[发明专利]一种次同步模态信号的筛选分离监测方法

说明书

技术领域

本发明涉及电力系统领域，更具体地涉及火力发电厂、核电厂的发电机次同步振荡的信号监测领域，并涉及发电机电流、转速信号中次同步模态分离监测的方法和相应的继电保护装置或监测装置。

背景技术

我国“西电东送”，大型火电厂往往远离负荷中心，发电机组容量大，多采用长距离输电方式送出电能；为提高输电能力，电网中常配置串联电容补偿、可控串联电容补偿等电力电子设备，有时也采用直流输电方式。对于点对网的发电机组，这些输电方式是机电耦合引发次同步振荡的典型方式，当机电系统的等值阻尼为负，或者阻尼值很小，或者相关的电力电子设备控制参数不当，则整个系统容易受到扰动而产生电气上的次同步振荡，振荡的频率大多在10Hz～45Hz之间。由于火电机组轴系机械结构细长，发电机在电气上的次同步振荡可能通过次同步扭矩，在机组大轴上产生频率互补的机械扭振现象。电气上的次同步振荡以及轴系上的次同步机械扭振，可引起机组设备发热、振动、大轴机械疲劳，严重时，疲劳累积可导致大轴在危险断面上产生裂纹甚至扭断。

次同步振荡及轴系扭振的监测和保护设备中需要准确分离计算出转速或电流中的次同步模态信号，这是监测和保护设备正确工作的基础。现有方法是事先分析计算或测量出发电机轴系的固有振荡频率(即模态频率)，然后以模态频率为频率中心设计窄带滤波器，经过滤波得到所需的模态频率信号。由于发电机组轴系的固有频率相对比较固定，因此这种方法还是有效的，只是需要针对不同的模态频率设计不同的滤波器，而且不同型号的机组，模态频率往往不同，因此这种方法不够灵活。此外，对于发电机电流，次同步振荡时，信号中模态频率不是固定的，有时频率偏移较大，这种方法易丢失有效的模态信号。

也有针对电力系统的暂态功率设计频段相连的四个带通滤波器的方法进行模态信号的监测(ZL94100918.1)。受当时技术条件的限制，这种方法存在缺点，当次同步振荡信号的频率处于两个滤波器的频率交接处时，信号无法准确提取。

发明内容

本发明的目的是：提供一种可以适应多种模态的自动分离筛选发电机转速、电流信号中次同步模态的方法。

本发明采取的技术方案是：一种可以适应多种模态的次同步模态信号的筛选分离监测方法，对发电机电流、转速信号中次同步模态信号进行筛选分离：当机电系统出现次同步振荡时，电气方面，发电机定子绕组的三相电流I_A、I_B、I_C既有工频(50Hz)分量，又包含次同步(10Hz～45Hz)分量，严重时可出现多个次同步分量，每个次同步分量，称为对应频率的模态分量；机械方面，发电机组的大轴轴端的测速信号ω，同样也是既有同步速分量，又包含次同步转速分量，也可能同时存在多个次同步分量。

要实现次同步及扭振的保护和监测，必须先要准确地分离出各个模态。

其特征是：

(1)电流信号采样及标幺化，通过保护装置或监测装置使用固定采样频率，对发电机机端电流互感器CT二次侧电流进行采样，得到三相电流I_A、I_B、I_C，这里的三相电流为标幺值，基值取额定电流；

(2)转速信号采样及标幺化；保护装置或监测装置对大轴轴端的转速测速传感器进行采样，得到转速信号ω，这里的转速信号为标幺值(通过标么化处理)，基值取额定转速；

(3)低通滤波，滤波参数可以固定在保护装置或监测装置的定值中，不需要调整；将I_A、I_B、I_C和(ω-ω₀)经过一个高阶的低通滤波，其中ω₀为一个时间段内的平均转速，结果为：

y_i＝H_L(s)x_i i＝1，2，3，4式1

其中，H_L(s)为低通滤波器，截止频率在45Hz附近；信号x_i(i＝1，2，3，4)为输入量，分别表示I_A、I_B、I_C和(ω-ω₀)，y_i表示滤波后的结果。