CN111965415A - 一种电网宽频振荡广域实时监测系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种电网宽频振荡广域实时监测系统及方法，所述系统包括：厂站端宽频振荡实时监测与预警模块，用于对厂站端电网低频振荡、次/超同步振荡、高次谐波/间谐波振荡进行实时监测，当振荡超过振荡告警/预警阈值时，发出振荡告警/预警信号，并将振荡告警/预警信号和振荡监测数据传输至主站端宽频振荡广域实时监测和分析模块；主站端宽频振荡广域实时监测和分析模块，用于根据接收到的振荡告警信号和振荡监测数据进行电网宽频振荡广域层面的实时监测和振荡后广域层面的事故分析。本发明可以为电网的运行监视和安全控制提供新的支撑手段，够在保障电网运行安全的前提下推动和促进风电、光伏等新能源消纳。

Description

一种电网宽频振荡广域实时监测系统及方法

技术领域

本发明属于电力系统自动化领域，特别涉及一种电网宽频振荡广域实时监测系统及方法。

背景技术

随着新能源大规模并网，尤其是“源-网-荷”环节电力电子设备的大量接入，使得电力电子设备之间、电力电子设备与电网之间出现电气谐振，这类振荡不涉及发电机组的机械元件，称之为新型振荡。

早期发现无功补偿装置等会引起电网的次同步振荡，对于新能源集中接入的区域电网，虽然早期也发现了次同步振荡，如河北沽源地区6-8Hz的次同步振荡等，但由于未引起相关故障，故而也并未引起行业重视。2013年，宁夏吴忠直驱风电场发生95Hz超同步振荡；2015年新疆阿拉光伏站出现30Hz次同步振荡；同年，西北电网大规模风电/光伏汇集区域发现10Hz、20Hz、30Hz、40Hz、60Hz、70Hz、80Hz、90Hz、110Hz等大量次/超同步频率分量，并在新能源场站内部35kV、330kV和750kV等5个电压等级电网中传播，最终导致300多公里外特高压天中直流送端3台660MW发电机因轴系次同步扭振动作跳闸，整个西北电网频率降低至49.91Hz，严重威胁系统安全运行。这次新型次/超同步振荡引起了行业的高度关注。

目前，大规模风电、光伏接入弱电网，容易引起次/超同步振荡事件，而变流式恒功率负载的负电阻特性、多变流器的锁相环回路耦合、变流器控制参与电网侧串/并联谐振，以及静止同步补偿器（Static Synchronous Compensator, STATCOM）、基于电压源变换器的高压直流输电（voltage source converter-high voltage direct currenttransmission，VSC-HVDC）与弱交流电网的相互作用，会激发频率从数Hz到千Hz以上的宽频振荡。由于电力电子装置具有快速响应特性，使得在传统同步电网以工频为基础的功率稳定、低频振荡等问题之外，还产生了中频带（5-300Hz）的涉网稳定新问题，电网的振荡从低频逐步向中频、高频发展。从当前电网的实际情况来看，振荡不仅会在风电、光伏等可再生能源接入弱电网时产生，对于有高压直流工程的强电网，也会产生振荡，且呈现宽频的特征。如变压器空投引起的励磁涌流导致换流站功率波动、高压直流站出现高次谐波振荡等。2014年，德国北海海上风电场发生250-350Hz振荡；2017年，鲁西柔性直流工程发生1200Hz谐波振荡，这些都使得电网的振荡逐步向宽频段发展。

随着风电、光伏等新能源的大规模接入，电网中电力电子设备数量日益增加，这使得电网振荡发生的更加频繁，且振荡导致的危害和影响也日益增加，不仅影响电网的运行安全，也严重制约了风电、光伏等可再生能源的有效消纳，迫切需要对这类新型振荡进行实时监测，在促进新能源并网消纳的同时保障电网的安全稳定运行。

广域测量系统（Wide Area Measurement System，WAMS）由PMU装置和广域监测主站组成，PMU装置实时测量电网的基波相量传输到广域监测主站，由广域监测主站进行电网动态特性的分析。这一系统与变电站SCADA系统（变电站一体化监控系统）的区别在于，SCADA针对的是电网的稳态监测，即无异常运行状态下的数据监视和控制；WAMS针对的是电网动态监测，针对的是电网出现扰动之后整个电网的监测，相比于SCADA系统，其优势在于其测量基波数据有相位信息，便于电网从广域层面进行扰动的监测和分析。两者各有优势，应用场景和需求不同。

WAMS系统对于火电机组大量接入下电网的低频振荡、次同步振荡有较为成熟的应用，这些振荡都是火电机组受到扰动所导致，其振荡监测和分析的方式都是在WAMS主站完成，即PMU装置仅将基波测量数据传输到WAMS主站，由主站进行计算分析，进而判断是否有振荡。应该说，对于电网的低频振荡及定位，行业内基于WAMS已有成熟的解决方案。而对于火电机组的次同步振荡，均设置了配套的保护装置或者继电器及时切除，因此无须WAMS主站监测。

随着风电、光伏大规模并网接入，以及高压直流输电技术的应用，给电网中引入了大量电力电子设备，如风电、光伏的逆变器等，给电网注入了大量间谐波和高次谐波，相比传统的火电机组，这些电力电子设备响应速度快，转动惯量小，随着新能源大规模并网，尤其是“源-网-荷”环节电力电子设备的大量接入，使得电力电子设备之间、电力电子设备与电网之间出现电气谐振，这些振荡有别于传统火电机组的振荡，都是由电力电子设备之间或者电力电子设备与电网之间的振荡引起，这类振荡被行业内称为“新型振荡”。这类新型不仅涉及次同步振荡（5-45Hz），而且还包括超同步振荡（55-100Hz），同时还涉及100-300Hz的宽频域振荡以及300Hz以上的高次谐波/间谐波振荡。随着新能源的大规模接入，整个电网出现振荡的频率逐步从低频向宽频发展。

WAMS具有低频振荡监测功能，对超低频振荡也有较好的监测效果，国家电力调度控制中心早期也希望通过对WAMS升级来实现电网次/超同步振荡的监测，但在实际应用中存在以下问题：

1）振荡无法实时监测。PMU不具有宽频振荡的实时监测功能，所有的振荡监测都依赖于主站进行。由于低频振荡的频率较低，振荡持续的时间相对较长，因此在主站进行振荡监测虽然不具有实时性，但是相对低频振荡较长振荡周期，在主站分析也完全满足实际应用的需求。但是随着电网振荡从低频向高频发展，振荡周期逐步变短，如果仍然依赖主站的分析，不仅难以满足振荡实时监测的需求，而且也额外增加了主站的分析工作。

2）振荡监测范围受限。国内外WAMS目前较为成熟的应用是低频振荡监测和超低频振荡监测。但随着大规模风电、光伏并网，以及高压直流输电技术的应用，次/超同步振荡日益频繁，PMU限于最大100帧/秒的传输速率，WAMS主站只能分析50Hz以下次同步振荡，无法实现 50-100Hz的超同步振荡、100-300Hz的宽频振荡乃至高次谐波振荡的实时监测。

3）振荡监测方式的局限。WAMS系统对于振荡的监测和识别都依赖于调度主站系统，此种方式除了实时性差以外，对主站的依赖性过大，所有监测分析都依赖主站实现，不符合未来主子站协同、云边协同的发展趋势和理念。

因此，随着风电、光伏等新能源的大规模接入，电网中电力电子设备数量日益增加，电网中振荡发生的更加频繁，且振荡导致的危害和影响也日益增加，不仅影响电网的运行安全，也严重制约了风电、光伏等可再生能源的有效消纳，迫切需要对这类新型振荡进行实时监测，在促进新能源并网消纳的同时保障电网的安全稳定运行。

发明内容

本发明的目的在于提供一种电网宽频振荡广域实时监测系统及方法，以解决现有WAMS广域监测系统振荡无法实时监测的技术问题。

为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种电网宽频振荡广域实时监测系统，由厂站端宽频振荡实时监测与预警模块与主站段宽频振荡广域实时监测与分析模块共同组成；所述厂站端宽频振荡实时监测与预警模块与主站段宽频振荡广域实时监测与分析模块协同实现电网宽频振荡广域实时监测；

厂站端宽频振荡实时监测与预警模块，用于对厂站端电网振荡进行实时监测；当振荡超过振荡告警阈值时，发出振荡告警信号；当振荡未到达振荡告警阈值但超过预警阈值时给出振荡的预警信息，或者当振荡未达到预警阈值，但振荡连续快速放大且接近预警阈值时，也立即给出振荡的预警信息；并将振荡告警信号、振荡的预警信息和振荡监测数据传输至主站端宽频振荡广域实时监测和分析模块；

主站端宽频振荡广域实时监测和分析模块，用于根据接收到厂站端的振荡告警信号、振荡的预警信息和振荡监测数据进行电网宽频振荡广域层面的实时监测和振荡后广域层面的事故分析。

本发明进一步的改进在于：所述厂站端电网振荡包括：低频振荡、次/超同步振荡、高次谐波/间谐波振荡；所述厂站端宽频振荡实时监测与预警模块高频采集厂站端所接入间隔的三相电压、三相电流信号，实时计算得出对应间隔的电网有功功率、无功功率、频率和功率因数，以及电压、电流和有功功率在各频段的幅值；对电压、电流和有功功率的幅值分别与对应频段的振荡告警阈值进行比对分析，幅值越限并持续设定时间后，发出振荡告警信号，并将越限的频率及对应的幅值实时传输到主站端宽频振荡广域实时监测和分析模块。

本发明进一步的改进在于：所述厂站端宽频振荡实时监测与预警模块按照设定的分辨率，实时计算电压、电流和有功功率在0-2500Hz范围中各频段的幅值；

电压、电流、有功功率分别按照幅值的大小对各频段进行排序，从大到小对前M个最大的频段及其对应的幅值分别与对应振荡告警阈值进行比对分析。

本发明进一步的改进在于：若没有频率的幅值超过振荡告警阈值，则对M个频率出现的次数、时间进行统计，将长时间存在的间谐波、谐波频率，和/或频繁出现的间谐波/谐波频率及其幅值进行统计，传输到主站端宽频振荡广域实时监测和分析模块进行分析。

本发明进一步的改进在于：所述厂站端宽频振荡实时监测与预警模块实时监测时，分别对电压、电流和功率频谱分析后获取的M个频率和对应的幅值与振荡预警阈值进行比对，一旦超过振荡告阈值，则进行振荡预警，按照低频振动、次/超同步振荡和高次谐波/间谐波振荡进行预警，给出预警的一个或者多个间谐波/谐波频率和幅值；所述振荡连续快速放大且接近预警阈值具体为：每次计算出的振荡频率对应的幅值与上一次计算结果进行对比，若连续N次计算结果都在逐步放大，且超过预警阈值的百分比数值Y时，进行振荡预警，并将振荡的预警信息传输到主站端宽频振荡广域实时监测和分析模块进行监测和处理；其中，N为大于等于2的正整数；Y≥80%。

本发明进一步的改进在于：低频振荡告警、次/超同步振荡告警、高次谐波/间谐波振荡告警设定不同的设定值，对0.2-2.5Hz范围的间谐波与低频振荡告警阈值进行比对，2.5-100Hz范围内除去45-55Hz工频段范围的间谐波与次/超同步振荡告警阈值进行比对，将100-2500Hz的谐波和高次谐波与谐波振荡告警阈值进行比对。

本发明进一步的改进在于：发出振荡告警信号的同时，启动数据录播，记录告警前设定时间、告警持续期间、告警消除后设定时间的原始采样数据并进行记录。

本发明进一步的改进在于：主站端宽频振荡广域实时监测和分析模块，对厂站端宽频振荡实时监测与预警模块传输的一个或者多个振荡告警信息、振荡频率和幅值进行实时展示，从广域层面监测区域电网所有出现振荡的厂站；对出现振荡的厂站用柱状图显示多个振荡的频率和幅值按照电压、电流、功率三个维度进行设置显示。

本发明进一步的改进在于：主站端宽频振荡广域实时监测和分析模块，用于对广域层面多个出现振荡的厂站按照告警的时间先后进行标识，监测振荡的波及范围和传播路径。

本发明进一步的改进在于：主站端宽频振荡广域实时监测和分析模块，用于对广域层面多个出现振荡的厂站统计标识振荡持续的时间，记录并展示振荡从产生、发展到消失的整个过程。

本发明进一步的改进在于：主站端宽频振荡广域实时监测和分析模块，在广域层面监测到振荡后，针对各振荡告警信号，从厂站端宽频振荡实时监测与预警模块召唤振荡的录波文件；对荡告警信号与召唤的录波文件进行自动关联。

本发明进一步的改进在于：厂站端宽频振荡实时监测与预警模块通过一个整体单元实现，或者通过厂站内间隔层设备和站控层设备来协同实现。

本发明进一步的改进在于：厂站端宽频振荡实时监测与预警模块和主站端宽频振荡广域实时监测和分析模块通过调度数据网进行信息传输和功能的协同互动。

本发明进一步的改进在于：厂站端宽频振荡实时监测与预警模块和主站端宽频振荡广域实时监测和分析模块通过GB/T26865.2的规约进行扩展实现振荡告警信息、多个振荡频率和幅值的传输。

本发明进一步的改进在于：所述电网宽频振荡广域层面的实时监测和振荡后广域层面的事故分析具体包括：广域层面振荡发生的时间及先后顺序、振荡过程中多个厂站振荡频率和幅值的数据监测和幅值变化、振荡广域层面的传播路径和波及范围、振荡的事后分析。

一种电网宽频振荡广域实时监测方法，采用厂站端与主站端协同配合的方式实现电网宽频振荡广域实时监测；包括：

厂站端宽频振荡实时监测与预警模块对厂站端电网低频振荡、次/超同步振荡、高次谐波振荡进行实时监测，当振荡超过振荡告警阈值时，发出振荡告警信号；当振荡未到达振荡告警阈值但超过预警阈值时给出振荡的预警信息，或者当振荡未达到预警阈值，但振荡连续快速放大且接近预警阈值时，也立即给出振荡的预警信息；并将振荡告警信号、振荡的预警信息和振荡监测数据传输至主站端宽频振荡广域实时监测和分析模块；

主站端宽频振荡广域实时监测和分析模块根据接收到的振荡告警信号和振荡监测数据进行电网宽频振荡广域层面的实时监测和振荡后广域层面的事故分析。

本发明进一步的改进在于：所述厂站端宽频振荡实时监测与预警模块高频采集厂站端所接入间隔的三相电压、三相电流信号，实时计算得出对应间隔的电网有功功率、无功功率、频率和功率因数，以及电压、电流和有功功率在各频段的幅值；对电压、电流和有功功率的幅值分别与对应频段的振荡告警阈值进行比对分析，幅值越限并持续设定时间后，发出振荡告警信号，并将越限的频率及对应的幅值实时传输到主站端宽频振荡广域实时监测和分析模块；

主站端宽频振荡广域实时监测和分析模块，对厂站端宽频振荡实时监测与预警模块传输的一个或者多个振荡告警信息、振荡频率和幅值进行实时展示，从广域层面监测区域电网所有出现振荡的厂站；对出现振荡的厂站用柱状图显示多个振荡的频率和幅值按照电压、电流、功率三个维度进行设置显示；主站端宽频振荡广域实时监测和分析模块在广域层面监测到振荡后，针对各振荡告警信号，从厂站端宽频振荡实时监测与预警模块召唤振荡的录波文件；对荡告警信号与召唤的录波文件进行自动关联，实现电网宽频振荡广域层面的实时监测和振荡后广域层面的事故分析。

本发明进一步的改进在于：所述进行电网宽频振荡广域层面的实时监测和振荡后广域层面的事故分析具体包括：广域层面振荡发生的时间及先后顺序、振荡过程中多个厂站振荡频率和幅值的数据监测和幅值变化、振荡广域层面的传播路径和波及范围、振荡的事后分析。

一种电网宽频振荡广域实时监测系统，所述系统包括：处理器以及与所述处理器耦合的存储器，所述存储器存储有计算机程序，所述计算机程序被所述处理器执行时实现所述一种电网宽频振荡广域实时监测方法的方法步骤。

相对于现有技术，本发明具有以下有益效果：

本发明针对WAMS系统面临的问题，发明了宽频振荡广域监测系统及方法，通过厂站端宽频振荡实时监测与预警模块对厂站端电网振荡进行实时监测；并在厂站端直接进行对检测数据进行振荡分析：当振荡超过振荡告警阈值时，发出振荡告警信号；当振荡未到达振荡告警阈值但超过预警阈值时给出振荡的预警信息，或者当振荡未达到预警阈值，但振荡连续快速放大且接近预警阈值时，也立即给出振荡的预警信息；并将振荡告警信号、振荡的预警信息和振荡监测数据传输至主站端宽频振荡广域实时监测和分析模块；本发明中厂站端宽频振荡实时监测与预警模块，能够实时进行监测，不再依赖于主站进行；振荡监测速度更快，实时性更强，有效解决了现有WAMS依赖于主站进行监测，无法实时监测的技术问题。

进一步的的，本发明具有宽频振荡的实时监测功能，涵盖低频振荡、次/超同步振荡、高次谐波/间谐波振荡等0-2500Hz范围内的宽频振荡，弥补了WAMS最多只能监测50Hz以下振荡的缺陷。

进一步的的，本发明具有宽频振荡的事前预警、事中监测和事后分析的功能，有效弥补了WAMS被动监测的局限，通过事前预警可以提前采取干预和控制措施，若降低风电或光伏的出力等，能有有效避免振荡的发生。

进一步的的，本发明能够实现电网低频振荡、次/超同步振荡、高次谐波/间谐波等宽频振荡广域层面的实时监测、事后分析以及振荡的提前预警，可以为电网的运行监视和安全控制提供新的支撑手段，够在保障电网运行安全的前提下推动和促进风电、光伏等新能源消纳。

进一步的的，本发明能够为电力电子化电网的宽频振荡监测提供新的手段，有效弥补现有监测的缺陷，为电网的安全稳定运行提供保障；本发明能够为新能源的大规模接入提供监测手段，可以在保障电网安全的前提下促进光伏、风电等新能源的大规模接入，有利于推动新能源消纳。

附图说明

构成本申请的一部分的说明书附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：

图1为本发明一种电网宽频振荡广域实时监测系统的结构示意图；

图2为本发明一种电网宽频振荡广域实时监测方法的流程示意图；

图3为本发明一种电网宽频振荡广域实时监测系统的结构示意图。

具体实施方式

下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

以下详细说明均是示例性的说明，旨在对本发明提供进一步的详细说明。除非另有指明，本发明所采用的所有技术术语与本申请所属领域的一般技术人员的通常理解的含义相同。本发明所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而并非意图限制根据本发明的示例性实施方式。

本发明提供一种电网宽频振荡广域实时监测系统及方法，其总体定位在于宽频振荡的实时监测，其总体实现思路是厂站和主站协同监测，实现振荡的事前预警、事中监测和事后分析。在厂站端实现宽频振荡的实时监测和预警，在主站端实现振荡广域层面的实时监测和事后分析。相比WAMS系统所有的振荡监测都依赖主站进行的分析，本发明采用振荡分布是实时监测和广域实时监测的思路来应对，不仅有效减少了主站监测分析的工作量，同时也提升了整个监测的实时性。

实施例1

请参阅图1所示，本发明提供一种电网宽频振荡广域实时监测系统，包括一个主站端宽频振荡广域实时监测和分析模块和N个厂站端宽频振荡实时监测与预警模块；N为正整数。

厂站端宽频振荡实时监测与预警模块，用于实现对包含电网低频振荡、次/超同步振荡、高次谐波振荡在内的各类宽频振荡的事前预警、事中实时监测及告警传输；

主站端宽频振荡广域实时监测和分析模块，用于实现电网宽频振荡广域层面的实时监测和振荡后广域层面的事故分析。

所述方法包括采用厂站、主站协同的方式实现电网包含低频振荡、次/超同步振荡、高次谐波/间谐波振荡在内的宽频振荡的广域监测和预警，采用事前预警、事中监测和事后分析的方式实现宽频振荡的广域实时监测。可以为电网的运行监视和安全控制提供新的支撑手段，够在保障电网运行安全的前提下推动和促进风电、光伏等新能源消纳。

1）、厂站端宽频振荡实时监测与预警模块厂站端宽频振荡的实时监测。

厂站端风电、光伏、储能、牵引站等电力电子设备接入的间隔优先进行振荡监测的部署，其余电气间隔也可根据需求部署宽频振荡监测功能。各个电气间隔高频采集三相电压、三相电流信号，采样信号根据振荡监测的需求灵活设置，本发明采用12.8kHz（256点/周期）采样频率，实现对0-2500Hz范围内宽频振荡的实时监测。在此说明的是，本发明现阶段考虑工程实际，所发明的系统将监测的频率范围设置在2500Hz以内，今后若涉及2500Hz以上频率的监测，本发明仍然适用。以本发明所提及的12.8kHz为例，无需任何改动就可实现6400Hz范围以内所有频率的监测。若今后所监测的频率高于6400Hz，则只需提高采样频率即可应对，其它环节实现过程与本发明一致。

将采集的三相电压、三相电流信号进行实时计算分析，得出该间隔的电网频率、有功功率、无功功率、功率因数，以及电压、电流各频段的幅值。以A相电流为例，按照默认的1Hz分辨率，实时计算0-2500Hz中2500个频段的幅值信息，如1Hz、2Hz、3Hz的幅值。频率分辨率可以根据需求灵活设置，如果设置成0.5Hz，即2s的时间窗，则计算出来的频率就是0.5Hz、1Hz、1.5Hz……2500Hz的各个频段的幅值。对于三相电压、三相电流分别计算，对于有功功率也进行如此计算。针对电压、电流、有功功率分别按照幅值的大小对各频段进行排序，从大到小重点对M个最大的频段及其对应的幅值进行重点关注，M可以根据需求灵活设置。

对电压、电流和有功功率M个最大的频段及其对应的幅值分别与振荡告警的阈值进行比对分析，低频振荡告警、次/超同步振荡告警、高次谐波/间谐波振荡告警有不同的设定值，对0.2-2.5Hz范围的间谐波与低频振荡告警的阈值进行比对，2.5-100Hz范围内除去45-55Hz工频段范围的间谐波与次/超同步振荡告警的阈值进行比对，将100-2500Hz的谐波和高次谐波/间谐波与谐波/间谐波振荡定值进行比对。当然，也可以针对100-2500Hz也可进一步进行细分。一旦经过比对发现幅值越限并持续一段时间（具体可设置）后，则启动振荡告警，并将一个或者多个振荡告警的频率及对应的幅值实时传输到主站。

在发出振荡告警信息时，同时启动数据录波，可以记录告警前一段时间（时间可设置）、告警持续期间、告警消除后一段时间（时间可设置）的原始采样数据并进行记录，为振荡事件的事后分析提供支撑。

2）厂站端宽频振荡实时监测与预警模块厂站端宽频振荡的预警。

当没有发现任何间谐波/谐波越限或者说没有发生振荡时，厂站端宽频振荡实时监测与预警模块还具有振荡预警功能。分别对电压、电流和功率频谱分析后获取的M个频率和对应的幅值与振荡预警阈值进行比对，一旦超过阈值，则进行振荡预警，按照低频振动、次/超同步振荡和高次谐波/间谐波振荡进行预警，给出预警的一个或者多个间谐波/谐波频率和幅值。振荡预警的阈值是针对告警阈值与百分比数值X（小于100%，例如85%，具体可灵活设置）的乘积。当监测到振荡频率对应的幅值逐步变大，即将每次计算出的振荡频率对应的幅值与上一次计算结果进行对比，若连续N次（N为大于等于2的正整数，具体可灵活设置）计算结果都在逐步放大，且逐步接近预警阈值的百分比数值Y（小于100%，具体结合工程灵活设置，如80%等），此时即使振荡频率所对应的幅值没有超过预警阈值，也进行预警。若没有频率的幅值超过预警限值，则对M（M为自然数，根据工程需求灵活设置，如10等。）个频率出现的次数、持续的时间进行统计，将长时间存在的间谐波/谐波频率，和/或频繁出现的间谐波/谐波频率及其幅值进行统计，也可作为重点关注的信息进行预警，将其传输到主站端宽频振荡广域实时监测和分析模块，便于主站实时了解相关情况，提早进行干预。

3）主站端宽频振荡广域实时监测和分析模块主站端宽频振荡的广域实时监测。

厂站端对宽频振荡的实时监测和预警即使可以针对多个电气间隔，但是其实时监测的对象仍然是该厂站，由于电网是相互连接的有机整体，振荡发生后会对周边邻近的变电站产生影响，会波及传播范围内的多个厂站，因此需要对振荡进行广域层面的实时监测。

监测到振荡的各个厂站，将自身监测到的振荡告警信息实时传输到主站，具体包括一个或者多个振荡频率及对应的幅值信息。主站从广域层面对区域电网所出现的振荡进行实时监测，对出现振荡的各个厂站用柱状图显示多个振荡的频率和幅值，并可按照电压、电流、功率三个维度进行设置显示，并实时展示振荡持续期间各振荡频率和幅值。

主站按照告警时间的先后顺序对涉及的多个厂站进行标识，同时按照振荡出现的先后顺序对振荡传播路径和波及范围进行界定和显示，帮助调度主站实时了解振荡的影响。对广域层面多个出现振荡的厂站统计标识振荡持续的时间，记录并展示振荡从产生、发展到消失的整个过程，为事后的深入分析和振荡源定位提供支撑。

4）主站端宽频振荡广域实时监测和分析模块主站端宽频振荡事件的事后分析。

主站在广域层面监测到振荡后，针对各振荡的告警信息，从厂站召唤振荡的录波文件，在主站端将告警信息与召唤的录波文件进行自动关联。

点击各个厂站的振荡告警信息，自动加载召唤的录波文件，对录波文件的电压、电流和功率进行频谱分析，时间窗可以任意选择，将分析的频率按照时间、频率和幅值进行三维展示。明确振荡从发生、传播到消失的整个过程。

对照实时监测的整个监测过程，可以再现整个振荡事件发生的全过程，为振荡源的定位积累相关经验。

依据上述实现流程，在具体的系统建设上可以有多种不同的方式，厂站端宽频振荡实时监测与预警模块既可以是一个整体，也可将其分成厂站内间隔层设备和站控层设备来协同实现，共同实现厂站端宽频振荡实时监测与预警功能。例如，在变电站内设置宽频测量装置实时测量电网的宽频信号，在变电站内设置站域存储与分析装置（也可称为宽频测量数据处理单元），共同实现宽频振荡的实时监测和预警功能，同时通过站域存储与分析装置（也可称为宽频测量数据处理单元）实现振荡告警信息和预警信息向主站的传输。

主站端宽频振荡广域实时监测和分析模块在实现上既可以增加独立的服务器单独部署，也可以基于调度主站的平台进行功能上的独立部署，两者都通过广域测量的前置服务器接收厂站的宽频测量数据，进行告警信息、振荡数据和幅值、录波文件的召唤以及与厂站的操作与控制命令的交互。当然，单独设置独立的宽频振荡传输通道也是可行的另一种方案，其目的都是为了接受厂站上送的振荡告警信息、振荡频率及幅值、录波文件等。

厂站端宽频振荡实时监测与预警模块和主站端宽频振荡广域实时监测和分析模块通过调度数据网进行信息传输和功能的协同互动，具体采用的传输规约既可以是重新制定的新规约或者私有规约，也可基于现有的通信规约进行扩展。本发明目前基于GB/T26865.2的规约进行扩展来实现振荡告警信息、多个振荡频率和幅值的传输，该方式现阶段实现起来较为方便和快捷。

当然，在具体应用时也可以有多种简化方式。如将本系统应用到风电、光伏等发电厂，由于没有调度中心，只有厂站内的监控中心，因此可将本发明中主厂站协同的方式进行简化，只部署厂站端宽频振荡的实时监测、预警功能，同时将振荡分析功能也在厂站端部署实施，如此整个厂站的就可以实现当个厂站宽频振荡事前预警、事中监测和事后分析，该实现方式也是本专利具体实施的另外一个方案。

实施例2

请参阅图2所示，本发明还提供一种电网宽频振荡广域实时监测方法，包括：

厂站端宽频振荡实时监测与预警模块对厂站端电网低频振荡、次/超同步振荡、高次谐波振荡进行实时监测，当振荡超过振荡告警阈值时，发出振荡告警信号，并将振荡告警信号和振荡监测数据传输至主站端宽频振荡广域实时监测和分析模块；

主站端宽频振荡广域实时监测和分析模块根据接收到的振荡告警信号和振荡监测数据进行电网宽频振荡广域层面的实时监测和振荡后广域层面的事故分析。

具体的，所述厂站端宽频振荡实时监测与预警模块高频采集厂站端所接入间隔的三相电压、三相电流信号，实时计算得出对应间隔的电网有功功率、无功功率、频率和功率因数，以及电压、电流和有功功率在各频段的幅值；对电压、电流和有功功率的幅值分别与对应频段的振荡告警阈值进行比对分析，幅值越限并持续设定时间后，发出振荡告警信号，并将越限的频率及对应的幅值实时传输到主站端宽频振荡广域实时监测和分析模块；

主站端宽频振荡广域实时监测和分析模块，对厂站端宽频振荡实时监测与预警模块传输的一个或者多个振荡告警信息、振荡频率和幅值进行实时展示，从广域层面监测区域电网所有出现振荡的厂站；对出现振荡的厂站用柱状图显示多个振荡的频率和幅值按照电压、电流、功率三个维度进行设置显示；主站端宽频振荡广域实时监测和分析模块在广域层面监测到振荡后，针对各振荡告警信号，从厂站端宽频振荡实时监测与预警模块召唤振荡的录波文件；对荡告警信号与召唤的录波文件进行自动关联，实现电网宽频振荡广域层面的实时监测和振荡后广域层面的事故分析。

实施例3

请参阅图3所示，本发明还提供了一种电网宽频振荡广域实时监测系统，所述系统包括：处理器以及与所述处理器耦合的存储器，所述存储器存储有计算机程序，所述计算机程序被所述处理器执行时实现实施例2中的一种电网宽频振荡广域实时监测方法的方法步骤。

本领域内的技术人员应明白，本申请的实施例可提供为方法、系统、或计算机程序产品。因此，本申请可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本申请可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质（包括但不限于磁盘存储器、CD-ROM、光学存储器等）上实施的计算机程序产品的形式。

本申请是参照根据本申请实施例的方法、设备（系统）、和计算机程序产品的流程图和／或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和／或方框图中的每一流程和／或方框、以及流程图和／或方框图中的流程和／或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和／或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。

这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和／或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。

这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上，使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和／或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。

最后应当说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其限制，尽管参照上述实施例对本发明进行了详细的说明，所属领域的普通技术人员应当理解：依然可以对本发明的具体实施方式进行修改或者等同替换，而未脱离本发明精神和范围的任何修改或者等同替换，其均应涵盖在本发明的权利要求保护范围之内。

由技术常识可知，本发明可以通过其它的不脱离其精神实质或必要特征的实施方案来实现。因此，上述公开的实施方案，就各方面而言，都只是举例说明，并不是仅有的。所有在本发明范围内或在等同于本发明的范围内的改变均被本发明包含。

Claims (19)

1.一种电网宽频振荡广域实时监测系统，其特征在于，由厂站端宽频振荡实时监测与预警模块与主站段宽频振荡广域实时监测与分析模块共同组成；所述厂站端宽频振荡实时监测与预警模块与主站段宽频振荡广域实时监测与分析模块协同实现电网宽频振荡广域实时监测；

厂站端宽频振荡实时监测与预警模块，用于对厂站端电网振荡进行实时监测；当振荡超过振荡告警阈值时，发出振荡告警信号；当振荡未到达振荡告警阈值但超过预警阈值时给出振荡的预警信息，或者当振荡未达到预警阈值，但振荡连续快速放大且接近预警阈值时，也立即给出振荡的预警信息；并将振荡告警信号、振荡的预警信息和振荡监测数据传输至主站端宽频振荡广域实时监测和分析模块；

主站端宽频振荡广域实时监测和分析模块，用于根据接收到厂站端的振荡告警信号、振荡的预警信息和振荡监测数据进行电网宽频振荡广域层面的实时监测和振荡后广域层面的事故分析。

2.根据权利要求1所述的一种电网宽频振荡广域实时监测系统，其特征在于，所述厂站端电网振荡包括：低频振荡、次/超同步振荡、高次谐波/间谐波振荡；所述厂站端宽频振荡实时监测与预警模块高频采集厂站端所接入间隔的三相电压、三相电流信号，实时计算得出对应间隔的电网有功功率、无功功率、频率和功率因数，以及电压、电流和有功功率在各频段的幅值；对电压、电流和有功功率的幅值分别与对应频段的振荡告警阈值进行比对分析，幅值越限并持续设定时间后，发出振荡告警信号，并将越限的频率及对应的幅值实时传输到主站端宽频振荡广域实时监测和分析模块。

3.根据权利要求2所述的一种电网宽频振荡广域实时监测系统，其特征在于，所述厂站端宽频振荡实时监测与预警模块按照设定的分辨率，实时计算电压、电流和有功功率在0-2500Hz范围中各频段的幅值；

电压、电流、有功功率分别按照幅值的大小对各频段进行排序，从大到小对前M个最大的频段及其对应的幅值分别与对应振荡告警阈值进行比对分析。

4.根据权利要求3所述的一种电网宽频振荡广域实时监测系统，其特征在于，若没有频率的幅值超过振荡告警阈值，则对M个频率出现的次数、时间进行统计，将长时间存在的间谐波、谐波频率，和/或频繁出现的间谐波/谐波频率及其幅值进行统计，传输到主站端宽频振荡广域实时监测和分析模块进行分析。

5.根据权利要求1所述的一种电网宽频振荡广域实时监测系统，其特征在于，所述厂站端宽频振荡实时监测与预警模块实时监测时，分别对电压、电流和功率频谱分析后获取的M个频率和对应的幅值与振荡预警阈值进行比对，一旦超过振荡告警阈值，则进行振荡预警，按照低频振动、次/超同步振荡和高次谐波/间谐波振荡进行预警，给出预警的一个或者多个间谐波/谐波频率和幅值；所述振荡连续快速放大且接近预警阈值具体为：每次计算出的振荡频率对应的幅值与上一次计算结果进行对比，若连续N次计算结果都在逐步放大，且超过预警阈值的百分比数值Y时，进行振荡预警，并将振荡的预警信息传输到主站端宽频振荡广域实时监测和分析模块进行监测和处理；其中，N为大于等于2的正整数；Y≥80%。

6.根据权利要求2所述的一种电网宽频振荡广域实时监测系统，其特征在于，低频振荡告警、次/超同步振荡告警、高次谐波/间谐波振荡告警设定不同的设定值，对0.2-2.5Hz范围的间谐波与低频振荡告警阈值进行比对，2.5-100Hz范围内除去45-55Hz工频段范围的间谐波与次/超同步振荡告警阈值进行比对，将100-2500Hz的间谐波和高次谐波与谐波/间谐波振荡告警阈值进行比对。

7.根据权利要求2所述的一种电网宽频振荡广域实时监测系统，其特征在于，发出振荡告警信号的同时，启动数据录播，记录告警前设定时间、告警持续期间、告警消除后设定时间的原始采样数据并进行记录。

8.根据权利要求1所述的一种电网宽频振荡广域实时监测系统，其特征在于，主站端宽频振荡广域实时监测和分析模块，对厂站端宽频振荡实时监测与预警模块传输的一个或者多个振荡告警信息、振荡频率和幅值进行实时展示，从广域层面监测区域电网所有出现振荡的厂站；对出现振荡的厂站用柱状图显示多个振荡的频率和幅值按照电压、电流、功率三个维度进行设置显示。

9.根据权利要求1所述的一种电网宽频振荡广域实时监测系统，其特征在于，主站端宽频振荡广域实时监测和分析模块，用于对广域层面多个出现振荡的厂站按照告警的时间先后进行标识，监测振荡的波及范围和传播路径。

10.根据权利要求1所述的一种电网宽频振荡广域实时监测系统，其特征在于，主站端宽频振荡广域实时监测和分析模块，用于对广域层面多个出现振荡的厂站统计标识振荡持续的时间，记录并展示振荡从产生、发展到消失的整个过程。

11.根据权利要求1所述的一种电网宽频振荡广域实时监测系统，其特征在于，主站端宽频振荡广域实时监测和分析模块，在广域层面监测到振荡后，针对各振荡告警信号，从厂站端宽频振荡实时监测与预警模块召唤振荡的录波文件；对荡告警信号与召唤的录波文件进行自动关联。

12.根据权利要求1所述的一种电网宽频振荡广域实时监测系统，其特征在于，厂站端宽频振荡实时监测与预警模块通过一个整体单元实现，或者通过厂站内间隔层设备和站控层设备来协同实现。

13.根据权利要求1所述的一种电网宽频振荡广域实时监测系统，其特征在于，厂站端宽频振荡实时监测与预警模块和主站端宽频振荡广域实时监测和分析模块通过调度数据网进行信息传输和功能的协同互动。

14.根据权利要求1所述的一种电网宽频振荡广域实时监测系统，其特征在于，厂站端宽频振荡实时监测与预警模块和主站端宽频振荡广域实时监测和分析模块通过GB/T26865.2的规约进行扩展实现振荡告警信息、多个振荡频率和幅值的传输。

15.根据权利要求1所述的一种电网宽频振荡广域实时监测系统，其特征在于，所述电网宽频振荡广域层面的实时监测和振荡后广域层面的事故分析具体包括：广域层面振荡发生的时间及先后顺序、振荡过程中多个厂站振荡频率和幅值的数据监测和幅值变化、振荡广域层面的传播路径和波及范围、振荡的事后分析。

16.一种电网宽频振荡广域实时监测方法，其特征在于，采用厂站端与主站端协同配合的方式实现电网宽频振荡广域实时监测；包括：

厂站端宽频振荡实时监测与预警模块对厂站端电网低频振荡、次/超同步振荡、高次谐波/间谐波振荡进行实时监测，当振荡超过振荡告警阈值时，发出振荡告警信号；当振荡未到达振荡告警阈值但超过预警阈值时给出振荡的预警信息，或者当振荡未达到预警阈值，但振荡连续快速放大且接近预警阈值时，也立即给出振荡的预警信息；并将振荡告警信号、振荡的预警信息和振荡监测数据传输至主站端宽频振荡广域实时监测和分析模块；

主站端宽频振荡广域实时监测和分析模块根据接收到的振荡告警信号和振荡监测数据进行电网宽频振荡广域层面的实时监测和振荡后广域层面的事故分析。

17.根据权利要求16所述的一种电网宽频振荡广域实时监测方法，其特征在于，所述厂站端宽频振荡实时监测与预警模块高频采集厂站端所接入间隔的三相电压、三相电流信号，实时计算得出对应间隔的电网有功功率、无功功率、频率和功率因数，以及电压、电流和有功功率在各频段的幅值；对电压、电流和有功功率的幅值分别与对应频段的振荡告警阈值进行比对分析，幅值越限并持续设定时间后，发出振荡告警信号，并将越限的频率及对应的幅值实时传输到主站端宽频振荡广域实时监测和分析模块；

主站端宽频振荡广域实时监测和分析模块，对厂站端宽频振荡实时监测与预警模块传输的一个或者多个振荡告警信息、振荡频率和幅值进行实时展示，从广域层面监测区域电网所有出现振荡的厂站；对出现振荡的厂站用柱状图显示多个振荡的频率和幅值按照电压、电流、功率三个维度进行设置显示；主站端宽频振荡广域实时监测和分析模块在广域层面监测到振荡后，针对各振荡告警信号，从厂站端宽频振荡实时监测与预警模块召唤振荡的录波文件；对荡告警信号与召唤的录波文件进行自动关联，实现电网宽频振荡广域层面的实时监测和振荡后广域层面的事故分析。

18.根据权利要求16所述的一种电网宽频振荡广域实时监测方法，其特征在于，所述进行电网宽频振荡广域层面的实时监测和振荡后广域层面的事故分析具体包括：广域层面振荡发生的时间及先后顺序、振荡过程中多个厂站振荡频率和幅值的数据监测和幅值变化、振荡广域层面的传播路径和波及范围、振荡的事后分析。

19.一种电网宽频振荡广域实时监测系统，其特征在于，所述系统包括：处理器以及与所述处理器耦合的存储器，所述存储器存储有计算机程序，所述计算机程序被所述处理器执行时实现权利要求16-18中任一项所述一种电网宽频振荡广域实时监测方法的方法步骤。

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