[發(fā)明專利]一種基于同步發(fā)電機(jī)機(jī)端電氣信號提取的轉(zhuǎn)速監(jiān)測方法

有效

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• 申請日: 2017-09-22
• 公開（公告）號: CN107681940B
• 公開（公告）日: 2020-07-28
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 趙化時;聶涌泉;朱建行;陳家樂;趙旋宇;胡亞平;萬民惠;韋鑫;侯佳佐
• 申請（專利權(quán)）人: 中國南方電網(wǎng)有限責(zé)任公司;華中科技大學(xué)
• 主分類號: H02P21/18
• 分類號: H02P21/18;H02P9/02
• 代理公司: 華中科技大學(xué)專利中心 42201
• 代理人: 廖盈春;曹葆青

本發(fā)明公開了一種基于同步發(fā)電機(jī)機(jī)端電氣信號提取的轉(zhuǎn)速監(jiān)測方法，包括步驟：S1：采集同步發(fā)電機(jī)端口電氣信號量；其中，電氣信號量包括：相電壓u_a、u_b、u_c及定子各相電流i_a、i_b、i_c；S2：根據(jù)電氣信號量并利用鎖相控制得到同步發(fā)電機(jī)端口電壓相位信息θ；S3：根據(jù)同步發(fā)電機(jī)端口電壓相位信息θ提取三相電流同步旋轉(zhuǎn)信號量i_d、i_q；S4：根據(jù)三相電壓電流同步旋轉(zhuǎn)信號量獲得同步發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速信號量。本發(fā)明通過對影響同步發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速變換的電氣信號量的精確刻畫，提高通過電氣信號測量實(shí)現(xiàn)對同步發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速信號變化信號的提取的精度，旨在解決現(xiàn)有同步發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速信號提取技術(shù)，無法快速準(zhǔn)確判斷同步發(fā)電機(jī)軸系扭振的問題。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于同步發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速監(jiān)測領(lǐng)域，更具體地，涉及一種基于同步發(fā)電機(jī)機(jī)端電氣信號提取的轉(zhuǎn)速監(jiān)測方法。

背景技術(shù)

同步發(fā)電機(jī)作為電力系統(tǒng)中最為重要的電源裝備之一，且價格昂貴，該裝備的安全穩(wěn)定運(yùn)行，對電力系統(tǒng)的安全穩(wěn)定具有至關(guān)重要的作用。同步發(fā)電機(jī)軸系作為其重要的部件，軸系的安全穩(wěn)定對同步發(fā)電機(jī)至關(guān)重要，隨著汽輪機(jī)發(fā)電機(jī)單機(jī)容量的逐漸增大，發(fā)電機(jī)軸系更加細(xì)長，軸系的特性體現(xiàn)出機(jī)械的柔體特性。由軸系的動力學(xué)分析可以知道，當(dāng)機(jī)械轉(zhuǎn)矩與電磁轉(zhuǎn)矩平衡時，軸系處于穩(wěn)定狀態(tài)。當(dāng)同步發(fā)電機(jī)電氣部分出現(xiàn)非基頻諧波含量的電氣量，會在電磁轉(zhuǎn)矩中產(chǎn)生相應(yīng)頻率的電磁轉(zhuǎn)矩，當(dāng)該頻率的電氣阻尼和機(jī)械阻尼不足或者嚴(yán)重的出現(xiàn)負(fù)阻尼的情況下，不能夠?qū)⒃摲腔l分量的電氣分量有效抑制，導(dǎo)致軸系的受力不均衡。當(dāng)軸系的固有振蕩頻率與該非基頻分量頻率相同時，軸系固有頻率下的振蕩會被激發(fā)出來，當(dāng)振蕩進(jìn)一步擴(kuò)大后，會嚴(yán)重威脅同步發(fā)電機(jī)軸系的安全。例如上世紀(jì) 70年代，位于美國的Mohave電廠連續(xù)出現(xiàn)由串聯(lián)補(bǔ)償線路造成的汽輪發(fā)電機(jī)組軸系振蕩損壞事故，由于軸系扭振頻率位于次同步振蕩頻率范圍之內(nèi)，從而引起了人們對于次同步振蕩問題的廣泛研究。對于同步發(fā)電機(jī)阻尼特性，機(jī)械阻尼在發(fā)電機(jī)確定后一般為固定值，且為正。而影響電氣阻尼的因素較多，例如系統(tǒng)的潮流分布，穩(wěn)態(tài)工作點(diǎn)，勵磁控制系統(tǒng)，穩(wěn)定器控制系統(tǒng)，同步發(fā)電機(jī)外部網(wǎng)架結(jié)構(gòu)，輸電線路阻抗，外部其他電力電子裝備等等較多因素，所以電氣阻尼較為復(fù)雜，且難以確定，嚴(yán)重情況下會引起負(fù)阻尼的出現(xiàn)，嚴(yán)重威脅同步發(fā)電機(jī)軸系的安全。

對于軸系振蕩問題的研究和抑制方案，目前主要針對軸系的次同步振蕩問題，主要采用以下幾種措施：第一，優(yōu)化同步發(fā)電機(jī)軸系的設(shè)計，將同步發(fā)電機(jī)軸系的固有振蕩頻率避開次同步頻段，從而可以在根本上實(shí)現(xiàn)對次同步振蕩的有效抑制，但該方案需要多學(xué)科交叉研究，近期出現(xiàn)突破的可能性較小，且無法作用到已有的同步發(fā)電機(jī)。第二在發(fā)電機(jī)附近加裝專門的軸系振蕩的抑制裝置，例如附加勵磁控制器，可以也可以實(shí)現(xiàn)軸系振蕩的有效抑制，但是該方案需要靈活地勵磁控制調(diào)節(jié)裝置，且需要對轉(zhuǎn)速信號，電氣信號進(jìn)行精確的測量，且需要對同步發(fā)電機(jī)有詳細(xì)的建模，單純利用該方案，無法保證對所有的振蕩頻率下實(shí)現(xiàn)有效抑制。第三，采用濾波裝置，將次同步頻段的諧波成分通過濾波器濾除，實(shí)現(xiàn)切除同步發(fā)電機(jī)次同步功率與電網(wǎng)之間的聯(lián)系，實(shí)現(xiàn)對次同步振蕩的抑制，該方法理論上是可以實(shí)現(xiàn)的，但是在實(shí)際工程中，較低的諧波成分難以濾除，技術(shù)上難以實(shí)現(xiàn)。第四，利用STATCOM無功補(bǔ)償， HVDC高壓直流輸電等電力電子裝置實(shí)現(xiàn)軸系振蕩的有效抑制，通過一定的控制算法的改進(jìn)和控制參數(shù)的調(diào)整，實(shí)現(xiàn)在不同工況下，同步發(fā)電機(jī)軸系的阻尼特性為正，使同步發(fā)電機(jī)軸系振蕩無法激發(fā)出來，靈活有效的實(shí)現(xiàn)對同步發(fā)電機(jī)的保護(hù)，既可以采用在同步發(fā)電機(jī)機(jī)端增加電力電子裝備，也可以通過同步發(fā)電機(jī)附近已有的裝備實(shí)現(xiàn)，經(jīng)濟(jì)型可靠性可以有效的提升。目前國內(nèi)對于同步電機(jī)軸系的保護(hù)一般通過軸系的振蕩檢測和保護(hù)裝置為主要的解決措施，軸系的振蕩檢測可以實(shí)現(xiàn)對同步發(fā)電機(jī)軸系狀態(tài)的實(shí)時監(jiān)控，同時在軸系扭振發(fā)生之后，為降低嚴(yán)重扭振對同步發(fā)電機(jī)的危害，通過切機(jī)的方式實(shí)現(xiàn)對同步發(fā)電機(jī)的保護(hù)，在軸系扭振較為的嚴(yán)重的機(jī)組，加裝專門的次同步抑制裝置系統(tǒng)。