一种次同步振荡的实时监测预警方法技术

本发明专利技术是为了提供一种区域电网中对次同步振荡的实时监测预警方法，通过对区域电网中多个测点实时测量和并行计算，对电网中的设备同时进行次同步振荡的集中监视，并根据次同步振荡模态变化趋势和严重程度提供风险预警。

【技术实现步骤摘要】
一种次同步振荡的实时监测预警方法
本专利技术涉及电力系统自动化领域，具体涉及电网次同步振荡的实时监测预警方法和系统。
技术介绍
近年来，随着“西电东送”“北电南送”的需要，大批带串补大容量、长距离输电线路投入运行，线路上的串补电容和线路本身电感组成了串联电气振荡回路，当电气回路谐振频率和发电机轴系自然频率耦合时，会引起次同步谐振，对发电机大轴的安全带来危害。随着特高压电网再和可生能源发电技术的快速发展，风电、光伏等新能源大量并网，远距离跨区直流输电规模持续增长，电网电力电子化特征凸显，电网特性发生深刻变化。各种电力电子设备或装置，如柔性直流输电换流器、静止同步补偿器(STATCOM）得到了广泛的应用。然而，一旦这些新型电力设备接入电网运行，在特定的控制模式或运行方式下，易形成持续次同步谐波注入系统，激发近区机组轴系扭振，造成火电机组跳闸、直流闭锁等连锁反应，危及电网的安全稳定运行和影响供电质量。在电网中各种次同步风险抑制措施投产或调试时，也需要有专门的监测设备对电网中的次同步振荡状态进行实时监测，了解次同步风险抑制措施的效果以及电网中设备在次同步振荡下的状态和响应。电厂中传统的发电机轴系扭振保护和发电机异步自励磁保护，属于不同的保护类型，其监测和控制范围只针对单台发电机，无法对整个区域系统形成实时集中监测；同步相量测量单元（PhaseMeasureUnit，PMU）主要用于监测45~55Hz范围内的工频信号变化，无法对次同步振荡信号进行实时精确测量。电能质量装置主要应用于中低压的配电网监测高次谐波，应用于高压输电网的设备较少，无法满足实时测量和分析次同步振荡的需求。现有技术中次同步振荡的预警和监测通过保护设备或PMU实现。保护设备安装在电厂中，监视发电机转速或电压、电流，当发生次同步振荡时，根据预设阈值，启动报警或动作与跳闸，保护设备单独监视独立的机组，对于次同步振荡的分析需要操作人员事后召唤录波文件离线分析。PMU通过对电网的功率进行监测，一旦发现功率波动达到限值，则启动次同步振荡告警传输给广域监测系统(WideAreaMeasurementSystem,WAMS),WAMS再召唤相关的录波文件进行分析。现有监测技术中的次同步振荡分析都是离线方式，即WAMS或者同类装置发出异常告警，由WAMS进行告警确认及振荡分析，然后再进行控制操作，整个流程耗时较长，无法快速检测次同步振荡的频率和幅值。与此同时，也有通过在PMU增加频谱分析功能测量次同步振荡信号的频率和幅值，但该方法进行次同步振荡信号的计算会对基波电压的相角产生影响，影响工频相量的测量精度，且测量计算的时间较长，实时性较差。
技术实现思路
本专利技术所解决的技术问题即在提供一种次同步振荡的实时监测预警方法和系统，对区域电网中多个测点同时进行次同步振荡集中监视，并根据次同步振荡模态变化趋势和严重程度提供风险预警。本专利技术是采用的技术手段如下。一种次同步振荡的实时监测预警方法，包含如下步骤：步骤1：对目标区域电网中多个待监测点进行多路信号异步采样，每路数据包含待监测点的电流、电压和转速采样信号；步骤2：对步骤1中取得的每路数据进行预处理，包含：转换为真实的物理量采样值和/或统一到同一个采样率和/或对每路数据时标对齐；步骤3：对每一通道数据生成对应的时移数据窗口，对所有时移数据窗口进行高速并行FFT计算，每秒计算10次以上；步骤4：对FFT计算结果进行插值校正，提取每个通道中的频率分量的幅值和频率；步骤5：缓存每次FFT的原始数据、计算结果、通道频率分量提取结果，至少保留30分钟；步骤6：最近30秒~2分钟内利用FFT计算的通道频率分量幅值变化曲线，计算曲线指数变化率，此变换率作为次同步振荡发展的长期趋势变化率；步骤7：当瞬时FFT计算某通道得到的频率分量幅值超过可能危害系统中设备的危害值时，利用带通滤波提取该通道原始信号中的频率分量；步骤8：利用希尔伯特变换计算该频率分量的包络线；步骤9：计算5~15秒内包络线的指数变化率，此变化率作为次同步振荡短期发展趋势变化率；步骤10：结合步骤6和步骤9中计算的指数变化率，判断次同步振荡的严重程度和发展趋势并提供预警。步骤10中的判断依据和流程如下：A.如果瞬时监测值超过了危害值的1/2时,A.1如果次同步振荡长期发展趋势变化率是上升的，A.1.1如果此时短期发展趋势变化率也是上升的，应判断此时系统次同步振荡已经极度危险，应发出报警信号，提醒操作人员尽快采取措施;A.1.2如果此时短期发展趋势变化率是下降的，判断此时系统处于危险状态但可能不会危及系统中设备，应发出警报提醒操作人员注意后续发展;A.2如果次同步振荡长期发展趋势变化率是下降的，A.2.1如果此时短期发展趋势变化率是下降的，此时表明次同步振荡处于衰减过程中，仅需要提醒操作人员注意后续发展;A.2.2如果此时短期发展趋势变化率是上升的，此时表明次同步振荡处于振荡过程中，需要提醒操作人员密切注意后续发展;B.如果瞬时监测值超过了危害值的1/3且不超过了危害值的1/2时，B.1如果次同步振荡长期发展趋势变化率是上升的，说明次同步振荡是趋于增强的，需要提醒操作人员密切注意后续发展;B.2如果次同步振荡长期发展趋势变化率是下降的，说明次同步振荡是趋于减弱的，可以不提示报警;C.如果瞬时监测值小于危害值的1/3时，不提供报警。本专利技术所产生的有益效果如下：本专利技术采用快速傅里叶变换(FFT)和希尔伯特(Hilbert)变换相结合提取次同步振荡的特征，采用FFT对振荡分量的变化趋势进行中长期预测，采用Hilbert变换对振荡分量的变化趋势进行短期预测。既保证了分析的精度，又克服了FFT对于非平稳信号分析的局限性。本方法采用硬件加速并行算法对数据进行集中计算，既保留了原始信号的特征，又保证了监测系统的实时性。附图说明如图1所示，为本专利技术的系统实施例示意图。如图2所示，为本专利技术的工作流程图。具体实施方式本专利技术一种次同步振荡的实时监测预警方法，包含如下步骤：步骤1：对目标区域电网中多个待监测点进行多路信号异步采样，每路数据包含待监测点的电流、电压和转速采样信号；步骤2：对步骤1中取得的每路数据进行预处理，包含：转换为真实的物理量采样值和/或统一到同一个采样率和/或对每路数据时标对齐；步骤3：对每一通道数据生成对应的时移数据窗口，对所有时移数据窗口进行高速并行FFT计算，每秒计算10次以上；步骤4：对FFT计算结果进行插值校正，提取每个通道中的频率分量的幅值和频率；步骤5：缓存每次FFT的原始数据、计算结果、通道频率分量提取结果，至少保留30分钟；步骤6：最近30秒~2分钟内利用FFT计算的通道频率分量幅值变化曲线，计算曲线指数变化率，此变换率作为次同步振荡发展的长期趋势变化本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种次同步振荡的实时监测预警方法，其特征在于，包含如下步骤：/n步骤1：对目标区域电网中多个待监测点进行多路信号异步采样，每路数据包含待监测点的电流、电压和转速采样信号；/n步骤2：对步骤1中取得的每路数据进行预处理，包含：转换为真实的物理量采样值和/或统一到同一个采样率和/或对每路数据时标对齐；/n步骤3：对每一通道数据生成对应的时移数据窗口，对所有时移数据窗口进行高速并行FFT计算，每秒计算10次以上；/n步骤4：对FFT计算结果进行插值校正，提取每个通道中的频率分量的幅值和频率；/n步骤5：缓存每次FFT的原始数据、计算结果、通道频率分量提取结果，至少保留30分钟；/n步骤6：最近30秒~2分钟内利用FFT计算的通道频率分量幅值变化曲线，计算曲线指数变化率，此变换率作为次同步振荡发展的长期趋势变化率；/n步骤7：当瞬时FFT计算某通道得到的频率分量幅值超过可能危害系统中设备的危害值时，利用带通滤波提取该通道原始信号中的频率分量；/n步骤8：利用希尔伯特变换计算该频率分量的包络线；/n步骤9：计算5~15秒内包络线的指数变化率，此变化率作为次同步振荡短期发展趋势变化率；/n步骤10：结合步骤6和步骤9中计算的指数变化率，判断次同步振荡的严重程度和发展趋势并提供预警。/n...

【技术特征摘要】
1.一种次同步振荡的实时监测预警方法，其特征在于，包含如下步骤：
步骤1：对目标区域电网中多个待监测点进行多路信号异步采样，每路数据包含待监测点的电流、电压和转速采样信号；
步骤2：对步骤1中取得的每路数据进行预处理，包含：转换为真实的物理量采样值和/或统一到同一个采样率和/或对每路数据时标对齐；
步骤3：对每一通道数据生成对应的时移数据窗口，对所有时移数据窗口进行高速并行FFT计算，每秒计算10次以上；
步骤4：对FFT计算结果进行插值校正，提取每个通道中的频率分量的幅值和频率；
步骤5：缓存每次FFT的原始数据、计算结果、通道频率分量提取结果，至少保留30分钟；
步骤6：最近30秒~2分钟内利用FFT计算的通道频率分量幅值变化曲线，计算曲线指数变化率，此变换率作为次同步振荡发展的长期趋势变化率；
步骤7：当瞬时FFT计算某通道得到的频率分量幅值超过可能危害系统中设备的危害值时，利用带通滤波提取该通道原始信号中的频率分量；
步骤8：利用希尔伯特变换计算该频率分量的包络线；
步骤9：计算5~15秒内包络线的指数变化率，此变化率作为次同步振荡短期发展趋势变化率；
步骤10：结合步骤6和步骤9中计算的指数变化率，判断次同步振荡的严重程度和发展趋势并提供预警。

【专利技术属性】
技术研发人员：徐珂，王绍德，黄晓峰，王庆学，朱芸，康海燕，任树东，布林，邹建红，牛朋飞，周军焰，李盛，程浩，
申请(专利权)人：中国电力工程顾问集团华北电力设计院有限公司，内蒙古大唐国际托克托发电有限责任公司，
类型：发明
国别省市：北京;11