基于波形循跡的在線低頻振蕩快速判定方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種基于波形循跡的低頻振蕩的在線快速判定方法，其特點(diǎn)是利用交流斷面功率信號通過波形循跡實(shí)時在線監(jiān)測低頻振蕩，為采取相應(yīng)措施提供依據(jù)。同時該方法計(jì)算量小、計(jì)算時間短，并且能夠準(zhǔn)確判定低頻振蕩。對于實(shí)際系統(tǒng)具有簡單快速實(shí)用的優(yōu)點(diǎn)。
【專利說明】基于波形循跡的在線低頻振蕩快速判定方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種基于波形循跡的在線低頻振蕩快速判定方法，屬于交直流輸電協(xié)調(diào)控制領(lǐng)域。

【背景技術(shù)】
[0002]電力系統(tǒng)并列運(yùn)行機(jī)組間在受到擾動后出現(xiàn)的功率振蕩現(xiàn)象被稱為低頻振蕩，其振蕩頻率一般在0.2Hz?2.5Hz之間。產(chǎn)生低頻振蕩的機(jī)理是由于在特定情況下系統(tǒng)提供的負(fù)阻尼作用抵消了系統(tǒng)發(fā)電機(jī)、勵磁繞組和機(jī)械方面的正阻尼，使系統(tǒng)總阻尼很小(呈弱阻尼)或?yàn)樨?fù)阻尼。而系統(tǒng)在負(fù)阻尼工況下受到擾動時，擾動會被逐步放大，進(jìn)而引起功率的低頻振蕩，嚴(yán)重時導(dǎo)致系統(tǒng)失步。低頻振蕩常出現(xiàn)在弱聯(lián)系、遠(yuǎn)距離、重負(fù)荷的線路上，在采用快速勵磁和高放大倍數(shù)的勵磁系統(tǒng)條件下更易發(fā)生系統(tǒng)功率低頻振蕩。
[0003]隨著電力系統(tǒng)的不斷擴(kuò)大及高放大倍數(shù)的快速勵磁系統(tǒng)等控制設(shè)備的投入，低頻振蕩現(xiàn)象日益突出。例如:1998年、2000年川渝電網(wǎng)二灘送出系統(tǒng)；2003年南方一香港交直流輸電系統(tǒng)；2005年內(nèi)蒙古西部電網(wǎng)與華北電網(wǎng)之間的功率振蕩；2006年華中“7.1”事故中辛洹線長時間功率振蕩后被迫手動解列。功率振蕩問題已嚴(yán)重威脅電力系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行，引起了有關(guān)方面的重視，在采取措施進(jìn)行有效預(yù)防低頻功率振蕩的基礎(chǔ)上，若電網(wǎng)一旦發(fā)生低頻振蕩，應(yīng)能立即檢測發(fā)現(xiàn)，并根據(jù)電網(wǎng)的特點(diǎn)實(shí)施緊急控制以消除振蕩，防止事故擴(kuò)大。
[0004]現(xiàn)有的低頻振蕩判據(jù)主要根據(jù)特征值分析方法:在線辨識相關(guān)電氣信號的阻尼t(yī)匕、振蕩幅值及周期振蕩參數(shù)進(jìn)行判別。但是這類方法計(jì)算量大、判定時間長，對于實(shí)際電網(wǎng)應(yīng)用效果不理想。其他針對功率振蕩解列的判據(jù)主要有電流型解列判定，阻抗型解列判定、相角型解列判定以及功角型解列判定。但此類判定主要用于失步振蕩解列，不涉及低頻振蕩的在線監(jiān)測抑制。
[0005]因此，急需一種對于低頻振蕩的實(shí)時在線監(jiān)測判定方法。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)明的目的是針對現(xiàn)有技術(shù)的不足而提出一種基于波形循跡的低頻振蕩的在線判定方法，其特點(diǎn)是利用交流斷面功率信號通過波形循跡實(shí)時在線監(jiān)測低頻振蕩，為采取相應(yīng)措施提供依據(jù)，同時該方法計(jì)算量小、計(jì)算時間短，并且能夠準(zhǔn)確判定低頻振蕩。對于實(shí)際系統(tǒng)而言，具有簡單快速實(shí)用的優(yōu)點(diǎn)。
[0007]本發(fā)明的目的由以下技術(shù)措施實(shí)現(xiàn)
[0008]基于波形循跡的在線低頻振蕩快速判定方法包括以下步驟:
[0009]1、濾波器預(yù)濾波
[0010]為濾去直流及高頻分量，首先將實(shí)時測量得到的功率數(shù)據(jù)通過巴特沃茲帶通濾波
13.V
器,,2 + llv + [0式;中S為復(fù)變量:，i亥濾波器的帶寬為[0.104Hz, 2.44Hz]；
[0011]2、提取振蕩周期T
[0012]通過預(yù)濾波后的功率振蕩信號的正負(fù)改變的時間點(diǎn)來確定振蕩周期。監(jiān)測經(jīng)過濾波器的功率信號，當(dāng)信號正負(fù)號改變時開始計(jì)時，設(shè)此時為tk_i，繼續(xù)監(jiān)測直到下一個符號改變時刻tk，則振蕩周期T = 2 Λ tk = 2 (tk-tkJ。針對低頻振蕩，為防止測量誤差和毛刺的干擾，Λ tk必須滿足0.41s彡Δ tk ^ 9.62s，而振蕩頻率/ = ^，則0.104Hz彡f彡2.44Hz ；
若符號改變時刻tk使得Atk過大或者過小，則該tk計(jì)時無效；為限定控制器動作頻段，可增設(shè)判定Tmin彡T彡Tmax, Tmin與Tmax為限定的周期最小與最大值；
[0013]3、提取功率振蕩幅值并驗(yàn)證周期準(zhǔn)確性
[0014]在Atk有效時，對每個經(jīng)過上述濾波器的功率信號進(jìn)行比較，尋找出一個周期時間T內(nèi)的功率最大值Pmaxk與最小值Pmink,并計(jì)算功率振蕩幅值λ Pk = I Pmaxk-Pmink I作為判據(jù)之一；計(jì)算相鄰振蕩周期幅值比值1 = 用以確定振蕩類型(增幅、減幅或等幅)；當(dāng)振蕩為大幅度減幅振蕩時，控制器不投入；同時，計(jì)算功率最大值Pmaxk與最小值Pmink之間的時間差|tmaxk-tmink|用以驗(yàn)證是否與先前的周期測量值A(chǔ)tk相差不大，若相差太大則視為計(jì)算或測量有誤，重新返回第一步；除第一次變號，有效變號兩次計(jì)數(shù)一次，統(tǒng)計(jì)振蕩次數(shù)N，當(dāng)以上判定滿足，振蕩次數(shù)大于設(shè)定值時，投入控制器；則判定方法用下式概括:
0.4 Lsi < (Atk =tk - tk—) < 9.62s ⑴
Τ^?>Τ> Tmax(2)
[0015]< Itmaxk — tmink I 1- ⑶
K > Kscl⑶.N>Nset(6)
[0016]式中:Λ tset為測量周期有效性驗(yàn)證設(shè)定值，APsrt為功率振蕩設(shè)定值，Kset為減幅振蕩設(shè)定值，Nset為振蕩次數(shù)設(shè)定值。
[0017]本發(fā)明具有如下優(yōu)點(diǎn):
[0018]本發(fā)明利用交流斷面有功功率信號進(jìn)行波形循跡判定低頻振蕩，信號易于取得；該方法簡單準(zhǔn)確，大大縮短了低頻振蕩判定的時間，為后續(xù)抑制措施提供了較大的時間裕度。對于大系統(tǒng)而言具有簡單快速、易于實(shí)現(xiàn)的優(yōu)點(diǎn)。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0019]圖1為四機(jī)兩區(qū)域系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖
[0020]發(fā)電機(jī)均包括勵磁及調(diào)速系統(tǒng)，區(qū)域I包括發(fā)電機(jī)1、發(fā)電機(jī)2、負(fù)荷1、負(fù)荷2，區(qū)域II包括發(fā)電機(jī)3、發(fā)電機(jī)4、負(fù)荷3、負(fù)荷4，兩區(qū)域由一條直流及一條交流聯(lián)絡(luò)線連接。
[0021]圖2為巴特沃茲帶通濾波器，1A波特圖.s.- + I l.v + 10
[0022]圖3為低頻振蕩功率信號圖
[0023]所取振蕩信號為四機(jī)兩區(qū)域系統(tǒng)的交流聯(lián)絡(luò)線功率信號。
[0024]圖4為低頻振蕩功率信號局部放大圖
[0025]圖5為基于波形循跡的在線低頻振蕩快速判定流程圖
[0026]I輸入交流聯(lián)絡(luò)線有功功率平均值經(jīng)帶通濾波器后的信號Pk及對應(yīng)時刻tk，同時初始化相關(guān)變量；2判定功率變號時間差是否滿足要求；3判定振蕩周期是否滿足指定范圍；4判定振蕩周期校核是否滿足要求；5判定功率振蕩幅值是否滿足要求；6判定功率振蕩幅值比是否滿足要求；7判定滿足上述條件的有效振蕩次數(shù)是否達(dá)到設(shè)定值；8執(zhí)行投入控制器；9判定控制器是否在投入中；10控制器投入時，控制器退出同時相關(guān)參數(shù)清零。
[0027]圖6為低頻振蕩判定結(jié)果圖。

【具體實(shí)施方式】
[0028]下面通過實(shí)施例對本發(fā)明進(jìn)行具體的描述，有必要在此指出的是本實(shí)施例只用于對本發(fā)明進(jìn)行進(jìn)一步說明，不能理解為對本發(fā)明保護(hù)范圍的限制，該領(lǐng)域的技術(shù)熟練人員可以根據(jù)上述發(fā)明的內(nèi)容作出一些非本質(zhì)的改進(jìn)和調(diào)整。
[0029]實(shí)施例
[0030]四機(jī)兩區(qū)域系統(tǒng)如圖1所示，區(qū)域I包括發(fā)電機(jī)1、發(fā)電機(jī)2、負(fù)荷1、負(fù)荷2，發(fā)電機(jī)1、2通過變壓器與直流整流側(cè)連接，負(fù)荷1、2連接于整流側(cè)母線；區(qū)域II包括發(fā)電機(jī)3、發(fā)電機(jī)4、負(fù)荷3、負(fù)荷4，發(fā)電機(jī)3、4通過變壓器與直流逆變側(cè)連接，負(fù)荷3、4連接于逆變側(cè)母線；兩區(qū)域由一條直流及一條交流聯(lián)絡(luò)線連接，其中發(fā)電機(jī)均包括勵磁及調(diào)速系統(tǒng)，直流采取整流側(cè)定電流，逆變側(cè)定熄弧角運(yùn)行方式。
[0031]1.判定實(shí)現(xiàn)
[0032]通過Matlab軟件，編程實(shí)現(xiàn)低頻振蕩判據(jù)。再利用相關(guān)接口實(shí)現(xiàn)與電磁暫態(tài)仿真軟件PSCAD的互聯(lián)，并實(shí)時傳輸功率數(shù)據(jù)，發(fā)送指令。
[0033]2.系統(tǒng)參數(shù)及振蕩特性
[0034]實(shí)施算例采用四機(jī)兩區(qū)域電力系統(tǒng)，網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)圖如圖1所示。發(fā)電機(jī)模型均包括勵磁及調(diào)速系統(tǒng)，直流系統(tǒng)正常情況控制方式為整流側(cè)定電流、逆變側(cè)定關(guān)斷角控制。利用TLS-ESPRIT辨識技術(shù)對各發(fā)電機(jī)進(jìn)行低頻振蕩特性辨識，結(jié)果如表1所示。
[0035]表1低頻振蕩模式TLS-ESPRIT辨識結(jié)果
[0036]

【權(quán)利要求】
1.一種基于波形循跡的在線低頻振蕩快速判定方法，其特征在于該方法包括以下步驟: 1)濾波器預(yù)濾波 為濾去直流及高頻分量，首先將實(shí)時測量得到的功率數(shù)據(jù)通過巴特沃茲帶通濾波器、+: + 10，式中S為復(fù)7變量； 2)提取振蕩周期T 通過預(yù)濾波后的功率振蕩信號的正負(fù)改變的時間點(diǎn)來確定振蕩周期。監(jiān)測經(jīng)過濾波器的功率信號，當(dāng)信號正負(fù)號改變時開始計(jì)時，設(shè)此時為tk_i，繼續(xù)監(jiān)測直到下一個符號改變時刻tk，則振蕩周期T = 2 Λ tk = 2 (tk-tkJ，針對低頻振蕩，為防止測量誤差和毛刺的干擾，Atk必須滿足0.41s≤Atk≤9.62s，而振蕩頻車/ 則0.104Hz≤f≤2.44Hz，若符號改變時刻tk使得Atk過大或者過小，則該tk計(jì)時無效，為限定控制器動作頻段，可增設(shè)判定Tmin≤T≤Tmax, Tmin與Tmax為限定的周期最小與最大值； 3)提取功率振蕩幅值并驗(yàn)證周期準(zhǔn)確性在Atk有效時，對每個經(jīng)過上述濾波器的功率信號進(jìn)行比較，尋找出一個周期時間T內(nèi)的功率最大值Pmaxk與最小值Pmink,并計(jì)算功率振蕩幅值Λ Pk = I Pmaxk-Pmink I作為判定之一，計(jì)算相鄰振蕩周期幅值比值〃 ，用以確定振蕩類型(增幅、減幅或等幅)，當(dāng)振蕩為大幅度減幅振蕩時，控制器不投入，同時，計(jì)算功率最大值Pmaxk與最小值Pmink之間的時間差|tmaxk-tmink|用以驗(yàn)證是否與先前的周期測量值A(chǔ)tk相差不大，若相差太大則視為計(jì)算或測量有誤，重新返回第一步，除第一次變號，有效變號兩次計(jì)數(shù)一次，統(tǒng)計(jì)振蕩次數(shù)N，當(dāng)以上判定滿足，振蕩次數(shù)大于設(shè)定值時，投入控制器；則判定方法用下式概括:
式中:Atsrt為測量周期有效性驗(yàn)證設(shè)定值，APsrt為功率振蕩設(shè)定值，Ksrt為減幅振蕩設(shè)定值，Nset為振蕩次數(shù)設(shè)定值。
【文檔編號】H02J3/24GK104184157SQ201410373686
【公開日】2014年12月3日 申請日期:2014年8月1日 優(yōu)先權(quán)日:2014年8月1日
【發(fā)明者】李興源, 李保宏, 趙睿, 劉天琪, 王渝紅, 張英敏, 趙兵, 胡濤 申請人:四川大學(xué)