[發明專利]一種次同步模態信號的篩選分離監測方法

有效

• 申請號: 201110278861.2
• 申請日: 2011-09-20
• 公開（公告）號: CN102508027A
• 公開（公告）日: 2012-06-20
• 發明（設計）人: 張琦雪;陳俊;王凱;沈全榮
• 申請（專利權）人: 南京南瑞繼保電氣有限公司;南京南瑞繼保工程技術有限公司
• 主分類號: G01R23/165
• 分類號: G01R23/165
• 代理公司: 南京天翼專利代理有限責任公司 32112
• 代理人: 陳建和

技術領域

本發明涉及電力系統領域，更具體地涉及火力發電廠、核電廠的發電機次同步振蕩的信號監測領域，并涉及發電機電流、轉速信號中次同步模態分離監測的方法和相應的繼電保護裝置或監測裝置。

背景技術

我國“西電東送”，大型火電廠往往遠離負荷中心，發電機組容量大，多采用長距離輸電方式送出電能；為提高輸電能力，電網中常配置串聯電容補償、可控串聯電容補償等電力電子設備，有時也采用直流輸電方式。對于點對網的發電機組，這些輸電方式是機電耦合引發次同步振蕩的典型方式，當機電系統的等值阻尼為負，或者阻尼值很小，或者相關的電力電子設備控制參數不當，則整個系統容易受到擾動而產生電氣上的次同步振蕩，振蕩的頻率大多在10Hz～45Hz之間。由于火電機組軸系機械結構細長，發電機在電氣上的次同步振蕩可能通過次同步扭矩，在機組大軸上產生頻率互補的機械扭振現象。電氣上的次同步振蕩以及軸系上的次同步機械扭振，可引起機組設備發熱、振動、大軸機械疲勞，嚴重時，疲勞累積可導致大軸在危險斷面上產生裂紋甚至扭斷。

次同步振蕩及軸系扭振的監測和保護設備中需要準確分離計算出轉速或電流中的次同步模態信號，這是監測和保護設備正確工作的基礎。現有方法是事先分析計算或測量出發電機軸系的固有振蕩頻率(即模態頻率)，然后以模態頻率為頻率中心設計窄帶濾波器，經過濾波得到所需的模態頻率信號。由于發電機組軸系的固有頻率相對比較固定，因此這種方法還是有效的，只是需要針對不同的模態頻率設計不同的濾波器，而且不同型號的機組，模態頻率往往不同，因此這種方法不夠靈活。此外，對于發電機電流，次同步振蕩時，信號中模態頻率不是固定的，有時頻率偏移較大，這種方法易丟失有效的模態信號。

也有針對電力系統的暫態功率設計頻段相連的四個帶通濾波器的方法進行模態信號的監測(ZL94100918.1)。受當時技術條件的限制，這種方法存在缺點，當次同步振蕩信號的頻率處于兩個濾波器的頻率交接處時，信號無法準確提取。

發明內容

本發明的目的是：提供一種可以適應多種模態的自動分離篩選發電機轉速、電流信號中次同步模態的方法。

本發明采取的技術方案是：一種可以適應多種模態的次同步模態信號的篩選分離監測方法，對發電機電流、轉速信號中次同步模態信號進行篩選分離：當機電系統出現次同步振蕩時，電氣方面，發電機定子繞組的三相電流I_A、I_B、I_C既有工頻(50Hz)分量，又包含次同步(10Hz～45Hz)分量，嚴重時可出現多個次同步分量，每個次同步分量，稱為對應頻率的模態分量；機械方面，發電機組的大軸軸端的測速信號ω，同樣也是既有同步速分量，又包含次同步轉速分量，也可能同時存在多個次同步分量。

要實現次同步及扭振的保護和監測，必須先要準確地分離出各個模態。

其特征是：

(1)電流信號采樣及標幺化，通過保護裝置或監測裝置使用固定采樣頻率，對發電機機端電流互感器CT二次側電流進行采樣，得到三相電流I_A、I_B、I_C，這里的三相電流為標幺值，基值取額定電流；

(2)轉速信號采樣及標幺化；保護裝置或監測裝置對大軸軸端的轉速測速傳感器進行采樣，得到轉速信號ω，這里的轉速信號為標幺值(通過標么化處理)，基值取額定轉速；

(3)低通濾波，濾波參數可以固定在保護裝置或監測裝置的定值中，不需要調整；將I_A、I_B、I_C和(ω-ω₀)經過一個高階的低通濾波，其中ω₀為一個時間段內的平均轉速，結果為：

y_i＝H_L(s)x_i?i＝1，2，3，4式1

其中，H_L(s)為低通濾波器，截止頻率在45Hz附近；信號x_i(i＝1，2，3，4)為輸入量，分別表示I_A、I_B、I_C和(ω-ω₀)，y_i表示濾波后的結果。