一种基于经验模式分解的风电次同步振荡检测及抑制方法技术

技术编号:14567460 阅读:74 留言:0更新日期:2017-02-06 01:03
本发明专利技术公开了一种基于经验模式分解的风电次同步振荡检测及抑制方法,本发明专利技术通过经验模式分解算法分别对采集的三相电流信号进行快速分解,分别对分解后低频信号的幅值和设定值进行比较,根据比较结果判断是否发生次同步振荡。基于经验模式分解的次同步振荡分解和提取方法可以完全根据电流信号数据自身的时间尺度特征来进行分解,分解过程较为全面的提取和保持了原始信号的主要特征,同时提高了信号表达的简洁性和灵活性。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及电力系统控制
,适用于风电次同步振荡检测及抑制,具体涉及一种基于经验模式分解的风电次同步振荡检测及抑制方法
技术介绍
风能的大规模开发是我国能源战略的重要组成部分,我国资源和负荷中心的逆向分布,使得大规模风电远距离外送成为必然,而加装串补电容的超/特高压交流输电和高压直流输电作为提高风电系统稳定极限以及提高输电能力的2种重要方式,在高压输电线路中被广泛采用。但是当串补度高时或者次同步控制与感应发电效应相互作用时,线路中可能由于扰动产生频率低于额定频率的电气谐振,如果发电机的某个轴系自然扭振频率与电气谐振频率互补,就会产生扭振放大作用,即次同步振荡,损坏发电机轴系,进而危及电网运行。因此风电次同步振荡的检测、提取以及进而有效抑制振荡,对保障风电机组及电力系统稳定运行,提高我国风电外送能力和能源安全有着重要的意义。传统的次同步振荡分析方法主要有基于线性化系统模型的特征值分析法和复转矩系数法、时域仿真法等。由于风电机组结构、并网方式与传统火电机组的本质区别,上述基于常规火电机组在次同步振荡分析、建模和抑制等方面的研究成果不能直接应用于风电引起的次同步振荡分析。由于风力发电引起的次同步振荡问题在工程实际中发生较晚,目前针对风电次同步振荡抑制的国内外的研究均较少,鲜有有效成果。专利技术专利CN104009495A提出了一种风电次同步振荡抑制方法,但其仅检测和抑制方法仅针对柔性直流输电系统,且无法长时间提供有功支撑。近年来,随着广域测量系统的广泛应用,基于实测数据提取振荡模态为振荡分析提供了新的途径,此类方法的优势是不受系统阶数的影响,不需要事先了解系统参数和结构。目前基于实测数据的次同步振荡模态辨识方法主要有快速傅里叶变换法、小波分析法等。其中,快速傅里叶变换缺乏对振荡局部特性分析能力,无法反映振荡的瞬时频率及阻尼特性;小波分析法结果受基函数影响较大,虽能提取到各模态参数,但不能根据各振荡模式的自身特点自适应地定位扰动时段,振荡模式的时变特性需要后续工作提取。基于经验模式分解的振荡分析方法可以完全根据电流信号数据自身的时间尺度特征来进行分解,有效克服了传统傅里叶变换方法缺乏空间局部性的缺点,相对于小波分析的方法,避免了人为设置基函数的干扰,为风电次同步振荡的准确判断和提取提供了一种有效手段。
技术实现思路
为解决现有技术存在的不足,本专利技术公开了一种基于经验模式分解的风电次同步振荡检测及抑制方法,本专利技术通过经验模式分解算法分别对采集的三相电流信号进行快速分解,分别对分解后低频信号的幅值和设定值进行比较,根据比较结果判断是否发生次同步振荡。为实现上述目的,本专利技术的具体方案如下:一种基于经验模式分解的风电次同步振荡检测方法,包括:步骤(1):分别对风电并网的三相电流实时采样并存储;步骤(2):将每一相采样到的电流视为一个时间序列,设该时间序列为X(t),取得所有的局部极值点;步骤(3):找出电流信号X(t)的所有极大值点,利用三次样条函数拟合出极大值点包络线emax(t);同理,拟合极小值点包络线emin(t);计算上包络线和下包络线的平均值m(t):步骤(4):将原始信号X(t)与包络线平均值m(t)做差得到去除了低频信号的新的信号步骤(5):判断新的信号是否为一个基本模式分量;若是就直接进入步骤(6);否则,以新的信号为待处理数据进行处理,得到原始信号的第一个本征模函数IMF分量;(其中,IMF的英文全称是IntrinsicModeFunction)步骤(6):从原始信号X(t)中减去第一个本征模函数IMF分量imf1(t)之后,所得信号为X1(t),将X1(t)作为新的被处理信号,重复步骤(3)-(4),直至Xn(t)为单调信号,最终X(t)被分解为n个本征模函数IMF分量ci(t),i=1,2,…,n和一个剩余分量rn(t);步骤(7):判断分解后得到的IMF分量ci(t)的频率,分别计算所有低于工频的IMF分量ci(t)的幅值和奇异性,并判断是否有次同步振荡发生,如有,并发出报警信号,否则,结束。进一步的,所述步骤(5)中,若新的信号并非一个基本模式分量,即包络线平均值m(t)中仍存在非对称波,则以新的信号为待处理数据,重复步骤(2)-(4),得到得到后重复步骤(5),直至第k次得到的信号为一个基本模式分量,则原始信号的第一个本征模函数IMF分量记为:c1(t)=imf1(t)=h1k(t);---(3).]]>进一步的,所述步骤(6)中,Xn(t)为单调信号后,还包括的处理步骤:原始信号余项为:rn(t)=Xn(t)(4)由于实际计算过程中,上下包络线的均值无法为零,因此引入停止迭代的阈值Sd作为停止标志:Sd=Σ[hk(t)-hk-1(t)]2Σ[hk-1(t)]2---(5)]]>其中hk(t)为第k个本征模函数分量;最终X(t)被分解为n个本征模函数IMF分量ci(t),i=1,2,…,n和一个剩余分量rn(t):X(t)=Σi=1nci(t)+rn(t)---(6).]]>进一步的,在判断是否有次同步振荡发生时,当出现一个或多个分量满足以下2个条件,则认为有次同步振荡发生,:(a)幅值突增且高于给定值;(b)电流分量波形奇异性发生突变。进一步的,对采用上述经验模式分解得到的电流分量中频率低于工频的IMF分量ci(t)叠加重构,完成次同步振荡电流的提取。此处将信号分解后,把低频分量进行叠加得到的信号可以认为是从原始信号中提取除了次同步振荡电流。进一步的,基于上述次同步振荡电流的提取,本专利技术还包括一种基于经验模式分解的风电次同步振荡抑制方法,根据提取得到的风电次同步振荡电流大小,通过储能设备产生与风电输出次同步振荡电流大小相等,相位相反的电流分量,抵消风电次同步电流。进一步的,基于经验模式分解的风电次同步振荡抑制系统,包括储能装置、互感器,电流控制器及双向变流器,所述储能装置通过双向变流器连接到升压变压器,经过升压后接入风电交流母线,风电交流母线上设有互感器,互感器的作用是电流采样,采样的得到的原始电流通过经验模态分解法进行分解并将分解后的信号传输至电流控制器,电流控制器根据提取的到的风电次同步电流大小和相位,控制电力电子变流器向母线注入与次同步电流大小相同、相位相反的电流。本专利技术中的储能装置可以是电化学、机械、电磁、相变类别,具体形式为电池、飞轮、超导或压缩空气。储能设备接入交本文档来自技高网
...

【技术保护点】
一种基于经验模式分解的风电次同步振荡检测方法,其特征是,包括:步骤(1):分别对风电并网的三相电流实时采样并存储;步骤(2):将每一相采样到的电流视为一个时间序列,设该时间序列为X(t),取得所有的局部极值点;步骤(3):找出电流信号X(t)的所有极大值点,利用三次样条函数拟合出极大值点包络线emax(t);同理,拟合极小值点包络线emin(t);计算上包络线和下包络线的平均值m(t):步骤(4):将原始信号X(t)与包络线平均值m(t)做差得到去除了低频信号的新的信号步骤(5):判断新的信号是否为一个基本模式分量;若是就直接进入步骤(6);否则,以新的信号为待处理数据进行处理,得到原始信号的第一个本征模函数IMF分量;步骤(6):从原始信号X(t)中减去第一个本征模函数IMF分量imf1(t)之后,所得信号为X1(t),将X1(t)作为新的被处理信号,重复步骤(3)‑(4),直至Xn(t)为单调信号,最终X(t)被分解为n个本征模函数IMF分量ci(t),i=1,2,…,n和一个剩余分量rn(t);步骤(7):判断分解后得到的IMF分量ci(t)的频率,分别计算所有低于工频的IMF分量ci(t)的幅值和奇异性,并判断是否有次同步振荡发生,如有,并发出报警信号,否则,结束。...

【技术特征摘要】
1.一种基于经验模式分解的风电次同步振荡检测方法,其特征是,包括:
步骤(1):分别对风电并网的三相电流实时采样并存储;
步骤(2):将每一相采样到的电流视为一个时间序列,设该时间序列为X(t),取得所有
的局部极值点;
步骤(3):找出电流信号X(t)的所有极大值点,利用三次样条函数拟合出极大值点包络
线emax(t);同理,拟合极小值点包络线emin(t);计算上包络线和下包络线的平均值m(t):
步骤(4):将原始信号X(t)与包络线平均值m(t)做差得到去除了低频信号的新的信号
步骤(5):判断新的信号是否为一个基本模式分量;若是就直接进入步骤(6);
否则,以新的信号为待处理数据进行处理,得到原始信号的第一个本征模函数IMF分量;
步骤(6):从原始信号X(t)中减去第一个本征模函数IMF分量imf1(t)之后,所得信号为
X1(t),将X1(t)作为新的被处理信号,重复步骤(3)-(4),直至Xn(t)为单调信号,最终X(t)
被分解为n个本征模函数IMF分量ci(t),i=1,2,…,n和一个剩余分量rn(t);
步骤(7):判断分解后得到的IMF分量ci(t)的频率,分别计算所有低于工频的IMF分
量ci(t)的幅值和奇异性,并判断是否有次同步振荡发生,如有,并发出报警信号,否则,结
束。
2.如权利要求1所述的一种基于经验模式分解的风电电流次同步振荡检测方法,其特征
是,所述步骤(5)中,若新的信号并非一个基本模式分量,即包络线平均值m(t)中仍存
在非对称波,则以新的信号为待处理数据,重复步骤(2)-(4),得到得到后重复步骤(5),直至第k次得到的信号为一个基本模式分量,则原始信号的第一个本
征模函数IMF分量记为:
c1(t)=imf1(t)=h1k(t);---(3).]]>3.如权利要求1所述的一种基于经验模式分解的风电次同步振荡检测方法,其特征是,
所述步骤(6)中,Xn(t)为单调信号后,还包括的处理步骤:原始信号余项为:
rn(t)=Xn(t)(4)
由于实际计算过程中,上下包络线的均值无法...

【专利技术属性】
技术研发人员:王瑞琪杨明辉马杰孙树敏韩德顺王昭鑫袁帅于芃李广磊赵鹏张用
申请(专利权)人:国网山东省电力公司电力科学研究院国家电网公司
类型:发明
国别省市:山东;37

网友询问留言 已有0条评论
  • 还没有人留言评论。发表了对其他浏览者有用的留言会获得科技券。

1