CN103178519A

CN103178519A - 基于scada数据实时定位电力系统功率振荡扰动源的方法

Info

Publication number: CN103178519A
Application number: CN2013100707681A
Authority: CN
Inventors: 梁寿愚; 赵旋宇; 李矛; 李鹏; 胡荣; 方文崇
Original assignee: China Southern Power Grid Co Ltd
Current assignee: China Southern Power Grid Co Ltd
Priority date: 2013-03-06
Filing date: 2013-03-06
Publication date: 2013-06-26
Anticipated expiration: 2033-03-06
Also published as: CN103178519B

Abstract

本发明是一种基于SCADA数据实时定位电力系统功率振荡扰动源的方法。包括如下步骤：1）调用EMS系统的实时库接口，获得电力设备的有功值；2）调用振荡特征迭代函数，在前一状态的基础上输入新的数据，对某个电网设备有功来回摆动的特征量进行计算，与预先设置的定值进行比较后返回设备的状态；3）实时定位扰动源，根据设备的起振时间，最早触发振荡的设备被立即定位为扰动源。本发明提高数据准确率，提高实用化水平，并大大节省投资，是一种方便实用的基于SCADA数据实时定位电力系统功率振荡扰动源的方法。

Description

基于SCADA数据实时定位电力系统功率振荡扰动源的方法

技术领域

本发明是一种基于SCADA数据实时定位电力系统功率振荡扰动源的方法，属于基于SCADA数据实时定位电力系统功率振荡扰动源的方法的改造技术。本发明属于电力调度自动化领域，涉及电力系统功率振荡扰动源的实时定位技术。

背景技术

在电力系统中，发电机经输电线路并列运行供电时，在某些运行状态下可能出现发电机转子之间的持续振荡，引起母线电压和输电线路上功率发生相应的振荡，影响了功率的正常输送，严重时电力系统将会发生失去同步直至崩溃的严重后果。由于直接起因涉及到同步发电机转子间的摇摆，称为机电振荡或功率振荡，这种持续振荡的频率很低，通常称之为低频振荡。

低频振荡是电力系统中发生频繁、对系统稳定运行造成严重影响的一类事故,已经成为威胁互联电网安全稳定运行、制约电网传输能力的重要因素之一。最近几年，我国电网发生过多次低频振荡，由于调度员处理得当，最终没有造成严重后果；但是，如果自动化系统不能提供振荡源定位信息，调度员收到低频振荡告警后，主要采取降低联络线功率的手段来逐步平抑振荡，无法立即切除扰动源以阻止振荡的进一步扩大或再次发生。因此，如何找到方法快速确定低频振荡扰动源并及时将其切除，对保障电网的安全稳定运行意义重大，也是当前调度运行工作的最迫切需求。

低频振荡扰动源定位技术在国内外有大量研究，主要成果集中在对PMU（phasor measurement unit，相量测量单元）采集的动态数据进行数学分析理论，如：基于能量函数的强迫功率振荡扰动源定位方法、采用Prony算法进行共振型低频振荡振源定位方法、希尔波特(Hilbert)变换解决大规模电网中低频振荡扰动源的定位方法等。

使用PMU数据的电力系统功率振荡扰动源定位技术存在以下几个问题和不足：

1）尚处于理论研究和仿真阶段

可查阅的所有研究结果表明，低频振荡扰动源定位技术研究目前都还处于仿真和分析的阶段，难以在生产运行中提供实时决策信息，尚未真正实现实用化的工程应用。

2）PMU布点有限，监测范围不全

SCADA(Supervisory Control And Data Acquisition，即数据采集与监视控制)系统，即数据采集与监视控制系统，通过安装在发电厂或变电站的一种远动装置RTU (Remote Terminal Unit，远程终端装置）采集电网数据，是当前所有电力调度的实时监视系统即EMS（Energy Management System,能量管理系统）所采用的数据采集架构。所以，SCADA数据覆盖EMS系统接入的所有厂站。

与RTU相反，PMU并不是厂站建设的常规采集装置，是需要专门部署，一般只部署在稳定问题比较突出的厂站，近期国内电力系统虽然加大投资，接入了大量PMU装置，但PMU布点有限，监测范围不全的问题仍然非常突出。

3）维护不到位，数据准确率不高

由于PMU是远端数据采集的附加设备，对电网实时运行影响不大，站端的运行人员重视程度较低，而且对装置的理解不够和操作存在偏差，往往会引起数据的问题。

主站端往往通过建设专门的WAMS (Wide Area Measurement System，广域监测系统)系统来接入PMU数据，与EMS系统难以集成，而且这些系统通常缺乏专业人员，维护难以到位。

4）实施成本过高

广域监测系统需要重新搭建数据采集架构，厂站需要专门部署PMU装置，主站系统应用复杂，必然导致实施成本大大增加。

发明内容

本发明的目的在于考虑上述问题而提供一种提高数据准确率，提高实用化水平，并大大节省投资的基于SCADA数据实时定位电力系统功率振荡扰动源的方法。

本发明的技术方案是：本发明的基于SCADA数据实时定位电力系统功率振荡扰动源的方法，包括如下步骤：

1）调用EMS系统的实时库接口，获得电力设备的有功值；

2）调用振荡特征迭代函数，在前一状态的基础上输入新的数据，对某个电网设备有功来回摆动的特征量进行计算，与预先设置的定值进行比较后返回设备的状态；

3）实时定位扰动源，根据设备的起振时间，最早触发振荡的设备被立即定位为扰动源。

上述步骤1）中，电力设备包括输电线路、发电机组、变压器。

上述步骤2）中，振荡特征迭代函数是一个状态迭代函数。

上述步骤2）中，设备的状态包括：振荡开始、正在振荡、振荡结束、正常。

上述步骤3）中，设备的起振时间是在秒级的时间内完成。

本发明与现有技术相比，具有如下有益效果：

1) 本发明使用SCADA数据，开发实现电力系统功率振荡扰动源的实时定位功能，解决WAMS因为系统监测范围不全、数据准确率不高而无法实现扰动源定位的问题。

2) 本发明直接在EMS系统上开发实现功率振荡扰动源的实时定位功能，不需要部署专用的数据采集装置相量测量单元（PMU）及广域测量系统（WAMS），即可以实现有效的电力系统功率振荡源的实时定位，简化技术实现，提高实用化水平，并大大节省投资。

3) 本发明使用状态迭代函数的方式，只需要使用设备功率当前值即可计算出设备功率状态，不需要保存和处理一个时间窗口的数据，解决了以往扰动源搜索需要大规模数据保存和扫描所存在的问题。

4)本发明只使用了最常规的RTU/SCADA数据，覆盖了电力调度机构的电网监视范围，消除了PMU装置布点不全带来的盲点，大大提高振荡源实时定位结果信息的可信度。

5)本发明技术实现简单实用，可以直接在EMS系统上开发应用，改造工作量非常小，加上EMS系统及其数据维护普遍比较到位，所以该技术更易于实用化。

本发明是一种方便实用的基于SCADA数据实时定位电力系统功率振荡扰动源的方法。

附图说明

图1 为本发明振荡特征迭代函数流程图

图2 为本发明基于SCADA数据功率振荡扰动源实时定位的方法的实现示意图。

具体实施方式

下面是本发明的一个优选实施例，本发明的特征、目的和优点可以从实施例的说明和附图中看出。

1、本方法使用振荡特征迭代函数，说明如下：

图1是振荡特征迭代函数流程图，该特征函数是一个状态迭代函数，在前一状态的基础上输入新的数据，对某个电网设备有功来回摆动的特征量进行计算，与预先设置的定值进行比较后返回设备的状态。

函数的输入：(P _k ,t _k )，其中P _k是设备的有功值，t _k是量测采集的时间。

判断当前数值是否极值点，

P _k ^’ ·P _k-1 ^’ <0 (1)

其中：

P _k ^’=

Figure 2013100707681100002DEST_PATH_IMAGE001

如果该点是极值点，式(2)、式(3)计算摆动的幅值和周期：

H=P _m -P _m-1 (2)

T=(t _m -t _m-1 )*2 (3)

其中H是摆动的幅值，T是摆动的周期。

图中H>=C _H &&T<=C _T判断振幅和周期是否越限，越限则将该点视为振荡极值点，振荡极值点的计数i加1。

其中 C _H和C _T是设定的限值。

i是判断该设备量测状态的标致变量，i小于定值正常，i大于定值则表示正在振荡，i如果等于定值则表示振荡开始，振荡结束或正常则归0。

i即使达到限值，还须判断振荡中轴的斜率是否在限值范围内，以过滤类似机组有功突然拉升引起的误告警，中轴斜率如式(4)所示。

_zdii-1ii-1

其中： K _zd是中轴斜率， P _i是最新的极值点有功， P _i-1是开始振荡极值点有功， t _i 、t _i-1是极值点对应的时间。

振荡特征迭代函数的特点是不需要保存一个时间窗口的数据，使用有功当前值即可返回对应设备量测的状态，非常适合于大规模数据的扫描。因为只对

P _k ^’=

如果该点是极值点，式(2)、式(3)计算摆动的幅值和周期：

H=P _m -P _m-1 (2)

T=(t _m -t _m-1 )*2 (3)

其中H是摆动的幅值，T是摆动的周期。

其中 C _H和C _T是设定的限值。

_zdii-1ii-1

振荡特征迭代函数的特点是不需要保存一个时间窗口的数据，使用有功当前值即可返回对应设备量测的状态，非常适合于大规模数据的扫描。因为只对量测曲线的特征量进行计算判断和记忆，系统资源开销非常小，效率非常高，在实时系统中可以通过不断的迭代，反映设备量测的当前状态；该函数也非常适合历史数据曲线特征按既定规则的判断，分析汇总设备量测在一段时间的变化情况。

2、基于SCADA数据功率振荡扰动源实时定位的方法

该方法应用“振荡特征迭代函数”在EMS的实时系统中开发应用，实现电力系统功率振荡扰动源实时定位功能，如图2所示，该功能实现包括五个过程，分别是取数、调用、返回和定位扰动源。

（1）取数

程序通过SCADA实时库接口获得发电机表、交流线端端点表、变压器表的有功量测当前值。全网设备一个断面的记录数可能达到上万条甚至数万条，这些记录需要设定足够的内存空间处理，小规模的应用可以通过条件缩小设备范围或人工预先定义配置表。

（2）调用

输入每个设备有功量测值和当前时间分别调用振荡特征迭代函数，计算设备的有功波动曲线特征值，从而判断对应设备的状态，这些特征和状态被记录下来，用于下一次迭代。

（3）返回

振荡特征迭代函数依次返回每一个设备当前的状态，包括：正常、振荡开始、正在振荡、振荡结束，这些状态将被用于之后的整个系统状态的判断和校验。

（4）判断

如果所有设备的状态属于正常，则电力系统被识别为正常，如果发现有设备属于振荡状态，则判断电力系统发生了振荡。

（4）定位扰动源

系统开始振荡时，全网范围内一般只有一个设备是处于振荡的，也有可能是多个，根据设备的起振时间，最早触发振荡的设备被立即定位为扰动源。

该方法可以为调度员提供实时的决策信息，如果是机组标识为振荡源，定位将比较明确；如果是变压器，调度员将判断是否该变压器低电压等级接入的电厂触发，线路也按类似情况判断（注：高级别调度机构不一定覆盖低电压等级的数据，如中调和总调的EMS系统往往缺乏11万及以下电压等级相关信息，这时振荡源设备往往反映在接入低电压等级的变压器或线路）。

因为整个过程都是在秒级的时间内完成的，所以这个方案是一个实时定位扰动源的技术方案。

3、结果验证

通过本方法开发实现的基于SCADA数据的低频振荡扰动源实时定位程序，2011年在南方电网电力调度控制中心（南网总调）EMS系统中投运以来，每一次低频振荡事件都准确发出告警，如：在11.19低频振荡事件中实时搜索确定镇雄电厂1号机为振荡源，向调度员及时发出告警，为事件处理争取了时间，2012年2月28日振荡事件中，该软件也实时定位了天二厂机组为扰动源。

综上所述，本发明与现有技术不同的技术特征是：

1)在此之前，所有监视电力系统功率振荡源定位的研究都是基于PMU数据的。本发明使用SCADA数据，设计通过曲线特征提取功率振荡特征值的理论方法，开发实现了电力系统功率振荡源的实时定位功能，解决WAMS因为系统监测范围不全、数据准确率不高而无法实现扰动源定位的问题。

2)本发明使用的状态迭代函数，该函数只需要使用设备功率当前值即可快速地计算出设备功率状态，不需要保存和处理一个时间窗口的数据，非常适合于大规模设备功率状态数据的扫描，解决了以往扰动源搜索需要大规模数据保存和扫描所存在的问题。

3) 本发明实时定位扰动源，根据设备的起振时间，最早触发振荡的设备被立即定位为扰动源。该技术实现简单实用，可以直接在EMS系统上开发应用，因为整个过程都是在秒级的时间内完成的，所以这个方案是一个实时定位扰动源的技术方案。

Claims

1.一种基于SCADA数据实时定位电力系统功率振荡扰动源的方法，其特征在于包括如下步骤：

1）调用EMS系统的实时库接口，获得电力设备的有功值；

2.根据权利要求1所述的基于SCADA数据实时定位电力系统功率振荡扰动源的方法，其特征在于上述步骤1）中，电力设备包括输电线路、发电机组、变压器。

3.根据权利要求1所述的基于SCADA数据实时定位电力系统功率振荡扰动源的方法，其特征在于上述步骤2）中，振荡特征迭代函数是一个状态迭代函数。

4.根据权利要求1所述的基于SCADA数据实时定位电力系统功率振荡扰动源的方法，其特征在于上述步骤2）中，设备的状态包括：振荡开始、正在振荡、振荡结束、正常。

5.根据权利要求1所述的基于SCADA数据实时定位电力系统功率振荡扰动源的方法，其特征在于上述步骤3）中，设备的起振时间是在秒级的时间内完成。