基于变点探测和Prony方法相结合的电力系统低频振荡在线监测方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及电力系统低频振荡监测与分析领域，具体而言涉及一种基于变点探测 与Prony算法相结合的电力系统低频振荡在线监测方法。
【背景技术】
[0002] 当前，低频振荡已成为限制互联电网区域间功率传输能力、影响系统安全稳定运 行的突出问题。低频振荡主要表现为同步运行的电力系统受到扰动后由于阻尼不足而引起 发电机转子间的持续相对摇摆，在电气上表现为发电机功角、联络线功率和母线电压等的 持续振荡，其振荡频率一般在0. 1~2. 5Hz之间。电力系统的低频振荡的及时发现，并采取 有效措施快速平息振荡，对电网的安全运行至关重要。目前随着WAMS系统的快速发展，互 联电网中大部分机组已经安装PMU动态测量装置，可以获得机组功角的动态信息，但是现 有的低频振荡在线监测方法还存在不足，不能满足电网实际运行的需要。
[0003] 以往的低频振荡在线监测往往通过离线分析确定WAMS中系统主导模式的主要观 测变量，一般以功角突变为启动判据，以Prony方法等频谱分析方法辨识系统振荡频率，给 出告警信息。但是离线分析方法获得的系统主导模式与实际系统的振荡模式存在很大不 同，很多时候一些实际电网存在的振荡现象在离线分析结果中找不到或者没有体现出来，， 功角突变或频率突变不是低频振荡的充分条件，也不能反映低频振荡的阻尼强弱。而Prony 方法适用于平稳信号分析，受白噪声影响大，在白噪声含量较高时分析得到的结果误差很 大，并且在线分析时均采用固定窗口、固定采样率和固定移动步长的频谱分析方法，存在计 算量大而且准确性不高的问题。由于起振阶段的功率波动多为非平稳信号，Prony方法的 应用受到了很大限制，只有当振荡进入平稳阶段后再进行Prony分析，得到的系统振荡模 式信息才比较准确，因此如何判断系统振荡进入平稳阶段，选择Prony方法时间窗的起始 点至关重要。
【发明内容】
[0004] 鉴于现有的低频振荡在线监测中直接采用Prony等频谱分析方法导致结果不准 确，而且计算量大的缺陷，本发明的目的在于提供一种基于变点探测和Prony方法相结合 的电力系统低频振荡在线监测方法，首先采用变点探测有效区分暂态稳定和弱阻尼低频振 荡问题，待进入平稳振荡后采用Prony方法得到更为可靠的模态信息，防止监测系统给出 不可靠的系统模态参数信息。
[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] 为实现上述目的，本发明的第一方面提出一种基于变点探测和Prony方法相结合 的电力系统低频振荡在线监测方法，包括：
[0007] 步骤1、基于WAMS系统，根据选择的参考机组，将系统中所有观测机组的功角数据 转换成基于参考机组的相对功角值；
[0008] 步骤2、监测观测机组的相对功角的突变；
[0009] 步骤3、响应于观测机组的相对功角发生突变，将相对功角值的实时数据构造成时 间序列；
[0010] 步骤4、基于前述构造的时间序列，进行变点探测，检查引起系统动态响应的类型； 以及
[0011] 步骤5、响应于引起系统动态响应的不同类型，执行设定的处理：基于Prony算法 的系统模态分析，或者返回前述步骤继续监测观测机组的相对功角的突变以及基于变点探 测结果的处理。
[0012] 本发明以上方案提出的变点探测和Prony方法的低频振荡在线监测方法，在进行 Prony频谱分析之前先进行变点探测的预处理，确定振荡的平稳阶段。电网中经常存在随机 的小扰动激发的功率振荡，对于持续的振荡需要在线进行分析给出告警信息，而对于受扰 动态快速衰减或暂态失稳情况，可以进行存储统计。
[0013] 由以上本发明的技术方案可知，与现有技术相比，本发明的显著优点在于：
[0014] 1、克服了离线分析模态与电网实际振荡不匹配的问题，改善了现有基于功角突变 或频率突变判据低频振荡在线监测系统的不足，实现了对系统状态的判断，仅当系统阻尼 较弱，进入平稳信号时，对其进行在线Prony分析，以提高所获得系统模态信息的可靠；
[0015] 2、以变点探测极值点对应的时刻作为Prony方法时间窗的起点，能够避免因起振 初期信号的非平稳所带来的影响，提高Prony方法所获取系统模态信息的精度。
[0016] 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。
[0017] 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【具体实施方式】的实践中得知。
【附图说明】
[0018] 附图不意在按比例绘制。在附图中，在各个图中示出的每个相同或近似相同的组 成部分可以用相同的标号表示。为了清晰起见，在每个图中，并非每个组成部分均被标记。 现在，将通过例子并参考附图来描述本发明的各个方面的实施例，其中：
[0019] 图1是说明根据本发明某些实施方式的基于变点探测和Prony方法相结合的电力 系统低频振荡在线监测方法的流程示意图。
[0020] 图2是说明根据本发明某些实施方式的变点探测值曲线的一个实例图，上图是暂 态失稳时的相对功角随时间变化曲线，下图是其变点探测结果。
[0021] 图3是说明根据本发明某些实施方式的变点探测值曲线的另一个实例图，上图是 暂态稳定快速衰减时的相对功角随时间变化曲线，下图是其变点探测结果。
[0022] 图4是说明根据本发明某些实施方式的变点探测值曲线的又一个实例图，上图是 低频振荡时的相对功角随时间变化曲线，下图是其变点探测结果。
【具体实施方式】
[0023] 为了更了解本发明的技术内容，特举具体实施例并配合所附图式说明如下。
[0024] 在本公开中参照附图来描述本发明的各方面，附图中示出了许多说明的实施例。 本公开的实施例不必定意在包括本发明的所有方面。应当理解，上面介绍的多种构思和 实施例，以及下面更加详细地描述的那些构思和实施方式可以以很多方式中任意一种来实 施，这是因为本发明所公开的构思和实施例并不限于任何实施方式。另外，本发明公开的一 些方面可以单独使用，或者与本发明公开的其他方面的任何适当组合来使用。
[0025] 根据本发明的实施例，一种基于变点探测和Prony方法相结合的电力系统低频振 荡在线监测方法，包括：
[0026] 步骤1、基于WAMS系统，根据选择的参考机组，将系统中所有观测机组的功角数据 转换成基于参考机组的相对功角值；
[0027] 步骤2、监测观测机组的相对功角的突变；
[0028] 步骤3、响应于观测机组的相对功角发生突变，将相对功角值的实时数据构造成时 间序列；
[0029] 步骤4、基于前述构造的时间序列，进行变点探测，检查引起系统动态响应的类型； 以及
[0030] 步骤5、响应于引起系统动态响应的不同类型，执行设定的处理：基于Prony算法 的系统模态分析，或者返回前述步骤继续监测观测机组的相对功角的突变以及基于变点探 测结果的处理。
[0031] 下面结合图1所示的流程图以及本发明的一些优选或者可选的例子，更加具体地 描述本发明的某些实例的实施和/或效果。
[0032] 【在线数据获取及预处理】
[0033] 结合附图1，在前述步骤1中，基于WAMS系统，根据选择的参考机组，将系统中所有 机组（即发电机机组）的功角数据转换成基于参考机组的相对功角值。
[0034] 这些进行功角数据转换的机组也被称之为观测机组，在下文中将统一以观测机组 进行描述。
[0035] 本步骤中，从功角数据到基于参考机组的相对功角值的转换处理，可以采用现有 技术中公知的技术和手段实现。
[0036] 【相对功角的突变监测】
[0037] 结合附图1，在前述步骤2的观测机组的相对功角的突变监测过程中，优选地采用 下述条件作为突变判断的判据：
[0038]
(1)
[0039] 式中，p为系统中的观测机组数；N为离散数据长度；C为设定的基准值；
[0040] 当相对功角满足式（1)时，决定系统中没有发生明显的波动；当式（1)不满足时， 判断系统中机组的相对功角发生突变。
[0041] 【时间序列的构造】
[0042] 结合图1，当检测到观测机组的相对功角发生突变时，在步骤3中将相对功角值按 下述方式构造成时间序列，以利于后