[发明专利]一种水轮发电机组轴系振动暂态的模拟方法

摘要

本发明涉及一种水轮发电机组轴系振动暂态的模拟方法，属于水轮发电机组稳定性分析和控制领域。将作用在轴系上的外力作为附加输入控制项，以增加通用性，得到模型中保留了反映暂态过程中角速度变化的角加速度项；利用机组运动方程中的水轮机力矩和发电机力矩项，将其它子系统模型引入轴系振动模型中，实现轴系振动模型与机组其它子系统的连接；将轴系模型转化为一阶微分方程组，并与机组运动方程结合，构成轴系暂态振动计算方程组，完成模拟。本发明是研究机组在各种暂态扰动，尤其是大扰动下的振动特性，为机组轴系的安全、稳定性设计与控制提供一种研究方法和手段。

主权项

1.一种水轮发电机组轴系振动暂态的模拟方法，其特征在于具体步骤包括：（1）将水轮发电机组轴系简化为两圆盘三支承结构，应用拉格朗日动力学理论建立包括角速度变化的轴系运动方程，其中作用于轴系上的其他外力作为附加的输入控制项，以增加模型的通用性，得到水轮发电机组轴系振动模型，模型中保留了反映暂态过程中角速度变化的角加速度项；（2）引入机组运动方程，将机组其它子系统模型引入水轮发电机组轴系振动模型中，实现水轮发电机组轴系振动模型与机组其它子系统模型的连接，得到新的轴系振动模型；（3）将新的轴系模型转化为一阶微分方程组，再机组运动方程结合，构成轴系暂态振动模型： ；其中：z₁=, z₂=ω, z₃= x₁, z₄= y₁, z₅= x₂, z₆=y₂, z₇=p₁, z₈=p₂, z₉=p₃, z₁₀=p₄, 写成向量形式z=[,ω, x₁, y₁, x₂, y₂, p₁, p₂, p₃, p₄]^T，φ是发电机转子和水轮机转轮转过的角度，φ=wt，ω是机组角速度，t是时间，x₁、y₁是发电机转子形心坐标的x轴和y轴分量，x₂、y₂是水轮机转轮形心坐标的x轴和y轴分量；p₁、p₂、p₃、p₄ 是与坐标x₁、y₁、x₂、y₂对应的广义动量，发电机转子质量偏心为e₁，水轮机转轮质量偏心为e₂，m₁是发电机转子质量，m₂是水轮机转轮质量，J是水轮发电机轴系总的转动惯量, D是发电机三阶模型中定义的阻尼系数，ω_mB是角速度基值，M_t是水轮机力矩，M_g是发电机电磁力矩，c₁是发电机阻尼系数，c₂是水轮机阻尼系数，K₁₁、K₁₂、K₂₂是等效刚度系数，F_x1是作用于发电机转子上的其它外力的x轴分量，F_y1是作用于发电机转子上的其它外力的y轴分量，F_x2是作用于水轮机转轮上的其它外力的x轴分量，F_y2是作用于水轮机转轮上的其它外力的y轴分量，f(z)是非线性向量函数，F是输入控制向量。