CN111999643A - 一种基于发电机功率信号的低频振荡判别方法及系统 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种基于发电机功率信号的低频振荡判别方法及系统。本发明的方法采用的技术方案为：1)实时测量原动机组发电机功率信号；2)将发电机功率信号除以机组额定功率得到功率标幺值，对功率标幺值进行带通滤波，滤去高频分量和低频分量，得到有效功率标幺值，设置其上、下限Pmax和Pmin，当有效功率标幺值大于Pmax时计为1，当有效功率标幺值小于Pmin时计为‑1，1和‑1交替出现一次计数1，在计数时间t以内计数为N，N除以t得到功率变化的频率fP；3)当功率变化的频率fP大于设定值fPd，判定该原动机发生低频强迫振荡；当fP小于等于设定值fPd，则重新测量原动机组发电机功率信号。本发明利用功率变送器现有信号能快速检测判别原动机低频强迫振荡发生。

Description

一种基于发电机功率信号的低频振荡判别方法及系统
技术领域
本发明属于电力系统低频振荡领域，涉及原动机受到干扰时发生强迫振荡的判别，尤其是一种基于发电机功率信号的低频振荡判别方法及系统。
背景技术
近年来，在交、直流特高压输电工程的大量投运后，全国电力一张网的格局基本形成，这极大的方便了能源资源在全国范围内的调配，解决了部分地区的电力供需矛盾，但也带来或放大了一些问题，比如电力系统低频振荡的问题、特高压受端电网的一次调频能力不足的问题等。电力系统低频振荡是指电力系统在受到干扰的情况下发生的一种功角稳定性问题，通常表现为有功功率以2.5Hz以下的频率振荡，如振荡幅值得不到收敛，它将威胁电力系统安全，严重时会导致电力系统的崩溃。这些年，安装在原动机侧的电力系统稳定器的被大力推广，增加了系统的阻尼，有效减少了低频振荡现象；然而，因设备故障等原因，PSS也偶尔会被人为退出，这为电力系统低频振荡的发生提供了机会；另外，PSS也并非万能，在抑制由原动机主导的强迫振荡方面，PSS的作用就比较微弱。由原动机参与的强迫振荡是低频振荡的一种表现形式，可使用共振理论进行解释，具有启振快、消失快、等幅振荡的特点。
原动机参与的低频强迫振荡发生时，原动机侧发电机功率信号会发生明显的波动，可以利用这种明显的波动来判别是否发生低频强迫振荡。传统功率变送器多采用模拟式变送器，时间相应长，信号输出固有延时长，抗干扰能力差，易受干扰，导致输出的功率信号畸变，在系统发生瞬时故障等暂态时，模拟式变送器输出的发电机功率信号不能准确反映发电机真实运行工况。
而随着数字式新型智能功率变送器的研制成功，能保证在稳态和暂态工况下发电机功率信号的准确测量，使通过发电机功率信号变化判别低频振荡成为可能。
发明内容
为从原动机侧快速准确的判断低频振荡发生，提醒发电厂运行人员及时采取措施抑制振荡，本发明提供一种基于发电机功率信号的低频振荡判别方法，其利用功率变送器现有信号，可快速检测判别原动机低频强迫振荡发生。
本发明采用的一种技术方案为：一种基于发电机功率信号的低频振荡判别方法，其包括步骤：
1)实时测量原动机组发电机功率信号P0；
2)将发电机功率信号P0除以机组额定功率Pe得到功率标幺值Pu，对功率标幺值Pu进行带通滤波，滤去高频分量和低频分量，得到有效功率标幺值P，设置上、下限Pmax和Pmin，当有效功率标幺值P大于Pmax时计为1，当有效功率标幺值P小于Pmin时计为-1，1和-1交替出现一次计数1，在计数时间t以内计数为N，N除以t得到功率变化的频率fP；
3)当功率变化的频率fP大于设定值fPd，判定该原动机发生低频强迫振荡，发出报警；当fP小于等于设定值fPd，则重新测量原动机组发电机功率信号P0。
原动机在发生低频强迫振荡期间，发电机功率发生周期性强烈振荡。稳定并网运行的原动机，发电机功率在一个很小的范围内或者缓慢变化。基于上述现象，本发明提出了采用发电机功率变化的频率来判断原动机是否发生低频强迫振荡的方法。
进一步地，所述阀值Pmax和Pmin根据不同机组设置不同参数。
进一步地，所述计数时间t根据不同机组设置不同参数。
进一步地，所述频率变化的频率设定值fPd根据不同机组设置不同参数。
本发明采用的另一种技术方案为：一种基于发动机功率信号的低频振荡判别系统，其包括：
发电机功率测量模块，用于实时测量原动机组发电机功率，并输出给功率标幺值计算模块；
功率标幺值计算模块，用于计算发电机功率标幺值信号，并输出给功率标幺值信号滤波模块；
功率标幺值信号滤波模块，用于对功率标幺值信号进行带通滤波，滤去高频和低频分量，成为有效功率标幺值信号，并输出给有效功率标幺值信号筛选模块；
有效功率标幺值信号筛选模块，用于对有效功率标幺值信号进行筛选，并将筛选结果输入到有效功率标幺值信号计时计数模块；
有效功率标幺值信号计时计数模块，用于记录在计数时间t以内有效功率标幺值信号变化次数，并转变成发电机功率变化的频率fP，并输入到低频振荡判别模块；
低频振荡判别模块，当fP大于设定值fPd，判定该原动机发生低频强迫振荡，发出报警；
当fP小于等于设定值fPd，则返回至发电机功率测量模块。
进一步地，所述有效功率标幺值信号筛选模块的具体内容为：设置有效功率标幺值P的上、下限Pmax和Pmin，当有效功率标幺值P大于Pmax时计为1，当有效功率标幺值P小于Pmin时计为-1。
进一步地，所述有效功率标幺值信号计时计数模块的具体内容为：当1和-1交替出现一次计数1，在计数时间t以内计数为N，N除以t得到频率变化的频率fP。
本发明具有的有益效果如下：本发明利用功率变送器现有信号能快速检测判别原动机低频强迫振荡发生。本发明单独凭借原动机侧信号判断低频振荡发生，数据处理量少，计算时间短，准确度高。本发明为从原动机侧抑制低频振荡提供了技术支持。
附图说明
为了更加清楚说明本发明所述基于发电机功率信号判别低频振荡的方法和系统，下面对本发明内容及实施例描述中所需要使用的附图作简单介绍。
图1为本发明基于发电机功率信号低频振荡判别方法的流程图；
图2为本发明具体实施方式中发电机功率信号测量图；
图3为本发明具体实施方式中功率标幺值信号带通滤波图；
图4为本发明具体实施方式中有效功率标幺值信号图；
图5为本发明具体实施方式中发电机功率变化的频率计数图；
图6为本发明基于发电机功率信号低频振荡判别系统的结构图。
具体实施方式
为了使本技术领域人员更好的理解本发明所述方法，下面结合说明书附图和具体实施方式对本发明作进一步说明，但本发明的保护范围不限于下述实施例。在本发明的精神和权利要求的保护范围内，对本发明做出的任何修改和变更，都落入本发明的保护范围。
实施例1
本实施例提供一种基于发电机功率信号低频振荡判别方法，其流程图如图1所示，其包括步骤：
1)实时测量原动机组发电机功率信号P0；
2)将发电机功率信号P0除以机组额定功率Pe得到功率标幺值Pu，对功率标幺值Pu进行带通滤波，滤去高频分量和低频分量，得到有效功率标幺值P，设置上、下限Pmax和Pmin，当有效功率标幺值P大于Pmax时计为1，当有效功率标幺值P小于Pmin时计为-1，1和-1交替出现一次计数1，在计数时间t以内计数为N，N除以t得到功率变化的频率fP；
3)当功率变化的频率fP大于设定值fPd，判定该原动机发生低频强迫振荡，发出报警，提醒运行人员作出应对措施；当fP小于等于设定值fPd，则重新测量原动机组发电机功率信号P0。
原动机在发生低频强迫振荡期间，发电机功率发生周期性强烈振荡。稳定并网运行的原动机，发电机功率在一个很小的范围内或者缓慢变化。基于上述现象，本发明提出了采用发电机功率变化的频率来判断原动机是否发生低频强迫振荡的方法。
所述阀值Pmax和Pmin根据不同机组设置不同参数。所述计数时间t根据不同机组设置不同参数。所述频率变化的频率设定值fPd根据不同机组设置不同参数。
实施例2
本实施例提供一种基于发电机功率信号低频振荡判别系统，如图6所示，其包括：
发电机功率测量模块，用于实时测量原动机组发电机功率，并输出给功率标幺值计算模块；
功率标幺值计算模块，用于计算发电机功率标幺值信号，并输出给功率标幺值信号滤波模块；
功率标幺值信号滤波模块，用于对功率标幺值信号进行带通滤波，滤去高频和低频分量，成为有效功率标幺值信号，并输出给有效功率标幺值信号筛选模块；
有效功率标幺值信号筛选模块，用于对有效功率标幺值信号进行筛选，并将筛选结果输入到有效功率标幺值信号计时计数模块；
有效功率标幺值信号计时计数模块，用于记录在计数时间t以内有效功率标幺值信号变化次数，并转变成发电机功率变化的频率fP，并输入到低频振荡判别模块；
低频振荡判别模块，当fP大于设定值fPd，判定该原动机发生低频强迫振荡，发出报警；
当fP小于等于设定值fPd，则返回至发电机功率测量模块。
所述有效功率标幺值信号筛选模块的具体内容为：设置有效功率标幺值P的上、下限Pmax和Pmin，当有效功率标幺值P大于Pmax时计为1，当有效功率标幺值P小于Pmin时计为-1。
所述有效功率标幺值信号计时计数模块的具体内容为：当1和-1交替出现一次计数1，在计数时间t以内计数为N，N除以t得到频率变化的频率fP。
所述阀值Pmax和Pmin根据不同机组设置不同参数。所述计数时间t根据不同机组设置不同参数。所述频率变化的频率设定值fPd根据不同机组设置不同参数。
采用本发明的判别系统应用时的内容如下：
1、通过发电机功率测量模块实时测量发电机功率。
接入发电机机端的电流、电压信号，采用全周傅立叶算法计算有功功率，响应时间小于 40ms，如图2所示。
2、搭建如图6所示判别系统，将发电机功率信号输入到功率标幺值计算模块中，计算发电机功率标幺值Pu。
3、发电机功率标幺值信号滤波模块对发电机功率标幺值进行带通滤波，滤去高频分量与低频分量，得到P，如图3所示。
4、有效功率标幺值信号筛选模块对P进行筛选，当P大于Pmax时计为1，当P小于Pmin时计为-1。根据图4所示，设置Pmax和Pmin分别为0.1和-0.1。
5、有效功率标幺值信号计时计数模块，计数时间60s以内有效频差信号变化次数72次，并转变成发电机频率变化的频率1.2Hz；如图5所示。
6、低频振荡判别模块，发电机功率变化的频率1.2Hz大于设定的0.1HZ，则判定该原动机发生低频强迫振荡。发出报警，提醒运行人员作出应对措施。

Claims (10)

1.一种基于发电机功率信号的低频振荡判别方法，其特征在于，包括步骤：
1)实时测量原动机组发电机功率信号P0；
2)将发电机功率信号P0除以机组额定功率Pe得到功率标幺值Pu，对功率标幺值Pu进行带通滤波，滤去高频分量和低频分量，得到有效功率标幺值P，设置上、下限Pmax和Pmin，当有效功率标幺值P大于Pmax时计为1，当有效功率标幺值P小于Pmin时计为-1，1和-1交替出现一次计数1，在计数时间t以内计数为N，N除以t得到功率变化的频率fP；
3)当功率变化的频率fP大于设定值fPd，判定该原动机发生低频强迫振荡，发出报警；当fP小于等于设定值fPd，则重新测量原动机组发电机功率信号P0。
2.根据权利要求1所述的一种基于发电机功率信号的低频振荡判别方法，其特征在于，所述阀值Pmax和Pmin根据不同机组设置不同参数。
3.根据权利要求1所述的一种基于发电机功率信号的低频振荡判别方法，其特征在于，所述计数时间t根据不同机组设置不同参数。
4.根据权利要求1所述的一种基于发电机功率信号的低频振荡判别方法，其特征在于，所述频率变化的频率设定值fPd根据不同机组设置不同参数。
5.一种基于发动机功率信号的低频振荡判别系统，其特征在于，包括：
发电机功率测量模块，用于实时测量原动机组发电机功率，并输出给功率标幺值计算模块；
功率标幺值计算模块，用于计算发电机功率标幺值信号，并输出给功率标幺值信号滤波模块；
功率标幺值信号滤波模块，用于对功率标幺值信号进行带通滤波，滤去高频和低频分量，成为有效功率标幺值信号，并输出给有效功率标幺值信号筛选模块；
有效功率标幺值信号筛选模块，用于对有效功率标幺值信号进行筛选，并将筛选结果输入到有效功率标幺值信号计时计数模块；
有效功率标幺值信号计时计数模块，用于记录在计数时间t以内有效功率标幺值信号变化次数，并转变成发电机功率变化的频率fP，并输入到低频振荡判别模块；
低频振荡判别模块，当fP大于设定值fPd，判定该原动机发生低频强迫振荡，发出报警；
当fP小于等于设定值fPd，则返回至发电机功率测量模块。
6.根据权利要求5所述的一种基于发动机功率信号的低频振荡判别系统，其特征在于，所述有效功率标幺值信号筛选模块的具体内容为：设置有效功率标幺值P的上、下限Pmax和Pmin，当有效功率标幺值P大于Pmax时计为1，当有效功率标幺值P小于Pmin时计为-1。
7.根据权利要求6所述的一种基于发动机功率信号的低频振荡判别系统，其特征在于，所述有效功率标幺值信号计时计数模块的具体内容为：当1和-1交替出现一次计数1，在计数时间t以内计数为N，N除以t得到频率变化的频率fP。
8.根据权利要求5所述的一种基于发动机功率信号的低频振荡判别系统，其特征在于，所述阀值Pmax和Pmin根据不同机组设置不同参数。
9.根据权利要求5所述的一种基于发动机功率信号的低频振荡判别系统，其特征在于，所述的计数时间t根据不同机组设置不同参数。
10.根据权利要求5所述的一种基于发动机功率信号的低频振荡判别系统，其特征在于，所述频率变化的频率设定值fPd根据不同机组设置不同参数。
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