浅析汽轮发电机组轴系扭振

汽轮发电机组轴系扭振问题在1970年被提出后，国内外对此进行了广泛的研究并取得了很大的成果。本文在参阅近年来一些文献的基础上，就轴系扭振的定义、分类、产生的原因、发生的现象、相应的分析方法与解决措施、目前尚待解决的问题进行一个简单的总结和讨论。     

汽轮发电机组轴系扭振的鲁棒非线性控制

提出将同步发电机及其励磁系统看做扭振励磁控制的执行元件,采用直接反馈线性化方法补偿其非线性因素,避免小偏差线性化模型的参数摄动问题,从而提高扭振励磁控制系统的鲁棒性.综合H∞扭振模态观测器、独立模态空间鲁棒控制器和非线性反馈补偿律,提出一种轴系扭振的鲁棒非线性控制策略,在大范围工况下具有一致的全局性能,并且3个组成部分可以分别独立设计;另外,可以方便地与常规非线性励磁控制律综合在一起,而不影响后者阻尼低频振荡的性能.以一台300 MW汽轮发电机组第1阶扭振模态的阻尼控制为例,通过仿真验证鲁棒非线性控制器的性能优于常规线性控制器.     

汽轮发电机组轴系扭振模型改进

讨论了用试验所得的不完全模态来辩识和修正由有限元法建立起的汽轮发电机组轴系扭振集中参数模型。用最小范数原理导出了模型参数矩阵的修正式，并对国产２００ＭＷ机组进行了实机计算，验证了模型修正方法的有效性。     

大容量汽轮发电机组的轴系扭振

1问题的提出随着电力系统的发展，发电机的单机容量越来越大，转子钻长度增加，横截面相对下降。这样，整个轴系统就不能再看成为一转动刚体，而应看作为两端自由“质量一弹簧”系统。这种情况下，电力系统因故障或运行方式改变而引起的电力系统与机械系统的相互耦合作用，可能导致发电机组的轴系扭振。轴系扭振会缩短机钻的使用寿命，严重的会造成轴系损坏。这个问题已为国内外实际运行情况和分析所证实。所以，传统的轴系承载能力、设计标准、运行规程和沿用的概念正在受到冲击。我国电力系统300MW以上的大容量机组不断增多，500kV超高…     

汽轮发电机组轴系扭振固有频率现场测定与分析

文章详细介绍了镇海发电厂5号机组轴系扭振固有频率的现场测试过程，并对其进行了分析与比较。同时对扭振试验过程中的测点布置、激振方式、频谱分析等几个关键问题进行了深入的讨论。供大型机组扭振试验参考。     

汽轮发电机组轴系的扭振的研究

汽轮发电机组的轴系扭振是电力系统故障和运行方式变化引起的。近年来国内外一些运行的大机组中，多次出现过联轴器螺栓被切断事故，并有明显剪切疲劳特征。为保证汽轮发电机组长期安全运行，要求对机组振动进行监测和验算，严格控制在允许范围内。     

汽轮发电机组轴系扭振模型改造

为了建立较为精确的汽轮发电机组轴系扭振模型，文中讨论了用试验所得到的不完全模态来辩识和修正由有限元建立的集中参数模型，使修正模型在要求的频率范围内与测试的动力我更为一致。文中用最小范数原理导出了模型参数矩阵的修正式，并对国产２００ＭＷ机组进行了实机计算，验证了模型修正方法的有效性。     

汽轮发电机组扭振引起疲劳损伤评价

传统PSCAD/EMTDC仿真中轴系采用简单集中质量模型,难以准确描述轴系扭振特性,并且无法获取局部动态响应过程。本文在PSCAD仿真中建立了轴系的多段集中质量模型模块,更加准确仿真机网耦合振荡过程并获得局部扭应力响应;建立联轴器的有限元模型,对于不同工况下螺栓和螺孔的受力情况进行分析。结果表明,对轴系疲劳分析过程中的S-N曲线进行修正,可以使得最终疲劳损伤评估计算结果更加准确。     

ASVG与发电机励磁的多指标非线性协调控制

建立了先进静止无功发生器(ASVG)与发电机励磁的五阶非线性状态空间数学模型,并采用多指标非线性控制(MNC)方法,设计该系统的协调控制器。最后仿真表明:该控制器既能有效地消除机械功率扰动下的机端电压偏差,又能使转速和电磁功率准确地追踪其给定值,保证电力系统的电能质量,还能适当地使功角增大,从而提高电力系统的稳定性。与线性最优控制(LOC)方法相比,MNC方法能更好地兼顾各状态的动、静态性能。     

微分代数模型可控制动电阻与励磁系统多指标非线性控制

针对微分代数模型的水轮发电机组可控制动电阻(Thyristor Controlled Braking Resistor,TCBR)与励磁系统进行多指标非线性扰动解耦控制律设计。微分代数模型多指标非线性设计方法(Differential Algebraic System Multi-Index Nonlinear Control,DASMINC)将输出函数选取为系统关键变量线性组合的形式,通过扰动解耦设计,借助哈特曼-格鲁勃曼(Hartman-Grobman)定理,适当选取输出函数参数矩阵配置微分代数模型闭环系统平衡点处特征根位置,使系统获得优良控制性能。仿真结果表明该方法控制的TCBR与发电机励磁系统能大幅提高水电站输电系统暂态稳定性,抗扰能力强,且能很好协调各状态量的动、静态性能。     

电池储能系统与发电机励磁的多指标非线性协调控制

采用多指标非线性控制方法对电池储能系统(Battery Energy Storage System,BESS)与汽轮发电机的励磁进行协调控制设计.相比于其他的灵活交流输电系统(Flexible Alternating Current Transmi ssion System,FACTS)器件,BESS的优点在于能够同时对电力系统的有功和无功功率进行快速且有效的控制.设计表明采用多指标非线性控制设计方法能很好地解决高维MIM0非线性系统的控制设计问题.仿真结果表明所设计的控制规律能明显地改善系统各状态量的动态特性,并有效地提高系统的稳定运行能力.     

大型汽轮发电机组的扭振快速保护

串补电容可能引发次同步暂态扭矩放大,极端情况下在0.5 s内导致汽轮发电机组大轴损伤,常规扭应力保护来不及保护。提出一种快速保护方法,该方法将电流或有功功率的工频变化量越限作为启动判据,波动转速幅值越限作为动作判据。针对XM地区M电厂的机组,选取12个算例进行时域仿真分析,结果表明,波动转速幅值与扭振幅值有较好的一致性,近似成正比;在仿真的转速中叠加现场实测的转速噪声信号,对保护算法及保护逻辑进行验证,结果表明扭振较轻时保护不动作,扭振较重时保护快速动作,最恶劣工况下暂态扭矩放大导致的疲劳值可降低至15 %以下。需注意机组脱网之后仍存在扭振的影响,保护定值应有足够裕度。     

中间再热式汽轮发电机组的多指标非线性鲁棒综合控制

针对具有不确定干扰的中间再热式汽轮发电机组的励磁与高、中压缸汽阀综合控制系统,运用多指标非线性鲁棒控制设计方法(MINRCA)建立其鲁棒综合控制模型。通过选取适当的非线性变换输出函数,配置系统的零、极点,保证中间再热式汽轮发电机的多个性能指标的实现。该输出函数还能把系统的干扰与零动态系统解耦,然后运用L_2增益干扰抑制方法,将干扰对系统输出的不利影响抑制在给定水平。从而使系统具有良好的动静态性能的同时,还具有较好的干扰抑制鲁棒性能。在三机电力系统中,对基于MINRCA所得出的鲁棒综合控制律进行仿真分析与讨论,验证其有效性及优越性。     

定桨恒频风电机组机网扭振的建模与机理

报告了风力机组机网扭振问题的研究现状,指出了研究并网大型风力机组机网扭振问题的必要性。针对定桨恒频双速异步风力发电机,建立了研究风力发电机和电网之间扭振相互作用的统一机电动态模型:利用有限元分析法对风机叶片进行了建模,将风力机机械部分(包括叶片、低速轴、齿轮箱、高速轴、转子组成的旋转系统)等效为柔性连接的三质量块模型,计算了机械旋转系统的固有频率;对电气部分(包括发电机定子和电网)在dq0坐标系下进行了建模。在电磁暂态仿真软件中了建立了仿真模型,通过在输电线路始端设置三相接地短路故障,激发了风力发电机的机网扭振现象。对扭振曲线进行频域分析,发现了扭振频率与计算得出的机械旋转系统固有频率相吻合,验证了模型的准确性。     

双馈风机虚拟惯量控制对传动系统扭振影响

虚拟惯量控制是双馈风电机组参与频率控制,改善电力系统频率响应的有效措施。基于虚拟惯量控制的基本原理,研究了双馈风电机组虚拟惯量控制对传动系统扭振的影响。针对风机传动系统2质块和3质块模型,分析了双馈风电机组虚拟惯量控制引起传动系统扭振的机理,表明了虚拟惯量控制可能激发传动系统弱阻尼扭振模式,从而引起比较明显的扭振。针对上述问题,设计了一种扭振阻尼控制器,该控制器能够有效增加传动系统扭振模式的阻尼,从而抑制虚拟惯量控制所引起的传动系统扭振。仿真算例验证了双馈风电机组虚拟惯量控制对传动系统扭振影响分析结论以及扭振阻尼控制器的有效性。     

汽轮发电机组非线性振动研究

非线性振动具有不确定性,会产生很高的振幅,具有较大的能量并会在转子上产生交变应力,对机组的安全构成重大威胁。介绍了在现场观察到的若干非线性振动现象,包括高次谐波振动、次谐波共振和基频振动的跳跃,分析了这些振动的机理、特点、产生的原因及处理措施,并对大不平衡引起的非线性振动的机理和特点作了介绍。     

某型核能汽轮发电机组轴系振动的稳定性分析及动平衡治理

国内某大型核能汽轮发电机组自投产后,多台次出现轴系振动的连续性波动现象,波动幅度大且周期长。理论分析和检修记录推测为汽轮发电机密封瓦卡涩引发的莫顿效应所致。建立简化模型并对振动数据进行拟合,计算出初始不平衡质量及热变量分别对应的振动分量。分析认为热变量导致的振动分量占比小,机组轴系振动稳定性不受影响。应用该方法快速计算出转子初始不平衡质量对应的振动分量,进而实施动平衡试验可有效降低机组振幅。对某核能机组的现场工程实践经验验证了本方法的正确性。