專利名稱：電力系統(tǒng)低頻振蕩在線分析及輔助決策方法
技術領域：
本發(fā)明屬于電力系統(tǒng)及其自動化技術領域，更準確地說本發(fā)明提出了基于
廣域測量系統(tǒng)(WAMS)數(shù)據(jù)平臺，進行低頻振蕩預警、在線分析和輔助決策的 計算方法和完整解決方案。
背景技術：
隨著負荷的增長、送電距離的增加、大量高壓直流輸電(HVDC)和靈活交 流控制系統(tǒng)(FACTS)的投運，現(xiàn)代電力系統(tǒng)的動態(tài)特性越來越復雜。同時，由 于長距離輸電和電網(wǎng)互聯(lián)的增多，低頻振蕩問題越來越突出，弱阻尼的低頻振 蕩正成為限制互聯(lián)電網(wǎng)傳輸能力的瓶頸?？焖俣鴾蚀_地監(jiān)測低頻振蕩事件，分 析電網(wǎng)低頻振蕩特性，并進行有效的控制，是提高大型電網(wǎng)穩(wěn)定性的關鍵技術 之一。廣域測量系統(tǒng)(WAMS)能實時同步測量電網(wǎng)不同地點的狀態(tài)信息，并將 同步相量數(shù)據(jù)匯集到調度中心數(shù)據(jù)平臺上，為低頻振蕩在線分析和控制提供了 有利條件。電力系統(tǒng)低頻振蕩在線分析及輔助決策方法正是充分利用同步測量 的信息，實現(xiàn)對電網(wǎng)低頻振蕩事件的監(jiān)視、分析與輔助決策。

發(fā)明內容
電力系統(tǒng)低頻振蕩在線分析及輔助決策方法提出了基于廣域測量信息，進 行低頻振蕩預警、在線分析和輔助決策的計算方法和完整解決方案。基于該法 實現(xiàn)的低頻振蕩安全預警及輔助決策系統(tǒng)能夠根據(jù)PMU實測的發(fā)電機功角、有 功功率、廠站(母線)電壓相角、線路有功功率和變壓器有功功率等信息，在線監(jiān)測電網(wǎng)低頻振蕩事件，識別振蕩模式和振蕩模型強相關機組，計算機組參 與因子，辨識振蕩中心的大致區(qū)域，準實時給出抑制振蕩的輔助決策信息。該 方法根據(jù)反映電網(wǎng)實際動態(tài)過程的同步測量信息進行分析，克服了電網(wǎng)模型和 參數(shù)不準確的問題，能夠反映電網(wǎng)的實際振蕩特性，為電網(wǎng)運行人員監(jiān)視電網(wǎng)
動態(tài)、分析和處理低頻振蕩提供了重要支持n
具體地說，本發(fā)明是采取以下技術方案來實現(xiàn)的，包括下列步驟
1) 低頻振蕩預警
>根據(jù)PMU實測的發(fā)電機、交流線路和變壓器的有功功率，利用Prony 算法提取經(jīng)濾波處理的曲線中的屬于低頻振蕩頻率范圍內的所有 振蕩模式特征量組(頻率、幅值、阻尼比和相位)，識別在所有振 蕩模式特征量組中幅頻響應絕對占優(yōu)的模式特征量組作為該振蕩 曲線對應的主要振蕩模式，再依據(jù)設定的振蕩幅值、阻尼比等門 檻值判斷監(jiān)視設備狀態(tài)。
>低頻振蕩告警判椐為連續(xù)n (n為設定值)個時間窗口的振蕩頻率 滿足設定的低頻振蕩頻率范圍，振蕩幅值大于設定的告警限值， 并且阻尼比小于設定的告警限值。若有一個設備出現(xiàn)低頻振蕩， 則判定電網(wǎng)出現(xiàn)低頻振蕩。
2) 低頻振蕩在線分析
>當發(fā)生低頻振蕩時，自動觸發(fā)低頻振蕩在線分析。對發(fā)電機功角
和廠站電壓相角數(shù)據(jù)預處理后，經(jīng)Prony分析得到振蕩^f莫式特征
量組，結合預警部分的計算結果，匯集提取的振蕩模式特征量組，
依據(jù)能量最大原則，識別系統(tǒng)的主導模式，依據(jù)頻率差V和阻尼 比差Arf判斷相同模式。>針對主導振蕩模式，把角度振蕩幅值最大的發(fā)電機或廠站的初相
角設為參考角(置為o度)，依據(jù)新的初相角對發(fā)電機和廣站進行 分群，在O度附近的為一群，180度附近的為另一群。
>振蕩中心大致區(qū)域為新的初相角位于90度附近的，且電壓波動幅 值大于設定值的廠站。
>針對主導振蕩模式參與設備的模式特征量組，選擇分群結果中設 備的有功功率振蕩幅值的最大值作為基準值，把設備有功功率振 蕩幅值與基準值的比值作為設備的參與因子，依據(jù)設備的參與因 子大小判定強相關設備。 3)低頻振蕩輔助決策
>依據(jù)在線分析結果和離線制定的策略表，向調度員提供處理低頻 振蕩事件輔助決策支持。實現(xiàn)方式有兩種， 一是依據(jù)分析結果自 動搜索得到的輔助決策信息；另一類是通過匹配事先制定的離線 策略表獲取的輔助決策信息。在振蕩過程中，將根據(jù)振蕩模式變 化自動^"正輔助決策信息。
>將輔助策略劃分為三個等級在電網(wǎng)即將發(fā)生低頻振蕩或低頻振 蕩發(fā)生初期，給出一級策略；在抑制效果不明顯時，給出二級策 略；當振蕩長時間不能平息，且為增幅或等幅振蕩時，給出三級 策略。
該方法的有益效果如下該方法沖艮據(jù)反映電網(wǎng)實際動態(tài)過程的同步測量信 息進行分析，克服了電網(wǎng)模型和參數(shù)不準確的問題，能夠反映電網(wǎng)的實際振蕩 特性。基于該方法實現(xiàn)的系統(tǒng)能夠快速準確的識別低頻振蕩并發(fā)出告警信息， 改變了以往對于低頻振蕩缺少監(jiān)視、分析手段，無法快速反應的局面，提高了電網(wǎng)動態(tài)安全穩(wěn)定預警能力；能夠向調度運行人員提供豐富且必要的信息(包 括參與機組、振蕩中心和輔助決策等)，協(xié)助其完成對電網(wǎng)的監(jiān)^L和控制，改變 了以往對于低頻振蕩缺少輔助決策手段，難以做出正確判斷的局面，提高了對 低頻振蕩的處理能力。


圖1為低頻振蕩預警流程圖，圖2為低頻振蕩在線分析流程圖，圖3為低 頻振蕩輔助決策流程圖。
具體實施例方式
下面結合流程圖，對該方法作詳細描述。
附圖1為低頻振蕩預警計算流程圖。圖1中步驟1描述的是數(shù)據(jù)預處理， 對監(jiān)視設備的實測數(shù)據(jù)進行數(shù)據(jù)預處理，形成分析計算輸入數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)預處理 包括數(shù)據(jù)的濾波處理和低頻振蕩的預判斷。
圖1中步驟2描述的是數(shù)據(jù)預處理后，采用Prony分析得到振蕩模式特征 量組，并把幅頻響應絕對占優(yōu)的模式作為該振蕩曲線的主導振蕩模式特征量組。
圖1中步驟3描述的是根據(jù)主導模式判斷低頻振蕩狀態(tài)。低頻振蕩告警判 據(jù)為連續(xù)n( n為設定值)個時間窗口的振蕩頻率滿足設定的低頻振蕩頻率范圍， 振蕩幅值大于設定的告警限值，并且阻尼比小于設定的告警限值。若有一個設 備出現(xiàn)低頻振蕩，則電網(wǎng)出現(xiàn)低頻振蕩。
圖1中步驟4描述的是結果整理。若發(fā)生低頻振蕩，則發(fā)出告警消息，啟 動在線分析模塊。若低頻振蕩結束，整理低頻振蕩結果，自動保存整個振蕩過 程。附圖2為低頻振蕩在線分析計算流程圖。圖2中步驟1描述的是模式識別， 預處理后數(shù)據(jù)經(jīng)分析計算，得到的振蕩模式特征量組，匯集振蕩模式，根據(jù)能 量最大原則，識別此次振蕩的主導模式。
圖2中步驟2描述的是模態(tài)分布計算，利用發(fā)電機功角和廠站電壓相角和 主導模式信息，進行模態(tài)分布計算，基于模態(tài)分布計算得到的初相角，對發(fā)電 機和廠站進行分群。選擇分群結果中振蕩幅值的最大值作為基準值，其余設備 幅值與基準值相比來計算參與因子。依據(jù)計算得到的參與因子，識別模式強相 關機組。
圖2中步驟3描述的是根據(jù)廠站分析結果和主導模式信息，識別振蕩中心 區(qū)域廠站。利用步驟2得到的廠站分群結果，結合廠站電壓波動，識別振蕩中 心大致區(qū)域。
圖3為低頻振蕩輔助決策流程圖。圖3中步驟1描述的是啟動策略搜索。 當電網(wǎng)即將發(fā)生低頻振蕩或發(fā)生低頻振蕩時，且阻尼較小時，進行策略4臾索。
圖3中步驟2描述的是獲取在線監(jiān)視和分析結果。輔助決策信息分為兩種， 一是程序依據(jù)分析結果自動搜索得到的輔助決策信息；另一類是程序通過匹配 事先制定的離線策略表獲取的輔助決策信息。
圖3中步驟3描述的是輔助策略等級判斷。將輔助策略劃分為三個等級 在電網(wǎng)即將發(fā)生低頻振蕩或低頻振蕩發(fā)生初期，給出一級策略；在抑制效果不 明顯時，給出二級策略；當振蕩長時間不能平息，且為增幅或等幅振蕩時，給 出三級策略。策略等級根據(jù)振蕩時間，功率波動幅值和阻尼比限值劃分。
圖3中步驟4描述的是策略整理。在向調度員提交輔助策略前，需要對初 步得到的輔助決策信息進行檢查，剔除可能出現(xiàn)的冗余信息。將同一時間給出 的控制措施合并為一條策略。
8總之，電力系統(tǒng)低頻振蕩在線分析及輔助決策方法根據(jù)反映電網(wǎng)實際動態(tài) 過程的同步測量信息進行分析，能夠在線監(jiān)測電網(wǎng)低頻振蕩事件，識別振蕩模 式和振蕩模型強相關機組，計算機組參與因子，辨識振蕩中心的大致區(qū)域，準 實時給出抑制振蕩的輔助決策信息。該方法克服了電網(wǎng)模型和參數(shù)不準確的問 題，能夠反映電網(wǎng)的實際振蕩特性，為電網(wǎng)運行人員監(jiān)視電網(wǎng)動態(tài)、分析和處 理低頻振蕩提供了重要支持。
權利要求
1、電力系統(tǒng)低頻振蕩在線分析及輔助決策方法，其特征在于1)低頻振蕩預警是利用PMU實測的發(fā)電機、交流線路和變壓器的有功功率，識別低頻振蕩；2)低頻振蕩在線分析在電網(wǎng)出現(xiàn)低頻振蕩時利用發(fā)電機功角和廠站母線電壓相角識別主導振蕩模式和強相關機組，計算參與因子，辨識出振蕩中心所在的區(qū)域；3)低頻振蕩輔助決策在電網(wǎng)即將發(fā)生低頻振蕩或低頻振蕩發(fā)生期間，依據(jù)在線分析結果和離線制定的策略表，向調度員提供處理低頻振蕩事件的輔助決策支持。
2、 根據(jù)權利要求1所述的電力系統(tǒng)低頻振蕩在線分析及輔助決策方法，其 特征在于，內容l)中描述的低頻振蕩預警分為三個步驟1) 對監(jiān)視設備的有功功率數(shù)據(jù)進行預處理后，經(jīng)Prony分析得到振蕩模 式特征量組(頻率、幅值、阻尼比和相位)；2) 在低頻振蕩頻率范圍內識別各曲線幅頻響應絕對占優(yōu)的模式作為主 導模式特征量組；3) 再依據(jù)每個設備主導模式的幅值、阻尼比和振蕩次數(shù)門檻值判斷電網(wǎng) 低頻振蕩安全性。
3、 根據(jù)權利要求l所述的電力系統(tǒng)低頻振蕩在線分析及輔助決策方法，其 特征在于，內容2)中描述的低頻振蕩在線分析分為四個步驟1)對發(fā)電機功角和廠站(母線)電壓相角數(shù)據(jù)預處理后，經(jīng)Prony分析 得到振蕩模式特征量組，結合預警部分的計算結果，匯集提取的振蕩 模式特征量組，依據(jù)能量最大原則，識別系統(tǒng)的主導模式，依據(jù)頻率 差A,和阻尼比差^判斷相同模式；2) 針對主導振蕩模式，把角度振蕩幅值最大的發(fā)電機或廠站的初相角設 為參考角(置為0度)，依據(jù)新的初相角對發(fā)電機和廠站進行分群， 在O度附近的為一群，180度附近的為另一群；3) 依據(jù)分群結果，結合對廠站電壓的分析結果，識別振蕩中心所在區(qū)域；4) 針對主導振蕩模式參與設備的模式特征量組，選取設備有功功率振蕩 幅值最大的作為參考，計算主導模式下參與設備的參與因子，根據(jù)參 與因子識別強相關機組。
4、 才艮據(jù)權利要求l所述的電力系統(tǒng)低頻振蕩在線分析及輔助決策方法，其 特征在于輔助策略等級分為三級在電網(wǎng)即將發(fā)生低頻振蕩或低頻振蕩發(fā)生初 期，給出第一級策略；在抑制效果不明顯時，給出第二級策略；當振蕩長時間 不能平息，且為增幅或等幅振蕩時，給出第三級策略。
5、 根據(jù)權利要求2所述的電力系統(tǒng)低頻振蕩在線分析及輔助決策方法，其 特征在于，步驟l)中的數(shù)據(jù)預處理包括數(shù)值濾波，減少計算量；步驟3)中低 頻振蕩告警判據(jù)為連續(xù)n (n為設定值)個時間窗口的振蕩頻率滿足設定的低 頻振蕩頻率范圍，振蕩幅值大于設定的告警限值，并且阻尼比小于設定的告警 限值；若有一個設備出現(xiàn)低頻振蕩，則判定電網(wǎng)出現(xiàn)低頻振蕩。
6、 根據(jù)權利要求3所述的電力系統(tǒng)低頻振蕩在線分析及輔助決策方法，其 特征在于，步驟3)中的振蕩中心判據(jù)為位于90度附近的，且電壓波動幅值 大于設定值的廠站。
7、 根據(jù)權利要求3所述的電力系統(tǒng)低頻振蕩在線分析及輔助決策方法，其 特征在于，步驟4)中主導振蕩模式參與設備包括發(fā)電機、線路和變壓器，參與 因子的基準為主導振蕩模式下模式特征量組中設備有功功率振蕩幅值的最大 值，把設備的有功功率振幅與該基準的比值作為其參與因子。
全文摘要
電力系統(tǒng)低頻振蕩在線分析及輔助決策方法。本發(fā)明是根據(jù)PMU實測的反映電網(wǎng)動態(tài)過程的發(fā)電機功角、有功功率、母線電壓相角、線路有功功率和變壓器有功功率等信息，在線監(jiān)視電網(wǎng)低頻振蕩事件，識別振蕩模式及強相關的機組，計算參與因子，辨識振蕩中心的大致區(qū)域，并準實時給出抑制振蕩的輔助決策信息。本發(fā)明克服了由于電網(wǎng)模型和參數(shù)不準確導致對低頻振蕩分析困難的問題；改變了以往對于低頻振蕩缺少監(jiān)視、分析手段，無法快速反應的局面；改變了以往對于低頻振蕩缺少輔助決策手段，難以做出正確判斷的局面?；诒景l(fā)明實現(xiàn)的低頻振蕩安全預警及輔助決策系統(tǒng)能夠為電網(wǎng)運行人員監(jiān)視、分析電網(wǎng)低頻振蕩特性和處理低頻振蕩事件提供重要支持。
文檔編號H02J3/00GK101557110SQ20091003093
公開日2009年10月14日 申請日期2009年6月26日 優(yōu)先權日2009年6月26日
發(fā)明者劉韶峰, 琛 吳, 杰 張, 徐泰山, 方勇杰, 李文云, 薛禹勝, 偉 鄭, 鮑顏紅 申請人:國網(wǎng)電力科學研究院;南京南瑞集團公司;云南電網(wǎng)公司