CN109683057B - 一种电力系统次同步振荡在线扰动源定位方法及系统 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种电力系统次同步振荡在线扰动源定位方法及系统，包括：在电力系统正常运行时，依据采集的电力系统各节点的相电压、相电流数据，设定当前节点；根据记忆化搜索算法搜索与所述当前节点相连的节点，对当前节点和与其相连节点的在线数据处理结果进行比较，定位次同步振荡源。本发明提供的技术方案，采用记忆化搜索的方法，大幅度的降低了计算量，提高了在线定位的速度。

Description

一种电力系统次同步振荡在线扰动源定位方法及系统

技术领域

本发明属于电力系统继电保护领域，涉及电力系统次同步振荡源定位，具体涉及一种电力系统次同步振荡在线扰动源定位方法及系统。

背景技术

次同步谐振是指电力线路串入固定电容器后,电力网络与发电机之间以一个或多个低于系统同步频率的固有振荡频率进行相互能量交换,从而危及发电机轴系安全的一种电力系统运行状态。交流输电系统中的串联电容补偿和电力电子装置，在一定条件下可能诱发电力系统次同步振荡问题，给电力系统造成了巨大的危害。电力系统为了保障可靠性，需要在短时间内迅速定位故障源，以尽可能小的代价切除故障，具体表现在负荷损失最低和切除故障所在电压等级最低。

发明内容

本发明提供一种电力系统次同步振荡在线扰动源定位方法，采用同步相角测量技术，通过逐步布局全网关键测点的同步相角测量单元(PMU)，实现了对全网同步相角及电网主要数据的实时高速率采集。基于数据的可靠性和高速传输能力，本方法提供了以比幅比相为基础的电力系统次同步振荡在线扰动源定位方法，包括：

在电力系统正常运行时，依据采集的电力系统各节点的相电压、相电流数据，设定当前节点；

根据记忆化搜索算法搜索与所述当前节点相连的节点，对当前节点和与其相连节点的在线数据处理结果进行比较，定位次同步振荡源。

所述设定当前节点包括：

对电力系统各节点进行在线数据处理，根据在线数据处理结果确定是否存在次同步振荡分量，选取任一存在次同步振荡分量的节点为当前节点。所述在线数据处理包括：

对节点的相电压、相电流数据进行预处理，剔除无效数据与错误数据；

对节点的相电压和相电流做快速傅里叶变换，提取频率范围为[0.15Hz,49.97Hz]的分量记为次同步分量，提取频率为50Hz的分量记为基频分量，计算所述次同步分量和基频分量的有效值和相角。

根据记忆化搜索算法搜索与所述当前节点相连的节点，对当前节点和与其相连节点的在线数据处理结果进行比较，定位次同步振荡源包括：

步骤1：搜索是否存在未被搜索过的和所述当前节点同一电压等级的节点，若存在，则执行步骤2，反之执行步骤4；

步骤2：对搜索到的节点，进行在线检测，若该节点的故障特征值小于等于所述当前节点，则将该节点标记为已被搜索过，返回步骤1；若该节点的故障特征值大于所述当前节点，则执行步骤3；

步骤3：判断该节点的次同步电流流向与所述当前节点的次同步电流流向是否相同，若相同，则标记该节点为已被搜索过，返回步骤1；若相反，则设定该节点为当前节点，并执行步骤4；

步骤4：确定所述当前节点是否是其所在电压等级的边界节点，

若不是，则执行步骤5，若是，则执行步骤6；

步骤5：判断是否存在与所述当前节点相连的低电压等级的节点，若存在，则设定与所述当前节点相连的低电压等级的节点为当前节点，并返回步骤1，若不存在，则执行步骤6；

步骤6：判定当前节点为该电力系统次同步振荡的故障源。

步骤2所述的节点故障特征值为节点各相次同步分量的有效值与对应相基频分量的有效值之比的平均值。

步骤3所述节点的次同步电流流向的确定包括：

若所述当前节点存在任意一相电流的次同步分量相角和与所述当前节点同一电压等级、未被搜索过且故障特征值大于所述当前节点的节点对应相的电流次同步分量相角的差的绝对值小于90度，则两节点的次同步电流流向相同；反之，两节点的次同步电流流向相反。

在设定当前节点之前还包括：

将电力系统检测范围内所有节点按电压等级划分为不同的集合，对不同电压等级进行拓扑分析。

所述各节点的相电压、相电流数据用PMU装置采集。

本发明提供一种电力系统次同步振荡故障在线定位系统，包括：

设定模块：在电力系统正常运行时，依据采集的电力系统各节点的相电压、相电流数据，设定当前节点；

定位模块：根据记忆化搜索算法搜索与所述当前节点相连的节点，对当前节点和与其相连节点的在线数据处理结果进行比较，定位次同步振荡源。

所述定位模块包括：

搜索子模块，用于搜索是否存在未被搜索过的和所述当前节点同一电压等级的节点；

比较子模块：用于对搜索到的未被搜索过的和所述当前节点同一电压等级的节点，进行在线数据处理，若该节点的故障特征值小于等于所述当前节点，则设定所述该节点为当前节点，且标记为已被搜索过；

第一判断子模块，用于判断搜索到的与当前节点同一电压等级、未被搜索过且故障特征值大于所述当前节点的节点的次同步电流流向，若所述节点的次同步电流流向与所述当前节点的次同步电流流向相同，则标记所述节点为已被搜索过，若相反，则设定所述节点为当前节点；

第二判断子模块，用于判定当前节点是否是其所在电压等级的边界节点，若是边界节点，则判定所述当前节点为该电力系统次同步振荡的故障源；

第三判断子模块，用于当前节点不是边界节点时判断是否存在与所述当前节点相连的低电压等级的节点，若存在，则设定与所述当前节点相连的低电压等级的节点为当前节点，若不存在，则判定所述当前节点为该电力系统次同步振荡的故障源。

所述比较子模块包括：在线数据处理单元；

所述在线数据处理单元包括数据删选子单元和数据变换子单元：

所述数据删选子单元，用于对节点的相电压、相电流数据进行预处理，剔除无效数据与错误数据；

所述数据变换子单元，用于对节点的相电压和相电流做快速傅里叶变换，提取频率范围为[0.15Hz,49.97Hz]的分量记为次同步分量，提取频率为50Hz的分量记为基频分量，计算所述次同步分量和基频分量的有效值和相角。

与最接近的现有技术比，本发明提供的技术方案具有以下有益效果：

本发明提供的技术方案，采用记忆化搜索的方法，大幅度的降低了计算量，提高了在线定位的速度，保证了电力系统的可靠性，准确定位到故障源所在位置并切除故障，保证了不损失不必要的负荷；

本发明提供的技术方案，对不同节点相电压、相电流数据进行在线数据处理，准确定位故障源。

附图说明

图1为本发明一种电力系统次同步振荡在线扰动源定位方法流程图；

图2为本发明实施例提供的电力系统次同步振荡在线自动故障定位方法流程图；

图3为本发明实施例提供的某地区谐波潮流图；

图4为本发明实施例提供的某地区地理接线图。

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，下面将结合附图对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述。

如图1所示，本发明提供电力系统次同步振荡在线扰动源定位方法，包括：

在电力系统正常运行时，依据采集的电力系统各节点的相电压、相电流数据，设定当前节点；

根据记忆化搜索算法搜索与所述当前节点相连的节点，对当前节点和与其相连节点的在线数据处理结果进行比较，定位次同步振荡源。

所述设定当前节点包括：

对电力系统各节点进行在线数据处理，根据在线数据处理结果确定是否存在次同步振荡分量，选取任一存在次同步振荡分量的节点为当前节点。

所述在线数据处理包括：

对节点的相电压、相电流数据进行预处理，剔除无效数据与错误数据；

对节点的相电压和相电流做快速傅里叶变换，提取频率范围为[0.15Hz,49.97Hz]的分量记为次同步分量，提取频率为50Hz的分量记为基频分量，计算所述次同步分量和基频分量的有效值和相角。

根据记忆化搜索，对当前节点和与其相连节点的在线数据处理结果进行比较，定位次同步振荡源包括：

步骤1：搜索是否存在未被搜索过的和所述当前节点同一电压等级的节点，若存在，则执行步骤2，反之执行步骤4；

步骤2：对搜索到的节点，进行在线检测，若该节点的故障特征值小于等于所述当前节点，则将该节点标记为已被搜索过，返回步骤1；若该节点的故障特征值大于所述当前节点，则执行步骤3；

步骤3：判断该节点的次同步电流流向与所述当前节点的次同步电流流向是否相同，若相同，则标记该节点为已被搜索过，返回步骤1；若相反，则设定该节点为当前节点，并执行步骤4；

步骤4：确定所述当前节点是否是其所在电压等级的边界节点，

若不是，则执行步骤5，若是，则执行步骤6；

步骤5：判断是否存在与所述当前节点相连的低电压等级的节点，若存在，则设定与所述当前节点相连的低电压等级的节点为当前节点，并返回步骤1，若不存在，则执行步骤6；

步骤6：判定当前节点为该电力系统次同步振荡的故障源。

步骤2所述的节点故障特征值为节点各相次同步分量的有效值与对应相基频分量的有效值之比的平均值。

步骤3所述节点的次同步电流流向的确定包括：

若所述当前节点存在任意一相电流的次同步分量相角和与所述当前节点同一电压等级、未被搜索过且故障特征值大于所述当前节点的节点对应相的电流次同步分量相角的差的绝对值小于90度，则两节点的次同步电流流向相同；反之，两节点的次同步电流流向相反。

在选取特征节点之前还包括：

将电力系统检测范围内所有节点按电压等级划分为不同的集合，对不同电压等级进行拓扑分析。

所述各节点的相电压、相电流数据用PMU装置采集。

本发明提供一种电力系统次同步振荡故障在线定位系统，包括：

设定模块：在电力系统正常运行时，依据采集的电力系统各节点的相电压、相电流数据，设定当前节点；

定位模块：根据记忆化搜索算法搜索与所述当前节点相连的节点，对当前节点和与其相连节点的在线数据处理结果进行比较，定位次同步振荡源。

所述定位模块包括：

搜索子模块，用于搜索是否存在未被搜索过的和所述当前节点同一电压等级的节点；

比较子模块：用于对搜索到的未被搜索过的和所述当前节点同一电压等级的节点，进行在线数据处理，若该节点的故障特征值小于等于所述当前节点，则设定所述该节点为当前节点，且标记为已被搜索过；

第一判断子模块，用于判断搜索到的与当前节点同一电压等级、未被搜索过且故障特征值大于所述当前节点的节点的次同步电流流向，若所述节点的次同步电流流向与所述当前节点的次同步电流流向相同，则标记所述节点为已被搜索过，若相反，则设定所述节点为当前节点；

第二判断子模块，用于判定当前节点是否是其所在电压等级的边界节点，若是边界节点，则判定所述当前节点为该电力系统次同步振荡的故障源；

第三判断子模块，用于当前节点不是边界节点时判断是否存在与所述当前节点相连的低电压等级的节点，若存在，则设定与所述当前节点相连的低电压等级的节点为当前节点，若不存在，则判定所述当前节点为该电力系统次同步振荡的故障源。所述比较模块中的节点故障特征值为该节点各相次同步分量的有效值与对应相基频分量的有效值之比的平均值。

所述比较子模块包括：在线数据处理单元；

所述在线数据处理单元包括数据删选子单元和数据变换子单元：

所述数据删选子单元，用于对节点的相电压、相电流数据进行预处理，剔除无效数据与错误数据；

所述数据变换子单元，用于对节点的相电压和相电流做快速傅里叶变换，提取频率范围为[0.15Hz,49.97Hz]的分量记为次同步分量，提取频率为50Hz的分量记为基频分量，计算所述次同步分量和基频分量的有效值和相角。

所述第一判断子模块判断节点的次同步电流流向包括：

若节点存在任意一相电流的次同步分量相角与相邻节点对应相的电流次同步分量相角的差的绝对值小于90度，则两节点的次同步电流流向相同；反之，两节点的次同步电流流向相反。

所述系统还包括分析模块，在选取特征节点之前，对电力系统检测范围内所有节点按电压等级进行划分，划分为不同的集合，对不同电压等级进行拓扑分析；

所述拓扑分析对于所有节点，按照边的形式(图论概念)存储相对位置信息。

所述检测模块中各节点的相电压、相电流数据用PMU装置采集。

实施例一：

图2为本发明实施例提供的一种电力系统次同步振荡在线自动故障定位方法的流程图。

参照图2，电力系统次同步振荡故障在线定位方法，包括：

步骤1，对电力系统网络按电压等级进行划分，对不同的所述电压等级进行拓扑分析。

步骤2，在电力系统正常运行时，依据系统各节点PMU装置采集的电压电流数据，选取特征节点进行在线检测。检测到可能存在次同步振荡时，设定所述特征节点为当前节点并进入步骤3，反之重复步骤2。

步骤3，判断是否存在和当前节点相连的同一电压等级的节点未被搜索过，若存在进入步骤4，反之进入步骤5。

步骤4：搜索所有和当前节点相连的，且没有被搜索过的同一电压等级节点。对所述节点进行在线检测，若该节点故障特征值小于所述当前节点，标记该节点已被搜索过，并设定该节点为所述当前节点，进入步骤3；若该节点的故障特征值大于当前节点且该节点的次同步电流流向与所述当前节点次同步电流流向相同，则标记该节点已被搜索过并设定该节点为所述当前节点，进入步骤3；若该节点的故障特征值大于所述当前节点且该节点的次同步电流流向与当前节点次同步电流流向相反，则进入步骤6；

步骤5：若所述当前节点为该电压等级的边界节点，若存在与之相连的低电压等级的节点，则设定该节点为所述当前节点，进入步骤3，反之进入步骤6。若所述当前节点非该电压等级的边界节点，进入步骤6。

步骤6：判断该电力系统次同步振荡故障源为当前节点，按安全规则切除故障。

根据本发明的示例性实施例，将检测范围内所有节点按照电压等级的不同，划分为不同的集合。对于所有节点，按照边的形式(图论概念)存储相对位置信息，如下表所示：

根据本发明的示例性实施例，其步骤2、步骤4中的在线检测包括：

对步骤2中采集的节点相电压，相电流数据进行预处理，剔除无效数据与错误数据；

对相电流和相电压做快速傅里叶变换，提取频率范围为[0.15Hz,49.97Hz]的分量和50Hz分量，分别记为次同步分量和基频分量，计算其有效值和相角；

根据本发明的示例性实施例，其步骤4中的故障特征值包括：

依据所计算的各相电流次同步分量与基频分量的有效值。若某节点三相次同步分量的有效值均大于等于该节点对应相基频分量有效值的(1.5％，15％)，以3％为优选值，则认定其存在故障特征值，其数值为该节点次各相同步分量的有效值与对应相基频分量的有效值的比的平均值。

根据本发明的示例性实施例，其步骤4中判断次同步电流流向包括：

根据计算的次同步电流分量相角，若某节点存在任意一相与相邻节点对应相的次同步电流分量的差的绝对值小于90度，则认为二者方向相同；若某节点不存在某一项与相邻节点对应相的次同步电流分量的差的绝对值小于90度，则认为二者方向相反。

根据本发明的示例性实施例，步骤2中的特征节点包括：

特征节点为所检测系统范围内最高电压等级的节点中，按度(图论概念)排序，数值最大的节点。

本发明实施例公开的一种电力系统次同步振荡在线扰动源定位方法，提出运用比幅比相的方法，提取任意节点数据中相分量中次同步频率子分量，根据子分量的有效值和相角辨识次同步振荡源和该节点的相对位置。采用记忆化搜索的方法，根据故障源与当前节点的相对位置快速准确的定位故障源，大幅度地降低计算量，为在线定位算法的速度提供了保证。

实施例二：

图3为本发明实施例提供的某地区谐波潮流图。

参照图3，图中各电气节点均标有标记，如A节点、B节点、C节点……，并分为三大风电区域，各容纳3494MW、741MW和3698MW的风机，各支路将频域(Hz)、幅值(Amp)和相角(Deg)三类信息以表格的方式示出，虚线箭头引出与三类信息相关联的支路，实线箭头为故障殃及流向。本发明实施例三将以该区域为例说明追溯故障起始点的方法。

首先，对该区域进行电压等级划分，对不同的所述电压等级进行拓扑分析，得到如图4所示的地理接线图。然后，对各节点的电压电流数据进行采集与检测，按实施例一所述方法对各节点进行搜索与设定，得到了如图3所示的谐波潮流图，各支路的幅值与相角数据根据采集的电压电流数据可以准确求出。

由于本发明实施例基于次同步振荡进行研究，因此只选取图3表格中频率等级为23Hz的情况进行分析。观察23Hz对应的幅值可以确定，实线箭头指向，即故障殃及方向应由幅值大的节点指向幅值小的节点，需要说明的是，该幅值为次同步分量的幅值。以M节点(某换流站)为例，23Hz对应的幅值为3.2，F节点对应的幅值为8.4，R节点对应的幅值为2.6，因此可以判断实线箭头指向应为F节点→M节点→R节点，以此类推，可对每条支路标注实线箭头方向得到D节点→F节点→M节点→R节点的故障殃及链条，顺着实线箭头的逆方向，可以找到故障点所在位置，本实施例中，故障点的所在位置即为D节点。

这里，为了验证实线箭头方向的正确性，需用相角进行检验，若链条中各相邻节点的相角相差90°以内，则表明流向符合系统的实际情况，箭头标注正确。

本发明实施例提供的电力系统次同步振荡在线自动故障定位方法，与上述实施例提供的电力系统次同步振荡在线自动故障定位方法具有相同的技术特征，所以也能解决相同的技术问题，达到相同的技术效果。

所述功能如果以软件功能单元的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个计算机可读取存储介质中。基于这样的理解，本发明的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分或者该技术方案的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)执行本发明各个实施例所述方法的全部或部分步骤。而前述的存储介质包括：U盘、移动硬盘、只读存储器(ROM，Read-Only Memory)、随机存取存储器(RAM，Random Access Memory)、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

所属领域的技术人员可以清楚地了解到，为描述的方便和简洁，上述描述的方法和系统的具体工作过程，可以参考前述方法实施例中的对应过程，在此不再赘述。以上给出的实施例用以说明本发明和它的实际应用，并非对本发明作任何形式上的限制，任何一个本专业的技术人员在不偏离本发明技术方案的范围内，依据以上技术和方法作一定的修饰和变更当视为等同变化的等效实施例。

Claims (6)

1.一种电力系统次同步振荡在线扰动源定位方法，其特征在于，包括：

在电力系统正常运行时，依据采集的电力系统各节点的相电压、相电流数据，设定当前节点；

根据记忆化搜索算法搜索与所述当前节点相连的节点，对当前节点和与其相连节点的在线数据处理结果进行比较，定位次同步振荡源；

所述设定当前节点包括：

对电力系统各节点进行在线数据处理，根据在线数据处理结果确定是否存在次同步振荡分量，选取任一存在次同步振荡分量的节点为当前节点；

所述在线数据处理包括：

对节点的相电压、相电流数据进行预处理，剔除无效数据与错误数据；

对节点的相电压和相电流做快速傅里叶变换，提取频率范围为[0.15Hz,49.97Hz]的分量记为次同步分量，提取频率为50Hz的分量记为基频分量，计算所述次同步分量和基频分量的有效值和相角；

根据记忆化搜索算法搜索与所述当前节点相连的节点，对当前节点和与其相连节点的在线数据处理结果进行比较，定位次同步振荡源包括：

步骤1：搜索是否存在未被搜索过的和所述当前节点同一电压等级的节点，若存在，则执行步骤2，反之执行步骤4；

步骤2：对搜索到的节点，进行在线检测，若该节点的故障特征值小于等于所述当前节点，则将该节点标记为已被搜索过，返回步骤1；若该节点的故障特征值大于所述当前节点，则执行步骤3；

步骤3：判断该节点的次同步电流流向与所述当前节点的次同步电流流向是否相同，若相同，则标记该节点为已被搜索过，返回步骤1；若相反，则设定该节点为当前节点，并执行步骤4；

步骤4：确定所述当前节点是否是其所在电压等级的边界节点，

若不是，则执行步骤5，若是，则执行步骤6；

步骤5：判断是否存在与所述当前节点相连的低电压等级的节点，若存在，则设定与所述当前节点相连的低电压等级的节点为当前节点，并返回步骤1，若 不存在，则执行步骤6；

步骤6：判定当前节点为该电力系统次同步振荡的故障源。

2.根据权利要求1所述的电力系统次同步振荡在线扰动源定位方法，其特征在于，步骤2所述的节点故障特征值为节点各相次同步分量的有效值与对应相基频分量的有效值之比的平均值。

3.根据权利要求2所述的电力系统次同步振荡在线扰动源定位方法，其特征在于，步骤3所述节点的次同步电流流向的确定包括：

若所述当前节点存在任意一相电流的次同步分量相角和与所述当前节点同一电压等级、未被搜索过且故障特征值大于所述当前节点的节点对应相的电流次同步分量相角的差的绝对值小于90度，则两节点的次同步电流流向相同；反之，两节点的次同步电流流向相反。

4.根据权利要求1所述的电力系统次同步振荡在线扰动源定位方法，其特征在于，在设定当前节点之前还包括：

将电力系统检测范围内所有节点按电压等级划分为不同的集合，对不同电压等级进行拓扑分析。

5.根据权利要求1所述的电力系统次同步振荡在线扰动源定位方法，其特征在于，所述各节点的相电压、相电流数据用PMU装置采集。

6.一种用于如权利要求1-5任一项所述的电力系统次同步振荡在线扰动源定位方法的在线定位系统，其特征在于，包括：

设定模块，用于在电力系统正常运行时，依据采集的电力系统各节点的相电压、相电流数据，设定当前节点；

定位模块，用于根据记忆化搜索算法搜索与所述当前节点相连的节点，对当前节点和与其相连节点的在线数据处理结果进行比较，定位次同步振荡源；

所述定位模块包括：

搜索子模块，用于搜索是否存在未被搜索过的和所述当前节点同一电压等级的节点；

比较子模块：用于对搜索到的未被搜索过的和所述当前节点同一电压等级的节点，进行在线数据处理，若该节点的故障特征值小于等于所述当前节点，则设定所述该节点为当前节点，且标记为已被搜索过；

第一判断子模块，用于判断搜索到的与当前节点同一电压等级、未被搜索过 且故障特征值大于所述当前节点的次同步电流流向，若所述节点的次同步电流流向与所述当前节点的次同步电流流向相同，则标记所述节点为已被搜索过，若相反，则设定所述节点为当前节点；

第二判断子模块，用于判定当前节点是否是其所在电压等级的边界节点，若是边界节点，则判定所述当前节点为该电力系统次同步振荡的故障源；

第三判断子模块，用于当前节点不是边界节点时判断是否存在与所述当前节点相连的低电压等级的节点，若存在，则设定与所述当前节点相连的低电压等级的节点为当前节点，若不存在，则判定所述当前节点为该电力系统次同步振荡的故障源；

所述比较子模块包括：在线数据处理单元；

所述在线数据处理单元包括数据删选子单元和数据变换子单元；

所述数据删选子单元，用于对节点的相电压、相电流数据进行预处理，剔除无效数据与错误数据；

所述数据变换子单元，用于对节点的相电压和相电流做快速傅里叶变换，提取频率范围为[0.15Hz,49.97Hz]的分量记为次同步分量，提取频率为50Hz的分量记为基频分量，计算所述次同步分量和基频分量的有效值和相角。

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