基于機(jī)端三相電壓信號(hào)的低頻振蕩檢測(cè)方法及系統(tǒng)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及的是電力系統(tǒng)的安全與穩(wěn)定領(lǐng)域，具體的是基于機(jī)端三相電壓信號(hào)的低頻振蕩檢測(cè)方法及系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002]根據(jù)《電力系統(tǒng)低頻振蕩控制技術(shù)研宄》(高紅亮.電力系統(tǒng)低頻振蕩控制技術(shù)研宄[D].華中科技大學(xué)，2013.)中的數(shù)據(jù)，從1980年至2012年，我國(guó)用電量增長(zhǎng)16.8倍，年均增長(zhǎng)9.2%。不斷增長(zhǎng)的電力需求意味著電力系統(tǒng)負(fù)荷的不斷加重，重負(fù)荷輸電線路不斷增多。同時(shí)，我國(guó)電力系統(tǒng)已經(jīng)形成了南北互供、全國(guó)聯(lián)網(wǎng)的格局。長(zhǎng)距離的互聯(lián)，使得電力系統(tǒng)聯(lián)系薄弱，容易在長(zhǎng)距離、重負(fù)荷輸電線上出現(xiàn)低頻振蕩現(xiàn)象。電力系統(tǒng)低頻振蕩如果不能得到有效地抑制，很容易引發(fā)連鎖故障，導(dǎo)致大范圍的停電事故，對(duì)電網(wǎng)的穩(wěn)定性危害極大，是目前威脅互聯(lián)電網(wǎng)安全穩(wěn)定運(yùn)行和制約電網(wǎng)傳輸能量的首要問(wèn)題之一。
[0003]目前，隨著PMU (Phasor Measurement Unit,同步相量測(cè)量單元)技術(shù)的發(fā)展，以同步相量測(cè)量技術(shù)為基礎(chǔ)的WAMS(Wide Area Measurement System，廣域測(cè)量系統(tǒng))逐漸成為了檢測(cè)電力系統(tǒng)低頻振蕩的主要方法。然而，文獻(xiàn)《基于電網(wǎng)脆弱性和經(jīng)濟(jì)性評(píng)估的PMU最優(yōu)配置新方法》(唐嵐，吳軍基.基于電網(wǎng)脆弱性和經(jīng)濟(jì)性評(píng)估的PMU最優(yōu)配置新方法[J].電網(wǎng)技術(shù)，2012，08:260-264.)中提到PMU自身的價(jià)格以及安裝PMU所需要的其他設(shè)備(例如通訊系統(tǒng)等)都很昂貴，而現(xiàn)代互聯(lián)電力系統(tǒng)的規(guī)模很大，對(duì)每個(gè)節(jié)點(diǎn)都配置PMU不僅不經(jīng)濟(jì)而且也沒(méi)必要。另外，在實(shí)際工程中，有時(shí)候不方便將PMU信號(hào)接入電廠的監(jiān)視信息系統(tǒng)中。因此，對(duì)于未配置PMU或未將PMU信號(hào)接入監(jiān)視信息系統(tǒng)的電廠，則不能對(duì)電力系統(tǒng)低頻振蕩進(jìn)行較好的實(shí)時(shí)檢測(cè)。
[0004]通常，低頻振蕩的檢測(cè)是檢測(cè)聯(lián)絡(luò)線上的功率是否搖擺。但除了功率信號(hào)以外，發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)子角、轉(zhuǎn)速以及其他相關(guān)電氣量也能反映系統(tǒng)的低頻振蕩。對(duì)于如何得到轉(zhuǎn)速信號(hào)，除了利用位置傳感器以外，還可以利用鎖相環(huán)技術(shù)對(duì)機(jī)端三相電壓進(jìn)行計(jì)算。文獻(xiàn)《永磁同步電機(jī)新型滑模觀測(cè)器無(wú)傳感器矢量控制調(diào)速系統(tǒng)》(魯文其，胡育文，杜栩楊，黃文新.永磁同步電機(jī)新型滑模觀測(cè)器無(wú)傳感器矢量控制調(diào)速系統(tǒng)[J].中國(guó)電機(jī)工程學(xué)報(bào)，2010，33:78-83.)中就實(shí)現(xiàn)了通過(guò)鎖相環(huán)技術(shù)計(jì)算發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)速。這種方法無(wú)需增設(shè)新的測(cè)量點(diǎn)，方法簡(jiǎn)單且成本較低。目前，還沒(méi)有將這種方法運(yùn)用到低頻振蕩現(xiàn)象檢測(cè)的研宄。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明所要解決的技術(shù)問(wèn)題是針對(duì)上述現(xiàn)有技術(shù)的不足，而提出了一種方法簡(jiǎn)單成本低的電力系統(tǒng)低頻振蕩信號(hào)實(shí)時(shí)檢測(cè)方法及系統(tǒng)。
[0006]為解決上述技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明采用的技術(shù)方案是:
[0007]一種基于機(jī)端三相電壓信號(hào)的低頻振蕩檢測(cè)方法，其特征在于，包括:
[0008]步驟1、信號(hào)采集步驟:測(cè)量發(fā)電機(jī)機(jī)端的三相電壓信號(hào)；
[0009]步驟2、信號(hào)預(yù)處理步驟:對(duì)測(cè)量的發(fā)電機(jī)機(jī)端的三相電壓信號(hào)進(jìn)行信號(hào)預(yù)處理；
[0010]步驟3、信號(hào)檢測(cè)步驟:對(duì)經(jīng)預(yù)處理的三相電壓信號(hào)進(jìn)行Park變換得到三相電壓信號(hào)Uab。在旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系dqO上的投影U _，對(duì)投影Udqtl在旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系dqO中d軸的電壓信號(hào)Ud采用PI環(huán)節(jié)控制處理得到系統(tǒng)轉(zhuǎn)速偏差量信號(hào)d?。
[0011]所述信號(hào)檢測(cè)步驟還包括，對(duì)系統(tǒng)轉(zhuǎn)速偏差量信號(hào)(1ω進(jìn)行積分處理得到相角信號(hào)Θ，并將相角信號(hào)Θ作為Park變換的輸入相角。
[0012]所述積分處理的輸入信號(hào)為系統(tǒng)轉(zhuǎn)速偏差量信號(hào)(1ω加上2 π &，其中f0為系統(tǒng)基本頻率。
[0013]所述預(yù)處理包括:信號(hào)加時(shí)間窗、信號(hào)重采樣、信號(hào)標(biāo)幺化和信號(hào)濾波。
[0014]信號(hào)所加時(shí)間窗的長(zhǎng)度為2?3個(gè)振蕩周期，考慮到低頻振蕩的頻率范圍為
0.2?2.5Hz，時(shí)間窗長(zhǎng)度設(shè)為10?15s，信號(hào)重采樣的頻率為500?2000Hz，信號(hào)標(biāo)幺化變換后保證信號(hào)的幅值在-1.5?1.5pu之間，信號(hào)濾波為低通濾波，截止頻率選取范圍為100 ?200Hz O
[0015]所述PI環(huán)節(jié)控制的比例放大倍數(shù)取值范圍為40?100，積分時(shí)間常數(shù)取值范圍為
0.0001?0.02，積分環(huán)節(jié)的積分初始值在-1?I范圍內(nèi)選取。
[0016]積分處理的積分初始值取值范圍為-0.1?0.1rad,積分時(shí)間常數(shù)取值為I。
[0017]一種基于機(jī)端三相電壓信號(hào)的低頻振蕩檢測(cè)系統(tǒng)，其特征在于，包括:
[0018]互感測(cè)量模塊，用于測(cè)量發(fā)電機(jī)機(jī)端的三相電壓信號(hào)；
[0019]信號(hào)預(yù)處理模塊，用于對(duì)所述互感器測(cè)量模塊測(cè)量的三相電壓信號(hào)進(jìn)行預(yù)處理；
[0020]檢測(cè)系統(tǒng)模塊，包括park變換模塊、PI環(huán)節(jié)模塊以及積分環(huán)節(jié)模塊，所述Park變換模塊用于對(duì)輸入的經(jīng)預(yù)處理的三相電壓信號(hào)進(jìn)行Park變換，得到三相電壓信號(hào)Uab。在旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系dqO上的投影Udt^所述PI環(huán)節(jié)模塊，用于對(duì)投影U _在旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系dqO中d軸的電壓信號(hào)Ud&理得到系統(tǒng)轉(zhuǎn)速偏差量信號(hào)d? ;所述積分環(huán)節(jié)模塊，用于對(duì)系統(tǒng)轉(zhuǎn)速偏差量信號(hào)d?進(jìn)行積分處理得到相角信號(hào)Θ。
[0021]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明以發(fā)電機(jī)端的三相電壓為源信號(hào)，通過(guò)對(duì)三相電壓信號(hào)進(jìn)行Park變換、PI環(huán)節(jié)消除誤差等處理，提取出系統(tǒng)的轉(zhuǎn)速振蕩信號(hào)，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)低頻振蕩的檢測(cè)。該檢測(cè)方法成本較低且易于實(shí)現(xiàn)，無(wú)需新增測(cè)量點(diǎn)即可實(shí)現(xiàn)對(duì)低頻振蕩的檢測(cè)。
【附圖說(shuō)明】
[0022]圖1為本發(fā)明所提出的基于機(jī)端三相電壓信號(hào)的低頻振蕩檢測(cè)技術(shù)的流程圖。
[0023]圖2為振蕩信號(hào)檢測(cè)系統(tǒng)的流程框圖。
[0024]圖3為系統(tǒng)發(fā)生多模態(tài)增幅低頻振蕩算例仿真結(jié)果。
【具體實(shí)施方式】
[0025]以下結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的實(shí)施例進(jìn)一步描述:本實(shí)施例在以本發(fā)明技術(shù)方案為前提下進(jìn)行實(shí)施，給出了詳細(xì)的實(shí)施方式和具體的操作過(guò)程，但本發(fā)明的保護(hù)范圍不限于下述的實(shí)施例。
[0026]本發(fā)明提出了基于機(jī)端三相電壓信號(hào)的低頻振蕩檢測(cè)技術(shù)，檢測(cè)技術(shù)的完整流程款圖如圖1所示。以系統(tǒng)發(fā)生頻率為IHz和2Hz的增幅低頻振蕩，且采集得到的機(jī)端三相電壓信號(hào)含2%的噪聲為實(shí)施例。
[0027]整套系統(tǒng)包括發(fā)電機(jī)1、變壓器2、互感測(cè)量3、信號(hào)預(yù)處理4和檢測(cè)系統(tǒng)5，其中檢測(cè)系統(tǒng)5由Park變換6、PI環(huán)節(jié)7和積分環(huán)節(jié)8組成。該方法以發(fā)電機(jī)端的三相電壓為源信號(hào)，通過(guò)對(duì)三相電壓信號(hào)進(jìn)行Park變換、PI環(huán)節(jié)消除誤差等處理，提取出系統(tǒng)的轉(zhuǎn)速振蕩信號(hào)，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)低頻振蕩的檢測(cè)。該檢測(cè)方法成本較低且易于實(shí)現(xiàn)，無(wú)需新增測(cè)量點(diǎn)即可實(shí)現(xiàn)對(duì)低頻振蕩的檢測(cè)。
[0028]詳細(xì)說(shuō)明如下:
[0029]步驟1:通過(guò)互感測(cè)量3采集發(fā)電機(jī)機(jī)端的三相電壓信號(hào)；
[0030]對(duì)于本實(shí)例，采集信號(hào)的采樣頻率為1