一種電力系統(tǒng)低頻振蕩擾動(dòng)源定位方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及定位電力系統(tǒng)低頻振蕩擾動(dòng)源的技術(shù)領(lǐng)域，尤其是指一種電力系統(tǒng)低 頻振蕩擾動(dòng)源定位方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 電力系統(tǒng)低頻振蕩問題屬于電力系統(tǒng)動(dòng)態(tài)穩(wěn)定范疇，最早于上世紀(jì)60年代末提 出，經(jīng)過大約半個(gè)世紀(jì)的發(fā)展，國內(nèi)外相關(guān)學(xué)者在低頻振蕩發(fā)生機(jī)理、分析及辨識(shí)方法、控 制方法和措施等方面進(jìn)行了廣泛的研宄，對(duì)電力系統(tǒng)低頻振蕩問題的認(rèn)識(shí)獲得了很大的進(jìn) 步。同時(shí)，由于問題的復(fù)雜性，目前在我國實(shí)際電網(wǎng)中，低頻振蕩事件仍時(shí)有發(fā)生。電力系 統(tǒng)低頻振蕩仍然是威脅我國互聯(lián)電網(wǎng)安全穩(wěn)定運(yùn)行的重要問題之一。
[0003] 電網(wǎng)發(fā)生低頻振蕩后，及時(shí)地鎖定擾動(dòng)源，對(duì)調(diào)度員分析振蕩的起因極為重要。 目前，基于同步向量測(cè)量（PhasorMeasurementUnit，PMU)的廣域測(cè)量系統(tǒng)（WideArea MeasurementSystem，WAMS)已建設(shè)完成，為提高電網(wǎng)安全穩(wěn)定的自動(dòng)監(jiān)視和控制水平構(gòu)建 了一個(gè)嶄新的技術(shù)平臺(tái)。借助于WAMS系統(tǒng)的數(shù)據(jù)錄波功能，針對(duì)電網(wǎng)低頻振蕩的參數(shù)辨 識(shí)方法已經(jīng)有了大量的研宄成果，但迄今為止，有關(guān)低頻振蕩擾動(dòng)源定位方法的研宄成果 并不多見。當(dāng)前應(yīng)用于電網(wǎng)低頻振蕩的參數(shù)辨識(shí)方法在擾動(dòng)源定位問題上的作用也微乎其 微。
[0004] 近年來，有一些學(xué)者提出了基于能量函數(shù)分析法的低頻振蕩擾動(dòng)源定位方法，這 種方法主要是依據(jù)強(qiáng)迫功率振蕩共振穩(wěn)態(tài)時(shí)線性化系統(tǒng)中的能量轉(zhuǎn)換特性來定位擾動(dòng)源。 從理論上講，這種方法只適用于強(qiáng)迫功率振蕩這種特殊的低頻振蕩形式，而且其對(duì)擾動(dòng)源 的定位只能識(shí)別強(qiáng)迫功率振蕩擾動(dòng)源的大致方向或位置，不能識(shí)別出引起強(qiáng)迫功率振蕩的 具體的擾動(dòng)。
[0005] Stockwell等人在1996年提出了S變換（S-transform)方法。S變換是由連續(xù)小 波變換（CWT)和短時(shí)傅立葉變換（STFT)結(jié)合發(fā)展起來的一種時(shí)頻分析方法，其引入了寬度 與頻率成反向變化的高斯窗，具有與頻率相關(guān)的分辨率。由于S變換具有良好的時(shí)頻特性， 已有學(xué)者將其應(yīng)用于低頻振蕩的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)中。但還未見到公開的低頻振蕩擾動(dòng)源定位方 法。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006] 本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)的缺點(diǎn)與不足，提供一種基于S變換和擾動(dòng)時(shí)間 相關(guān)性分析的電力系統(tǒng)低頻振蕩擾動(dòng)源定位方法。
[0007] 為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明所提供的技術(shù)方案為：一種電力系統(tǒng)低頻振蕩擾動(dòng)源定 位方法，包括以下步驟：
[0008] 1)借助于WAMS系統(tǒng)的數(shù)據(jù)錄波功能，獲取實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)的有功功率信號(hào)及其S變換圖 像，依據(jù)S變換圖像判斷電網(wǎng)是否發(fā)生低頻振蕩，如下：
[0009] 有功功率信號(hào)x(t)的S變換定義為：
[0010]
[0011] 式中，t為時(shí)間，f為頻率，t為高斯窗的中心，i為虛數(shù)單位；
[0012] 利用快速傅立葉變換實(shí)現(xiàn)S變換快速計(jì)算，其離散形式為：
[0013]
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種電力系統(tǒng)低頻振蕩擾動(dòng)源定位方法，其特征在于，包括以下步驟： 1) 借助于WAMS系統(tǒng)的數(shù)據(jù)錄波功能，獲取實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)的有功功率信號(hào)及其S變換圖像， 依據(jù)S變換圖像判斷電網(wǎng)是否發(fā)生低頻振蕩，如下： 有功功率信號(hào)X (t)的S變換定義為：
式中，t為時(shí)間，f為頻率，T為高斯窗的中心，i為虛數(shù)單位； 利用快速傅立葉變換實(shí)現(xiàn)S變換快速計(jì)算，其離散形式為：
式中，N為采樣點(diǎn)數(shù)，T為采樣周期，T = mT，f = n/NT，X[k]為時(shí)間序列x(m)的離散 傅立葉變換，即：
2) 提取各發(fā)電機(jī)組和聯(lián)絡(luò)線PMU實(shí)測(cè)有功功率信號(hào)所對(duì)應(yīng)S變換矩陣中的幅頻信息， 確定發(fā)生低頻振蕩的對(duì)象和相應(yīng)的主導(dǎo)振蕩頻率； 3) 提取各S矩陣中主導(dǎo)振蕩頻率對(duì)應(yīng)的時(shí)間與幅值信息，確定最先發(fā)生低頻振蕩的對(duì) 象及相應(yīng)的時(shí)刻tk; 4) 基于擾動(dòng)時(shí)間相關(guān)性分析方法確定低頻振蕩的擾動(dòng)源。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種電力系統(tǒng)低頻振蕩擾動(dòng)源定位方法，其特征在于：在步 驟2)中，提取S矩陣最后一列數(shù)據(jù)，進(jìn)行幅頻特性分析，以確定當(dāng)前所采集的N個(gè)PMU實(shí)測(cè) 數(shù)據(jù)中是否存在低頻振蕩； 確定方法如下：當(dāng)幅值最大值大于設(shè)定的閾值S且幅值最大值對(duì)應(yīng)的頻率4_在 0. 2Hz~2. 5Hz之間時(shí)，表明PMU實(shí)測(cè)有功功率信號(hào)中存在頻率為fmain的主導(dǎo)振蕩模式；當(dāng) 幅值最大值小于設(shè)定的閾值S時(shí)，表明PMU實(shí)測(cè)有功功率信號(hào)中不存在低頻振蕩。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種電力系統(tǒng)低頻振蕩擾動(dòng)源定位方法，其特征在于：在步 驟3)中，提取發(fā)生低頻振蕩對(duì)象的S矩陣中相應(yīng)主導(dǎo)頻率的時(shí)間與幅值信息，利用時(shí)間與 幅值差分向量D計(jì)算各對(duì)象低頻振蕩的起始時(shí)刻； 差分向量D的表達(dá)式為： D (m+1) = Ani 腸in(m+l)-Ani-(m)，（m = 0, 1，2,…，N-1); 式中，Am main為主導(dǎo)頻率對(duì)應(yīng)的幅值；各組D的最大值Dmax對(duì)應(yīng)的時(shí)刻即為相應(yīng)對(duì)象低 頻振蕩的起始時(shí)刻；最后，通過比$父，即可確定最先發(fā)生低頻振蕩的對(duì)象及相應(yīng)的時(shí)刻tk。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種電力系統(tǒng)低頻振蕩擾動(dòng)源定位方法，其特征在于：在步 驟4)中，確定低頻振蕩最先發(fā)生的時(shí)刻tk后，將t k與時(shí)間區(qū)間[tk-T，tk]內(nèi)的遙信變位時(shí) 刻相比較，檢測(cè)出最接近t k時(shí)刻的遙信變位信息，由此確定：與該遙信變位相對(duì)應(yīng)的擾動(dòng)即 是引起低頻振蕩的原因；其中，所述的T為向前搜索時(shí)間域長(zhǎng)度，T > 0。
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種電力系統(tǒng)低頻振蕩擾動(dòng)源定位方法，包括以下步驟：1)依據(jù)S變換圖像判斷電網(wǎng)是否發(fā)生低頻振蕩；2)提取各發(fā)電機(jī)組和聯(lián)絡(luò)線PMU實(shí)測(cè)有功功率信號(hào)所對(duì)應(yīng)S變換矩陣中的幅頻信息，確定發(fā)生低頻振蕩的對(duì)象和相應(yīng)的主導(dǎo)振蕩頻率；3)提取各S矩陣中主導(dǎo)振蕩頻率對(duì)應(yīng)的時(shí)間與幅值信息，確定最先發(fā)生低頻振蕩的對(duì)象及相應(yīng)的時(shí)刻tk；4)基于擾動(dòng)時(shí)間相關(guān)性分析方法確定低頻振蕩的擾動(dòng)源。本發(fā)明能夠快速鎖定擾動(dòng)源，幫助調(diào)度員快速準(zhǔn)確地分析振蕩的起因，及時(shí)采取有效的控制措施快速平息振蕩，避免故障的進(jìn)一步擴(kuò)大。
【IPC分類】G01R31-08
【公開號(hào)】CN104820164
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201510176748
【發(fā)明人】溫伯堅(jiān), 席禹, 蔡澤祥, 劉明波
【申請(qǐng)人】華南理工大學(xué)
【公開日】2015年8月5日
【申請(qǐng)日】2015年4月14日