CN110943447B - 一种电力系统失步振荡中心识别方法及装置 - Google Patents

一种电力系统失步振荡中心识别方法及装置 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种电力系统失步振荡中心识别方法及装置，属于于电力系统稳定与控制领域；该方法利用电压频率与失步振荡中心的关联性，即发生失步振荡后振荡中心同侧的电压频率在在功角180度邻域具有正相关特性，而振荡中心两侧的电压频率在在功角180度邻域具有反相关特性，从而可以在发生失步振荡后通过广域测量得到的电压频率信息判断失步振荡中心。该方法利用常规的
Figure DDA0002282383280000011
判据判断失步状态，然后以失步一周期内
Figure DDA0002282383280000012
时刻为中心获取时间窗，计算时间窗内两端母线电压频率的相关系数，最后利用相关系数判断失步振荡中心是否在两端母线之间。本发明物理概念清晰、明确，采用一段时间内的电压频率信息做相关计算，计算简单，抗干扰性强，动作可靠。

Description

一种电力系统失步振荡中心识别方法及装置
技术领域
本发明涉及电力系统稳定与控制领域，具体涉及一种电力系统失步振荡中心识别方法及装置。
背景技术
随着我国电网规模的扩大，交直流混联并列运行，电网日趋复杂，连锁故障导致系统失稳进而发生大停电事故的风险始终存在，因此完备合理的三道防线至关重要。失步解列装置作为防止电力系统崩溃的第三道防线，对电力系统安全稳定运行意义重大。强制标准《DL_755-2001电力系统安全稳定导则》指出“运行中的电力系统必须在适当地点设置解列点，并装设自动解列装置。当系统发生稳定破坏时，能够有计划地将系统迅速而合理地解列”。
目前失步解列装置的核心是失步振荡判据，一般根据电力系统发生失步振荡时，电压、电流、功率等电气量或其组合量的变化规律构成。其中主流的失步振荡判据有：
Figure BDA0002282383260000011
判据、相位角判据、最小测量阻抗判据。其中，
Figure BDA0002282383260000012
判据基于本地电压U和电压、电流的相位差
Figure BDA0002282383260000013
构成，可以表征振荡中心的电压，利用
Figure BDA0002282383260000014
曲线逐级穿越多个连续区域的方式可以有效捕捉失步时刻，但无法反应失步振荡中心。相位角判据利用电压、电流的相位角变化规律构成，可以反应失步振荡中心的方向，但该方法受到电网潮流方向的影响。最小测量阻抗判据在其他判据判断出失步状态后，利用一个失步周期内的最小测量阻抗判断失步振荡中心是否落在本线路上，可反应失步振荡中心，但实际装置采样率有限使得无法真正计算得到实际的最小测量阻抗，整定上必然造成一定的死区，并且严重依赖线路参数的准确性，抗干扰性不足。
发明内容
本发明的目的在于克服上述现有技术的不足，提供一种电力系统失步振荡中心识别方法及装置，以在识别出电力系统失步振荡状态后，准确、可靠、实用地识别振荡中心，推动失步解列系统自适应地选择最佳解列点
为实现上述目的，本发明的技术方案是：
第一方面，本发明实施例提供了一种电力系统失步振荡中心识别方法，包括：
采集步骤：实时采集电力系统每一输电线路两端的电压、电流信号，以计算出每一输电线路的电压有效值U、电压和电流的相位角
Figure BDA0002282383260000021
电压频率f；
失步振荡状态判断步骤：利用输电线路n任一端的U和
Figure BDA0002282383260000022
构成的
Figure BDA0002282383260000023
判据判断电力系统是否发生失步振荡状态，若发生，则进入下述的失步振荡中心确定步骤；其中，n＝1,2,3,...,N，N为电力系统输电线路的总数；
失步振荡中心确定步骤：利用
Figure BDA0002282383260000024
判据判断电力系统失步振荡状态的一周期内，获取时间窗，然后计算该输电线路n两端母线电压频率的相关系数，判断失步振荡中心是否在本线路内，以确定失步振荡中心位置。
第二方面，本发明实施例提供了一种电力系统失步振荡中心识别装置，包括：
采集模块，用于实时采集电力系统每一输电线路两端的电压、电流信号，以计算出每一输电线路的电压有效值U、电压和电流的相位角
Figure BDA0002282383260000025
电压频率f；
失步振荡状态判断模块，用于接收采集模块所采集计算出的数据，利用输电线路n任一端的U和
Figure BDA0002282383260000027
构成的
Figure BDA0002282383260000026
判据来判断电力系统是否发生失步振荡状态，若发生，则发出信号启动下述的失步振荡中心确定模块；其中，n＝1,2,3,...,N，N为电力系统输电线路的总数；
失步振荡中心确定模块，其通过利用
Figure BDA0002282383260000028
判据判断电力系统失步振荡状态的一周期内，获取时间窗，然后计算该输电线路n两端母线电压频率的相关系数，判断失步振荡中心是否在本线路内，以确定失步振荡中心位置。
本发明与现有技术相比，其有益效果在于：
本发明所提出的基于频率相关性的失步振荡中心识别方法，利用
Figure BDA0002282383260000029
判据判断系统失步振荡状态的一周期内，获取时间窗，然后计算线路两端母线电压频率的相关系数，判断失步振荡中心是否在线路内。该方法采用相关系数判断线路两端母线电压频率的变化趋势，在噪声干扰和偶然数据突变干扰时不受影响，动作可靠性高、鲁棒性强。
附图说明
图1示出了应用本发明的基于频率相关性的失步振荡中心识别方法判断流程示意图；
图2为本发明实施例2所提供的电力系统失步振荡中心识别装置的组成示意图；
图中：21、采集模块；22、失步振荡状态判断模块；23、失步振荡中心确定模块。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式对本发明的内容做进一步详细说明。
实施例1：
本实施例所提供的电力系统失步振荡中心识别方法主要是通过利用电压频率与失步振荡中心的关联性，即发生失步振荡后振荡中心同侧的电压频率在在功角180度邻域具有正相关特性，而振荡中心两侧的电压频率在在功角180度邻域具有反相关特性，从而可以在发生失步振荡后通过广域测量得到的电压频率信息判断失步振荡中心。
本实施例应用于某电力系统，具有100条输电线路，因为某严重故障出现系统失步振荡，如图1所示，具备包括如下步骤：
步骤10、以采样率F实时采集100条线路电压、电流信号，计算电压有效值U、电压和电流的相位角
Figure BDA0002282383260000031
电压频率f，然后进入步骤20；
步骤20、利用线路n(n＝1,2,3,...,100；总共100条线路纳入判断范围)任一端的U和
Figure BDA0002282383260000036
构成
Figure BDA0002282383260000037
判据，判断系统是否发生失步振荡，若发生失步振荡，进入步骤30；
步骤30、利用
Figure BDA0002282383260000038
判据判断电力系统失步振荡状态的一周期内，获取时间窗，然后计算该输电线路n两端母线电压频率的相关系数，判断失步振荡中心是否在本线路内，以确定失步振荡中心位置。
由此可见，本实施例提供的电力系统失步振荡中心识别方法通过利用常规的
Figure BDA0002282383260000032
判据判断失步状态，然后以失步一周期内
Figure BDA0002282383260000033
时刻为中心获取时间窗，计算时间窗内两端母线电压频率的相关系数，最后利用相关系数判断失步振荡中心是否在两端母线之间。本方法物理概念清晰、明确，采用一段时间内的电压频率信息做相关计算，计算简单，抗干扰性强，动作可靠，具有广泛的工程应用前景；同时，通过采用相关系数判断线路两端母线电压频率的变化趋势，在噪声干扰和偶然数据突变干扰时不受影响，动作可靠性高、鲁棒性强。
可选地，上述步骤30包括如下子步骤：
步骤301、在
Figure BDA0002282383260000035
判断失步振荡的一周期(长度T0)内，设
Figure BDA0002282383260000034
的时刻为t0，定义时间窗T:|t-t0|<tset，其中tset＝T0/4，然后进入步骤302；
步骤302、计算线路n两端母线电压频率在时间窗T内的相关系数rSR；
相关系数rSR的计算方法为：
Figure BDA0002282383260000041
其中，L为时间窗T内的总采样点数，L＝FT，fS为线路n一端的母线电压频率，fR为线路n另一端的母线电压频率，F为采样频率。
步骤303、利用相关系数判断失步振荡中心是否在线路n之内，判断方法如下，结束。
Figure BDA0002282383260000042
如此，通过上述子步骤即可以准确地获取获取时间窗，计算时间窗内两端母线电压频率的相关系数，利用相关系数判断失步振荡中心是否在两端母线之间。当然rset的取值可以在0-0.5之间，一般可取0.3。
实施例2：
参阅图2所示，本实施例提供的电力系统失步振荡中心识别装置包括：
采集模块21，用于以采样频率F来实时采集电力系统每一输电线路两端的电压、电流信号，以计算出每一输电线路的电压有效值U、电压和电流的相位角
Figure BDA0002282383260000043
电压频率f；
失步振荡状态判断模块22，用于接收采集模块所采集计算出的数据，利用输电线路n任一端的U和
Figure BDA0002282383260000044
构成的
Figure BDA0002282383260000045
判据来判断电力系统是否发生失步振荡状态，若发生，则发出信号启动下述的失步振荡中心确定模块；其中，n＝1,2,3,...,N，N为电力系统输电线路的总数，在本实施例中，该电力系统具有100条输电线路；
失步振荡中心确定模块23，其通过利用
Figure BDA0002282383260000046
判据判断电力系统失步振荡状态的一周期内，获取时间窗，然后计算该输电线路n两端母线电压频率的相关系数，判断失步振荡中心是否在本线路内，以确定失步振荡中心位置。
由此可见，本装置通过利用失步振荡状态判断模块来判断电力系统的失步状态，然后失步振荡中心确定模块以失步一周期内
Figure BDA0002282383260000047
时刻为中心获取时间窗，计算时间窗内两端母线电压频率的相关系数，并利用相关系数判断失步振荡中心是否在两端母线之间。本装置通过采集模块来采用一段时间内的电压频率信息做相关计算，计算简单，抗干扰性强，动作可靠，具有广泛的工程应用前景。
具体地，上述失步振荡中心确定模块23通过如下的方式来确定失步振荡中心位置：
在
Figure BDA0002282383260000051
判断失步振荡的一周期(长度T0)内，设
Figure BDA0002282383260000052
的时刻为t0，定义时间窗T:|t-t0|<tset，其中tset＝T0/4，然后进入步骤302；
计算线路n两端母线电压频率在时间窗T内的相关系数rSR；
相关系数rSR的计算方法为：
Figure BDA0002282383260000053
其中，L为时间窗T内的总采样点数，L＝FT，fS为线路n一端的母线电压频率，fR为线路n另一端的母线电压频率，F为采样频率。
利用相关系数判断失步振荡中心是否在线路n之内，判断方法如下，结束。
Figure BDA0002282383260000054
如此，通过上述的运算处理过程即可以准确地获取获取时间窗，计算时间窗内两端母线电压频率的相关系数，利用相关系数判断失步振荡中心是否在两端母线之间。当然rset的取值可以在0-0.5之间，一般可取0.3。
上述实施例只是为了说明本发明的技术构思及特点，其目的是在于让本领域内的普通技术人员能够了解本发明的内容并据以实施，并不能以此限制本发明的保护范围。凡是根据本发明内容的实质所做出的等效的变化或修饰，都应涵盖在本发明的保护范围内。

Claims (4)

1.一种电力系统失步振荡中心识别方法，其特征在于，包括：
采集步骤：实时采集电力系统每一输电线路两端的电压、电流信号，以计算出每一输电线路的电压有效值U、电压和电流的相位角
Figure FDA0002789499030000013
电压频率f；
失步振荡状态判断步骤：利用输电线路n任一端的U和
Figure FDA0002789499030000014
构成的
Figure FDA0002789499030000015
判据判断电力系统是否发生失步振荡状态，若发生，则进入下述的失步振荡中心确定步骤；其中，n＝1,2,3,...,N，N为电力系统输电线路的总数；
失步振荡中心确定步骤：利用
Figure FDA0002789499030000016
判据判断电力系统失步振荡状态的一周期内，获取时间窗，然后计算该输电线路n两端母线电压频率的相关系数，判断失步振荡中心是否在本线路内，以确定失步振荡中心位置；
所述失步振荡中心确定步骤包括：
在
Figure FDA0002789499030000017
判断失步振荡的一周期T0内，设
Figure FDA0002789499030000018
的时刻为t0，定义时间窗T:|t-t0|<tset，其中tset＝T0/4；
计算线路n两端母线电压频率在时间窗T内的相关系数rSR；
利用相关系数rSR判断失步振荡中心是否在线路n之内；
所述相关系数rSR的计算方法为：
Figure FDA0002789499030000011
其中，L为时间窗T内的总采样点数，L＝FT；fS为线路n一端的母线电压频率，fR为线路n另一端的母线电压频率，F为采样频率；
所述利用相关系数rSR判断失步振荡中心是否在线路n之内的方法为：
Figure FDA0002789499030000012
其中，rset是线性相关整定值，rSR若大于rset则表示线路n两端母线电压频率fS、fR线性正相关，若rSR若小于-rset则表示线路n两端母线电压频率fS、fR线性反相关。
2.如权利要求1所述的电力系统失步振荡中心识别方法，其特征在于，所述rset的值为0-0.5。
3.一种电力系统失步振荡中心识别装置，其特征在于，包括：
采集模块，用于实时采集电力系统每一输电线路两端的电压、电流信号，以计算出每一输电线路的电压有效值U、电压和电流的相位角
Figure FDA0002789499030000023
电压频率f；
失步振荡状态判断模块，用于接收采集模块所采集计算出的数据，利用输电线路n任一端的U和
Figure FDA0002789499030000024
构成的
Figure FDA0002789499030000025
判据来判断电力系统是否发生失步振荡状态，若发生，则发出信号启动下述的失步振荡中心确定模块；其中，n＝1,2,3,...,N，N为电力系统输电线路的总数；
失步振荡中心确定模块，其通过利用
Figure FDA0002789499030000026
判据判断电力系统失步振荡状态的一周期内，获取时间窗，然后计算该输电线路n两端母线电压频率的相关系数，判断失步振荡中心是否在本线路内，以确定失步振荡中心位置；
所述失步振荡中心确定模块通过如下方式来确定失步振荡中心位置：
在
Figure FDA0002789499030000027
判断失步振荡的一周期T0内，设
Figure FDA0002789499030000028
的时刻为t0，定义时间窗T:|t-t0|<tset，其中tset＝T0/4；
计算线路n两端母线电压频率在时间窗T内的相关系数rSR；
利用相关系数rSR判断失步振荡中心是否在线路n之内；
所述相关系数rSR的计算方式为：
Figure FDA0002789499030000021
其中，L为时间窗T内的总采样点数，L＝FT；fS为线路n一端的母线电压频率，fR为线路n另一端的母线电压频率，F为采样频率；
所述利用相关系数rSR判断失步振荡中心是否在线路n之内的方式为：
Figure FDA0002789499030000022
其中，rset是线性相关整定值，rSR若大于rset则表示线路n两端母线电压频率fS、fR线性正相关，若rSR若小于-rset则表示线路n两端母线电压频率fS、fR线性反相关。
4.如权利要求3所述的电力系统失步振荡中心识别装置，其特征在于，所述rset的值为0-0.5。
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