基于起振分析的振荡甄别与扰动源定位方法技术

本发明专利技术提供一种基于起振分析的振荡甄别和扰动源定位方法，针对负阻尼振荡与强迫功率的甄别，提出一种新型的基于起振与稳态振型的改变的方法。对于强迫功率扰动源的定位，相较于传统的稳态阶段对扰动源的定位，基于起振阶段分析的扰动源定位，可以更加快速地对扰动源进行定位，并且结合了节点动能起振时刻的超前滞后关系，使得定位结果更为准确。本发明专利技术克服现有基于强迫功率振荡稳态阶段分析的扰动源定位的不足，实现了起振阶段在线分析的功能。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及电力系统低频振荡在线监测和安全稳定控制领域，具体而言涉及一种基于起振分析的振荡甄别和扰动源定位方法。
技术介绍
随着区域电网互联，电网规模逐渐扩大，运行方式也日益复杂，电力系统发生低频振荡现象的频率在逐渐增大，因此低频振荡现象开始成为影响互联电网安全稳定的突出问题。负阻尼振荡和强迫功率振荡是两种最为常见的振荡问题，要求对于这两种振荡能够实现在线甄别与溯源。虽然强迫功率振荡与负阻尼或弱阻尼振荡在电气观测量中表现形式相近，但引起二者振荡的原因不同。对于负阻尼系统，加装PSS可以有效抑制低频振荡；而对于强迫振荡，抑制系统共振的根本方法是快速定位扰动源并将其予以切除。因此快速甄别出负阻尼振荡和强迫功率振荡对于及时采取措施抑制振荡具有重要的意义。目前甄别负阻尼振荡与强迫振荡的研究没有许多，主要研究的方向是基于能量的方法，针对两种振荡稳态阶段各节点的势能的变化趋势，进而对两种振荡进行辨别。诱发强迫功率振荡的原因不同于负阻尼低频振荡，若不能及时定位扰动源并切除，事故的危害会进一步扩大，造成不可估量的危害。基于能量法和行波检测法是当前强迫功率振荡扰动源定位的两种方法。基于能量的方法是在系统线性化以后来计算相应的能量，而行波法受限于PMU布点的多少，但是由于相量测量单位(PMU)的广域测量系统(WAMS)的快速发展，其应用前景广泛。
技术实现思路
本专利技术的目的在于基于低频振荡的起振分析，对负阻尼振荡和强迫功率振荡进行甄别，并对引发强迫功率振荡的扰动源进行定位。本专利技术的上述目的通过独立权利要求的技术特征实现，从属权利要求以另选或有利的方式发展独立权利要求的技术特征。为达成上述目的，本专利技术提出一种基于起振分析的振荡甄别和扰动源定位方法，包括以下步骤：步骤1、通过广域测量系统(WAMS)获取电力系统关键节点的有关功率、电压相角的实时运行数据；步骤2、通过计算支路势能存储功率的相对大小来判断振荡中心并对对系统进行分区，根据振荡频率与电压相角的幅值比和相位在起振阶段与稳态阶段的的差异性，来甄别别负阻尼振荡与强迫功率振荡；步骤3、基于在线获得的节点功率与电压相角在起振时刻超前滞后关系来大致判断扰动源位置；步骤4、结合起振阶段各节点动能超前滞后关系与势能特性来准确定位扰动源。进一步的例子中，前述步骤1通过广域测量系统(WAMS)获取电力系统关键节点的有关功率、电压相角的实时运行数据，具体实现包括：通过基于相量测量单元(PMU)的广域测量系统(WAMS)，获得电力系动态实时运行数据，主要是各个机组和关键节点的功率、电压幅值和相角。进一步的例子中，前述步骤2根据振荡频率与电压相角的幅值比和相位在起振阶段与稳态阶段的的差异性，来甄别别负阻尼振荡与强迫功率振荡，具体包括：通过计算支路势能存储功率的相对大小来判断振荡中心，对系统进行分区。以电压相位为分析对象，在负阻尼振荡起振阶段与稳态阶段，机组电压相角振荡量的幅值比与相位差按右特征向量分布。而强迫功率振荡情况下，由机电波传播特性可知，在起振阶段，电压相位的幅值比与相位差将不完全按右特征向量分布，离扰动源较近的电压幅值比相对较大，且对应的相位较超前；在稳态阶段，电压相位幅值比与相位差则与负阻尼振荡相似，近似按右特征向量分布。通过WAMS采集的数据,对负阻尼振荡和强迫功率振荡节点的功率和电压相角的曲线进行Prony辨识，可以得到曲线的幅值、初相位、频率、阻尼比。然后根据振荡频率与电压相角的幅值比和相位在起振阶段与稳态阶段的的差异性，来甄别负阻尼振荡与强迫功率振荡。进一步的例子中，前述步骤3，基于在线获得的节点功率与电压相角在起振时刻超前滞后关系来大致判断扰动源位置，具体实现包括：基于起振阶段电力系统中强迫振荡外施扰动源做功产生的能量，将以机电扰动波的形式从扰动点注入电网中，且根据电气距离由近及远地扩散到整个系统中的思路，通过WAMS在线获得的节点功率与电压相角振荡在起振时刻超前滞后关系来大致判断扰动源位置。进一步的例子中，前述步骤4，结合起振阶段各节点动能超前滞后关系与势能特性来准确定位扰动源，具体实现包括：低频振荡过程中伴随着能量的传播和交换。而能量的传播是以机电波的形式在电网中传播，则距离扰动源所在机组的电气距离越近的机组，其动能开始起振的时刻越超前；而离扰动源所在机组电气距离越远的机组，其动能开始起振时刻越滞后。通过计算可以获得机组动能的起振曲线，可以判别出哪台机组动能最先开始起振，那么距离扰动源电气距离也就越近。同理，可以做出关键节点动能的起振曲线，距离扰动源越近的节点，动能曲线的起振越快。然后结合各机组和关键节点势能的增减再更为精确地判断扰动源所在位置。在振荡过程中，机组与电网节点势能，扰动源所在机组的势能一部分补偿自身阻尼所耗散的能量，其余的转化为自身的势能，因此势能是不断增加的。而非扰动源所在机组，没有额外能量的注入，其势能不仅要转化为自身动能，还要补偿自身的阻尼耗散的能量，因此它们的势能是不断减少的。对于电网节点势能来说，位于扰动源所在区域节点势能是不断增加的，这是由于外施扰动产生的能量源源不断地注入系统中，且以势能的形式传播，因此它们势能不断增加；对于远离扰动源的区域节点，它们要不断补偿阻尼耗散，因此势能不断减少。与现有技术相比，本专利技术的显著优点在于：与常见的基于能量法的振荡甄别与扰动源技术相比，本技术着重研究了低频振荡在起振时刻振荡曲线的特点，着重对负阻尼振荡和强迫功率振荡的起振进行分析，并结合稳态阶段的特性，对两种振荡进行甄别。基于强迫功率的起振分析，能对扰动源进行定位分析，结合了节点动能起振时刻的超前滞后关系和传统的势能特性，让扰动源定位更精确。应当理解，前述构思以及在下面更加详细地描述的额外构思的所有组合只要在这样的构思不相互矛盾的情况下都可以被视为本公开的专利技术主题的一部分。另外，所要求保护的主题的所有组合都被视为本公开的专利技术主题的一部分。结合附图从下面的描述中可以更加全面地理解本专利技术教导的前述和其他方面、实施例和特征。本专利技术的其他附加方面例如示例性实施方式的特征和/或有益效果将在下面的描述中显见，或通过根据本专利技术教导的具体实施方式的实践中得知。附图说明附图不意在按比例绘制。在附图中，在各个图中示出的每个相同或近似相同的组成部分可以用相同的标号表示。为了清晰起见，在每个图中，并非每个组成部分均被标记。现在，将通过例子并参考附图来描述本专利技术的各个方面的实施例，其中：图1是说明根据本专利技术四机两区系统基于起振分析的振荡甄别和扰动源定位方法的流程示意图。图2是说明四机两区系统发生负阻尼振荡时各支路储存势能的示意图。图3是说明四机两区系统发生强迫功率振荡时各支路储存势能的示意图。图4是说明四机两区系统发生强迫功率振荡时机组电磁功率振荡曲线的示意图。图5是说明四机两区系统发生强迫功率振荡时机组电压相角振荡曲线的示意图。图6是说明四机两区系统发生强迫功率振荡时机组支路7个节点功率振荡曲线的示意图。图7是说明四机两区系统发生强迫功率振荡时支路7个节点电压相角振荡曲线的示意图。图8是说明四机两区系统发生强迫功率振荡时机组动能振荡曲线的示意图。图9是说明四机两区系统发生强迫功率振荡时机组势能振荡曲线的示意图。图10是说明四机两区系统发生强迫功率振荡时节点势能振荡曲线本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于起振分析的振荡甄别和扰动源定位方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤1、通过广域测量系统获取电力系统关键节点的有关功率、电压相角的实时运行数据；步骤2、通过计算支路势能存储功率的相对大小来判断振荡中心并对对系统进行分区，再根据振荡频率与电压相角的幅值比和相位在起振阶段与稳态阶段的的差异性，来甄别别负阻尼振荡与强迫功率振荡；步骤3、基于在线获得的节点功率与电压相角在起振时刻超前滞后关系来判断扰动源位置；步骤4、结合起振阶段各节点动能超前滞后关系与势能特性来准确定位扰动源。

【技术特征摘要】
1.一种基于起振分析的振荡甄别和扰动源定位方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤1、通过广域测量系统获取电力系统关键节点的有关功率、电压相角的实时运行数据；步骤2、通过计算支路势能存储功率的相对大小来判断振荡中心并对对系统进行分区，再根据振荡频率与电压相角的幅值比和相位在起振阶段与稳态阶段的的差异性，来甄别别负阻尼振荡与强迫功率振荡；步骤3、基于在线获得的节点功率与电压相角在起振时刻超前滞后关系来判断扰动源位置；步骤4、结合起振阶段各节点动能超前滞后关系与势能特性来准确定位扰动源。2.根据权利要求1所述的基于起振分析的振荡甄别和扰动源定位方法，其特征在于，所述的步骤(1)中，通过基于相量测量单元的广域测量系统，获得电力系动态实时运行数据，包括各个机组和关键节点的功率、电压幅值和相角。3.根据权利要求2所述的基于起振分析的振荡甄别和扰动源定位方法，其特征在于，所述的步骤(2)中，通过计算支路势能存储功率的相对大小来判断振荡中心，对系统进行分区，以电压相位为分析对象，在负阻尼振荡起振阶段与稳态阶段，机组电压相角振荡量的幅值比与相位差按右特征向量分布，强迫功率振荡情况下...

【专利技术属性】
技术研发人员：余一平，黄晓明，鞠平，楼伯良，金宇清，孙维真，黄弘扬，陆承宇，陈新琪，魏路平，卢嘉华，吴跨宇，赵一琰，邓晖，张静，华文，卢岑岑，熊鸿韬，沈赋，沈亚玲，刘世凯，孙卫娟，彭琰，陈峰，顾望，
申请(专利权)人：河海大学，国网浙江省电力公司电力科学研究院，
类型：发明
国别省市：江苏;32