[发明专利]一种基于同步发电机机端电气信号提取的转速监测方法

说明书

本发明公开了一种基于同步发电机机端电气信号提取的转速监测方法，包括步骤：S1：采集同步发电机端口电气信号量；其中，电气信号量包括：相电压u_a、u_b、u_c及定子各相电流i_a、i_b、i_c；S2：根据电气信号量并利用锁相控制得到同步发电机端口电压相位信息θ；S3：根据同步发电机端口电压相位信息θ提取三相电流同步旋转信号量i_d、i_q；S4：根据三相电压电流同步旋转信号量获得同步发电机转子转速信号量。本发明通过对影响同步发电机转子转速变换的电气信号量的精确刻画，提高通过电气信号测量实现对同步发电机转子转速信号变化信号的提取的精度，旨在解决现有同步发电机转子转速信号提取技术，无法快速准确判断同步发电机轴系扭振的问题。

技术领域

本发明属于同步发电机转子转速监测领域，更具体地，涉及一种基于同步发电机机端电气信号提取的转速监测方法。

背景技术

同步发电机作为电力系统中最为重要的电源装备之一，且价格昂贵，该装备的安全稳定运行，对电力系统的安全稳定具有至关重要的作用。同步发电机轴系作为其重要的部件，轴系的安全稳定对同步发电机至关重要，随着汽轮机发电机单机容量的逐渐增大，发电机轴系更加细长，轴系的特性体现出机械的柔体特性。由轴系的动力学分析可以知道，当机械转矩与电磁转矩平衡时，轴系处于稳定状态。当同步发电机电气部分出现非基频谐波含量的电气量，会在电磁转矩中产生相应频率的电磁转矩，当该频率的电气阻尼和机械阻尼不足或者严重的出现负阻尼的情况下，不能够将该非基频分量的电气分量有效抑制，导致轴系的受力不均衡。当轴系的固有振荡频率与该非基频分量频率相同时，轴系固有频率下的振荡会被激发出来，当振荡进一步扩大后，会严重威胁同步发电机轴系的安全。例如上世纪 70年代，位于美国的Mohave电厂连续出现由串联补偿线路造成的汽轮发电机组轴系振荡损坏事故，由于轴系扭振频率位于次同步振荡频率范围之内，从而引起了人们对于次同步振荡问题的广泛研究。对于同步发电机阻尼特性，机械阻尼在发电机确定后一般为固定值，且为正。而影响电气阻尼的因素较多，例如系统的潮流分布，稳态工作点，励磁控制系统，稳定器控制系统，同步发电机外部网架结构，输电线路阻抗，外部其他电力电子装备等等较多因素，所以电气阻尼较为复杂，且难以确定，严重情况下会引起负阻尼的出现，严重威胁同步发电机轴系的安全。

对于轴系振荡问题的研究和抑制方案，目前主要针对轴系的次同步振荡问题，主要采用以下几种措施：第一，优化同步发电机轴系的设计，将同步发电机轴系的固有振荡频率避开次同步频段，从而可以在根本上实现对次同步振荡的有效抑制，但该方案需要多学科交叉研究，近期出现突破的可能性较小，且无法作用到已有的同步发电机。第二在发电机附近加装专门的轴系振荡的抑制装置，例如附加励磁控制器，可以也可以实现轴系振荡的有效抑制，但是该方案需要灵活地励磁控制调节装置，且需要对转速信号，电气信号进行精确的测量，且需要对同步发电机有详细的建模，单纯利用该方案，无法保证对所有的振荡频率下实现有效抑制。第三，采用滤波装置，将次同步频段的谐波成分通过滤波器滤除，实现切除同步发电机次同步功率与电网之间的联系，实现对次同步振荡的抑制，该方法理论上是可以实现的，但是在实际工程中，较低的谐波成分难以滤除，技术上难以实现。第四，利用STATCOM无功补偿， HVDC高压直流输电等电力电子装置实现轴系振荡的有效抑制，通过一定的控制算法的改进和控制参数的调整，实现在不同工况下，同步发电机轴系的阻尼特性为正，使同步发电机轴系振荡无法激发出来，灵活有效的实现对同步发电机的保护，既可以采用在同步发电机机端增加电力电子装备，也可以通过同步发电机附近已有的装备实现，经济型可靠性可以有效的提升。目前国内对于同步电机轴系的保护一般通过轴系的振荡检测和保护装置为主要的解决措施，轴系的振荡检测可以实现对同步发电机轴系状态的实时监控，同时在轴系扭振发生之后，为降低严重扭振对同步发电机的危害，通过切机的方式实现对同步发电机的保护，在轴系扭振较为的严重的机组，加装专门的次同步抑制装置系统。