CN110927449A - 注入式次同步振荡频率在线监测方法、系统和电力系统 - Google Patents

注入式次同步振荡频率在线监测方法、系统和电力系统 Download PDF

Info

Publication number
CN110927449A
CN110927449A CN201911198801.2A CN201911198801A CN110927449A CN 110927449 A CN110927449 A CN 110927449A CN 201911198801 A CN201911198801 A CN 201911198801A CN 110927449 A CN110927449 A CN 110927449A
Authority
CN
China
Prior art keywords
current
impedance
quantity information
oscillation frequency
subsynchronous oscillation
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
CN201911198801.2A
Other languages
English (en)
Other versions
CN110927449B (zh
Inventor
朱建华
厉志波
岳啸鸣
侯惠昭
马建胜
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Rundian Energy Science and Technology Co Ltd
Original Assignee
Rundian Energy Science and Technology Co Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Rundian Energy Science and Technology Co Ltd filed Critical Rundian Energy Science and Technology Co Ltd
Priority to CN201911198801.2A priority Critical patent/CN110927449B/zh
Publication of CN110927449A publication Critical patent/CN110927449A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN110927449B publication Critical patent/CN110927449B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01R—MEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
    • G01R23/00—Arrangements for measuring frequencies; Arrangements for analysing frequency spectra
    • G01R23/02—Arrangements for measuring frequency, e.g. pulse repetition rate; Arrangements for measuring period of current or voltage
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E40/00—Technologies for an efficient electrical power generation, transmission or distribution
    • Y02E40/10—Flexible AC transmission systems [FACTS]

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Supply And Distribution Of Alternating Current (AREA)

Abstract

本发明公开基于STATCOM的注入式次同步振荡频率在线监测方法、系统和电力系统；其中，注入式次同步振荡频率在线监测方法用于包括静止同步补偿器STATCOM电路、发电站和主电网的电力系统；该注入式次同步振荡频率在线监测方法，包括：通过STATCOM电路向电力系统注入不同电流频率的参考电流；监测不同电流频率的参考电流所引发的发电站侧的电气量信息，以及主电网侧的电气量信息；根据发电站侧的电气量信息和主电网侧的电气量信息，计算每个电流频率对应的系统总等值阻抗；根据系统总等值阻抗与电流频率的对应关系，确定电力系统的次同步振荡频率。本发明的技术方案旨在解决现有技术中难以对电力系统中的次同步振荡进行定量分析的问题。

Description

注入式次同步振荡频率在线监测方法、系统和电力系统
技术领域
本发明涉及电力系统技术领域，尤其涉及一种注入式次同步振荡频率在线监测方法、系统和电力系统。
背景技术
如今，新能源发电技术正不断发展，电力系统中新能源并网规模也日益扩大；随着并网规模的日益扩大，新能源技术中发电机组(如风电机组)也容易产生次同步振荡。次同步振荡一旦发生，将对发电机组的轴系造成巨大损害，严重的甚至会导致发电机组大量脱网，影响电力系统的安全稳定。
为了避免上述情况，工作人员需要实时监测次同步振荡。目前，常见的次同步振荡监测方法是利用同步相量测量装置PMU对进行监测。该利用PMU监测次同步振荡的方法虽然能监测到次同步振荡的频率和幅值，但该方法只能在次同步振荡现象明显发生后才能监测和预警次同步振荡；而在未出现明显次同步振荡现象时，该方法无法妥善解决是否存在次同步振荡隐患的问题。
为了解决上述无法及时排查次同步振荡隐患的问题，近年来，相关企业通常加装次同步振荡源，利用该次同步振荡源主动在线监测次同步振荡。其操作步骤具体如下：次同步振荡频率触发振荡监测阈值后，监测装置启动次同步录波，定位次同步振荡谐波源。根据其监测原理，该次同步振荡的主动监测方法相比传统的被动监测方法而言，其排查次同步振荡隐患的能力有一定提高。
然而，上述监测方法具有一定的局现性：该监测方法虽然能够对电力系统中次同步振荡进行简单定位，却难以对次同步振荡进行定量分析，从而无法准确评估次同步振荡对电力系统的具体影响。
发明内容
本发明提供一种基于STATCOM的注入式次同步振荡频率在线监测方法、系统和电力系统，旨在解决现有技术中通过增设次同步振荡源，难以对次同步振荡进行定量分析的问题。
为实现上述目的，根据本发明的第一方面，本发明提供了一种基于STATCOM的注入式次同步振荡频率在线监测方法，用于电力系统，电力系统包括静止同步补偿器STATCOM电路、发电站和主电网，其中，STATCOM电路连接于发电站与主电网之间的并网点上；
注入式次同步振荡频率在线监测方法，包括：通过STATCOM电路向电力系统注入不同电流频率的参考电流；
监测不同电流频率的参考电流所引发的发电站侧的电气量信息，以及主电网侧的电气量信息；
根据发电站侧的电气量信息和主电网侧的电气量信息，计算每个电流频率对应的系统总等值阻抗；
根据系统总等值阻抗与电流频率的对应关系，确定电力系统的次同步振荡频率。
优选地，注入式次同步振荡频率在线监测方法中，根据发电站侧的电气量信息和主电网侧的电气量信息，计算每个电流频率对应的系统总等值阻抗的步骤包括：
对发电站侧的电气量信息和主电网侧的电气量信息分别进行傅里叶变换，分别得到s域形式的发电站侧的电气量信息和主电网侧的电气量信息，其中，电气量信息包括电流和电压；
使用发电站侧的电流和电压，计算发电站侧阻抗；
使用主电网侧的电流和电压，计算主电网侧阻抗；
使用发电站侧阻抗和主电网侧阻抗，计算每个电流频率对应的系统总等值阻抗。
优选地，注入式次同步振荡频率在线监测方法中，根据系统总等值阻抗与电流频率的对应关系，确定电力系统的次同步振荡频率的步骤包括：
在不同电流频率对应的系统总等值阻抗中，查找阻抗值最小的系统总等值阻抗作为最小次同步分量阻抗；
确定最小次同步分量阻抗对应的电流频率，作为次同步振荡频率。
优选地，注入式次同步振荡频率在线监测方法中，通过STATCOM电路向电力系统注入不同电流频率的参考电流的步骤包括：
在预设电流频率范围内，按照预设电流频率间隔递增或递减的顺序，向STATCOM电路中的STATCOM控制单元注入参考电流；
通过STATCOM控制单元控制STATCOM电路中的门极可关断晶闸管GTO发送触发脉冲，以控制GTO向电力系统输出次同步分量电流。
根据本发明的第二方面，本申请还提供了一种基于STATCOM的注入式次同步振荡频率在线监测系统，用于电力系统，电力系统包括静止同步补偿器STATCOM电路、发电站和主电网；其中，STATCOM电路连接于发电站与主电网之间的并网点上；注入式次同步振荡频率在线监测系统包括：
参考电流输入模块，用于通过STATCOM电路向电力系统注入不同电流频率的参考电流；
电气量信息获取模块，用于获取不同电流频率的参考电流所引发的发电站侧的电气量信息及主电网侧的电气量信息；
系统总等值阻抗计算模块，用于根据发电站侧的电气量信息和主电网侧的电气量信息，计算每个电流频率对应的系统总等值阻抗；
次同步振荡频率确定模块，用于根据系统总等值阻抗与电流频率的对应关系，确定电力系统的次同步振荡频率。
优选地，注入式次同步振荡频率在线监测系统中，系统总等值阻抗计算模块包括：
电气量信息变换子模块，用于对发电站侧的电气量信息和主电网侧的电气量信息分别进行傅里叶变换，分别得到s域形式的发电站侧的电气量信息和主电网侧的电气量信息，其中，电气量信息包括电流和电压；
发电站侧阻抗计算子模块，用于使用发电站侧的电流和电压，计算发电站侧阻抗；
主电网侧阻抗计算子模块，用于使用主电网侧的电流和电压，计算主电网侧阻抗；
系统总等值阻抗计算子模块，用于使用发电站侧阻抗和主电网侧阻抗，计算每个电流频率对应的系统总等值阻抗。
优选地，次同步振荡频率在线监测系统中，次同步振荡频率确定模块包括：
最小次同步分量阻抗确定子模块，用于在不同电流频率对应的系统总等值阻抗中，查找阻抗值最小的系统总等值阻抗作为最小次同步分量阻抗；
次同步振荡频率确定子模块，用于确定最小次同步分量阻抗对应的电流频率，作为次同步振荡频率。
优选地，次同步振荡频率在线监测系统中，参考电流输入模块，包括：
电流频率预设子模块，用于预设参考电流的电流频率范围和电流频率间隔；
参考电流注入子模块，用于在第一电流频率范围内，按照第一电流频率间隔递增或递减的顺序，向STATCOM电路中的STATCOM控制单元注入参考电流；
次同步分量电流输出子模块，用于通过STATCOM控制单元控制STATCOM电路中的门极可关断晶闸管GTO发送触发脉冲，触发脉冲用于控制GTO向电力系统输出次同步分量电流。
根据本发明的第三方面，还提供了一种电力系统，包括：静止同步补偿器STATCOM电路、发电站和主电网，其中，STATCOM电路连接于发电站与主电网之间的并网点上；以及，上述任一项技术方案中的注入式次同步振荡频率在线监测系统。
本发明的技术方案提供的基于STATCOM的注入式同步振荡频率在线监测方法，通过电力系统中自带的STATCOM电路相电力系统注入不同电流频率的参考电流，该参考电流注入到电力系统中将通过STATCOM电路的作用产生次同步电流分量，然后会引发电力系统中发电站和主电网侧的电气量变化，通过检测该发电站侧的电气量信息和主电网侧的电气量信息，能够计算每个电流频率对应的系统总等值阻抗，然后根据系统总等值阻抗与电力系统的次同步振荡频率的关系，能够快速准确地计算出电力系统的次同步振荡频率值，及时排查次同步振荡隐患，从而能够解决背景技术中提到的现有技术中通过电压相位监测次同步振荡的方法无法对次同步振荡频率进行定量分析的问题。
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示出的结构获得其他的附图。
图1是本发明实施例提供的第一种电力系统的结构示意图；
图2是图1所示实施例提供的一种STATCOM电路的结构示意图；
图3是本发明实施例提供的一种注入式次同步振荡频率在线监测方法的流程示意图；
图4是图3所示实施例提供的一种参考电流注入方法的流程示意图；
图5是本发明实施例提供的一种电路等效结构示意图；
图6是图3实施例提供的一种系统总等值阻抗计算方法的流程示意图；
图7是图3实施例提供的一种次同步振荡频率确定方法的流程示意图；
图8是本发明实施例提供的第二种电力系统的结构示意图；
图9是图8所示实施例提供的一种注入式次同步振荡频率在线监测系统的结构示意图；
图10是图9实施例提供的一种系统总等值阻抗计算模块的结构示意图；
图11是图9实施例提供的一种次同步振荡频率确定模块的结构示意图；
图12是图9实施例提供的一种参考电流输入模块的结构示意图；
图13是本发明实施例提供的第三种电力系统的结构示意图。
附图标号说明：
Figure BDA0002294043650000051
本发明目的的实现、功能特点及优点将结合实施例，参照附图做进一步说明。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
需要说明，本发明实施例中所有方向性指示(诸如上、下、左、右、前、后……)仅用于解释在某一特定姿态(如附图所示)下各部件之间的相对位置关系、运动情况等，如果该特定姿态发生改变时，则该方向性指示也相应地随之改变。
另外，在本发明中如涉及“第一”、“第二”等的描述仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示其相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。
在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“连接”、“固定”等应做广义理解，例如，“固定”可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；“连接”可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系，除非另有明确的限定。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
另外，本发明各个实施例之间的技术方案可以相互结合，但是必须是以本领域普通技术人员能够实现为基础，当技术方案的结合出现相互矛盾或无法实现时应当认为这种技术方案的结合不存在，也不在本发明要求的保护范围之内。
请参见图1，图1为本申请实施例提供的一种电力系统的结构示意图。在该电力系统包括静止同步补偿器STATCOM电路200、发电站300和主电网400，其中，该发电站为风电机组310，STATCOM电路100连接于风电机组310与主电网400之间的并网点上。在需要监测次同步振荡时，利用该电力系统自带的STATCOM电路200向电力系统注入不同电流频率的参考电流以触发STATCOM电路200，使得STATCOM电路200能够向电力系统中注入次同步电流，这样引发风电机组310侧和主电网400侧的电气量变化，从而通过监测风电机组310侧和主电网400侧的电气量变化，得到电力系统的次同步振荡频率。
请参见图2，图2为图1中电力系统中的静止同步补偿器STATCOM电路的结构示意图。如图2所示，该STATCOM电路包括：
锁相环210、STATCOM控制单元220、脉冲产生单元230和门极可关断晶闸管GTO电路240；其中，STATCOM控制单元220和锁相环210分别与脉冲产生单元230电连接，脉冲产生单元230和GTO电路240电连接。
STATCOM控制单元220在得到反馈的测量电压和测量电流时，STATCOM控制单元220会向脉冲产生单元230发送触发角，触发脉冲产生单元230向门极可关断晶闸管GTO电路240发送触发脉冲，然后控制GTO电路240向电力系统中注入次同步电流，即图2中的STATCOM电流Isvg，从而通过监测该次同步电流引起电力系统中风电机组310和主电网400侧的电气量变化，确定电力系统中存在的次同步振荡频率。
具体的注入式次同步振荡频率在线监测方法请参见图3，图3为本发明实施例提供的一种基于STATCOM的注入式次同步振荡频率在线监测方法的流程示意图。该注入式次同步振荡频率在线监测方法用于图1所示的电力系统。如图3所示，该注入式次同步振荡频率在线监测方法包括以下步骤：
S110：通过STATCOM电路向电力系统注入不同电流频率的参考电流。
具体参见图2，STATCOM电路200包括STATCOM控制单元220、脉冲产生单元230和门极可关断晶闸管GTO电路240，因为STATCOM电路200是电力系统自带，因此本申请不需要加装额外的次同步振荡注入设备。另外，静止同步补偿器STATCOM是一种并联型无功补偿的FACTS装置，能够发出或吸收无功功率，并且其输出变化以控制电力系统中的特定参数，在平常可以通过检测电力系统中并网点处的并网点电压作为测量电压，检测门极可关断晶闸管GTO电路240发出的电流STATCOM电流或者检测输入到发电站300侧或主电网400侧的电流作为测量电流，通过负反馈的形式发出触发角，以控制脉冲产生单元230向GTO发送触发脉冲，触发GTO产生新的STATCOM电流。
本申请实施例中，为了检测电力系统中的次同步振荡频率大小，可以向STATCOM电路中的STATCOM控制单元注入不同电流频率的参考电流，即图中的参考信号，从而控制STATCOM控制单元向脉冲产生单元发送触发角，通过脉冲产生单元向GTO发送触发脉冲，控制GTO向电力系统中注入STATCOM电流Isvg的分量，即次同步电流。通过该次同步电流控制电力系统中的发电站侧和主电网侧产生电流波动。
如图4所示，该通过STATCOM电路向电力系统注入不同电流频率的参考电流的具体步骤如下：
S111：在预设电流频率范围内，按照预设电流频率间隔递增或递减的顺序，向STATCOM电路中的STATCOM控制单元注入参考电流。
其中，预设电流频率范围为10-40Hz，包括端值10Hz和40Hz，选用的预设电流频率间隔，即预设电流频率步长为0.5Hz。这样从0.5Hz的电流频率开始，向STATCOM电路中的STATCOM控制单元注入该电流频率的参考电流；当后续监测到电力系统中发电站侧和主电网侧的电气量信息后，再向STATCOM电路注入1Hz的参考电流；如此一直叠加至截止频率为止。
S112：通过STATCOM控制单元控制STATCOM电路中的门极可关断晶闸管GTO发送触发脉冲，以控制GTO向电力系统输出次同步分量电流。
结合图2所示，STATCOM电路包括门极可关断晶闸管GTO，通过向STATCOM电路注入不同电流频率的参考电流，能够控制该GTO向电力系统中输出次同步电流分量，以引起电力系统中发电站侧和主电网侧的电气量变化。
S120：监测不同电流频率的参考电流所引发的发电站侧的电气量信息，以及主电网侧的电气量信息。
其中，如图2和图5所示，发电站侧的电气量信息包括发电站侧的电流和电压，主电网侧的电气量信息包括主电网侧的电流和电压，STATCOM电路向电力系统中注入次同步电流分量Isvg后，通过主电网与风电机组相连的并网点，该次同步电流分量Isvg能够分别注入到风电机组侧和主电网侧，形成风电机组侧的电流Iwind和主电网侧的电流Igrid，同样因为风电机组侧的电流Iwind和主电网侧的电流Igrid，还需要监测风电机组侧的电压Uwind和主电网侧的电压Ugrid，这样风电机组侧的电气量信息包括风电机组侧的电流Iwind和电压Uwind，主电网侧的电气量信息包括主电网侧的电流Igrid和电压Ugrid。具体地，通过在主电网侧连接电压互感器和电流互感器分别检测得到主电网侧的电流Igrid和电压Ugrid，在风电机组侧连接电压互感器和电流互感器分别测量风电机组侧的电流Iwind和电压Uwind。
S130：根据发电站侧的电气量信息和主电网侧的电气量信息，计算每个电流频率对应的系统总等值阻抗。
在获取到发电站侧的电气量信息和主电网侧的电气量信息，即获取到电流信息和电压信息后，能够根据发电站侧的电流和电压计算得到发电站侧阻抗和主电网侧阻抗，进而计算每个电流频率对应的系统总等值阻抗。另外，因为发电站侧的电气量信息和主电网侧的电气量信息均是因对应电流频率的参考电流引发的，因此使用发电站侧阻抗和主电网侧阻抗，能够计算得到每个电流频率对应的系统总等值阻抗，进而通过该系统总等值阻抗确定次同步振荡频率。
其中，如图6所示，上述步骤S130：根据发电站侧的电气量信息和主电网侧的电气量信息，计算每个电流频率对应的系统总等值阻抗，具体包括以下步骤：
S131：对发电站侧的电气量信息和主电网侧的电气量信息分别进行傅里叶变换，分别得到s域形式的发电站侧的电气量信息和主电网侧的电气量信息，其中，电气量信息包括电流和电压。
对于有界时域函数f(t)，对应的快速傅里叶变换表达式如下：
Figure BDA0002294043650000091
其中，j为虚数，t为时间，e为自然指数，ω为频率变量。
若形成s域形式，则上述函数为：
Figure BDA0002294043650000092
对应地，对于发电站侧的电流Iwind(t)，变换为s域形式的电流Iwind(s)，其变换函数即为
Figure BDA0002294043650000093
同理，
发电站侧的电压Uwind(s)的变换函数为
Figure BDA0002294043650000094
主电网侧的电流Igrid(s)的变换函数为
Figure BDA0002294043650000095
主电网侧的电压Uwind(s)的变换函数为
Figure BDA0002294043650000096
S132：使用发电站侧的电流和电压，计算发电站侧阻抗。
发电站侧阻抗的计算公式如下：
Figure BDA0002294043650000097
其中，s为拉普拉斯算子，Uwind(s)为s域的发电站侧电压，Iwind(s)为s域的发电站侧电流，Zwind(s)为发电站侧阻抗。
S133：使用主电网侧的电流和电压，计算主电网侧阻抗。
主电网侧阻抗的计算公式如下：
Figure BDA0002294043650000101
其中，s为拉普拉斯算子，Ugird(s)为s与的主电网侧电压，Igrid(s)为主电网侧电流，Zgrid(s)为主电网侧阻抗。
S134：使用发电站侧阻抗和主电网侧阻抗，计算每个电流频率对应的系统总等值阻抗。
系统总等值阻抗的计算公式如下：
Figure BDA0002294043650000102
其中，Zs(s)为系统总等值阻抗。
因为系统总等值阻抗是根据发电站侧阻抗和主电网侧阻抗计算得到的；而发电站侧阻抗是根据发电站侧的电气量信息计算得到的，主电网侧阻抗是根据主电网侧的电气量信息计算得到的，发电站侧的电气量信息和主电网侧的电气量信息均受到对应电流频率的参考电流影响，因此在输入不同电流频率的参考电流时，计算得到的系统总等值阻抗均不相同，这样通过输入不同电流频率的参考电流，就能够计算得到每个电流频率对应的系统总等值阻抗。
S140：根据系统总等值阻抗与电流频率的对应关系，确定电力系统的次同步振荡频率。
因为系统总等值阻抗是根据主电网侧的电气量信息和发电站侧的电气量信息计算得到的，而发电站侧的电气量信息和主电网侧的电气量信息均受到对应电流频率的参考电流影响；因此在输入不同电流频率的参考电流时，计算得到的系统总等值阻抗均不相同，这样系统总等值阻抗就与电流频率存在对应关系，通过该对应关系能够确定电力系统的次同步振荡频率。
具体地，在不同的电流频率的影响下，系统总等值阻抗均会受到一定影响，在次同步振荡频率的对应频率范围内，若参考电流的电流频率与次同步振荡频率的频率值相同，则系统总等值阻抗的阻抗值最小。这样就能够根据系统总等值阻抗与电流频率的对应关系，确定电力系统的次同步振荡频率。
因此参见图7，上述注入式次同步振荡频率在线监测方法中，步骤S140：根据系统总等值阻抗与电流频率的对应关系，确定电力系统的次同步振荡频率的方法包括以下步骤：
S141：在不同电流频率对应的系统总等值阻抗中，查找阻抗值最小的系统总等值阻抗作为最小次同步分量阻抗。
具有一定电流频率的参考电流在注入STATCOM电路时会对电力系统造成影响，具体会导致系统总等值阻抗的波动，当参考电流的电流频率约为次同步振荡频率时，对应的系统总等值阻抗的阻抗值最小，这样系统总等值阻抗可作为最小次同步分量阻抗。
S142：确定最小次同步分量阻抗对应的电流频率，作为次同步振荡频率。
本申请实施例提供的技术方案中，因为阻抗值最小的系统总等值阻抗为最小次同步分量阻抗，因此导致该最小次同步分量阻抗的参考电流的电流频率即可约定于次同步振荡频率。从而通过上述测量系统总等值阻抗的阻抗值的大小的方法检测出次同步振荡频率。
本发明实施例提供的基于STATCOM的注入式同步振荡频率在线监测方法，通过电力系统中自带的STATCOM电路相电力系统注入不同电流频率的参考电流，该参考电流注入到电力系统中将通过STATCOM电路的作用产生次同步电流分量，然后会引发电力系统中发电站和主电网侧的电气量变化，通过检测该发电站侧的电气量信息和主电网侧的电气量信息，能够计算每个电流频率对应的系统总等值阻抗，然后根据系统总等值阻抗与电力系统的次同步振荡频率的关系，能够快速准确地计算出电力系统的次同步振荡频率值，及时排查次同步振荡隐患，从而能够解决背景技术中提到的现有技术中通过电压相位监测次同步振荡的方法无法对次同步振荡频率进行定量分析的问题。
基于上述方法实施例的同一构思，本发明实施例还提出基于STATCOM的注入式次同步振荡频率在线监测系统，用于实现本发明的上述方法，由于该系统实施例解决问题的原理与方法相似，因此至少具有上述实施例的技术方案所带来的所有有益效果，在此不再一一赘述。
另外，参见图8，图8为本申请实施例提供的一种电力系统的结构示意图。如图8所示，该电力系统包括：
静止同步补偿器STATCOM电路200、发电站300、主电网400、互感器500和注入式次同步振荡频率在线监测系统100；其中，STATCOM电路200连接于发电站300和主电网400之间的并网点上，发电站300与主电网400之间相连。STATCOM电路200包括静止不同补偿器STATCOM控制单元220和门极可关断晶闸管GTO电路240。
结合图8所示，本申请实施例中，注入式次同步振荡频率在线监测系统能够向STATCOM电路200注入不同电流频率的参考电流，然后STATCOM电路200中的STATCOM控制单元220控制GTO电路240向电力系统中注入次同步电流分量；该次同步电流分量将通过发电站300与主电网400之间的并网点分别流入发电站300和主电网400中，进而引起发电站300与主电网400侧的电气量信息(电流和电压)的变化。同时在并网点的三端分别设置互感器500，包括电流互感器和电压互感器，分别感应得到次同步电流Isvg，发电站侧电流Iwind和电力系统侧电流Igrid，发电站侧电压Uwind和电力系统侧电压Ugrid。
当电流互感器和电压互感器感应得到上述电流和电压后，发送信号至注入式次同步振荡频率在线监测系统；该注入式次同步振荡频率在线监测系统通过监测发电站和主电网侧的电气量信息的变化，能够计算得到每个电流频率对应的系统总等值阻抗，进而能够根据该系统总等值阻抗与电流频率的关系，确定电力系统中的次同步振荡频率的大小。
其中，请参见图9，图9为本申请实施例提供的一种基于STATCOM的注入式次同步振荡频率在线监测系统的结构示意图。如图9所示，该注入式次同步振荡频率在线监测系统包括：
参考电流输入模块101，用于通过STATCOM电路向电力系统注入不同电流频率的参考电流。
电气量信息获取模块102，用于获取不同电流频率的参考电流所引发的发电站侧的电气量信息及主电网侧的电气量信息。
系统总等值阻抗计算模块103，用于根据发电站侧的电气量信息和主电网侧的电气量信息，计算每个电流频率对应的系统总等值阻抗。
次同步振荡频率确定模块104，用于根据系统总等值阻抗与电流频率的对应关系，确定电力系统的次同步振荡频率。
本申请实施例提供的基于STATCOM的注入式次同步振荡频率在线监测系统，参考电流输入模块101通过电力系统中自带的STATCOM电路相电力系统注入不同电流频率的参考电流，该参考电流注入到电力系统中将通过STATCOM电路的作用产生次同步电流分量，然后会引发电力系统中发电站和主电网侧的电气量变化；然后电气量信息获取模块102获取该发电站侧的电气量信息和主电网侧的电气量信息，系统总等值计算模块103能够计算每个电流频率对应的系统总等值阻抗，次同步振荡频率确定模块104能够根据系统总等值阻抗与电力系统的次同步振荡频率的关系，快速准确地计算出电力系统的次同步振荡频率值，进而方便后续及时排查次同步振荡隐患，从而能够解决背景技术中提到的现有技术中通过电压相位监测次同步振荡的方法无法对次同步振荡频率进行定量分析的问题。
其中，如图10所示，上述图9中的注入式次同步振荡频率在线监测系统中，系统总等值阻抗计算模块103包括：
电气量信息变换子模块1031，用于对发电站侧的电气量信息和主电网侧的电气量信息分别进行傅里叶变换，分别得到s域形式的发电站侧的电气量信息和主电网侧的电气量信息，其中，电气量信息包括电流和电压；
发电站侧阻抗计算子模块1032，用于使用发电站侧的电流和电压，计算发电站侧阻抗；
主电网侧阻抗计算子模块1033，用于使用主电网侧的电流和电压，计算主电网侧阻抗；
系统总等值阻抗计算子模块1034，用于使用发电站侧阻抗和主电网侧阻抗，计算每个电流频率对应的系统总等值阻抗。
另外，如图11所示，在图9所示的次同步振荡频率在线监测系统中，次同步振荡频率确定模块104包括：
最小次同步分量阻抗确定子模块1041，用于在不同电流频率对应的系统总等值阻抗中，查找阻抗值最小的系统总等值阻抗作为最小次同步分量阻抗；
最小次同步振荡频率确定子模块1042，用于确定最小次同步分量阻抗对应的电流频率，作为次同步振荡频率。
另外，如图12所示，在图9所示的次同步振荡频率在线监测系统中，上述参考电流输入模块101，包括：
电流频率预设子模块1011，用于预设参考电流的电流频率范围和电流频率间隔；
参考电流注入子模块1012，用于在第一电流频率范围内，按照第一电流频率间隔递增或递减的顺序，向STATCOM电路中的STATCOM控制单元注入参考电流；
次同步分量电流输出子模块1013，用于通过STATCOM控制单元控制STATCOM电路中的门极可关断晶闸管GTO发送触发脉冲，触发脉冲用于控制GTO向电力系统输出次同步分量电流。
另外，作为一种优选的实施例，如图13所示，图13为本申请实施例提供的一种电力系统的结构示意图。该电力系统包括：
STATCOM电路200，该STATCOM电路200包括STATCOM控制单元220和GTO电路240；该STATCOM电路200与主电网400和风电机组310之间的并网点相连；另外，该电力系统还包括基于STATCOM的注入式次同步振荡频率在线监测系统100，以及连接于电力系统的各并网点处的互感器500，该互感器分别包括电流互感器和电压互感器。
其中，该注入式次同步振荡频率在线监测系统包括：傅里叶变换模块110和阻抗计算模块120、按键输入区130和显示屏140。
该电力系统中，次同步振荡频率的在线监测方式分别包括手动方式和自动方式，具体如下：
(1)手动方式监测
利用按键输入区130内的“M/A”按键选择手动方式，按Start键后，在显示屏140上进行显示。
然后按按键输入区130内的“↑或↑↑”方向键开始测试，则输出一定频率的参考电流Iref至STATCOM控制单元220，STATCOM控制单元220将输出触发角，传递给GTO电路240，GTO电路240输出电流与参考电流进行比较，经过STATCOM控制单元220计算，以实现STATCOM输出电流始终跟踪参考电流变化趋势。
在连续手动调节按“↑或↑↑”方向键改变STATCOM控制单元220输出到GTO电路240的脉冲信号频率，以调整参考信号Iref，每次改变输出的参考电流的频率，需要等待STATCOM控制单元220响应，并且傅里叶变换模块110完成快速傅里叶变换以及阻抗计算模块120完成系统总抗计算等步骤后，才能进行下一步的手动按键调整，读取显示屏140中所显示的风电侧阻抗、系统侧阻抗等测试结果数据。
(2)采用自动方式测试
利用按键输入区130内的“M/A”按键选择自动方式，按“Start”键后，并在显示屏140上进行显示。
为同时满足测试精度与效率，自动测试时采用0.5Hz步长的方式进行，具体实现方式如下：
注入式次同步振荡频率在线监测系统的STM8单片机自动调整参考电流信号Iref的频率，从10Hz开始，以步长0.5Hz递增，直至到达频率上限40Hz，STATCOM控制单元接收到频率改变信号，停止调整Iref频率。此时记录风电机组310侧阻抗和主电网400侧阻抗并存储。从开始参考电流信号Iref频率一直叠加到截止频率，读取每个频率下风电机组310侧阻抗及主电网400侧阻抗等测试结果，使用外部存储设备导出次同步振荡数据，主要包含风电机组310侧阻抗和主电网400侧阻抗，根据上述实施例提供的公式计算次同步振荡频率。
当测试完成后，按“Rest”键复位后，STATCOM电路200退出次同步振荡模式，STATCOM电路200恢复到测试前状态。
以上所述仅为本发明的优选实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是在本发明的发明构思下，利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构变换，或直接/间接运用在其他相关的技术领域均包括在本发明的专利保护范围内。

Claims (9)

1.一种基于STATCOM的注入式次同步振荡频率在线监测方法，其特征在于，用于电力系统，所述电力系统包括静止同步补偿器STATCOM电路、发电站和主电网，其中，所述STATCOM电路连接于所述发电站与主电网之间的并网点上；
所述注入式次同步振荡频率在线监测方法，包括：
通过所述STATCOM电路向所述电力系统注入不同电流频率的参考电流；
监测不同电流频率的参考电流所引发的发电站侧的电气量信息，以及主电网侧的电气量信息；
根据所述发电站侧的电气量信息和主电网侧的电气量信息，计算每个电流频率对应的系统总等值阻抗；
根据所述系统总等值阻抗与所述电流频率的对应关系，确定所述电力系统的次同步振荡频率。
2.根据权利要求1所述的注入式次同步振荡频率在线监测方法，其特征在于，所述根据发电站侧的电气量信息和主电网侧的电气量信息，计算每个电流频率对应的系统总等值阻抗的步骤，包括：
对所述发电站侧的电气量信息和主电网侧的电气量信息分别进行傅里叶变换，分别得到s域形式的发电站侧的电气量信息和主电网侧的电气量信息，其中，所述电气量信息包括电流和电压；
使用所述发电站侧的电流和电压，计算发电站侧阻抗；
使用所述主电网侧的电流和电压，计算主电网侧阻抗；
使用所述发电站侧阻抗和所述主电网侧阻抗，计算每个电流频率对应的系统总等值阻抗。
3.根据权利要求1所述的注入式次同步振荡频率在线监测方法，其特征在于，所述根据系统总等值阻抗与电流频率的对应关系，确定电力系统的次同步振荡频率的步骤，包括：
在不同电流频率对应的系统总等值阻抗中，查找阻抗值最小的系统总等值阻抗作为最小次同步分量阻抗；
确定所述最小次同步分量阻抗对应的电流频率，作为所述次同步振荡频率。
4.根据权利要求1所述的注入式次同步振荡频率在线监测方法，其特征在于，所述通过STATCOM电路向电力系统注入不同电流频率的参考电流的步骤，包括：
在预设电流频率范围内，按照预设电流频率间隔递增或递减的顺序，向所述STATCOM电路中的STATCOM控制单元注入所述参考电流；
通过所述STATCOM控制单元控制所述STATCOM电路中的门极可关断晶闸管GTO发送触发脉冲，以控制所述GTO向所述电力系统输出次同步分量电流。
5.一种基于STATCOM的注入式次同步振荡频率在线监测系统，其特征在于，用于电力系统，所述电力系统包括静止同步补偿器STATCOM电路、发电站和主电网；其中，所述STATCOM电路连接于所述发电站与主电网之间的并网点上；
所述注入式次同步振荡频率在线监测系统，包括：
参考电流输入模块，用于通过所述STATCOM电路向所述电力系统注入不同电流频率的参考电流；
电气量信息获取模块，用于获取不同电流频率的参考电流所引发的发电站侧的电气量信息及主电网侧的电气量信息；
系统总等值阻抗计算模块，用于根据所述发电站侧的电气量信息和主电网侧的电气量信息，计算每个电流频率对应的系统总等值阻抗；
次同步振荡频率确定模块，用于根据所述系统总等值阻抗与所述电流频率的对应关系，确定所述电力系统的次同步振荡频率。
6.根据权利要求5所述的注入式次同步振荡频率在线监测系统，其特征在于，所述系统总等值阻抗计算模块，包括：
电气量信息变换子模块，用于对所述发电站侧的电气量信息和主电网侧的电气量信息分别进行傅里叶变换，分别得到s域形式的发电站侧的电气量信息和主电网侧的电气量信息，其中，所述电气量信息包括电流和电压；
发电站侧阻抗计算子模块，用于使用所述发电站侧的电流和电压，计算发电站侧阻抗；
主电网侧阻抗计算子模块，用于使用所述主电网侧的电流和电压，计算主电网侧阻抗；
系统总等值阻抗计算子模块，用于使用所述发电站侧阻抗和所述主电网侧阻抗，计算每个电流频率对应的系统总等值阻抗。
7.根据权利要求5所述的注入式次同步振荡频率在线监测系统，其特征在于，所述次同步振荡频率确定模块，包括：
最小次同步分量阻抗确定子模块，用于在不同电流频率对应的系统总等值阻抗中，查找阻抗值最小的系统总等值阻抗作为最小次同步分量阻抗；
次同步振荡频率确定子模块，用于确定所述最小次同步分量阻抗对应的电流频率，作为所述次同步振荡频率。
8.根据权利要求5所述的注入式次同步振荡频率在线监测系统，其特征在于，所述参考电流输入模块，包括：
电流频率预设子模块，用于预设所述参考电流的电流频率范围和电流频率间隔；
参考电流注入子模块，用于在所述第一电流频率范围内，按照所述第一电流频率间隔递增或递减的顺序，向所述STATCOM电路中的STATCOM控制单元注入所述参考电流；
次同步分量电流输出子模块，用于通过所述STATCOM控制单元控制所述STATCOM电路中的门极可关断晶闸管GTO发送触发脉冲，所述触发脉冲用于控制所述GTO向所述电力系统输出次同步分量电流。
9.一种电力系统，其特征在于，包括：
静止同步补偿器STATCOM电路、发电站和主电网，其中，所述STATCOM电路连接于所述发电站与主电网之间的并网点上；以及，
权利要求5-8中任一项所述的注入式次同步振荡频率在线监测系统。
CN201911198801.2A 2019-11-28 2019-11-28 注入式次同步振荡频率在线监测方法、系统和电力系统 Active CN110927449B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201911198801.2A CN110927449B (zh) 2019-11-28 2019-11-28 注入式次同步振荡频率在线监测方法、系统和电力系统

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201911198801.2A CN110927449B (zh) 2019-11-28 2019-11-28 注入式次同步振荡频率在线监测方法、系统和电力系统

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN110927449A true CN110927449A (zh) 2020-03-27
CN110927449B CN110927449B (zh) 2022-04-26

Family

ID=69846871

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201911198801.2A Active CN110927449B (zh) 2019-11-28 2019-11-28 注入式次同步振荡频率在线监测方法、系统和电力系统

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN110927449B (zh)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN116626433A (zh) * 2023-07-26 2023-08-22 华东交通大学 一种基于测量波形的次同步振荡识别方法

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN105119306A (zh) * 2015-09-25 2015-12-02 上海交通大学 适用于多个静止同步补偿器并联的电压前馈控制方法
US20180152021A1 (en) * 2016-11-29 2018-05-31 Mitsubishi Electric Power Products, Inc. Static synchronous compensator device and related method of phase balancing a three-phase power system
CN108347058A (zh) * 2017-12-25 2018-07-31 国网辽宁省电力有限公司 双馈风电机组的并网次同步振荡的稳定性判断方法和装置
CN109672217A (zh) * 2018-12-13 2019-04-23 华北电力大学 风电机组并网系统次同步振荡稳定性量化分析方法
CN110176762A (zh) * 2019-05-16 2019-08-27 国电南瑞科技股份有限公司 一种基于频域阻抗的次同步振荡风险在线评估方法及装置
CN110429611A (zh) * 2019-07-19 2019-11-08 国网新疆电力有限公司电力科学研究院 一种静止无功补偿器序阻抗建模及控制参数调整方法

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN105119306A (zh) * 2015-09-25 2015-12-02 上海交通大学 适用于多个静止同步补偿器并联的电压前馈控制方法
US20180152021A1 (en) * 2016-11-29 2018-05-31 Mitsubishi Electric Power Products, Inc. Static synchronous compensator device and related method of phase balancing a three-phase power system
CN108347058A (zh) * 2017-12-25 2018-07-31 国网辽宁省电力有限公司 双馈风电机组的并网次同步振荡的稳定性判断方法和装置
CN109672217A (zh) * 2018-12-13 2019-04-23 华北电力大学 风电机组并网系统次同步振荡稳定性量化分析方法
CN110176762A (zh) * 2019-05-16 2019-08-27 国电南瑞科技股份有限公司 一种基于频域阻抗的次同步振荡风险在线评估方法及装置
CN110429611A (zh) * 2019-07-19 2019-11-08 国网新疆电力有限公司电力科学研究院 一种静止无功补偿器序阻抗建模及控制参数调整方法

Non-Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
李志鹏 等: "应用静止同步补偿器抑制次同步谐振的模态互补电流控制方法", 《中国电机工程学报》 *
王龙飞: "基于静止同步补偿器_STATCOM_抑制次同步谐振的控制策略研究", 《中国优秀硕士学位论文全文数据库工程科技Ⅱ辑》 *

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN116626433A (zh) * 2023-07-26 2023-08-22 华东交通大学 一种基于测量波形的次同步振荡识别方法
CN116626433B (zh) * 2023-07-26 2023-09-29 华东交通大学 一种基于测量波形的次同步振荡识别方法

Also Published As

Publication number Publication date
CN110927449B (zh) 2022-04-26

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN110108947A (zh) 扰动混合注入的阻抗扫频控制方法
Xu et al. Small-signal modeling and analysis of DC-link dynamics in type-IV wind turbine system
CN113381421A (zh) 电力系统等效惯量评估方法、系统、存储介质
CN110261809A (zh) 一种用于确定电容式电压互感器的运行状态的系统及方法
CN205484509U (zh) 一种电网电容电流在线测试系统
Shah et al. Sequence impedance measurement of utility-scale wind turbines and inverters–reference frame, frequency coupling, and MIMO/SISO forms
CN104050366A (zh) 一种动态无功补偿装置响应时间测试方法
CN103094901B (zh) 一种基于实测响应信息的暂态功角失稳实时判别的方法
CN105259414B (zh) 一种基于逆变器的电网阻抗在线检测方法
CN104764952B (zh) 一种10kV电压等级的STATCOM检测平台及检测方法
Yongning et al. Study on grid-connected renewable energy grid code compliance
CN110954763A (zh) 一种基于谐波电流注入和谐波阻抗测量的微电网非破坏性孤岛检测方法
CN110927449B (zh) 注入式次同步振荡频率在线监测方法、系统和电力系统
CN105548781A (zh) 母线短路容量测试方法、装置及系统
CN106383270A (zh) 基于广域测量信息的电力系统次同步振荡监测方法及系统
CN102841244B (zh) 电网电压骤变的快速检测方法
CN104198843A (zh) 一种电网阻频特性测试方法及其装置
Gonzalez-Torres et al. Power system stability enhancement via VSC-HVDC control using remote signals: application on the Nordic 44-bus test system
Mitsugi et al. Control hardware-in-the-loop simulation on fast frequency response of battery energy storage system equipped with advanced frequency detection algorithm
CN106291170A (zh) 面向大容量冲击负荷的tcr型svc动态响应性能试验方法
CN105548665A (zh) 一种电网电容电流在线测试装置及测试方法
Matsuo et al. An optimized frequency scanning tool for sub-synchronous interaction analysis of non-linear devices
CN108363007A (zh) 一种光伏虚拟同步发电机性能测试装置及方法
CN104764951B (zh) 一种380v电压等级的apf的检测平台及检测方法
Yu et al. A new measurement technology of grounded capacitance parameters of the distribution network lines based on resonance method

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant