[發明專利]一種基于坐標變換的風電機組軸系模態信號的求取方法

有效

• 申請號: 201010623223.5
• 申請日: 2010-12-30
• 公開（公告）號: CN102130665A
• 公開（公告）日: 2011-07-20
• 發明（設計）人: 常富杰;劉全;焦邵華;張濤
• 申請（專利權）人: 北京四方繼保自動化股份有限公司
• 主分類號: H03H17/00
• 分類號: H03H17/00;F03D7/00
• 代理公司: 北京金闕華進專利事務所(普通合伙) 11224
• 代理人: 吳鴻維

技術領域

本發明屬于電力系統穩定與控制技術領域，具體涉及一種采用坐標變換和濾波器處理的方式來獲取風電機組軸系模態信號的求取方法，為系統穩定判斷提供依據。

背景技術

風力發電機組安裝選擇首先考慮的因素是風能資源是否豐富，決定了風力發電機組作為電源點遠離負荷中心，需要經過電網的長距離傳輸送達負荷中心。而對于電力網的建設來說，隨著經濟的發展，對電力的需求逐年遞增，采用柔性輸電技術來提高線路傳輸穩定極限能力是一條即經濟又切實可行的方法，已經寫入了國家電網智能電網關鍵設備的規劃中。目前，串聯補償電容器、SVC等設備已經在多條交流500KV傳輸線路中使用，串補以及大量電力電子等非線性元件的使用，對于風力發電機組的安全穩定運行提出了挑戰。

風電傳輸系統是一個復雜的系統，對于機組的安全性，特別是機組的動態安全性，研究機組的機械系統(旋轉的轉子軸系)與相連的電力系統(電氣設備和回路)相互作用而產生的振蕩行為顯得尤為重要。風力發電機組的傳動軸系附加轉矩主要包含：來自風力機的機械轉矩以及電網側的電磁轉矩。網側的擾動主要表現在電磁轉矩上的擾動作用于傳動軸系，機組的傳動軸系在此電磁轉矩下產生扭轉振蕩。如果此種振蕩超過一定極限，會對軸系造成嚴重損傷。扭振現象在汽輪發電機組上已經出現過多次，上世紀70年代，美國Mohave電站發生事故，軸系損壞，原因是電氣系統中由于輸電線路中有串聯補償電容產生電氣諧振，與機組的固有頻率接近互補，從而引發機組大軸損壞。美國Squre?Butte電廠由于直流線路送出，也發現該廠汽輪機發電機組的軸系發生了扭振現象。從上世紀80年開始，在我國的神頭電廠、大同第二電廠、陡河電廠以及陜西秦嶺電廠都發生了類似的事故。2008年，東北某電廠也發生了由于線路加串聯補償電容器造成的機組轉子大軸產生裂紋的嚴重事故。內蒙古某電廠在線路加串聯補償電容器后在故障時機組扭振發散，發生失穩現象。

對于相同的電網結構，風電機組在接入類似的系統中會不會發生相同的現象，從機組的安全性考慮至關重要。所以研究能夠對風電機組的扭振現象進行實時監測分析的系統很具有現實意義，一方面能夠反映機組的運行狀態；另一方面又能對進一步的控制抑制措施提供分析的基礎。

發明內容

本發明的目的是提供一種采用基于坐標系變換的變換和濾波器處理的方法來辨識風電機組軸系次同步振蕩的模態特征信號，為解決包含風電機組的電力系統多模態次同步諧振和振蕩問題提供信號提取方法和可靠方案。

本發明具體采用以下技術方案：

一種基于坐標變換的風電機組軸系模態信號的求取方法，其特征在于，該方法包括以下步驟：

(1)通過屏蔽線把風電機組光碼盤的轉速脈沖信號接入監測系統，進行轉速脈沖信號的采集；

(2)對轉速脈沖信號進行解調獲取機組的扭振信號dω，并且對機組的扭振信號dω進行數據預處理得到預處理后的扭振信號dω′；

(3)對預處理后的扭振信號dω′進行坐標系轉換，通過構建虛擬的標準工頻旋轉坐標，實現從兩相旋轉坐標系dq坐標系到三相靜止坐標系abc坐標系的變換，得到靜止坐標系下的三相轉速差信號dω′_a、dω′_b及dω′_c；

(4)對三相轉速差信號dω′_a、dω′_b及dω′_c信號分別進行濾波處理，濾除50Hz左右各1Hz頻帶范圍的信號，實現兩相坐標系下1Hz以下頻率信號的濾除；

(5)對濾波處理后的三相轉速差信號進行基于虛擬的標準工頻旋轉坐標系統的三相靜止坐標系abc坐標系到兩相旋轉坐標系dq坐標系的變換，獲取濾除低于1Hz頻率信號后的扭振信號dω″；

(6)對濾除低于1Hz頻率信號后的扭振信號dω″通過基于巴特沃斯帶通、帶阻二階濾波器的濾波器組處理，最終分離出機組的各個模態信號dω″₁、dω″₂、dω″₃。

本發明提出了一種基于坐標變換的風電機組模態信號分離方法，通過構建虛擬的標準工頻坐標系統，實現從兩相到三相的坐標變換，同時和濾波器組的配合，能夠把包含在模態信號中的瞬變風速頻率信號有效濾除，并且兼顧了分離出的模態信號對時間的快速響應特性。

附圖說明

圖1風電機組轉速信號接入框圖；

圖2獲取三相坐標系下信號的流程框圖；

圖3模態濾波器組分離模態流程框圖(以3個模態頻率為例)；

圖4總的軟件處理流程圖；

圖5基于坐標變換的實測數據分析圖。