專利名稱：測量發電機組軸系模態頻率的掃頻方法
技術領域：
本發明涉及一種測量發電機組軸系模態頻率的掃頻方法。
背景技術：
大型火力汽輪機組是我國電力系統的關鍵設備之一，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，軸系固有頻率譜相對較密，誘發振動的能量較 低；同時電網也在朝著超高壓遠距離方向發展，電網大量采用串補電容提高電網輸電能力， 另外其它電力電子元件及控制技術在電網中的應用也使誘發發電機組次同步振蕩的潛在 因素日益增加，使發電機組軸系扭振問題越來越嚴重。電機組軸系扭振還會激發電網的振 蕩，造成線路跳閘或機組解列，直接影響系統的穩定和用戶的經濟利益。如何準確測試現場安裝后的大型汽輪發電機組的軸系機械扭振模態是保護機組 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。這種測試方法的缺點是不能保證試驗每次都是充分有效的，且對機組和電網運 行有一定的破壞性。

發明內容
針對現有技術的缺陷，本發明的目的是提供一種測量發電機組軸系模態頻率的方法。本發明的測量發電機組軸系模態頻率的掃頻方法包括a.獲取仿真發電機組發生 次同步振蕩的多個模態頻率；b.用信號發生器在次同步振蕩抑制裝置的輸入端輸入一個 模態頻率作為激發信號；c.改變激發信號的輸入幅值，直到被激發出來的發電機轉速變化 模態數據穩定在預定模態信號幅值；d.記錄該模態頻率下激發信號和檢測到的發電機轉 速變化模態數據；e.以預定步長在所述模態頻率的預定范圍內掃描，重復步驟b、步驟c和 步驟d;f.根據記錄下的發電機轉速變化模態數據，確定發電機組的次同步振蕩單模態頻 率值。優選地，在步驟d中，所述激發信號和檢測到的發電機轉速變化模態數據包括激 發出來的發電機轉速模態信號與信號發生器輸入的激發信號之間的相位差；以信號發生器 輸入的激發信號幅值進行歸一化的發電機轉速模態信號的幅值。優選地，在步驟f中，所述相位差曲線中曲線斜率最大處頻率為次同步振蕩頻率， 從而確定發電機組的次同步振蕩單模態頻率值。優選地，在步驟f中，所述發電機轉速模態信號的幅值最大處的頻率為次同步振 蕩頻率，從而確定發電機組的次同步振蕩單模態頻率值。優選地，所述預定模態信號幅值為0. 04 0. 08弧度/秒。優選地，所述預定步長為0.01Hz。優選地，所述預定范圍是士 1. 5Hz。
優選地，步驟c還包括發電機轉速變化模態數據在預定時間段內在預定模態信 號幅值保持穩定。優選地，所述預定時間段為300秒。本發明提出一種基于無功補償理論開發的新型無功補償裝置，次同步振蕩抑制裝 置(SSR-DQ在工程中精確測量多臺發電機組軸系模態頻率的掃頻方法，并且在裝備此設 備的工程中無需通過其他專用設備，就可以精確確定發電機組的模態頻率，可操作性強，經 濟效益顯著。本方法相對于現有的通過大型發電機組人工并解列、甩負荷、調整發電機勵磁等 試驗手段，具有準確、經濟、可重復等優點，無需通過其他專用設備，就可以精確確定多臺發 電機組模態頻率，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。


圖1是本發明一種實施方式的實驗系統；圖2是確定發電機組的某一模態頻率的方法流程圖；圖3是本發明一種實施方式中一種模態的頻率與相移曲線；圖4是本發明一種實施方式中一種模態的頻率與幅值曲線。
具體實施例方式圖1是本發明一種實施方式的實驗系統，所述系統包括發電機組101、電網102、次 同步振蕩抑制裝置(SSR-DS) 103、轉速測量及分析系統104、串補線路105、信號發生器106。 次同步振蕩抑制裝置的功能就是將通過信號發生器加入的單模態激發信號進行處理并向 電網發出無功功率，最終激發出所加頻率的發電機組軸系的次同步振蕩單模態信號。次同 步振蕩抑制裝置(SSR-DS) 103的安裝位置是在位于發電廠的電網起點，串補線路104處于 整個電網102的中段。根據本發明一種具體實施方式
的測量發電機組軸系模態頻率的掃頻方法在步驟201，獲取仿真發電機組發生次同步振蕩的多個模態頻率。所述仿真數據可 以各種目前公知的仿真軟件獲得，例如saber仿真軟件、EMTP, EMTDC等電磁暫態仿真類軟 件以及NET0MAC等。所述仿真數據可以從與特定的軟件接口中讀取，也可以從存儲所述仿 真數據的數據庫中讀取。在步驟202，用信號發生器在次同步振蕩抑制裝置的輸入端輸入一個模態頻率作 為激發信號。在該步驟中，用信號發生器向次同步振蕩抑制裝置(SSR-DQ中加入仿真分析 出來的發電機組次同步振蕩的某一模態頻率的激發信號，使系統的這一模態頻率被激發出來。在步驟203，改變激發信號的輸入幅值，直到被激發出來的發電機轉速變化模態數 據穩定在預定模態信號幅值。預定模態信號幅值優選為0. 04 0. 08rad/s,優選地，發電機轉速變化模態數據在預定時間段內在預定模態信號幅值保持穩 定。所述預定時間段優選為300秒，S卩，在被激發出來的發電機轉速變化模態數據穩定在預 定模態信號幅值之后，穩定運行300秒，以便在步驟204記錄該點頻率下激發信號和檢測到的發電機轉速變化模態數據，即，進行數據記錄和波形記錄。優選地，所述激發信號和檢測 到的發電機轉速變化模態數據包括激發出來的發電機轉速模態信號與信號發生器輸入的 激發信號之間的相位差；以信號發生器輸入的激發信號幅值進行歸一化的發電機轉速模態 信號的幅值。在步驟205，以預定步長在所述模態頻率的預定范圍內掃描，在步驟206，判斷增 加步長后頻率是否超出模態頻率的預定范圍，如果未超出范圍，則重復步驟202、步驟203 和步驟204。預定步長優選為0. OlHz,預定范圍優選為以該模態頻率為中心-1. 5Hz到 +1. 5Hz的范圍。在一個優選實施例中，以0. OlHz的步長進行這一模態頻率值士 1. 5Hz的范 圍內掃描，每個步長持續時間為300秒，依照前述步驟，記錄每一次試驗的數據和波形。如果超出范圍，則到步驟207，根據記錄下的發電機轉速變化模態數據，確定發電 機組的次同步振蕩單模態頻率值。優選地，所述相位差曲線中曲線斜率最大處頻率為次同步振蕩頻率，從而確定發 電機組的次同步振蕩單模態頻率值。圖3是三臺發電機組的頻率與相角差曲線。描繪出以 模態頻率為橫軸、激發出來的模態信號與原信號發生器輸入的激發信號之間的相位差為縱 軸的曲線，頻率與相角差曲線中曲線斜率最大處頻率為次同步振蕩頻率。優選地，所述發電機轉速模態信號的幅值最大處的頻率為次同步振蕩頻率，從而 確定發電機組的次同步振蕩單模態頻率值。圖4是三臺發電機組的頻率與模態幅值曲線。 繪制以模態頻率為橫軸、以原信號發生器輸入的激發信號幅值進行歸一化的模態信號幅值 曲線，頻率與模態幅值曲線中幅值最大處頻率為次同步振蕩頻率。根據圖3和圖4的曲線可以精確確定此運行工況下的發電機組軸系次同步振蕩單 模態頻率。依照上述方法，還可分別確定出此運行工況下的其他模態的頻率。然后再依次選 擇幾種典型運行工況，分別描繪出上述兩個頻率與相角差曲線和頻率與模態幅值曲線，進 行比對，以確定運行工況是否對發電機軸系次同步振蕩單模態頻率產生影響。通過實驗證明，運行工況的不同對模態頻率有一定影響，并且每臺運行的機組都 會有所不同，但影響很小，基本上是一致的，所以工程中可以通過任一運行工況來最終確定 發電機組軸系次同步振蕩單模態頻率。盡管本發明是通過上述的優選實施方式進行描述的，但是其實現形式并不局限于 上述的實施方式。應該認識到在不脫離本發明主旨的情況下，本領域技術人員可以對本發 明做出不同的變化和修改。
權利要求
1.一種測量發電機組軸系模態頻率的掃頻方法，其特征在于，所述方法包括a.獲取仿真發電機組發生次同步振蕩的多個模態頻率；b.用信號發生器在次同步振蕩抑制裝置的輸入端輸入一個模態頻率作為激發信號；c.改變激發信號的輸入幅值，直到被激發出來的發電機轉速變化模態數據穩定在預定 模態信號幅值；d.記錄該模態頻率下激發信號和檢測到的發電機轉速變化模態數據；e.以預定步長在所述模態頻率的預定范圍內掃描，重復步驟b、步驟c和步驟d；f.根據記錄下的發電機轉速變化模態數據，確定發電機組的次同步振蕩單模態頻率值。
2.根據權利要求1所述的方法，其特征在于，在步驟d中，所述激發信號和檢測到的發 電機轉速變化模態數據包括激發出來的發電機轉速模態信號與信號發生器輸入的激發信 號之間的相位差；以信號發生器輸入的激發信號幅值進行歸一化的發電機轉速模態信號的 幅值。
3.根據權利要求2所述的方法，其特征在于，在步驟f中，所述相位差曲線中曲線斜率 最大處頻率為次同步振蕩頻率，從而確定發電機組的次同步振蕩單模態頻率值。
4.根據權利要求2所述的方法，其特征在于，在步驟f中，所述發電機轉速模態信號的 幅值最大處的頻率為次同步振蕩頻率，從而確定發電機組的次同步振蕩單模態頻率值。
5.根據權利要求1-4中任一項所述的方法，其特征在于，所述預定模態信號幅值為 0. 04 0. 08弧度/秒。
6.根據權利要求1-4中任一項所述的方法，其特征在于，所述預定步長為0.01Hz。
7.根據權利要求1-4中任一項所述的方法，其特征在于，所述預定范圍是士1. 5Hz。
8.根據權利要求1-4中任一項所述的方法，其特征在于，步驟c還包括發電機轉速變 化模態數據在預定時間段內在預定模態信號幅值保持穩定。
9.根據權利要求1-4中任一項所述的方法，其特征在于，所述預定時間段為300秒。
全文摘要
本發明公開的測量發電機組軸系模態頻率的掃頻方法包括a.獲取仿真發電機組發生次同步振蕩的多個模態頻率；b.用信號發生器在次同步振蕩抑制裝置的輸入端輸入一個模態頻率作為激發信號；c.改變激發信號的輸入幅值，直到被激發出來的發電機轉速變化模態數據穩定在預定模態信號幅值；d.記錄該模態頻率下激發信號和檢測到的發電機轉速變化模態數據；e.以預定步長在所述模態頻率的預定范圍內掃描，重復步驟b、步驟c和步驟d；f.根據記錄下的發電機轉速變化模態數據，確定發電機組的次同步振蕩單模態頻率值。相對于現有的試驗手段，本發明無需通過其他專用設備，就可以精確確定多臺發電機組模態頻率。
文檔編號G01H13/00GK102116671SQ20091024449
公開日2011年7月6日 申請日期2009年12月31日 優先權日2009年12月31日
發明者丁雅麗, 侯小平, 卓華, 司明起, 安萬洙, 尤建生, 張銀山, 李曠, 李海生, 李鵬, 林驚濤, 武云生, 王紹德, 王飛義, 肖述林, 顧強 申請人:中國神華能源股份有限公司, 北京國華電力有限責任公司, 北京國電華北電力工程有限公司, 神華國華(北京)電力研究院有限公司, 榮信電力電子股份有限公司, 陜西國華錦界能源有限責任公司, 陜西電力科學研究院