CN106571636A - 一种基于分频段并行计算的强迫振荡扰动源定位方法 - Google Patents

Abstract

本发明属于电力系统及其自动化技术领域，公开了一种基于分频段并行计算的强迫振荡扰动源定位方法。本发明将预先设定的频率范围划分为若干个频率段并行计算，每个频率段通过设置各自的数据窗口长度和采样频率减少分析数据点数，各频率段采用异步计算方式，一轮分析计算完成后无需等待其他频率段即刷新结果并取新的数据进行下一轮分析，计算机组、变压器和线路的耗散功率并根据门槛值筛选疑似振荡源相关元件，根据主导模式相角对振荡元件进行分群，在疑似振荡源元件所在群中选择相位较为超前的元件作为振荡源机组以及相关的线路和变压器，本发明方法方案设计合理，可以保证强迫功率振荡告警和扰动源定位信息的及时性。

Description

一种基于分频段并行计算的强迫振荡扰动源定位方法

技术领域

本发明属于电力系统及其自动化技术领域，具体是涉及一种基于分频段并行计算的强迫振荡扰动源定位方法。

背景技术

随着电力系统网架结构的增强以及系统中各类阻尼控制装置的完善，目前传统的弱阻尼型低频振荡已经较少发生，强迫振荡成为目前低频振荡事故的主要形式。强迫振荡具有扰动源明确，扰动消除后系统振荡可自动平息的特点，定位扰动源，将扰动源从系统中解列，是抑制强迫振荡的有效手段。

随着WAMS系统在我国电网中的推广，高压、特高压母线已基本装有PMU装置，快速定位扰动源成为可能。在强迫振荡扰动源定位方法的现有研究中，能量函数法是主要的发展方向之一。余一平等在《电力系统自动化》(2010,34(5)：1-6)发表了《基于能量函数的强迫功率振荡扰动源定位》，提出通过关键节点所连接支路的势能流入、流出节点情况可以在线判断扰动源的大致方位。胡伟等在《高电压技术》(2012,38(4)：1006-1011)发表了《基于耗散功率的区域电网强迫功率振荡扰动源定位》，选择势能变化率中的恒定分量作为判断势能流向的依据，定义耗散功率为：

其中，A₁和分别为功率变化量幅值和变化量初始相角，A₂和分别为角频率变化量幅值和变化量初始相角。若P_dis为正，表示势能从线路首端传向线路末端；若P_dis为负，表示势能从线路末端流向线路首端。根据线路上势能的流向，可以判断出扰动源所在节点，该方法简化了能量函数法的判据。

李文峰等在《中国电机工程学报》(2013,33(25)：47-53)发表了《基于WAMS的电力系统功率振荡分析与振荡源定位》，提出了控制器力矩分解法并定义控制器的振荡能量为力矩与转速差的积分，通过控制器力矩以及振荡能量计算结果判断控制系统提供阻尼的性质并确定与扰动源强相关的、引起异常波动的控制器。

但是，上述理论分析方法在实际应用中面临以下问题：

(1)随着电网规模扩大和电力电子的广泛应用，出现了超低频或高频强迫功率振荡，不在现有弱阻尼低频振荡监视与预警范围，要求的频率分析范围更宽，对于目前工程上常用的PRONY分析方法而言，若采用一套参数设置同时分析低频和高频的模式，则要求采用较长的数据窗口和较高的采样频率，导致用于PRONY分析的数据窗口中点数过多，程序耗时过长。

(2)受PMU布点条件的限制，扰动源通常位于电压等级较低的机组或负荷，而PMU装置配备于电压等级较高的节点，当PMU测点无法覆盖扰动源所在厂站时，仅可以通过对有PMU测量数据的线路进行分析确定其势能大小和流向，可能无法准确定位扰动源所在区域和厂站。此外，仅仅通过分析机组势能流向判断扰动源在实际工程中还需要采用辅助判据。

由于电力网络中惯性环节的存在，距离扰动源电气距离较近的测点各测量振荡相位要超前于距离扰动源电气距离较远的测点，因此可以结合该特性进行扰动源定位，提出一种新型的扰动源定位方法。

发明内容

发明目的：为了克服现有技术中存在的不足，本发明提供一种基于分频段并行计算的强迫振荡扰动源定位方法，针对实际电网中出现的超低频或超高频强迫功率振荡以及PMU测点无法覆盖扰动源所在厂站的问题，方案设计合理，可以保证强迫功率振荡告警和扰动源定位信息的及时性。

技术方案：为实现上述目的，本发明的一种基于分频段并行计算的强迫振荡扰动源定位方法，包括以下步骤：

S1根据预先设定的频率范围将监视频率划分为若干个频率段，每个频率段根据频率范围分别设置计算参数；

对于每个频率段，分别按以下步骤S2-S11进行分析计算，各频率段的计算按异步方式并行进行：

S2获取相应频率段的PMU采集数据，将PMU采集数据进行数据预处理，然后进入步骤S3，PMU采集数据包括PMU监视设备的数据，PMU监视设备包括机组、线路和变压器设备；

S3根据PMU监视设备的有功功率进行数据预判，过滤掉有功功率变化量不满足数据预判要求的PMU监视设备；如过滤后若不存在有功功率变化量满足数据预判要求的PMU监视设备则返回步骤S2，否则进入步骤S4；

S4判断有功功率变化量满足数据预判要求的PMU监视设备是否满足告警条件，若存在满足告警条件的PMU监视设备，则进入步骤S5，否则返回步骤S2；

满足告警条件的PMU监视设备中机组为告警机组，满足告警条件的PMU监视设备中线路和变压器为告警线路和变压器；告警线路和变压器统称为告警支路；

S5统计告警机组数目以及告警线路和变压器数目，若告警机组数目大于0，则进入步骤S6，否则直接进入步骤S8；

S6确定疑似振荡源机组，若存在疑似振荡源机组，则进入步骤S7；若不存在疑似振荡源机组，则进入直接步骤S8；

S7确定振荡源机组：根据告警机组的有功功率经PRONY分析得到的主导模式相角进行告警机组分群，在疑似振荡源机组所在群中选择相位超前的k个告警机组，若疑似振荡源机组在该k个告警机组之中，则确认该疑似振荡源机组为振荡源机组，若不存在疑似振荡源机组在该k个告警机组之中，则确认无振荡源机组；

S8如果告警线路和变压器数目大于0，则进入步骤S9，否则进入步骤S11；

S9确定疑似振荡源相关支路集：计算告警线路和变压器的参与因子，将参与因子小于相应门槛值的线路和变压器过滤，计算剩余线路和变压器的耗散功率；根据耗散功率选择其绝对值大于相应门槛值的线路和变压器作为疑似振荡源相关的支路集A；

S10确定振荡源相关支路：根据告警支路的有功功率经PRONY分析得到的主导模式相角进行告警支路分群，在疑似振荡源相关支路所在群中选择相位超前的m个告警支路，将该相位超前的m个告警支路作为疑似振荡源相关的支路集B，将步骤S9中得到的疑似振荡源相关的支路集A和疑似振荡源相关的支路集B的交集确认为振荡源相关支路，如果交集为空则确认无振荡源相关支路；

S11输出计算结果刷新设备状态和系统状态并返回所述步骤S2，其中设备状态包括是否振荡、振荡幅值和阻尼比，系统状态包括是否发生振荡、振荡源机组、振荡源相关支路以及势能流向。

进一步地，所述步骤S1中，频率段的划分应满足：

设第i个频率段范围为[f_(i)min,f_(i)max]，其中f_(i)min为频率下限，f_(i)max为频率上限，则有k_A＝f_(i)max/f_(i)min≤10；数据窗口长度取为T_(i)view＝k_T/f_(i)min，其中k_T≥2；采样频率为f_(i)sample＝k_f*f_(i)max，其中k_f≥5，f_(i)sample≤f_samplemax，f_samplemax取PMU主站的数据采样频率。

进一步地，所述步骤S2中设置交叠窗口时间参数判断数据是否更新，如果达到交叠窗口时间，则数据更新，根据公式(1)计算所述交叠窗口时间：

T_(i)overlap＝k_o*T_(i)view 公式(1)

其中，T_(i)overlap为第i个频率段的交叠窗口时间，i＝(1,2,...,n)，n为频率段总数，0≤k_o≤0.75，T_(i)view为第i个频率段的数据窗口长度。

进一步地，所述步骤S3中数据预判要求的满足条件如公式(2)所示：

(A_max-A_min)≥2*P_pj*A_lim 公式(2)

其中，A_max为数据窗口内有功功率最大值，A_min为数据窗口内有功功率最小值，P_pj为预判振幅百分比，A_lim为振幅幅值。

进一步地，所述步骤S4中判断PMU监视设备是否满足告警条件，具体包括以下步骤：

对于有功功率变化量满足数据预判要求的PMU监视设备进行PRONY分析，获取振荡模式信息，所述振荡模式信息包括振幅、相角和阻尼比；若PMU监视设备进行PRONY分析得到的振幅大于预先设定的振幅限值以及PMU监视设备进行PRONY分析得到的阻尼比小于预先设定的阻尼比限值，则判定该PMU监视设备满足告警条件。

进一步地，上述步骤中各频率段中预先设定的振幅限值均相同，各频率段中预先设定的阻尼比限值均相同。

进一步地，所述步骤S6包括以下步骤：

S61根据公式(3)计算告警机组的参与因子：

p'_m＝(ΔP_m,k)²/T_J,m 公式(3)

其中，p'_m为第m台告警机组的参与因子，设机组有功功率经PRONY分析得到的各模式中第k个模式为主导模式，ΔP_m,k为第m台告警机组的有功功率主导模式幅值，T_J,m为第m台告警机组的惯性时间常数；

将告警机组的参与因子相对于所有告警机组中参与因子最大值进行标幺化，根据公式(3-1)得到标幺化后的参与因子：

p_m＝p'_m/p'_n 公式(3-1)

其中，p_m为第m台告警机组标幺化后的参与因子，p'_n为所有告警机组中参与因子最大值；

S62预先设定机组门槛值，对标幺化后的参与因子大于或等于预先设定机组门槛值的告警机组的端电压和机端母线频率分别进行PRONY分析；

S63根据公式(4)计算标幺化后的参与因子大于或等于预先设定机组门槛值的告警机组的耗散功率：

其中，V_PEi为告警机组的耗散功率，A₁、分别为告警机组的有功功率经PRONY分析后主导模式幅值和相角；A₂、分别为告警机组的机端母线频率经PRONY分析后主导模式幅值和相角；A₃、分别为告警机组的端电压经PRONY分析后主导模式幅值和相角；k_TG为比例系数；

S64设置机组耗散功率阈值，若告警机组的耗散功率大于该机组耗散功率阈值，则认为该告警机组能量持续增大，否则认为该告警机组能量持续减小，将能量持续增大的告警机组作为疑似振荡源机组。

进一步地，所述步骤S7中，根据告警机组的有功功率经PRONY分析得到的主导模式相角进行告警机组分群的方式为：以参与因子最大机组初相角为0度参考角，依据新的初相角对机组进行分群，在0度附近的为一群，180度附近的为另一群。

进一步地，所述步骤S9包括以下步骤：

S91根据公式(5)计算告警支路的参与因子：

p'_m＝(ΔP_m,k)² 公式(5)

其中，p'_m为第m台告警支路的参与因子，设支路有功功率经PRONY分析得到的各模式中第k个模式为主导模式，ΔP_m,k为第m台告警支路有功功率主导模式幅值；

将告警支路的参与因子相对于所有告警支路中参与因子最大值进行标幺化，根据公式(5-1)得到标幺化后的参与因子：

p_m＝p'_m/p'_n 公式(5-1)

其中，p_m为第m台告警支路标幺化后的参与因子，p'_n为所有告警支路中参与因子最大值；

S92预先设定告警支路门槛值，将标幺化后的参与因子大于或等于预先设定告警支路门槛值的告警支路进行PRONY分析；

S93根据公式(6)计算标幺化后的参与因子大于或等于预先设定告警支路门槛值的告警支路的耗散功率：

其中，A₁、分别为告警支路有功功率经PRONY分析后主导模式幅值和相角；A₂、分别为告警支路首端母线频率经PRONY分析后主导模式幅值和相角；A₃、分别为告警支路无功功率经PRONY分析后主导模式幅值和相角；A₄、分别为告警支路首端母线电压幅值的对数lnU_i经PRONY分析后主导模式幅值和相角；k_TB为比例系数；

S94预先设定支路耗散功率阈值，如果告警支路的耗散功率的绝对值大于预先设定支路耗散功率阈值时，则将该告警支路作为疑似振荡源相关的支路集A。

有益效果：本发明与现有技术比较，具有的优点是：

1、实际电网中可能出现超低频或高频强迫功率振荡，将预先设定的频率范围划分为多个频率段并行计算，每个频率段通过设置各自的数据窗口长度和采样频率减少分析数据点数，避免PRONY分析计算耗时过长的问题；

2、在计算机组、变压器和线路的耗散功率基础上，结合距离扰动源电气距离较近的元件振荡相位超前于距离较远元件的特性，确定振荡源机组以及相关的线路和变压器，提高了扰动源定位的准确性，有助于解决PMU测点无法覆盖扰动源所在厂站的问题；

3、本发明提出的强迫功率振荡扰动源定位方法设计合理，可以保证强迫功率振荡告警和扰动源定位信息的及时性，可满足实际工程的要求。

附图说明

图1是本发明方法流程图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作更进一步的说明。

针对实际电网中出现的超低频或高频强迫功率振荡以及PMU测点无法覆盖扰动源所在厂站的问题，本发明提出一种基于分频段并行计算的强迫振荡扰动源定位方法，该方法基本原理是：针对实际电网中出现的超低频或高频强迫功率振荡，根据预先设定的频率范围将监视频率划分为若干个频率段，创建各频率段对应的子线程进行分析计算，若干个频率段对应的若干个子线程之间并行计算，且各子线程均采用异步计算方式，互不干扰，各频率段在一轮分析计算完成后无需等待其他频率段就输出计算结果刷新状态并取新的数据进行下一轮分析计算，分析计算过程中各频率段均需设置各自的数据窗口长度和采样频率以减少分析数据点数，避免PRONY分析计算耗时过长的问题，在分析计算过程中，计算机组、变压器和线路的耗散功率并根据设定门槛值筛选疑似振荡源相关元件，根据主导模式相角对振荡元件进行分群，在疑似振荡源元件所在群中选择相位较为超前的元件作为振荡源机组或者振荡源相关的线路和变压器(统称为振荡源支路)。

请参阅图1，本发明提出的一种基于分频段并行计算的强迫振荡扰动源定位方法，包括以下步骤：

S1根据预先设定的频率范围将监视频率划分为n个频率段，创建各频率段对应的子线程进行分析计算，n个频率段对应的n个子线程之间并行计算，且各子线程均采用异步计算方式，互不干扰，分析计算过程中各子线程均需根据对应的频率段的频率范围设置计算参数：各频率段均需设置各自的数据窗口长度和采样频率以减少分析数据点数，不同的频率段信号的振荡周期不同，低频率的振荡周期长，需设置较长的观察时间窗口长度；高频率的振荡周期短，需设置较短的数据窗口长度；而无论低频率还是高频率，采样频率均与振荡频率成正比；

考虑到振荡频率较高时数据窗口数据刷新较快，为了避免分析计算耗时超过数据窗口数据更新时间，而造成数据不连续被分析计算的问题，需要根据频率范围将频率段划分为低频段、中频段和高频段；

需要说明的是，以下所有步骤S2至S11均为一个子线程的步骤。

S2在各频率段对应的子线程中，首先获取PMU采集数据，将PMU采集数据进行数据预处理，然后进入步骤S3，数据预处理包括数据滤波处理以及判断数据是否更新等其它工作；

各频率段分析计算过程中，若分析计算耗时较短，为了避免反复计算相近时间段的数据，需要判断数据是否更新再开始分析计算工作，判断数据是否更新包括以下步骤：

设置交叠窗口时间参数判断数据是否更新，如果时间达到交叠窗口时间，则数据更新，根据公式(1)计算所述交叠窗口时间：

T_(i)overlap＝k_o*T_(i)view 公式(1)

其中，T_(i)overlap为第i个频率段的交叠窗口时间，i＝(1,2,...,n)，n为频率段总数，0≤k_o≤0.75，T_(i)view为第i个频率段的数据窗口长度，T_(i)view＝k_T/f_(i)min，k_T≥2，f_(i)min为第i个频率段的频率下限值。

其中PMU采集数据包括PMU监视设备的数据，PMU监视设备包括机组、线路和变压器设备；

S3根据PMU监视设备的有功功率进行数据预判，若存在有功功率变化量满足数据预判要求的PMU监视设备，则过滤有功功率变化量不满足数据预判要求的PMU监视设备并进入步骤S4；若不存在有功功率变化量满足数据预判要求的PMU监视设备则返回步骤S2；

S4判断有功功率变化量满足数据预判要求的PMU监视设备是否满足告警条件，若存在满足告警条件的PMU监视设备，则进入步骤S5，否则返回步骤S2，满足告警条件的PMU监视设备中机组为告警机组，满足告警条件的PMU监视设备中线路和变压器为告警线路和变压器；

S5统计告警机组数目以及告警线路和变压器数目，若告警机组数目大于0，则进入步骤S6，否则进入步骤S8；

S6确定疑似振荡源机组，若存在疑似振荡源机组，则进入步骤S7；若不存在疑似振荡源机组，则进入步骤S8；

S7确定振荡源机组；

确定振荡源机组的基本原理是：在计算机组的耗散功率基础上，结合距离扰动源电气距离较近的机组振荡相位超前于距离较远的机组特性，确定振荡源机组，提高了扰动源定位的准确性；

S8如果告警线路和变压器数目大于0，则进入步骤S9，否则进入步骤S11，将告警线路和变压器统称为告警支路；

S9确定疑似振荡源相关支路集：若存在疑似振荡源相关支路，则进入步骤S10；

S10确定振荡源相关支路；

确定振荡源相关支路的基本原理：在计算变压器和线路的耗散功率基础上，结合距离扰动源电气距离较近的变压器或线路振荡相位超前于距离较远的变压器或线路的特性，确定振荡源相关线路和变压器，提高了扰动源定位的准确性。

根据告警支路的有功功率经PRONY分析得到的主导模式相角进行告警支路分群，在疑似振荡源相关支路所在群中选择相位超前的m个告警支路，将该相位超前的m个告警支路作为疑似振荡源相关的支路集B，将步骤S9中得到的疑似振荡源相关的支路集A和疑似振荡源相关的支路集B的交集确认为振荡源相关支路，如果交集为空则确认无振荡源相关支路；

S11输出计算结果刷新设备状态和系统状态并返回所述步骤S2，其中设备状态包括是否振荡、振荡幅值和阻尼比，系统状态包括是否发生振荡、振荡源机组、振荡源相关支路以及势能流向。

实施例：

请继续参阅图1，图1中S1描述，根据预先设定的频率范围将监视频率划分为若干个频率段，创建各频率段对应的子线程进行分析计算，PRONY分析计算时间与数据窗口中数据点数强相关，采用划分多个频率段分析计算的方法避免同时设置较长的观察时间窗口长度和较高的采样频率导致计算速度较慢，各子线程均采用异步计算方式，互不干扰，分析计算过程中各子线程均需根据对应的频率段的频率范围设置计算参数：各频率段均需设置各自的观察时间窗口长度和采样频率以减少分析数据点数，不同的频率段信号的振荡周期不同，低频率的振荡周期长，需设置较长的观察时间窗口长度；高频率的振荡周期短，需设置较短的观察时间窗口长度；而无论低频率还是高频率，采样频率均与振荡频率成正比；

将监视频率划分为n个频率段，设第i个频率段的频率范围为[f_(i)min,f_(i)max]，其中f_(i)min为频率下限，f_(i)max为频率上限，取k_A＝f_(i)max/f_(i)min≤10；第i个频率段的观察时间窗口长度为：T_(i)view＝k_T/f_(i)min，其中k_T≥2；第i个频率段的采样频率为：f_(i)sample＝k_f*f_(i)max，其中k_f≥5；计算得到的第i个频率段的采样频率满足f_(i)sample≤f_samplemax，f_samplemax可取PMU主站的数据采样频率；

考虑到振荡频率较高时数据窗口数据刷新较快，为了避免分析计算耗时超过数据窗口数据更新时间，而造成数据不连续被分析计算的问题，需要根据频率范围将频率段划分为低频段、中频段和高频段；对于上述参数k_A，低频段可以取较大值，而高频率取较小值；对于参数k_T，低频段可以取较小值，而高频段取较大值；

以下所有步骤S2至S11均为一个子线程的步骤。

图1中S2描述，在各频率段对应的子线程中，首先获取PMU采集数据，将PMU采集数据进行数据预处理，数据预处理包括数据滤波处理以及判断数据是否更新等其它工作；其中PMU采集数据包括PMU监视设备的数据，PMU监视设备包括机组、线路和变压器设备；

各频率段分析计算过程中，若分析计算耗时较短，为了避免反复计算相近时间段的数据，需要判断数据是否更新再开始分析计算工作，判断数据是否更新包括以下步骤：

设置交叠窗口时间参数判断数据是否更新，如果时间达到交叠窗口时间，则数据更新，根据公式(1)计算所述交叠窗口时间：

T_(i)overlap＝k_o*T_(i)view 公式(1)

其中，T_(i)overlap为第i个频率段的交叠窗口时间，i＝(1,2,...,n)，n为频率段总数，0≤k_o≤0.75，T_(i)view为第i个频率段的数据窗口长度，T_(i)view＝k_T/f_(i)min，k_T≥2，f_(i)min为第i个频率段的频率下限值。

图1中S3描述，根据PMU监视设备的有功功率进行数据预判，若存在有功功率变化量满足数据预判要求的PMU监视设备，则过滤有功功率变化量不满足数据预判要求的PMU监视设备并进入步骤S4；若不存在有功功率变化量满足数据预判要求的PMU监视设备则返回步骤S2；

数据预判要求如公式(2)所示，若满足公式(2)，则预判存在有功功率变化量满足数据预判要求的PMU监视设备；若不满足公式(2)，则预判不存在有功功率变化量满足数据预判要求的PMU监视设备；

(A_max-A_min)≥2*P_pj*A_lim 公式(2)

其中，A_max为数据窗口内有功功率最大值，A_min为数据窗口内有功功率最小值，P_pj为预判振幅百分比，A_lim为振幅幅值。

图1中S4描述，判断有功功率变化量满足数据预判要求的PMU监视设备是否满足告警条件，若存在满足告警条件的PMU监视设备，则进入步骤S5，否则返回步骤S2，满足告警条件的PMU监视设备中机组为告警机组，满足告警条件的PMU监视设备中线路和变压器为告警线路和变压器；

所述步骤S4中判断PMU监视设备是否满足告警条件，具体包括以下步骤：

对于有功功率变化量满足数据预判要求的PMU监视设备进行PRONY分析，获取振荡模式信息，所述振荡模式信息包括振幅、相角和阻尼比，若PMU监视设备进行PRONY分析得到的振幅大于预先设定的振幅限值以及PMU监视设备进行PRONY分析得到的阻尼比小于预先设定的阻尼比限值，则判定该PMU监视设备满足告警条件，各频率段中预先设定的振幅限值均相同，各频率段中预先设定的阻尼比限值均相同。

图1中S5描述，统计告警机组数目以及告警线路和变压器数目，若告警机组数目大于0，则进入步骤S6开始定位振荡源机组，否则进入步骤S8定位振荡源相关的变压器和线路。

图1中S6描述，确定疑似振荡源机组，若存在疑似振荡源机组，则进入步骤S7确定振荡源机组；若不存在疑似振荡源机组，则进入步骤S8定位振荡源相关的变压器和线路；

确定疑似振荡源机组包括以下步骤：

S61根据公式(3)计算告警机组的参与因子：

p'_m＝(ΔP_m,k)²/T_J,m 公式(3)

其中，p’_m为第m台告警机组的参与因子，设机组有功功率经PRONY分析得到的各模式中第k个模式为主导模式，ΔP_m,k为第m台告警机组的有功功率主导模式k幅值，T_J,m第m台告警机组的惯性时间常数；

将告警机组的参与因子相对于所有告警机组中参与因子最大值进行标幺化，根据公式(3-1)得到标幺化后的参与因子：

p_m＝p'_m/p'_n 公式(3-1)

其中，p_m为第m台告警机组标幺化后的参与因子，p'_n为所有告警机组中参与因子最大值；

S62预先设定机组门槛值，将标幺化后的参与因子大于或等于预先设定机组门槛值的告警机组的端电压和机端母线频率分别进行PRONY分析；

S63根据公式(4)计算标幺化后的参与因子大于或等于预先设定机组门槛值的告警机组的耗散功率：

其中，V_PEi为告警机组的耗散功率，A₁、分别为告警机组的有功功率经PRONY分析后主导模式幅值和相角；A₂、分别为告警机组的机端母线频率经PRONY分析后主导模式幅值和相角；A₃、分别为告警机组的端电压经PRONY分析后主导模式幅值和相角；k_TG为比例系数；考虑到一般情况下PMU测量中没有机组的机械功率和暂态电势，采用发电机端电压近似代替暂态电压；因为PMU测量发电机功角可能误差较大，所以采用机端母线频率代替发电机角频率；耗散功率无功部分乘以比例系数，使得调速器强迫振荡和励磁系统强迫振荡的耗散功率数值相近，一般情况下k_TG可取为40；

S64判断告警机组能量持续增大还是能量持续减小，设置机组耗散功率阈值，若告警机组的耗散功率大于该机组耗散功率阈值，则认为该告警机组能量持续增大，否则认为该告警机组能量持续减小，将能量持续增大的告警机组作为疑似振荡源机组。

图1中S7描述，确定振荡源机组；

确定振荡源机组的基本原理是：在计算机组的耗散功率基础上，结合距离扰动源电气距离较近的机组振荡相位超前于距离较远的机组特性，确定振荡源机组，提高了扰动源定位的准确性；

根据告警机组的有功功率经PRONY分析得到的主导模式相角进行告警机组分群，在疑似振荡源机组所在群中选择相位超前的k个告警机组，若疑似振荡源机组在该k个告警机组之中，则确认该疑似振荡源机组为振荡源机组，若不存在疑似振荡源机组在该k个告警机组之中，则确认无振荡源机组；

机组分群方法：以参与因子最大的机组的初相角为参考角(置为0°)，依据新的初相角对机组进行分群，在初相角为0°的机组附近的为一群，在初相角为180°的机组附近的为另一群。

图1中S8描述，如果告警线路和变压器数目大于0，则进入步骤S9确定疑似振荡源相关支路集，否则进入步骤S11，将告警线路和变压器统称为告警支路；

图1中S9描述，S9确定疑似振荡源相关支路集：若存在疑似振荡源相关支路，则进入步骤S10；

确定疑似振荡源相关支路集包括以下步骤：

S91根据公式(5)计算告警支路的参与因子：

p'_m＝(ΔP_m,k)² 公式(5)

其中，p'_m为第m台告警支路的参与因子，设支路有功功率经PRONY分析得到的各模式中第k个模式为主导模式，ΔP_m,k为第m台告警支路有功功率主导模式幅值；

将告警支路的参与因子相对于所有告警支路中参与因子最大值进行标幺化，根据公式(5-1)得到标幺化后的参与因子：

p_m＝p'_m/p'_n 公式(5-1)

其中，p_m为第m台告警支路标幺化后的参与因子，p'_n为所有告警支路中参与因子最大值；

S92预先设定告警支路门槛值，将标幺化后的参与因子大于或等于预先设定告警支路门槛值的告警支路进行PRONY分析；

S93根据公式(6)计算标幺化后的参与因子大于或等于预先设定告警支路门槛值的告警支路的耗散功率：

其中，A₁、分别为告警支路有功功率经PRONY分析后主导模式幅值和相角；A₂、分别为告警支路首端母线频率经PRONY分析后主导模式幅值和相角；A₃、分别为告警支路无功功率经PRONY分析后主导模式幅值和相角；A₄、分别为告警支路首端母线电压幅值的对数lnU_i经PRONY分析后主导模式幅值和相角；k_TB为比例系数；耗散功率无功部分乘以比例系数k_TB使其与有功部分数值相近，一般情况下可取为5；

若耗散功率为正，表示势能从支路首端传向支路末端；若耗散功率为负，表示势能从支路末端流向支路首端，支路的势能流向被保存用于后续数据输出刷新系统状态；

S94预先设定支路耗散功率阈值，如果告警支路的耗散功率的绝对值大于预先设定支路耗散功率阈值时，则将该告警支路作为疑似振荡源相关的支路集A。

S10确定振荡源相关支路；

确定振荡源相关支路的基本原理：在计算变压器和线路的耗散功率基础上，结合距离扰动源电气距离较近的变压器或线路振荡相位超前于距离较远的变压器或线路的特性，确定振荡源相关线路和变压器，提高了扰动源定位的准确性；

根据告警支路的有功功率经PRONY分析得到的主导模式相角进行告警支路分群，分群方法与机组分群方法相同，在疑似振荡源相关支路所在群中选择相位超前的m个告警支路，将该相位超前的m个告警支路作为疑似振荡源相关的支路集B，将步骤S9中得到的疑似振荡源相关的支路集A和疑似振荡源相关的支路集B的交集确认为振荡源相关支路，如果交集为空则确认无振荡源相关支路。

S11输出计算结果刷新设备状态和系统状态并返回所述步骤S2，其中设备状态包括是否振荡、振荡幅值和阻尼比等，系统状态包括是否发生振荡、振荡源机组、振荡源相关支路以及势能流向等，若耗散功率为正，表示势能从支路首端传向支路末端；若耗散功率为负，表示势能从支路末端流向支路首端，支路的势能流向被保存用于后续数据输出刷新系统状态。

各频率段分析计算周期可能不同，当各频率段一次分析计算结束后即根据计算结果刷新设备状态和系统状态，在更新设备状态和系统状态时，系统状态是在所有频率段之间取并集，即当一个频率段计算结果中存在满足振荡幅值和阻尼比条件的振荡设备时，即根据该频率段计算结果刷新所有设备状态和系统状态，设备和系统状态刷新后同时保存该告警频率段分析计算结果；当一个频率段计算结果中不存在满足振荡幅值和阻尼比条件的振荡设备时则不刷新设备状态和系统状态。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出：对于本技术领域的技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (9)

1.一种基于分频段并行计算的强迫振荡扰动源定位方法，其特征在于：包括以下步骤：

S1根据预先设定的频率范围将监视频率划分为若干个频率段，每个频率段根据频率范围分别设置计算参数；

对于每个频率段，分别按以下步骤S2-S11进行分析计算，各频率段的计算按异步方式并行进行：

S2获取相应频率段的PMU采集数据，将PMU采集数据进行数据预处理，然后进入步骤S3，PMU采集数据包括PMU监视设备的数据，PMU监视设备包括机组、线路和变压器设备；

S3根据PMU监视设备的有功功率进行数据预判，过滤掉有功功率变化量不满足数据预判要求的PMU监视设备；如过滤后若不存在有功功率变化量满足数据预判要求的PMU监视设备则返回步骤S2，否则进入步骤S4；

S4判断有功功率变化量满足数据预判要求的PMU监视设备是否满足告警条件，若存在满足告警条件的PMU监视设备，则进入步骤S5，否则返回步骤S2；

满足告警条件的PMU监视设备中机组为告警机组，满足告警条件的PMU监视设备中线路和变压器为告警线路和变压器；告警线路和变压器统称为告警支路；

S5统计告警机组数目以及告警线路和变压器数目，若告警机组数目大于0，则进入步骤S6，否则直接进入步骤S8；

S6确定疑似振荡源机组，若存在疑似振荡源机组，则进入步骤S7；若不存在疑似振荡源机组，则进入直接步骤S8；

S7确定振荡源机组：根据告警机组的有功功率经PRONY分析得到的主导模式相角进行告警机组分群，在疑似振荡源机组所在群中选择相位超前的k个告警机组，若疑似振荡源机组在该k个告警机组之中，则确认该疑似振荡源机组为振荡源机组，若不存在疑似振荡源机组在该k个告警机组之中，则确认无振荡源机组；

S8如果告警线路和变压器数目大于0，则进入步骤S9，否则进入步骤S11；

S9确定疑似振荡源相关支路集：计算告警线路和变压器的参与因子，将参与因子小于相应门槛值的线路和变压器过滤，计算剩余线路和变压器的耗散功率；根据耗散功率选择其绝对值大于相应门槛值的线路和变压器作为疑似振荡源相关的支路集A；

S10确定振荡源相关支路：根据告警支路的有功功率经PRONY分析得到的主导模式相角进行告警支路分群，在疑似振荡源相关支路所在群中选择相位超前的m个告警支路，将该相位超前的m个告警支路作为疑似振荡源相关的支路集B，将步骤S9中得到的疑似振荡源相关的支路集A和疑似振荡源相关的支路集B的交集确认为振荡源相关支路，如果交集为空则确认无振荡源相关支路；

S11输出计算结果刷新设备状态和系统状态并返回所述步骤S2，其中设备状态包括是否振荡、振荡幅值和阻尼比，系统状态包括是否发生振荡、振荡源机组、振荡源相关支路以及势能流向。

2.根据权利要求1所述的基于分频段并行计算的强迫振荡扰动源定位方法，其特征在于，所述步骤S1中，频率段的划分应满足：

设第i个频率段范围为[f_(i)min,f_(i)max]，其中f_(i)min为频率下限，f_(i)max为频率上限，则有k_A＝f_(i)max/f_(i)min≤10；数据窗口长度取为T_(i)view＝k_T/f_(i)min，其中k_T≥2；采样频率为f_(i)sample＝k_f*f_(i)max，其中k_f≥5，f_(i)sample≤f_samplemax，f_samplemax取PMU主站的数据采样频率。

3.根据权利要求1所述的基于分频段并行计算的强迫振荡扰动源定位方法，其特征在于：所述步骤S2中设置交叠窗口时间参数判断数据是否更新，如果达到交叠窗口时间，则数据更新，根据公式(1)计算所述交叠窗口时间：

T_(i)overlap＝k_o*T_(i)view 公式(1)

其中，T_(i)overlap为第i个频率段的交叠窗口时间，i＝(1,2,...,n)，n为频率段总数，0≤k_o≤0.75，T_(i)view为第i个频率段的数据窗口长度。

4.根据权利要求1所述的基于分频段并行计算的强迫振荡扰动源定位方法，其特征在于，所述步骤S3中数据预判要求的满足条件如公式(2)所示：

(A_max-A_min)≥2*P_pj*A_lim 公式(2)

其中，A_max为数据窗口内有功功率最大值，A_min为数据窗口内有功功率最小值，P_pj为预判振幅百分比，A_lim为振幅幅值。

5.根据权利要求1所述的基于分频段并行计算的强迫振荡扰动源定位方法，其特征在于：所述步骤S4中判断PMU监视设备是否满足告警条件，具体包括以下步骤：

对于有功功率变化量满足数据预判要求的PMU监视设备进行PRONY分析，获取振荡模式信息，所述振荡模式信息包括振幅、相角和阻尼比；若PMU监视设备进行PRONY分析得到的振幅大于预先设定的振幅限值以及PMU监视设备进行PRONY分析得到的阻尼比小于预先设定的阻尼比限值，则判定该PMU监视设备满足告警条件。

6.根据权利要求5所述的基于分频段并行计算的强迫振荡扰动源定位方法，其特征在于：各频率段中预先设定的振幅限值均相同，各频率段中预先设定的阻尼比限值均相同。

7.根据权利要求1所述的基于分频段并行计算的强迫振荡扰动源定位方法，其特征在于：所述步骤S6包括以下步骤：

S61根据公式(3)计算告警机组的参与因子：

p'_m＝(ΔP_m,k)²/T_J,m 公式(3)

其中，p'_m为第m台告警机组的参与因子，设机组有功功率经PRONY分析得到的各模式中第k个模式为主导模式，ΔP_m,k为第m台告警机组的有功功率主导模式幅值，T_J,m为第m台告警机组的惯性时间常数；

将告警机组的参与因子相对于所有告警机组中参与因子最大值进行标幺化，根据公式(3-1)得到标幺化后的参与因子：

p_m＝p'_m/p'_n 公式(3-1)

其中，p_m为第m台告警机组标幺化后的参与因子，p'_n为所有告警机组中参与因子最大值；

S62预先设定机组门槛值，对标幺化后的参与因子大于或等于预先设定机组门槛值的告警机组的端电压和机端母线频率分别进行PRONY分析；

S63根据公式(4)计算标幺化后的参与因子大于或等于预先设定机组门槛值的告警机组的耗散功率：

其中，V_PEi为告警机组的耗散功率，A₁、分别为告警机组的有功功率经PRONY分析后主导模式幅值和相角；A₂、分别为告警机组的机端母线频率经PRONY分析后主导模式幅值和相角；A₃、分别为告警机组的端电压经PRONY分析后主导模式幅值和相角；k_TG为比例系数；

S64设置机组耗散功率阈值，若告警机组的耗散功率大于该机组耗散功率阈值，则认为该告警机组能量持续增大，否则认为该告警机组能量持续减小，将能量持续增大的告警机组作为疑似振荡源机组。

8.根据权利要求1所述的基于分频段并行计算的强迫振荡扰动源定位方法，其特征在于：所述步骤S7中，根据告警机组的有功功率经PRONY分析得到的主导模式相角进行告警机组分群的方式为：以参与因子最大机组初相角为0度参考角，依据新的初相角对机组进行分群，在0度附近的为一群，180度附近的为另一群。

9.根据权利要求1所述的基于分频段并行计算的强迫振荡扰动源定位方法，其特征在于：所述步骤S9包括以下步骤：

S91根据公式(5)计算告警支路的参与因子：

p'_m＝(ΔP_m,k)² 公式(5)

其中，p'_m为第m台告警支路的参与因子，设支路有功功率经PRONY分析得到的各模式中第k个模式为主导模式，ΔP_m,k为第m台告警支路有功功率主导模式幅值；

将告警支路的参与因子相对于所有告警支路中参与因子最大值进行标幺化，根据公式(5-1)得到标幺化后的参与因子：

p_m＝p'_m/p'_n 公式(5-1)

其中，p_m为第m台告警支路标幺化后的参与因子，p'_n为所有告警支路中参与因子最大值；

S92预先设定告警支路门槛值，将标幺化后的参与因子大于或等于预先设定告警支路门槛值的告警支路进行PRONY分析；

S93根据公式(6)计算标幺化后的参与因子大于或等于预先设定告警支路门槛值的告警支路的耗散功率：

其中，A₁、分别为告警支路有功功率经PRONY分析后主导模式幅值和相角；A₂、分别为告警支路首端母线频率经PRONY分析后主导模式幅值和相角；A₃、分别为告警支路无功功率经PRONY分析后主导模式幅值和相角；A₄、分别为告警支路首端母线电压幅值的对数lnU_i经PRONY分析后主导模式幅值和相角；k_TB为比例系数；

S94预先设定支路耗散功率阈值，如果告警支路的耗散功率的绝对值大于预先设定支路耗散功率阈值时，则将该告警支路作为疑似振荡源相关的支路集A。