CN113240541A - 一种基于波形相关系数的扰动源快速定位方法和系统 - Google Patents

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陈汝昌
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赵海麟
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Abstract

本发明涉及一种基于波形相关系数的扰动源快速定位方法和系统，该方法包括：获取扰动发生时刻前5秒至后120秒的系统频率曲线；获取扰动发生时刻前5秒至后120秒的全系统中主力运行电厂和大负荷曲线；计算各主力运行电厂和大负荷与系统频率的相关性：快速定位相关性最大的运行电厂或大负荷所在位置。本发明针对导致异步电网频率波动的扰动源快速定位问题，采用波形相关系数作为系统中电厂或负荷与频率波形的关联判据，并据此提出异步电网中频率发生波动时的扰动源快速定位办法，实现快速查找扰动源并进行有效调控，保证电网正常安全运行。

Description

一种基于波形相关系数的扰动源快速定位方法和系统
技术领域
本发明属于电力系统安全稳定调控领域，具体涉及一种基于波形相关系数的扰动源快速定位方法和系统。
背景技术
频率作为衡量电能质量的基本指标之一，是电力系统的重要参数。电力系统中由于电能的物理不可储存性，需要由调度员在发电端与负荷端进行动态调整，以维持系统频率的动态平衡过程。当P机组>P负荷时，系统频率维持高频；当P机组<P负荷时，系统频率维持低频；当P机组＝P负荷时，系统频率维持正常值。
云南电网在2016年与南网主网主网通过直流线路异步互联后，形成了高比例直流外送型省级异步电网，从南方电网局部频率调节区转变为独立调频区。同时随着多条送端直流不断投运，电解铝硅等大工业用户不断投产，云南电网目前已成为最复杂的交直流混联异步电网之一。但同时由于系统规模相较于省间区域互联电网规模而言，仍算是一个小规模电网。
在实时运行过程中，发生大电厂或负荷故障跳闸后，仍会导致系统频率发生较大波动。日常的调度处置办法中，往往需要调度员人工对系统中的主力运行电厂或大负荷进行一次全面扫描，才能发现导致频率波动的扰动源所在，这正常需要三到五分钟时间，不利于故障电厂或负荷的快速隔离和系统频率快速恢复。
发明内容
为了解决上述问题，本发明提出一种基于波形相关系数的扰动源快速定位方法和系统，针对导致异步电网频率波动的扰动源快速定位问题，提出导致系统频率波动的扰动源判据，实现快速查找扰动源并进行有效调控，保证电网正常安全运行。
为实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：
一种基于波形相关系数的扰动源快速定位方法，按以下进行：
获取扰动发生时刻前5秒至后120秒的系统频率曲线f(t)；
获取扰动发生时刻前5秒至后120秒的全系统中主力运行电厂和大负荷曲线Pei(t)；
按式(1)计算各主力运行电厂和大负荷与系统频率的相关性：
Figure BDA0003029861470000011
式中：N为频率振荡发生后采样得到的数据集；n为系统中运行电厂及大负荷数目；得到统计时段内各主力运行电厂和大负荷与系统频率的相关性并按大小进行排序，给出相关性最大的电厂或大负荷；
快速定位相关性最大的运行电厂或大负荷所在位置。
进一步地，
ρxy＝1表明两信号相位一致，完全正相关，表示此运行电厂或大负荷与系统频率波动关联性最大；
ρxy＝-1表明两信号相位差为180°，完全负相关，表示此运行电厂或大负荷与系统频率反向发展，在系统频率发生波动后进行了反向调节；
ρxy＝0表明两信号相位差为90°，信号之间相互独立，表示此运行电厂或大负荷与系统频率波动完全无关；其余情况下ρxy位于-1与+1之间。
进一步地，利用SCADA系统获取系统频率曲线以及全系统中主力运行电厂和大负荷曲线。
本发明还涉及的一种基于波形相关系数的扰动源快速定位系统，包括：
数据采集模块，采集扰动发生时刻前5秒至后120秒的系统频率曲线f(t)，获取扰动发生时刻前5秒至后120秒的全系统中主力运行电厂和大负荷曲线Pei(t)；
处理模块，建立扰动分析数据库，用于根据得到的扰动分析数据库，计算每个主力运行电厂和大负荷与系统频率的相关系数，按大小进行排序，给出相关性最大的电厂或大负荷；
扰动源定位模块，根据处理模块计算结果，快速定位相关性最大的运行电厂或大负荷所在位置。
进一步地，处理模块按式(1)计算各主力运行电厂和大负荷与系统频率的相关性：
Figure BDA0003029861470000021
式中：为频率振荡发生后采样得到的数据集；为系统中运行电厂及大负荷数目；得到统计时段内各主力运行电厂和大负荷与系统频率的相关性并按大小进行排序，给出相关性最大的电厂或大负荷。
进一步地，
ρxy＝1表明两信号相位一致，完全正相关，表示此运行电厂或大负荷与系统频率波动关联性最大；
ρxy＝-1表明两信号相位差为180°，完全负相关，表示此运行电厂或大负荷与系统频率反向发展，在系统频率发生波动后进行了反向调节；
ρxy＝0表明两信号相位差为90°，信号之间相互独立，表示此运行电厂或大负荷与系统频率波动完全无关；其余情况下ρxy位于-1与+1之间。
本发明还涉及一种电子设备，包括存储器、处理器以及在存储器上，并可在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方法的步骤。
本发明还涉及一种非暂态计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，该计算机程序被处理器执行时，实现如上述方法的步骤。
与现有技术相比，本发明的有益效果如下：
(1)本发明针对导致异步电网频率波动的扰动源快速定位问题，采用波形相关系数作为系统中电厂或负荷与频率波形的关联判据，并据此提出异步电网中频率发生波动时的扰动源快速定位办法，实现快速查找扰动源并进行有效调控，保证电网正常安全运行。
(2)本发明能够实现对异步电网中导致系统频率波动的扰动源快速定位，为调度员快速查找扰动源并进行有效隔离、减少对发电单元或负荷端的无效扫描提供快速支撑，有效提高电网安全保障水平。
附图说明
图1为本实施例的单位时段内频率曲线图；
图2为本实施例的主力运行电厂或大负荷有功图；
图3为本实施例的系统框图；
图4为某次系统频率发生扰动时的频率曲线及主力电厂出力曲线；
图5为实施例提供的电子设备结构示意图。
具体实施方式
下面将结合本申请实施例中的附图，对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申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于实施例，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，都属于本发明保护的范围。
除非另外定义，本申请实施例中使用的技术术语或者科学术语应当为所属领域内具有一般技能的人士所理解的通常意义。本实施例中使用的“第一”、“第二”以及类似的词语并不表示任何顺序、数量或者重要性，而只是用来区分不同的组成部分。“包括”或者“包含”等类似的词语意指出现该词前面的元件或者物件涵盖出现在该词后面列举的元件或者物件及其等同，而不排除其他元件或者物件。“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；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。“上”、“下”、“左”、“右”、“横”以及“竖”等仅用于相对于附图中的部件的方位而言的，这些方向性术语是相对的概念，它们用于相对于的描述和澄清，其可以根据附图中的部件所放置的方位的变化而相应地发生变化。
本实施例的基于波形相关系数的扰动源快速定位方法，按以下步骤进行：
步骤(1)，利用SCADA系统，获取系统频率发生扰动时刻前5秒至后120秒扰动时段内频率曲线、主力运行电厂和大负荷曲线，形成扰动分析数据库，其中，SCADA采集数据需要通过数据接口获取，数据均为秒级数据。
图1是单位时段内频率曲线图；图2是主力运行电厂或大负荷有功图。
此处以某次系统频率发生扰动时的频率曲线及主力电厂出力曲线为例，如图3中，曲线 1为扰动时刻频率曲线，曲线2至曲线5为主力运行电厂A至D的出力曲线。
步骤(2)，根据步骤(1)得到的频率曲线和运行电厂及负荷曲线，计算各主力运行电厂和大负荷与系统频率的相关性，计算方法如下：
Figure BDA0003029861470000041
式(1)，计算统计时段内电厂A、B、C、D出力曲线与频率曲线的相关系数。
各主力运行电厂和大负荷与系统频率相关性统计表如表1所示：
表1
主力运行电厂或大负荷 相关系数
P<sub>G1</sub> ρ<sub>1</sub>
P<sub>G2</sub> ρ<sub>2</sub>
… …
P<sub>Gn</sub> ρ<sub>i</sub>
步骤(3)，根据步骤(2)得到的相关系数，将之从大大小排序，结果如表2所示：
表2
电厂 相关系数
A 0.952
B -0.921
C -0.856
D -0.660
步骤(4)，根据步骤(3)得到电厂A、B、C、D出力曲线与频率曲线的相关系数大小顺序后，判断电厂A为导致系统频率发生波动的扰动源，进而从电厂A中发现其运行机组E 发生故障跳闸，导致电厂A出力损失400MW有功后，系统频率从50.03Hz降至49.86Hz。
在系统频率发生跳变后，电厂B、C、D一次调频及时动作后，系统频率开始回升，之后动作的一次调频量释放，出力逐步恢复至计划值，故电厂B、C、D出力曲线与系统频率曲线波形相关系数为负数，其正向调节作用。快读定位故障电厂后，调度员再人工从故障电厂李查找具体问题，之后人工安排隔离故障。
如图4所示，本实施例的方法可以通过如下系统实现，系统包括：
数据采集模块，采集扰动发生时刻前5秒至后120秒的系统频率曲线f(t)，获取扰动发生时刻前5秒至后120秒的全系统中主力运行电厂和大负荷曲线Pei(t)。
处理模块，建立扰动分析数据库，用于根据得到的扰动分析数据库，计算每个主力运行电厂和大负荷与系统频率的相关系数，按大小进行排序，给出相关性最大的电厂或大负荷。
扰动源定位模块，根据处理模块计算结果，快速定位相关性最大的运行电厂或大负荷所在位置。
在本实施例中，数据采集模块利用SCADA数据采集系统获取扰动时段内频率曲线、主力运行电厂和大负荷曲线，形成扰动分析数据库；然后，处理模块根据得到的扰动分析数据库计算每个电厂或大负荷与系统频率的相关性；接着，扰动源定位模块根据计算得到的相关系数从大到小排序后给出相关性最大的电厂或大负荷，调度员可根据给出结果快速定位到扰动源后，及时采取有效调控手段，恢复系统频率至正常范围。
本发明实施例提供的一种电子设备，能较为直观的判定系统中各电厂及大负荷与系统频率的相关性，实现对异步电网中故障情况下频率波动扰动源的快速定位。
图5为本实施例提供的电子设备结构示意图，该电子设备可以包括：处理器(processor)101、通信接口(Communications Interface)102、存储器(memory)103和通信总线104，其中，处理器101，通信接口102，存储器103通过通信总线104完成相互间的通信。处理器 101可以调用存储器103中的逻辑指令，以执行如下方法：
利用SCADA数据采集系统获取扰动时段内频率曲线、主力运行电厂和大负荷曲线，形成扰动分析数据库；根据得到的扰动分析数据库计算每个电厂或大负荷与系统频率的相关性；根据计算得到的相关系数从大到小排序后给出相关性最大的电厂或大负荷，调度员可根据给出结果快速定位到扰动源后，及时采取有效调控手段，恢复系统频率至正常范围。
此外，上述的存储器103中的逻辑指令可以通过软件功能单元的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个计算机可读取存储介质中。基于这样的理解，本发明的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分或者该技术方案的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)执行本发明各个实施例所述方法的全部或部分步骤。而前述的存储介质包括：U盘、移动硬盘、只读存储器(ROM，Read-Only Memory)、随机存取存储器(RAM，Random Access Memory)、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。
另一方面，本实施例还提供一种非暂态计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，该计算机程序被处理器执行时实现以执行上述各实施例提供的异步电网频率扰动源快速定位，例如包括：利用SCADA数据采集系统获取扰动时段内频率曲线、主力运行电厂和大负荷曲线，形成扰动分析数据库；根据得到的扰动分析数据库计算每个电厂或大负荷与系统频率的相关性；根据计算得到的相关系数从大到小排序后给出相关性最大的电厂或大负荷，调度员可根据给出结果快速定位到扰动源后，及时采取有效调控手段，恢复系统频率至正常范围。
以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，其中所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部模块来实现本实施例方案的目的。本领域普通技术人员在不付出创造性的劳动的情况下，即可以理解并实施。
通过以上的实施方式的描述，本领域的技术人员可以清楚地了解到各实施方式可借助软件加必需的通用硬件平台的方式来实现，当然也可以通过硬件。
基于这样的理解，上述技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品可以存储在计算机可读存储介质中，如ROM/RAM、磁碟、光盘等，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)执行各个实施例或者实施例的某些部分所述的方法。

Claims (8)

1.一种基于波形相关系数的扰动源快速定位方法，其特征在于：包括：
获取扰动发生时刻前5秒至后120秒的系统频率曲线f(t)；
获取扰动发生时刻前5秒至后120秒的全系统中主力运行电厂和大负荷曲线Pei(t)；
按式(1)计算各主力运行电厂和大负荷与系统频率的相关性：
Figure FDA0003029861460000011
式中：N为频率振荡发生后采样得到的数据集；n为系统中运行电厂及大负荷数目；得到统计时段内各主力运行电厂和大负荷与系统频率的相关性并按大小进行排序，给出相关性最大的电厂或大负荷；
快速定位相关性最大的运行电厂或大负荷所在位置。
2.根据权利要求1所述的扰动源快速定位方法，其特征在于：
ρxy＝1表明两信号相位一致，完全正相关，表示此运行电厂或大负荷与系统频率波动关联性最大；
ρxy＝-1表明两信号相位差为180°，完全负相关，表示此运行电厂或大负荷与系统频率反向发展，在系统频率发生波动后进行了反向调节；
ρxy＝0表明两信号相位差为90°，信号之间相互独立，表示此运行电厂或大负荷与系统频率波动完全无关；其余情况下ρxy位于-1与+1之间。
3.根据权利要求1所述的扰动源快速定位方法，其特征在于：利用SCADA系统获取系统频率曲线以及全系统中主力运行电厂和大负荷曲线。
4.一种基于波形相关系数的扰动源快速定位系统，其特征在于：包括：
数据采集模块，采集扰动发生时刻前5秒至后120秒的系统频率曲线f(t)，获取扰动发生时刻前5秒至后120秒的全系统中主力运行电厂和大负荷曲线Pei(t)；
处理模块，建立扰动分析数据库，用于根据得到的扰动分析数据库，计算每个主力运行电厂和大负荷与系统频率的相关系数，按大小进行排序，给出相关性最大的电厂或大负荷；
扰动源定位模块，根据处理模块计算结果，快速定位相关性最大的运行电厂或大负荷所在位置。
5.根据权利要求4所述的扰动源快速定位系统，其特征在于：处理模块按式(1)计算各主力运行电厂和大负荷与系统频率的相关性：
Figure FDA0003029861460000021
式中：为频率振荡发生后采样得到的数据集；为系统中运行电厂及大负荷数目；得到统计时段内各主力运行电厂和大负荷与系统频率的相关性并按大小进行排序，给出相关性最大的电厂或大负荷。
6.根据权利要求5所述的扰动源快速定位系统，其特征在于：
ρxy＝1表明两信号相位一致，完全正相关，表示此运行电厂或大负荷与系统频率波动关联性最大；
ρxy＝-1表明两信号相位差为180°，完全负相关，表示此运行电厂或大负荷与系统频率反向发展，在系统频率发生波动后进行了反向调节；
ρxy＝0表明两信号相位差为90°，信号之间相互独立，表示此运行电厂或大负荷与系统频率波动完全无关；其余情况下ρxy位于-1与+1之间。
7.一种电子设备，包括存储器、处理器以及在存储器上，并可在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上述权利要求1至3中任一所述方法的步骤。
8.一种非暂态计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，其特征在于：该计算机程序被处理器执行时，实现如权利要求1至3中任一所述方法的步骤。
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