CN105629189B - 工频量测中伪振荡的判定及避免方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种工频量测中伪振荡的判定及避免方法，该判定方法包括：计算一设定电网位置的基波量测结果的振荡频率；提取所述基波量测结果的电网基波频率，并计算所述电网基波频率相对于电网额定频率的频率偏移量；根据所述振荡频率、所述频率偏移量及所述设定电网位置的已知信号谐波次数三者中的一个或多个判定所述基波量测结果中的振荡是否为伪振荡。本发明的方法能够有效避免工频量测结果中由于量测导致的伪振荡。
Description
技术领域
本发明涉及电力领域，尤其涉及一种工频量测中伪振荡的判定及避免方法。
背景技术
我国电力系统已进入大机组、长距离、特高压、交直流混联及新能源高渗透率的广域互联时代，电网运行中的不确定性及动态特性日趋复杂。
直流输电在远距离、大容量输电方面具有很大优势，是电力资源优化配置的重要手段。但直流输电在其换流过程中会产生大量谐波。风电、光伏等大量可再生能源的开发利用通过电力电子装置(设备)接入电网，其换流及控制过程同样会产生大量谐波和间谐波。
同步相量测量装置(PMU)的测量精度对电网复杂故障的发现与分析具有重要意义。调控人员对电网低频振荡、次同步振荡的监测分析主要依赖于PMU装置上送的数据。PMU装置如果对谐波和间谐波处理不当，有可能导致基波测量结果出现伪振荡，给调控运行人员造成电网中存在低频振荡或次同步振荡的假象，从而导致其对电网运行状态的误判，引起严重后果。
目前，电网调控运行人员很难分辨电网动态数据振荡是由于量测原因引起的伪振荡还是真实的电网振荡。近期我国已有部分直流换流站内电压、电流相量及功率测量结果频繁出现振荡现象，导致调控人员误判以为电网发生了低频振荡和次同步振荡，并采取措施降低直流功率，直接影响到了电力平衡和安全运行。
因此，针对PMU上送的振荡数据，迫切需要给出一种可靠准确的分析判别方法，区分真实的电气振荡和量测原因导致的伪振荡，避免伪振荡现象干扰调控运行人员对电网动态过程的正确感知。
发明内容
本发明提供一种工频量测中伪振荡的判定及避免方法，以解决现有技术中的一项或多项缺失。
本发明提供一种工频量测中伪振荡的判定方法，包括：计算一设定电网位置的基波量测结果的振荡频率；提取所述基波量测结果中的电网基波频率，并计算所述电网基波频率相对于一电网额定频率的频率偏移量；根据所述振荡频率、所述频率偏移量及所述设定电网位置的已知信号谐波次数三者中的一个或多个判定所述基波量测结果中的振荡是否为伪振荡。
一个实施例中，根据所述振荡频率、所述频率偏移量及所述设定电网位置的已知信号谐波次数三者中的一个或多个判定所述基波量测结果中的振荡是否为伪振荡，包括：对所述频率偏移量的绝对值和所述振荡频率进行相关性分析，计算得到一相关系数；判断所述相关系数是否大于一设定值；若是，则判定所述基波量测结果中的振荡为伪振荡。
一个实施例中，根据所述振荡频率、所述频率偏移量及所述设定电网位置的已知信号谐波次数三者中的一个或多个判定所述基波量测结果中的振荡是否为伪振荡，包括：计算所述振荡频率和所述频率偏移量的绝对值的比例系数；判断所述比例系数是否等于所述基波量测结果所对应采样信号在所述电网额定频率下单个基波周期内的采样点数；若是，则判定所述基波量测结果中的振荡为伪振荡。
一个实施例中，根据所述振荡频率、所述频率偏移量及所述设定电网位置的已知信号谐波次数三者中的一个或多个判定所述基波量测结果中的振荡是否为伪振荡，包括：对所述频率偏移量的绝对值和所述振荡频率进行相关性分析，计算得到相关系数；计算所述振荡频率和所述频率偏移量的绝对值的比例系数；判断是否所述比例系数等于所述基波量测结果所对应采样信号在所述电网额定频率下单个基波周期内的采样点数且所述相关系数大于一设定值；若是，则判定所述基波量测结果中的振荡为伪振荡。
一个实施例中，根据所述振荡频率、所述频率偏移量及所述设定电网位置的已知信号谐波次数三者中的一个或多个判定所述基波量测结果中振荡是否为伪振荡，包括：根据所述基波量测结果的信号采样频率是否满足采样定理，所述偏移量是否为零，以及所述基波量测结果所对应采样信号在所述电网额定频率下单个基波周期内的采样点数和所述已知信号谐波次数的差值绝对值是否等于1，判断所述基波量测结果中的振荡是否为伪振荡；如果所述基波量测结果的信号采样频率不满足采样定理，所述偏移量不为零且所述基波量测结果在所述电网额定频率下单个基波周期内的采样点数和所述已知信号谐波次数的差值绝对值等于1，则判定所述基波量测结果中的振荡为伪振荡。
一个实施例中，所述设定电网位置为直流换流站；所述已知信号谐波次数包含11、13、23、25、35及37。
一个实施例中，计算一设定电网位置的基波量测结果的振荡频率，包括：采用过零法计算所述基波量测结果中振荡的振荡频率。
一个实施例中，所述基波量测结果为电流信号。
本发明还提供一种工频量测中伪振荡的避免方法，用于避免能够利用上述各实施例所述的方法判定的伪振荡，包括：根据一设定电网位置确定一已知信号谐波次数；根据所述设定电网位置的基波量测采样信号在电网额定频率下单个基波周期内的采样点数和所述已知信号谐波次数的差值绝对值等于1，计算所述采样点数的值；根据所述采样点数的值和所述电网基波频率，计算得到能导致伪振荡产生的采样频率；利用所述能导致伪振荡产生的采样频率之外的频率对所述设定电网位置进行工频量测，以避免伪振荡。
本发明实施例的工频量测中伪振荡的判定方法，能够快速判断电网是真实地发生了振荡现象还是由于量测原因引起的虚假振荡，避免因虚假的伪振荡导致调控运行人员误判，避免因调控运行人员误判而采取控制措施，影响电网安全稳定运行，而且，本发明实施例的伪振荡判定方法简单有效。本发明实施例的工频量测中伪振荡的避免方法，能够有效避免工频测量中产生伪振荡，从而避免因虚假的伪振荡导致调控运行人员误判，进一步避免因调控运行人员误判而采取控制措施而影响电网安全稳定运行。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。在附图中：
图1是华北电网一换流站PMU上送的交流滤波器幅值曲线；
图2是本发明实施例中工频量测中伪振荡的判定方法的流程示意图；
图3是本发明一实施例中判断基波量测结果中振荡是否为伪振荡方法的流程示意图；
图4是本发明另一实施例中判断基波量测结果中振荡是否为伪振荡方法的流程示意图；
图5是本发明又一实施例中判断基波量测结果中振荡是否为伪振荡方法的流程示意图；
图6是本发明再一实施例中判断基波量测结果中振荡是否为伪振荡方法的流程示意图；
图7是PMU上送的A相电流幅值与频率之间的对比曲线图；
图8是PMU上送的幅值振荡频率与电网频率波动绝对值的对比曲线图；
图9是交流滤波器A相电流信号的频谱分析结果；
图10是本发明实施例的工频量测中伪振荡的避免方法的流程示意图。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下面结合附图对本发明实施例做进一步详细说明。在此，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，但并不作为对本发明的限定。
本发明各实施例中，“电力系统”可指，由发电、供电(包括输电、变电及配电)、用电设施，以及为保证这此设施正常运行所需的继电保护、安全自动装置、计量装置、电力通信设施、自动化设施等构成的整体。“低频振荡”可指，电力系统发电机的转子角速度、转速，以及其他电气量，例如线路功率、母线电压等发生近似等幅、增幅或减幅的振荡。因振荡频率较低，一般在0.1Hz-2.5Hz，故可称为低频振荡。“工频”可指电力工业的交流电标准频率，在我国可指50Hz。“谐波”可指频率为工频频率整数倍的电压或电流。“间谐波”可指频率为工频频率非整数倍的电压或电流。“特征谐波”可指电力电子换流器在平衡状态下工作时产生的特定次数的谐波电流成份，例如12脉动换流器在电网交流侧和直流侧分别产生12k±1次和12k次的特征谐波，其中k为正整数。“采样定理”可指，若连续信号x(t)是有限带宽的，其频谱的最高频率为fh，对x(t)抽样时，若保证抽样频率fs≥2fh，那么，可由采样信号x(nTs)恢复出x(t)，即x(nTs)保留了x(t)的全部信息。相量测量装置(Phasor Measurement Unit，PMU)可用于进行同步相量的测量和输出以及进行动态记录的装置。PMU的核心特征可包括基于标准时钟信号的同步相量测量、失去标准时钟信号的守时能力、PMU与主站之间能够实时通信并遵循有关通信协议。
图1是华北电网一换流站PMU上送的交流滤波器幅值曲线。如图1所示，该换流站的PMU上送电流幅值计算结果存在明显的振荡。振荡频率在0Hz～1.2Hz之间波动，这一振荡频率在低频振荡范围内。如何判断如图1所示的振荡现象是真实的电气振荡还是由于量测原因导致的伪振荡，直接关系到电网的运行控制。然而，目前尚无有效的方法能够对这类现象是否为伪振荡进行判别。
本发明的方法通过分析电网中信号的特征谐波及其在采样信号中的反映以及特征谐波对基波测量的影响得到。在说明本发明工频量测中伪振荡的判定方法的具体实施方式之前，需要预先说明本发明的构思过程及本发明的方法之所以能够实施的原因。下面将以对直流换流站进行工频测量为例进行说明本发明的创造过程，但并非用以限定本发明的实施。
首先，分析直流换流站特征谐波及其在采样信号中的反映。
根据采样定理，假如信号中包含高于fs/2的频率成份fh，这一频率成份在采样数据的后续分析中，会表现为其关于fs/2对称的频率成份。fh关于fs/2对称的频率为：
|fs/2-(fh-fs/2)|＝|fs-fh|。 (1)
设采样频率fs＝sf0，其中，f0为电网额定频率，s为电网额定频率下每个基波周期内的采样点数，电网实际频率f＝f0+Δf，Δf为电网实际频率与电网额定频率的频率差值。设电网中存在m次谐波，则该次谐波频率为：
fm＝mf＝mf0+mΔf。 (2)
当采样定理得不到满足即fs<2fm时，高频谐波会映射为较低频的谐波或间谐波。根据公式(1)，当fs<2fm时，m次谐波经采样后会映射为频率成份f′m，如下所示：
f′m＝|fs-fm|＝|fs-m(f0+Δf)|＝|(s-m)f0-mΔf|。 (3)
由公式(3)可以看出，由于采样频率不满足采样定理时，采样信号中会产生混叠效应，在频率差值Δf＝0的情况下，即电网实际频率为电网额定频率，m次谐波在采样信号中被映射为|s-m|次谐波。在频率差值Δf≠0的情况下，m次谐波在采样信号中会被映射为|s-m|次谐波附近的间谐波。
通过上述分析，发明人得知：电网实际频率偏离电网额定频率，且采样频率fs不满足采样定理时，原始信号中频率高于fs/2的高次谐波在采样信号中会映射为频率低于fs/2的间谐波，这一间谐波的频率与其所对应的高次谐波的真实频率关于fs/2对称。
进一步地，当采样频率fs＝sf0满足以下条件公式(4)时，采样信号中m次谐波被映射为基波附近的间谐波。
对于实际电网，电网实际频率与电网额定频率的频率差值Δf一般较小。例如，Δf＝0.1Hz，100次谐波对应的频率mΔf＝10Hz，小于电网额定频率f0。因此，公式(4)所针对的谐波范围符合实际电网的真实情况，所以，可以认为|mΔf|<f0成立。
当s-m＝1时，
f′m＝f0-mΔf＝f-(m+1)Δf＝f-sΔf， (5)
当s-m＝-1时，
f′m＝f0+mΔf＝f+(m-1)Δf＝f+sΔf。 (6)
然后，分析特征谐波对基波测量的影响。
采样频率不满足采样定理时，且在电网实际频率与电网额定频率的频率差值Δf≠0的情况下，采样信号中m次谐波会被映射为|s-m|次谐波附近的间谐波。当|s-m|≠1时，间谐波的频率离基波较远，由于(工频量测对采样信号处理中)离散傅里叶变换DFT对谐波的具有抑制特性，间谐波对基波相量测量的影响可以很小。
进一步分析，当|s-m|＝1时，m次谐波在采样信号中会被映射为基波附近的间谐波成份，间谐波的频率与电网基波额定频率f0之间差值为mΔf，间谐波的频率与电网基波实际频率f的差值为sΔf。这一成份(该间谐波所对应的m次谐波)会对基波的测量结果产生较大影响，导致基波测量结果出现伪振荡现象。
下面详细分析基波附近的间谐波对基波测量结果的影响。
设电网信号例如电流信号中包含幅值为I、角频率为ω0的基波成份和幅值为I1、角频率为ω1的间谐波成份，该电流信号可表示为：
设一频率ωs是与ω1互补的频率，即ωs＝ω0-ω1，则上述电流信号可表示为：
其中，
由于实际电力系统中(以电流信号为例)间谐波的幅值I1的与基波的幅值I相比，一般比较小，因此，公式(9)和公式(10)可以分别简化为：
由公式(11)、(12)可以看出：当电网中存在间谐波成份时，间谐波成份对基频成份的影响相当于是对同步相量的幅值和角度进行调制，即在同步相量的幅值和角度上叠加一个频率为ωs＝ω-ω1的振荡成份。
发明人发现，在对信号进行离散傅里叶变换DFT处理时，之所以会将非工频谐振成份反映为对工频幅值或相位的调制，本质原因就是时域的时间窗的长度一般取一个工频周期，导致频域的分辨率只有工频。当间谐波的频率与基频较接近时，频域的分辨率不足以将基波与间谐波分辨开。
根据以上分析可知，当采样频率不满足采样定理时，在电网实际频率与电网额定频率的频率差值Δf≠0且|s-m|＝1时，m次谐波在采样信号中会被映射为基波附近的间谐波成份，间谐波的频率与基波实际频率f之间的差值为sΔf。根据公式(11)和公式(12)，与基波频率相差sΔf的频率成份(上述间谐波)会导致基波幅值和相角测量结果出现频率为|sΔf|的伪振荡。
基于上述分析，本发明提供了一种工频量测中伪振荡的判定方法。图2是本发明实施例中工频量测中伪振荡的判定方法的流程示意图。如图2所示，工频量测中伪振荡的判定方法，例如工频量测中的振荡现象是否为由量测导致的伪振荡的判断方法，可包括步骤：
S110：计算一设定电网位置的基波量测结果的振荡频率；
S120：提取上述基波量测结果中的电网基波频率，并计算上述电网基波频率相对于电网额定频率的频率偏移量；
S130：根据上述振荡频率、上述频率偏移量及上述设定电网位置的已知信号谐波次数三者中的一个或多个判定上述基波量测结果中的振荡是否为伪振荡。
可首先确定该基波量测结果中是否存在振荡现象，再开始利用本发明实施例的方法进行伪振荡判断。在上述步骤S110中，该设定电网位置可以是电力系统中的任一位置，例如直流换流站。该基波量测结果可为利用例如PMU装置进行工频量测的结果，例如对直流换流站进行工频量测，该基波量测结果可以是基波幅值的测量结果。该振荡频率是上述基波量测结果中振荡现象的振荡频率，例如图1所示的振荡现象的振荡频率在0Hz～1.2Hz之间。
上述的基波量测结果可以是该设定电网位置处的各种电力信号，例如电流信号或电压信号。信号选取简单，计算方便。
上述振荡频率可通过多种方法计算得到，例如采用过零法计算上述基波量测结果中振荡的振荡频率。利用过零法可以快速获取上述振荡频率，有助于提高伪振荡的判断速度。
在上述步骤S120中，该电网基波频率可以通过例如PMU装置量测得到。该电网额定频率例如在我国可为50Hz。该频率偏移量可为该电网基波频率和该电网额定频率的差值。
在上述步骤S130中，例如，在一些实施例中，可根据该振荡频率和该频率偏移量判断上述基波量测结果中的振荡是否为伪振荡；在另一些实施例中，可根据该频率偏移量和该设定电网位置的已知信号谐波次数判断上述基波量测结果中的振荡是否为伪振荡。当然，上述两部分实施例本质上可基于相同的发明构思。
本发明实施例中，首先通过计算基波量测结果中振荡现象的振荡频率(步骤S120)，然后计算电网基波频率相对于一电网额定频率的频率偏移量(步骤S130)，最后通过根据上述振荡频率、上述频率偏移量及上述设定电网位置的已知信号谐波次数三者中的一个或多个量，判断基波量测结果中振荡现象是否为测量导致，能够解决现有技术中由于无法判断振荡为伪振荡而导致无法对电力系统进行合理调控的困难。
图3是本发明一实施例中判断基波量测结果中振荡是否为伪振荡方法的流程示意图。如图3所示，在上述步骤S130中，根据上述振荡频率、上述频率偏移量及上述设定电网位置的已知信号谐波次数三者中的一个或多个判定上述基波量测结果中振荡是否为伪振荡的方法，可包括步骤：
S1311：对上述频率偏移量的绝对值和上述振荡频率进行相关性分析，计算得到一相关系数；
S1312：判断上述相关系数是否大于一设定值；
S1313：若是，则判定上述基波量测结果中的振荡为伪振荡。
在上述步骤S1311中，例如，PMU装置量测得到电网基波频率f，且电网额定频率f0例如为50Hz，则该频率偏移量Δf＝f-f0。振荡频率f1，以直流换流站工频量测结果为例，例如幅值，可通过分析计算得到。对频率偏移量|Δf|＝|f-f0|和振荡频率f1进行相关性分析，例如计算得到相关性系数为：
其中，r表示相关性系数。
在上述步骤S1312中，通过该设定值可以根据经验设置，例如该设定值为0.9，则当相关性系数r>0.9时，可认为上述基波量测结果中的振荡为伪振荡。在其他实施例中，该设定值可根据精确度要求自行设置。
经上述步骤S1312的判断结果，若为上述相关系数不大于该设定值，可以认为基波量测结果中的振荡为伪振荡，也可以通过其他可能的方式作进一步判断。
本发明实施例中，考虑到电网信号的谐波次数不容易获得，则基于同样的构思，根据容易获得的频率偏移量和振荡频率进行相关性分析，能够较容易地判断基波量测结果中的振荡是否为伪振荡。其中，频率偏移量和振荡频率之间的相关性高，可以认为是间谐波所对应的m次谐波对基波的测量结果的影响的结果。
图4是本发明另一实施例中判断基波量测结果中振荡是否为伪振荡方法的流程示意图。如图4所示，可以通过振荡频率和频率偏移量绝对值的比例系数判别伪振荡，则在上述步骤S130中，根据上述振荡频率、上述频率偏移量及上述设定电网位置的已知信号谐波次数三者中的一个或多个判定上述基波量测结果中振荡是否为伪振荡的方法，可包括步骤：
S1314：计算上述振荡频率和上述频率偏移量的绝对值的比例系数；
S1315：判断上述比例系数是否等于上述基波量测结果所对应采样信号在上述电网额定频率下单个基波周期内的采样点数；
S1316：若是，则判定上述基波量测结果中的振荡为伪振荡。
在上述步骤S1314中，以直流换流站工频量测结果为例，该振荡频率f1和该频率偏移量的绝对值|Δf|的比例系数可为：
其中，k为上述比例系数。
在上述步骤S1315中，基波量测结果在上述电网额定频率的单个周期内的采样点数s可通过采样频率fs除以电网额定频率f0得到，即s＝fs/f0。例如，采样频率fs＝1200Hz，电网额定频率f0＝50Hz，则每个电网额定频率周期内采样点数s＝1200/50＝24。
经上述步骤S1315的判断结果，若为上述比例系数不等于或不接近上述基波量测结果在上述电网额定频率的单个周期内的采样点数，可以认为基波量测结果中的振荡为伪振荡，也可以通过其他可能的方式作进一步判断。基波量测结果所对应采样信号即为基波量测采样信号，该采样信号(基波量测采样信号)在电网额定频率下单个基波周期内的采样点数等于采样频率与电网额定频率的比值。
通过比较上述比例系数k和单个电网额定频率周期内采样点数s，例如k＝s，判断基波量测结果中的振荡是否为伪振荡。其他实施例中，可根据k和s的大小接近，例如二者的差值即|k-s|在一个设定差值范围内，例如|k-s|0.05范围内可认为k和s够接近，判断基波量测结果中的振荡是否为伪振荡。
本实施例中，上述比例系数与该基波量测结果在电网额定频率的单个周期内的采样点数相等或接近，可以认为是间谐波所对应的m次谐波对基波的测量结果的影响的结果，从而能够据此判定基波量测结果中的振荡为伪振荡。本实施例的方法与前一实施例(图3所示)的方法相比，该判断方法更便捷。
图3和图4所示的方法均可以分别用于判断基波量测结果中振荡是否为伪振荡。较佳实施例中，可以先用图3所示的方法初步判断基波量测结果中振荡为伪振荡，再根据图4所示的方法进一步确认基波量测结果中振荡为伪振荡。
图5是本发明又一实施例中判断基波量测结果中振荡是否为伪振荡方法的流程示意图。如图5所示，在上述步骤S130中，根据上述振荡频率、上述频率偏移量及上述设定电网位置的已知信号谐波次数三者中的一个或多个判定上述基波量测结果中振荡是否为伪振荡的方法，可包括步骤：
S1311：对上述频率偏移量的绝对值和上述振荡频率进行相关性分析，计算得到相关系数；
S1314：计算上述振荡频率和上述频率偏移量的绝对值的比例系数；
S1317：判断是否上述比例系数等于上述基波量测结果所对应采样信号在上述电网额定频率下单个基波周期内的采样点数且上述相关系数大于一设定值；
S1318：若是，则判定上述基波量测结果中的振荡为伪振荡。
经上述步骤S1317的判断结果若为，上述比例系数不等于上述基波量测结果在上述电网额定频率的单个周期内的采样点数，而且上述相关系数不大于该设定值，则可确认上述基波量测结果中振荡不是伪振荡。
本实施例中，通过同时判断上述比例系数是否等于上述基波量测结果在上述电网额定频率的单个周期内的采样点数，以及上述相关系数是否大于一设定值，能够得到更准确的判定结果。通过图3至图5任一个所示的方法还可以在上述频率偏移量为零时判断基波量测结果中振荡是否为伪振荡。
上述各实施例的方法，可以针对信号谐波次数未知的情况进行伪振荡判断。对于电网中的某些位置，信号谐波次数可以是已知的，则可以根据已知信号谐波次数，基于本发明的构思，判断判断基波量测结果中振荡是否为伪振荡。
图6是本发明再一实施例中判断基波量测结果中振荡是否为伪振荡方法的流程示意图。如图6所示，在上述步骤S130中，根据上述振荡频率、上述频率偏移量及上述设定电网位置的已知信号谐波次数三者中的一个或多个判定上述基波量测结果中振荡是否为伪振荡的方法，可包括步骤：
S1321：根据上述基波量测结果的信号采样频率是否满足采样定理，上述偏移量是否为零，以及上述基波量测结果所对应采样信号在上述电网基波频率下单个基波周期内的采样点数和上述已知信号谐波次数的差值绝对值是否等于1，判断上述基波量测结果中的振荡是否为伪振荡；
S1322：如果上述基波量测结果的信号采样频率不满足采样定理，上述偏移量不为零且上述基波量测结果在上述电网基波频率的单个周期内的采样点数和上述已知信号谐波次数的差值绝对值等于1，则判定上述基波量测结果中的振荡为伪振荡。
本实施例中，直接利用电网工频量测位置出的已知信号谐波次数，基于本发明的构思，判断基波量测结果中振荡是否为伪振荡，计算量更小，判断方法更方便。
在上述步骤S1321中，例如该设定电网位置可为直流换流站。该直流换流站处的已知信号谐波次数可包含11、13、23、25、35、37等。在其他实施例中，其他电网位置的信号谐波次数若已知，可依据此方法，判断基波量测结果中振荡是否为伪振荡。
依据本发明实施例的方法，电力系统量测数据振荡现象可以在调控中心或者是PMU装置内部进行自动判别其是真实的电网振荡还是量测原因引起的伪振荡。
下面以具体实施例说明本发明的功效。具体实施例中的数据可均取自于电力系统实际运行数据。主要以换流站为例，但本领域技术人员知道，依据本发明的方法在该换流站中的实施，可类似地推知如何对整个电网工频量测振荡现象的判别。
一个具体实施例中，华北电网某背靠背换流站采用12脉冲换流器，其交流滤波器及换流变压器电流幅值测量结果中持续出现振荡现象。该换流站PMU采样频率可为1200Hz，对应每个额定频率周期内采样点数可为s＝1200/50＝24。图7是PMU上送的A相电流幅值与频率之间的对比曲线图。如图7所示，由滤波器A相电流幅值曲线701和电网频率曲线702对比可以直观地看出，电网频率偏离50Hz越大，PMU上送的电流幅值测量结果的振荡频率越高。
下面根据本发明一个实施例的方法对上述振荡现象进行判别。
针对图7所示的PMU电流幅值测量结果，可利用过零法计算其振荡频率f1，并与电网基波频率的波动量|Δf|进行对比。图8是PMU上送的幅值振荡频率与电网频率波动绝对值的对比曲线图。如图8所示，采用过零法得到了A相电流幅值振荡频率曲线801和电网频率波动绝对值曲线802。其中，为了便于比较，图8中的电网频率波动绝对值已乘以了24，即|f-50|×24。由图8可以看出，A相电流幅值振荡频率曲线801和电网频率波动绝对值曲线802几乎完全重合。
然后，计算幅值振荡频率f1与电网频率波动绝对值|Δf|的相关系数r。在图8所示的时间窗内，计算得到幅值振荡频率f1和电网频率波动绝对值|Δf|之间的相关系数r＝0.996>0.9。可以初步认为上述交流滤波器及换流变压器电流幅值测量结果中持续出现的振荡现象是量测导致的伪振荡。
进一步，计算幅值振荡频率f1与电网频率波动绝对值|Δf|的比例系数，得到比例系数k＝23.55。比例系数k的数值与每个额定频率周期内采样点数s＝24非常接近。可以最终确认该站PMU上送的电流幅值数据中出现的振荡现象为由于量测原因引起的伪振荡。
根据本发明另一实施例的方法对上述振荡现象进行判别。
对上述交流滤波器A相电流信号的录波数据(采样频率为10000Hz)进行频谱分析，频谱分析结果如图9所示。可以看出，滤波器电流中包含有明显的11、13、23、25、35、37次等特征谐波，可以认为11、13、23、25、35、37次是上述换流站中的已知信号谐波次数。
在每个额定频率周期内采样点数s＝24的情况下，换流站中23次和25次谐波均满足|s-m|＝1的情况，在采样信号中会被映射为基波附近的间谐波，从而引起基波测量结果出现伪振荡，且伪振荡的频率为|24Δf|。利用该实施例的方法同样可以确认图7中的振荡现象为伪振荡。
本发明实施例的工频量测中伪振荡的判定方法，能够快速判断电网是真实地发生了振荡现象还是由于量测原因引起的虚假振荡，避免因虚假的伪振荡导致调控运行人员误判，避免因调控运行人员误判而采取控制措施，影响电网安全稳定运行。实践证明，本发明技术方案简单有效，为保障电网安全稳定运行和可靠供电奠定了基础。
基于上述各实施例的工频量测中伪振荡的判定方法，本发明还提供一种工频量测中伪振荡的避免方法，用于避免能够利用上述各实施例的方法判定的伪振荡。图10是本发明实施例的工频量测中伪振荡的避免方法的流程示意图。如图10所示，该方法可包括步骤：
S210：根据一设定电网位置确定一已知信号谐波次数；
S220：根据上述设定电网位置的基波量测采样信号在所述电网额定频率下单个基波周期内的采样点数和上述已知信号谐波次数的差值绝对值等于1，计算上述采样点数的值；
S230：根据上述采样点数的值和上述电网基波频率，计算得到能导致伪振荡产生的采样频率；
S240：利用上述能导致伪振荡产生的采样频率之外的频率对上述设定电网位置进行工频量测，以避免伪振荡。
在上述步骤S210中，该已知信号谐波次数可以通过例如频谱分析得到。在上述步骤S220中，若该设定电网位置的基波量测采样信号在电网额定频率下单个基波周期内的采样点数和该已知信号谐波次数之间的差值的绝对值等于1，则易导致产生伪振荡。在上述步骤S230中，该伪振荡产生采样频率是指容易产生伪振荡的采样率。在上述步骤S240中，通过避免采用易产生伪振荡的采样率进行采样，能够避免工频量测结果中出现上述伪振荡。
本实施例的工频量测中伪振荡的避免方法，能够有效避免工频测量中产生伪振荡，从而避免因虚假的伪振荡导致调控运行人员误判，进一步避免因调控运行人员误判而采取控制措施而影响电网安全稳定运行。
以直流换流站为例，根据上述工频量测中伪振荡的避免方法，还可以知道工作人员如何使直流换流站采样频率与特征谐波间之间进行配合，以避免上述类型的伪振荡。
直流换流站中，由于特征谐波的存在，可特别注意采样频率与特征谐波间的配合：为保证基波测量结果的准确性，应尽量避免出现|s-m|＝1的情况。具体地，可分为如下两种情况：
1)对6脉冲换流站，其交流侧特征谐波为6k±1。根据公式(4)，额定频率下每周期采样点数s可避开6的整数倍。对于额定频率为50Hz的电网，采样频率可避开300Hz的整数倍。
2)对12脉冲换流站，其交流侧特征谐波为12k±1。额定频率下每周期采样点数s可避开12的整数倍。对于额定频率为50Hz的电网，采样频率可避开600Hz的整数倍。
现有技术“standard for synchrophasors for power systems”(IEEE StdC37.118-2005IEEE[S]2006)和“电力系统同步相量测量装置通用技术条件”(DL/T 280-2012[S].北京：中国电力出版社，2012)对PMU的采样频率推荐了两个标准，其中，采样频率标准包含300/600/1200/2400Hz等采样频率。然而，根据本发明实施例的方法，得知在直流换流站中不宜采用这一标准。当系统中确认存在其他谐波成份时，也可以根据本发明各实施例的方法确定合适的采样频率。
现有技术“电力系统同步相量测量装置检测规范”(GB/T26862－2011[S].北京:中国标准出版社，2011)给出了PMU的检测规范，规定谐波影响测试范围为“在基波电压上叠加幅值为20％的2次到13次谐波”。但是，根据本发明实施例的方法，建议对直流换流站应提高检测时的谐波次数。
实践证明，本发明实施例的工频量测中伪振荡的避免方法，能够有效避免电网工频测量中的上述类型的伪振荡。
在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。
本领域内的技术人员应明白，本发明的实施例可提供为方法、系统、或计算机程序产品。因此，本发明可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本发明可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质(包括但不限于磁盘存储器、CD-ROM、光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。
本发明是参照根据本发明实施例的方法、设备(系统)、和计算机程序产品的流程图和/或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流程和/或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。
这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。
这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上，使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。
以上所述的具体实施例，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施例而已，并不用于限定本发明的保护范围，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (5)
1.一种工频量测中伪振荡的判定方法，其特征在于，包括：
计算一设定电网位置的基波量测结果的振荡频率；
提取所述基波量测结果中的电网基波频率，并计算所述电网基波频率相对于电网额定频率的频率偏移量；
根据所述振荡频率、所述频率偏移量及所述设定电网位置的已知信号谐波次数三者中的一个或多个判定所述基波量测结果中的振荡是否为伪振荡；
其中：
根据所述振荡频率、所述频率偏移量及所述设定电网位置的已知信号谐波次数三者中的一个或多个判定所述基波量测结果中的振荡是否为伪振荡，包括：
对所述频率偏移量的绝对值和所述振荡频率进行相关性分析，计算得到一相关系数；
判断所述相关系数是否大于一设定值；
若是，则判定所述基波量测结果中的振荡为伪振荡；
或者，根据所述振荡频率、所述频率偏移量及所述设定电网位置的已知信号谐波次数三者中的一个或多个判定所述基波量测结果中的振荡是否为伪振荡，包括：
计算所述振荡频率和所述频率偏移量的绝对值的比例系数；
判断所述比例系数是否等于所述基波量测结果所对应采样信号在所述电网额定频率下单个基波周期内的采样点数；
若是，则判定所述基波量测结果中的振荡为伪振荡；
或者，根据所述振荡频率、所述频率偏移量及所述设定电网位置的已知信号谐波次数三者中的一个或多个判定所述基波量测结果中的振荡是否为伪振荡，包括：
对所述频率偏移量的绝对值和所述振荡频率进行相关性分析，计算得到相关系数；
计算所述振荡频率和所述频率偏移量的绝对值的比例系数；
判断是否所述比例系数等于所述基波量测结果所对应采样信号在所述电网额定频率下单个基波周期内的采样点数且所述相关系数大于一设定值；
若是，则判定所述基波量测结果中的振荡为伪振荡；
或者，根据所述振荡频率、所述频率偏移量及所述设定电网位置的已知信号谐波次数三者中的一个或多个判定所述基波量测结果中的振荡是否为伪振荡，包括：
根据所述基波量测结果的信号采样频率是否满足采样定理，所述偏移量是否为零，以及所述基波量测结果所对应采样信号在所述电网额定频率下单个基波周期内的采样点数和所述已知信号谐波次数的差值绝对值是否等于1，判断所述基波量测结果中的振荡是否为伪振荡；
如果所述基波量测结果的信号采样频率不满足采样定理，所述偏移量不为零且所述基波量测结果在所述电网基波频率的单个周期内的采样点数和所述已知信号谐波次数的差值绝对值等于1，则判定所述基波量测结果中的振荡为伪振荡。
2.如权利要求1所述的工频量测中伪振荡的判定方法，其特征在于，所述设定电网位置为直流换流站；所述已知信号谐波次数包含11、13、23、25、35及37。
3.如权利要求1所述的工频量测中伪振荡的判定方法，其特征在于，计算一设定电网位置的基波量测结果的振荡频率，包括：
采用过零法计算所述基波量测结果中振荡的振荡频率。
4.如权利要求1至2任一项所述的工频量测中伪振荡的判定方法，其特征在于，所述基波量测结果为电流信号。
5.一种工频量测中伪振荡的避免方法，其特征在于，用于避免能够利用如权利要求1至4任一项所述的方法判定的伪振荡，包括：
根据一设定电网位置确定一已知信号谐波次数；
根据所述设定电网位置的基波量测采样信号在所述电网额定频率下单个基波周期内的采样点数和所述已知信号谐波次数的差值绝对值等于1，计算所述采样点数的值；
根据所述采样点数的值和所述电网基波频率，计算得到能导致伪振荡产生的采样频率；
利用所述能导致伪振荡产生的采样频率之外的频率对所述设定电网位置进行工频量测，以避免伪振荡。
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