汽輪發(fā)電機組軸系彈性多質(zhì)量塊模型參數(shù)優(yōu)化方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于汽輪發(fā)電機技術(shù)領(lǐng)域，涉及應(yīng)用于電力系統(tǒng)次同步振蕩分析和仿真中 的汽輪發(fā)電機組軸系參數(shù)優(yōu)化方法。具體涉及到基于軸系扭振頻率實測值，優(yōu)化汽輪發(fā)電 機組軸系彈性多質(zhì)量塊模型參數(shù)，使得由軸系參數(shù)經(jīng)理論計算得到的扭振頻率與現(xiàn)場實測 扭振頻率一致。 技術(shù)背景
[0002] 次同步振蕩是一種軸系機械系統(tǒng)與輸電網(wǎng)絡(luò)電氣系統(tǒng)間交換能量的機電耦合振 蕩過程。當次同步振蕩發(fā)生時，會激發(fā)汽輪發(fā)電機組的軸系扭振。軸系參數(shù)對次同步振蕩 具有重要影響，是次同步振蕩分析的基本參數(shù)。然而，由于制造過程、安裝工藝、以及材料機 械特性等原因，使得軸系實際參數(shù)與設(shè)計參數(shù)存在誤差。因此軸系設(shè)計參數(shù)不能直接應(yīng)用 于次同步振蕩的分析和仿真，必須經(jīng)過優(yōu)化修正。
[0003] 在電力系統(tǒng)次同步振蕩的分析和仿真中，通常采用彈性多質(zhì)量塊模型表示汽輪發(fā) 電機組軸系。而軸系扭振頻率完全取決于軸系機械參數(shù)。本發(fā)明通過勵磁系統(tǒng)擾動激發(fā)汽 輪發(fā)電機組軸系扭振，進而測得軸系扭振的實際振蕩頻率。在此基礎(chǔ)上，采用隨機優(yōu)化方法 對軸系設(shè)計參數(shù)進行修正，優(yōu)化目標為滿足依據(jù)修正后的軸系參數(shù)計算得到的軸系扭振頻 率與實測頻率完全一致，并且振型基本不變。采用本發(fā)明的參數(shù)優(yōu)化方法對軸系設(shè)計參數(shù) 進行修正，修正后的軸系參數(shù)的扭振特性與實際軸系完全一致。該方法可以為次同步振蕩 的分析和仿真提供準確的軸系參數(shù)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是：在次同步振蕩的分析和仿真中，汽輪發(fā)電機組軸 系通常采用彈性多質(zhì)量塊模型。而由設(shè)計制造廠家提供的軸系彈性多質(zhì)量塊模型參數(shù)存在 誤差，不能直接應(yīng)用。本發(fā)明解決了軸系參數(shù)優(yōu)化修正的問題。依據(jù)優(yōu)化后的參數(shù)計算得 到的軸系扭振頻率和陣型特性，與實際軸系一致，可用于次同步振蕩的分析和仿真，從而解 決了汽輪發(fā)電機組軸系彈性多質(zhì)量塊模型參數(shù)準確獲得的難題。
[0005] 本發(fā)明具體采用的技術(shù)方案：
[0006] 一種汽輪發(fā)電機組軸系彈性多質(zhì)量塊模型參數(shù)優(yōu)化方法，其特征在于，所述優(yōu)化 方法包括以下步驟：
[0007] (1)由軸系彈性多質(zhì)量塊模型的設(shè)計參數(shù)計算軸系扭振的頻率fk des和振型MS Μ;
[0008] ⑵在勵磁系統(tǒng)施加頻率為fk des的擾動即激發(fā)信號，激發(fā)軸系扭振；
[0009] (3)通過對關(guān)閉激發(fā)信號后的軸系扭振轉(zhuǎn)速偏差信號進行頻譜分析，確定軸系扭 振自然振蕩頻率fk(l;
[0010] (4)確定軸系參數(shù)的優(yōu)化搜索范圍；
[0011] (5)采用隨機優(yōu)化方法優(yōu)化軸系參數(shù)，優(yōu)化的目標為：依據(jù)優(yōu)化后的軸系參數(shù)計 算得到的軸系扭振頻率fk _與通過激發(fā)試驗得到的軸系扭振頻率f Μ-致；
[0012] (6)對優(yōu)化后的軸系參數(shù)進行驗證，標準為：依據(jù)優(yōu)化參數(shù)計算得到的軸系扭振 振型MS k與依據(jù)設(shè)計參數(shù)計算得到的扭振振型MSktl-致。即：以汽輪發(fā)電機組高壓缸轉(zhuǎn)子 質(zhì)量塊的振幅為基準規(guī)格化，其他質(zhì)量塊振幅改變不超過5%。
[0013] 本發(fā)明具有以下有益技術(shù)效果：
[0014] 依據(jù)實測得到的汽輪發(fā)電機組軸系扭振的自然振蕩頻率，對軸系彈性多質(zhì)量塊模 型的設(shè)計參數(shù)進行優(yōu)化修正。由優(yōu)化參數(shù)計算得到的軸系扭振頻率和陣型，與實際軸系扭 振的頻率和陣型一致，可用于次同步振蕩的分析和仿真。本發(fā)明解決了汽輪發(fā)電機組軸系 彈性多質(zhì)量塊模型參數(shù)準確獲得的難題。
【附圖說明】
[0015] 圖1是汽輪發(fā)電機組軸系彈性多質(zhì)量塊模型參數(shù)優(yōu)化方法流程示意圖；
[0016] 圖2是汽輪發(fā)電機軸系彈性多質(zhì)量塊模型示意圖；
[0017] 圖3是勵磁擾動方法激發(fā)軸系扭振原理圖；
[0018] 圖4是由設(shè)計參數(shù)和優(yōu)化參數(shù)計算得到的軸系扭振振型對比。
【具體實施方式】
[0019] 下面結(jié)合說明書附圖對本發(fā)明的技術(shù)方案作進一步詳細介紹。
[0020] 圖1為汽輪發(fā)電機組軸系彈性多質(zhì)量塊模型參數(shù)優(yōu)化方法流程，本申請的汽輪發(fā) 電機組軸系彈性多質(zhì)量塊模型參數(shù)優(yōu)化方法包括以下步驟：
[0021] 一、由設(shè)計參數(shù)計算軸系扭振的頻率和振型
[0022] 在次同步振蕩的研宄中，汽輪發(fā)電機組軸系通常采用彈性多質(zhì)量塊模型。即用剛 性集中質(zhì)量塊代表汽輪機各個缸體以及發(fā)電機、勵磁機等軸段，而各個質(zhì)量塊間以有限彈 性的軸段連接。汽輪發(fā)電機組軸系彈性多質(zhì)量塊模型如圖2所示。
[0023] 圖2中，M為質(zhì)量塊的轉(zhuǎn)動慣量；K為相鄰質(zhì)量塊間的軸系扭振剛度參數(shù)。次同步 振蕩發(fā)生時，會激發(fā)軸系扭振。軸系扭振的頻率和振型由軸系參數(shù)M和K決定。通常，汽輪 發(fā)電機制造廠家能夠提供軸系參數(shù)的設(shè)計值。由軸系設(shè)計參數(shù)，能夠計算得到軸系扭振的 各個模態(tài)頻率和振型。
[0024] 對于含有η個質(zhì)量塊的軸系彈性多質(zhì)量塊模型，第i個質(zhì)量塊的轉(zhuǎn)子運動方程 為：
【主權(quán)項】
1. 一種汽輪發(fā)電機組軸系彈性多質(zhì)量塊模型參數(shù)優(yōu)化方法，其特征在于，所述優(yōu)化方 法包括W下步驟： (1) 由軸系彈性多質(zhì)量塊模型的設(shè)計參數(shù)計算軸系扭振的頻率fk_des和振型MS k。； (2) 在勵磁系統(tǒng)施加頻率為fuw的擾動即激發(fā)信號，激發(fā)軸系扭振； (3) 通過對關(guān)閉激發(fā)信號后的軸系扭振轉(zhuǎn)速偏差信號進行頻譜分析，確定軸系扭振自 然振蕩頻率fk。； (4) 確定軸系參數(shù)的優(yōu)化捜索范圍； (5) 采用隨機優(yōu)化方法優(yōu)化軸系參數(shù)，優(yōu)化的目標為：依據(jù)優(yōu)化后的軸系參數(shù)計算得 到的軸系扭振頻率與通過激發(fā)試驗得到的軸系扭振頻率fk。一致； (6) 對優(yōu)化后的軸系參數(shù)進行驗證，標準為；依據(jù)優(yōu)化參數(shù)計算得到的軸系扭振振型 MSk與依據(jù)設(shè)計參數(shù)計算得到的扭振振型MSk。一致。目P 汽輪發(fā)電機組高壓缸轉(zhuǎn)子質(zhì)量塊 的振幅為基準規(guī)格化，其他質(zhì)量塊振幅改變不超過5%。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的參數(shù)優(yōu)化方法，其特征在于： 在步驟（4)中，需要優(yōu)化的軸系參數(shù)為軸系剛度參數(shù)K，即相鄰質(zhì)量塊間的扭振剛度， 在給定剛度參數(shù)K的設(shè)計參數(shù)的±15%偏差范圍內(nèi)進行捜索，捜索空間的上、下限分別為：
(12) 其中，UB為捜索空間的上限；LB為捜索空間的下限，Kh，為第i-1和第i個質(zhì)量塊之 間軸系扭振剛度參數(shù)，其中，i = 2?n。
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種基于軸系扭振頻率的實測值，對汽輪發(fā)電機組軸系彈性多質(zhì)量塊模型參數(shù)進行優(yōu)化的方法。首先依據(jù)軸系彈性多質(zhì)量塊模型設(shè)計參數(shù)計算軸系扭振的自然振蕩頻率，并采用在勵磁控制信號中疊加扭振頻率的激發(fā)信號來激發(fā)軸系扭振。通過對激發(fā)結(jié)束后軸系自然衰減振蕩信號做頻譜分析，確定軸系扭振頻率的準確值。采用隨機優(yōu)化方法，對軸系設(shè)計參數(shù)進行優(yōu)化修正，滿足依據(jù)優(yōu)化后的軸系參數(shù)計算得到的軸系扭振頻率與實測扭振頻率一致。汽輪發(fā)電機組軸系彈性多質(zhì)量塊模型參數(shù)很難由設(shè)計參數(shù)準確獲得。本發(fā)明依據(jù)軸系扭振實測頻率對軸系設(shè)計參數(shù)進行優(yōu)化，得到軸系參數(shù)的準確值，解決了軸系彈性多質(zhì)量塊模型參數(shù)準確獲得的難題。
【IPC分類】G06Q10-04, G06Q50-06
【公開號】CN104598989
【申請?zhí)枴緾N201410827947
【發(fā)明人】范永勝, 楊文超, 張京鎖, 張晉宇, 鄭巍, 梁新艷, 常富杰, 王瑩瑩
【申請人】神華國華（北京）電力研究院有限公司, 北京四方繼保自動化股份有限公司
【公開日】2015年5月6日
【申請日】2014年12月26日