CN112505407B - 电网宽频振荡监测方法、系统、设备及可读存储介质 - Google Patents

电网宽频振荡监测方法、系统、设备及可读存储介质 Download PDF

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CN112505407B CN202011587771.7A CN202011587771A CN112505407B CN 112505407 B CN112505407 B CN 112505407B CN 202011587771 A CN202011587771 A CN 202011587771A CN 112505407 B CN112505407 B CN 112505407B
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Abstract

本发明属于电力系统自动化领域，公开了一种电网宽频振荡监测方法、系统、设备及可读存储介质，包括获取电网信号并进行频谱分析，得到初始频谱分析结果；根据初始频谱分析结果，获取电网信号中的所有非工频带的振荡监测信号；选取所有非工频带的振荡监测信号中的各待修正的振荡监测信号，修正各待修正的振荡监测信号的初始频谱分析结果，得到各待修正的振荡监测信号的修正频谱分析结果，根据修正频谱分析结果监测电网宽频振荡。能够实现电网宽频振荡监测信号中的各频率及各频率对应的幅值和相位的准确测量，有效弥补PMU仅能实现基波相量测量，无法实现间谐波测量的这一缺陷，为新能源大规模接入下电网的安全稳定运行提供了新的监测手段。

Description

电网宽频振荡监测方法、系统、设备及可读存储介质
技术领域
本发明属于电力系统自动化领域，涉及一种电网宽频振荡监测方法、系统、设备及可读存储介质。
背景技术
随着高比例新能源的并网接入和高比例电力电子设备在电网中的应用，电网从“源—网—荷”环节都呈现了电力电子化的趋势，使得电力电子设备之间以及电力电子设备与电网之间出现振荡，而且随着电网中电力电子设备数量日益增加，电网振荡发生的更加频繁，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，迫切需要对这类电力电子设备接入后的电网所呈现的新型振荡进行实时监测，为电网的安全稳定运行提供新的监测手段。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，而变流式恒瞬时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 directcurrent transmission,VSC-HVDC)与弱交流电网的相互作用，会激发频率从数Hz到数千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瞬时功率稳定、低频振荡等问题之外，还产生了中频带(5～300Hz)的涉网稳定性问题，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瞬时功率波动、高压直流站出现高次谐波振荡等，如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率发展。
WAMS系统(广域测量系统)借助于PMU(相量测量单元)基波相量测量数据，在100帧/秒最大传输速率下，可以实现50Hz以下次同步振荡的监测，但其不具有实时监测的特点，所有的振荡识别都依赖于WAMS主站开展，不仅导致振荡告警分析时间相对较长，而且难以适应新能源大规模接入后的挑战；此外，绝大多数WAMS主站系统的传输速率都小于100帧/秒，往往采用50帧/秒或者25帧/秒，这在一定程度上讲其振荡辨识的范围下降到25Hz或者12.5Hz以下，严重影响了振荡的辨识与监测功能。即使WAMS系统采用100帧/秒的最大传输速率，也无法实现50Hz以上超同步振荡乃至宽频振荡的实时监测，因此WAMS系统无法应对高比例新能源并网接入和大量高比例电力电子设备接入带来的宽频振荡挑战。同时，由于大量宽频振荡所呈现的振荡频率往往是非工频信号或者谐波信号，且绝大多数都属于间谐波的范畴，而PMU装置仅用来实现电网基波相量的测量，无法满足间谐波信号的实时监测。随着能源转型战略，新能源在电网中的使用比例也将日益增加，而由此引起的宽频振荡必将呈现日益频繁的趋势，迫切需要提出新的测量技术，来实现电网宽频振荡的实时测量。
发明内容
本发明的目的在于克服上述现有技术中，现有电网的振荡检测方法，难以有效进行电网宽频振荡的实时监测的缺点，提供一种电网宽频振荡监测方法、系统、设备及可读存储介质。
为达到上述目的，本发明采用以下技术方案予以实现：
本发明第一方面，一种电网宽频振荡监测方法，包括以下步骤：
获取电网信号并进行频谱分析，得到初始频谱分析结果；
根据初始频谱分析结果，获取电网信号中的所有非工频带的振荡监测信号；
选取所有非工频带的振荡监测信号中的各待修正的振荡检测信号，其中，待修正的振荡检测信号为幅值大于所有非工频带的振荡监测信号的幅值均值的振荡监测信号；
根据各待修正的振荡监测信号及其预设频率范围内的振荡监测信号，修正各待修正的振荡监测信号的初始频谱分析结果，得到各待修正的振荡监测信号的修正频谱分析结果，根据修正频谱分析结果监测电网宽频振荡。
本发明电网宽频振荡监测方法进一步的改进在于：
所述获取电网信号并进行频谱分析，得到初始频谱分析结果的具体方法为：
利用高频采样方法采集电网的三相电压信号和三相电流信号，得到电网信号，将电网信号进行低通滤波及加窗处理后，通过FFT算法进行频谱分析，得到初始频谱分析结果。
所述根据各待修正的振荡监测信号及其预设频率范围内的振荡监测信号，修正各待修正的振荡监测信号的初始频谱分析结果的具体方法为：
根据各待修正的振荡监测信号的初始频谱分析结果，初始频谱分析结果包括频率、幅值及相位；按照幅值从大到小的顺序修正各待修正的振荡监测信号，在各待修正的振荡监测信号及其预设频率范围内的振荡监测信号中选取幅值最大和次大的振荡监测信号，以幅值最大的振荡监测信号更新待修正的振荡监测信号；
根据幅值最大和次大的振荡监测信号的幅值，得到频率修正系数；
根据频率修正系数，修正幅值最大的振荡监测信号的频率；
根据频率修正系数、窗函数、幅值最大的振荡监测信号的幅值以及幅值次大的振荡监测信号的幅值，修正幅值最大的振荡监测信号的幅值；
根据频率修正系数、幅值最大的振荡监测信号的相位以及幅值次大的振荡监测信号的相位，修正幅值最大的振荡监测信号的相位。
所述根据幅值最大和次大的振荡监测信号的幅值，得到频率修正系数的具体方法为：
根据幅值最大和次大的振荡监测信号的幅值，通过下式得到频率修正系数：
Figure BDA0002866345950000041
其中，Y1为幅值最大的振荡监测信号的幅值，Y2为幅值次大的振荡监测信号的幅值，W为频谱分析的窗函数，N为振荡监测信号的采样点数，a为频率修正系数，β为中间参数。
所述修正幅值最大的振荡监测信号的频率的具体方法为：
通过下式修正幅值最大的振荡监测信号的频率：
f0＝(k1+a+0.5)Δf
其中，f0为修正后的幅值最大的振荡监测信号的频率，k1为幅值最大的振荡监测信号的频率，Δf为频率分辨率；
修正幅值最大的振荡监测信号的幅值的具体方法为：
通过下式修正幅值最大的振荡监测信号的幅值：
Figure BDA0002866345950000042
其中，A为修正后的幅值最大的振荡监测信号的幅值；
修正幅值最大的振荡监测信号的相位具体方法为：
通过下式修正幅值最大的振荡监测信号的相位：
θ0＝θi-π[a-0.5*(-1)i]，i＝1,2
其中，θ0为修正后的幅值最大的振荡监测信号的相位，i＝1时，θi为幅值最大的振荡监测信号的相位，i＝2时，θi为幅值次大的振荡监测信号的相位。
还包括：当各待修正的振荡监测信号的修正频谱分析结果中，至少存在一个待修正的振荡监测信号幅值大于预设幅值，且存在时间超过预设的整定时长时，生成告警信息。
本发明第二方面，一种电网宽频振荡监测系统，包括：
频谱分析模块，用于获取电网信号并进行频谱分析，得到初始频谱分析结果；
振荡监测信号获取模块，用于根据初始频谱分析结果，获取电网信号中的所有非工频带的振荡监测信号；
振荡监测信号选取模块，用于选取所有非工频带的振荡监测信号中的各待修正的振荡检测信号，其中，待修正的振荡检测信号为幅值大于所有非工频带的振荡监测信号的幅值均值的振荡监测信号；以及
修正监测模块，用于根据各待修正的振荡监测信号及其预设频率范围内的振荡监测信号，修正各待修正的振荡监测信号的初始频谱分析结果，得到各待修正的振荡监测信号的修正频谱分析结果，根据修正频谱分析结果监测电网宽频振荡。
本发明电网宽频振荡监测系统进一步的改进在于：
还包括：振荡告警模块，用于当各待修正的振荡监测信号的修正频谱分析结果中，至少存在一个待修正的振荡监测信号的幅值大于预设幅值，且存在时间超过预设的整定时长时，生成告警信息。
本发明第三方面，一种计算机设备，包括存储器、处理器以及存储在所述存储器中并可在所述处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时实现上述电网宽频振荡监测方法的步骤。
本发明第四方面，一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现上述电网宽频振荡监测方法的步骤。
与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
本发明电网宽频振荡监测方法，通过获取电网信号并进行频谱分析，得到初始频谱分析结果；然后根据初始频谱分析结果，获取电网信号中的所有非工频带的振荡监测信号，然后选取所有非工频带的振荡监测信号中，幅值大于所有非工频带的振荡监测信号的幅值均值的振荡监测信号，得到若干待修正的振荡监测信号，并根据各待修正的振荡监测信号及其预设频率范围内的振荡监测信号，修正各待修正的振荡监测信号的初始频谱分析结果，得到各待修正的振荡监测信号的修正频谱分析结果，进而实现电网各宽频振荡监测信号的频率及幅值和相位的准确测量，尤其是间谐波的测量，然后根据这些测量结果实现电网宽频振荡监测，有效弥补PMU仅能实现基波相量测量，无法实现间谐波测量的这一问题，为新能源大规模接入下电网的安全稳定运行提供了新的监测手段，提升电网的运行安全水平，推动风电、光伏等新能源的消纳。
附图说明
图1为本发明实施例的电网宽频振荡监测方法流程图；
图2为本发明实施例的间谐波测量结果校正示意图；
图3为本发明实施例的电网宽频振荡监测系统结构示意图。
具体实施方式
为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案，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一部分的实施例，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做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本发明保护的范围。
需要说明的是，本发明的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的本发明的实施例能够以除了在这里图示或描述的那些以外的顺序实施。此外，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。
下面结合附图对本发明做进一步详细描述：
参见图1，本发明一实施例中，提供一种电网宽频振荡监测方法，能够实现电网的低频振荡、次/超同步振荡、高次谐波振荡等宽频域振荡的实时监测，实时计算出振荡的频谱分析结果，即频率、幅值和相位，能够为新能源大规模并网接入下电网的运行监测提供新的监测手段，保障电网运行安全。具体的，该电网宽频振荡监测方法包括以下步骤。
S1：获取电网信号并进行频谱分析，得到初始频谱分析结果。
具体的，利用高频采样方法采集电网信号，将电网信号加窗后通过FFT算法进行频谱分析，得到初始频谱分析结果。
本实施例中，电网信号包括电网电压信号和电网电流信号，实际中也可按照需求选择其中之一。具体的，对于电网的各个电气间隔，通过获取电网的三相电压信号以及三相电流信号，然后根据设定的采样频率进行采样，采样频率可根据振荡信号的范围进行灵活设置，本发明推荐采用25.6kHz(512点/周期)和12.8kHz(256点/周期)两种方式，两种采样频率分别可以覆盖0～12800Hz(256次谐波范围)和0～6400Hz(128次谐波范围)内的振荡信号。考虑到现阶段宽频振荡信号一般都在50次谐波范围内，可以优先采用12.8kHz的采样频率，这样便于工程实施，同时也可有效减少后续处理的工作量。实际中可以采用两种不同的采样频率并行，选择哪一种采样频率只需要对装置的硬件拨码进行调整即可，类似一个选择开关。
具体的，本实施例中考虑0～2500Hz范围内宽频信号(去除工频率)的统一计算分析，为有效避免频谱的泄露，数据加窗是较为有效的有段。其中，将非工频带的振荡监测信号加窗时，一般可采用的窗函数包括汉宁窗、海明窗或Blackman窗等，加窗的具体操作为：将非工频带的振荡监测信号与窗函数相乘，实现加窗。
在实际选择中，窗函数在选择上要保证主瓣宽度尽可能窄，使信号尽可能集中在窗函数频谱的主瓣内，以提高谱估计时的频率分辨率；同时，窗函数频谱中的旁瓣峰值应尽量低且随着频率尽快衰减，使信号能量损失尽量小，如此可有效抑制因频谱泄露而造成的干扰。但在实际工程应用中，同时满足上述两个要求的窗函数是很难得到的，因此往往需要在两者之间进行综合考虑，选择一个满足工程需求的折中方案。
本实施例中，优先选择汉宁窗，虽然其主瓣宽度相对矩形窗增加了一倍，但是旁瓣的衰减速度提升了三倍，在各类窗函数的综合对比中相对较好，汉宁窗的时域离散表达式如下：
Figure BDA0002866345950000091
其中，N表示总采样点数，即12.8kHz的采样频率时，N为12800。
对于加窗处理后的振荡监测信号，本实施例中，采用FFT(快速傅里叶变换)算法采用设置的时间窗Tw进行频谱分析，得出三相电压、三相电流和三相瞬时功率的频谱计算结果，包括计算得出的三相电压、三相电流和三相瞬时功率的各频率及各频率对应的幅值和相位。
其中，对于数据的时间窗Tw，可以根据分辨率Δf的需求进行设置。由于时间窗与频率分辨率成反比，即Tw*Δf＝1，要想获得更高的频率分辨率，则需要更长的时间窗Tw，但时间窗Tw太长则难以快速反应信号的变化情况，因此两者需要进行折中权衡，若想获得0.5Hz的分辨率，则Tw＝2s。本实施例中采用1Hz的频率分辨率，即Tw＝1s。
优选的，本实施例中，考虑到信号采集过程中会存在高频信号或者噪声信号对结果的准确性产生影响，因此，将非工频带的振荡监测信号进行低通滤波处理，滤除监测频域外的超高频信号，具体的，采用模拟电路的低通滤波器滤除非工频带的振荡监测信号中的高频信号，然后对经过高频信号过滤的非工频带的振荡监测信号，再采用数字滤波器进行分类滤波，对于45Hz以下的振荡监测信号采用数字化的低通滤波器滤除噪声信号，对于55Hz以上的振荡监测信号采用数字化的低通滤波器滤除噪声信号，为后续的间谐波信号的计算分析做好准备。
额外的，对于选取剩下的45～55Hz范围的工频带的振荡监测信号，后续可以用于基波相量的计算分析，有效避免间谐波信号对其的干扰。针对45～55Hz的工频带信号进行单独处理，采用20ms的时间窗进行FFT计算，由于该频率不涉及振荡信号的范围，将其单独进行处理，一方面可以保障基波相量测量的准确性，另一方面更重要的原因就是基波信号的幅值相对较大，如果和间谐波信号一同进行计算，大量的间谐波信号往往容易被基波信号淹没掉，不利于后续的展示分析，因此，对45～55Hz工频带信号进行单独处理，剩下的非工频带信号就可以方便地进行计算分析和数据修正，以确保间谐波信号的测量精度。
S2：根据初始频谱分析结果，获取电网信号中的所有非工频带的振荡监测信号。其中，振荡监测信号包括电压振荡监测信号、电流振荡监测信号以及瞬时功率振荡监测信号中的一种或几种；其中，电压振荡监测信号通过高频采样电网电压信号得到；电流振荡监测信号通过高频采样电网电流信号得到；瞬时功率振荡监测信号通过将各采样点的电网电压信号与电网电流信号对应相乘并集合得到。
其中，初始频谱分析结果包括频率、幅值及相位，即电网信号中各信号的频率、幅值及相位，然后基于频率选择出所有非工频带的振荡监测信号。
S3：选取所有非工频带的振荡监测信号中的各待修正的振荡检测信号，其中，待修正的振荡检测信号为幅值大于所有非工频带的振荡监测信号的幅值均值的振荡监测信号。
将所有非工频带的振荡监测信号按照幅值的大小进行排序，记录各振荡监测信号所在的具体位置，然后求得所有非工频带的振荡监测信号的幅值均值，将其中幅值大于幅值均值的振荡监测信号作为待修正的振荡监测信号。
S4：根据各待修正的振荡监测信号及其预设频率范围内的振荡监测信号，修正各待修正的振荡监测信号的初始频谱分析结果，得到各待修正的振荡监测信号的修正频谱分析结果，根据修正频谱分析结果监测电网宽频振荡。
其中，根据各待修正的振荡监测信号及其预设频率范围内的振荡监测信号，修正各待修正的振荡监测信号的初始频谱分析结果的具体方法为：根据各待修正的振荡监测信号的初始频谱分析结果，初始频谱分析结果包括频率、幅值及相位；按照幅值从大到小的顺序修正各待修正的振荡监测信号，在各待修正的振荡监测信号及其预设频率范围内的振荡监测信号中选取幅值最大和次大的振荡监测信号，以幅值最大的振荡监测信号更新待修正的振荡监测信号；根据幅值最大和次大的振荡监测信号的幅值，得到频率修正系数；根据频率修正系数，修正幅值最大的振荡监测信号的频率；根据频率修正系数、窗函数、幅值最大的振荡监测信号的幅值以及幅值次大的振荡监测信号的幅值，修正幅值最大的振荡监测信号的幅值；根据频率修正系数、幅值最大的振荡监测信号的相位以及幅值次大的振荡监测信号的相位，修正幅值最大的振荡监测信号的相位。
具体的，通过上述的步骤，得到的各待修正的振荡监测信号的初始频谱分析结果包括各待修正的振荡监测信号的的频率及幅值和相位，但是这些结果仅是按照采样频率得到的，即经过FFT计算后，加窗后非工频带的振荡监测信号按照1Hz的间隔得出频率分析结果，即从0、1Hz、2Hz到6400Hz，每个频率都有对应的幅值和相位，但是由于宽频振荡的信号是不明确的，而且往往都是属于间谐波范畴，因此真实的间谐波信号在上述FFT计算过程中就会泄露到其周边频带，例如25.5Hz的振荡监测信号，经过上述FFT计算后，就会在其临近的25Hz、26Hz以及各自临近的频率呈现幅值和相位，这其实是频谱泄露造成的，也正因为如此，对于间谐波的测量，必须在其FFT计算后进行频率、幅值和相位的修正。
具体的，按照幅值从大到小的顺序，选取各待修正的振荡监测信号进行修正，至当前待修正的振荡监测信号的幅值小于幅值均值，修正结束。
具体的，将各待修正的振荡监测信号按照幅值的大小进行排序，记录各待修正的振荡监测信号所在的具体位置。即针对12.8kHz的采样数据进行FFT计算，会得出0～6400个计算结果。由于本实施例当前仅考虑2500Hz范围的数据，因此需要按照幅值大小进行完整的排序，然后根据幅值大小计算幅值平均值Ave，三相电压、三相电流及三相瞬时功率分别有各自的频谱曲线，以A相电压FFT计算结果为例，对A相电压所有非工频率(0～2500Hz范围内去除45～55Hz)的振荡监测信号的幅值进行统计，计算出幅值平均值Ave-Va，然后对排序后的振荡监测信号按照从大到小选取直到遇到幅值小于幅值平均值的振荡监测信号为止，后续数据校正就针对幅值大于平均值的那些振荡监测信号进行，根据排序所记录的就是其所在的位置，比如频谱为30的频率，其对应的频率值就应该是30*Δf，本实施例中频率分辨率Δf＝1Hz，因此其对应的频率为30Hz。
若排序后发现信号有相互临近的振荡监测信号，任何测量的信号都有个基本的频率，根据具体的时间窗可以明确具体的频率分辨率，以1Hz的分辨率为例，当实际的信号出现泄露时会在相邻的频率出现能量的泄露。例如，67Hz、68Hz的外部信号在分辨率为1Hz的情况下是可以准确测量的，当外部信号为67.5Hz时，1Hz的分辨率难以准确测量，此处在67Hz、68Hz会出现较大的幅值，同时66Hz、69Hz都会出现一定的幅值，但相比67、68Hz会比较小，这就是频谱的泄露，这里所说的相互临近的频段(频率)，例如66Hz、67Hz、68Hz、69Hz等，一般以前后相邻的5个频谱范围频率左右作为相互临近的频率，当频率分辨率为1Hz，即预设的领域范围为5Hz。在这些相互临近的频率中保留幅值最大的频率，仍以25.7Hz为例，其结果发现25Hz、26Hz、24Hz、27Hz和28Hz等都有一定的幅值，且信号还相临，此时对这些相互临近的频率进行处理，从中挑选幅值最大和次大的频率进行标识。
实际工程中，间谐波信号可能会存在多个，下述以一个间谐波信号的修正为例，阐述针对某一个相互临近的频率进行修正的过程，在完成该相互临近的振荡监测信号的修正后再按照顺序对其它相互临近的振荡监测信号的间谐波进行修正，直到完成频谱内所有相互临近的振荡监测信号的修正，然后给出各待修正的振荡监测信号的修正后的频率及对应的幅值和相位。
具体的，各待修正的振荡监测信号的均进行如下修正过程：
S401：在各待修正的振荡监测信号及其预设频率范围内的振荡监测信号中选取幅值最大和次大的振荡监测信号，以幅值最大的振荡监测信号更新待修正的振荡监测信号。
S402：根据幅值最大和次大的振荡监测信号的幅值，得到频率修正系数。
具体的，参见图2，认定一相互临近的振荡监测信号中存在一待修正的间谐波，定义其频谱编号k0，对比分析其前后临近振荡监测信号间谐波频谱编号标识为k1，k2，且k1＜k0＜k2，其中，k1，k2分别对应幅值最大和次大的振荡监测信号的频率；获取k1的幅值为Y1，相位θ1；k2的幅值为Y2，相位θ2。利用临近谱线k1和k2的幅值Y1和Y2，计算频率修正系数α和中间参数β，其中
Figure BDA0002866345950000131
由于Y1和Y2的值就是FFT计算后k1和k2对应的幅值，因此可以求出β，然后根据β再计算出α的值。其中，W为汉宁窗的频域表达式。利用修正系数对频率进行修正，计算修正后的频率f0＝(k1+a+0.5)Δf，Δf＝1/Tw。其中，f0为修正后的幅值最大的振荡监测信号的频率，k1为幅值最大的振荡监测信号的频率，Δf为频率分辨率。
S403：根据频率修正系数、窗函数、幅值最大的振荡监测信号的幅值以及幅值次大的振荡监测信号的幅值，修正幅值最大的振荡监测信号的幅值。具体的，利用修正系数对幅值进行修正，得到修正后的幅值
Figure BDA0002866345950000141
其中，A为修正后的幅值最大的振荡监测信号的幅值。
S404：根据频率修正系数、幅值最大的振荡监测信号的相位以及幅值次大的振荡监测信号的相位，修正幅值最大的振荡监测信号的相位。利用修正系数对相位进行修正，得到修正后的相位为θ0＝θi-π[a-0.5*(-1)i]，(i＝1,2)，i＝1和i＝2两个都要考虑，其中，θ0为修正后的幅值最大的振荡监测信号的相位，i＝1时，θi为幅值最大的振荡监测信号的相位，i＝2时，θi为幅值次大的振荡监测信号的相位。
经过上述修正步骤，保证电网振荡监测信号的频谱结果的准确性，根据修正后的频谱分析结果进行电网宽频振荡监测，保障电网的安全稳定运行。
优选的，本实施例中，在完成宽频域振荡的监测后，将所测量的一个或者多个待修正的振荡监测信号的修正频谱分析结果，即修正的频率、幅值和相位对外传输，可通过IEC61850标准或者GB/T26865.2协议传输。同时，当各待修正的振荡监测信号的修正频谱分析结果中，至少存在一个待修正的振荡监测信号的幅值大于预设幅值，且存在时间超过预设的整定时长时，生成告警信息并对外传输。
综上所述，本发明电网宽频振荡监测方法，通过获取电网信号并进行频谱分析，得到初始频谱分析结果；然后根据初始频谱分析结果，获取电网信号中的所有非工频带的振荡监测信号，然后选取所有非工频带的振荡监测信号中，幅值大于所有非工频带的振荡监测信号的幅值均值的振荡监测信号，得到若干待修正的振荡监测信号，并根据各待修正的振荡监测信号及其预设频率范围内的振荡监测信号，修正各待修正的振荡监测信号的初始频谱分析结果，得到各待修正的振荡监测信号的修正频谱分析结果，进而实现电网各宽频振荡监测信号的频率及幅值和相位的准确测量，尤其是间谐波的测量，然后根据这些测量结果实现电网宽频振荡监测，有效弥补PMU仅能实现基波相量测量，无法实现间谐波测量的这一问题，为新能源大规模接入下电网的安全稳定运行提供了新的监测手段，提升电网的运行安全水平，推动风电、光伏等新能源的消纳。
下述为本发明的装置实施例，可以用于执行本发明方法实施例。对于装置实施例中未纰漏的细节，请参照本发明方法实施例。
参见图3，本发明再一个实施例中，提供了一种电网宽频振荡监测系统，该电网宽频振荡监测系统能够用于实施上述的电网宽频振荡监测方法，具体的，该电网宽频振荡监测系统包括频谱分析模块、振荡监测信号获取模块、振荡监测信号选取模块以及修正监测模块。
其中，频谱分析模块用于获取电网信号并进行频谱分析，得到初始频谱分析结果；振荡监测信号获取模块用于根据初始频谱分析结果，获取电网信号中的所有非工频带的振荡监测信号；振荡监测信号选取模块用于选取所有非工频带的振荡监测信号中的各待修正的振荡检测信号，其中，待修正的振荡检测信号为幅值大于所有非工频带的振荡监测信号的幅值均值的振荡监测信号；修正监测模块用于根据各待修正的振荡监测信号及其预设频率范围内的振荡监测信号，修正各待修正的振荡监测信号的初始频谱分析结果，得到各待修正的振荡监测信号的修正频谱分析结果，根据修正频谱分析结果监测电网宽频振荡。
优选的，还包括振荡告警模块和数据传输模块，振荡告警模块用于当各待修正的振荡监测信号的修正频谱分析结果中，至少存在一个待修正的振荡监测信号的幅值大于预设幅值，且存在时间超过预设的整定时长时，生成告警信息；数据传输模块用于传输频谱分析结果以及告警信息，可通过IEC61850标准或者GB/T26865.2协议传输。
本发明再一个实施例中，提供了一种终端设备，该终端设备包括处理器以及存储器，所述存储器用于存储计算机程序，所述计算机程序包括程序指令，所述处理器用于执行所述计算机存储介质存储的程序指令。处理器可能是中央处理单元(Central ProcessingUnit，CPU)，还可以是其他通用处理器、数字信号处理器(Digital Signal Processor、DSP)、专用集成电路(Application Specific Integrated Circuit，ASIC)、现成可编程门阵列(Field-Programmable GateArray，FPGA)或者其他可编程逻辑器件、分立门或者晶体管逻辑器件、分立硬件组件等，其是终端的计算核心以及控制核心，其适于实现一条或一条以上指令，具体适于加载并执行一条或一条以上指令从而实现相应方法流程或相应功能；本发明实施例所述的处理器可以用于电网宽频振荡监测方法的操作，包括以下步骤：获取电网信号并进行频谱分析，得到初始频谱分析结果；根据初始频谱分析结果，获取电网信号中的所有非工频带的振荡监测信号；选取所有非工频带的振荡监测信号中的各待修正的振荡检测信号，其中，待修正的振荡检测信号为幅值大于所有非工频带的振荡监测信号的幅值均值的振荡监测信号；根据各待修正的振荡监测信号及其预设频率范围内的振荡监测信号，修正各待修正的振荡监测信号的初始频谱分析结果，得到各待修正的振荡监测信号的修正频谱分析结果，根据修正频谱分析结果监测电网宽频振荡。
本发明再一个实施例中，本发明还提供了一种存储介质，具体为计算机可读存储介质(Memory)，所述计算机可读存储介质是终端设备中的记忆设备，用于存放程序和数据。可以理解的是，此处的计算机可读存储介质既可以包括终端设备中的内置存储介质，当然也可以包括终端设备所支持的扩展存储介质。计算机可读存储介质提供存储空间，该存储空间存储了终端的操作系统。并且，在该存储空间中还存放了适于被处理器加载并执行的一条或一条以上的指令，这些指令可以是一个或一个以上的计算机程序(包括程序代码)。需要说明的是，此处的计算机可读存储介质可以是高速RAM存储器，也可以是非不稳定的存储器(non-volatile memory)，例如至少一个磁盘存储器。
可由处理器加载并执行计算机可读存储介质中存放的一条或一条以上指令，以实现上述实施例中有关电网宽频振荡监测方法的相应步骤；计算机可读存储介质中的一条或一条以上指令由处理器加载并执行如下步骤：获取电网信号并进行频谱分析，得到初始频谱分析结果；根据初始频谱分析结果，获取电网信号中的所有非工频带的振荡监测信号；选取所有非工频带的振荡监测信号中的各待修正的振荡检测信号，其中，待修正的振荡检测信号为幅值大于所有非工频带的振荡监测信号的幅值均值的振荡监测信号；根据各待修正的振荡监测信号及其预设频率范围内的振荡监测信号，修正各待修正的振荡监测信号的初始频谱分析结果，得到各待修正的振荡监测信号的修正频谱分析结果，根据修正频谱分析结果监测电网宽频振荡。
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。

Claims (9)

1.一种电网宽频振荡监测方法，其特征在于，包括以下步骤：
获取电网信号并进行频谱分析，得到初始频谱分析结果；
根据初始频谱分析结果，获取电网信号中的所有非工频带的振荡监测信号；
选取所有非工频带的振荡监测信号中的各待修正的振荡监测信号，其中，待修正的振荡监测信号为幅值大于所有非工频带的振荡监测信号的幅值均值的振荡监测信号；
根据各待修正的振荡监测信号及其预设频率范围内的振荡监测信号，修正各待修正的振荡监测信号的初始频谱分析结果，得到各待修正的振荡监测信号的修正频谱分析结果，根据修正频谱分析结果监测电网宽频振荡；
所述根据各待修正的振荡监测信号及其预设频率范围内的振荡监测信号，修正各待修正的振荡监测信号的初始频谱分析结果的具体方法为：
根据各待修正的振荡监测信号的初始频谱分析结果，初始频谱分析结果包括频率、幅值及相位；按照幅值从大到小的顺序修正各待修正的振荡监测信号，在各待修正的振荡监测信号及其预设频率范围内的振荡监测信号中选取幅值最大和次大的振荡监测信号，以幅值最大的振荡监测信号更新待修正的振荡监测信号；
根据幅值最大和次大的振荡监测信号的幅值，得到频率修正系数；
根据频率修正系数，修正幅值最大的振荡监测信号的频率；
根据频率修正系数、窗函数、幅值最大的振荡监测信号的幅值以及幅值次大的振荡监测信号的幅值，修正幅值最大的振荡监测信号的幅值；
根据频率修正系数、幅值最大的振荡监测信号的相位以及幅值次大的振荡监测信号的相位，修正幅值最大的振荡监测信号的相位。
2.根据权利要求1所述的电网宽频振荡监测方法，其特征在于，所述获取电网信号并进行频谱分析，得到初始频谱分析结果的具体方法为：
利用高频采样方法采集电网的三相电压信号和三相电流信号，得到电网信号，将电网信号进行低通滤波及加窗处理后，通过FFT算法进行频谱分析，得到初始频谱分析结果。
3.根据权利要求1所述的电网宽频振荡监测方法，其特征在于，所述根据幅值最大和次大的振荡监测信号的幅值，得到频率修正系数的具体方法为：
根据幅值最大和次大的振荡监测信号的幅值，通过下式得到频率修正系数：
Figure FDA0003835212900000021
其中，Y1为幅值最大的振荡监测信号的幅值，Y2为幅值次大的振荡监测信号的幅值，W为频谱分析的窗函数，N为振荡监测信号的采样点数，a为频率修正系数，β为中间参数。
4.根据权利要求3所述的电网宽频振荡监测方法，其特征在于，所述修正幅值最大的振荡监测信号的频率的具体方法为：
通过下式修正幅值最大的振荡监测信号的频率：
f0＝(k1+a+0.5)Δf
其中，f0为修正后的幅值最大的振荡监测信号的频率，k1为幅值最大的振荡监测信号的频率，Δf为频率分辨率；
修正幅值最大的振荡监测信号的幅值的具体方法为：
通过下式修正幅值最大的振荡监测信号的幅值：
Figure FDA0003835212900000022
其中，A为修正后的幅值最大的振荡监测信号的幅值；
修正幅值最大的振荡监测信号的相位具体方法为：
通过下式修正幅值最大的振荡监测信号的相位：
θ0＝θi-π[a-0.5*(-1)i]，i＝1,2
其中，θ0为修正后的幅值最大的振荡监测信号的相位，i＝1时，θi为幅值最大的振荡监测信号的相位，i＝2时，θi为幅值次大的振荡监测信号的相位。
5.根据权利要求1所述的电网宽频振荡监测方法，其特征在于，还包括：
当各待修正的振荡监测信号的修正频谱分析结果中，至少存在一个待修正的振荡监测信号幅值大于预设幅值，且存在时间超过预设的整定时长时，生成告警信息。
6.一种电网宽频振荡监测系统，其特征在于，包括：
频谱分析模块，用于获取电网信号并进行频谱分析，得到初始频谱分析结果；
振荡监测信号获取模块，用于根据初始频谱分析结果，获取电网信号中的所有非工频带的振荡监测信号；
振荡监测信号选取模块，用于选取所有非工频带的振荡监测信号中的各待修正的振荡监测信号，其中，待修正的振荡监测信号为幅值大于所有非工频带的振荡监测信号的幅值均值的振荡监测信号；以及
修正监测模块，用于根据各待修正的振荡监测信号及其预设频率范围内的振荡监测信号，修正各待修正的振荡监测信号的初始频谱分析结果，得到各待修正的振荡监测信号的修正频谱分析结果，根据修正频谱分析结果监测电网宽频振荡；
所述根据各待修正的振荡监测信号及其预设频率范围内的振荡监测信号，修正各待修正的振荡监测信号的初始频谱分析结果的具体方法为：
根据各待修正的振荡监测信号的初始频谱分析结果，初始频谱分析结果包括频率、幅值及相位；按照幅值从大到小的顺序修正各待修正的振荡监测信号，在各待修正的振荡监测信号及其预设频率范围内的振荡监测信号中选取幅值最大和次大的振荡监测信号，以幅值最大的振荡监测信号更新待修正的振荡监测信号；
根据幅值最大和次大的振荡监测信号的幅值，得到频率修正系数；
根据频率修正系数，修正幅值最大的振荡监测信号的频率；
根据频率修正系数、窗函数、幅值最大的振荡监测信号的幅值以及幅值次大的振荡监测信号的幅值，修正幅值最大的振荡监测信号的幅值；
根据频率修正系数、幅值最大的振荡监测信号的相位以及幅值次大的振荡监测信号的相位，修正幅值最大的振荡监测信号的相位。
7.根据权利要求6所述的电网宽频振荡监测系统，其特征在于，还包括：
振荡告警模块，用于当各待修正的振荡监测信号的修正频谱分析结果中，至少存在一个待修正的振荡监测信号的幅值大于预设幅值，且存在时间超过预设的整定时长时，生成告警信息。
8.一种计算机设备，包括存储器、处理器以及存储在所述存储器中并可在所述处理器上运行的计算机程序，其特征在于，所述处理器执行所述计算机程序时实现如权利要求1至5任一项所述电网宽频振荡监测方法的步骤。
9.一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质存储有计算机程序，其特征在于，所述计算机程序被处理器执行时实现如权利要求1至5任一项所述电网宽频振荡监测方法的步骤。
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