基于非線性阻尼的汽輪發(fā)電機模型建立方法
【專利摘要】本發(fā)明提供一種基于非線性阻尼的汽輪發(fā)電機模型建立方法，包括以下步驟：根據(jù)汽輪發(fā)電機組質(zhì)塊的軸動慣性時間常數(shù)矩陣、彈性系數(shù)矩陣、軸系機械轉(zhuǎn)矩列向量和軸系電磁轉(zhuǎn)矩列向量生成第一質(zhì)塊彈簧模型；對第一質(zhì)塊彈簧模型進行解耦變換；根據(jù)汽輪發(fā)電機組的現(xiàn)場實測的空載阻尼系數(shù)、有功出力和幅值設定汽輪發(fā)電機組質(zhì)塊的非線性阻尼系數(shù)函數(shù)；根據(jù)解耦變換結(jié)果和阻尼系數(shù)函數(shù)生成第二質(zhì)塊彈簧模型；對第二質(zhì)塊彈簧模型進行求解，對結(jié)果還原變換得到汽輪發(fā)電機組的轉(zhuǎn)速變化規(guī)律。本發(fā)明實施例的方法，通過設定非線性阻尼系數(shù)函數(shù)和由多個運行數(shù)據(jù)生成的質(zhì)塊彈簧模型以得到汽輪發(fā)電機的轉(zhuǎn)速變化規(guī)律，提高了汽輪發(fā)電機模型的準確度，降低計算復雜度。
【專利說明】基于非線性阻尼的汽輪發(fā)電機模型建立方法
【技術(shù)領域】
[0001]本發(fā)明涉及發(fā)電機【技術(shù)領域】，特別涉及一種基于非線性阻尼的汽輪發(fā)電機模型建立方法。
【背景技術(shù)】
[0002]近年來，一些新建的大型煤電基地多采用遠距離、高固定串補輸電模式，在這種模式下，串補電容會帶來多模式次同步諧振(multimode SSR-Subsynchronous Resonance)問題，對發(fā)電機軸系和電力系統(tǒng)的穩(wěn)定運行有較大影響，與汽輪發(fā)電機組質(zhì)塊-彈簧模型中機械阻尼的取值相關。
[0003]機械阻尼體現(xiàn)了機組軸系扭振固有的阻尼能力，是對次同步諧振風險分析的重要參數(shù)，其值的大小將直接影響SSR發(fā)散或收斂。由于軸系的阻尼特性太復雜，目前阻尼系數(shù)一般以一個簡單的線性函數(shù)表示，例如阻尼與發(fā)電機有功出力成線性關系的線性函數(shù)。
[0004]阻尼系數(shù)的簡單線性函數(shù)存在如下問題。
[0005](I)該方式所獲得的阻尼系數(shù)僅表現(xiàn)為隨機組出力的增加而增加，不能給出例如與軸系扭振值等參數(shù)之間的關系。
[0006](2)該方式所獲得的阻尼系數(shù)不能準確描述發(fā)生次同步諧振時各個模態(tài)阻尼的變化情況。
[0007](3)該方式所獲得的阻尼系數(shù)僅表示發(fā)電機穩(wěn)態(tài)輸出功率的線性函數(shù)，不能很好的描述發(fā)生次同步諧振時軸系的動態(tài)過程。
[0008](4)該方式所獲得的阻尼系數(shù)不能很好的解釋例如穩(wěn)定的次同步諧振現(xiàn)象等現(xiàn)象。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0009]本發(fā)明的目的旨在至少解決上述的技術(shù)缺陷之一。
[0010]為此，本發(fā)明需要提供一種基于非線性阻尼的汽輪發(fā)電機模型建立方法。
[0011]有鑒于此,本發(fā)明的實施例提出一種基于非線性阻尼的汽輪發(fā)電機模型建立方法，包括以下步驟:第一質(zhì)塊彈簧模型生成步驟，根據(jù)汽輪發(fā)電機組質(zhì)塊的軸動慣性時間常數(shù)矩陣、彈性系數(shù)矩陣、軸系機械轉(zhuǎn)矩列向量和軸系電磁轉(zhuǎn)矩列向量生成所述汽輪發(fā)電機組質(zhì)塊的第一質(zhì)塊彈簧模型，所述汽輪發(fā)電機組質(zhì)塊為表示汽輪發(fā)電機大軸的彈性連接的質(zhì)量塊；解耦變換步驟，對所述汽輪發(fā)電機組質(zhì)塊的第一質(zhì)塊彈簧模型進行解耦變換；設定步驟，根據(jù)所述汽輪發(fā)電機組現(xiàn)場實測的空載阻尼系數(shù)、有功出力和幅值設定所述汽輪發(fā)電機組質(zhì)塊的非線性阻尼系數(shù)函數(shù)；第二質(zhì)塊彈簧模型生成步驟，根據(jù)解耦變換結(jié)果和所述非線性阻尼系數(shù)函數(shù)生成所述汽輪發(fā)電機組質(zhì)塊的第二質(zhì)塊彈簧模型；以及轉(zhuǎn)速變化規(guī)律獲得步驟，對所述第二質(zhì)塊彈簧模型進行求解，并對求解結(jié)果進行還原變換以得到所述汽輪發(fā)電機組的轉(zhuǎn)速變化規(guī)律。
[0012]本發(fā)明實施例的方法，通過設定非線性阻尼系數(shù)函數(shù)和由多個運行數(shù)據(jù)生成的質(zhì)塊彈簧模型以得到汽輪發(fā)電機轉(zhuǎn)速變化規(guī)律，提高了汽輪發(fā)電機模型的準確度，降低計算復雜度。
[0013]在本發(fā)明的一個實施例中，所述轉(zhuǎn)速變化規(guī)律包括所述汽輪發(fā)電機組質(zhì)塊的轉(zhuǎn)子角速度和轉(zhuǎn)子角位移。
[0014]在本發(fā)明的一個實施例中，所述汽輪發(fā)電機組質(zhì)塊的幅值包括:所述汽輪發(fā)電機組質(zhì)塊的轉(zhuǎn)速幅值、轉(zhuǎn)子角幅值和轉(zhuǎn)矩幅值。
[0015]在本發(fā)明的一個實施例中，在所述解耦變換步驟中，對所述第一質(zhì)塊彈簧模型解耦變換為以下公式，A 6 c^=Q-1A 6，其中，A 6為所述汽輪發(fā)電機組質(zhì)塊的轉(zhuǎn)子角位移增量列向量，Q為線性變換矩陣，A 6 ?為解耦后所述汽輪發(fā)電機組質(zhì)塊的等值轉(zhuǎn)子角位移增
量列向量。
[0016]在本發(fā)明的一個實施例中，所述阻尼系數(shù)非線性函數(shù)通過如下公式表示，所述公式為，Di=Di0+k1P+k2exp(k3 ? a )，其中，Ditl表示所述汽輪發(fā)電機現(xiàn)場實測的在模態(tài)i下的空載阻尼系數(shù)，P表示所述汽輪發(fā)電機的有功出力，exp表示指數(shù)函數(shù)，a表示所述汽輪發(fā)電機的幅值，和k3分別表示常系數(shù)。
[0017]在本發(fā)明的一個實施例中，所述第二質(zhì)塊彈簧模型通過如下公式表示，所述公式為，(M(m)p2+D(m)p+Kw) A 6 (m) = ATm(m)_ A Te(m)，其中，Mw和Kw分別表示對角陣，p為微分算 子，A 6 ?為解耦后所述汽輪發(fā)電機組質(zhì)塊的等值轉(zhuǎn)子角位移增量列向量，DW為模態(tài)阻尼系數(shù)矩陣，ATffl(m)為解耦后所述汽輪發(fā)電機組質(zhì)塊的等值機械轉(zhuǎn)矩增量列向量，ATe(m)為解耦后所述汽輪發(fā)電機組質(zhì)塊的等值電磁轉(zhuǎn)矩增量列向量。
[0018]在本發(fā)明的一個實施例中，求解所述第二質(zhì)塊彈簧模型，得到解耦后所述汽輪發(fā)電機組質(zhì)塊的等值轉(zhuǎn)子角位移增量列向量A S ?，
[0019]所述轉(zhuǎn)速變化規(guī)律獲得步驟通過如下公式將解耦后所述汽輪發(fā)電機組質(zhì)塊的等值轉(zhuǎn)子角位移增量還原為所述汽輪發(fā)電機組質(zhì)塊轉(zhuǎn)子角位移增量，所述公式為，A S=QA 6 ("°，其中，A 6為所述汽輪發(fā)電機組質(zhì)塊的轉(zhuǎn)子角位移列向量，Q為線性變換矩陣，△ 8 ?為解耦后所述汽輪發(fā)電機組質(zhì)塊的等值轉(zhuǎn)子角位移增量列向量。
[0020]在本發(fā)明的一個實施例中，根據(jù)所述汽輪發(fā)電機組質(zhì)塊的轉(zhuǎn)子角位移列向量得到所述汽輪發(fā)電機組質(zhì)塊的轉(zhuǎn)子角速度增量，所述汽輪發(fā)電機組質(zhì)塊的轉(zhuǎn)子角速度增量通過如下公式表示，所示公式為，A co=pA 6，其中，A Co為所述汽輪發(fā)電機組質(zhì)塊的轉(zhuǎn)子角速度增量，P為微分算子，△ S為所述汽輪發(fā)電機組質(zhì)塊的轉(zhuǎn)子角位移列向量。
[0021]本發(fā)明附加的方面和優(yōu)點將在下面的描述中部分給出，部分將從下面的描述中變得明顯，或通過本發(fā)明的實踐了解到。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0022]本發(fā)明上述的和/或附加的方面和優(yōu)點從下面結(jié)合附圖對實施例的描述中將變得明顯和容易理解，其中，
[0023]圖1為根據(jù)本發(fā)明一個實施例的基于非線性阻尼的汽輪發(fā)電機模型建立方法的流程圖；
[0024]圖2為根據(jù)本發(fā)明一個實施例的基于非線性阻尼的汽輪發(fā)電機模型建立方法的示意圖；以及[0025]圖3為根據(jù)本發(fā)明一個實施例的汽輪發(fā)電機多質(zhì)塊軸系的第一彈簧模型的示意圖。
【具體實施方式】
[0026]下面詳細描述本發(fā)明的實施例，實施例的示例在附圖中示出，其中自始至終相同或類似的標號表示相同或類似的元件或具有相同或類似功能的元件。下面通過參考附圖描述的實施例是示例性的，僅用于解釋本發(fā)明，而不能理解為對本發(fā)明的限制。
[0027]在本發(fā)明的描述中，需要理解的是，術(shù)語“中心”、“縱向”、“橫向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“豎直”、“水平”、“頂”、“底”、“內(nèi)”、“外”等指示的方位或位置關系為基于附圖所示的方位或位置關系，僅是為了便于描述本發(fā)明和簡化描述，而不是指示或暗示所指的裝置或元件必須具有特定的方位、以特定的方位構(gòu)造和操作，因此不能理解為對本發(fā)明的限制。此外，術(shù)語“第一”、“第二”僅用于描述目的，而不能理解為指示或暗示相對重要性。
[0028]在本發(fā)明的描述中，需要說明的是，除非另有明確的規(guī)定和限定，術(shù)語“安裝”、“相連”、“連接”應做廣義理解，例如，可以是固定連接，也可以是可拆卸連接，或一體地連接；可以是機械連接，也可以是電連接；可以是直接相連，也可以通過中間媒介間接相連，可以是兩個元件內(nèi)部的連通。對于本領域的普通技術(shù)人員而言，可以具體情況理解上述術(shù)語在本發(fā)明中的具體含義。
[0029]圖1為根 據(jù)本發(fā)明一個實施例的基于非線性阻尼的汽輪發(fā)電機模型建立方法的流程圖。圖2為根據(jù)本發(fā)明一個實施例的基于非線性阻尼的汽輪發(fā)電機模型建立方法的示意圖。如圖1和圖2所示，根據(jù)本發(fā)明實施例的基于非線性阻尼的汽輪發(fā)電機模型建立方法包括以下步驟:根據(jù)汽輪發(fā)電機組質(zhì)塊的軸動慣性時間常數(shù)矩陣、彈性系數(shù)矩陣、軸系機械轉(zhuǎn)矩列向量和軸系電磁轉(zhuǎn)矩列向量生成汽輪發(fā)電機組質(zhì)塊的第一質(zhì)塊彈簧模型，汽輪發(fā)電機組質(zhì)塊為表示汽輪發(fā)電機大軸的彈性連接的質(zhì)量塊(步驟101)。對汽輪發(fā)電機組質(zhì)塊的第一質(zhì)塊彈簧模型進行解耦變換(步驟103)。根據(jù)汽輪發(fā)電機組現(xiàn)場實測的空載阻尼系數(shù)、有功出力和幅值設定汽輪發(fā)電機組質(zhì)塊的非線性阻尼系數(shù)函數(shù)(步驟105)。根據(jù)解耦變換結(jié)果和非線性阻尼系數(shù)函數(shù)生成汽輪發(fā)電機組質(zhì)塊的第二質(zhì)塊彈簧模型(步驟107)。對第二質(zhì)塊彈簧模型進行求解，并對求解結(jié)果進行還原變換以得到汽輪發(fā)電機組的轉(zhuǎn)速變化規(guī)律(步驟109)。
[0030]根據(jù)本發(fā)明實施例的方法，通過設定非線性阻尼系數(shù)函數(shù)和由多個運行數(shù)據(jù)生成的彈簧模型以得到汽輪發(fā)電機轉(zhuǎn)速變化規(guī)律，提高了汽輪發(fā)電機模型的準確度，降低計算復雜度。
[0031]在步驟101中，發(fā)電機大軸通常被看作是若干個彈性連接的集中質(zhì)量塊，汽輪發(fā)電機多質(zhì)塊軸系的第一質(zhì)塊彈簧模型如附圖3所示，第一質(zhì)塊彈簧模型包含有η個質(zhì)塊，該軸系有(η-1)個扭振模式及一個共模。該多質(zhì)塊的第一質(zhì)塊彈簧模型可通過如下公式表示，(Μρ2+Κ) Δ S=ATm-AIV公式1，其中，M為汽輪發(fā)電機組質(zhì)塊的軸動慣性時間常數(shù)矩陣，K為汽輪發(fā)電機組質(zhì)塊的彈性系數(shù)矩陣，ATm為汽輪發(fā)電機組質(zhì)塊的軸系機械轉(zhuǎn)矩增量列向量，△!；為汽輪發(fā)電機組質(zhì)塊的軸系電磁轉(zhuǎn)矩增量列向量，P為微分算子，Δ δ為汽輪發(fā)電機組質(zhì)塊的轉(zhuǎn)子角位移增量列向量。在上述公式I中的η個方程兩邊除以額定轉(zhuǎn)矩Tb其單位為N*m，則公式I可變化為:(MV+lO A S =AT1Z-AT/-公式2，其中，Mi*為標幺化后的汽輪發(fā)電機組質(zhì)塊的軸動慣性時間常數(shù)矩陣，
【權(quán)利要求】
1.一種基于非線性阻尼的汽輪發(fā)電機模型建立方法，其特征在于，包括: 第一質(zhì)塊彈簧模型生成步驟，根據(jù)汽輪發(fā)電機組質(zhì)塊的軸動慣性時間常數(shù)矩陣、彈性系數(shù)矩陣、軸系機械轉(zhuǎn)矩列向量和軸系電磁轉(zhuǎn)矩列向量生成所述汽輪發(fā)電機組質(zhì)塊的第一質(zhì)塊彈簧模型，所述汽輪發(fā)電機組質(zhì)塊為表示汽輪發(fā)電機大軸的彈性連接的質(zhì)量塊； 解耦變換步驟，對所述汽輪發(fā)電機組質(zhì)塊的第一質(zhì)塊彈簧模型進行解耦變換； 設定步驟，根據(jù)所述汽輪發(fā)電機組現(xiàn)場實測的空載阻尼系數(shù)、有功出力和幅值設定所述汽輪發(fā)電機組質(zhì)塊的非線性阻尼系數(shù)函數(shù)； 第二質(zhì)塊彈簧模型生成步驟，根據(jù)解耦變換結(jié)果和所述非線性阻尼系數(shù)函數(shù)生成所述汽輪發(fā)電機組質(zhì)塊的第二質(zhì)塊彈簧模型；以及 轉(zhuǎn)速變化規(guī)律獲得步驟，對所述第二質(zhì)塊彈簧模型進行求解，并對求解結(jié)果進行還原變換以得到所述汽輪發(fā)電機組的轉(zhuǎn)速變化規(guī)律。
2.如權(quán)利要求1所述的基于非線性阻尼的汽輪發(fā)電機模型建立方法，其特征在于，所述轉(zhuǎn)速變化規(guī)律包括所述汽輪發(fā)電機組質(zhì)塊的轉(zhuǎn)子角速度和轉(zhuǎn)子角位移。
3.如權(quán)利要求1所述的基于非線性阻尼的汽輪發(fā)電機模型建立方法，其特征在于，所述汽輪發(fā)電機組質(zhì)塊的幅值包括:所述汽輪發(fā)電機組質(zhì)塊的轉(zhuǎn)速幅值、轉(zhuǎn)子角幅值和轉(zhuǎn)矩幅值。
4.如權(quán)利要求1所述的基于非線性阻尼的汽輪發(fā)電機模型建立方法，其特征在于，在所述解耦變換步驟中，對所述第一質(zhì)塊彈簧模型解耦變換為以下公式，
Δ δ (m) =Q^1A δ， 其中，△ δ為所述汽輪發(fā)電機組質(zhì)塊的轉(zhuǎn)子角位移增量列向量，Q為線性變換矩陣，△ δw為解耦后所述汽輪發(fā)電機組質(zhì)塊的等值轉(zhuǎn)子角位移增量列向量。
5.如權(quán)利要求1所述的基于非線性阻尼的汽輪發(fā)電機模型建立方法，其特征在于，所述阻尼系數(shù)非線性函數(shù)通過如下公式表示，所述公式為，
DfDio+kiP+k^exp (k3.α )， 其中，Di0表示所述汽輪發(fā)電機現(xiàn)場實測的在模態(tài)i下的空載阻尼系數(shù)，P表示所述汽輪發(fā)電機的有功出力，exp表示指數(shù)函數(shù)，α表示所述汽輪發(fā)電機的幅值^”匕和匕分別表示常系數(shù)。
6.如權(quán)利要求1所述的基于非線性阻尼的汽輪發(fā)電機模型建立方法，其特征在于，所述第二質(zhì)塊彈簧模型通過如下公式表示，所述公式為，
(M(m)p2+D(m)p+K(m)) Δ δ (m) = ATm(m)-ATe(m), 其中，Mw和Kw分別表示對角陣，P為微分算子，Δ δ w為解耦后所述汽輪發(fā)電機組質(zhì)塊的等值轉(zhuǎn)子角位移增量列向量，Dw為模態(tài)阻尼系數(shù)矩陣，ΛΤ^)為解耦后所述汽輪發(fā)電機組質(zhì)塊的等值機械轉(zhuǎn)矩增量列向量，為解耦后所述汽輪發(fā)電機組質(zhì)塊的等值電磁轉(zhuǎn)矩增量列向量。
7.如權(quán)利要求6所述的基于非線性阻尼的汽輪發(fā)電機模型建立方法，其特征在于， 求解所述第二質(zhì)塊彈簧模型，得到解耦后所述汽輪發(fā)電機組質(zhì)塊的等值轉(zhuǎn)子角位移增量列向量Δ δ (m), 所述轉(zhuǎn)速變化規(guī)律獲得步驟通過如下公式將解耦后所述汽輪發(fā)電機組質(zhì)塊的等值轉(zhuǎn)子角位移增量還原為所述汽輪發(fā)電機 組質(zhì)塊轉(zhuǎn)子角位移增量，所述公式為，A 6 =Q A 6 (m), 其中，A 6為所述汽輪發(fā)電機組質(zhì)塊的轉(zhuǎn)子角位移列向量，Q為線性變換矩陣，A 6 w為解耦后所述汽輪發(fā)電機組質(zhì)塊的等值轉(zhuǎn)子角位移增量列向量。
8.如權(quán)利要求7所述的基于非線性阻尼的汽輪發(fā)電機模型建立方法，其特征在于，根據(jù)所述汽輪發(fā)電機組質(zhì)塊的轉(zhuǎn)子角位移列向量得到所述汽輪發(fā)電機組質(zhì)塊的轉(zhuǎn)子角速度增量，所述汽輪發(fā)電機組質(zhì)塊的轉(zhuǎn)子角速度增量通過如下公式表示，所示公式為，
A Co =p A 8 其中，A Co為所述汽輪發(fā)電機組質(zhì)塊的轉(zhuǎn)子角速度增量，p為微分算子，A 6為所述汽輪發(fā)電機組質(zhì)塊的轉(zhuǎn)`子角位移列向量。
【文檔編號】G06F19/00GK103678930SQ201310718110
【公開日】2014年3月26日 申請日期:2013年12月23日 優(yōu)先權(quán)日:2013年12月23日
【發(fā)明者】謝小榮, 劉華坤 申請人:清華大學