机电耦合作用下汽轮发电机组轴系扭振研究

摘要

随着串联电容补偿装置和高压直流输电系统的广泛应用,电网结构日趋复杂,使得电力系统次同步振荡和汽轮发电机组轴系扭振问题日益突出,严重的机电耦合作用将直接导致大型汽轮发电机组转子轴系的严重破坏,造成重大事故,危及电力系统的安全运行。本文针对机电耦合作用下的汽轮发电机组轴系扭振问题进行研究,主要的研究内容如下:
　　 首先,针对传统Prony算法和小扰动分析方法在分析次同步振荡问题上的局限性,本文提出了改进分段Prony算法,将选定的观测窗口按一定的规则分成几段,应用所有分段内的采样数据构造整体样本矩阵,可计及整个观测窗口内的误差平均效应;基于加Kaiser窗FFT分析与“能量级”筛选,提出了一种新的振荡模式提取方法。将改进分段Prony算法同时域仿真结合分析次同步振荡问题,二者可以相互验证和互为补充。仿真结果表明,本文算法可提高分段Prony算法的计算效率和结果的可信度,避免了基于奇异值分解定阶的改进Prony算法存在的模态丢失现象。
　　 其次,从整个电力系统角度,采用Matlab/Simulink仿真软件,对几种不同类型电力系统进行建模,仿真分析了传统大扰动引起的扭振、串联电容补偿装置引起的次同步谐振以及含高压直流输电系统的次同步振荡问题,并就不同运行方式及不同故障对次同步振荡和轴系扭振的影响进行了研究,所得的结论可为电力系统实际运行提供指导与参考;
　　 最后,从机械侧角度,以某660MW超临界汽轮发电机组轴系为研究对象,采用计算精度更高的有限元法计算其扭振特性及激励下的扭振响应情况,并分析了轴系温度分布和轴系阻尼对扭振固有特性和响应计算结果的影响,得出了一些有意义的结论;引入复Morlet小波变换对扭振信号进行分析,其能够分析非平稳信号,同时具有频域和时域上的分辨率,具有传统信号分析方法不具备的优点。