一种基于伪随机信号的一次调频试验系统和方法与流程

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1.本发明属于水电厂自动控制技术领域，具体涉及一种基于伪随机信号的一次调频试验系统和方法。

背景技术：

2.一次调频是水电厂参与电网辅助服务所提供的重要服务内容。电网辅助服务中对于，有偿一次调频补偿的性能考核主要包括：小扰动考核和大扰动考核。两种考核在贡献量算法和对水电机组动态控制上，本质都有较大差别。而在国标《并网电源一次调频技术规定及试验导则》gbt40595中则要求，机组一次调频的动态性能测试均采用频率阶跃法，且有效测试频差不小于
±
0.1hz。这种方法对于频差在0.05hz≤
△
f＜0.1hz以内的频率小扰动变化未能进行有效测试及调整。而频率阶跃法不能良好反映实际电网频率扰动工况下，导水叶执行机构的动态响应特性。目前水轮发电机一次调频试验要求测试60％、75％、90％、100％额定有功功率四个工况，主要考虑机组在不同负荷工况下对频率阶跃大扰动的响应情况。而没有一个行之有效的针对实际频率特性的，以及频率小扰动下的试验方法和评估方法。

技术实现要素：

3.为了克服上述现有技术存在的不足，本发明提供一种基于伪随机信号的一次调频试验系统和方法。该方法可实现辅助服务中对一次调频补偿性能要求的全面测试及效果评估。
4.为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案来实现：
5.一种基于伪随机信号的一次调频试验系统，包括伪随机信号生成器、信号发送器、信号采集器和测试及效果评估模块；
6.试验对同一被测试水轮机组，在不同并网负荷及水头工况下，通过伪随机信号生成器调制与试验项目相关的测试信号，通过信号发送器建立信号发送通道，通过外部试验电缆与被测试调速器系统相连接，被测试调速器系统在伪随机信号生成器生成的伪随机信号的激励下的动作过程的电信号经由信号采集器送回试验及测试系统，并被采样和记录，在测试及效果评估模块中做在线计算和辅助评价。
7.本发明进一步的改进在于，伪随机信号生成器能够生成的可调制信号包括：阶跃信号，斜坡信号，二进制信号为m序列伪随机码，以及随机正弦波叠加信号在内的试验测试信号。
8.本发明进一步的改进在于，所述阶跃信号，通过设定满足试验需要的幅值，a为阶跃量的幅值，hz；
9.10.所述斜坡信号，设置的斜率k，hz/s；
11.g(t)＝kt
×
l(t)
12.所述二进制信号为m序列伪随机码，g(t)的自相关函数表示为
[0013][0014]
设置伪随机码的幅值a，周期n；
[0015]
所述随机正弦波叠加信号，其快速傅里叶变换表示为；
[0016][0017]
在m1＜gq(f
mid
)＜m2间可调制波谱密度。
[0018]
本发明进一步的改进在于，通过对伪随机信号生成器的标准试验波的参数修改，得到可模拟频率极端情况的调制波伪随机信号，包括系统频率速升，速降，以及频率长时间在死区附近极端情况。
[0019]
本发明进一步的改进在于，测试及效果评估模块具有实时性，能够在试验项目结束后快速给出试验水头下包括，一次调频持续时间，扰动方向，扰动类型，方向正确性，滞后时间，实测及理论积分电量，一次调频贡献率，实测永态转差系数和调差率在内的数据记录和辅助评价。
[0020]
一种基于伪随机信号的一次调频试验方法，包括以下步骤：
[0021]
步骤一：选择调制生成信号的类型，包括：阶跃信号、斜坡信号、序列二进制信号和正弦叠加信号；
[0022]
步骤二：通过信号发送器将调制信号输入调速器系统测频装置，模拟电网频率偏差变化过程；
[0023]
步骤三：在调速器开度模式下，选择单调增大或减小小阶跃信号测试调速器及其随动系统正反向动态特性，寻调速系统固有死区ei及其间隙非线性特性；
[0024]
步骤四：在调速器开度模式下，选择二进制m序列伪随机码，调制幅值为ahz，游程长度为n，幅值a＝(0.75～1.25)
·
(0.05-ei)，hz，测试随动系统在人工死区边沿的滞后及灵敏性；
[0025]
步骤五：在调速器开度模式下，选择阶跃信号测试调速器及其随动系统正反向动态特性，计算理想方波信号驱动下的一次调频贡献率；
[0026]
步骤六：在调速器开度模式下，选择斜坡信号测试调速器及其随动系统正反向动态特性，计算斜坡信号驱动下的一次调频贡献率；
[0027]
步骤七：在调速器开度模式下，选择随机正弦波叠加信号测试调速器及其随动系统正反向动态特性，计算随机正弦波叠加信号驱动下全频段的一次调频贡献率；
[0028]
步骤八：在调速器功率模式下，重复步骤三至步骤七；
[0029]
步骤九：计算随机正弦波叠加信号驱动下全频段的一次调频贡献率。
[0030]
本发明进一步的改进在于，步骤三中，小阶跃信号为50.045hz≤
△
f≤50.055hz；
49.985hz≤
△
f≤49.955hz；单步步长0.001hz。
[0031]
本发明进一步的改进在于，步骤五中，阶跃信号为49.8hz≤
△
f≤50.2hz；单步步长
±
0.1hz，
±
0.15hz，
±
0.2hz。
[0032]
本发明进一步的改进在于，步骤六中，斜坡信号为49.8hz≤
△
f≤50.2hz；斜率
±
0.01hz，
±
0.02hz。
[0033]
本发明进一步的改进在于，步骤七中，择随机正弦波叠加信号为49.75hz≤
△
f≤50.25hz；快速傅里叶变换的中心频率谱密度为gq(f
mid-i
)。
[0034]
与现有技术相比，本发明至少具有如下有益的技术效果：
[0035]
1、本发明提供的基于调制信号的一次调频试验系统和方法填补了一项空白；
[0036]
2、本发明通过在现场试验中引入针对性的调制信号，改进了传统试验方法不能有效解决实际频率扰动和频率小扰动下的试验测试问题，提高了测试的准确度，为一次调频参数调整提供依据。
[0037]
3、本发明原理清晰操作简便，以试验导则提供方法为基础，做了补充和完善，具有实用价值。
[0038]
4、本发明方法以调制信号为试验激励，可控可测，便于试验过程中在线对结果进行计算分析，提高了试验效率和结果的准确度。
附图说明
[0039]
图1为本发明的在实施例中的连接方法示意图；
[0040]
图2为本发明方法的逻辑流程图；
[0041]
图3为本发明实际应用效果的实测曲线。
具体实施方式
[0042]
本发明一种基于伪随机信号的一次调频试验系统和方法。为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案，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，所描述的实施例仅是本发明一部分的实施例，不是全部的实施例，而并非要限制本发明公开的范围。此外，在以下说明中，省略了对公知结构和技术的描述，以避免不必要的混淆本发明公开的概念。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，都应当属于本发明保护的范围。
[0043]
以下结合附图和实施例对本发明作进一步的详细说明。
[0044]
如图1所示，本发明提供的一种基于伪随机信号的一次调频试验系统，包括伪随机信号生成器1、信号发送器2、信号采集器3和测试及效果评估模块4。
[0045]
伪随机信号生成器1，调制生成的信号通过信号发送器2为通道发送，通过外部电缆与被测试调速器系统5相连接；被测试调速器系统5在1生成的伪随机信号的激励下的动作过程的电信号经由信号采集器3送回；在测试及效果评估模块4中做在线计算及评价。
[0046]
如图2所示，本发明提供的一种基于伪随机信号的一次调频试验方法，包括以下步骤：
[0047]
步骤一：选择调制生成信号的类型。包括：阶跃信号；斜坡信号；m序列二进制信号；
正弦叠加信号。
[0048]
步骤二：通过信号发送器将调制信号输入调速器系统测频装置，模拟电网频率偏差变化过程。
[0049]
步骤三：在调速器开度模式下，选择单调增(减)小阶跃信号(50.045hz≤
△
f≤50.055hz；49.985hz≤
△
f≤49.955hz；单步步长0.001hz)测试调速器及其随动系统正反向动态特性，寻调速系统固有死区ei及其间隙非线性特性。
[0050]
步骤四：在调速器开度模式下，选择二进制m序列伪随机码，调制幅值为ahz，游程长度为n。幅值a＝(0.75～1.25)
·
(0.05-ei)，hz。测试随动系统在人工死区边沿的滞后及灵敏性。
[0051]
步骤五：在调速器开度模式下，选择阶跃信号(49.8hz≤
△
f≤50.2hz；单步步长
±
0.1hz，
±
0.15hz，
±
0.2hz)测试调速器及其随动系统正反向动态特性。计算理想方波信号驱动下的一次调频贡献率。
[0052]
步骤六：在调速器开度模式下，选择斜坡信号(49.8hz≤
△
f≤50.2hz；斜率
±
0.01hz，
±
0.02hz)测试调速器及其随动系统正反向动态特性。计算斜坡信号驱动下的一次调频贡献率。
[0053]
步骤七：在调速器开度模式下，选择随机正弦波叠加信号(49.75hz≤
△
f≤50.25hz；快速傅里叶变换的中心频率谱密度为gq(f
mid-i
))测试调速器及其随动系统正反向动态特性。计算随机正弦波叠加信号驱动下全频段的一次调频贡献率。
[0054]
步骤八：在调速器功率模式下，重复步骤三至步骤七。
[0055]
步骤九：计算随机正弦波叠加信号驱动下全频段的一次调频贡献率。
[0056]
实施案例：
[0057]
某试验机组，机组类型为混流式，输水系统采用单机单管引水方式，额定有功功率80mw，额定水头358m，额定流量25m3/s。
[0058]
如图3，为该试验机组在额定水头下的原始运行数据以及采用本试验方法优化后机组的一次调频实际投入中的实测曲线。包括有功功率，机组频率，导叶开度和一次调频动作信号。
[0059]
表1：改进前后额定水头下试验结果对比
[0060][0061]
试验结果表明本方法在小频差和中低负荷阶段，对机组一次调频性能改善较明显。
[0062]
虽然，上文中已经用一般性说明及具体实施方案对本发明作了详尽的描述，但在本发明基础上，可以对之作一些修改或改进，这对本领域技术人员而言是显而易见的。因此，在不偏离本发明精神的基础上所做的这些修改或改进，均属于本发明要求保护的范围。

技术特征：

1.一种基于伪随机信号的一次调频试验系统，其特征在于，包括伪随机信号生成器(1)、信号发送器(2)、信号采集器(3)和测试及效果评估模块(4)；试验对同一被测试水轮机组，在不同并网负荷及水头工况下，通过伪随机信号生成器(1)调制与试验项目相关的测试信号，通过信号发送器(2)建立信号发送通道，通过外部试验电缆与被测试调速器系统(5)相连接，被测试调速器系统(5)在伪随机信号生成器(1)生成的伪随机信号的激励下的动作过程的电信号经由信号采集器(3)送回试验及测试系统，并被采样和记录，在测试及效果评估模块(4)中做在线计算和辅助评价。2.根据权利要求1所述的一种基于伪随机信号的一次调频试验系统，其特征在于，伪随机信号生成器(1)能够生成的可调制信号包括：阶跃信号，斜坡信号，二进制信号为m序列伪随机码，以及随机正弦波叠加信号在内的试验测试信号。3.根据权利要求2所述的一种基于伪随机信号的一次调频试验系统，其特征在于，所述阶跃信号，通过设定满足试验需要的幅值，a为阶跃量的幅值，hz；所述斜坡信号，设置的斜率k，hz/s；g(t)＝kt
×
l(t)所述二进制信号为m序列伪随机码，g(t)的自相关函数表示为设置伪随机码的幅值a，周期n；所述随机正弦波叠加信号，其快速傅里叶变换表示为；在m1＜g
q
(f
mid-i
)＜m2间可调制波谱密度。4.根据权利要求1所述的一种基于伪随机信号的一次调频试验系统，其特征在于，通过对伪随机信号生成器(1)的标准试验波的参数修改，得到可模拟频率极端情况的调制波伪随机信号，包括系统频率速升，速降，以及频率长时间在死区附近极端情况。5.根据权利要求1所述的一种基于伪随机信号的一次调频试验系统，其特征在于，测试及效果评估模块(4)具有实时性，能够在试验项目结束后快速给出试验水头下包括，一次调频持续时间，扰动方向，扰动类型，方向正确性，滞后时间，实测及理论积分电量，一次调频贡献率，实测永态转差系数和调差率在内的数据记录和辅助评价。6.一种基于伪随机信号的一次调频试验方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤一：选择调制生成信号的类型，包括：阶跃信号、斜坡信号、序列二进制信号和正弦叠加信号；
步骤二：通过信号发送器将调制信号输入调速器系统测频装置，模拟电网频率偏差变化过程；步骤三：在调速器开度模式下，选择单调增大或减小小阶跃信号测试调速器及其随动系统正反向动态特性，寻调速系统固有死区e
i
及其间隙非线性特性；步骤四：在调速器开度模式下，选择二进制m序列伪随机码，调制幅值为ahz，游程长度为n，幅值a＝(0.75～1.25)
·
(0.05-e
i
)，hz，测试随动系统在人工死区边沿的滞后及灵敏性；步骤五：在调速器开度模式下，选择阶跃信号测试调速器及其随动系统正反向动态特性，计算理想方波信号驱动下的一次调频贡献率；步骤六：在调速器开度模式下，选择斜坡信号测试调速器及其随动系统正反向动态特性，计算斜坡信号驱动下的一次调频贡献率；步骤七：在调速器开度模式下，选择随机正弦波叠加信号测试调速器及其随动系统正反向动态特性，计算随机正弦波叠加信号驱动下全频段的一次调频贡献率；步骤八：在调速器功率模式下，重复步骤三至步骤七；步骤九：计算随机正弦波叠加信号驱动下全频段的一次调频贡献率。7.根据权利要求6所述的一种基于伪随机信号的一次调频试验方法，其特征在于，步骤三中，小阶跃信号为50.045hz≤
△
f≤50.055hz；49.985hz≤
△
f≤49.955hz；单步步长0.001hz。8.根据权利要求6所述的一种基于伪随机信号的一次调频试验方法，其特征在于，步骤五中，阶跃信号为49.8hz≤
△
f≤50.2hz；单步步长
±
0.1hz，
±
0.15hz，
±
0.2hz。9.根据权利要求6所述的一种基于伪随机信号的一次调频试验方法，其特征在于，步骤六中，斜坡信号为49.8hz≤
△
f≤50.2hz；斜率
±
0.01hz，
±
0.02hz。10.根据权利要求6所述的一种基于伪随机信号的一次调频试验方法，其特征在于，步骤七中，择随机正弦波叠加信号为49.75hz≤
△
f≤50.25hz；快速傅里叶变换的中心频率谱密度为g
q
(f
mid-i
)。

技术总结

本发明公开了一种基于伪随机信号的一次调频试验系统和方法。该发明包括伪随机信号生成器，信号发送器，信号采集器，测试及效果评估模块四个部分。通过在现场试验中引入针对性的阶跃信号，斜坡信号，二进制信号为m序列伪随机码，随机正弦波叠加信号等调制信号，改进了传统试验方法不能有效解决实际频率扰动和频率小扰动下的试验测试问题，提高了测试的准确度，为一次调频参数调整提供依据。为一次调频参数调整提供依据。为一次调频参数调整提供依据。