专利名称：电力系统低频振荡在线分析及辅助决策方法
技术领域：
本发明属于电力系统及其自动化技术领域，更准确地说本发明提出了基于
广域测量系统(WAMS)数据平台，进行低频振荡预警、在线分析和辅助决策的 计算方法和完整解决方案。
背景技术：
随着负荷的增长、送电距离的增加、大量高压直流输电(HVDC)和灵活交 流控制系统(FACTS)的投运，现代电力系统的动态特性越来越复杂。同时，由 于长距离输电和电网互联的增多，低频振荡问题越来越突出，弱阻尼的低频振 荡正成为限制互联电网传输能力的瓶颈。快速而准确地监测低频振荡事件，分 析电网低频振荡特性，并进行有效的控制，是提高大型电网稳定性的关键技术 之一。广域测量系统(WAMS)能实时同步测量电网不同地点的状态信息，并将 同步相量数据汇集到调度中心数据平台上，为低频振荡在线分析和控制提供了 有利条件。电力系统低频振荡在线分析及辅助决策方法正是充分利用同步测量 的信息，实现对电网低频振荡事件的监视、分析与辅助决策。
发明内容
电力系统低频振荡在线分析及辅助决策方法提出了基于广域测量信息，进 行低频振荡预警、在线分析和辅助决策的计算方法和完整解决方案。基于该法 实现的低频振荡安全预警及辅助决策系统能够根据PMU实测的发电机功角、有 功功率、厂站(母线)电压相角、线路有功功率和变压器有功功率等信息，在线监测电网低频振荡事件，识别振荡模式和振荡模型强相关机组，计算机组参 与因子，辨识振荡中心的大致区域，准实时给出抑制振荡的辅助决策信息。该 方法根据反映电网实际动态过程的同步测量信息进行分析，克服了电网模型和 参数不准确的问题，能够反映电网的实际振荡特性，为电网运行人员监视电网
动态、分析和处理低频振荡提供了重要支持n
具体地说，本发明是采取以下技术方案来实现的，包括下列步骤
1) 低频振荡预警
>根据PMU实测的发电机、交流线路和变压器的有功功率，利用Prony 算法提取经滤波处理的曲线中的属于低频振荡频率范围内的所有 振荡模式特征量组(频率、幅值、阻尼比和相位)，识别在所有振 荡模式特征量組中幅频响应绝对占优的模式特征量组作为该振荡 曲线对应的主要振荡模式，再依据设定的振荡幅值、阻尼比等门 槛值判断监视设备状态。
>低频振荡告警判椐为连续n (n为设定值)个时间窗口的振荡频率 满足设定的低频振荡频率范围，振荡幅值大于设定的告警限值， 并且阻尼比小于设定的告警限值。若有一个设备出现低频振荡， 则判定电网出现低频振荡。
2) 低频振荡在线分析
>当发生低频振荡时，自动触发低频振荡在线分析。对发电机功角
和厂站电压相角数据预处理后，经Prony分析得到振荡^f莫式特征
量组，结合预警部分的计算结果，汇集提取的振荡模式特征量组，
依据能量最大原则，识别系统的主导模式，依据频率差V和阻尼 比差Arf判断相同模式。>针对主导振荡模式，把角度振荡幅值最大的发电机或厂站的初相
角设为参考角(置为o度)，依据新的初相角对发电机和广站进行 分群，在O度附近的为一群，180度附近的为另一群。
>振荡中心大致区域为新的初相角位于90度附近的，且电压波动幅 值大于设定值的厂站。
>针对主导振荡模式参与设备的模式特征量组，选择分群结果中设 备的有功功率振荡幅值的最大值作为基准值，把设备有功功率振 荡幅值与基准值的比值作为设备的参与因子，依据设备的参与因 子大小判定强相关设备。 3)低频振荡辅助决策
>依据在线分析结果和离线制定的策略表，向调度员提供处理低频 振荡事件辅助决策支持。实现方式有两种， 一是依据分析结果自 动搜索得到的辅助决策信息；另一类是通过匹配事先制定的离线 策略表获取的辅助决策信息。在振荡过程中，将根据振荡模式变 化自动^"正辅助决策信息。
>将辅助策略划分为三个等级在电网即将发生低频振荡或低频振 荡发生初期，给出一级策略；在抑制效果不明显时，给出二级策 略；当振荡长时间不能平息，且为增幅或等幅振荡时，给出三级 策略。
该方法的有益效果如下该方法冲艮据反映电网实际动态过程的同步测量信 息进行分析，克服了电网模型和参数不准确的问题，能够反映电网的实际振荡 特性。基于该方法实现的系统能够快速准确的识别低频振荡并发出告警信息， 改变了以往对于低频振荡缺少监视、分析手段，无法快速反应的局面，提高了电网动态安全稳定预警能力；能够向调度运行人员提供丰富且必要的信息(包 括参与机组、振荡中心和辅助决策等)，协助其完成对电网的监^L和控制，改变 了以往对于低频振荡缺少辅助决策手段，难以做出正确判断的局面，提高了对 低频振荡的处理能力。
图1为低频振荡预警流程图，图2为低频振荡在线分析流程图，图3为低 频振荡辅助决策流程图。
具体实施例方式
下面结合流程图，对该方法作详细描述。
附图1为低频振荡预警计算流程图。图1中步骤1描述的是数据预处理， 对监视设备的实测数据进行数据预处理，形成分析计算输入数据。数据预处理 包括数据的滤波处理和低频振荡的预判断。
图1中步骤2描述的是数据预处理后，采用Prony分析得到振荡模式特征 量组，并把幅频响应绝对占优的模式作为该振荡曲线的主导振荡模式特征量组。
图1中步骤3描述的是根据主导模式判断低频振荡状态。低频振荡告警判 据为连续n( n为设定值)个时间窗口的振荡频率满足设定的低频振荡频率范围， 振荡幅值大于设定的告警限值，并且阻尼比小于设定的告警限值。若有一个设 备出现低频振荡，则电网出现低频振荡。
图1中步骤4描述的是结果整理。若发生低频振荡，则发出告警消息，启 动在线分析模块。若低频振荡结束，整理低频振荡结果，自动保存整个振荡过 程。附图2为低频振荡在线分析计算流程图。图2中步骤1描述的是模式识别， 预处理后数据经分析计算，得到的振荡模式特征量组，汇集振荡模式，根据能 量最大原则，识别此次振荡的主导模式。
图2中步骤2描述的是模态分布计算，利用发电机功角和厂站电压相角和 主导模式信息，进行模态分布计算，基于模态分布计算得到的初相角，对发电 机和厂站进行分群。选择分群结果中振荡幅值的最大值作为基准值，其余设备 幅值与基准值相比来计算参与因子。依据计算得到的参与因子，识别模式强相 关机组。
图2中步骤3描述的是根据厂站分析结果和主导模式信息，识别振荡中心 区域厂站。利用步骤2得到的厂站分群结果，结合厂站电压波动，识别振荡中 心大致区域。
图3为低频振荡辅助决策流程图。图3中步骤1描述的是启动策略搜索。 当电网即将发生低频振荡或发生低频振荡时，且阻尼较小时，进行策略4臾索。
图3中步骤2描述的是获取在线监视和分析结果。辅助决策信息分为两种， 一是程序依据分析结果自动搜索得到的辅助决策信息；另一类是程序通过匹配 事先制定的离线策略表获取的辅助决策信息。
图3中步骤3描述的是辅助策略等级判断。将辅助策略划分为三个等级 在电网即将发生低频振荡或低频振荡发生初期，给出一级策略；在抑制效果不 明显时，给出二级策略；当振荡长时间不能平息，且为增幅或等幅振荡时，给 出三级策略。策略等级根据振荡时间，功率波动幅值和阻尼比限值划分。
图3中步骤4描述的是策略整理。在向调度员提交辅助策略前，需要对初 步得到的辅助决策信息进行检查，剔除可能出现的冗余信息。将同一时间给出 的控制措施合并为一条策略。
8总之，电力系统低频振荡在线分析及辅助决策方法根据反映电网实际动态 过程的同步测量信息进行分析，能够在线监测电网低频振荡事件，识别振荡模 式和振荡模型强相关机组，计算机组参与因子，辨识振荡中心的大致区域，准 实时给出抑制振荡的辅助决策信息。该方法克服了电网模型和参数不准确的问 题，能够反映电网的实际振荡特性，为电网运行人员监视电网动态、分析和处 理低频振荡提供了重要支持。
权利要求
1、电力系统低频振荡在线分析及辅助决策方法，其特征在于1)低频振荡预警是利用PMU实测的发电机、交流线路和变压器的有功功率，识别低频振荡；2)低频振荡在线分析在电网出现低频振荡时利用发电机功角和厂站母线电压相角识别主导振荡模式和强相关机组，计算参与因子，辨识出振荡中心所在的区域；3)低频振荡辅助决策在电网即将发生低频振荡或低频振荡发生期间，依据在线分析结果和离线制定的策略表，向调度员提供处理低频振荡事件的辅助决策支持。
2、 根据权利要求1所述的电力系统低频振荡在线分析及辅助决策方法，其 特征在于，内容l)中描述的低频振荡预警分为三个步骤1) 对监视设备的有功功率数据进行预处理后，经Prony分析得到振荡模 式特征量组(频率、幅值、阻尼比和相位)；2) 在低频振荡频率范围内识别各曲线幅频响应绝对占优的模式作为主 导模式特征量组；3) 再依据每个设备主导模式的幅值、阻尼比和振荡次数门槛值判断电网 低频振荡安全性。
3、 根据权利要求l所述的电力系统低频振荡在线分析及辅助决策方法，其 特征在于，内容2)中描述的低频振荡在线分析分为四个步骤1)对发电机功角和厂站(母线)电压相角数据预处理后，经Prony分析 得到振荡模式特征量组，结合预警部分的计算结果，汇集提取的振荡 模式特征量组，依据能量最大原则，识别系统的主导模式，依据频率 差A,和阻尼比差^判断相同模式；2) 针对主导振荡模式，把角度振荡幅值最大的发电机或厂站的初相角设 为参考角(置为0度)，依据新的初相角对发电机和厂站进行分群， 在O度附近的为一群，180度附近的为另一群；3) 依据分群结果，结合对厂站电压的分析结果，识别振荡中心所在区域；4) 针对主导振荡模式参与设备的模式特征量组，选取设备有功功率振荡 幅值最大的作为参考，计算主导模式下参与设备的参与因子，根据参 与因子识别强相关机组。
4、 才艮据权利要求l所述的电力系统低频振荡在线分析及辅助决策方法，其 特征在于辅助策略等级分为三级在电网即将发生低频振荡或低频振荡发生初 期，给出第一级策略；在抑制效果不明显时，给出第二级策略；当振荡长时间 不能平息，且为增幅或等幅振荡时，给出第三级策略。
5、 根据权利要求2所述的电力系统低频振荡在线分析及辅助决策方法，其 特征在于，步骤l)中的数据预处理包括数值滤波，减少计算量；步骤3)中低 频振荡告警判据为连续n (n为设定值)个时间窗口的振荡频率满足设定的低 频振荡频率范围，振荡幅值大于设定的告警限值，并且阻尼比小于设定的告警 限值；若有一个设备出现低频振荡，则判定电网出现低频振荡。
6、 根据权利要求3所述的电力系统低频振荡在线分析及辅助决策方法，其 特征在于，步骤3)中的振荡中心判据为位于90度附近的，且电压波动幅值 大于设定值的厂站。
7、 根据权利要求3所述的电力系统低频振荡在线分析及辅助决策方法，其 特征在于，步骤4)中主导振荡模式参与设备包括发电机、线路和变压器，参与 因子的基准为主导振荡模式下模式特征量组中设备有功功率振荡幅值的最大 值，把设备的有功功率振幅与该基准的比值作为其参与因子。
全文摘要
电力系统低频振荡在线分析及辅助决策方法。本发明是根据PMU实测的反映电网动态过程的发电机功角、有功功率、母线电压相角、线路有功功率和变压器有功功率等信息，在线监视电网低频振荡事件，识别振荡模式及强相关的机组，计算参与因子，辨识振荡中心的大致区域，并准实时给出抑制振荡的辅助决策信息。本发明克服了由于电网模型和参数不准确导致对低频振荡分析困难的问题；改变了以往对于低频振荡缺少监视、分析手段，无法快速反应的局面；改变了以往对于低频振荡缺少辅助决策手段，难以做出正确判断的局面。基于本发明实现的低频振荡安全预警及辅助决策系统能够为电网运行人员监视、分析电网低频振荡特性和处理低频振荡事件提供重要支持。
文档编号H02J3/00GK101557110SQ20091003093
公开日2009年10月14日 申请日期2009年6月26日 优先权日2009年6月26日
发明者刘韶峰, 琛 吴, 杰 张, 徐泰山, 方勇杰, 李文云, 薛禹胜, 伟 郑, 鲍颜红 申请人:国网电力科学研究院;南京南瑞集团公司;云南电网公司