汽轮机发电机组扭振信号产生装置、系统及方法
汽轮机发电机组扭振信号产生装置、系统及方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及信号处理技术，具体的讲是一种汽轮机发电机组扭振信号产生装置、系统及方法。
【背景技术】
[0002]大型汽轮发电机组与电网之间是一个复杂的耦合系统。大功率汽轮发电机组运行中，会因为机械扰动或电气扰动，引起发电机电流、电压的巨大冲击，使定子、转子间电磁力矩急剧增大，导致机组扭振，造成轴的破坏，加速机组的寿命损耗，对电器设备造成严重损伤，对机组轴系安全和电网的稳定也有严重影响。近些年来，国内多家电厂发生了机组联轴器螺栓断裂事故，据分析与轴系扭振有关。当前，机电耦合的扭振问题越来越突出，已制约了我国大机组、大电网的发展。因此，开展汽轮发电机组轴系扭振的设计、试验、计算、测试和评估方面的相关研究势在必行。
[0003]为了对机组轴系扭振特性做出正确的评价，不仅在设计阶段应进行详细的扭振计算，而且要在机组投运后，对轴系扭振进行测试与监测。测量扭振主要有两类方法:一类是接触式或非接触式直接测量法，需在轴上安装传感器等测量装置，因为会破坏轴的原来结构，在许多场合不适用；另一类是间接测量法，不需要在轴上安置特殊装置，可利用轴上已有的等分结构(如测速齿轮)，测量过程不干扰轴的正常运转，更适合扭振的长期监测，是大型旋转机械扭振测量和监测的主要方法，例如脉冲时序法、光电编码器测量法、激光测扭法坐寸。
[0004]现有技术中，一是采用建设专门的扭振特性模拟试验台等方法，二是通过具有调制信号输出功能的函数发生器模拟产生汽轮发电机组轴系扭振转速差信号，为TSR装置做校验。现有技术存在如下缺陷:1、建设专门的扭振特性模拟试验台等方法，具有一定的实施难度和较高的代价。2、函数发生器仅能模拟输出单一扭振频率调制信号，无法模拟多模态同时作用的扭振信号。3、均无法模拟扭振激励、衰减、噪音影响、转速波动等各种瞬态过程。
【发明内容】
[0005]为满足汽轮发电机组扭振监测分析需要，实现对汽轮发电机组扭振转速信号模拟，本发明实施例提供了一种汽轮发电机组扭振信号产生装置，所述的装置包括:
[0006]接收模块，用于接收工况参数；
[0007]标定信号发生模块，用于根据所述工况参数和预设的扭振信号发生序列生成扭振标定信号序列数据；
[0008]扭振信号生成模块，用于根据所述扭振标定信号序列数据生成扭振信号。
[0009]本发明还提供了一种汽轮发电机组扭振信号产生系统，所述的系统包括:上位机和汽轮发电机组扭振信号产生装置，所述的上位机用于接收输入的工况参数，其中，
[0010]所述的汽轮发电机组扭振信号产生装置包括:
[0011]接收模块，用于接收所述工况参数；
[0012]标定信号发生模块，用于根据所述工况参数和预设的扭振信号发生序列生成扭振标定信号序列数据；
[0013]扭振信号生成模块，用于根据所述扭振标定信号序列数据生成扭振信号。
[0014]同时，本发明还提供了一种汽轮发电机组扭振信号产生系统，系统包括:上位机和汽轮发电机组扭振信号产生装置，所述的上位机用于接收输入的工况参数，其中，
[0015]所述的汽轮发电机组扭振信号产生装置包括:
[0016]接收模块，用于接收所述工况参数；
[0017]标定信号发生模块，用于根据所述工况参数和预设的扭振信号发生序列生成扭振标定信号序列数据；
[0018]扭振信号生成模块，用于根据所述扭振标定信号序列数据生成扭振信号。
[0019]一种汽轮发电机组扭振信号产生系统，所述的系统包括:汽轮发电机组现场数据采集装置和汽轮发电机组扭振信号产生装置，所述的汽轮发电机组现场数据采集装置用于采集汽轮机组现场的工况参数，其中，
[0020]所述的汽轮发电机组扭振信号产生装置包括:
[0021]接收模块，用于接收所述工况参数；
[0022]标定信号发生模块，用于根据所述工况参数和预设的扭振信号发生序列生成扭振标定信号序列数据；
[0023]扭振信号生成模块，用于根据所述扭振标定信号序列数据生成扭振信号。
[0024]此外，本发明还提供了一种汽轮发电机组扭振信号产生方法，所述的方法包括:
[0025]接收工况参数；
[0026]根据所述工况参数和预设的扭振信号发生序列生成扭振标定信号序列数据；
[0027]根据所述扭振标定信号序列数据生成扭振信号。
[0028]本方法克服了现有技术中缺乏对汽轮发电机组扭振转速信号真实工况模拟的功能不足，满足汽轮发电机组扭振监测分析需要。
[0029]为让本发明的上述和其他目的、特征和优点能更明显易懂，下文特举较佳实施例，并配合所附图式，作详细说明如下。
【附图说明】
[0030]为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
[0031]图1为本发明一种汽轮发电机组扭振信号产生装置的结构框图；
[0032]图2为本发明一种汽轮发电机组扭振信号产生系统结构框图；
[0033]图3为本发明一种汽轮发电机组扭振信号产生系统结构框图；
[0034]图4为本发明一种汽轮发电机组扭振信号产生方法的流程图；
[0035]图5为本发明实施例提供汽轮发电机组扭振信号产生装置的结构框图；
[0036]图6为本发明另一实施方式的示意图；
[0037]图7为本发明实施例中生成扭振信号的工作流程图。
【具体实施方式】
[0038]下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
[0039]本发明实施例提供了一种汽轮发电机组扭振信号产生装置，如图1所述，该装置包括:
[0040]接收模块101，用于接收工况参数；
[0041]标定信号发生模块102，用于根据工况参数和预设的扭振信号发生序列生成扭振标定信号序列数据；
[0042]扭振信号生成模块103，用于根据扭振标定信号序列数据生成扭振信号，本发明中扭振信号发生模块可采用DDS正弦波信号发生芯片来实现。
[0043]本发明中工况参数可以为通过上位机输入的预设的工况参数或从汽轮发电机组现场采集的工况参数；
[0044]本发明实施例中预设的扭振信号发生序列为:
[0045]0ut=Acos (2 n f0' t+D/ cos (2 n f:t) +D，2cos (2 n f2t) +D3，cos (2 n f3t))
[0046]其中，Out为扭振信号发生序列，f0为机组主频率，N为齿轮齿数；
[0047]f；为转速信号波动频率；其中
[0048]稳定不变时，f。’ =Nf0 ；
[0049]小幅波动变化时，=N(f0+C (0.5-exp (-Qt) +exp (_C2t)))；
[0050]定升/ 降速率变化时，fQ’ =N (f0+C (0.5-exp (-Qt) +exp (_C2t)) _kt)；
[0051]其中，C为主频波动幅度，Q、C2为波动参数，k为主频变化斜率；
[0052]&为扭振模态频率点频率，i=l?3 ;
[0053]扭振模态激励生成D’l*exp (-Ei0t)-D^0.1)，Ei0为扭振幅度衰减常数；
[0054]扭振模态幅度稳定不变D’ i=Di ；
[0055]扭振幅度衰减D’ i=Diexp (-Eyt)；
[0056]其中，Di为扭振幅度，通过上位机直接输入或从机组现场采集获得，i=l，2，3 ;EU为预设的衰减常数，i=l, 2，3 ；j=l, 2，3 ；
[0057]起始阶段t0:10秒；
[0058]扭振频率响应开始时间t1:0秒；
[0059]扭振频率响应生成时间til:1秒；
[0060]第一阶段衰减t i 2:1秒；
[0061]第二阶段衰减ti3:2秒；
[0062]第三阶段衰减:…延续。
[0063]本发明还提供了一种汽轮发电机组扭振信号产生系统，如图2所示，本发明的汽轮发电机组扭振信号产生系统包括:上位机201和汽轮发电机组扭振信号产生装置202，上位机201用于接收输入的工况参数，其中，
[0064]汽轮发电机组扭振信号产生装置202包括:
[0065]接收模块101，用于接收所述工况参数；
[0066]标定信号发生模块102，用于根据所述工况参数和预设的扭振信号发生序列生成扭振标定信号序列数据；
[0067]扭振信号生成模块103，用于根据所述扭振标定信号序列数据生成扭振信号。
[0068]同时，本发明还提供了一种汽轮发电机组扭振信号产生系统，如图3所示，系统包括:汽轮发电机组现场数据采集装置301和汽轮发电机组扭振信号产生装置202，所述的汽 轮发电机组现场数据采集装置301用于采集汽轮机组现场的工况参数；
[0069]汽轮发电机组扭振信号产生装置202包括:
[0070]接收模块101，用于接收所述工况参数；
[0071]标定信号发生模块102，用于根据所述工况参数和预设的扭振信号发生序列生成扭振标定信号序列数据；
[0072]扭振信号生成模块103，用于根据所述扭振标定信号序列数据生成扭振信号。
[0073]此外，本发明还提供了一种汽轮发电机组扭振信号产生方法，如图4，包括:
[0074]步骤S401，接收工况参数；
[0075]步骤S402，根据所述工况参数和预设的扭振信号发生序列生成扭振标定信号序列数据；
[0076]步骤S403，根据所述扭振标定信号序列数据生成扭振信号。
[0077]下面结合具体的实施方式对发明的技术方案做进一步详细说明如下:
[0078]如图5所示，为本发明实施例提供汽轮发电机组扭振信号产生装置包括:
[0079]本实施例基于DSP芯片和正弦波发生芯片的扭振标定信号发生装置，用于输出1路扭振标定信号。本实施例中上位机通过网络通信接口 501与双核DSP芯片502相连接，用于灵活模拟机组转速变化、扭振信号多阶段阻尼衰减、1?3种扭振模态信号叠加作用等不同扭振激励工况。
[0080]本实施例中的扭振信号发生装置，工况参数通过网络接口 501输入双核DSP芯片，双核DSP芯片502根据输入的工况参数和其预存储的预设扭振标定信号发生序列生成扭振标定信号，本发明中的工况参数包括机组主频、齿轮齿数、主频变化参数、多模态扭振信号频率、扭角幅度、激励系数、衰减系数及时间参数等，DDS信号生成模块503根据双核DSP芯片502输出的标定信号生成扭振波形信号。本实施例中还包括信号隔直模块和信号调理模块，对生成的扭振波形信号进行信号隔直和信号调理，生成扭振模拟信号。
[0081 ] 本实施例中的双核DSP芯片502根据扭振信号激励与阻尼衰减特性及相应的工况参数设置，计算扭振工况标定信号离散时间数据序列，包括信号的频率调整序列和相位调整序列，进一步地，DSP系统根据机组主频和齿轮齿数，设置DDS信号生成模块503的主频率，启动扭振标定载波信号的输出，在定时器驱动下，根据计算的频率调整序列和相位调整序列，动态设置和改变正弦波发生器的信号输出(频率和相位改变)，达到所需的扭振工况标定信号在其主频信号上的调制输出。
[0082]具体实施中，汽轮发电机组机组的次同步扭振模态频率的选择，汽轮机组低于额定转速频率(即主频)扭振固有频率即为次同步扭振，一般有3阶，这个频率的选择可根据机组设计参数计算，而通过试验和实测校核，机组设计厂家会最终提供计算出的机组多阶次同步扭振模态频率。汽轮发电机组机组的次同步扭振监测系统信号方式选择，根据不同的调相信号与调幅信号，生成标准的齿轮测量信号，通过调频和调相方式，叠加扭振模态信号，用于模拟实际的扭振实测信号；汽轮发电机组机组的次同步扭振多运行工况选择，通过实际机组扭振模态的激励与衰减过程，机组转速变化工况，多扭振模态不同时刻和强度的共同作用等，用于多运行工况下扭振激励结果的再现。
[0083]同时，本发明实施例中工况参数可以通过两路信号采集模块采集，如图6所示为本发明另一实施方式的示意图，本实施方式中除通过网络通信接口接收通过上位机输入的工况参数外，还可以通过两路信号采集模块CH1、CH2，通过接收汽轮机组现场采集的工况数据，根据现场采集的工况数据生成扭振信号，通过和上位机输入的工况数据生成的扭振信号进步比较，用于扭振信号采集、分析、处理功能，可验证和可视化扭振标定输出结果。
[0084]图6中的两路扭振信号高速AD采集电路、转速采集电路将现场机组运行中测取的连续转速处理为离散数字量，从而得到解调后机组各阶扭振幅值。
[0085]如图7所示，为本实施例生成扭振信号的工作流程如下:
[0086]1.双核DSP通过网络通信与上位机设置软件连接，接收扭振信号发生参数设置，即接收工况参数；本实施例中的工况参数包括:扭振工况模拟信号参数包括:机组主频、模拟测速齿轮齿数、主频波动参数、1?3个扭振模态、各阶扭振模态频率、最大扭角幅度、扭振激励时间参数和激励系数、是否模拟阻尼衰减、阻尼衰减段次、衰减段的时间参数及阻尼系数等。
[0087]2.DSP芯片701根据信号发生参数预先按一定的时间间隔，计算扭振标定信号发生序列的中频率变化和相位调整的数据序列，缓存在标定器内存中；
[0088]基于机组扭振特性计算分析和现场扭振激励试验分析，设计的扭振标定信号输出需体现以下不同工况需求:
[0089]机组转速稳定在3000转/分，或在3000转/分附近小幅波动；
[0090]机组转速以一定的降速率下降变化；
[0091]机组的1?3个扭振模态单个或分别或先后被激励；
[0092]每一个扭振模态具有激励和阻尼衰减过程；
[0093]激励起的扭振模态可能呈现1?3段阻尼衰减过程，各段衰减系数不同。
[0094]基于以上工况需求，设计如下的扭振信号发生序列:
[0095]0ut=Acos (2 n f0' t+D/ cos (2 n f:t) +D，2cos (2 n f2t) +D3，cos (2 n f3t))
[0096]其中:
[0097]1、主频变化设置:
[0098]频率fQ:50Hz;
[0099]齿数N:60/120/134 ;
[0100]2、主频变化模式:
[0101]稳定不变:fQ’=Nf0 ；
[0102]小幅波动变化模拟:
[0103]f。，=N (f0+C (0.5-exp (-Qt) +exp (~C2t)))；
[0104]主频波动幅度C:0.1Hz ；
[0105]波动参数Q:0.02弧度；
[0106]波动参数C2:0.016弧度；
[0107]定升/降速率变化:
[0108]f。，=N (f0+C (0.5-exp (-Qt) +exp (~C2t)) _kt)；
[0109]主频变化斜率k:0.05 ;
[0110]3、扭振模态1?3信号发生:
[0111]扭振模态频率点:fi;
[0112]扭振模态激励生成:D’1 氺exp(-Ei(lt)-D#0.1)；
[0113]扭振模态幅度稳定不变:D’ i=Di ；
[0114]扭振幅度衰减:D’rDiexpdijt)；
[0115]扭振幅度01:2弧度；
[0116]第一段衰减常数En:0.2 ;
[0117]第二段衰减常数Ei2:0.1 ；
[0118]第三段衰减常数Ei3:0.05 ;
[0119]扭振信号发生时间阶段设计:
[0120]起始阶段tO: 10秒；
[0121]扭振频率响应开始时间t1:0秒；
[0122]扭振频率响应生成时间til:1秒；
[0123]第一阶段衰减ti2:1秒；
[0124]第二阶段衰减ti3:2秒；
[0125]第三阶段衰减:延续。
[0126]起始阶段为信号发生前的准备阶段，代表的是出现扭振前的稳定工况，10秒为缺省时间，可根据需要调整，后面的各阶段代表的是扭振信号从激励开始到最后衰减到0，实际经历的不同工况过程，所给时间数据也为缺省设置，可以更加需要调整。
[0127]3.DSP芯片701根据扭振信号发生的时间阶段设置，使用精确的系统时钟触发，定时输出频率变化和相位调整的序列数据到DDS芯片；
[0128]4.DDS芯片根据序列数据生成扭振信号，本实施例中DDS芯片选用的是ADI公司的可编程波形发生器AD9833，可产生正弦波、三角波、方波输出，输出频率和相位都可通过软件编程，易于调节，易于与DSP和各种主流微控制器兼容。
[0129]5.DDS芯片输出的扭振信号将经过信号隔直和信号调理，最后输出±10V的测试齿轮模拟信号，可直接接入相应的扭振测试系统。
[0130]本发明的技术方案基于对扭振测试系统准确性检验的需求，在机组扭振特性计算分析和现场扭振激励试验分析的基础上，采样数字信号处理和时间序列的方法，模拟实际机组多模态扭振特性信号，以检验和标定机组扭振测试系统的准确性。基于机组扭振特性计算分析和现场扭振激励试验分析，设计扭振模态信号激励、衰减等信号发生机制，可灵活模拟机组转速变化、扭振信号多阶段阻尼衰减、多种扭振模态信号叠加作用等不同扭振激励工况。
[0131]本发明基于机组扭振特性计算分析和现场扭振激励试验分析，设计的扭振模拟信号体现以下不同工况需求:
[0132]机组转速稳定在3000转/分，或在3000转/分附近小幅波动；
[0133]机组转速以一定的降速率下降变化；
[0134]机组的1?3个扭振模态单个或分别或先后被激励；
[0135]每一个扭振模态具有不同的激励和阻尼衰减时间过程；
[0136]激励起的扭振模态可能呈现分段阻尼衰减过程，各段衰减系数要求不同。
[0137]本发明克服现有缺乏对汽轮发电机组扭振转速信号真实工况模拟的功能不足，满足汽轮发电机组扭振监测分析需要。能够根据 不同扭振测量系统原理，提供调相信号或调幅信号，并叠加多扭振模态信号，用于模拟实际的扭振实测信号。能够通过模拟实际机组扭振模态的激励与衰减过程，机组转速变化工况，多扭振模态不同时刻和强度的共同作用等，用于多运行工况下扭振激励结果的再现。
[0138]本发明中应用了具体实施例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在【具体实施方式】及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。
【主权项】
1.一种汽轮发电机组扭振信号产生装置，其特征在于，所述的装置包括: 接收模块，用于接收工况参数； 标定信号发生模块，用于根据所述工况参数和预设的扭振信号发生序列生成扭振标定信号序列数据； 扭振信号生成模块，用于根据所述扭振标定信号序列数据生成扭振信号。2.如权利要求1所述的汽轮机发电机组扭振信号产生装置，其特征在于，所述的工况参数为通过上位机输入的预设的工况参数或从汽轮发电机组现场采集的工况参数。3.如权利要求2所述的汽轮机发电机组扭振信号产生装置，其特征在于，所述的预设的扭振信号发生序列为: Out=Acos (2 τι f0' t+D/ cos (2 π f^t) +D，2cos (2 π f2t) +D3' cos (2 π f3t)) 其中，Out为扭振信号发生序列，f0为机组主频率，N为齿轮齿数； f0'为转速信号波动频率；其中 稳定不变时，f0，=Nf0 ；小幅波动变化时，fo =N (f0+C (0.5-exp (-C1O +exp (_C2t)))；定升 / 降速率变化时，f0' =N (f0+C (0.5-exp (-C1O +exp (_C2t)) _kt)； 其中，C为主频波动幅度，Cp C2为波动参数，k为主频变化斜率； fi为扭振模态频率点频率，i=l?3 ; 扭振模态激励生成:D’ ^D1-(Di^L l*exp (-Ei0t)-Di^0.1)，Ei0为扭振幅度衰减常数； 扭振模态幅度稳定不变D’ ^Di ； 扭振幅度衰减D’ i=Dpxp (-Eijt)； 其中，Di为扭振幅度，通过上位机直接输入或从机组现场采集获得，i=l，2，3 ^ij为预设的衰减常数，i=l, 2，3 ；j=l, 2，3。4.如权利要求1所述的汽轮机发电机组扭振信号产生装置，其特征在于，所述的扭振信号发生模块为DDS正弦波信号发生芯片。5.一种汽轮发电机组扭振信号产生系统，其特征在于，所述的系统包括:上位机和汽轮发电机组扭振信号产生装置，所述的上位机用于接收输入的工况参数，其中， 所述的汽轮发电机组扭振信号产生装置包括: 接收模块，用于接收所述工况参数； 标定信号发生模块，用于根据所述工况参数和预设的扭振信号发生序列生成扭振标定信号序列数据； 扭振信号生成模块，用于根据所述扭振标定信号序列数据生成扭振信号。6.如权利要求5所述的汽轮发电机组扭振信号产生系统，其特征在于，所述的预设的扭振信号发生序列为: Out=Acos (2 τι f0' t+D/ cos (2 π f^t) +D，2cos (2 π f2t) +D3' cos (2 π f3t)) 其中，Out为扭振信号发生序列，f0为机组主频率，N为齿轮齿数； fo'为转速信号波动频率；其中 稳定不变时，f0' =Nf0 ；小幅波动变化时，fo' =N (f0+c (0.5-exp (-C1O +exp (_C2t)))；定升 / 降速率变化时，f0' =N (f0+C (0.5-exp (-C1O +exp (_C2t)) _kt)； 其中，C为主频波动幅度，Cp C2为波动参数，k为主频变化斜率； fi为扭振模态频率点频率，i=l?3 ; 扭振模态激励生成D’ J=D1-(Di^L l*exp (-Ei0t)-Di^0.1)，Ei0为扭振幅度衰减常数； 扭振模态幅度稳定不变D’ ^Di ； 扭振幅度衰减D’ i=Dpxp (-Eijt)； 其中，Di为扭振幅度，通过上位机直接输入或从机组现场采集获得，i=l，2，3 ^ij为预设的扭振幅度衰减常数，i=l, 2，3 ；j=l, 2，3 ； 起始阶段to: 10秒； 扭振频率响应开始时间t1:0秒； 扭振频率响应生成时间til:1秒； 第一阶段衰减ti2:1秒； 第二阶段衰减ti3:2秒； 第三阶段衰减:延续。7.如权利要求5所述的汽轮机发电机组扭振信号产生系统，其特征在于，所述的扭振信号发生模块为DDS正弦波信号发生芯片。8.一种汽轮发电机组扭振信号产生系统，其特征在于，所述的系统包括:汽轮发电机组现场数据采集装置和汽轮发电机组扭振信号产生装置，所述的汽轮发电机组现场数据采集装置用于采集汽轮机组现场的工况参数，其中， 所述的汽轮发电机组扭振信号产生装置包括: 接收模块，用于接收所述工况参数； 标定信号发生模块，用于根据所述工况参数和预设的扭振信号发生序列生成扭振标定信号序列数据； 扭振信号生成模块，用于根据所述扭振标定信号序列数据生成扭振信号。9.如权利要求8所述的汽轮发电机组扭振信号产生系统，其特征在于，所述的预设的扭振信号发生序列为: Out=Acos (2 τι f0' t+D/ cos (2 π f^t) +D，2cos (2 π f2t) +D3' cos (2 π f3t)) 其中，Out为扭振信号发生序列，f0为机组主频率，N为齿轮齿数； fo'为转速信号波动频率；其中 稳定不变时，f0' =Nf0 ；小幅波动变化时，fo' =N (f0+c (0.5-exp (-C1O +exp (_C2t)))；定升 / 降速率变化时，f0' =N (f0+C (0.5-exp (-C1O +exp (_C2t)) _kt)； 其中，C为主频波动幅度，Cp C2为波动参数，k为主频变化斜率； fi为扭振模态频率点频率，i=l?3 ; 扭振模态激励生成D’ J=D1-(Di^L l*exp (-Ei0t)-Di^0.1)，Ei0为扭振幅度衰减常数； 扭振模态幅度稳定不变D’ ^Di ； 扭振幅度衰减D’ i=Dpxp (-Eijt)； 其中，Di为扭振幅度，通过上位机直接输入或从机组现场采集获得，i=l，2，3 ^ij为预设的衰减常数，i=l, 2，3 ；j=l, 2，3 ； 起始阶段to: 10秒； 扭振频率响应开始时间t1:0秒； 扭振频率响应生成时间til:1秒； 第一阶段衰减ti2:1秒； 第二阶段衰减ti3:2秒； 第三阶段衰减:延续。10.如权利要求8所述的汽轮机发电机组扭振信号产生系统，其特征在于，所述的扭振信号发生模块为DDS正弦波信号发生芯片。11.一种汽轮发电机组扭振信号产生方法，其特征在于，所述的方法包括: 接收工况参数； 根据所述工况参数和预设的扭振信号发生序列生成扭振标定信号序列数据； 根据所述扭振标定信号序列数据生成扭振信号。12.如权利要求11所述的汽轮机发电机组扭振信号产生方法，其特征在于，所述的工况参数为通过上位机输入的预设的工况参数或从汽轮发电机组现场采集的工况参数。13.如权利要求12所述的汽轮机发电机组扭振信号产生方法，其特征在于，所述的预设的扭振信号发生序列为: Out=Acos (2 τι f0' t+D/ cos (2 π f^t) +D，2cos (2 π f2t) +D3' cos (2 π f3t)) 其中，Out为扭振信号发生序列，f0为机组主频率，N为齿轮齿数； fo'为转速信号波动频率；其中 稳定不变时，f0' =Nf0 ；小幅波动变化时，fo' =N (f0+c (0.5-exp (-C1O +exp (_C2t)))；定升 / 降速率变化时，f0' =N (f0+C (0.5-exp (-C1O +exp (_C2t)) _kt)； 其中，C为主频波动幅度，Cp C2为波动参数，k为主频变化斜率； fi为扭振模态频率点频率，i=l?3 ; 扭振模态激励生成D’ J=D1-(Di^L l*exp (-Ei0t)-Di^0.1)，Ei0为扭振幅度衰减常数； 扭振模态幅度稳定不变D’ ^Di ； 扭振幅度衰减D’ i=Dpxp (-Eijt)； 其中，Di为扭振幅度，通过上位机直接输入或从机组现场采集获得，i=l，2，3 ^ij为预设的衰减常数，i=l, 2，3 ；j=l, 2，3 ； 起始阶段to: 10秒； 扭振频率响应开始时间t1:0秒； 扭振频率响应生成时间til:1秒； 第一阶段衰减ti2:1秒； 第二阶段衰减ti3:2秒； 第三阶段衰减:延续。
【专利摘要】本发明提供了一种汽轮发电机组扭振信号产生装置、系统及方法，装置包括：接收模块，用于接收工况参数；标定信号发生模块，用于根据所述工况参数和预设的扭振信号发生序列生成扭振标定信号序列数据；扭振信号生成模块，用于根据所述扭振标定信号序列数据生成扭振信号。本发明克服了现有技术中缺乏对汽轮发电机组扭振转速信号真实工况模拟的功能不足，满足汽轮发电机组扭振监测分析需要。
【IPC分类】G01M13/04, G01M7/02
【公开号】CN104897352
【申请号】CN201410078502
【发明人】黄葆华, 刘振祥, 孙燕平
【申请人】国家电网公司, 华北电力科学研究院有限责任公司
【公开日】2015年9月9日
【申请日】2014年3月5日
【技术领域】
[0001]本发明涉及信号处理技术，具体的讲是一种汽轮机发电机组扭振信号产生装置、系统及方法。
【背景技术】
[0002]大型汽轮发电机组与电网之间是一个复杂的耦合系统。大功率汽轮发电机组运行中，会因为机械扰动或电气扰动，引起发电机电流、电压的巨大冲击，使定子、转子间电磁力矩急剧增大，导致机组扭振，造成轴的破坏，加速机组的寿命损耗，对电器设备造成严重损伤，对机组轴系安全和电网的稳定也有严重影响。近些年来，国内多家电厂发生了机组联轴器螺栓断裂事故，据分析与轴系扭振有关。当前，机电耦合的扭振问题越来越突出，已制约了我国大机组、大电网的发展。因此，开展汽轮发电机组轴系扭振的设计、试验、计算、测试和评估方面的相关研究势在必行。
[0003]为了对机组轴系扭振特性做出正确的评价，不仅在设计阶段应进行详细的扭振计算，而且要在机组投运后，对轴系扭振进行测试与监测。测量扭振主要有两类方法:一类是接触式或非接触式直接测量法，需在轴上安装传感器等测量装置，因为会破坏轴的原来结构，在许多场合不适用；另一类是间接测量法，不需要在轴上安置特殊装置，可利用轴上已有的等分结构(如测速齿轮)，测量过程不干扰轴的正常运转，更适合扭振的长期监测，是大型旋转机械扭振测量和监测的主要方法，例如脉冲时序法、光电编码器测量法、激光测扭法坐寸。
[0004]现有技术中，一是采用建设专门的扭振特性模拟试验台等方法，二是通过具有调制信号输出功能的函数发生器模拟产生汽轮发电机组轴系扭振转速差信号，为TSR装置做校验。现有技术存在如下缺陷:1、建设专门的扭振特性模拟试验台等方法，具有一定的实施难度和较高的代价。2、函数发生器仅能模拟输出单一扭振频率调制信号，无法模拟多模态同时作用的扭振信号。3、均无法模拟扭振激励、衰减、噪音影响、转速波动等各种瞬态过程。
【发明内容】
[0005]为满足汽轮发电机组扭振监测分析需要，实现对汽轮发电机组扭振转速信号模拟，本发明实施例提供了一种汽轮发电机组扭振信号产生装置，所述的装置包括:
[0006]接收模块，用于接收工况参数；
[0007]标定信号发生模块，用于根据所述工况参数和预设的扭振信号发生序列生成扭振标定信号序列数据；
[0008]扭振信号生成模块，用于根据所述扭振标定信号序列数据生成扭振信号。
[0009]本发明还提供了一种汽轮发电机组扭振信号产生系统，所述的系统包括:上位机和汽轮发电机组扭振信号产生装置，所述的上位机用于接收输入的工况参数，其中，
[0010]所述的汽轮发电机组扭振信号产生装置包括:
[0011]接收模块，用于接收所述工况参数；
[0012]标定信号发生模块，用于根据所述工况参数和预设的扭振信号发生序列生成扭振标定信号序列数据；
[0013]扭振信号生成模块，用于根据所述扭振标定信号序列数据生成扭振信号。
[0014]同时，本发明还提供了一种汽轮发电机组扭振信号产生系统，系统包括:上位机和汽轮发电机组扭振信号产生装置，所述的上位机用于接收输入的工况参数，其中，
[0015]所述的汽轮发电机组扭振信号产生装置包括:
[0016]接收模块，用于接收所述工况参数；
[0017]标定信号发生模块，用于根据所述工况参数和预设的扭振信号发生序列生成扭振标定信号序列数据；
[0018]扭振信号生成模块，用于根据所述扭振标定信号序列数据生成扭振信号。
[0019]一种汽轮发电机组扭振信号产生系统，所述的系统包括:汽轮发电机组现场数据采集装置和汽轮发电机组扭振信号产生装置，所述的汽轮发电机组现场数据采集装置用于采集汽轮机组现场的工况参数，其中，
[0020]所述的汽轮发电机组扭振信号产生装置包括:
[0021]接收模块，用于接收所述工况参数；
[0022]标定信号发生模块，用于根据所述工况参数和预设的扭振信号发生序列生成扭振标定信号序列数据；
[0023]扭振信号生成模块，用于根据所述扭振标定信号序列数据生成扭振信号。
[0024]此外，本发明还提供了一种汽轮发电机组扭振信号产生方法，所述的方法包括:
[0025]接收工况参数；
[0026]根据所述工况参数和预设的扭振信号发生序列生成扭振标定信号序列数据；
[0027]根据所述扭振标定信号序列数据生成扭振信号。
[0028]本方法克服了现有技术中缺乏对汽轮发电机组扭振转速信号真实工况模拟的功能不足，满足汽轮发电机组扭振监测分析需要。
[0029]为让本发明的上述和其他目的、特征和优点能更明显易懂，下文特举较佳实施例，并配合所附图式，作详细说明如下。
【附图说明】
[0030]为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
[0031]图1为本发明一种汽轮发电机组扭振信号产生装置的结构框图；
[0032]图2为本发明一种汽轮发电机组扭振信号产生系统结构框图；
[0033]图3为本发明一种汽轮发电机组扭振信号产生系统结构框图；
[0034]图4为本发明一种汽轮发电机组扭振信号产生方法的流程图；
[0035]图5为本发明实施例提供汽轮发电机组扭振信号产生装置的结构框图；
[0036]图6为本发明另一实施方式的示意图；
[0037]图7为本发明实施例中生成扭振信号的工作流程图。
【具体实施方式】
[0038]下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
[0039]本发明实施例提供了一种汽轮发电机组扭振信号产生装置，如图1所述，该装置包括:
[0040]接收模块101，用于接收工况参数；
[0041]标定信号发生模块102，用于根据工况参数和预设的扭振信号发生序列生成扭振标定信号序列数据；
[0042]扭振信号生成模块103，用于根据扭振标定信号序列数据生成扭振信号，本发明中扭振信号发生模块可采用DDS正弦波信号发生芯片来实现。
[0043]本发明中工况参数可以为通过上位机输入的预设的工况参数或从汽轮发电机组现场采集的工况参数；
[0044]本发明实施例中预设的扭振信号发生序列为:
[0045]0ut=Acos (2 n f0' t+D/ cos (2 n f:t) +D，2cos (2 n f2t) +D3，cos (2 n f3t))
[0046]其中，Out为扭振信号发生序列，f0为机组主频率，N为齿轮齿数；
[0047]f；为转速信号波动频率；其中
[0048]稳定不变时，f。’ =Nf0 ；
[0049]小幅波动变化时，=N(f0+C (0.5-exp (-Qt) +exp (_C2t)))；
[0050]定升/ 降速率变化时，fQ’ =N (f0+C (0.5-exp (-Qt) +exp (_C2t)) _kt)；
[0051]其中，C为主频波动幅度，Q、C2为波动参数，k为主频变化斜率；
[0052]&为扭振模态频率点频率，i=l?3 ;
[0053]扭振模态激励生成D’l*exp (-Ei0t)-D^0.1)，Ei0为扭振幅度衰减常数；
[0054]扭振模态幅度稳定不变D’ i=Di ；
[0055]扭振幅度衰减D’ i=Diexp (-Eyt)；
[0056]其中，Di为扭振幅度，通过上位机直接输入或从机组现场采集获得，i=l，2，3 ;EU为预设的衰减常数，i=l, 2，3 ；j=l, 2，3 ；
[0057]起始阶段t0:10秒；
[0058]扭振频率响应开始时间t1:0秒；
[0059]扭振频率响应生成时间til:1秒；
[0060]第一阶段衰减t i 2:1秒；
[0061]第二阶段衰减ti3:2秒；
[0062]第三阶段衰减:…延续。
[0063]本发明还提供了一种汽轮发电机组扭振信号产生系统，如图2所示，本发明的汽轮发电机组扭振信号产生系统包括:上位机201和汽轮发电机组扭振信号产生装置202，上位机201用于接收输入的工况参数，其中，
[0064]汽轮发电机组扭振信号产生装置202包括:
[0065]接收模块101，用于接收所述工况参数；
[0066]标定信号发生模块102，用于根据所述工况参数和预设的扭振信号发生序列生成扭振标定信号序列数据；
[0067]扭振信号生成模块103，用于根据所述扭振标定信号序列数据生成扭振信号。
[0068]同时，本发明还提供了一种汽轮发电机组扭振信号产生系统，如图3所示，系统包括:汽轮发电机组现场数据采集装置301和汽轮发电机组扭振信号产生装置202，所述的汽 轮发电机组现场数据采集装置301用于采集汽轮机组现场的工况参数；
[0069]汽轮发电机组扭振信号产生装置202包括:
[0070]接收模块101，用于接收所述工况参数；
[0071]标定信号发生模块102，用于根据所述工况参数和预设的扭振信号发生序列生成扭振标定信号序列数据；
[0072]扭振信号生成模块103，用于根据所述扭振标定信号序列数据生成扭振信号。
[0073]此外，本发明还提供了一种汽轮发电机组扭振信号产生方法，如图4，包括:
[0074]步骤S401，接收工况参数；
[0075]步骤S402，根据所述工况参数和预设的扭振信号发生序列生成扭振标定信号序列数据；
[0076]步骤S403，根据所述扭振标定信号序列数据生成扭振信号。
[0077]下面结合具体的实施方式对发明的技术方案做进一步详细说明如下:
[0078]如图5所示，为本发明实施例提供汽轮发电机组扭振信号产生装置包括:
[0079]本实施例基于DSP芯片和正弦波发生芯片的扭振标定信号发生装置，用于输出1路扭振标定信号。本实施例中上位机通过网络通信接口 501与双核DSP芯片502相连接，用于灵活模拟机组转速变化、扭振信号多阶段阻尼衰减、1?3种扭振模态信号叠加作用等不同扭振激励工况。
[0080]本实施例中的扭振信号发生装置，工况参数通过网络接口 501输入双核DSP芯片，双核DSP芯片502根据输入的工况参数和其预存储的预设扭振标定信号发生序列生成扭振标定信号，本发明中的工况参数包括机组主频、齿轮齿数、主频变化参数、多模态扭振信号频率、扭角幅度、激励系数、衰减系数及时间参数等，DDS信号生成模块503根据双核DSP芯片502输出的标定信号生成扭振波形信号。本实施例中还包括信号隔直模块和信号调理模块，对生成的扭振波形信号进行信号隔直和信号调理，生成扭振模拟信号。
[0081 ] 本实施例中的双核DSP芯片502根据扭振信号激励与阻尼衰减特性及相应的工况参数设置，计算扭振工况标定信号离散时间数据序列，包括信号的频率调整序列和相位调整序列，进一步地，DSP系统根据机组主频和齿轮齿数，设置DDS信号生成模块503的主频率，启动扭振标定载波信号的输出，在定时器驱动下，根据计算的频率调整序列和相位调整序列，动态设置和改变正弦波发生器的信号输出(频率和相位改变)，达到所需的扭振工况标定信号在其主频信号上的调制输出。
[0082]具体实施中，汽轮发电机组机组的次同步扭振模态频率的选择，汽轮机组低于额定转速频率(即主频)扭振固有频率即为次同步扭振，一般有3阶，这个频率的选择可根据机组设计参数计算，而通过试验和实测校核，机组设计厂家会最终提供计算出的机组多阶次同步扭振模态频率。汽轮发电机组机组的次同步扭振监测系统信号方式选择，根据不同的调相信号与调幅信号，生成标准的齿轮测量信号，通过调频和调相方式，叠加扭振模态信号，用于模拟实际的扭振实测信号；汽轮发电机组机组的次同步扭振多运行工况选择，通过实际机组扭振模态的激励与衰减过程，机组转速变化工况，多扭振模态不同时刻和强度的共同作用等，用于多运行工况下扭振激励结果的再现。
[0083]同时，本发明实施例中工况参数可以通过两路信号采集模块采集，如图6所示为本发明另一实施方式的示意图，本实施方式中除通过网络通信接口接收通过上位机输入的工况参数外，还可以通过两路信号采集模块CH1、CH2，通过接收汽轮机组现场采集的工况数据，根据现场采集的工况数据生成扭振信号，通过和上位机输入的工况数据生成的扭振信号进步比较，用于扭振信号采集、分析、处理功能，可验证和可视化扭振标定输出结果。
[0084]图6中的两路扭振信号高速AD采集电路、转速采集电路将现场机组运行中测取的连续转速处理为离散数字量，从而得到解调后机组各阶扭振幅值。
[0085]如图7所示，为本实施例生成扭振信号的工作流程如下:
[0086]1.双核DSP通过网络通信与上位机设置软件连接，接收扭振信号发生参数设置，即接收工况参数；本实施例中的工况参数包括:扭振工况模拟信号参数包括:机组主频、模拟测速齿轮齿数、主频波动参数、1?3个扭振模态、各阶扭振模态频率、最大扭角幅度、扭振激励时间参数和激励系数、是否模拟阻尼衰减、阻尼衰减段次、衰减段的时间参数及阻尼系数等。
[0087]2.DSP芯片701根据信号发生参数预先按一定的时间间隔，计算扭振标定信号发生序列的中频率变化和相位调整的数据序列，缓存在标定器内存中；
[0088]基于机组扭振特性计算分析和现场扭振激励试验分析，设计的扭振标定信号输出需体现以下不同工况需求:
[0089]机组转速稳定在3000转/分，或在3000转/分附近小幅波动；
[0090]机组转速以一定的降速率下降变化；
[0091]机组的1?3个扭振模态单个或分别或先后被激励；
[0092]每一个扭振模态具有激励和阻尼衰减过程；
[0093]激励起的扭振模态可能呈现1?3段阻尼衰减过程，各段衰减系数不同。
[0094]基于以上工况需求，设计如下的扭振信号发生序列:
[0095]0ut=Acos (2 n f0' t+D/ cos (2 n f:t) +D，2cos (2 n f2t) +D3，cos (2 n f3t))
[0096]其中:
[0097]1、主频变化设置:
[0098]频率fQ:50Hz;
[0099]齿数N:60/120/134 ;
[0100]2、主频变化模式:
[0101]稳定不变:fQ’=Nf0 ；
[0102]小幅波动变化模拟:
[0103]f。，=N (f0+C (0.5-exp (-Qt) +exp (~C2t)))；
[0104]主频波动幅度C:0.1Hz ；
[0105]波动参数Q:0.02弧度；
[0106]波动参数C2:0.016弧度；
[0107]定升/降速率变化:
[0108]f。，=N (f0+C (0.5-exp (-Qt) +exp (~C2t)) _kt)；
[0109]主频变化斜率k:0.05 ;
[0110]3、扭振模态1?3信号发生:
[0111]扭振模态频率点:fi;
[0112]扭振模态激励生成:D’1 氺exp(-Ei(lt)-D#0.1)；
[0113]扭振模态幅度稳定不变:D’ i=Di ；
[0114]扭振幅度衰减:D’rDiexpdijt)；
[0115]扭振幅度01:2弧度；
[0116]第一段衰减常数En:0.2 ;
[0117]第二段衰减常数Ei2:0.1 ；
[0118]第三段衰减常数Ei3:0.05 ;
[0119]扭振信号发生时间阶段设计:
[0120]起始阶段tO: 10秒；
[0121]扭振频率响应开始时间t1:0秒；
[0122]扭振频率响应生成时间til:1秒；
[0123]第一阶段衰减ti2:1秒；
[0124]第二阶段衰减ti3:2秒；
[0125]第三阶段衰减:延续。
[0126]起始阶段为信号发生前的准备阶段，代表的是出现扭振前的稳定工况，10秒为缺省时间，可根据需要调整，后面的各阶段代表的是扭振信号从激励开始到最后衰减到0，实际经历的不同工况过程，所给时间数据也为缺省设置，可以更加需要调整。
[0127]3.DSP芯片701根据扭振信号发生的时间阶段设置，使用精确的系统时钟触发，定时输出频率变化和相位调整的序列数据到DDS芯片；
[0128]4.DDS芯片根据序列数据生成扭振信号，本实施例中DDS芯片选用的是ADI公司的可编程波形发生器AD9833，可产生正弦波、三角波、方波输出，输出频率和相位都可通过软件编程，易于调节，易于与DSP和各种主流微控制器兼容。
[0129]5.DDS芯片输出的扭振信号将经过信号隔直和信号调理，最后输出±10V的测试齿轮模拟信号，可直接接入相应的扭振测试系统。
[0130]本发明的技术方案基于对扭振测试系统准确性检验的需求，在机组扭振特性计算分析和现场扭振激励试验分析的基础上，采样数字信号处理和时间序列的方法，模拟实际机组多模态扭振特性信号，以检验和标定机组扭振测试系统的准确性。基于机组扭振特性计算分析和现场扭振激励试验分析，设计扭振模态信号激励、衰减等信号发生机制，可灵活模拟机组转速变化、扭振信号多阶段阻尼衰减、多种扭振模态信号叠加作用等不同扭振激励工况。
[0131]本发明基于机组扭振特性计算分析和现场扭振激励试验分析，设计的扭振模拟信号体现以下不同工况需求:
[0132]机组转速稳定在3000转/分，或在3000转/分附近小幅波动；
[0133]机组转速以一定的降速率下降变化；
[0134]机组的1?3个扭振模态单个或分别或先后被激励；
[0135]每一个扭振模态具有不同的激励和阻尼衰减时间过程；
[0136]激励起的扭振模态可能呈现分段阻尼衰减过程，各段衰减系数要求不同。
[0137]本发明克服现有缺乏对汽轮发电机组扭振转速信号真实工况模拟的功能不足，满足汽轮发电机组扭振监测分析需要。能够根据 不同扭振测量系统原理，提供调相信号或调幅信号，并叠加多扭振模态信号，用于模拟实际的扭振实测信号。能够通过模拟实际机组扭振模态的激励与衰减过程，机组转速变化工况，多扭振模态不同时刻和强度的共同作用等，用于多运行工况下扭振激励结果的再现。
[0138]本发明中应用了具体实施例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在【具体实施方式】及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。
【主权项】
1.一种汽轮发电机组扭振信号产生装置，其特征在于，所述的装置包括: 接收模块，用于接收工况参数； 标定信号发生模块，用于根据所述工况参数和预设的扭振信号发生序列生成扭振标定信号序列数据； 扭振信号生成模块，用于根据所述扭振标定信号序列数据生成扭振信号。2.如权利要求1所述的汽轮机发电机组扭振信号产生装置，其特征在于，所述的工况参数为通过上位机输入的预设的工况参数或从汽轮发电机组现场采集的工况参数。3.如权利要求2所述的汽轮机发电机组扭振信号产生装置，其特征在于，所述的预设的扭振信号发生序列为: Out=Acos (2 τι f0' t+D/ cos (2 π f^t) +D，2cos (2 π f2t) +D3' cos (2 π f3t)) 其中，Out为扭振信号发生序列，f0为机组主频率，N为齿轮齿数； f0'为转速信号波动频率；其中 稳定不变时，f0，=Nf0 ；小幅波动变化时，fo =N (f0+C (0.5-exp (-C1O +exp (_C2t)))；定升 / 降速率变化时，f0' =N (f0+C (0.5-exp (-C1O +exp (_C2t)) _kt)； 其中，C为主频波动幅度，Cp C2为波动参数，k为主频变化斜率； fi为扭振模态频率点频率，i=l?3 ; 扭振模态激励生成:D’ ^D1-(Di^L l*exp (-Ei0t)-Di^0.1)，Ei0为扭振幅度衰减常数； 扭振模态幅度稳定不变D’ ^Di ； 扭振幅度衰减D’ i=Dpxp (-Eijt)； 其中，Di为扭振幅度，通过上位机直接输入或从机组现场采集获得，i=l，2，3 ^ij为预设的衰减常数，i=l, 2，3 ；j=l, 2，3。4.如权利要求1所述的汽轮机发电机组扭振信号产生装置，其特征在于，所述的扭振信号发生模块为DDS正弦波信号发生芯片。5.一种汽轮发电机组扭振信号产生系统，其特征在于，所述的系统包括:上位机和汽轮发电机组扭振信号产生装置，所述的上位机用于接收输入的工况参数，其中， 所述的汽轮发电机组扭振信号产生装置包括: 接收模块，用于接收所述工况参数； 标定信号发生模块，用于根据所述工况参数和预设的扭振信号发生序列生成扭振标定信号序列数据； 扭振信号生成模块，用于根据所述扭振标定信号序列数据生成扭振信号。6.如权利要求5所述的汽轮发电机组扭振信号产生系统，其特征在于，所述的预设的扭振信号发生序列为: Out=Acos (2 τι f0' t+D/ cos (2 π f^t) +D，2cos (2 π f2t) +D3' cos (2 π f3t)) 其中，Out为扭振信号发生序列，f0为机组主频率，N为齿轮齿数； fo'为转速信号波动频率；其中 稳定不变时，f0' =Nf0 ；小幅波动变化时，fo' =N (f0+c (0.5-exp (-C1O +exp (_C2t)))；定升 / 降速率变化时，f0' =N (f0+C (0.5-exp (-C1O +exp (_C2t)) _kt)； 其中，C为主频波动幅度，Cp C2为波动参数，k为主频变化斜率； fi为扭振模态频率点频率，i=l?3 ; 扭振模态激励生成D’ J=D1-(Di^L l*exp (-Ei0t)-Di^0.1)，Ei0为扭振幅度衰减常数； 扭振模态幅度稳定不变D’ ^Di ； 扭振幅度衰减D’ i=Dpxp (-Eijt)； 其中，Di为扭振幅度，通过上位机直接输入或从机组现场采集获得，i=l，2，3 ^ij为预设的扭振幅度衰减常数，i=l, 2，3 ；j=l, 2，3 ； 起始阶段to: 10秒； 扭振频率响应开始时间t1:0秒； 扭振频率响应生成时间til:1秒； 第一阶段衰减ti2:1秒； 第二阶段衰减ti3:2秒； 第三阶段衰减:延续。7.如权利要求5所述的汽轮机发电机组扭振信号产生系统，其特征在于，所述的扭振信号发生模块为DDS正弦波信号发生芯片。8.一种汽轮发电机组扭振信号产生系统，其特征在于，所述的系统包括:汽轮发电机组现场数据采集装置和汽轮发电机组扭振信号产生装置，所述的汽轮发电机组现场数据采集装置用于采集汽轮机组现场的工况参数，其中， 所述的汽轮发电机组扭振信号产生装置包括: 接收模块，用于接收所述工况参数； 标定信号发生模块，用于根据所述工况参数和预设的扭振信号发生序列生成扭振标定信号序列数据； 扭振信号生成模块，用于根据所述扭振标定信号序列数据生成扭振信号。9.如权利要求8所述的汽轮发电机组扭振信号产生系统，其特征在于，所述的预设的扭振信号发生序列为: Out=Acos (2 τι f0' t+D/ cos (2 π f^t) +D，2cos (2 π f2t) +D3' cos (2 π f3t)) 其中，Out为扭振信号发生序列，f0为机组主频率，N为齿轮齿数； fo'为转速信号波动频率；其中 稳定不变时，f0' =Nf0 ；小幅波动变化时，fo' =N (f0+c (0.5-exp (-C1O +exp (_C2t)))；定升 / 降速率变化时，f0' =N (f0+C (0.5-exp (-C1O +exp (_C2t)) _kt)； 其中，C为主频波动幅度，Cp C2为波动参数，k为主频变化斜率； fi为扭振模态频率点频率，i=l?3 ; 扭振模态激励生成D’ J=D1-(Di^L l*exp (-Ei0t)-Di^0.1)，Ei0为扭振幅度衰减常数； 扭振模态幅度稳定不变D’ ^Di ； 扭振幅度衰减D’ i=Dpxp (-Eijt)； 其中，Di为扭振幅度，通过上位机直接输入或从机组现场采集获得，i=l，2，3 ^ij为预设的衰减常数，i=l, 2，3 ；j=l, 2，3 ； 起始阶段to: 10秒； 扭振频率响应开始时间t1:0秒； 扭振频率响应生成时间til:1秒； 第一阶段衰减ti2:1秒； 第二阶段衰减ti3:2秒； 第三阶段衰减:延续。10.如权利要求8所述的汽轮机发电机组扭振信号产生系统，其特征在于，所述的扭振信号发生模块为DDS正弦波信号发生芯片。11.一种汽轮发电机组扭振信号产生方法，其特征在于，所述的方法包括: 接收工况参数； 根据所述工况参数和预设的扭振信号发生序列生成扭振标定信号序列数据； 根据所述扭振标定信号序列数据生成扭振信号。12.如权利要求11所述的汽轮机发电机组扭振信号产生方法，其特征在于，所述的工况参数为通过上位机输入的预设的工况参数或从汽轮发电机组现场采集的工况参数。13.如权利要求12所述的汽轮机发电机组扭振信号产生方法，其特征在于，所述的预设的扭振信号发生序列为: Out=Acos (2 τι f0' t+D/ cos (2 π f^t) +D，2cos (2 π f2t) +D3' cos (2 π f3t)) 其中，Out为扭振信号发生序列，f0为机组主频率，N为齿轮齿数； fo'为转速信号波动频率；其中 稳定不变时，f0' =Nf0 ；小幅波动变化时，fo' =N (f0+c (0.5-exp (-C1O +exp (_C2t)))；定升 / 降速率变化时，f0' =N (f0+C (0.5-exp (-C1O +exp (_C2t)) _kt)； 其中，C为主频波动幅度，Cp C2为波动参数，k为主频变化斜率； fi为扭振模态频率点频率，i=l?3 ; 扭振模态激励生成D’ J=D1-(Di^L l*exp (-Ei0t)-Di^0.1)，Ei0为扭振幅度衰减常数； 扭振模态幅度稳定不变D’ ^Di ； 扭振幅度衰减D’ i=Dpxp (-Eijt)； 其中，Di为扭振幅度，通过上位机直接输入或从机组现场采集获得，i=l，2，3 ^ij为预设的衰减常数，i=l, 2，3 ；j=l, 2，3 ； 起始阶段to: 10秒； 扭振频率响应开始时间t1:0秒； 扭振频率响应生成时间til:1秒； 第一阶段衰减ti2:1秒； 第二阶段衰减ti3:2秒； 第三阶段衰减:延续。
【专利摘要】本发明提供了一种汽轮发电机组扭振信号产生装置、系统及方法，装置包括：接收模块，用于接收工况参数；标定信号发生模块，用于根据所述工况参数和预设的扭振信号发生序列生成扭振标定信号序列数据；扭振信号生成模块，用于根据所述扭振标定信号序列数据生成扭振信号。本发明克服了现有技术中缺乏对汽轮发电机组扭振转速信号真实工况模拟的功能不足，满足汽轮发电机组扭振监测分析需要。
【IPC分类】G01M13/04, G01M7/02
【公开号】CN104897352
【申请号】CN201410078502
【发明人】黄葆华, 刘振祥, 孙燕平
【申请人】国家电网公司, 华北电力科学研究院有限责任公司
【公开日】2015年9月9日
【申请日】2014年3月5日
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