CN103178521A

CN103178521A - 基于scada历史数据搜索分析电力系统功率振荡扰动源的方法

Info

Publication number: CN103178521A
Application number: CN2013100709117A
Authority: CN
Inventors: 梁寿愚; 赵旋宇; 李矛; 李鹏; 胡荣; 顾慧杰; 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: CN103178521B

Abstract

本发明是一种基于SCADA历史数据搜索分析电力系统功率振荡扰动源的方法。包括如下步骤：1)调用EMS系统的时序数据库接口，分批量获得电力设备有功值一个时间段的历史数据，按照既定结构将这些数据放入缓存等待排队计算；2)排队调用，对每一个队列的历史数据调用振荡特征迭代函数进行迭代处理，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)如果发现设备量测振荡，则生成振荡记录返回；4)排序定位振荡源，所有记录将被收集到一起，按照开始振荡时间进行排序，排在第一位的设备将被定位为振荡源。本发明提高数据准确率，方便实用，振荡源实时定位结果信息的可信度高。

Description

基于SCADA历史数据搜索分析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历史数据搜索分析电力系统功率振荡扰动源的方法，属于基于SCADA历史数据搜索分析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搜索定位技术。

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，我国电网发生过多起低频振荡事件，调度机构的调度员、方式、自动化等专业部门需要分析历史数据，一个原因是对实时告警的补充搜索仿真，研究不同限值下振荡的模拟；另外一个是对历史数据进行分析处理，生成分析报告。因此，如何找到方法实现历史数据搜索分析电力系统功率振荡扰动源功能，对保障电网的安全稳定运行、事件的仿真和分析意义重大，也是当前调度运行工作的最迫切需求。

低频振荡扰动源搜索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历史数据搜索分析电力系统功率振荡扰动源的方法。本发明方便实用，振荡源实时定位结果信息的可信度高。

本发明的技术方案是：本发明的基于SCADA历史数据搜索分析电力系统功率振荡扰动源的方法，包括有如下步骤：

1)调用EMS系统的时序数据库接口，分批量获得电力设备有功值一个时间段的历史数据，按照既定结构将这些数据放入缓存等待排队计算；

2)排队调用，对每一个队列的历史数据调用振荡特征迭代函数进行迭代处理，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)如果发现设备量测振荡，则生成振荡记录返回，这个结构中分别记录了设备名称、开始振荡时间、结束振荡时间和振幅诸信息；

4)排序定位振荡源，所有记录将被收集到一起，按照开始振荡时间进行排序，排在第一位的设备将被定位为振荡源。

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。

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历史数据，开发实现电力系统功率振荡扰动源的搜索定位功能，解决WAMS因为系统监测数据不全、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历史数据搜索定位功能，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定位分析，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处理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历史数据搜索分析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历史数据搜索定位功率振荡扰动源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：(Pk,tk)，其中Pk是设备的有功值，tk是量测采集的时间。

判断当前数值是否极值点，

Pk’·Pk-1’<0 (1)

其中：

Pk’=

Figure 2013100709117100002DEST_PATH_IMAGE002

如果该点是极值点，式(2)、式(3)计算摆动的幅值和周期：

H=Pm-Pm-1 (2)

T=(tm-tm-1)*2 (3)

其中H是摆动的幅值，T是摆动的周期。

图中H>=CH&&T<=CT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 CH和CT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。

Kzd=(Pi-Pi-1)/(ti-ti-1) (4)

其中： Kzd是中轴斜率， Pi是最新的极值点有功， Pi-1是开始振荡极值点函数的输入：(Pk,tk)，其中Pk是设备的有功值，tk是量测采集的时间。

判断当前数值是否极值点，

其中： Kzd是中轴斜率， Pi是最新的极值点有功， Pi-1是开始振荡极值点有功， ti、ti-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历史数据搜索定位功率振荡扰动源的方法

历史数据搜素定位扰动源的方法的主要应用场景，是实时振荡告警后自动触发历史数据搜索，或手工触发搜索分析一段时间范围的历史数据。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历史事件的搜索定位功能。如图2所示，该功能实现包括四个过程，分别是取数、排队调用、返回振荡记录和排序定位振荡源。

其中： p1～pn是有功值，t1～tn是对应的时间，osci(p,t)是振荡特征迭代函数。

（1）取数

本方法处理时间序列数据或文件数据，输入时间范围，通过接口获取某个设备在这个时间段的有功量测和对应时间队列。

（2）排队调用

排队调用是输入该设备历史数据队列中的每一个有功值、时间，调用振荡特征迭代函数进行迭代处理，如果发现设备量测振荡，则生成振荡记录，分别记录了设备名称、开始振荡时间、结束振荡时间和振幅等信息。

（3）返回振荡记录

振荡特征迭代函数依次返回设备当前的状态，包括：正常、振荡开始、正在振荡、振荡结束，形成振荡记录，这些记录将被用于之后的整个系统状态的判断和检验确认。

每一个设备按顺序一次完成取数、调用和返回振荡记录的过程。

（4）排序定位振荡源

所有记录将被收集到一起，按照开始振荡时间进行排序，排在第一位的设备将被定位为振荡源。

整个过程需要的时间是由搜索的设备以及输入的时间段大小决定的，搜索5000个设备10分钟的时间段的数据量，可以在分钟内完成，所以这个方案是一个可以在大规模设备群中搜索定位扰动源进行仿真研究的技术方案。

3、结果验证

按照本方法开发实现的历史数据搜索定位低频振荡源程序，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被作为重要的辅助分析手段，较清晰的定位了振荡源及其散播路径及范围，如：2011年11.19低频振荡事件、2012年2月28日振荡事件。

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，开发实现了历史数据搜索分析电力系统功率振荡源的功能，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）单个设备历史数据的扫描时的排队调用，排队调用是对该设备历史数据队列中的每一个有功值、时间对分别调用振荡特征迭代函数进行迭代处理，如果发现设备量测振荡，则生成振荡记录，分别记录了设备名称、开始振荡时间、结束振荡时间和振幅等信息。该函数只需要使用设备功率及其对应时间即可快速地计算出设备功率状态，不需要将数据切割为一个又一个时间片，运算简单，其效率也大大提高。

3）本方法先分别扫描设备一个时间段历史数据的振荡特征情况，之后所有记录将被收集到一起，按照开始振荡时间进行排序，获得振荡源的定位信息。这种分片处理的方式大大提高了运算的可靠性和效率，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。

Claims

1.一种基于SCADA历史数据搜索分析电力系统功率振荡扰动源的方法，其特征在于包括有如下步骤：

2.根据权利要求1所述的基于SCADA历史数据搜索分析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历史数据搜索分析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历史数据搜索分析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。