● 摘要
大型发电机组是电力系统的核心设备，对发电机组的振动特性的研究有利于避免振动事故的发生和有效地监测机组的运行状态；另一方面大型发电机组与电网相互作用，由大型发电机组的振动特性可敏锐地感知电力系统的动态特性。论文全面详细地研究了发电机组轴系扭振固有振动特性、机网相互作用模型和机理、微弱轴系扭振信号检测方法、次同步振荡模态的实时辨识算法、环境噪声激励下的次同步振荡模态参数辨识以及机网次同步振荡的安全预警判据。
论文的主要工作如下：
1. 论文研究了机网互作用机理及模型。建立了机组轴系的连续三维实体有限元模型和集中质量扭振仿真计算模型，计算出轴系固有频率和振型，提出针对多个扭振模态的高灵敏度信号检测方案。建立了串补输电、高压直流输电等典型机网互作用模型，仿真分析了典型故障、机械扰动、电气扰动和不同运行方式对机网动态振荡特性的影响。发现当存在持续的在机组固有频率上的扰动，且阻尼不足时，将引发发散的次同步振荡。
2. 研究了发电机组轴系扭振的在线测量新方法。通过实测数据分析得出满足工程应用的扭振测量精度需求；研究了典型转速脉冲定时测振法的误差因素及测量误差。提出了一种基于光子晶体光纤的扭振测量新方法。分析和研究了保偏光子晶体光纤的横向应力和扭转应力敏感特性，提出用于扭振测量的动态扭转应力检测方案，通过实验测试证明了方案的有效性。
3. 研究了次同步振荡模态的在线辨识算法。提出结合无限冲击响应滤波器组和经验模态分解的模态辨识算法，该算法提高了振荡模态分解的实时性及抗混叠能力。采用低阶无带通无限冲击响应滤波器组进行滤波预处理，实现多模态辨识算法的抗混叠；采用改进的经验模态分解技术，在仅提取其第一阶固有模态分量情况下，实现次同步振荡初期模态的快速辨识，而且时域时延小于200ms。
4. 研究了环境激励下的微弱轴系扭振信号的在线辨识算法。采用随机减量算法提取出微弱轴系扭振信号的自由响应分量，进而计算出振动模态参数，包括固有频率、阻尼因子等。通过与小扰动下的振动模态参数辨识结果比较，证明了利用该算法能够有效地提取出运行中机组的微弱扭振模态，能连续获得电力系统的动态特征。
5. 利用采集到的现场数据，验证了在环境噪声激励下机组轴系扭振模态参数识别算法的有效性，结合电气量的次同步分量提取，获得电力系统次同步振荡的安全预警判据，为次同步振荡的整体解决方案增加一道新的防线。