＊ｔ，加減算器か
ら構成される観測器モデルを設け、 前記発電機の電気トルクＭＧとタービン系の機械トルク
ＭＤとを前記タービン発電機モデルに入力して状態量の
推定値Ｘ＊を求め、 該推定値Ｘ＊に観測行列ＣＭ ＊およびＣｎ ＊ｔを乗じて
得られる回転数の推定値ｎＨと少なくとも１つの質点の
回転数ＮＭとの偏差ｅを求め、 該偏差ｅに制御行列Ｈ＊を乗じてタービン発電機モデル
にフィードバックし、 前記推定値Ｘ＊を観測行列ＣＭ ＊を介して取り出すこと
によって軸ねじれトルクを各モーダル（固有振動数）毎
にその発生成分を抽出することを特徴とする発電機軸系
のモーダル検出装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP62116943A JPH0737909B2 (ja) | 1987-05-15 | 1987-05-15 | 発電機軸系のモ−ダル検出装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP62116943A JPH0737909B2 (ja) | 1987-05-15 | 1987-05-15 | 発電機軸系のモ−ダル検出装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS63282618A JPS63282618A (ja) | 1988-11-18 |
| JPH0737909B2 true JPH0737909B2 (ja) | 1995-04-26 |
Family
ID=14699557
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP62116943A Expired - Lifetime JPH0737909B2 (ja) | 1987-05-15 | 1987-05-15 | 発電機軸系のモ−ダル検出装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0737909B2 (ja) |
Families Citing this family (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE4028320A1 (de) * | 1990-09-06 | 1992-03-12 | Deutsche Forsch Luft Raumfahrt | Verfahren zum lenken von strassenfahrzeugen mit vorder- und hinterradlenkung |
| EP0559114B1 (de) * | 1992-03-03 | 1996-10-23 | Deutsches Zentrum für Luft- und Raumfahrt e.V. | Verfahren zum Lenken eines Strassenfahrzeugs mit Vorder- und Hinterradlenkung |
Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS56117129A (en) * | 1980-02-21 | 1981-09-14 | Toshiba Corp | Monitoring device for shaft torsional oscillation of turbine generator |
-
1987
- 1987-05-15 JP JP62116943A patent/JPH0737909B2/ja not_active Expired - Lifetime
Patent Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS56117129A (en) * | 1980-02-21 | 1981-09-14 | Toshiba Corp | Monitoring device for shaft torsional oscillation of turbine generator |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS63282618A (ja) | 1988-11-18 |
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Legal Events
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