基于牵引负荷冲击响应的系统阻尼在线监测方法与系统的制作方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及电力系统低频振荡在线监测和预警预控领域，具体而言涉及一种基于 牵引负荷冲击响应的系统阻尼在线监测方法与系统。
【背景技术】
[0002] 随着互联电网规模不断扩大，电力系统低频振荡极大地制约了电网的传输能力， 成为影响互联电网安全稳定的突出问题。系统阻尼是决定低频振荡是否发生或者振荡大小 的关键因素。当前电力系统运行人员往往通过对未来离线方式或者实时潮流断面进行模态 分析计算来获取系统的动态特征，特别是振荡频率和阻尼比信息。由于模态分析方法受系 统规模、实时潮流和模型参数准确性的影响较大，其结果很多时候与系统实际的振荡特征 不符。随着WAMS系统的快速发展和应用，目前大部分机组和500kV变电站已经可以获得准 确的动态量测，用于低频振荡在线监测。对于低频振荡在线监测，当前主要还是基于实际故 障引发大幅功率振荡后的轨迹，采用HHT、Prony等方法进行在线辨识振荡模式，这难以满 足系统低频振荡的预警预控要求。而且现在观测到越来越多的强迫功率振荡现象，通过类 似Prony等方法的分析结果难以准确体现系统实际阻尼信息。实际电网中经常受到一些特 殊负荷冲击而引发系统存在小功率自由振荡现象。实际上这些日常可观测到的小功率自由 振荡并不影响电网的正常安全运行，但是它们一定程度上反映了互联电网的主要振荡模式 特征，例如实时模式阻尼比信息，对于大电网的低频功率振荡预警预控具有重要指导意义。
[0003] 随着我国尚铁的跨越式发展，电铁牵引负荷在电网中的分布越来越广，单列尚速 列车负荷功率越来越大，其负荷特征对电网的影响也越来越重要。例如近年来，中国建成了 多条时速300km/h以上的高速铁路，单列高速列车组的牵引功率可达到21. 56MW。当列车驶 过牵引变供电区域的分界点时，给机车供电的牵引变发生突变，牵引负荷通过两个牵引变 对接入的电网带来了冲击。在实际电网中，分布着大量的牵引变电站，意味着存在着大量的 牵引负荷冲击，而这些牵引负荷空间分布上基本贯穿了整个电网，负荷冲击时间分布上相 对比较固定。因此，电铁牵引负荷是实际电网中长期存在的、相对固定的功率冲击。可以利 用这种在时间上固定，且具有有一定规律的冲击，对实际电网中激发的低频功率振荡进行 在线监测，可以获得电网中容易被激发的区间振荡模式信息和实时阻尼信息，从而实现系 统阻尼在线监测和预警。
【发明内容】
[0004] 本发明的目的在于利用实际电网中固定存在的电铁牵引负荷冲击，将牵引负荷冲 击引发的机组动态响应用于系统低频振荡模式阻尼的在线监测。该方法首先根据实际电网 中牵引负荷的位置、实时潮流模态分析得到的各机组参与区间振荡情况，以及牵引负荷扰 动所能激发机组的响应，选择合适的观测机组。在系统运行过程中，通过观测牵引负荷周围 各机组的WAMS动态数据，实时监测这些机组所参与振荡模式的振荡频率和阻尼比信息。由 于电铁牵引负荷冲击时间固定分布在一天中，特别在系统负荷较大的白天，当系统区间振 荡模式的阻尼降低时，能够反映在实时动态监测结果上，即获得系统最容易被激发的区间 振荡模式和系统实时阻尼情况，以此作为系统低阻尼报警的依据。
[0005] 本发明的上述目的通过独立权利要求的技术特征实现，从属权利要求以另选或有 利的方式发展独立权利要求的技术特征。
[0006] 为达成上述目的，本发明提出一种基于牵引负荷冲击响应的系统阻尼在线监测方 法，包括以下步骤：
[0007] 步骤1、获取电网实际主要区间振荡模式和各模式强相关机组信息；
[0008] 步骤2、根据电网中牵引负荷的地理分布和电网区间振荡模式区域划分，选择与牵 引负荷电气距离较近且是主要区间模式强相关机组的机组作为监测节点；
[0009] 步骤3、基于监测节点动态量测，对于牵引负荷冲击下可观测到明显振荡响应的机 组，采用Prony方法在线辨识系统区间振荡频率和阻尼比信息；
[0010] 步骤4、对于牵引负荷冲击下未观测到明显振荡的机组，采用ARMA方法分析机组 有功功率类噪声信号获得实时振荡频率和阻尼信息；
[0011] 步骤5、当系统实时模式阻尼比低于给定阈值时，分级别发出告警信息。
[0012] 进一步的例子中，前述步骤1获取电网实际主要区间振荡模式和各模式强相关机 组信息，具体实现包括：
[0013] 基于系统实时潮流断面进行模态分析，并结合电网历史功率振荡数据，获得电网 存在的主要区间振荡模式和强相关机组信息。
[0014] 进一步的例子中，前述步骤2根据电网中牵引负荷的地理分布和电网区间振荡模 式区域划分，选择与牵引负荷电气距离较近且是主要区间模式强相关机组的机组作为监测 节点，具体包括：
[0015] 根据电网中牵引负荷的实际地理位置分布和电网区间振荡模式区域划分，通过牵 引负荷冲击注入电网仿真分析，获得各牵引负荷冲击所能激发周边机组的电磁功率振荡情 况，选择同时满足下述条件的机组作为监测节点：1)用于激发机组功率振荡的牵引负荷选 择，尽量满足电网主要区间振荡模式都能被激发；2)距离牵引负荷电气距离较近的机组， 牵引负荷突变能够引发监测机组电磁功率的较大突变；3)监测机组是电网主要区间振荡 模式的强相关机组，即易于激发区间模式振荡，机组振荡信息又易于观测。
[0016] 进一步的例子中，前述步骤3,基于监测节点动态量测，对于牵引负荷冲击下可观 测到明显振荡响应的机组，采用Prony方法在线辨识系统区间振荡频率和阻尼比信息，其 具体实现包括：
[0017] 通过观测节点机组的WAMS动态数据，对机组电磁功率的振荡，采用Prony方法在 线获取区间振荡模式信息，即系统振荡的频率与阻尼比。
[0018] 进一步的例子中，前述步骤4,对于牵引负荷冲击下未观测到明显振荡的机组，采 用ARMA方法分析机组有功功率类噪声信号获得实时振荡频率和阻尼信息，其具体实现包 括：
[0019] 当牵引负荷冲击下未观测到明显振荡的机组时，在牵引负荷的SCADA在线数据观 测到有波动的情况下，利用ARMA方法分析WAMS系统观测到的类噪声信号，从而在线监测系 统模式的频率与阻尼比。
[0020] 进一步的例子中，前述步骤5中，当系统实时模式阻尼比低于给定阈值时，分级别 发出告警信息，其具体实现包括：
[0021] 当系统阻尼比低于给定阈值时，分级别发出告警信息：当模式阻尼比小于3%时， 给出红色预警；当模式阻尼比大于3%，小于等于5%时，给出黄色预警。
[0022] 根据本发明的改进，还提出一种基于牵引负荷冲击响应的系统阻尼在线监测系 统，该装置包括：
[0023] 用于获取电网实际主要区间振荡模式和各模式强相关机组信息的模块；
[0024] 用于根据电网中牵引负荷的地理分布和电网区间振荡模式区域划分，选择与牵引 负荷电气距离较近且是主要区间模式强相关机组的机组作为监测节点的的模块；
[0025] 用于基于监测节点动态量测，对于牵引负荷冲击下可观测到明显振荡响应的机 组，采用Prony方法在线辨识系统区间振荡频率和阻尼比信息的模块；
[0026] 用于对于牵引负荷冲击下未观测到明显振荡的机组，采用ARMA方法分析机组有 功功率类噪声信号获得实时振荡频率和阻尼信息的模块；以及
[0027]用于响应于系统实时模式阻尼比低于给定阈值时，分级别发出告警信息的模块。
[0028]与现有技术相比，本发明的显著优点在于：与传统的基于系统振荡发生后轨迹的 低频振荡监测方法相比，本发明的方案综合利用了 SCADA与WAMS系统数据，基于电铁牵引 负荷冲击造成的系统动态响应，当牵引负荷扰动激发出系统明显振荡时，利用Prony方法 获取模式信息；当牵引负荷扰动没有激发出明显振荡，可利用ARMA方法对冲击负荷时刻的 机组出力类噪声信号进行分析获取系统模式信息，从而实现基于牵引负荷冲击响应的系统 振荡模式阻尼的在线监测，开展系统低频振荡的预警预控工作。本方法充分考虑了电铁牵 引负荷冲击时间分布固定，地理分布广的特点，利用牵引负荷扰动造成的机组动态响应信 息，对系统模式进行在线动态监测，获取系统实时阻尼信息，当系统因运行方式变化导致模 式的阻尼降低时，能够反映在动态监测结果上，作为预警预控的依据。
[0029]应当理解，前述构思以及在下面更加详细地描述的额外构思的所有组合只要在这 样的构思不相互矛盾的情况下都可以被视为本公开的发明主题的一部分。另外，所要求保 护的主题的所有组合都被视为本公开的发明主题的一部分。
[0030] 结合附图从下面的描述中可以更加全面地理解本发明教导的前述和其他方面、实 施例和特征。本发明的其他附加方面例如示例性实施方式的特征和/或有益效果将在下面 的描述中显见，或通过根据本发明教导的【具体