一種基于振蕩分群辨識(shí)方法的低頻振蕩調(diào)度控制方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及電力系統(tǒng)低頻振蕩分析及控制領(lǐng)域，具體涉及一種基于振蕩分群辨識(shí) 方法的電力系統(tǒng)低頻振蕩調(diào)度控制方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 近年來，電力系統(tǒng)中時(shí)有發(fā)生低頻振蕩事件，根據(jù)振蕩機(jī)理的不同，低頻振蕩可分 為負(fù)阻尼振蕩、強(qiáng)迫型振蕩和模態(tài)諧振型振蕩等。其中，負(fù)阻尼振蕩是最常見的一類低頻振 蕩。低頻振蕩有可能引發(fā)電力系統(tǒng)線路保護(hù)跳閘，使系統(tǒng)與系統(tǒng)或系統(tǒng)與機(jī)組之間失步解 列，造成大面積停電，對(duì)電網(wǎng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行構(gòu)成嚴(yán)重威脅。
[0003] 目前，電網(wǎng)調(diào)度中心利用基于同步向量測(cè)量單元（Phasor Measurement Unit, PMU)的廣域測(cè)量系統(tǒng)（Wide Area Measurement System, WAMS)實(shí)時(shí)米集電網(wǎng)不同地 點(diǎn)的運(yùn)行狀態(tài)信息并上傳調(diào)度中心，為低頻振蕩的監(jiān)測(cè)與控制提供數(shù)據(jù)基礎(chǔ)。迄今為止，已 有多種低頻振蕩辨識(shí)方法，可以在線辨識(shí)出低頻振蕩的各種參數(shù)。然而，對(duì)于電網(wǎng)調(diào)度人員 而言，最重要的問題是如何盡快控制并平息低頻振蕩而不僅僅是了解振蕩的參數(shù)。目前，對(duì) 低頻振蕩的基本控制方法主要是實(shí)施直接控制：調(diào)度人員先鎖定振蕩源機(jī)組，而后通過降 出力或解列振蕩源機(jī)組以及提高振蕩源附近廠站電壓等措施控制平抑振蕩。但通常情況 下，調(diào)度運(yùn)行人員很難判斷造成低頻振蕩的直接原因，也就是說很難快速鎖定振蕩源機(jī)組。 因此，如何快速、準(zhǔn)確地判斷出造成低頻振蕩現(xiàn)象的振蕩源機(jī)組，是電網(wǎng)調(diào)度人員能否有效 控制低頻振蕩現(xiàn)象的關(guān)鍵問題。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題，就是提供一種基于振蕩分群辨識(shí)方法的電力系統(tǒng)低 頻振蕩調(diào)度控制方法，其能快速、準(zhǔn)確地判斷出造成低頻振蕩現(xiàn)象的振蕩源機(jī)組，使電網(wǎng)調(diào) 度人員有效控制低頻振蕩現(xiàn)象。
[0005] 解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明采用的技術(shù)方案如下：
[0006] -種基于振蕩分群辨識(shí)方法的電力系統(tǒng)低頻振蕩調(diào)度控制方法，其特征是包括以 下步驟：
[0007] SI)利用PMU有功功率數(shù)據(jù)檢測(cè)出發(fā)生振蕩的機(jī)組，包含以下子步驟：
[0008] S1-1)對(duì)PMU有功功率數(shù)據(jù)進(jìn)行歸零化處理
[0009] 對(duì)于采樣點(diǎn)數(shù)為N的PMU有功功率數(shù)據(jù)X = [X。，…，xN Jτ，將每個(gè)采樣點(diǎn)的值減 去這N個(gè)采樣點(diǎn)的均值，重新得到一個(gè)新序列y = [y。，…，yN JT，如下式所示：
[0011] S1-2)求取新序列y的峰值，記錄其序列號(hào)以及每個(gè)峰值的序列值
[0012] 新序列峰值的序列號(hào)記為A= [&1，…，aJT，（m<N)，其對(duì)應(yīng)的序列值記為B = Ib1, bm]T；
[0013] S1-3)求取新序列y對(duì)應(yīng)的頻率
[0015] 式中，ts為采樣時(shí)間；
[0016] S1-4)求取新序列y對(duì)應(yīng)的幅值
[0018] S1-5)通過PMU有功功率數(shù)據(jù)幅值和頻率判斷對(duì)應(yīng)的機(jī)組是否發(fā)生低頻振蕩
[0019] 預(yù)先設(shè)定幅值和頻率的閾值，一旦檢測(cè)到幅值超過閾值并且頻率在0. 1~2. 5Hz 范圍內(nèi)的機(jī)組，即認(rèn)定該機(jī)組發(fā)生低頻振蕩；
[0020] S2)對(duì)發(fā)生低頻振蕩的機(jī)組進(jìn)行分群
[0021] 發(fā)電機(jī)的二階經(jīng)典模型如下：
[0023] 其中，δ為轉(zhuǎn)子角；ω i為轉(zhuǎn)子角速度；Pm為電磁功率；Pni為機(jī)械功率W1為慣性 時(shí)間常數(shù);m為發(fā)生振蕩的發(fā)電機(jī)臺(tái)數(shù)；
[0024] 將發(fā)電機(jī)模型轉(zhuǎn)換到慣性中心坐標(biāo)（COI)下，定義COI下的等值轉(zhuǎn)子角、轉(zhuǎn)子角速 度以及加速功率如下：
[0026] 其中，
；S rai、ω〇]Ι和Prai分別指COI下的等值轉(zhuǎn)子角、轉(zhuǎn)子角速度以 及加速功率；
[0027] 則慣性中心運(yùn)動(dòng)方程為：
[0029] 在COI坐標(biāo)系下各發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)子角和角速度為：
[0030]
[0031] 各發(fā)電機(jī)在COI坐標(biāo)系下的運(yùn)動(dòng)方程為：
[0033] 易知，COI坐標(biāo)系下發(fā)生振蕩的發(fā)電機(jī)組滿足：
[0035] 將發(fā)生振蕩的發(fā)電機(jī)分為A、B兩群，A群中發(fā)電機(jī)號(hào)的集合存儲(chǔ)在ΦΑ，B群中發(fā) 電機(jī)號(hào)的集合存儲(chǔ)在ΦΒ;
[0036] 定義
[0038] 則兩個(gè)發(fā)電機(jī)群滿足以下關(guān)系：
[
[0040] 當(dāng)系統(tǒng)發(fā)生低頻振蕩時(shí)，系統(tǒng)能量是守恒的；故將發(fā)生振蕩的發(fā)電機(jī)分為兩類： 一類是振蕩的主動(dòng)因素，引起振蕩并產(chǎn)生振蕩能量；另一類是振蕩的被動(dòng)因素，被主動(dòng)因素 帶動(dòng)振蕩并消耗振蕩能量，維持系統(tǒng)能量守恒；
[0041] 將前一類機(jī)組記入A群即為主動(dòng)群，后一類記入B群即為被動(dòng)群；兩群的運(yùn)動(dòng)軌跡 具有反向?qū)ΨQ性；調(diào)度人員通過振蕩機(jī)組分群結(jié)果判斷振蕩原因并進(jìn)行振蕩源定位；
[0042] 對(duì)振蕩機(jī)組進(jìn)行分群的辨識(shí)方法如下：
[0043] 選取任一發(fā)生振蕩的發(fā)電機(jī)PMU轉(zhuǎn)子角速度數(shù)據(jù)作為參考信號(hào)，記為砍計(jì)算 參考信號(hào)和其它各振蕩發(fā)電機(jī)PMU轉(zhuǎn)子角速度數(shù)據(jù)供(》)之間的相關(guān)系數(shù)，如下所示：
[0045] 由許瓦茲（Schwartz)不等式可知：
[0046] P I ^ 1 ；
[0047] 相關(guān)系數(shù)反映兩個(gè)信號(hào)之間的相似程度；當(dāng)P = 1時(shí)，仍(4和供("）完全相關(guān)即 二者相等；當(dāng)p = 〇時(shí)，鉺(》)和鈐(》)完全無關(guān)；當(dāng)p = -1時(shí)，只("> 和於(?)變化趨勢(shì)完 全相反；
[0048] 找出參與振蕩的機(jī)組后，求取各個(gè)機(jī)組在慣性中心坐標(biāo)下的等值轉(zhuǎn)子角，通過計(jì) 算各機(jī)組等值轉(zhuǎn)子角之間的相關(guān)系數(shù)判斷其相似程度，當(dāng)P大于設(shè)定的閾值時(shí)即判定兩 臺(tái)機(jī)組屬于同組機(jī)群；
[0049] 按上述步驟將發(fā)生振蕩的發(fā)電機(jī)分為兩群，振蕩源機(jī)組作為振蕩的主動(dòng)因素，必 然會(huì)被單獨(dú)分離出來，因此兩個(gè)群中，僅包含一臺(tái)發(fā)電機(jī)的群為主動(dòng)群，另一個(gè)為被動(dòng)群；
[0050] S3)鎖定振蕩源并采取措施控制振蕩
[0051] 低頻振蕩的振蕩源能夠通過分群結(jié)果判斷得出，按上述步驟確定振蕩機(jī)組的主動(dòng) 群；該群中的那臺(tái)發(fā)電機(jī)便是振蕩源，調(diào)度人員應(yīng)降低振蕩源機(jī)組出力，并提高振蕩源附近 廠站電壓，若振蕩還未平息，則切除振蕩源機(jī)組。
[0052] 本發(fā)明提出的基于振蕩分群辨識(shí)方法的低頻振蕩調(diào)度控制方法，在電網(wǎng)低頻振蕩 預(yù)警后，首先通過對(duì)系統(tǒng)各發(fā)電機(jī)的PMU實(shí)測(cè)有功功率數(shù)據(jù)進(jìn)行檢測(cè)，辨別發(fā)生振蕩的機(jī) 組；然后根據(jù)各機(jī)組間角速度的相關(guān)系數(shù)將振蕩機(jī)組分為兩群，主動(dòng)群所含機(jī)組為振蕩的 主動(dòng)因素為振蕩提供能量，被動(dòng)群所含機(jī)組為振蕩的被動(dòng)因素消耗振蕩能量維持系統(tǒng)能量 守恒，振蕩源作為振蕩的主動(dòng)因素會(huì)被分離出來存入主動(dòng)群中；最后根據(jù)分群結(jié)果鎖定振 蕩源機(jī)組并采取相應(yīng)措施控制平抑振蕩。
[0053] 有益效果：本方法克服了調(diào)度人員判斷振蕩原因、鎖定振蕩源的困難，有助于調(diào)度 人員快速控制并平息低頻振蕩。
【附圖說明】
[0054] 圖1為本發(fā)明的基于振蕩分群辨識(shí)方法的低頻振蕩調(diào)度控制方法具體實(shí)施方案 的流程圖；
[0055] 圖2a為Ml機(jī)組的實(shí)測(cè)PMU轉(zhuǎn)子角速度數(shù)據(jù)圖；
[0056] 圖2b為Cl機(jī)組的實(shí)測(cè)PMU轉(zhuǎn)子角速度數(shù)據(jù)圖；
[0057] 圖2c為C2機(jī)組的實(shí)測(cè)PMU轉(zhuǎn)子角速度數(shù)據(jù)圖；
[0058] 圖2d為K4機(jī)組的實(shí)測(cè)PMU轉(zhuǎn)子角速度數(shù)據(jù)圖；
[0059] 圖3為廣東電網(wǎng)7. 9事件中COI坐標(biāo)下振蕩機(jī)組分群結(jié)果示意圖；
[0060] 圖4a為調(diào)度控制過程中，Ml機(jī)組的實(shí)測(cè)PMU有功功率數(shù)據(jù)圖；
[0061] 圖4b為調(diào)度控制過程中，K4機(jī)組的實(shí)測(cè)PMU有功功率數(shù)據(jù)圖；
[0062] 圖5a為Η3機(jī)組的實(shí)測(cè)PMU轉(zhuǎn)子角速度數(shù)據(jù)圖；
[0063] 圖5b為H4機(jī)組的實(shí)測(cè)PMU轉(zhuǎn)子角速度數(shù)據(jù)圖；
[0064] 圖5c為H5機(jī)組的實(shí)測(cè)PMU轉(zhuǎn)子角速度數(shù)據(jù)圖；
[0065] 圖5d為H6機(jī)組的實(shí)測(cè)PMU轉(zhuǎn)子角速度數(shù)據(jù)圖；
[0066] 圖6為廣東電網(wǎng)4. 30事件中COI坐標(biāo)下振蕩機(jī)組分群結(jié)果示意圖；
[0067] 圖7a為調(diào)度控制過程中，H3機(jī)組的實(shí)測(cè)PMU有功功率數(shù)據(jù)圖；
[0068] 圖7b為調(diào)度控制過程中，H6機(jī)組的實(shí)測(cè)PMU有功功率數(shù)據(jù)圖。 具體實(shí)施例
[0069] 本發(fā)明的電網(wǎng)低頻振蕩可視化監(jiān)測(cè)方法應(yīng)用在廣東電網(wǎng)公司，具體實(shí)施方案流程 如圖1所示。
[0070] 結(jié)合廣東電網(wǎng)公司發(fā)生的低頻振蕩事件實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行實(shí)施案例分析，具體實(shí)施步 驟如下：
[0071] 1)接收到低頻振蕩預(yù)警信號(hào)后，分析發(fā)電機(jī)的PMU有功功率和轉(zhuǎn)子角速度實(shí)時(shí)數(shù) 據(jù)，利用PMU有功功率數(shù)據(jù)檢測(cè)出發(fā)生振蕩的機(jī)組。
[0072] 1-1)對(duì)PMU有功功率數(shù)據(jù)進(jìn)行歸零化處理
[0073] 對(duì)于采樣點(diǎn)數(shù)為N的PMU有功功率數(shù)據(jù)X = [X。，…，xN JT，歸零化處理即將每個(gè) 采樣點(diǎn)的值減去這N個(gè)采樣點(diǎn)的均值，重新得到一個(gè)新的序列y = [y。，…，yN 如下