一种大型互联电网扰动信息辨识新方法技术

本发明专利技术涉及一种大型互联电网扰动信息辨识新方法。其步骤为：１）确定观测空间，该观测空间由安装在５００ｋＶ变电站的ＰＭＵ测量装置构成；２）将电网按地区行政管辖区域进行地理分区，仿真计算各区内发生大扰动时，各观测点对应的频率偏移传播速度，建立系统动态频率响应特征数据库；３）针对采集或仿真得到的系统故障后广域频率信息，检测各观测点处频率偏移首次达到给定门槛值的时间；４）进行分区逐一辨识：读取本区域对应的频率偏移传播速度向量，带入ｓ．ｔ．?ｆ（ｘ，ｙ）＞０????（５）ｔｍｉｎ＜ｔ＜ｔｍａｘ然后采用ＳＱＰ优化方法求解对扰动位置和扰动发生时间进行辨识；逐一处理所有分区；５）综合分析辨识结果，取目标函数最小者对应的扰动位置、时间信息为最终辨识结果。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及。
技术介绍
目前广域测量系统(WAMS)的快速发展为大电网在线监测、安全稳定分析和控制 提供了技术支撑。多区域互联同步电网信息量众多且分布广域。如何从海量数据中快速、 准确地挖掘用于系统决策的信息，构建高度信息化、自动化和智能化的系统分析、保护、控 制和指挥调度平台，是一重大的理论和技术挑战，也是智能调度所需解决的一个关键问题。广域测量数据包含大量系统动态行为信息；利用广域信息进行在线扰动监视和辨 识具有重要应用价值。目前已有利用就地测量信息进行事故监视和分类的技术；由于没有 利用广域信息，离测量点远的故障很难被有效捕捉和辨识。还有通过离线分析FNET (Power SystemFrequency Monitoring System)所记录的美国西部和东部互联系统的同步数据来 检测有无大扰动发生。还有从理论上分析了电网中常见简单扰动(短路、切机、切负荷)的 特征，然后讨论了基于广域测量系统的扰动检测和扰动类型识别方法；该方法可以有效识 别典型故障，但没有探讨相继动作故障的识别和故障位置估计等问题。还有基于广域频率 实时测量系统，在线检测大扰动并估计扰动发生的地理位置；由于缺乏互联大电网频率偏 移传播特性量化信息，该方法只能假设频率偏移在各个方向传播速度相同，易导致较大估 计误差。有人提出了一种动态频率响应时空分布特征量化分析方法，以揭示大电网频率动 态复杂特性，并为广域动态频率信息的综合利用奠定了基础。大扰动发生后，故障录波装置可以记录故障点附近的暂态信息，故障测距装置可 以对短路点进行较精确的估计。受存储容量、采样速率和通讯速度的限制，故障录波启动判 据一般针对严重故障整定，且记录数据较孤立，适合于局部的、单独故障的事故分析；相关 故障信息及辨识结果一般就地处理和显示，或上传至特定的运行调度部门，并不能充分共享。随着广域测量系统的建立和完善，迫切需要建立系统级的知识获取和发现系统， 为运行调度提供辅助决策。可基于广域频率信息对扰动位置及扰动发生时间进行辨识，但 此前研究结果均未考虑频率偏移传播的各向异性。图1为监测系统的观测点与扰动点布局示意图，圆圈表示观测点，Xi、Yi (i = 1， 2，…，η)分别为观测点的地理平面坐标信息；方块表示扰动点，χ、y分别为扰动点的地理 平面坐标信息。对于上述系统，现有技术中假设频率偏移传播速度沿各个方向相同，设为v，可 得 式中，tri(i = 1,2,…，η)为各观测点处频率偏移首次达到给定门槛值的时间；t 为扰动发生时间。上式中未知变量为4个，而观测点个数η—般会大于4，所以式(2)通常 为非线性超定方程组，可基于最小二乘法求得估计解，即满足下式的解 忽略频率偏移传播速度的各向异性会对影响估计结果精度。考虑传播速度各向差 异，式⑵转变为 此时，每个观测点都引入一个未知的速度变量vi，对于具有η个观测点的系统而 言，共有η+3个未知量，故式(4)为欠定方程组，有无穷多解。因此，理论上在频率偏移传播 特性未知、而又需要考虑其影响时，扰动的位置、时间信息估计无法通过单次计算实现。
技术实现思路
本专利技术的目的就是为了解决上述问题，提供一种可有效地提高辨识精度的大型互 联电网扰动信息辨识新方法。为实现上述目的，本专利技术采用如下技术方案，它的步骤为1)确定观测空间，该观测空间由系统安装在500kY变电站的同步向量测量(PMU) 装置构成；2)将电网按地区行政管辖区域进行地理分区，仿真计算各区内发生负荷突增 (2000MW)大扰动时，各观测点对应的频率偏移传播速度，建立系统动态频率响应特征数据 库；3)针对采集或仿真得到的系统故障后广域频率信息，检测各观测点处频率偏移首 次达到给定门槛值的时间；4)进行分区逐一辨识读取本区域对应的频率偏移传播速度向量，带入 s. t. f (χ, y) > 0 (5)tmin < t < tmax式中，第一个约束条件为分区地理信息约束，也即将辨识结果限制在给定分 区内；第二个约束条件为扰动发生时刻约束。然后采用SQP(Sequential quadratic programming)优化方法求解对扰动位置和扰动发生时间进行辨识；并行计算，逐一处理所 有分区；5)综合分析辨识结果，取目标函数最小者对应的扰动位置、时间信息为最终辨识结果。所述步骤3)中，定门槛值采用自适应门槛值选择方法首选0.03Hz为门槛值，并 以其为响应时间计算基准；对于首摆频率偏移不超过0. 03Hz者，设置各观测点处首摆最大频率偏差的最小值Fth为频率偏移门槛值，基于此计算扰动响应延时At' id;鉴于大扰动后短时间内频率变化基本呈线性，按式(6) A 0.03 Α ■ 将Δ t' id归算到以0. 03Hz为基准的Δ tid，并计算频率偏移传播速度。本专利技术中基于观测空间的频率偏移传播速度及其计算，分析了扰动信息辨识数学 模型的特点，提出了一种考虑频率偏移传播时空特性的分区扰动辨识方法，并对所述方法 进行了并行编程实现；以华北电网为例，详细计算了华北电网分区频率偏移传播特性，并通 过多个算例验证了所述方法。现有技术中已经给出了频率偏移传播速度的计算方法大扰动会造成各机组有功 出力突变，频率将会经历短时间的单调变化过程，继而是振幅不等的振荡过程。在电网中不 同电气点观测到的频率动态过程不尽相同，多个观测点的频率动态过程构成一个多维的、 包含时间和空间信息以及系统稳定属性的集合。在大扰动发生后的短时间内，原动机还没 有充分发挥调节作用，机间振荡往往还没有发生，通常存在频率基本成线性变化的时段；不 同观测点处，该时段内频率变化率并不完全相同。对于给定的频率偏移量，不同观测点处频 率偏移首次达到该值时刻(响应时刻)也不相同，从故障发生到观测到频率偏移达到该值 的时间差称为该观测点对扰动的响应延时。将观测点与扰动点的地理距离与该观测点的扰 动响应延时之比，定义为扰动对该观测点的频率偏移传播速度，计算公式如下 式中Li为观测点与扰动点间的地理距离(km)，Δ tid为观测点i对扰动的响应延 时(s)，Vi为观测点i对该扰动点的频率偏移传播速度(km/s)。受电网电气分布不均勻、机组参数差异影响，对于固定点的扰动，各观测点处的频 率偏移传播速度并不完全相同；同样，对于固定的观测空间，扰动发生在不同位置，同一观 测点处观测到的频率偏移传播速度也不相同。考虑频率偏移传播的各向异性，可以提高基 于广域动态频率的扰动信息辨识精度。将目标电网进行分区，以获知各区域扰动对应的频率动态特征。分区数少，形成频 率动态特征数据库时计算量小，但较大区域内采用相同的频率动态响应特征，误差较大；分 区过多，计算量大，对系统数据的详细程度要求高，但系统动态行为的掌握将更加准确。根 据中国行政区域和电网结构现状，按地区分区比较合理，一方面因为地区覆盖面积适中，另 外电网管理中地区也为一级管理机构，地区间的电网边界较明显。在此将华北电网按地区进行分区，并对电网数据进行了匹配，对区域内存在能获 知地理位置信息的220kV及以上电压等级母线，为有效区域，共得到30个有效区域。没有 220kV以上电压等级的区域与邻近区域进行合并为一个区域。各有效区域内的扰动点分布 如图2所本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种大型互联电网扰动信息辨识新方法，其特征是，它的步骤为：１）确定观测空间；２）将电网按地区行政管辖区域进行地理分区，仿真计算各区内发生负荷突增２０００ＭＷ大扰动时，各观测点对应的频率偏移传播速度，建立系统动态频率响应特征数据库；３）针对采集或仿真得到的系统故障后广域频率信息，检测各观测点处频率偏移首次达到给定门槛值的时间；４）进行分区逐一辨识：读取本区域对应的频率偏移传播速度向量，带入ｍｉｎ＊（（ｘ↓［ｉ］－ｘ）↑［２］＋（ｙ↓［ｉ］－ｙ）↑［２］－ｖ↓［ｉ］↑［２］（ｔ↓［ｒｉ］－ｔ）↑［２］）↑［２］ｓ．ｔ．ｆ（ｘ，ｙ）＞０（５）ｔ↓［ｍｉｎ］＜ｔ＜ｔ↓［ｍａｘ］式中，ｘ↓［ｉ］、ｙ↓［ｉ］（ｉ＝１，２，…，ｎ）分别为观测点的地理平面坐标信息；ｘ、ｙ分别为扰动点的地理平面坐标信息，ｖ↓［ｉ］为观测点ｉ处对应的频率偏移传播速度，ｔ为扰动发生时刻，ｔ↓［ｒｉ］（ｉ＝１，２，…，ｎ）为各观测点处频率偏移首次达到给定门槛值的时间，ｔ↓［ｍｉｎ］和ｔ↓［ｍａｘ］分别为扰动时刻的上限和下限；ｆ（ｘ，ｙ）＞０表示限制估计位置在一定分区的约束条件，也即将辨识结果限制在给定分区内；然后采用ＳＱＰ优化方法求解对扰动位置和扰动发生时间进行辨识；并行计算，逐一处理所有分区；５）综合分析辨识结果，取目标函数最小者对应的扰动位置、时间信息为最终辨识结果。...

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：张恒旭，刘玉田，
申请(专利权)人：山东大学，
类型：发明
国别省市：88