CN102170127B - 引发强迫功率振荡的原动机扰动源定位方法 - Google Patents
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Abstract
本发明属于电力系统及其自动化技术领域，提出了一种引发强迫功率振荡的原动机扰动源定位方法。该方法采用广域测量系统（WAMS）汇集的系统受扰轨迹，根据系统响应轨迹与扰动源激励轨迹之间的相位关系特征，定位扰动源，为电力系统调度运行控制提供决策支持。本发明的有益效果在于，解决从实测系统动态轨迹中如何区分系统的响应与激励这一难题，同时计算量小，分析过程简洁，可为电力系统运行控制提供直观的参考和依据，进而推动广域测量系统的实用化。
Description
技术领域
本发明属于电力系统及其自动化技术领域，更准确地说本发明涉及一种引发强迫功率振荡的原动机扰动源定位方法。
背景技术
电力系统强迫功率振荡理论指出，持续的周期性小扰动会引起电力系统强迫振荡，当扰动频率接近系统固有频率时，会引起系统共振，导致大幅度的功率振荡。
近年来，基于同步相量测量单元（PMU）的广域测量系统（WAMS）得到了日益广泛的应用，尽管每个电网对所关注的问题各有侧重，WAMS研究和建设的规模和深度也各不相同，但几乎都毫无例外地把电力系统振荡监测作为最基本的功能。在我国正在制定的“电力系统实时动态监测主站系统技术规范”中，已将低频振荡监视与分析功能列为WAMS主站的首要功能。
扰动源的寻找和分析是历次功率振荡事故发生后的重点，更是难点。关键问题是在实测到的各种动态轨迹中，如何区分哪些是系统的响应，哪些是系统的激励。研究振荡机理的现有文献都是在给定激励下说明可以在系统响应中观察到低频振荡，但都回避了如何从实际系统动态轨迹中识别系统激励的问题。
已有研究指出，原动机机械功率波动相对于负荷扰动而言更有可能引起电网发生强迫振荡。本发明提出了一种基于实测振荡轨迹相位比较的原动机扰动源定位方法。
发明内容
本发明提出了引发强迫功率振荡的原动机扰动源定位方法，其目的在于：克服基于系统模型和数值仿真的扰动源定位技术难以真实反映系统的实际动态的缺点，提供一种可以根据电力系统实测振荡轨迹识别系统激励，进行原动机扰动源定位的方法。
本发明按统一时标汇集由PMU采集到的各发电机转速、机械功率和电气功率的时间响应曲线，采用EEAC（参见文献[1]）得到振荡两群的等值机械功率、等值电气功率和惯量中心运动速度的轨迹，通过比较振荡两群的等值加速功率轨迹与群间相对运动速度轨迹的稳态相位关系，定位扰动源所在机群，再通过比较扰动源所在机群中不同机组的转速暂态轨迹之间的相位，定位扰动源。
为了实现上述目的，本发明提供了引发强迫功率振荡的原动机扰动源定位方法的实施步骤：
1） 在控制中心按统一时标汇集由PMU采集到的各发电机转速ωi、机械功率Pmi和电气功率Pei的时间响应曲线。
2） 按照实测轨迹识别同调群，并标示为S群和A群，通过扩展等面积准则（EEAC）的互补群惯量中心相对运动变换（CCCOI-RM）将实测的多机轨迹映射到单机无穷大（OMIB）映象系统的平面上，分别得到振荡两群的等值机械输入功率（Pms和Pma）、等值电气输出功率（Pes和Pea）和惯量中心运动速度的轨迹（ωs和ωa）。
3） 比较振荡两群的等值加速功率轨迹（Pms-Pes和 Pma-Pea）与两群间相对运动速度轨迹的稳态相位关系，定位扰动源所在机群。扰动源所在机群的识别方法是：取S群相对A群运动速度轨迹（ωs-ωa）的一个完整周期为观察窗，如果S群等值加速功率轨迹（Pms-Pes）的相位超前于S群相对A群运动速度轨迹（ωs-ωa）的相位一个角度|Φ lead |，A群等值加速功率轨迹（Pma-Pea）的相位落后于S群相对A群运动速度轨迹（ωs-ωa）的相位一个角度|Φ lag |，且角度|Φ lead |与角度|Φ lag |之差的绝对值在0与（|Φ lead |+|Φ lag |）/10之间，则扰动源位于机群S；取A群相对S群运动速度轨迹（ωa-ωs）的一个完整周期为观察窗，如果A群等值加速功率轨迹（Pma-Pea）的相位超前于A群相对S群运动速度轨迹（ωa-ωs）的相位一个角度|Φ’ lead |，S群等值加速功率轨迹（Pms-Pes）的相位落后于A群相对S群运动速度轨迹（ωa-ωs）的相位一个角度|Φ’ lag |，且角度|Φ’ lead |与角度|Φ’ lag |之差的绝对值在0与（|Φ’ lead |+|Φ’ lag |）/10之间，则扰动源位于机群A。
4） 比较扰动源所在机群中不同机组转速ωi暂态轨迹之间的相位，定位扰动源。扰动源的识别方法是: 对于系统振荡暂态过程中的任一摆次，扰动源所在机群中，转速轨迹相位均超前于其他机组的发电机原动机为扰动源。
效果和优点
本发明提出了引发强迫功率振荡的原动机扰动源定位方法。其特点是：以电力系统实测振荡轨迹为数据源，采用EEAC算法得到系统主导振荡模式的等值运动轨迹，先通过比较振荡两群的等值加速功率轨迹与群间相对运动速度轨迹的稳态相位关系，定位扰动源所在机群；再通过比较扰动源所在机群中不同机组的转速暂态轨迹之间的相位，定位扰动源。该方法不依赖于系统模型和数值仿真，而是基于电力系统振荡机理，提取“激励在先、响应在后”的时序表征，从而克服数值仿真技术难以复现系统实际动态的缺点，解决从实测系统动态轨迹中如何区分系统的响应与激励这一难题，同时计算量小，分析过程简洁，可为电力系统运行控制提供直观的参考和依据，进而推动广域测量系统的实用化。
附图说明
图1为本发明方法的流程图。
图2 为定位扰动源所在机群的仿真示例。
图3 为定位扰动源的仿真示例。
具体实施方式
下面结合附图1，对本发明方法进行详细描述。
图1中步骤1描述的是在控制中心按统一时标汇集由PMU采集到的各发电机转速ωi、机械功率Pmi和电气功率Pei的时间响应曲线。；
图1中步骤2描述的是按照实测轨迹识别同调群，并标示为S群和A群，通过扩展等面积准则（EEAC）的互补群惯量中心相对运动变换（CCCOI-RM）将实测的多机轨迹映射到单机无穷大（OMIB）映象系统的平面上，分别得到振荡两群的等值机械输入功率（Pms和Pma）、等值电气输出功率（Pes和Pea）和惯量中心运动速度的轨迹（ωs和ωa）。；
图1中步骤3描述的是比较振荡两群的等值加速功率轨迹（Pms-Pes和 Pma-Pea）与两群间相对运动速度轨迹（ωs-ωa）的稳态相位关系，定位扰动源所在机群。扰动源所在机群的识别方法是：取S群相对A群运动速度轨迹（ωs-ωa）的一个完整周期为观察窗，如果S群等值加速功率轨迹（Pms-Pes）的相位超前于S群相对A群运动速度轨迹（ωs-ωa）的相位一个角度|Φ lead |，A群等值加速功率轨迹（Pma-Pea）的相位落后于S群相对A群运动速度轨迹（ωs-ωa）的相位一个角度|Φ lag |，且角度|Φ lead |与角度|Φ lag |之差的绝对值在0与（|Φ lead |+|Φ lag |）/10之间，则扰动源位于机群S；取A群相对S群运动速度轨迹（ωa-ωs）的一个完整周期为观察窗，如果A群等值加速功率轨迹（Pma-Pea）的相位超前于A群相对S群运动速度轨迹（ωa-ωs）的相位一个角度|Φ’ lead |，S群等值加速功率轨迹（Pms-Pes）的相位落后于A群相对S群运动速度轨迹（ωa-ωs）的相位一个角度|Φ’ lag |，且角度|Φ’ lead |与角度|Φ’ lag |之差的绝对值在0与（|Φ’ lead |+|Φ’ lag |）/10之间，则扰动源位于机群A；
图2给出了一个采用某个实际电网计算数据的仿真示例。在某一台发电机上施加一个周期性扰动，该扰动激起了振荡频率为0.7475Hz的强迫功率振荡，比较系统主导振荡模式的等值运动轨迹（Pms-Pes），（Pma-Pea）和（ωs-ωa）的稳态相位关系，可判断出扰动源所在机群为A群。
图1中步骤4描述的是比较扰动源所在机群中不同机组转速ωi暂态轨迹之间的相位，定位扰动源。扰动源的识别方法是: 对于系统振荡暂态过程中的任一摆次，扰动源所在机群中，转速轨迹相位均超前于其他机组的发电机原动机为扰动源。
图3给出了与图2对应的仿真示例中，扰动源所在的A群中有代表性的几个机组的转速偏差轨迹曲线，通过比较转速轨迹在暂态过程中的相位关系，可以判断酒钢1-4J为此次强迫功率振荡的扰动源。
总之，引发强迫功率振荡的原动机扰动源定位方法是基于电力系统实测振荡轨迹和EEAC算法，充分利用系统主导振荡模式的等值运动轨迹的稳态相位关系特征，以及不同机组的转速暂态轨迹之间的相位关系特征，先定位扰动源所在机群，再定位扰动源，能够克服基于系统模型和数值仿真的扰动源定位技术难以真实反映系统的实际动态的缺点，提供一种可以根据电力系统实测振荡轨迹识别系统激励，进行原动机扰动源定位的方法，为电力系统调度运行控制提供决策支持。
Claims (4)
1.引发强迫功率振荡的原动机扰动源定位方法，其特征在于，包括以下步骤：
1)在控制中心按统一时标汇集由PMU采集到的各发电机转速ωi、机械功率Pmi和电气功率Pei的时间响应曲线；
2)按照实测轨迹识别同调群，并标示为S群和A群，通过扩展等面积准则的互补群惯量中心相对运动变换将实测的多机轨迹映射到单机无穷大映象系统的平面上，分别得到振荡两群的等值机械输入功率Pms和Pma、等值电气输出功率Pes和Pea、 惯量中心运动速度的轨迹ωs和ωa；
3)比较振荡两群的等值加速功率轨迹Pms-Pes和 Pma-Pea与两群间相对运动速度轨迹的稳态相位关系，定位扰动源所在机群；
4)比较扰动源所在机群中不同机组转速ωi暂态轨迹之间的相位，定位扰动源。
2.根据权利要求1所述的引发强迫功率振荡的原动机扰动源定位方法，其特征在于，所述步骤3）中的扰动源所在机群的识别方法是：取S群相对A群运动速度轨迹ωs-ωa的一个完整周期为观察窗，如果S群等值加速功率轨迹Pms-Pes的相位超前于S群相对A群运动速度轨迹ωs-ωa的相位一个角度|Φ lead |，A群等值加速功率轨迹Pma-Pea的相位落后于S群相对A群运动速度轨迹ωs-ωa的相位一个角度|Φ lag |，且角度|Φ lead |与角度|Φ lag |之差的绝对值在0与（|Φ lead |+|Φ lag |）/10之间，则扰动源位于机群S。
3.根据权利要求1所述的引发强迫功率振荡的原动机扰动源定位方法，其特征在于，所述步骤3）中的扰动源所在机群的识别方法是：取A群相对S群运动速度轨迹ωa-ωs的一个完整周期为观察窗，如果A群等值加速功率轨迹Pma-Pea的相位超前于A群相对S群运动速度轨迹ωa-ωs的相位一个角度|Φ’ lead |，S群等值加速功率轨迹Pms-Pes的相位落后于A群相对S群运动速度轨迹ωa-ωs的相位一个角度|Φ’ lag |，且角度|Φ’ lead |与角度|Φ’ lag |之差的绝对值在0与（|Φ’ lead |+|Φ’ lag |）/10之间，则扰动源位于机群A。
4.根据权利要求1所述的引发强迫功率振荡的原动机扰动源定位方法，其特征在于，所述步骤4）中扰动源的识别方法是: 对于系统振荡暂态过程中的任一摆次，扰动源所在机群中，转速轨迹相位均超前于其他机组的发电机原动机为扰动源。
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