基于波形循迹的在线低频振荡快速判定方法
【专利摘要】本发明公开了一种基于波形循迹的低频振荡的在线快速判定方法，其特点是利用交流断面功率信号通过波形循迹实时在线监测低频振荡，为采取相应措施提供依据。同时该方法计算量小、计算时间短，并且能够准确判定低频振荡。对于实际系统具有简单快速实用的优点。
【专利说明】基于波形循迹的在线低频振荡快速判定方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种基于波形循迹的在线低频振荡快速判定方法，属于交直流输电协调控制领域。
【背景技术】
[0002]电力系统并列运行机组间在受到扰动后出现的功率振荡现象被称为低频振荡，其振荡频率一般在0.2Hz?2.5Hz之间。产生低频振荡的机理是由于在特定情况下系统提供的负阻尼作用抵消了系统发电机、励磁绕组和机械方面的正阻尼，使系统总阻尼很小(呈弱阻尼)或为负阻尼。而系统在负阻尼工况下受到扰动时，扰动会被逐步放大，进而引起功率的低频振荡，严重时导致系统失步。低频振荡常出现在弱联系、远距离、重负荷的线路上，在采用快速励磁和高放大倍数的励磁系统条件下更易发生系统功率低频振荡。
[0003]随着电力系统的不断扩大及高放大倍数的快速励磁系统等控制设备的投入，低频振荡现象日益突出。例如:1998年、2000年川渝电网二滩送出系统；2003年南方一香港交直流输电系统；2005年内蒙古西部电网与华北电网之间的功率振荡；2006年华中“7.1”事故中辛洹线长时间功率振荡后被迫手动解列。功率振荡问题已严重威胁电力系统的安全稳定运行，引起了有关方面的重视，在采取措施进行有效预防低频功率振荡的基础上，若电网一旦发生低频振荡，应能立即检测发现，并根据电网的特点实施紧急控制以消除振荡，防止事故扩大。
[0004]现有的低频振荡判据主要根据特征值分析方法:在线辨识相关电气信号的阻尼t匕、振荡幅值及周期振荡参数进行判别。但是这类方法计算量大、判定时间长，对于实际电网应用效果不理想。其他针对功率振荡解列的判据主要有电流型解列判定，阻抗型解列判定、相角型解列判定以及功角型解列判定。但此类判定主要用于失步振荡解列，不涉及低频振荡的在线监测抑制。
[0005]因此，急需一种对于低频振荡的实时在线监测判定方法。
【发明内容】
[0006]本发明的目的是针对现有技术的不足而提出一种基于波形循迹的低频振荡的在线判定方法，其特点是利用交流断面功率信号通过波形循迹实时在线监测低频振荡，为采取相应措施提供依据，同时该方法计算量小、计算时间短，并且能够准确判定低频振荡。对于实际系统而言，具有简单快速实用的优点。
[0007]本发明的目的由以下技术措施实现
[0008]基于波形循迹的在线低频振荡快速判定方法包括以下步骤:
[0009]1、滤波器预滤波
[0010]为滤去直流及高频分量，首先将实时测量得到的功率数据通过巴特沃兹带通滤波
13.V
器,,2 + llv + [0式;中S为复变量:，i亥滤波器的带宽为[0.104Hz, 2.44Hz]；
[0011]2、提取振荡周期T
[0012]通过预滤波后的功率振荡信号的正负改变的时间点来确定振荡周期。监测经过滤波器的功率信号，当信号正负号改变时开始计时，设此时为tk_i，继续监测直到下一个符号改变时刻tk，则振荡周期T = 2 Λ tk = 2 (tk-tkJ。针对低频振荡，为防止测量误差和毛刺的干扰，Λ tk必须满足0.41s彡Δ tk ^ 9.62s，而振荡频率/ = ^，则0.104Hz彡f彡2.44Hz ；
若符号改变时刻tk使得Atk过大或者过小，则该tk计时无效；为限定控制器动作频段，可增设判定Tmin彡T彡Tmax, Tmin与Tmax为限定的周期最小与最大值；
[0013]3、提取功率振荡幅值并验证周期准确性
[0014]在Atk有效时，对每个经过上述滤波器的功率信号进行比较，寻找出一个周期时间T内的功率最大值Pmaxk与最小值Pmink,并计算功率振荡幅值λ Pk = I Pmaxk-Pmink I作为判据之一；计算相邻振荡周期幅值比值1 = 用以确定振荡类型(增幅、减幅或等幅)；当振荡为大幅度减幅振荡时，控制器不投入；同时，计算功率最大值Pmaxk与最小值Pmink之间的时间差|tmaxk-tmink|用以验证是否与先前的周期测量值Atk相差不大，若相差太大则视为计算或测量有误，重新返回第一步；除第一次变号，有效变号两次计数一次，统计振荡次数N，当以上判定满足，振荡次数大于设定值时，投入控制器；则判定方法用下式概括:
0.4 Lsi < (Atk =tk - tk—) < 9.62s ⑴
Τ^?>Τ> Tmax(2)
[0015]< Itmaxk — tmink I 1- ⑶
K > Kscl⑶.N>Nset(6)
[0016]式中:Λ tset为测量周期有效性验证设定值，APsrt为功率振荡设定值，Kset为减幅振荡设定值，Nset为振荡次数设定值。
[0017]本发明具有如下优点:
[0018]本发明利用交流断面有功功率信号进行波形循迹判定低频振荡，信号易于取得；该方法简单准确，大大缩短了低频振荡判定的时间，为后续抑制措施提供了较大的时间裕度。对于大系统而言具有简单快速、易于实现的优点。
【专利附图】
【附图说明】
[0019]图1为四机两区域系统结构图
[0020]发电机均包括励磁及调速系统，区域I包括发电机1、发电机2、负荷1、负荷2，区域II包括发电机3、发电机4、负荷3、负荷4，两区域由一条直流及一条交流联络线连接。
[0021]图2为巴特沃兹带通滤波器，1A波特图.s.- + I l.v + 10
[0022]图3为低频振荡功率信号图
[0023]所取振荡信号为四机两区域系统的交流联络线功率信号。
[0024]图4为低频振荡功率信号局部放大图
[0025]图5为基于波形循迹的在线低频振荡快速判定流程图
[0026]I输入交流联络线有功功率平均值经带通滤波器后的信号Pk及对应时刻tk，同时初始化相关变量；2判定功率变号时间差是否满足要求；3判定振荡周期是否满足指定范围；4判定振荡周期校核是否满足要求；5判定功率振荡幅值是否满足要求；6判定功率振荡幅值比是否满足要求；7判定满足上述条件的有效振荡次数是否达到设定值；8执行投入控制器；9判定控制器是否在投入中；10控制器投入时，控制器退出同时相关参数清零。
[0027]图6为低频振荡判定结果图。
【具体实施方式】
[0028]下面通过实施例对本发明进行具体的描述，有必要在此指出的是本实施例只用于对本发明进行进一步说明，不能理解为对本发明保护范围的限制，该领域的技术熟练人员可以根据上述发明的内容作出一些非本质的改进和调整。
[0029]实施例
[0030]四机两区域系统如图1所示，区域I包括发电机1、发电机2、负荷1、负荷2，发电机1、2通过变压器与直流整流侧连接，负荷1、2连接于整流侧母线；区域II包括发电机3、发电机4、负荷3、负荷4，发电机3、4通过变压器与直流逆变侧连接，负荷3、4连接于逆变侧母线；两区域由一条直流及一条交流联络线连接，其中发电机均包括励磁及调速系统，直流采取整流侧定电流，逆变侧定熄弧角运行方式。
[0031]1.判定实现
[0032]通过Matlab软件，编程实现低频振荡判据。再利用相关接口实现与电磁暂态仿真软件PSCAD的互联，并实时传输功率数据，发送指令。
[0033]2.系统参数及振荡特性
[0034]实施算例采用四机两区域电力系统，网络结构图如图1所示。发电机模型均包括励磁及调速系统，直流系统正常情况控制方式为整流侧定电流、逆变侧定关断角控制。利用TLS-ESPRIT辨识技术对各发电机进行低频振荡特性辨识，结果如表1所示。
[0035]表1低频振荡模式TLS-ESPRIT辨识结果
[0036]
【权利要求】
1.一种基于波形循迹的在线低频振荡快速判定方法，其特征在于该方法包括以下步骤: 1)滤波器预滤波 为滤去直流及高频分量，首先将实时测量得到的功率数据通过巴特沃兹带通滤波器、+: + 10，式中S为复7变量； 2)提取振荡周期T 通过预滤波后的功率振荡信号的正负改变的时间点来确定振荡周期。监测经过滤波器的功率信号，当信号正负号改变时开始计时，设此时为tk_i，继续监测直到下一个符号改变时刻tk，则振荡周期T = 2 Λ tk = 2 (tk-tkJ，针对低频振荡，为防止测量误差和毛刺的干扰，Atk必须满足0.41s≤Atk≤9.62s，而振荡频车/ 则0.104Hz≤f≤2.44Hz，若符号改变时刻tk使得Atk过大或者过小，则该tk计时无效，为限定控制器动作频段，可增设判定Tmin≤T≤Tmax, Tmin与Tmax为限定的周期最小与最大值； 3)提取功率振荡幅值并验证周期准确性在Atk有效时，对每个经过上述滤波器的功率信号进行比较，寻找出一个周期时间T内的功率最大值Pmaxk与最小值Pmink,并计算功率振荡幅值Λ Pk = I Pmaxk-Pmink I作为判定之一，计算相邻振荡周期幅值比值〃 ，用以确定振荡类型(增幅、减幅或等幅)，当振荡为大幅度减幅振荡时，控制器不投入，同时，计算功率最大值Pmaxk与最小值Pmink之间的时间差|tmaxk-tmink|用以验证是否与先前的周期测量值Atk相差不大，若相差太大则视为计算或测量有误，重新返回第一步，除第一次变号，有效变号两次计数一次，统计振荡次数N，当以上判定满足，振荡次数大于设定值时，投入控制器；则判定方法用下式概括:
式中:Atsrt为测量周期有效性验证设定值，APsrt为功率振荡设定值，Ksrt为减幅振荡设定值，Nset为振荡次数设定值。
【文档编号】H02J3/24GK104184157SQ201410373686
【公开日】2014年12月3日 申请日期:2014年8月1日 优先权日:2014年8月1日
【发明者】李兴源, 李保宏, 赵睿, 刘天琪, 王渝红, 张英敏, 赵兵, 胡涛 申请人:四川大学