CN103117547A - 一种电力系统低频振荡的振荡源定位方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种电力系统低频振荡的振荡源定位方法，属于电力系统分析技术领域，包括：电力系统开始振荡后，监测该电力系统中的发电机、变压器和线路各个元件的有功功率振幅，确定所述各个元件的有功功率的振幅基本稳定的一段时间窗口；获取该时间窗口内所述各个元件的有功功率、无功功率、电压、频率的数据，并对所述各数据进行滤波预处理，然后对该时间窗口内的每个采样点计算振荡能量流；对计算得到的振荡能量流进行线性拟合，得到振荡功率；根据各个元件的振荡功率确定电力系统中的振荡能量流，定位能量源，将能量源作为振荡源。本发明提高了振荡源定位速度和准确性，帮助电网运行人员快速找到振荡的起因，采取有效措施快速平息振荡。

Description

一种电力系统低频振荡的振荡源定位方法

技术领域

本发明属于电力系统分析技术领域，特别涉及一种电力系统低频振荡的振荡源定位方法。

背景技术

低频振荡是威胁电力系统安全运行的一个突出问题。当发生低频振荡时，电网中发电机的转子角、转速、输出功率，以及线路功率、母线电压等电气量发生持续的振荡，振荡频率一般在0.1～2.5Hz，严重威胁电网的安全。因此，一旦发生振荡，电网运行部门需要及时采取有效的控制措施快速平息振荡，这就需要迅速找到振荡的起因，即振荡源，在振荡源处采取控制措施可以破坏振荡的条件，最有效的平息振荡。现有的低频振荡监视分析方法在振荡起因判别和振荡源定位方面还存在不足，不能满足电网实际运行的需要。

发明内容

本发明的目的是为克服已有技术的不足之处，提供一种电力系统低频振荡的振荡源定位方法，能在低频振荡发生后快速准确的找到振荡源。

本发明提供的一种电力系统低频振荡的振荡源定位方法，其特征在于，包括以下步骤：

A：电力系统开始振荡后，监测该电力系统中的发电机、变压器和线路各个元件的有功功率振幅，确定所述各个元件的有功功率的振幅基本稳定的一段时间窗口；

B：获取该时间窗口内所述各个元件的有功功率、无功功率、电压、频率的数据，并对所述各数据进行滤波预处理，然后对该时间窗口内的每个采样点计算振荡能量流；

C：对计算得到的振荡能量流进行线性拟合，得到振荡功率；

D：根据各个元件的振荡功率确定电力系统中的振荡能量流，定位能量源，将能量源作为振荡源。

所述步骤B具体包括：

（B-1）计算该时间窗口内所述各个元件所连母线处的电压U的自然对数，得到lnU；

（B-2）对P、Q、lnU、f进行低通滤波，去除直流分量和低频分量，得到相应的振荡量ΔP、ΔQ、ΔlnU、Δf；其中P、Q分别为流过该元件的有功功率和无功功率，是有正方向的量；f为该元件所连母线处的频率；

（B-3）对于时间窗口内的每个采样点t，计算振荡能量流如公式（1）所示：

$W\left(t\right)={\∫}_{t_s}^t(2\mathrm{\π\ΔP\Δfdt}+\mathrm{\ΔQd}\left(\mathrm{\Δ}\ln U\right))---\left(1\right)$

其中W(t)为时刻t的振荡能量流，t_s为计算的起始时刻，初始值W₀＝W(t_s)＝0。

当数据为离散数据时，采样周期为h，所述步骤（B-3）中振荡能量流的计算如公式（2）所示：

$W_k=\underset{i=1}{\overset{k}{\mathrm{\Σ}}}\mathrm{\π}({\mathrm{\ΔP}}_{i-1}{\mathrm{\Δf}}_{i-1}+{\mathrm{\ΔP}}_i{\mathrm{\Δf}}_i)h+\frac{1}{2}({\mathrm{\ΔQ}}_{i-1}+{\mathrm{\ΔQ}}_i)({\mathrm{\Δ}\ln U}_i-{\mathrm{\Δ}\ln U}_{i-1})---\left(2\right)$

式（2）中下标i表示对应变量在t＝t_s+ih处的值，初始值W₀＝W(t_s)＝0。

所述步骤C中对振荡能量流W(t)进行线性拟合，得到拟合结果αt+β，α为振荡功率，α>0表示振荡能量流的方向和元件的功率正方向一致，α<0表示振荡能量流的方向和元件的功率正方向相反，α的大小表示振荡能量流的相对大小。

本发明的有益效果

本发明的电力系统低频振荡的振荡源定位方法，利用振荡能量流定位振荡源，帮助电网运行人员在开始振荡后快速准确的找到振荡的起因，从而采取有效的措施平息振荡。所述方法提高了电网的低频振荡在线分析技术水平，利用振荡时电网中的振荡能量流，定位振荡能量源，能量源就是振荡源，是振荡的起因，提高了低频振荡在线分析的速度和准确性。所述方法还提高了电网的控制技术水平，一旦电网发生振荡，电网运行人员能够及时的根据振荡能量流找到振荡的起因，从而采取有效的控制措施快速平息振荡，保证电网安全性。

附图说明

图1是本发明所述电力系统低频振荡的振荡源定位方法流程图。

具体实施方式

下面结合附图，对本发明的具体实施方式作进一步详细描述。以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。

本发明的原理：本发明所述的电力系统低频振荡的振荡源定位方法，利用振荡能量流定位振荡源，以能量源为振荡源。能量的概念在振荡分析中具有重要作用。能量大小和振荡幅度对应，系统的总能量越大，振幅越大。能量的消耗产生阻尼效应，随着能量的不断消耗，系统能量减小，振幅也不断减小。因此，如果某个元件不断产生能量注入系统，则该元件对振荡衰减的贡献是负的，是振荡的起因，也就是振荡源。本发明利用上述思路定位电力系统低频振荡的振荡源。

本发明提出的一种电力系统低频振荡的振荡源定位方法实施例，具体包括以下步骤：

A：电力系统开始振荡后，监测该电力系统中的发电机、变压器和线路各个元件的有功功率振幅，确定所述各个元件的有功功率的振幅基本稳定的一段时间窗口；

当电网的振幅基本稳定时，表示网络中的总能量基本守恒，则此时电网中会有不断产生能量的元件，同时有不断消耗能量的元件，产生的能量和消耗的能量相等，使得系统振幅稳定，网络中就会形成稳定的振荡能量流，振荡能量不断从产生能量的元件注入系统，流到消耗能量的元件处被消耗，因此取振幅基本稳定的一段时间窗口内的波形进行分析，计算振荡能量流。该时间窗口记为[t_s,t_e]，其中t_s为时间窗的起始时刻，t_e为时间窗的结束时刻。优选的，时间窗的长度t_e-t_s可取为10s。判断振幅是否稳定的判据可以采用：计算时段内所有振荡波头的峰峰值（最大值减去最小值），如果最小峰峰值和最大峰峰值之比大于某个阈值，则认为振幅基本稳定。优选的，阈值可取为0.95。

B：获取该时间窗口内所述各个元件的有功功率、无功功率、电压、频率的数据,并对所述各数据进行滤波预处理，然后对该时间窗口内的每个采样点计算振荡能量流；

对于电网中的有功率流动的元件，包括发电机、变压器和线路，该元件有四个变量：P、Q分别为流过该元件的有功功率和无功功率，是有正方向的量；U、f分别为该元件所连母线处的电压和频率。上述数据可以方便的从电网的广域测量系统（WAMS）中获得。为了计算振荡能量流，先要对数据进行处理。包括：

（B-1）计算该时间窗口内所述各个元件所连母线处的电压的自然对数，得到lnU；

（B-2）对P、Q、lnU、f进行低通滤波，去除直流分量和低频分量，得到相应的振荡量ΔP、ΔQ、ΔlnU、Δf，低通滤波的截止频率优选的取为0.1Hz，即将频率在0.1Hz以下的分量（包括直流分量）滤除，上述振荡量中只包含0.1Hz以上的分量。

（B-3）对于时间窗口内的每个点t，计算振荡能量流如公式（1）所示：

$W\left(t\right)={\&Integral;}_{t_s}^t(2\mathrm{\&pi;\&Delta;P\&Delta;fdt}+\mathrm{\&Delta;Qd}\left(\mathrm{\&Delta;}\ln U\right))---\left(1\right)$

初始值W₀＝W(t_s)＝0。

一般电力系统中的数据采集是离散的，采样周期为h（由电力系统确定），t_e＝t_s+Nh，其中N为时间窗[t_s,t_e]内采样周期的个数，则上述计算振荡能量流的积分运算实际上如公式（2）所示：

$W_k=\underset{i=1}{\overset{k}{\mathrm{\&Sigma;}}}\mathrm{\&pi;}({\mathrm{\&Delta;P}}_{i-1}{\mathrm{\&Delta;f}}_{i-1}+{\mathrm{\&Delta;P}}_i{\mathrm{\&Delta;f}}_i)h+\frac{1}{2}({\mathrm{\&Delta;Q}}_{i-1}+{\mathrm{\&Delta;Q}}_i)({\mathrm{\&Delta;}\ln U}_i-{\mathrm{\&Delta;}\ln U}_{i-1})---\left(2\right)$

式中下标i表示对应变量在t＝t_s+ih处的值，W₀＝W(t_s)＝0。

C：对计算得到的振荡能量流进行线性拟合，得到振荡功率；

振荡能量流W(t)为一条随时间变化的曲线，对其进行线性拟合，得到拟合结果αt+β，α称为振荡功率，β称为初始能量，本发明只用到振荡功率α。α>0表示振荡能量流的方向和元件的功率正方向一致，α<0表示振荡能量流的方向和元件的功率正方向相反，α的大小表示振荡能量流的相对大小。线性拟合一般采用最小二乘法，是数值计算方法中的一种经典算法，在此不再赘述。

D：根据各个元件的振荡功率确定网络中的振荡能量流，找到能量源，即向网络中注入能量的元件，定位振荡源在能量源处，将能量源作为振荡源。

各个元件的振荡功率α是一个有大小和方向的量，将各个元件的振荡功率绘在电网的接线图上，即可得到网络中的振荡能量流，然后根据各个元件的振荡功率α的大小和方向，找到振荡能量流的能量源的元件，即向网络中注入能量的元件，最后定位振荡源在能量源处。振荡源的定位既可以绘出振荡能量流后由电网运行人员观察图形人工定位，也可以采用拓扑分析的方法自动定位。

本发明的电力系统低频振荡的振荡源定位方法，利用振荡能量流定位振荡源，帮助电网运行人员在开始振荡后快速准确的找到振荡的起因，从而采取有效的措施平息振荡。所述方法提高了电网的低频振荡在线分析和控制技术水平，一旦电网发生振荡，电网运行人员更够及时的根据振荡能量流找到振荡的起因，从而采取有效的控制措施快速平息振荡，保证电网安全性。

以上实施方式仅用于说明本发明，而并非对本发明的限制，有关技术领域的普通技术人员，在不脱离本发明的精神和范围的情况下，还可以做出各种变化和变型，因此所有等同的技术方案也属于本发明的范畴，本发明的专利保护范围应由权利要求限定。

Claims (4)

1.一种电力系统低频振荡的振荡源定位方法，其特征在于，包括步骤：

A：电力系统开始振荡后，监测该电力系统中的发电机、变压器和线路各个元件的有功功率振幅，确定所述各个元件的有功功率的振幅基本稳定的一段时间窗口；

B：获取该时间窗口内所述各个元件的有功功率、无功功率、电压、频率的数据，并对所述各数据进行滤波预处理，然后对该时间窗口内的每个采样点计算振荡能量流；

C：对计算得到的振荡能量流进行线性拟合，得到振荡功率；

D：根据各个元件的振荡功率确定电力系统中的振荡能量流，定位能量源，将能量源作为振荡源。

2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤B具体包括：

（B-1）计算该时间窗口内所述各个元件所连母线处的电压U的自然对数，得到lnU；

（B-2）对P、Q、lnU、f进行低通滤波，去除直流分量和低频分量，得到相应的振荡量ΔP、ΔQ、ΔlnU、Δf；其中P、Q分别为流过该元件的有功功率和无功功率，是有正方向的量；f为该元件所连母线处的频率；

（B-3）对于时间窗口内的每个采样点t，计算振荡能量流如公式（1）所示：

$W\left(t\right)={\&Integral;}_{t_s}^t(2\mathrm{\&pi;\&Delta;P\&Delta;fdt}+\mathrm{\&Delta;Qd}\left(\mathrm{\&Delta;}\ln U\right))---\left(1\right)$

其中W(t)为时刻t的振荡能量流，t_s为计算的起始时刻，初始值W₀＝W(t_s)＝0。

3.如权利要求2所述的方法，其特征在于，当数据为离散数据时，采样周期为h，所述步骤（B-3）中振荡能量流的计算如公式（2）所示：

$W_k=\underset{i=1}{\overset{k}{\mathrm{\&Sigma;}}}\mathrm{\&pi;}({\mathrm{\&Delta;P}}_{i-1}{\mathrm{\&Delta;f}}_{i-1}+{\mathrm{\&Delta;P}}_i{\mathrm{\&Delta;f}}_i)h+\frac{1}{2}({\mathrm{\&Delta;Q}}_{i-1}+{\mathrm{\&Delta;Q}}_i)({\mathrm{\&Delta;}\ln U}_i-{\mathrm{\&Delta;}\ln U}_{i-1})---\left(2\right)$

式（2）中下标i表示对应变量在t＝t_s+ih处的值，初始值W₀＝W(t_s)＝0。

4.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤C中对振荡能量流W(t)进行线性拟合，得到拟合结果αt+β，α为振荡功率，α>0表示振荡能量流的方向和元件的功率正方向一致，α<0表示振荡能量流的方向和元件的功率正方向相反，α的大小表示振荡能量流的相对大小。

Images