[發(fā)明專利]基于變點(diǎn)探測和Prony方法相結(jié)合的電力系統(tǒng)低頻振蕩在線監(jiān)測方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201510379000.1
• 申請日: 2015-07-01
• 公開（公告）號: CN104953583B
• 公開（公告）日: 2017-05-17
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 余一平;鞠平;張毅明;孫建華;陳軍;熊浩清;金宇清;孫冉;周冰;張慶文;李俊周;張浩;王成慶;劉曉波;劉詠飛;李洪宇;沈賦
• 申請（專利權(quán)）人: 河海大學(xué);國網(wǎng)河南省電力公司
• 主分類號: H02J3/00
• 分類號: H02J3/00;H02J13/00;G06F19/00
• 代理公司: 南京理工大學(xué)專利中心32203
• 代理人: 王培松,朱顯國

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及電力系統(tǒng)低頻振蕩監(jiān)測與分析領(lǐng)域，具體而言涉及一種基于變點(diǎn)探測與Prony算法相結(jié)合的電力系統(tǒng)低頻振蕩在線監(jiān)測方法。

背景技術(shù)

當(dāng)前，低頻振蕩已成為限制互聯(lián)電網(wǎng)區(qū)域間功率傳輸能力、影響系統(tǒng)安全穩(wěn)定運(yùn)行的突出問題。低頻振蕩主要表現(xiàn)為同步運(yùn)行的電力系統(tǒng)受到擾動(dòng)后由于阻尼不足而引起發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子間的持續(xù)相對搖擺，在電氣上表現(xiàn)為發(fā)電機(jī)功角、聯(lián)絡(luò)線功率和母線電壓等的持續(xù)振蕩，其振蕩頻率一般在0.1～2.5Hz之間。電力系統(tǒng)的低頻振蕩的及時(shí)發(fā)現(xiàn)，并采取有效措施快速平息振蕩，對電網(wǎng)的安全運(yùn)行至關(guān)重要。目前隨著WAMS系統(tǒng)的快速發(fā)展，互聯(lián)電網(wǎng)中大部分機(jī)組已經(jīng)安裝PMU動(dòng)態(tài)測量裝置，可以獲得機(jī)組功角的動(dòng)態(tài)信息，但是現(xiàn)有的低頻振蕩在線監(jiān)測方法還存在不足，不能滿足電網(wǎng)實(shí)際運(yùn)行的需要。

以往的低頻振蕩在線監(jiān)測往往通過離線分析確定WAMS中系統(tǒng)主導(dǎo)模式的主要觀測變量，一般以功角突變?yōu)閱?dòng)判據(jù)，以Prony方法等頻譜分析方法辨識系統(tǒng)振蕩頻率，給出告警信息。但是離線分析方法獲得的系統(tǒng)主導(dǎo)模式與實(shí)際系統(tǒng)的振蕩模式存在很大不同，很多時(shí)候一些實(shí)際電網(wǎng)存在的振蕩現(xiàn)象在離線分析結(jié)果中找不到或者沒有體現(xiàn)出來，，功角突變或頻率突變不是低頻振蕩的充分條件，也不能反映低頻振蕩的阻尼強(qiáng)弱。而Prony方法適用于平穩(wěn)信號分析，受白噪聲影響大，在白噪聲含量較高時(shí)分析得到的結(jié)果誤差很大，并且在線分析時(shí)均采用固定窗口、固定采樣率和固定移動(dòng)步長的頻譜分析方法，存在計(jì)算量大而且準(zhǔn)確性不高的問題。由于起振階段的功率波動(dòng)多為非平穩(wěn)信號，Prony方法的應(yīng)用受到了很大限制，只有當(dāng)振蕩進(jìn)入平穩(wěn)階段后再進(jìn)行Prony分析，得到的系統(tǒng)振蕩模式信息才比較準(zhǔn)確，因此如何判斷系統(tǒng)振蕩進(jìn)入平穩(wěn)階段，選擇Prony方法時(shí)間窗的起始點(diǎn)至關(guān)重要。

發(fā)明內(nèi)容

鑒于現(xiàn)有的低頻振蕩在線監(jiān)測中直接采用Prony等頻譜分析方法導(dǎo)致結(jié)果不準(zhǔn)確，而且計(jì)算量大的缺陷，本發(fā)明的目的在于提供一種基于變點(diǎn)探測和Prony方法相結(jié)合的電力系統(tǒng)低頻振蕩在線監(jiān)測方法，首先采用變點(diǎn)探測有效區(qū)分暫態(tài)穩(wěn)定和弱阻尼低頻振蕩問題，待進(jìn)入平穩(wěn)振蕩后采用Prony方法得到更為可靠的模態(tài)信息，防止監(jiān)測系統(tǒng)給出不可靠的系統(tǒng)模態(tài)參數(shù)信息。

本發(fā)明的上述目的通過獨(dú)立權(quán)利要求的技術(shù)特征實(shí)現(xiàn)，從屬權(quán)利要求以另選或有利的方式發(fā)展獨(dú)立權(quán)利要求的技術(shù)特征。

為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的第一方面提出一種基于變點(diǎn)探測和Prony方法相結(jié)合的電力系統(tǒng)低頻振蕩在線監(jiān)測方法，包括：

步驟1、基于WAMS系統(tǒng)，根據(jù)選擇的參考機(jī)組，將系統(tǒng)中所有觀測機(jī)組的功角數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成基于參考機(jī)組的相對功角值；

步驟2、監(jiān)測觀測機(jī)組的相對功角的突變；

步驟3、響應(yīng)于觀測機(jī)組的相對功角發(fā)生突變，將相對功角值的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)構(gòu)造成時(shí)間序列；

步驟4、基于前述構(gòu)造的時(shí)間序列，進(jìn)行變點(diǎn)探測，檢查引起系統(tǒng)動(dòng)態(tài)響應(yīng)的類型；以及

步驟5、響應(yīng)于引起系統(tǒng)動(dòng)態(tài)響應(yīng)的不同類型，執(zhí)行設(shè)定的處理：基于Prony算法的系統(tǒng)模態(tài)分析，或者返回前述步驟繼續(xù)監(jiān)測觀測機(jī)組的相對功角的突變以及基于變點(diǎn)探測結(jié)果的處理。

本發(fā)明以上方案提出的變點(diǎn)探測和Prony方法的低頻振蕩在線監(jiān)測方法，在進(jìn)行Prony頻譜分析之前先進(jìn)行變點(diǎn)探測的預(yù)處理，確定振蕩的平穩(wěn)階段。電網(wǎng)中經(jīng)常存在隨機(jī)的小擾動(dòng)激發(fā)的功率振蕩，對于持續(xù)的振蕩需要在線進(jìn)行分析給出告警信息，而對于受擾動(dòng)態(tài)快速衰減或暫態(tài)失穩(wěn)情況，可以進(jìn)行存儲統(tǒng)計(jì)。

由以上本發(fā)明的技術(shù)方案可知，與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的顯著優(yōu)點(diǎn)在于：

1、克服了離線分析模態(tài)與電網(wǎng)實(shí)際振蕩不匹配的問題，改善了現(xiàn)有基于功角突變或頻率突變判據(jù)低頻振蕩在線監(jiān)測系統(tǒng)的不足，實(shí)現(xiàn)了對系統(tǒng)狀態(tài)的判斷，僅當(dāng)系統(tǒng)阻尼較弱，進(jìn)入平穩(wěn)信號時(shí)，對其進(jìn)行在線Prony分析，以提高所獲得系統(tǒng)模態(tài)信息的可靠；

2、以變點(diǎn)探測極值點(diǎn)對應(yīng)的時(shí)刻作為Prony方法時(shí)間窗的起點(diǎn)，能夠避免因起振初期信號的非平穩(wěn)所帶來的影響，提高Prony方法所獲取系統(tǒng)模態(tài)信息的精度。

應(yīng)當(dāng)理解，前述構(gòu)思以及在下面更加詳細(xì)地描述的額外構(gòu)思的所有組合只要在這樣的構(gòu)思不相互矛盾的情況下都可以被視為本公開的發(fā)明主題的一部分。另外，所要求保護(hù)的主題的所有組合都被視為本公開的發(fā)明主題的一部分。

結(jié)合附圖從下面的描述中可以更加全面地理解本發(fā)明教導(dǎo)的前述和其他方面、實(shí)施例和特征。本發(fā)明的其他附加方面例如示例性實(shí)施方式的特征和/或有益效果將在下面的描述中顯見，或通過根據(jù)本發(fā)明教導(dǎo)的具體實(shí)施方式的實(shí)踐中得知。