一種發電機次同步振蕩模態信號的測量設備和方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及次同步振蕩模態信號的測量技術，具體地，涉及一種發電機次同步振蕩模態信號的測量設備和方法。
【背景技術】
[0002]大型火力汽輪機組在我國電力系統中占有重要的角色，大功率機組的軸系具有輕質柔性、多支承、大跨距、高功率密度的特征，軸系的固有頻率譜相對較密，所以誘發振動的能量較低，同時隨著發輸變電向超高壓遠距離的方向發展以及交流輸電線路上大量串補的采用，使得發電機組次同步振蕩的情況日益嚴重，發電機組的軸系扭振會激發電網的振蕩，造成線路跳閘或機組解列，因而會直接影響系統的穩定和用戶的經濟利益。
[0003]因此，對發電機組的次同步振蕩的抑制不容忽視，但是，無論采用何種方法來抑制次同步振蕩，都需要先確定發電機組的次同步振蕩模態才可以實施，因此如何準確測試大型汽輪發電機組的次同步振蕩模態是保護發電機組軸系的關鍵。目前國內測試該項內容的方法是將大型發電機運行起來后做多種擾動試驗，如機組同期、解列、線路投切、機組甩負荷等。但這些測試方法或多或少地存在著不能保證試驗充分有效的問題，且對機組和電網運行有一定的破壞性，因此亟需一種簡單、安全、可靠的測量發電機組的次同步振蕩頻率的方法。
【發明內容】
[0004]本發明的目的是提供一種發電機次同步振蕩模態信號的測量設備和方法，用于解決準確確定發電機的次同步振蕩模態的問題。
[0005]為了實現上述目的，本發明提供了一種發電機次同步振蕩模態信號的測量設備，該設備包括:信號發生器，用于輸出激發信號；測量裝置，用于測量發電機轉速變化幅值；以及處理裝置，與所述信號發生器和所述測量裝置連接，通過所述激發信號的屬性和由所述激發信號所激發出的信號作用于發電機之后所產生的發電機轉速變化幅值來確定所述次同步振蕩模態信號的屬性。
[0006]相應地，本發明還提供了一種發電機次同步振蕩模態信號的測量方法，該方法包括:輸出激發信號；測量發電機轉速變化幅值；通過所述激發信號的屬性和由所述激發信號所激發出的信號作用于發電機之后所產生的發電機轉速變化幅值來確定所述次同步振蕩模態信號的屬性。
[0007]通過上述技術方案，本發明通過激發信號作用于發電機以得到激發信號與所產生的發電機軸系振蕩之間的對應關系，從而可以確定引起發電機次同步振蕩的模態信號的屬性，在整個過程中，無需增加任何專用設備，可操作性強，經濟效益顯著，對解決發電廠和電網的次同步振蕩問題具有重大意義。
[0008]本發明的其它特征和優點將在隨后的【具體實施方式】部分予以詳細說明。
【附圖說明】
[0009]附圖是用來提供對本發明的進一步理解，并且構成說明書的一部分，與下面的【具體實施方式】一起用于解釋本發明，但并不構成對本發明的限制。在附圖中:
[0010]圖1是本發明提供的發電機次同步振蕩模態信號的測量設備的框圖；
[0011]圖2是本發明提供的抑制次同步振蕩的系統結構示意圖；
[0012]圖3是本發明提供的記錄激發信號的頻率和幅值的方法流程圖；
[0013]圖4是本發明提供的根據圖3所示的方法中所記錄的激發信號的頻率和幅值的曲線圖；
[0014]圖5是本發明提供的所記錄的激發信號的相位和發電機轉速變化幅值的曲線圖；以及
[0015]圖6是本發明提供的發電機次同步振蕩模態信號的測量方法的流程圖。
【具體實施方式】
[0016]以下結合附圖對本發明的【具體實施方式】進行詳細說明。應當理解的是，此處所描述的【具體實施方式】僅用于說明和解釋本發明，并不用于限制本發明。
[0017]圖1是本發明提供的發電機次同步振蕩模態信號的測量設備的框圖，如圖1所示，該設備包括信號發生器、測量裝置和處理裝置。信號發生器用于輸出激發信號，測量裝置用于測量發電機轉速變化幅值，處理裝置與信號發生器和測量裝置連接，通過激發信號的屬性和由激發信號所激發出的信號作用于發電機之后所產生的發電機轉速變化幅值來確定次同步振蕩模態信號的屬性。
[0018]下面結合圖2對以上各個步驟相關的原理進行闡述，圖2是本發明提供的抑制次同步振蕩的系統結構示意圖，如圖2所示，信號發生器向無功發生器(即次同步振蕩抑制裝置)輸入激發信號，通過無功發生器作用于發電機以使得發電機產生相應的轉速變化，測量裝置用于測量發電機的轉速變化幅值。這里的激發信號即為有可能使發電機產生次同步振蕩的信號，而這些可能使發電機產生次同步振蕩的信號可以通過仿真軟件得到，然后通過信號發生器產生這些信號，然而，需要注意的是，信號發生器所產生的信號被稱為激發信號，該激發信號通過無功發生器來激發發電機的次同步振蕩。其中，測量裝置可以通過轉速板卡來實現，這里發電機轉速變化幅值為轉速偏差值，這里的轉速偏差值為發動機的轉速與預定轉速的差值。
[0019]激發信號的屬性包括激發信號的頻率、幅值、相位，次同步振蕩模態信號的屬性包括次同步振蕩信號的頻率、幅值、相位。
[0020]處理裝置通過激發信號的屬性和由激發信號所激發出的信號作用于發電機之后所產生的發電機轉速變化幅值來確定次同步振蕩模態信號的屬性包括:通過信號發生器輸出在預定頻率變化范圍內以預定頻率步長逐步改變頻率的激發信號，并在通過調整激發信號的幅值使發電機轉速變化幅值處于預定幅值范圍內一段時間的情況下記錄激發信號中逐步改變的頻率及其所對應的激發信號的幅值；以及將所記錄的激發信號的幅值中的最小值確定為次同步振蕩模態信號的幅值，將該最小值所對應的頻率確定為次同步振蕩模態信號的頻率。
[0021]圖3是本發明提供的記錄激發信號的頻率和幅值的方法流程圖，下面結合圖3對以上所描述的確定次同步振蕩模態信號的頻率和幅值的過程進行具體闡述。
[0022]步驟301，輸入固定頻率的激發信號。這里的術語“固定”是相對于步驟302中的“調整”激發信號的幅值來說的。激發信號是由信號發生器輸出的，信號發生器將會輸出以預定頻率步長逐步改變頻率的激發信號，因而從一個較長的時間周期來看，信號發生器輸出的也是變化頻率的激發信號。然而，圖3所示的過程是針對一個頻率的激發信號的幅值和頻率的記錄過程，所以，如果需要確定次同步振蕩模態信號的頻率和幅值需要進行多次圖3所示的過程，直到以預定頻率步長遍歷了頻率變化范圍內的所有頻率。
[0023]步驟302，調整激發信號的幅值，應當理解的是如果在步驟303中發電機轉速變化幅值在預定幅值范圍內則不需要調整激發信號的幅值。該步驟302可以由人工完成，也可以通過程序由處理裝置實現，例如，在發電機轉速變化幅值大于預定幅值范圍的上限，則應當調小激發信號的幅值，在發電機轉速變化幅值小于預定幅值范圍的下限，則應當調大激發信號的幅值。
[0024]步驟303，判斷發電機轉速變化幅值是否在預定幅值范圍內，如果判斷結果為是，則執行步驟304，否則，再次執行步驟302，直到步驟303的判斷結果為是。
[0025]步驟304，判斷是否發電機轉速變化幅值在預定幅值范圍內保持了一段時間，如果判斷結果為是，則執行步驟305，否則，回到步驟302，直到步驟303和步驟304的判斷結果均為是。
[0026]步驟305，記錄激發信號的頻率和幅值。也就是說，在一固定頻率的激發信號下，不斷調整該激發信號的幅值，直到發電機轉速變化幅值在預定幅值范圍內(例如，可以為0.02rad/s?0.04rad/s)并保持了一段時間(即發電機轉速變化幅值保持穩定，該一段時間例如可以為600秒)之后再記錄下步驟301中所描述的固定頻率的激發信號的頻率和幅值。
[0027]確定次同步振蕩模態信號的頻率和幅值的具體過程為:信號發生器輸出以預定頻率步長逐步改變頻率的激發信號，這里針對每個頻點的激發信號均執行一次圖3所示的過程，直到將頻率變化范圍內的所有頻率均以預定頻率步長遍歷了一次。對每個頻點執行一次圖3所示的過程都將記錄一個頻點的激發信號的頻率和幅值，那么可以得到圖4所示的激發信號的頻率和幅值的曲線圖，如圖4所示，橫坐標為激發信號的頻率，縱坐標為激發信號的幅值，在圖4所示的數據中，將所記錄的激發信號的幅值中的最小值即為次同步振蕩模態信號的幅值，該幅值的最小值所對應的頻率即為次同步振蕩模態信號的頻率。需要說明的是，圖4所示的縱軸的數據是標準化之后的數據。
[0028]圖4中，預定頻率步長為0.1Hz，頻率變化范圍為以預先確定的發電機的一個或多個次同步振蕩模態