CN101237148B - 电力系统低频振荡检测和保护的方法 - Google Patents

Abstract

电力系统低频振荡检测和保护的方法，采用联络线有功功率的变化轨迹检测低频振荡；条件一：同时满足下述判据，即低频振荡硬压板投入，低频振荡软压板投入，并满足|P_K-P_eqv|＞Psetqd时装置进入起动状态；条件二：同时满足下述判据，Tsetmax≥振荡周期≥Tsetmin，功率振荡幅度≥报警门槛，振荡次数≥报警周期次数；报警周期次数：发出报警的振荡次数门槛定值；条件三：同时满足下述判据，Tsetmax≥振荡周期≥Tsetmin，功率振荡幅度≥动作门槛，振荡次数≥动作周期次数；当同时满足条件一和条件二时，低频振荡报警；同时满足条件一和条件三时，低频振荡保护动作。

Description

电力系统低频振荡检测和保护的方法 

一、技术领域

本发明涉及电力系统低频振荡检测的新方法，尤其是采用联络线有功功率的变化轨迹检测低频振荡的新方法及装置。该方法在国内首次实现利用大区互联电网联络线有功功率变化轨迹检测电力系统低频振荡。 

二、背景技术

随着我国“西电东送、南北互济、大区联网”电力建设方针的实施，全国各大区互联的局面基本形成。由于目前大区之间联系相对比较薄弱，近年来国内电网曾多次发生低频振荡现象。低频振荡频率较低，一般在0.2～2.5Hz范围内，当振荡较严重时，系统不能维持同步运行，由低频振荡造成的稳定事故在国内外均有发生，已引起有关方面的重视，采取有效措施进行预防，发生低频振荡后应能立即检测发现、实施紧急控制来消除振荡，防止事故扩大。 

低频振荡模式可分为区间振荡和局部振荡两种振荡模式；前者表现为一个区域中的多台发电机与另一个区域中的多台发电机之间的振荡，此时两个区域之间的联络线功率在不停振荡；后者表现为一台发电机或一座电厂相对于系统中其他机组之间的振荡，此时该机组或电厂与系统之间的联络线功率在不停振荡。低频振荡时联络线功率变化的特征是：开始阶段有功出现增幅振荡，振荡周期一般为0.4～5s，后续阶段为等幅振荡。如图1所示，图1低频振荡发散过程的检测示意图，图中横坐标为时间t，Tmax1-Tmax4为各振荡周期内出现最大功率的时刻，T1-T4为各振荡周期的周期时间；纵坐标为联络线功率P，P0为联络线初始功率，Pmin1-Pmin5为各振荡周期最小功率，Pmax1-Pmax5为各振荡周期最大功率。 

目前分析低频振荡的主要方法有：利用电力系统稳定分析软件进行离线仿真计算，由于电力系统动态元件的非线性、电网结构的复杂性与模型误差，系统实际发生的低频振荡现象很难通过仿真计算的方法再现出来。或采用同步相量测量技术，检测有代表性的电厂机组之间的功角变化分析低频振荡，该方法依赖于全球卫星定位系统，受天气影响或人为干扰(例如发生战争时)，可靠性比较差，另外该方法需要的设备较多，系统复杂，在实际工程中投入应用的非常少。 

三、发明内容

本发明的目的是：提供一种新型的电力系统低频振荡检测方法，通过检测联络线有功功率变化的振幅及周期可判断系统是否发生低频振荡。当电力系统发生低频功率振荡时，用该原理实现的装置能迅速起动和判断，发出报警，提醒调度员采取一些必要的控制措施，如调整发电机出力、直流功率调整等，当振荡比较严重时装置可自动输出控制命令采取解列、切机等控制措施，以消除低频振荡事故。该原理能区分增幅振荡、等幅振荡和减幅振荡，能正确识别由故障引起的功率振荡和低频振荡，有效防止由连续短路故障引起的误动作，该方法及装置只对 整定周期范围内的功率振荡进行报警和控制。 

本发明的技术解决方案是：电力系统低频振荡检测的方法，采用联络线有功功率的变化轨迹检测低频振荡； 

条件一：同时满足下述判据，即低频振荡硬压板投入，低频振荡软压板投入，并满足|P_k-P_eqv|＞Psetqd时电力系统低频振荡的保护装置进入起动状态；：P_k为联络线当前采样时刻的功率，P_eqv为联络线前10秒的平均功率，Psetqd为起动功率门槛定值； 

条件二：同时满足下述判据，Tsetmax≥振荡周期≥Tsetmin，功率振荡幅度≥报警门槛，振荡次数≥报警周期次数；报警周期次数为发出报警的振荡次数门槛定值； 

条件三：同时满足下述判据，Tsetmax≥振荡周期≥Tsetmin，功率振荡幅度≥动作门槛，振荡次数≥动作周期次数； 

当同时满足条件一和条件二时，低频振荡报警； 

同时满足条件一和条件三时，低频振荡动作； 

其中：低频振荡硬压板投入：通过开关量输入允许该功能投入； 

低频振荡软压板投入：通过整定值允许该功能投入； 

振荡周期：由T_k＝Tmax_k+1-Tmax_k计算得到的振荡周期T_k； 

Tsetmax：振荡周期的高门槛定值； 

Tsetmin：振荡周期的低门槛定值； 

功率振荡幅度：由dP_k＝Pmax_k-Pmin_k计算得到的每个振荡周期的振荡幅度dP_k；每个振荡周期联络线有功功率的最大值Pmax_k、最小值Pmin_k，每个周期内最大值Pmax_k出现的时刻Tmax_k； 

报警门槛：发出报警的功率振荡幅度门槛定值； 

动作门槛：输出控制命令的功率振荡幅度门槛定值； 

振荡次数：低频振荡周期次数计数器的累加值； 

将低频振荡动作分级，低频振荡周期次数进行分级控制；低频振荡周期次数大于动作周期次数越多则低频振荡保护动作的级别越高： 

所述装置起动后如满足下列条件则所述装置的低频振荡1级动作： 

振荡幅度dP_k≥动作门槛， 

振荡周期次数≥动作周期次数定值1； 

所述装置起动后如满足下列条件则所述装置的低频振荡2级动作： 

振荡幅度dP_k≥动作门槛， 

振荡周期次数≥动作周期次数定值2； 

所述装置起动后如满足下列条件则所述装置的低频振荡3级动作： 

振荡幅度dP_k≥动作门槛， 

振荡周期次数≥动作周期次数定值3； 

所述装置起动后如满足下列条件则所述装置低频振荡4级动作： 

振荡幅度dP_k≥动作门槛， 

振荡周期次数≥动作周期次数定值4。 

本发明的改进是：将低频振荡动作分级，振荡周期次数进行分级控制；低频振荡周期次数大于动作周期次数越多则低频振荡保护动作的级别越高。 

电力系统低频振荡的保护装置，采用联络线有功功率的变化轨迹检测装置，包括低频振荡检测装置：由低频振荡硬压板，低频振荡软压板，功率振荡幅度，振荡次数测量检测检测装置构成。 

本发明的特点： 

-利用联络线有功功率P的变化轨迹，判别低频振荡。 

-可以区分增幅振荡、等幅振荡和减幅振荡。 

-能正确识别由故障引起的功率振荡和低频振荡，有效防止连续短路故障引起的误动作。 

-只对整定周期范围内的功率振荡进行报警和控制。 

-可按振荡周期次数分4级输出控制。 

四、附图说明

图1低频振荡发散过程的检测示意图 

图2为本发明的采用联络线有功功率的变化轨迹检测低频振荡的逻辑框图： 

图3现场记录实际系统发生低频振荡时联络线有功波形 

图4装置动作时记录的有功功率回放波形 

五、具体实施方式

正常运行时，该方法一直监视联络线输送的有功功率的变化，当发生低频振荡时，装置能根据联络线有功功率的变化情况迅速进入起动状态。 

装置判断起动的方程式为： 

|P_k-P_eqv|＞Psetqd                          (式1) 

其中：P_k为联络线当前采样时刻的功率； 

P_eqv为联络线前10秒的平均功率； 

Psetqd为起动功率门槛定值。 

低频振荡的检测判据：装置起动后，通过波形分析技术对联络线的电压、电流、有功功率进行计算分析；若潮流波动是由于系统故障引起(不满足式5)，则装置可靠闭锁；若潮流波动是由于低频振荡引起，则装置能可靠找出每个振荡周期联络线有功功率的最大值Pmax_k、最小值Pmin_k以及每个周期内最大值Pmax_k出现的时刻Tmax_k。由此可求出每个振荡周期的振荡幅度dP_k和振荡周期T_k： 

dP_k＝Pmax_k-Pmin_k                          (式2) 

T_k＝Tmax_k+1-Tmax_k                       (式3) 

每个振荡周期的振幅应满足： 

dP_k≥P_setzd                             (式4) 

Psetzd为振荡确认功率门槛定值。 

振荡周期应满足：Tsetmax≤T_k≤Tsetmin    (式5) 

Tsetmin为振荡周期的低门槛定值； 

Tsetmax为振荡周期的高门槛定值。 

增幅振荡的判断条件为： 

$\frac{d{P}_k}{d{P}_{k-1}}>K_1$ (式6) 

K₁的取值范围一般为1.05～1.15之间 

判为增幅振荡时，振荡周期次数计数器+N1，N1一般大于或等于2。 

减幅振荡的判断条件为： 

$\frac{d{P}_k}{d{P}_{k-1}}<K_2$ (式7) 

K₂的取值范围一般为0.85～0.95之间 

判为减幅振荡时，振荡周期次数计数器-N2，N2一般大于或等于2。 

当相邻两个振荡周期内的振荡幅度既不满足增幅振荡判断条件也不满足减幅振荡判断条件则判为等幅振荡。 

判为等幅振荡时，振荡周期次数计数器+N3，N3一般大于或等于1。 

由该原理实现的装置根据振荡周期次数与振荡幅度进行报警与输出控制。 

装置起动后如满足下列条件则装置输出报警信号： 

振荡幅度dP_k≥报警功率门槛 

振荡周期次数≥报警周期次数定值 

装置起动后如满足下列条件则装置低频振荡1级动作： 

振荡幅度dP_k≥动作门槛 

低频振荡周期次数≥动作周期次数定值1 

装置起动后如满足下列条件则装置低频振荡2级动作： 

振荡幅度dP_k≥动作门槛 

低频振荡周期次数≥动作周期次数定值2 

装置起动后如满足下列条件则装置低频振荡3级动作： 

振荡幅度dP_k≥动作门槛 

低频振荡周期次数≥动作周期次数定值3 

装置起动后如满足下列条件则装置低频振荡4级动作： 

振荡幅度dP_k≥动作门槛 

低频振荡周期次数≥动作周期次数定值4 

系统发生低频振荡时，振荡持续时间越长，振荡幅度越大，对系统的影响就越大；因此在系统振荡的初期仅发出报警信号，提醒运行人员注意；若振荡不能迅速平息，当振荡周期次数大于动作周期次数定值时，可利用低频振荡的前3级逐步切除部分机组，若切机后系统仍然振荡，可利用低频振荡的第4级将系统解列。 

我们对电网实际发生低频振荡时在现场记录下的振荡波形，采用波形回放技术，转变成装置的输入信号进行试验。试验结果证明装置的判断行为完全正确。图3是现场记录实际系统发生低频振荡时联络线有功波形(横坐标为时间)，图4是装置动作时记录的有功功率回放波形；表1是做试验时的装置定值；表2是波形回放时的装置动作报告。 

表1做试验时的装置定值 

序号	定值名称	试验定值
			1	振荡周期的低门槛定值  Tsetmax	500ms
2	振荡周期的高门槛定值  Tsetmin	5000ms
			3	振荡起动功率门槛定值  Psetqd	40MW
4	振荡报警功率门槛定值	100MW
			5	振荡确认功率门槛定值  Psetzd	400MW
6	报警周期次数	3
			7	动作周期次数1定值	40
8	动作周期次数2定值	60
			9	动作周期次数3定值	80
10	动作周期次数4定值	100

表2波形回放时的装置动作报告 

序号	动作报告
		1	0ms保护起动
2	223017ms线路1一级动作
		3	253994ms线路1二级动作
4	284685ms线路1三级动作
		5	315197ms线路1四级动作

Claims (3)

1.一种电力系统低频振荡检测和保护的方法，其特征是采用联络线有功功率的变化轨迹检测低频振荡；

条件一：同时满足下述判据，即低频振荡硬压板投入，低频振荡软压板投入，并满足|P_k-P_eqv|＞Psetqd时电力系统低频振荡的保护装置进入起动状态；P_k为联络线当前采样时刻的功率，P_eqv为联络线前10秒的平均功率，Psetqd为起动功率门槛定值；

条件二：同时满足下述判据，Tsetmax≥振荡周期≥Tsetmin，功率振荡幅度≥报警门槛，振荡次数≥报警周期次数；报警周期次数为发出报警的振荡次数门槛定值；

条件三：同时满足下述判据，Tsetmax≥振荡周期≥Tsetmin，功率振荡幅度≥动作门槛，振荡次数≥动作周期次数；

当同时满足条件一和条件二时，低频振荡报警；

同时满足条件一和条件三时，低频振荡动作；

其中：低频振荡硬压板投入：通过开关量输入允许该功能投入；

低频振荡软压板投入：通过整定值允许该功能投入；

振荡周期：由T_k＝Tmax_k+1-Tmax_k计算得到的振荡周期T_k；

Tsetmax：振荡周期的高门槛定值；

Tsetmin：振荡周期的低门槛定值；

功率振荡幅度：由dP_k＝Pmax_k-Pmin_k计算得到的每个振荡周期的功率振荡幅度dP_k；

每个振荡周期联络线有功功率的最大值Pmax_k、最小值Pmin_k，每个周期内最大值Pmax_k出现的时刻Tmax_k

报警门槛：发出报警的功率振荡幅度门槛定值；

动作门槛：输出控制命令的功率振荡幅度门槛定值；

振荡次数：低频振荡周期次数计数器的累加值；

将低频振荡动作分级，低频振荡周期次数进行分级控制；低频振荡周期次数大于动作周期次数越多则低频振荡保护动作的级别越高：

所述装置起动后如满足下列条件则所述装置的低频振荡1级动作：

功率振荡幅度dP_k≥动作门槛，

低频振荡周期次数≥动作周期次数定值1；

所述装置起动后如满足下列条件则所述装置的低频振荡2级动作：

功率振荡幅度dP_k≥动作门槛，

低频振荡周期次数≥动作周期次数定值2；

所述装置起动后如满足下列条件则所述装置的低频振荡3级动作：

功率振荡幅度dP_k≥动作门槛，

低频振荡周期次数≥动作周期次数定值3；

所述装置起动后如满足下列条件则所述装置低频振荡4级动作：

功率振荡幅度dP_k≥动作门槛，

低频振荡周期次数≥动作周期次数定值4。

2.由权利要求1所述的电力系统低频振荡检测和保护的方法，其特征在于：利用振荡过程中联络线输送功率的最大值与最小值出现的时刻计算低频振荡的周期，利用低频振荡周期的长短来区分故障引起的功率振荡和低频振荡，利用低频振荡周期次数进行分级控制。

3.由权利要求1所述的电力系统低频振荡检测和保护的方法，其特征在于：利用相邻周期内的功率振荡幅度的比值大小区分增幅振荡、等幅振荡、减幅振荡。

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