CN106226597A

CN106226597A - 次同步谐振监测方法

Info

Publication number: CN106226597A
Application number: CN201610673636.1A
Authority: CN
Inventors: 姚东晓; 王莉; 倪传坤; 邓茂军; 席颖颖; 李旭; 马和科; 吕利娟; 张景丽; 张哲�; 王东兴; 孟利平
Original assignee: State Grid Corp of China SGCC; Xuji Group Co Ltd; XJ Electric Co Ltd; Xuchang XJ Software Technology Co Ltd
Current assignee: State Grid Corp of China SGCC; Xuji Group Co Ltd; XJ Electric Co Ltd; Xuchang XJ Software Technology Co Ltd
Priority date: 2016-08-16
Filing date: 2016-08-16
Publication date: 2016-12-14

Abstract

本发明涉及次同步谐振监测方法，该方法包括如下步骤：1)实时采集串补系统中线路电流，并对线路电流进行低通滤波处理；2)对低通滤波处理后的线路电流进行抽点，所述抽点是指每隔M个采样值抽取1个采样值，从而将高采样率采样值转换为低采样率采样值，其中M>1；3)对抽点后的采样值进行带通滤波，生成次同步谐振电流；4)计算次同步谐振电流的有效值ISSR，并判断ISSR是否大于次同步谐振电流定值，若大于，则旁路串补系统。本发明的方法消除了次同步谐振产生的回路参数条件，保护发电机轴系安全，提高系统稳定性和可靠性，通过采用抽点、长窗有效值算法可分段计算分段更新然后累加等措施，计算量较小，方便继电保护实现。

Description

次同步谐振监测方法

技术领域

本发明属于电力系统继电保护技术领域，具体涉及一种次同步谐振监测方法。

背景技术

继电保护装置要求在系统发生故障时能可靠地切除故障设备，保证系统的安全稳定运行，但保护装置的不正确动作(包括拒动和误动)造成的危害也是巨大的。

近年来，多条特高压线路投入运行，为提高线路输送容量，特高压线路均采用了串联电容器方案。另外，对于500kV以上电压等级的长线路，为避免新建线路所需的巨大投资，也多采用增加串补电容来扩容的方法。

线路增加串补电容后，虽然扩大了线路功率输送容量，但同时也增加了系统出现次同步谐振的风险。如在系统出现扰动时，会导致同步电机功角摇摆,若摇摆频率与电气系统谐振同频并与电机轴系固有振荡频率发生互补(如电气谐振频率与轴系固有频率之和为50Hz),则可能发生次同步谐振现象。频率低于50Hz的谐振通常认为是SSR(次同步谐振)。出现SSR时，电容器组应被旁路，否则会严重损坏谐振的发电机轴系。

专利文献《串补系统中次同步谐振的检测方法》(申请号：200910029127.5)给出了一种次同步谐振SSR的检测方法，即对于采集到的线路电流采用低通、带阻级联滤波器进行滤波，得到次同步谐振电流，然后求次同步谐振电流的有效值，当次同步谐振电流的有效值大于次同步谐振电流定值时，旁路串补系统。其中对线路电流处理获取的次同步电流的过程计算复杂，计算量大，所以，需要一种简单易实现的方法实现次同步谐振的监测。

发明内容

本发明提供了次同步谐振监测方法，解决现有的次同步谐振检测方法处理过程复杂、计算量大的缺陷。

为解决上述技术问题，本发明的次同步谐振监测方法包括：

1)实时采集串补系统中线路电流，并对线路电流进行低通滤波处理；

2)对低通滤波处理后的线路电流进行抽点，所述抽点是指每隔M个采样值抽取1个采样值，从而将高采样率采样值转换为低采样率采样值，其中M>1；

3)对抽点后的线路电流采样值进行带通滤波，得到次同步谐振电流；

4)计算次同步谐振电流的有效值I_SSR，并判断I_SSR是否大于次同步谐振电流定值，若大于，则旁路串补系统。

所述步骤1)中对线路电流进行低通滤波处理时的低通滤波器公式为：

y (n) = Σ_{k = 0}^{11} b (k) x (n - k)

其中，y(n)为低通滤波后采样值，x(n)为原始采样值，b(k)为低通滤波器系数。

所述步骤2)中对低通滤波处理后的线路电流进行抽点的公式为：

y(n)＝x(4k)

其中y(n)为抽点后采样值；x(4k)为经低通滤波后的线路电流采样值；n、k为自然数序列。

所述步骤3中对抽点后的采样值进行带通滤波所采用的带通滤波器由6个二阶滤波器级联而成，各二阶滤波器的公式为：

\{\begin{matrix} x_{1} (n) = b_{01} x (n) + b_{11} x (n - 1) + b_{21} x (n - 2) - [a_{11} x_{1} (n - 1) + a_{21} x_{1} (n - 2)] \\ x_{k} (n) = b_{0 k} x_{k - 1} (n) + b_{1 k} x_{k - 1} (n - 1) + b_{2 k} x_{k - 1} (n - 2) - [a_{1 k} x_{k} (n - 1) + a_{2 k} x_{k} (n - 2)] \\ y (n) = A x_{6} (n) \end{matrix}

其中，k＝2,3,...,6，x(n)为带通滤波前的采样值，y(n)为带通滤波后采样值，分别为带通滤波系数，A为增益系数。

所述步骤4)计算次同步谐振电流有效值I_SSR采用长窗有效值算法，公式为：

I_{S S R} = \sqrt{Σ_{k = 0}^{k = N - 1} i_{k}^{2} / N}

其中，i_k为次同步谐振电流，N为时间窗大小。

N＝300。

所述步骤3)中带通滤波的通带频率为7～42Hz。

本发明的有益效果：本发明的方法通过对串补线路电流采样值进行低通滤波、抽点运算、带通滤波，仅保留有效的次同步谐振分量电流，并通过长窗有效值算法计算出次同步谐振分量电流，低通滤波与抽点算法用于降低后续算法计算量，带通滤波算法用于提取出线路电流中的次同步谐振分量，长窗有效值算法用于计算线路电流低频分量有效值大小，当次同步谐振电流分量大于定值门槛时，经延时确认后旁路线路串补系统，从而消除谐振产生的回路参数条件，保护发电机轴系安全，提高系统稳定性和可靠性。本发明通过采用抽点、长窗有效值算法可分段计算分段更新然后累加等措施，计算量较小，方便继电保护实现。

附图说明

图1为本实施例的串补系统结构图；

图2为本实施例的次同步谐振监测方法流程图；

图3为本实施例的带通滤波器结构图。

具体实施方式

下面结合附图，对本发明的技术方案作进一步详细的说明。

次同步谐振监测方法主要应用于超高压及特高压串补系统继电保护装置中，作为一个独立的功能模块，集成在串补系统继电保护装置中，该功能模块始终投入，其流程如图2所示。具体实现过程为：

下面对上述步骤进行详细阐述：

1、首先实时采集串补系统三相线路电流，并对各相电流进行低通滤波，滤波公式如下：

y (n) = Σ_{k = 0}^{11} b (k) x (n - k)

其中，y(n)为滤波后采样值，x(n)为原始采样值，b(k)为滤波器系数，b(k)可优选为b＝[-0.014626139573560 -0.025006738161872 -0.0028330908309590.075858546295221 0.190287862792706 0.276488181623457 0.2764881816234570.190287862792706 0.075858546295221 -0.002833090830959 -0.025006738161872 -0.014626139573560]。

2、对经低通滤波后的线路电流采样值进行抽点，将高采样率转换为低采样率，降低计算量。抽点算法公式为：

y(n)＝x(4k)

其中y(n)为抽点后采样值；x(4k)为经低通滤波后的线路电流采样值；n、k为1、2、3……自然数序列；本实施例抽点前的采样率为每秒4000次、抽点后采样率为每秒1000次。

3.对抽点后的低采样率线路电流采样值进行带通滤波计算，以滤除次同步谐振频率之外的成分，仅保留次同步谐振频率成分。带通滤波器由6个二阶滤波器级联而成，其结构如图3所示，各滤波器具体公式为：

\{\begin{matrix} x_{1} (n) = b_{01} x (n) + b_{11} x (n - 1) + b_{21} x (n - 2) - [a_{11} x_{1} (n - 1) + a_{21} x_{1} (n - 2)] \\ x_{k} (n) = b_{0 k} x_{k - 1} (n) + b_{1 k} x_{k - 1} (n - 1) + b_{2 k} x_{k - 1} (n - 2) - [a_{1 k} x_{k} (n - 1) + a_{2 k} x_{k} (n - 2)] \\ y (n) = A x_{6} (n) \end{matrix}

其中，k＝2,3,...,6，x(n)为带通滤波前的采样值，y(n)为带通滤波后采样值，分别为带通滤波系数，A为增益系数。可优选为[1.0，-1.0712198125161931，0.25375374337006074，1.0，-1.8896824277577728，0.95055847065015886；

1.0，0.042103342323017712，0.0011041087284387788，1.0，-1.9727728412407597，0.97442666890251062；

1.0，-1.0865673927717474，0.50822439050164991，1.0，-1.8752648911479859，0.91819128979385733；

1.0，-1.1677101765793967，0.16771043714493428，1.0，-1.8761705220985851，0.8991747756194588；

1.0，-1.8757065301390308，0.98309920183577482，1.0，-1.903765665799370，0.91154560677330532；

1.0，-1.2072499843350848，0.20728012362303741，1.0，-1.9129919796696275，0.98410952762209791]；

增益系数A优选为0.0000026264783383456857。

本实施例中带通滤波的通带频率为7～42Hz。

4.计算带通滤波后的次同步谐振电流有效值，具体算法如下：

I_{S S R} = \sqrt{Σ_{k = 0}^{k = N - 1} i_{k}^{2} / N}

其中，i_k为次同步谐振电流，N为时间窗大小。

为降低有效低频分量的计算误差，可采用300ms时间窗计算I_SSR有效值，300ms时间窗对应的N为300点。

5.判别次同步谐振电流有效值I_SSR是否大于次同步谐振定值，若大于次同步谐振定值，则旁路串补系统，否则，不做任何操作。

本实施例的次同步谐振监测方法通过对线路电流进行低通滤波、抽点、带通滤波、长窗有效值计算，得出次同步谐振电流分量，并判别该分量大小，若该分量大于次同步谐振旁路定值，则旁路串补系统，从而改变系统参数，消除谐振条件，保护发电机轴系的安全。次同步谐振保护电流取线路电流，如图1所示CT2。该方法的特点为通过采用抽点、长窗有效值算法可分段计算分段更新然后累加等措施，计算量较小，方便继电保护实现。

以上给出了具体的实施方式，但本发明不局限于所描述的实施方式。本发明的基本思路在于上述基本方案，对本领域普通技术人员而言，根据本发明的教导，设计出各种变形的模型、公式、参数并不需要花费创造性劳动。在不脱离本发明的原理和精神的情况下对实施方式进行的变化、修改、替换和变型仍落入本发明的保护范围内。

Claims

1.次同步谐振监测方法，其特征在于，该方法包括如下步骤：

2.根据权利要求1所述次同步谐振监测方法，其特征在于，所述步骤1)中对线路电流进行低通滤波处理时的低通滤波器公式为：

y (n) = Σ_{k = 0}^{11} b (k) x (n - k)

3.根据权利要求1所述次同步谐振监测方法，其特征在于，所述步骤2)中对低通滤波处理后的线路电流进行抽点的公式为：

y(n)＝x(4k)

4.根据权利要求1所述次同步谐振监测方法，其特征在于，所述步骤3中对抽点后的采样值进行带通滤波所采用的带通滤波器由6个二阶滤波器级联而成，各二阶滤波器的公式为：

\{\begin{matrix} x_{1} (n) = b_{01} x (n) + b_{11} x (n - 1) + b_{21} x (n - 2) - [a_{11} x_{1} (n - 1) + a_{21} x_{1} (n - 2)] \\ x_{k} (n) = b_{0 k} x_{k - 1} (n) + b_{1 k} x_{k - 1} (n - 1) + b_{2 k} x_{k - 1} (n - 2) - [a_{1 k} x_{k} (n - 1) + a_{2 k} x_{k} (n - 2)] \\ y (n) = {Ax}_{6} (n) \end{matrix}

5.根据权利要求1所述次同步谐振监测方法，其特征在于，所述步骤4)计算次同步谐振电流有效值I_SSR采用长窗有效值算法，公式为：

I_{S S R} = \sqrt{Σ_{k = 0}^{k = N - 1} i_{k}^{2} / N}

其中，i_k为次同步谐振电流，N为时间窗大小。

6.根据权利要求5所述次同步谐振监测方法，其特征在于，N＝300。

7.根据权利要求1所述次同步谐振监测方法，其特征在于，所述步骤3)中带通滤波的通带频率为7～42Hz。