CN106443365A - 一种间谐波发生源定位方法 - Google Patents

一种间谐波发生源定位方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开一种间谐波发生源定位方法，步骤是：监测风电汇集站各风电场进线由于间谐波电流引起的功率振荡，计算功率振荡的幅值与功率振荡的瞬时值；监测风电汇集站附近火电厂出线由于间谐波电流引起的功率振荡，计算功率振荡的瞬时值；监测风电汇集站母线电压与附近火电厂母线电压之间的相角差振荡，计算母线电压相角差振荡的幅值与母线电压相角差的变化率；根据风电场进线功率振荡的幅值、风电场进线功率振荡的瞬时值与附近某一火电厂出线功率振荡的瞬时值符号的关系、母线电压相角差振荡的幅值、风电场功率振荡的瞬时值符号与母线电压相角差的变化趋势之间的关系定位间谐波发生源。此方法不需设计复杂的滤波器，减少计算量，便于实际工程实施。

Description

一种间谐波发生源定位方法
技术领域
本发明属于电力控制领域，特别涉及一种间谐波发生源定位方法。
背景技术
随着经济快速增长，对于可再生新能源的要求越来越迫切。近年来随着风电与光伏发电技术的日益成熟，其发电成本也在逐步降低，风电与光伏大规模商业运营成为可能，到2020年，我国非化石能源和化石能源发电装机比约为4：6，风电、太阳能发电装机达到3亿千瓦左右，新增1.8亿千瓦左右。
我国风能与太阳能大规模开发地区一般处于电网末端，而电网负荷却大多位于经济发达的东部地区与中部地区，为使西部电能能高效远距离输送到中东部的负荷中心，常采用特高压大容量输电技术或加装串补电容的超/特高压交流输电，这类电网在风力发电机逆变器、SVC、SVG、直流输电以及串补电容等多种因素的作用下可能在电网中产生频率不是电网工频整数倍频率的间谐波电流与电压，进而导致附近的火电机组发生次同步振荡，我国目前已投入运行的大规模风电汇集站附近的火电机组已发生过多次次同步振荡现象，已严重影响到电网的安全稳定运行与该地区火电机组的安全。目前对间谐波的分析方法大多是事故后基于PMU录波数据的离线分析，并不能在线实时确定具体哪个风电场是间谐波发生源，不利于事故原因的分析及处理，或间谐波提取的计算量过大，不利于实际工程实施。
发明内容
本发明的目的，在于提供一种间谐波发生源定位方法，将对间谐波的监测转化为对间谐波引起的功率振荡与相角差振荡的监测，不需设计复杂的滤波器，减少了计算量，便于实际工程实施。
为了达成上述目的，本发明的解决方案是：
一种间谐波发生源定位方法，包括如下步骤：
步骤S101：监测风电汇集站各风电场进线由于间谐波电流引起的功率振荡，计算出功率振荡的幅值与功率振荡的瞬时值；
步骤S102：监测风电汇集站附近火电厂出线由于间谐波电流引起的功率振荡，计算出功率振荡的瞬时值；
步骤S103：监测风电汇集站母线电压与附近火电厂母线电压之间的相角差振荡，计算出母线电压相角差振荡的幅值与母线电压相角差的变化率；
步骤S104：根据风电场进线功率振荡的幅值、风电场进线功率振荡的瞬时值与附近某一火电厂出线功率振荡的瞬时值符号的关系、母线电压相角差振荡的幅值、以及风电场功率振荡的瞬时值符号与母线电压相角差的变化趋势之间的关系定位间谐波发生源。
上述步骤S101中，各风电场进线在各个振荡周期功率振荡的幅值计算公式为：
Pi_zf_k＝Pi_max_k-Pi_min_k
其中：i-第i个风电场进线
k-代表第k个振荡周期
Pi_zf_k-第i个风电场进线在第k个振荡周期的功率振荡的幅值
Pi_max_k-第i个风电场进线在第k个振荡周期内的最大功率
Pi_min_k-第i个风电场进线在第k个振荡周期内的最小功率。
上述步骤S101中，各风电场进线功率振荡的瞬时值的计算方法是：
第一步，计算第i个风电场进线前N个振荡周期的平均功率，计算公式是：
其中：Pi(t)-第i个风电场进线的实时功率
Ti_maxk-第i个风电场进线当前振荡周期最大功率出现的时刻
Ti_max(k-N)-第i个风电场进线当前振荡周期之前N个振荡周期最大功率出现的时刻；
第二步，计算各风电场进线功率振荡的瞬时值，计算公式如下：
dPi(t)＝Pi(t)-Pi_pj
其中：dPi(t)-第i个风电场进线功率振荡的瞬时值
Pi(t)-第i个风电场进线的实时功率
Pi_pj-第i个风电场进线前N个振荡周期的平均功率。
上述步骤S102中，功率振荡的瞬时值的计算方法是：设功率的参考方向为流出火电厂母线的功率为正，流入母线的功率为负，第一步计算火电厂出线前N个振荡周期的平均功率，计算公式为：
其中：Phd(t)-火电厂出线的实时功率
Thd_maxk-火电厂出线当前振荡周期最大功率出现的时刻
Thd_max(k-N)-火电厂出线当前振荡周期之前N个振荡周期最大功率出现的时刻；
第二步计算火电厂出线功率振荡的瞬时值，计算公式如下：
dPhd(t)＝Phd(t)-Phd_pj
其中：dPhd(t)-火电厂出线功率振荡的瞬时值
Phd(t)-火电厂出线的实时功率
Phd_pj-火电厂出线前N个振荡周期的平均功率。
上述步骤S103中，母线电压相角差振荡的幅值与母线电压相角差的变化率的计算方法是：首先根据下式计算风电汇集站母线电压与附近火电厂母线电压之间的相角差θ：
θ＝(θa+θb+θc)÷3
其中，θa、θb、θc分别为三相的相角差；
计算母线电压相角差振荡的幅值：
θ_zf_k＝θ_max_k-θ_min_k
其中：k-代表第k个振荡周期
θ_zf_k-在第k个振荡周期的母线电压相角差振荡的幅值
θ_max_k-在第k个振荡周期内的最大母线电压相角差
θ_min_k-在第k个振荡周期内的最小母线电压相角差
母线电压相角差的变化率由θ对时间求导得到。
上述步骤S104中，当满足以下条件时判断某一风电场为间谐波发生源：
①该风电场进线功率振荡的幅值大于一个可整定功率门槛；
②该风电场进线功率振荡的瞬时值与附近某一火电厂出线功率振荡的瞬时值符号相同且风电汇集站母线电压与火电厂母线电压相角差振荡的幅值大于一个可整定角度门槛；
③当该风电场进线功率振荡的瞬时值小于0时，母线电压相角差减小，相角差变化率为负，当该风电场进线功率振荡的瞬时值大于0时，母线电压相角差增大，相角差变化率为正。
上述条件②中，判断风电场进线功率振荡的瞬时值与附近某一火电厂出线功率振荡的瞬时值符号相同时，若某一风电场进线与附近的火电厂出线在某一振荡周期内符号相同的持续时间与振荡周期的比值大于0.75，则认为该振荡周期满足条件。
上述条件③中，判断风电场进线功率振荡的瞬时值与母线相角差变化率对应关系时，设某一风电场进线在某一振荡周期内功率振荡的瞬时值小于0且母线电压相角差变化率为负的持续时间为t1，功率振荡的瞬时值大于0且母线电压相角差变化率为正的持续时间为t2，若t1加上t2的和与振荡周期的比值大于0.75，则认为该振荡周期满足条件。
采用上述方案后，本发明可同时监视风电汇集站各风电场进线、风电汇集站附近火电厂出线、风电汇集站母线电压、火电厂母线电压，当电网中存在较大的间谐波电流时，在线实时判断本风电汇集站内是否存在间谐波发生源，若本风电汇集站存在间谐波发生源，则定位到具体哪个风电场为间谐波发生源，为分析间谐波产生的原因以及采取进一步的控制措施打下坚实基础。本发明将对间谐波的监测转化为对间谐波引起的功率振荡与相角差振荡的监测，不需设计复杂的滤波器，减少了计算量，便于实际工程实施。
附图说明
图1是本发明的流程图；
图2是风电汇集站与附近某一火电厂连接的简化系统图。
具体实施方式
以下将结合附图，对本发明的技术方案进行详细说明。
如图1所示，本发明提供一种间谐波发生源定位方法，包括如下步骤：
步骤S101：监测风电汇集站各风电场进线由于间谐波电流引起的功率振荡，计算出功率振荡的幅值与功率振荡的瞬时值。
以图2所示风电汇集站与附近某一火电厂连接的简化系统图为例，在该图中实时监测接入风电汇集站母线的风电场1、风电场2、风电场3、风电场4、风电场5、风电场6与风电场7进线的功率，功率的参考方向为流出风电汇集站母线的功率为正，流入风电汇集站母线的功率为负。计算各风电场进线功率振荡的幅值，各风电场进线在各个振荡周期功率振荡的幅值计算公式为：
Pi_zf_k＝Pi_max_k-Pi_min_k
其中：i-第i个风电场进线
k-代表第k个振荡周期
Pi_zf_k-第i个风电场进线在第k个振荡周期的功率振荡的幅值
Pi_max_k-第i个风电场进线在第k个振荡周期内的最大功率
Pi_min_k-第i个风电场进线在第k个振荡周期内的最小功率
例如：风电场1进线在第30个振荡周期的功率振荡的幅值计算公式为：
P1_zf_30＝P1_max_30-P1_min_30
计算各风电场进线功率振荡的瞬时值，该计算分两步，第一步计算第i个风电场进线前N个振荡周期的平均功率，计算公式是：
其中：Pi(t)-第i个风电场进线的实时功率
Ti_maxk-第i个风电场进线当前振荡周期最大功率出现的时刻
Ti_max(k-N)-第i个风电场进线当前振荡周期之前N个振荡周期最大功率出现的时刻。
第二步计算各风电场进线功率振荡的瞬时值，计算公式如下：
dPi(t)＝Pi(t)-Pi_pj
其中：dPi(t)-第i个风电场进线功率振荡的瞬时值
Pi(t)-第i个风电场进线的实时功率
Pi_pj-第i个风电场进线前N个振荡周期的平均功率
步骤S102：监测风电汇集站附近火电厂出线由于间谐波电流引起的功率振荡，计算出功率振荡的瞬时值。
具体地，以图2所示风电汇集站与附近某一火电厂连接的简化系统图为例，功率的参考方向为流出火电厂母线的功率为正，流入母线的功率为负，第一步计算火电厂出线前N个振荡周期的平均功率，计算公式为：
其中：Phd(t)-火电厂出线的实时功率
Thd_maxk-火电厂出线当前振荡周期最大功率出现的时刻
Thd_max(k-N)-火电厂出线当前振荡周期之前N个振荡周期最大功率出现的时刻。
第二步计算火电厂出线功率振荡的瞬时值，计算公式如下：
dPhd(t)＝Phd(t)-Phd_pj
其中：dPhd(t)-火电厂出线功率振荡的瞬时值
Phd(t)-火电厂出线的实时功率
Phd_pj-火电厂出线前N个振荡周期的平均功率
步骤S103：监测风电汇集站母线电压与附近火电厂母线电压之间的相角差振荡，计算出母线电压相角差振荡的幅值与母线电压相角差的变化率。
在计算风电汇集站母线电压与附近火电厂母线电压之间的相角差时，采用分相计算的方法，计算三相相角差的平均值作为实际使用的相角差。
具体地，以图2所示风电汇集站与附近某一火电厂连接的简化系统图为例，先计算出风电汇集站母线电压与火电厂母线电压的相角差，假设三相的相角差分别为：θa、θb、θc，计算其平均值：
θ＝(θa+θb+θc)÷3
计算出母线电压相角差振荡的幅值：
θ_zf_k＝θ_max_k-θ_min_k
其中：k-代表第k个振荡周期
θ_zf_k-在第k个振荡周期的母线电压相角差振荡的幅值
θ_max_k-在第k个振荡周期内的最大母线电压相角差
θ_min_k-在第k个振荡周期内的最小母线电压相角差
计算出母线电压相角差的变化率，即θ对时间的导数。
步骤S104：根据风电场进线功率振荡的幅值、风电场进线功率振荡的瞬时值与附近某一火电厂出线功率振荡的瞬时值符号的关系、母线电压相角差振荡的幅值、以及风电场功率振荡的瞬时值符号与母线电压相角差的变化趋势之间的关系定位间谐波发生源。
具体地，当满足以下条件时判断某一风电场为间谐波发生源：
①该风电场进线功率振荡的幅值大于一个可整定功率门槛；
②该风电场进线功率振荡的瞬时值与附近某一火电厂出线功率振荡的瞬时值符号相同且风电汇集站母线电压与火电厂母线电压相角差振荡的幅值大于一个可整定角度门槛；
③当该风电场进线功率振荡的瞬时值小于0时，母线电压相角差减小，相角差变化率为负，当该风电场进线功率振荡的瞬时值大于0时，母线电压相角差增大，相角差变化率为正。
判断风电场进线功率振荡的瞬时值与附近某一火电厂出线功率振荡的瞬时值符号相同时，若某一风电场进线与附近的火电厂出线在某一振荡周期内符号相同的持续时间与振荡周期的比值大于0.75，则认为该振荡周期满足条件。
判断风电场进线功率振荡的瞬时值与母线相角差变化率对应关系时，设某一风电场进线在某一振荡周期内功率振荡的瞬时值小于0且母线电压相角差变化率为负的持续时间为t1，功率振荡的瞬时值大于0且母线电压相角差变化率为正的持续时间为t2，若t1加上t2的和与振荡周期的比值大于0.75，则认为该振荡周期满足条件。
通过本发明实施例所述间谐波发生源定位方法，可同时监视风电汇集站各风电场进线、风电汇集站附近火电厂出线、风电汇集站母线电压、火电厂母线电压，当电网中存在较大的间谐波电流时，在线实时判断本风电汇集站内是否存在间谐波发生源，若本风电汇集站存在间谐波发生源，则定位到具体哪个风电场为间谐波发生源，为分析间谐波产生的原因以及采取进一步的控制措施打下坚实基础。本发明将对间谐波的监测转化为对间谐波引起的功率振荡与相角差振荡的监测，不需设计复杂的滤波器，减少了计算量，便于实际工程实施。
以上实施例仅为说明本发明的技术思想，不能以此限定本发明的保护范围，凡是按照本发明提出的技术思想，在技术方案基础上所做的任何改动，均落入本发明保护范围之内。

Claims (8)

1.一种间谐波发生源定位方法，其特征在于包括如下步骤：
步骤S101：监测风电汇集站各风电场进线由于间谐波电流引起的功率振荡，计算出功率振荡的幅值与功率振荡的瞬时值；
步骤S102：监测风电汇集站附近火电厂出线由于间谐波电流引起的功率振荡，计算出功率振荡的瞬时值；
步骤S103：监测风电汇集站母线电压与附近火电厂母线电压之间的相角差振荡，计算出母线电压相角差振荡的幅值与母线电压相角差的变化率；
步骤S104：根据风电场进线功率振荡的幅值、风电场进线功率振荡的瞬时值与附近某一火电厂出线功率振荡的瞬时值符号的关系、母线电压相角差振荡的幅值、以及风电场功率振荡的瞬时值符号与母线电压相角差的变化趋势之间的关系定位间谐波发生源。
2.如权利要求1所述的一种间谐波发生源定位方法，其特征在于：所述步骤S101中，各风电场进线在各个振荡周期功率振荡的幅值计算公式为：
Pi_zf_k＝Pi_max_k-Pi_min_k
其中：i-第i个风电场进线
k-代表第k个振荡周期
Pi_zf_k-第i个风电场进线在第k个振荡周期的功率振荡的幅值
Pi_max_k-第i个风电场进线在第k个振荡周期内的最大功率
Pi_min_k-第i个风电场进线在第k个振荡周期内的最小功率。
3.如权利要求1所述的一种间谐波发生源定位方法，其特征在于：所述步骤S101中，各风电场进线功率振荡的瞬时值的计算方法是：
第一步，计算第i个风电场进线前N个振荡周期的平均功率，计算公式是：
P i _ p j = [ ∫ t = T i _ m a x ( k - N ) T i _ max k P i ( t ) d t ] ÷ [ T i _ max k - T i _ m a x ( k - N ) ]
其中：Pi(t)-第i个风电场进线的实时功率
Ti_maxk-第i个风电场进线当前振荡周期最大功率出现的时刻
Ti_max(k-N)-第i个风电场进线当前振荡周期之前N个振荡周期最大功率出现的时刻；
第二步，计算各风电场进线功率振荡的瞬时值，计算公式如下：
dPi(t)＝Pi(t)-Pi_pj
其中：dPi(t)-第i个风电场进线功率振荡的瞬时值
Pi(t)-第i个风电场进线的实时功率
Pi_pj-第i个风电场进线前N个振荡周期的平均功率。
4.如权利要求1所述的一种间谐波发生源定位方法，其特征在于：所述步骤S102中，功率振荡的瞬时值的计算方法是：设功率的参考方向为流出火电厂母线的功率为正，流入母线的功率为负，第一步计算火电厂出线前N个振荡周期的平均功率，计算公式为：
P h d _ p j = [ ∫ t = T h d _ max ( k - N ) T h d _ max k P h d ( t ) d t ] ÷ [ T h d _ max k - T h d _ m a x ( k - N ) ]
其中：Phd(t)-火电厂出线的实时功率
Thd_maxk-火电厂出线当前振荡周期最大功率出现的时刻
Thd_max(k-N)-火电厂出线当前振荡周期之前N个振荡周期最大功率出现的时刻；
第二步计算火电厂出线功率振荡的瞬时值，计算公式如下：
dPhd(t)＝Phd(t)-Phd_pj
其中：dPhd(t)-火电厂出线功率振荡的瞬时值
Phd(t)-火电厂出线的实时功率
Phd_pj-火电厂出线前N个振荡周期的平均功率。
5.如权利要求1所述的一种间谐波发生源定位方法，其特征在于：所述步骤S103中，母线电压相角差振荡的幅值与母线电压相角差的变化率的计算方法是：首先根据下式计算风电汇集站母线电压与附近火电厂母线电压之间的相角差θ：
θ＝(θa+θb+θc)÷3
其中，θa、θb、θc分别为三相的相角差；
计算母线电压相角差振荡的幅值：
θ_zf_k＝θ_max_k-θ_min_k
其中：k-代表第k个振荡周期
θ_zf_k-在第k个振荡周期的母线电压相角差振荡的幅值
θ_max_k-在第k个振荡周期内的最大母线电压相角差
θ_min_k-在第k个振荡周期内的最小母线电压相角差
母线电压相角差的变化率由θ对时间求导得到。
6.如权利要求1所述的一种间谐波发生源定位方法，其特征在于：所述步骤S104中，当满足以下条件时判断某一风电场为间谐波发生源：
①该风电场进线功率振荡的幅值大于一个可整定功率门槛；
②该风电场进线功率振荡的瞬时值与附近某一火电厂出线功率振荡的瞬时值符号相同且风电汇集站母线电压与火电厂母线电压相角差振荡的幅值大于一个可整定角度门槛；
③当该风电场进线功率振荡的瞬时值小于0时，母线电压相角差减小，相角差变化率为负，当该风电场进线功率振荡的瞬时值大于0时，母线电压相角差增大，相角差变化率为正。
7.如权利要求6所述的一种间谐波发生源定位方法，其特征在于：所述条件②中，判断风电场进线功率振荡的瞬时值与附近某一火电厂出线功率振荡的瞬时值符号相同时，若某一风电场进线与附近的火电厂出线在某一振荡周期内符号相同的持续时间与振荡周期的比值大于0.75，则认为该振荡周期满足条件。
8.如权利要求6所述的一种间谐波发生源定位方法，其特征在于：所述条件③中，判断风电场进线功率振荡的瞬时值与母线相角差变化率对应关系时，设某一风电场进线在某一振荡周期内功率振荡的瞬时值小于0且母线电压相角差变化率为负的持续时间为t1，功率振荡的瞬时值大于0且母线电压相角差变化率为正的持续时间为t2，若t1加上t2的和与振荡周期的比值大于0.75，则认为该振荡周期满足条件。
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