基于机端三相电压信号的低频振荡检测方法及系统的制作方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及的是电力系统的安全与稳定领域，具体的是基于机端三相电压信号的低频振荡检测方法及系统。
【背景技术】
[0002]根据《电力系统低频振荡控制技术研宄》(高红亮.电力系统低频振荡控制技术研宄[D].华中科技大学，2013.)中的数据，从1980年至2012年，我国用电量增长16.8倍，年均增长9.2%。不断增长的电力需求意味着电力系统负荷的不断加重，重负荷输电线路不断增多。同时，我国电力系统已经形成了南北互供、全国联网的格局。长距离的互联，使得电力系统联系薄弱，容易在长距离、重负荷输电线上出现低频振荡现象。电力系统低频振荡如果不能得到有效地抑制，很容易引发连锁故障，导致大范围的停电事故，对电网的稳定性危害极大，是目前威胁互联电网安全稳定运行和制约电网传输能量的首要问题之一。
[0003]目前，随着PMU (Phasor Measurement Unit,同步相量测量单元)技术的发展，以同步相量测量技术为基础的WAMS(Wide Area Measurement System，广域测量系统)逐渐成为了检测电力系统低频振荡的主要方法。然而，文献《基于电网脆弱性和经济性评估的PMU最优配置新方法》(唐岚，吴军基.基于电网脆弱性和经济性评估的PMU最优配置新方法[J].电网技术，2012，08:260-264.)中提到PMU自身的价格以及安装PMU所需要的其他设备(例如通讯系统等)都很昂贵，而现代互联电力系统的规模很大，对每个节点都配置PMU不仅不经济而且也没必要。另外，在实际工程中，有时候不方便将PMU信号接入电厂的监视信息系统中。因此，对于未配置PMU或未将PMU信号接入监视信息系统的电厂，则不能对电力系统低频振荡进行较好的实时检测。
[0004]通常，低频振荡的检测是检测联络线上的功率是否摇摆。但除了功率信号以外，发电机的转子角、转速以及其他相关电气量也能反映系统的低频振荡。对于如何得到转速信号，除了利用位置传感器以外，还可以利用锁相环技术对机端三相电压进行计算。文献《永磁同步电机新型滑模观测器无传感器矢量控制调速系统》(鲁文其，胡育文，杜栩杨，黄文新.永磁同步电机新型滑模观测器无传感器矢量控制调速系统[J].中国电机工程学报，2010，33:78-83.)中就实现了通过锁相环技术计算发电机的转速。这种方法无需增设新的测量点，方法简单且成本较低。目前，还没有将这种方法运用到低频振荡现象检测的研宄。
【发明内容】
[0005]本发明所要解决的技术问题是针对上述现有技术的不足，而提出了一种方法简单成本低的电力系统低频振荡信号实时检测方法及系统。
[0006]为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是:
[0007]一种基于机端三相电压信号的低频振荡检测方法，其特征在于，包括:
[0008]步骤1、信号采集步骤:测量发电机机端的三相电压信号；
[0009]步骤2、信号预处理步骤:对测量的发电机机端的三相电压信号进行信号预处理；
[0010]步骤3、信号检测步骤:对经预处理的三相电压信号进行Park变换得到三相电压信号Uab。在旋转坐标系dqO上的投影U _，对投影Udqtl在旋转坐标系dqO中d轴的电压信号Ud采用PI环节控制处理得到系统转速偏差量信号d?。
[0011]所述信号检测步骤还包括，对系统转速偏差量信号(1ω进行积分处理得到相角信号Θ，并将相角信号Θ作为Park变换的输入相角。
[0012]所述积分处理的输入信号为系统转速偏差量信号(1ω加上2 π &，其中f0为系统基本频率。
[0013]所述预处理包括:信号加时间窗、信号重采样、信号标幺化和信号滤波。
[0014]信号所加时间窗的长度为2?3个振荡周期，考虑到低频振荡的频率范围为
0.2?2.5Hz，时间窗长度设为10?15s，信号重采样的频率为500?2000Hz，信号标幺化变换后保证信号的幅值在-1.5?1.5pu之间，信号滤波为低通滤波，截止频率选取范围为100 ?200Hz O
[0015]所述PI环节控制的比例放大倍数取值范围为40?100，积分时间常数取值范围为
0.0001?0.02，积分环节的积分初始值在-1?I范围内选取。
[0016]积分处理的积分初始值取值范围为-0.1?0.1rad,积分时间常数取值为I。
[0017]一种基于机端三相电压信号的低频振荡检测系统，其特征在于，包括:
[0018]互感测量模块，用于测量发电机机端的三相电压信号；
[0019]信号预处理模块，用于对所述互感器测量模块测量的三相电压信号进行预处理；
[0020]检测系统模块，包括park变换模块、PI环节模块以及积分环节模块，所述Park变换模块用于对输入的经预处理的三相电压信号进行Park变换，得到三相电压信号Uab。在旋转坐标系dqO上的投影Udt^所述PI环节模块，用于对投影U _在旋转坐标系dqO中d轴的电压信号Ud&理得到系统转速偏差量信号d? ;所述积分环节模块，用于对系统转速偏差量信号d?进行积分处理得到相角信号Θ。
[0021]与现有技术相比，本发明以发电机端的三相电压为源信号，通过对三相电压信号进行Park变换、PI环节消除误差等处理，提取出系统的转速振荡信号，从而实现对低频振荡的检测。该检测方法成本较低且易于实现，无需新增测量点即可实现对低频振荡的检测。
【附图说明】
[0022]图1为本发明所提出的基于机端三相电压信号的低频振荡检测技术的流程图。
[0023]图2为振荡信号检测系统的流程框图。
[0024]图3为系统发生多模态增幅低频振荡算例仿真结果。
【具体实施方式】
[0025]以下结合附图对本发明的实施例进一步描述:本实施例在以本发明技术方案为前提下进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。
[0026]本发明提出了基于机端三相电压信号的低频振荡检测技术，检测技术的完整流程款图如图1所示。以系统发生频率为IHz和2Hz的增幅低频振荡，且采集得到的机端三相电压信号含2%的噪声为实施例。
[0027]整套系统包括发电机1、变压器2、互感测量3、信号预处理4和检测系统5，其中检测系统5由Park变换6、PI环节7和积分环节8组成。该方法以发电机端的三相电压为源信号，通过对三相电压信号进行Park变换、PI环节消除误差等处理，提取出系统的转速振荡信号，从而实现对低频振荡的检测。该检测方法成本较低且易于实现，无需新增测量点即可实现对低频振荡的检测。
[0028]详细说明如下:
[0029]步骤1:通过互感测量3采集发电机机端的三相电压信号；
[0030]对于本实例，采集信号的采样频率为1