专利名称：电网次同步振荡的模态自适应实时检测方法
技术领域：
本发明为电力系统中的电网侧次同步振荡的模态自适应实时检测方法，为电力系 统领域。
背景技术：
我国电力系统的网络架构使得次同步振荡(SSO)长期存在，SSO —直是电力系统 的研究热点。我国的电力系统可分为电厂侧和电网侧两大部分。由于汽轮发电机组轴系的机械 固有频率通常也在次同步振荡频率的范围内，SSO发生时会使得电力系统的固有参数模型 与汽轮发电机组具有谐振的可能。一旦电力系统发生SSO将可能在发电厂端的汽轮发电机 组轴系产生严重的机械能与电能的谐振，这将对发电机组的轴系产生破坏作用。因此在电 厂侧对于SSO的监测、抑制和保护技术研究较多。尽管对于SSO的机理和抑制措施的理论 研究比较完备，但电厂侧一直苦恼究竟是什么操作导致了 SS0，却始终没有满意的答案。相 对于电厂侧而言，SSO对于电网侧并未造成大的损害，尽管电网侧认同SSO的危害，但在电 网侧对于SSO的监测研究进展较小，至今没有电网侧实时检测SSO的技术报道。在电厂侧，由于可以计算出发电机组轴系的固有模态频率，对于轴系扭振的模态 监测是有准确的模态频率的。而在电网侧对SSO监测有很大难度其一，电网侧的模态频率 是动态变化的，不能针对特定的模态频率进行监测，只能动态监测；其二，在电网侧只能从 电流中提取模态分量，模态分量并非一个故障量，它所占的比重比较小，同时受到工频信号 的影响，难以实现精确测量。解决了电网侧的SSO监测问题，在电网联络线处安装SSO监测装置，就可以对电网 区域截面的SSO分布进行分析，可以定位哪里的SSO强，哪里的SSO弱，可以确定究竟是什 么操作引发了 SS0，从而定位SSO的扰动源。这对于SSO的研究和消除SSO对发电厂和电网 的危害有重大的现实意义和应用价值。
发明内容
本发明提供了一种电网侧SSO的模态自适应实时检测方法。通过实时采集电网侧 联络线处的电流信号，从中提取SSO的信息并分离出主要的模态信号。可以为电网侧的模 态阻尼和稳定性分析提供数据。本发明动态分离SSO模态信号的具体步骤如下1.设计nR滤波器，各nR滤波器采用的传递函数如下高通 IIR :H(S) = -,( 、2
\-\-sI ωΗ +{s!ωΗ)
3
带通
权利要求
1.一种基于动态配置的无限冲击响应滤波器组(IIR)的电网侧次同步振荡(SSO)模态 自适应实时检测方法。通过实时检测电网联络线处的电流，判断是否发生SS0，当确认发生 SSO时从中分离出SSO模态信号。该方法包括如下内容1)由IIR滤波器组(由5Hz高通IIR、50Hz点阻IIR和45Hz低通IIR构成)对电流原 始采样信号进行预处理，滤波后的信号即为次同步频率范围内的信号；2)采用基于不同时间窗的突变量启动判别的方式判断是否发生SSO；3)采用基于不同时间窗的傅立叶变换(FFT)来提取SSO发生时主要的模态分量，其对 应的频率从小到大依次为n、f2、f3、f4、f5 ；4)根据主要模态分量的对应频率fl、f2、f3、f4、f5动态组建互为带阻的UR滤波器 组，分离得到各模态信号；
2.权利要求1所述的原始采样信号预处理滤波器组由5Hz高通IIR、50Hz点阻UR和 45Hz低通IIR构成，其中高通IIR和低通UR将超出次同步范围的信号过滤掉，50Hz点阻 UR将工频信号过滤掉，经过预处理后的信号在未发生次同步振荡时其值非常小，而发生次 同步振荡时则会变大。该方法将测量范围缩小，放大了微小的模态信号，针对次同步振荡的 特征提取出了故障分量，有效提高了监测的灵敏度。
3.权利要求1所述的基于不同时间窗的突变量启动判别方法，其特征为以T1为计算间隔，计算采样时间序列的绝对值和，构成以T1为间隔的时间序列 Suml (k)。用相邻的值做差Δ S = Suml (k+1)-Suml (k)，当Δ S大于给定值时即认为突变量 启动。同理，以Τ2为计算间隔，计算采样时间序列的绝对值和，构成以Τ2为间隔的时间序 列Sum2 (k)。用相邻的值做差Δ S = Sum2 (k+1) _Sum2 (k)，当Δ S大于给定值时即认为突变 量启动。采用两个不同的时间窗进行计算可以避免模态信号缓慢变化时不启动的情况，提 高了监测的可靠性。
4.权利要求1所述的基于不同时间窗的FFT提取模态分量的方法，其特征为模态信号依据其阻尼不同呈现发散或收敛，有些模态信号初始值较小，但逐渐发散，通 过不同时间窗的FFT才能辨识出真正的主要模态分量。
5.权利要求1所述的以模态频率动态组建互为带阻的滤波器组，其特征为动态组建滤波器组，实现了对次同步振荡模态的自适应检测。以模态频率互为带阻的 滤波器组，具有非常优异的幅频特性。在计算某一模态时，有效消除了其余模态的影响。
6.根据权利要求1所述的模态实时计算方法可以得到SSO模态值，基于该方法可以实 现基于模态的SSO保护和控制技术。
全文摘要
本发明涉及利用电网侧信息实现对电力系统次同步振荡(SSO)模态的实时动态识别和测量技术，公开了一种基于序列无限冲击响应滤波器(IIR)的振荡模态自适应实时检测方法。该方法实时测量电网联络线处的电流，通过IIR滤波器组点阻掉其中的工频分量并将电流信号限定在次同步频率的范围之内。当判断发生SSO后，通过基于不同观测窗的傅立叶变换(FFT)辨识出其中的主要模态分量，以各主要模态分量为基础，动态构建互为带阻的IIR滤波器组，分离出各主要模态分量，并对整个过程进行录波。该方法可以实时动态识别电网侧的SSO模态量，计算简单，易于实现。
文档编号G01R23/165GK102109554SQ20091024308
公开日2011年6月29日 申请日期2009年12月25日 优先权日2009年12月25日
发明者奚志江, 杨咏林, 焦邵华, 王晓峰 申请人:北京四方博能自动化设备有限公司, 北京四方继保自动化股份有限公司