基于宽频量测的电力系统宽频振荡在线监测方法与系统技术方案

本发明专利技术提供一种基于宽频量测的电力系统宽频振荡在线监测方法与系统，将观测节点的有功功率作为观测量；监测观测节点有功功率和电流的突变，并在发生突变时构造成时间序列；采用功率谱密度方法获得振荡的主要频谱分布；响应于引起系统动态响应的不同类型，执行设定的处理：根据功率谱能量分布，选取能量最大的频率，设定时间窗；基于确定的时间窗长度，构建出扩展阶的样本矩阵；采用基于奇异值分解方法来确定样本矩阵的有效秩；基于计算阶数求解模式信息。根据辨识的模态阻尼信息，判断振荡趋势，发布告警信息。基于本发明专利技术的宽频量测可实现低频振荡和次/超同步振荡同时在线监测，实现对电力系统宽频振荡准确判断，提高辨识可靠性。提高辨识可靠性。提高辨识可靠性。

【技术实现步骤摘要】
基于宽频量测的电力系统宽频振荡在线监测方法与系统


[0001]本专利技术涉及电力系统宽频振荡监测与识别领域，具体而言涉及一种基于宽频量测的电力系统宽频振荡在线监测方法与系统。

技术介绍

[0002]区域电网互联并逐步形成大规模互联电力系统是世界范围的总体趋势。由于我国地区能源分布和经济发展的不平衡，需要建设区域互联大电网，实现大水电、大煤电、大规模可再生能源的跨区域、远距离、大容量、低损耗、高效率输送。随着电网规模的扩大和输送功率的提高，可再生能源大规模集中并网，电网结构和运行方式变得越来越复杂，频繁发生周期性的低频功率振荡，严重威胁电网安全稳定运行。当前，低频振荡已成为限制互联电网区域间功率传输能力、影响系统安全稳定运行的突出问题。同时，随着可再生能源的开发和高压直流输电的大量应用，大规模的风电场和大量的电力电子器件等逐渐接入电网，由风电场及直流输电带来的次同步振荡(subsynchronous oscillation，SSO) 的问题日益凸显。
[0003]以往研究中电力系统低频振荡主要表现为同步运行的电力系统受到扰动后由于阻尼不足而引起发电机转子间的持续相对摇摆，在电气上表现为发电机功角、联络线功率和母线电压等的持续振荡，其振荡频率一般在0.1～2.5Hz之间。而次同步振荡主要为旋转电机轴系扭振、电网电感(L)
‑
电容(C)电气振荡以及电力电子变流器之间或与电网相互作用的机网耦合振荡，频率在5～50Hz内变化， 50Hz以上的超同步振荡也偶有发生。由于引发机理不同，振荡频率覆盖频段差异太大，传统上低频振荡和次/超同步振荡往往分别在不同层面上进行分析和监测。目前通过PMU量测的低频振荡在线监测相对比较成熟，而对电力系统电力电子化带来的次/超同步振荡缺乏有效的监测手段。随着宽频量测的提出和技术发展，即兼顾了传统PMU专注的工频基波信号，又实现了间谐波为代表的次/ 超同步振荡监测，为低频振荡和次/超同步振荡的宽频同步监测和分析提供了数据基础。在进行低频振荡和次/超同步振荡的宽频同步监测时，适用的模式辨识方法至关重要。现有的低频振荡在线监测方法还存在很大不足，不能满足电网实际宽频振荡在线监测的需要，例如Prony方法作为低频振荡辨识的常用方法，其准确度受选择的时间窗长度和模型阶数影响巨大，时间窗长度和定阶的阈值都需要人为选取，两个值的选取不当可能会导致识别结果不正确，难以同时应用于频率不在同一数量级的低频振荡和次/超同步振荡在线监测。因此，基于宽频量测数据对Prony算法进行改进，提出一种自适应确定时间窗长度和模型阶数适用于宽频振荡的在线监测方法至关重要。

技术实现思路

[0004]鉴于现有的低频振荡在线监测方法不适用于同时计及次/超同步振荡的宽频振荡在线监测，本专利技术的目的在于提供一种基于宽频量测的适用于电力系统低频振荡和次/超同步振荡同时辨识的宽频振荡在线监测方法，首先采用宽频测点有功功率突变判断是否发
生事件，构建有功功率时序数据序列，采用功率谱分析振荡能量分布频段，确定是发生的是低频振荡还是次/超同步振荡，基于功率谱确定对时间窗长度进行自适应选取，并基于奇异值分解设计了无需选取阈值的定阶方法，实现自适应准确定阶，提高Prony算法所获取振荡信息的可靠性，从而实现对主导振荡模态参数准确辨识，根据获得振荡的阻尼比大小评估宽频振荡安全性和振荡趋势，对于安全的振荡现象发送振荡事件信息和振荡模式信息，对于不安全的振荡现象按严重程度不同发生橙色和红色告警信息以及模式振荡信息。
[0005]为实现上述目的，本专利技术的第一方面提出一种基于宽频量测的电力系统宽频振荡在线监测方法，包括：
[0006]步骤1、基于宽频量测平台，选择监测点的有功功率作为实时的观测量，监测有功功率是否发生突变，并且响应于有功功率发生突变则构建时序数据序列；
[0007]步骤2、对时序数据序列进行功率谱分析，获得功率谱能量分布；
[0008]步骤3、根据功率谱能量分布，选取能量最大的频率，分为低频振荡频段和次/超同步振荡频段，并分别确定时间窗长度；
[0009]步骤4、基于确定的时间窗长度，构建出扩展阶的二阶矩样本矩阵；
[0010]步骤5、采用基于奇异值分解的无需阈值的方法来确定二阶矩样本矩阵的有效秩，即应用于Prony运算的计算阶数；
[0011]步骤6、基于前述步骤得到的计算阶数，进行Prony运算，获得模式信息包括：幅值、衰减因子、频率以及初相；
[0012]步骤7、对获得的振荡模式信息进行系统宽频振荡安全评估，根据识别的模式阻尼比信息判断系统振荡趋势：对于快速收敛的安全状态，发送振荡事件信息和振荡模式信息；对于逐渐发散的或持续等幅振荡的不安全状态，发送紧急告警信息和振荡模式信息。
[0013]优选地，前述步骤1中，采用下述条件作为有功功率是否发生突变判断的判据：
[0014][0015]式中，p为系统中的观测机组数；N为离散数据长度；C为设定的基准值；
[0016]其中，当有功功率满足前述条件时，判定没有发生明显的波动；当前述条件不满足时，判断监测点的有功功率发生突变。
[0017]优选地，前述步骤1中，采用下述方法构建时序数据序列：
[0018]设y(t)为相对功角在t时刻的值，构造作为振荡分析样本的时序数据序列 Y(t)：
[0019]Y(t)＝[y(t),y(t+1),
…
y(t+n
‑
1)]ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(2)
[0020]其中n为样本时间序列子序列Y(t)中包含的y(t)个数。
[0021]优选地，前述步骤3中，基于步骤1构建的时序数据序列的功率谱能量分布，进行功率谱分析，检查系统振荡响应类型的过程包括：
[0022]1)当最大功率谱能量密度集中于0.1～2.5Hz频段范围，则判定系统动态响应为低频振荡；
[0023]2)当最大功率谱能量密度集中于5～50Hz频段范围，则判定系统动态响应为次同步振荡；
[0024]3)当最大功率谱能量密度集中于50Hz以上频段范围，则判定系统动态响应为超同步振荡。
[0025]优选地，前述步骤4中，采用下述条件作为时间窗长度选取的判据：
[0026]T0＝3/f
max
[0027]式中，f
max
为功率谱中能量最大的频率；T0为时间窗长度。
[0028]优选地，前述步骤3中，通过计算样本函数来构建二阶矩样本矩阵，样本函数定义如下：
[0029][0030]式中，N为监测点的有功功率采样个数；y(n)为实际采样值。
[0031]优选地，前述步骤5中，还包括通过下述公式确定奇异值的比值：
[0032][0033]式中，σ
i
为第i个奇异值。
[0034]并且，在求出D
i
的平均值D
av
之后，将D
i
中大于D<本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于宽频量测的电力系统宽频振荡在线监测方法，其特征在于，包括：步骤1、基于宽频量测平台，选择监测点的有功功率作为实时的观测量，监测有功功率是否发生突变，并且响应于有功功率发生突变则构建时序数据序列；步骤2、对时序数据序列进行功率谱分析，获得功率谱能量分布；步骤3、根据功率谱能量分布，选取能量最大的频率，分为低频振荡频段和次/超同步振荡频段，并分别确定时间窗长度；步骤4、基于确定的时间窗长度，构建出扩展阶的二阶矩样本矩阵；步骤5、采用基于奇异值分解的无需阈值的方法来确定二阶矩样本矩阵的有效秩，即应用于Prony运算的计算阶数；步骤6、基于前述步骤得到的计算阶数，进行Prony运算，获得模式信息包括：幅值、衰减因子、频率以及初相；步骤7、对获得的振荡模式信息进行系统宽频振荡安全评估，根据识别的模式阻尼比信息判断系统振荡趋势：对于快速收敛的安全状态，发送振荡事件信息和振荡模式信息；对于逐渐发散的或持续等幅振荡的不安全状态，发送紧急告警信息和振荡模式信息。2.根据权利要求1所述的基于宽频量测的电力系统宽频振荡在线监测方法，其特征在于，前述步骤1中，采用下述条件作为有功功率是否发生突变判断的判据：式中，p为系统中的观测机组数；N为离散数据长度；C为设定的基准值；其中，当有功功率满足前述条件时，判定没有发生明显的波动；当前述条件不满足时，判断监测点的有功功率发生突变。3.根据权利要求1或2所述的基于宽频量测的电力系统宽频振荡在线监测方法，其特征在于，前述步骤1中，采用下述方法构建时序数据序列：设y(t)为相对功角在t时刻的值，构造作为振荡分析样本的时序数据序列Y(t)：Y(t)＝[y(t),y(t+1),
…
y(t+n
‑
1)]
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(2)其中n为样本时间序列子序列Y(t)中包含的y(t)个数。4.根据权利要求3所述的基于宽频量测的电力系统宽频振荡在线监测方法，其特征在于，前述步骤3中，基于步骤1构建的时序数据序列的功率谱能量分布，进行功率谱分析，检查系统振荡响应类型的过程包括：1)当最大功率谱能量密度集中于0.1～2.5Hz频段范围，则判定系统动态响应为低频振荡；2)当最大功率谱能量密度集中于5～50Hz频段范围，则判定系统动态响应为次同步振荡；3)当最大功率谱能量密度集中于50Hz以上频段范围，则判定系统动态响应为超同步振荡。5.根据权利要求3所述的基于宽频量测的电力系统宽频振荡在线监测方法，其特征在于，前述步骤4中，采用下述条件作为时间窗长度选取的判据：T0＝3/f

【专利技术属性】
技术研发人员：余一平，杨晨，樊陈，易文飞，窦仁晖，金标，舒石泷，张瑞莉，史灵钧，
申请(专利权)人：中国电力科学研究院有限公司国网江苏省电力有限公司电力科学研究院，
类型：发明
国别省市：