專利名稱：次同步諧振檢測的方法
次同步諧振檢測的方法本發(fā)明的主題是在具有串聯(lián)電容器的電力系統(tǒng)中的次同步諧振檢測的方法。一般來說，次同步諧振現(xiàn)象SSR(次同步諧振)發(fā)生在電力系統(tǒng)中，作為渦輪發(fā)電機與長距離串聯(lián)補償傳送線路的交互結(jié)果。存在電力系統(tǒng)的條件，其中，電力網(wǎng)絡(luò)在小于傳送線路的標(biāo)稱頻率(50或60 Hz)的頻率處與發(fā)電機的機械系統(tǒng)交換能量。次同步諧振的處理分為三類感應(yīng)發(fā)電機作用、扭轉(zhuǎn)交互和轉(zhuǎn)矩放大。前兩種類型由穩(wěn)定的狀態(tài)干擾所導(dǎo)致，而第三種由瞬間干擾所激發(fā)。串聯(lián)電容器通過補償傳送線路電感來提高電力系統(tǒng)的能力，因此增加了線路的容 量，并且由此改進(jìn)了穩(wěn)定的狀態(tài)和瞬間的穩(wěn)定性限制。然而，串聯(lián)電容器的使用增加了次同步諧振現(xiàn)象發(fā)生的風(fēng)險。通常地，次同步諧振的頻率具有在傳送線路標(biāo)稱頻率的15 % - 90%范圍中的值。檢測次同步諧振SSR的已知方法是基于過濾技術(shù)或者發(fā)電機軸振動的分析。另一個方法從美國專利4. 607. 217中是已知的。在AC電力供應(yīng)系統(tǒng)中，通過確定相繼波形半周期長度的變化來檢測次同步諧振，其中，該相繼波形半周期長度對于識別次同步諧振是基礎(chǔ)。已測量的參數(shù)變化是波時段，并且，正半周期時段和負(fù)半周期時段的差異與在正半周期時段和負(fù)半周期時段的總和的比率的變化與次同步諧振的檢測相關(guān)。本發(fā)明是基于當(dāng)前線路中的次同步頻率創(chuàng)建較長半周期和較短半周期的觀察。接連地測量半周期時段之間的差異以用于提供檢測次同步諧振存在的方法。該方法的缺點在于次同步諧振現(xiàn)象的出現(xiàn)和它的檢測之間存在時間延遲。該時間延遲對于SSR頻率檢測可能太長，其可能導(dǎo)致對軸的損害或者對傳送線路保護繼電器的誤操作。該缺點由本發(fā)明的方法所克服，該本發(fā)明的方法允許SSR與已知的技術(shù)相比檢測和識別得更快，并且要求使用比在已知的解決方案中小的輸入數(shù)據(jù)樣本量。在具有串聯(lián)電容器的電力系統(tǒng)中的次同步諧振檢測的本發(fā)明的方法的本質(zhì)-其中，在線測量電壓信號以及通過使用發(fā)現(xiàn)已測電壓的離散信號的零交叉點的方法，在計算機裝置中計算電壓的離散信號的波形的正半周期和負(fù)半周期，常量參數(shù)被用戶所傳遞至所述計算機裝置-在于它包括以下動作
通過在具有信號長度IY的時間間隔將電壓的離散處理信號Ux的波形的負(fù)半周期的最小值加到電壓的離散處理信號Ux的波形的正半周期的最大值，創(chuàng)建電壓的解調(diào)信號uDem，其中，IY是常量參數(shù)，由用戶提供，
計算電壓的解調(diào)信號Ullem的均方根值RMS，并且將它與由用戶作為均方根值水平RMS^所提供的另一個常量參數(shù)的值進(jìn)行比較，并且當(dāng)(RMS)的值小于RMS^的值時，它指示不存在次同步諧振，而當(dāng)RMS的值大于RMS^的值時，次同步諧振的存在由次同步諧振的電壓振幅Af^s和/或次同步諧振的頻率
fpss的確定來識別。優(yōu)選地，在發(fā)現(xiàn)零交叉期間，建立波形的正半周期和負(fù)半周期的兩個滯后以用于分別對于零交叉之間的離散處理信號Uz的正Upoz和負(fù)UNeg部分確定連續(xù)時間間隔Tpral，TNegl , ... Tpozn, TNegN的序列，從而創(chuàng)建離散處理信號Uz的較高包絡(luò)Eup和較低包絡(luò)E1ot。優(yōu)選地，波形的正半周期和負(fù)半周期的滯后的絕對值與均方根值水平RMS^相等。優(yōu)選地，電壓信號長度IY的時間值在最小值為o. 2s的時域中。一種計算機程序，其用于檢測具有串聯(lián)電容器的電力系統(tǒng)中的次同步諧振，該計算機程序可加載在計算機裝置(8)的數(shù)據(jù)處理單元中或者可在計算機裝置(8)的數(shù)據(jù)處 理單元上運行，以及該計算機程序當(dāng)被計算機的數(shù)據(jù)處理單元運行時可執(zhí)行根據(jù)權(quán)利要求1-4所述的方法?；诟綀D
中所呈現(xiàn)的實施例來解釋根據(jù)本發(fā)明所述的方法，其中
圖I-示意性顯示了具有串聯(lián)電容器且具有發(fā)電機的電力系統(tǒng)，圖2-顯示了在解調(diào)前具有次同步諧振頻率的電力系統(tǒng)電壓的波形，圖3-顯示了離散處理信號的波形，圖4-顯示了具有次同步諧振頻率的已解調(diào)信號的波形，圖5-顯示了當(dāng)根據(jù)本發(fā)明來檢測次同步諧振時所執(zhí)行的操作的流程圖。在圖I中呈現(xiàn)用于本發(fā)明方法的實現(xiàn)的電力系統(tǒng)。該電力系統(tǒng)包括渦輪發(fā)電機I以及連接到渦輪發(fā)電機的三相AC傳送線路，渦輪發(fā)電機I形成系統(tǒng)的機械部分，三相AC傳送線路與HV變換器2、線路的阻抗3、串聯(lián)電容器4、以及電力系統(tǒng)的最終消耗裝置5 —起形成電力系統(tǒng)的電氣部分。對于三相傳送線路的每一相，在變換器2和串聯(lián)電容器4之間，電容器電壓變換器CVT 6被連接以用于測量線路U1、U2、U3的電壓。每一個CVT變換器6通過通信鏈路7與用于檢測和識別電力系統(tǒng)的電氣部分中的次同步諧振現(xiàn)象8的裝置連接。裝置8是具有用于實現(xiàn)檢測SSR的方法的處理器單元的計算機，并且它可以是保護繼電器的一部分，或者它可以是分開安裝到系統(tǒng)的計算機裝置。裝置8包括用于將已測量的模擬信號轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號的模擬-數(shù)字轉(zhuǎn)換器9，用于檢測傳輸線路中的SSR的次同步諧振-檢測單元10，用于計算和收集在操作期間處理的數(shù)據(jù)的計算單元11和存儲單元12，以及用于可視化SSR檢測的結(jié)果的外部外圍裝置13。用于將已測量的模擬信號轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號的模擬-數(shù)字轉(zhuǎn)換器9可以安裝在CVT變換器6中而不是裝置8中，這沒有在附圖中顯示出來。根據(jù)本發(fā)明的方法在以下步驟中來實現(xiàn)，如圖5中所描述。步驟SI
從已測量的在線信號U確定離散信號Udo傳送線路的電壓信號Ul、U2、U3由CVT變換器6來測量，并且在模擬-數(shù)字轉(zhuǎn)換器9中被轉(zhuǎn)換成離散信號UD。該離散信號Ud包括i個連續(xù)樣本的電壓值％。對于轉(zhuǎn)換過程，一些常量參數(shù)被提供到模擬-數(shù)字轉(zhuǎn)換器9，并且該轉(zhuǎn)換過程在本領(lǐng)域中是熟知的。提供到模擬-數(shù)字轉(zhuǎn)換器9的第一個常量參數(shù)是采樣頻率Fs。該參數(shù)定義了每秒從模擬信號U中所取得的樣本數(shù)量(信號U在圖2中呈現(xiàn)為波形)。通常將采樣頻率設(shè)置為I kHz最小值，該I kHz最小值對于本發(fā)明也是默認(rèn)設(shè)置。較低采樣頻率的設(shè)置可能導(dǎo)致不正確的計算。提供到模擬-數(shù)字轉(zhuǎn)換器9的第二個常量參數(shù)是信號長度!Y。在圖2中所呈現(xiàn)的該參數(shù)定義了所取得的用于模擬-數(shù)字轉(zhuǎn)換的模擬電壓信號U的長度。為了產(chǎn)生將來接下來步驟的可靠結(jié)果，信號長度IY的值應(yīng)該與可以出現(xiàn)在電力系統(tǒng)中的最低次同步頻率的一個時段(period)相等。在本發(fā)明的實施例中，將該值設(shè)置為最小值IY=O. 2 [s]，該最小值Tl=O. 2 [s]對應(yīng)于傳送線路的5 Hz次同步頻率。較短的信號長度IY的設(shè)置可能導(dǎo)致不正確的計算。提供到模擬-數(shù)字轉(zhuǎn)換器9的第三個常量參數(shù)是定義了離散信號Ud的統(tǒng)計量值的均方根值RMSto。RMSLev值應(yīng)該與CVT變換器6的噪音水平的振幅相等，其對于每一個特定CVT是已知的。在將來接下來步驟中，該參數(shù)允許區(qū)分噪音和離散信號UD。步驟S2
計算離散處理信號Ux和確定零交叉點，以便計算分別用于零交叉點之間的離散處理信號Ux的正Upra和負(fù)UNe;g部分的時間間隔的序列Tpral, TNegl, . . . Tpozn，T_。首先，如下計算信號長度為IY的離散信號Ud的算術(shù)平均值x_n-圖2
"KW 一^》
n
其中，％是樣本i的電壓值，而n是離散信號Ud中所有樣本的數(shù)量。樣本的數(shù)量n等于采樣頻率Fs乘以信號長度!Y。然后，通過從離散信號Ud的每一個采樣點的電壓值％中減去平均值Xnrean來計算離散處理信號Uxo如果不存在次同步諧振，則離散處理信號Ux映射傳送線路的占主導(dǎo)地位的標(biāo)稱頻率。如果存在次同步發(fā)生，則離散處理信號Ux包括傳送線路的標(biāo)稱頻率和次同步頻率分量
對于 i = I …n，Ua- = Ui - JT_.(2)。然后，通過檢測離散處理信號Ux符號⑴或㈠的變化來識別零交叉點-圖3?？偸谴嬖趦煞N類型的零交叉。其中之一是當(dāng)信號值正在增加時-正零交叉，另一個是當(dāng)信號值正在減少時-負(fù)零交叉。當(dāng)離散處理信號Ux將它的值從負(fù)改變到正時，并且當(dāng)它的值大于已作為對于每一個特定CVT 6已知的均方根值RMS^的值建立的正滯后值(在圖3中被標(biāo)記為D)時，檢測正零交叉(箭頭B)。當(dāng)離散處理信號Ux將它的值從正改變到負(fù)時，并且當(dāng)它的值小于已作為對于每一個特定CVT 6是已知的均方根值RMS^的負(fù)值建立的負(fù)滯后值(在圖3中被標(biāo)記為E)時，檢測負(fù)零交叉(箭頭C)。建立滯后D和E以便避免將零交叉與總是出現(xiàn)在從真實電力系統(tǒng)中所收集到的信號中的噪音混合。在發(fā)現(xiàn)第一零交叉點之后(其可以是正的或者負(fù)的)，下一個零交叉點(其分別是負(fù)的或者正的)被發(fā)現(xiàn)，在這些零交叉點之間的時間間隔Tpral或TN6gl被確定為用于計算與離散處理信號Ux有關(guān)的正部分Upoz (在圖3中被標(biāo)記為虛線)或者負(fù)部分UNeg(在圖3中被標(biāo)記為實線)的間隔。分別用于零交叉之間的離散處理信號Ux的正Upra部分和負(fù)UNeg部分的連續(xù)時間間隔TPral，TNegl , . . . Tpozn, TNegN的序列是該步驟的結(jié)果。步驟S3
計算解調(diào)號UDe;m。首先，對于分別用于來自等于IY值的信號長度的正Upoz的時間間隔的每一個TPral，
, Tpozn，計算離散處理信號^的最大值，并且，然后，從此類最大值的值創(chuàng)建離散處理信號Ux的較高包絡(luò)Eup。相似地，對于分別用于來自等于IY值的信號長度的負(fù)UNeg的時間間隔的每一個TNegl, TNegN,計算離散處理信號Ux的最小值，并且，然后，從這類最小值的值創(chuàng)建離散處理信號Ux的較低包絡(luò)E1qw。接下來，通過將較低包絡(luò)E^jw的值加到較高包絡(luò)Eup的值來計算解調(diào)信號Udm、
與離散處理信號Ux相反，解調(diào)信號Udm不包含傳送線路的標(biāo)稱頻率。如果次同步諧 振現(xiàn)象發(fā)生，則離散解調(diào)信號UDem包含次諧波諧振頻率，該次諧波諧振頻率作為占主導(dǎo)地位的諧振頻率出現(xiàn)。在次同步諧振現(xiàn)象出現(xiàn)之前，解調(diào)信號Udm小于RMSl6v值。在當(dāng)次同步諧振出現(xiàn)的時刻，解調(diào)信號Ullem超過RMSl6v值。步驟S4
通過將解調(diào)信號UDem的均方根RMS值與RMSto的值進(jìn)行比較來檢測解調(diào)信號UDem中的次同步諧振頻率的存在。首先，解調(diào)信號UDem的均方根RMS值被實現(xiàn)。RMS值是離散信號的統(tǒng)計量值，此類計算的細(xì)節(jié)對于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來說是熟知的。然后，將RMS值與第一步驟中作為參數(shù)提供的RMS^值進(jìn)行比較。如果Ullem的RMS值小于RMSto值，則這意味著在解調(diào)信號Ullem中沒有檢測到次同步
諧振頻率。在這種情況下，次同步諧振頻率的振幅Afss和相應(yīng)的頻率fps$被視為等于零。如果Ullem信號的RMS值大于或等于RMSto值，則在步驟S5中執(zhí)行進(jìn)一步的分析。步驟S5
計算和識別與次同步諧振相關(guān)的電壓振幅Afts和頻率fpss
首先，執(zhí)行UDem信號的FFT (快速傅里葉變換)的計算。FFT運算將來自時域的信號轉(zhuǎn)變成頻域中的信號，此類計算的細(xì)節(jié)對于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來說是熟知的。然后，計算傳送線路的標(biāo)稱頻率的10%和90%之間的譜帶中的電壓振幅Afts的最高值并將該最高值與RMS^值相比較。如果電壓振幅Apss的最高值小于RMS^值，則這意味著沒有檢測到次同步諧振頻率(Afss =0，fpss =0)。如果電壓振幅Afss的最高值大于或等于RMS^的值，則振幅Afss的值和相應(yīng)頻
率fpss被視為次同步諧振。步驟S6
作為電壓振幅Afss的最高值的次同步諧振振幅和/或相應(yīng)頻率fps$的可視化在該步驟中，使用連接到計算機裝置(8)的、用于顯示或打印數(shù)據(jù)的熟知的部件，其沒有呈現(xiàn)在附圖中，次同步諧振振幅被顯示為電壓振幅久!^的最高值，和/或相應(yīng)諧振頻率
fpss也被顯示。
權(quán)利要求
1.一種在具有串聯(lián)電容器的電力系統(tǒng)中的次同步諧振檢測的方法，其中，在線測量電壓信號以及通過發(fā)現(xiàn)已測電壓的離散信號的零交叉點，在計算機裝置中計算電壓的離散信號的波形的正半周期和負(fù)半周期，常量參數(shù)由所述用戶提供給所述計算機裝置，所述方法包括下面的動作 通過在具有信號長度OY)的時間間隔將電壓的離散處理信號(Ux)的波形的負(fù)半周期的最小值加到離散處理信號(Ux)的波形的正半周期的最大值，創(chuàng)建電壓的解調(diào)信號(U1J，其中，(Tl)是常量參數(shù)，由所述用戶提供， 計算電壓的解調(diào)信號(Udm)的均方根值(RMS)，并且將它與由所述用戶作為均方根值水平(RMS Lev)提供的另一個常量參數(shù)的值進(jìn)行比較，并且當(dāng)(RMS)的值小于(RMS^)的值 時，它指示不存在次同步諧振，而當(dāng)(RMS)的值大于(RMS^)的值時，次同步諧振的存在由次同步諧振的電壓振幅(AFss)和/或次同步諧振的頻率(fFss)的確定來識別。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的方法，其特征在于，在發(fā)現(xiàn)零交叉點期間，建立所述波形的正半周期和負(fù)半周期的兩個滯后以用于分別對于零交叉點之間的離散處理信號(Uz)的正(Upoz)和負(fù)(UNeg)部分確定連續(xù)時間間隔(TPral，TNegl，...TPraN，TNegN,)的序列，從而創(chuàng)建離散處理信號(Uz)的較高包絡(luò)(Eup)和較低包絡(luò)(E1J。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的方法，其特征在于，所述波形的正半周期和負(fù)半周期的滯后的絕對值與均方根值水平(RMS^)相等。
4.根據(jù)權(quán)利要求I所述的方法，其特征在于，所述信號長度0Y)的時間值在最小值為0.2s的時域中。
5.一種計算機程序，用于檢測具有串聯(lián)電容器的電力系統(tǒng)中的次同步諧振，所述計算機程序可加載在計算機裝置(8)的數(shù)據(jù)處理單元中或者可在計算機裝置(8)的數(shù)據(jù)處理單元上運行，并且所述計算機程序當(dāng)被所述計算機的所述數(shù)據(jù)處理單元運行時執(zhí)行根據(jù)權(quán)利要求1-4所述的方法。
全文摘要
本發(fā)明的主題是在具有串聯(lián)電容器的電力系統(tǒng)中的次同步諧振檢測的方法。在線測量電壓信號以及通過使用發(fā)現(xiàn)已測電壓的離散信號的零交叉點，在計算機裝置中計算電壓的離散信號的波形的正半周期和負(fù)半周期，常量參數(shù)由所述用戶提供給所述計算機裝置。本發(fā)明方法包括下面的動作●通過在具有信號長度(TL)的時間間隔將電壓的離散處理信號(Ux)的波形的負(fù)半周期的最小值加到電壓的離散處理信號(Ux)的波形的正半周期的最大值，創(chuàng)建電壓的解調(diào)信號(UDem)，其中，(TL)是常量參數(shù)，由所述用戶提供●計算電壓的解調(diào)信號UDem的均方根值(RMS)，并且將它與由用戶作為均方根值水平(RMSLev)提供的另一個常量參數(shù)的值進(jìn)行比較，并且當(dāng)(RMS)的值小于(RMSLev)的值時，它指示不存在次同步諧振，而當(dāng)RMS的值大于(RMSLev)的值時，次同步諧振的存在由次同步諧振的電壓振幅()和/或次同步諧振的頻率()的確定來識別。
文檔編號G01R19/25GK102753982SQ201180009869
公開日2012年10月24日 申請日期2011年2月4日 優(yōu)先權(quán)日2010年2月17日
發(fā)明者M.奧爾基茨, M.奧爾曼, P.巴爾塞雷克 申請人:Abb研究有限公司