光伏发电系统的次同步振荡检测方法、装置及实现装置与流程

本发明涉及电力系统安全技术领域，尤其是涉及一种光伏发电系统的次同步振荡检测方法、装置及实现装置。

背景技术：

光伏发电并网系统中多台并网逆变器之间、逆变器与电网之间的交互耦合会引起系统串、并联谐波谐振，严重地影响了电网电能质量。传统的次同步振荡分析方法主要有基于线性化系统模型的特征值分析法和复转矩系数法、时域仿真法等。但上述方法严重依赖模型精度，工程适用性较差。另一类方法基于实测数据提取振荡模态方法，此类方法的优势是不受系统阶数的影响，不需要事先了解系统参数和结构。目前基于实测数据的次同步振荡模态辨识方法主要有快速傅里叶变换法、小波分析法等。其中，快速傅里叶变换缺乏对振荡局部特性分析能力，无法反映振荡的瞬时频率及阻尼特性；小波分析法结果受基函数影响较大，虽能提取到各模态参数，但不能根据各振荡模式的自身特点自适应地定位扰动时段，振荡模式的时变特性需要后续工作提取；综上，现有的次同步振荡分析方法对光伏发电系统的次同步振荡的检测准确性较低，并且检测效率较低。

技术实现要素：

有鉴于此，本发明的目的在于提供一种光伏发电系统的次同步振荡检测方法、装置及实现装置，以提高对光伏发电系统的次同步振荡的检测准确性及效率。

第一方面，本发明实施例提供了一种光伏发电系统的次同步振荡检测方法，包括：获取光伏发电系统的电压信号；通过经验模式分解算法对电压信号进行分解，得到电压信号的低频信号；根据低频信号及预设的参数阈值，确定光伏发电系统是否发生次同步振荡。

结合第一方面，本发明实施例提供了第一方面的第一种可能的实施方式，其中，上述电压信号包括第一相电压信号、第二相电压信号及第三相电压信号；上述低频信号包括第一低频信号、第二低频信号及第三低频信号；上述通过经验模式分解算法对电压信号进行分解，得到电压信号的低频信号的步骤包括：通过经验模式分解算法对第一相电压信号进行分解，得到第一相电压信号的第一低频信号；通过经验模式分解算法对第二相电压信号进行分解，得到第二相电压信号的第二低频信号；通过经验模式分解算法对第三相电压信号进行分解，得到第三相电压信号的第三低频信号。

结合第一方面的第一种可能的实施方式，本发明实施例提供了第一方面的第二种可能的实施方式，其中，上述通过经验模式分解算法对第一相电压信号进行分解，得到第一相电压信号的第一低频信号的步骤，包括：获取第一相电压信号的局部极值点；根据局部极值点，得到第一相电压信号的包络线；包络线包括上包络线及下包络线；根据包络线将第一相电压信号分解为多个本征模函数的固有模态函数分量；根据固有模态函数分量及预设的频率范围，确定得到第一相电压信号的第一低频信号。

结合第一方面，本发明实施例提供了第一方面的第三种可能的实施方式，其中，上述根据低频信号及预设的参数阈值，确定光伏发电系统是否发生次同步振荡的步骤，包括：判断低频信号的幅值是否大于预设的参数阈值；如果大于，判断低频信号的奇异性是否发生突变；如果发生突变，则确定光伏发电系统发生次同步振荡。

第二方面，本发明实施例还提供一种光伏发电系统的次同步振荡检测装置，包括：信号获取模块，用于获取光伏发电系统的电压信号；信号分解模块，用于通过经验模式分解算法对电压信号进行分解，得到电压信号的低频信号；震荡确定模块，用于根据低频信号及预设的参数阈值，确定光伏发电系统是否发生次同步振荡。

结合第二方面，本发明实施例提供了第二方面的第以种可能的实施方式，其中，上述电压信号包括第一相电压信号、第二相电压信号及第三相电压信号；上述低频信号包括第一低频信号、第二低频信号及第三低频信号；上述信号分解模块包括：第一信号分解单元，用于通过经验模式分解算法对第一相电压信号进行分解，得到第一相电压信号的第一低频信号；第二信号分解单元，用于通过经验模式分解算法对第二相电压信号进行分解，得到第二相电压信号的第二低频信号；第三信号分解单元，用于通过经验模式分解算法对第三相电压信号进行分解，得到第三相电压信号的第三低频信号。

结合第二方面的第一种可能的实施方式，本发明实施例提供了第二方面的第二种可能的实施方式，其中，上述第一信号分解单元还用于：获取第一相电压信号的局部极值点；根据局部极值点，得到第一相电压信号的包络线；包络线包括上包络线及下包络线；根据包络线将第一相电压信号分解为多个本征模函数的固有模态函数分量；根据固有模态函数分量及预设的频率范围，确定得到第一相电压信号的第一低频信号。

结合第二方面，本发明实施例提供了第二方面的第三种可能的实施方式，其中，上述震荡确定模块还用于：判断低频信号的幅值是否大于预设的参数阈值；如果大于，判断低频信号的奇异性是否发生突变；如果发生突变，则确定光伏发电系统发生次同步振荡。

第三方面，本发明实施例还提供一种光伏发电系统的次同步振荡检测实现装置，包括存储器和处理器，其中，存储器用于存储一条或多条计算机指令，一条或多条计算机指令被处理器执行，以实现上述光伏发电系统的次同步振荡检测方法。

第四方面，本发明实施例还提供一种具有处理器可执行的非易失的程序代码的计算机可读介质，程序代码使处理器执行上述光伏发电系统的次同步振荡检测方法。

本发明实施例带来了以下有益效果：

本发明实施例提供了一种光伏发电系统的次同步振荡检测方法、装置及实现装置；获取光伏发电系统的电压信号后，通过经验模式分解算法对该电压信号进行分解，得到电压信号的低频信号；进而根据低频信号及预设的参数阈值，确定光伏发电系统是否发生次同步振荡。该方式提高了对光伏发电系统的次同步振荡的检测准确性，同时提高了检测效率。

本发明的其他特征和优点将在随后的说明书中阐述，或者，部分特征和优点可以从说明书推知或毫无疑义地确定，或者通过实施本发明的上述技术即可得知。

为使本发明的上述目的、特征和优点能更明显易懂，下文特举较佳实施方式，并配合所附附图，作详细说明如下。

附图说明

为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例提供的一种光伏发电系统的次同步振荡检测方法的流程图；

图2为本发明实施例提供的另一种光伏发电系统的次同步振荡检测方法的算法流程图；

图3为本发明实施例提供的一种光伏发电系统的次同步振荡检测装置的结构示意图；

图4为本发明实施例提供的一种光伏发电系统的次同步振荡检测实现装置的结构示意图。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

目前，现有的现有的次同步振荡分析方法对光伏发电系统的次同步振荡的检测准确性较低，并且检测效率较低，基于此，本发明实施例提供了一种光伏发电系统的次同步振荡检测方法、装置以及实现装置，可以应用于电力系统的安全监测领域。

为便于对本实施例进行理解，首先对本发明实施例所公开的一种光伏发电系统的次同步振荡检测方法进行详细介绍。

参见图1所示的一种光伏发电系统的次同步振荡检测方法的流程示意图，该方法包括以下步骤：

步骤s100，获取光伏发电系统的电压信号。

上述电压信号可以通过霍尔型电压传感器得到；在供电系统中的电压信号，通常分为三相电压，各相电压之间相位差为120度；可以将三相电压信号分别进行采集及存储。

步骤s102，通过经验模式分解算法对电压信号进行分解，得到电压信号的低频信号。

当电压信号包括第一相电压信号、第二相电压信号及第三相电压信号；上述低频信号包括第一低频信号、第二低频信号及第三低频信号；上述通过经验模式分解算法对电压信号进行分解，得到电压信号的低频信号的步骤包括：

(1)通过经验模式分解算法对第一相电压信号进行分解，得到第一相电压信号的第一低频信号。

(2)通过经验模式分解算法对第二相电压信号进行分解，得到第二相电压信号的第二低频信号.

(3)通过经验模式分解算法对第三相电压信号进行分解，得到第三相电压信号的第三低频信号。

上述分解过程可以调换顺序，也可以同时对各相电压进行分解；以第一相电压信号为例，上述通过经验模式分解算法对各个相电压信号进行分解，得到各个相电压信号的各个低频信号的步骤具体通过以下方式实现：

(1)获取第一相电压信号的局部极值点；具体地，获取到的电压数据可以视作时间序列，在时间序列中可以获取局部的极值点，包括最大极值点和最小极值点。

(2)根据局部极值点，得到第一相电压信号的包络线；包络线包括上包络线及下包络线；具体地，可以采用拟合函数根据最大极值点拟合生成极大值点包络线，即上包络线；同样地，可以采用拟合函数根据最小极值点拟合生成极小值点包络线，即下包络线。

(3)根据包络线将第一相电压信号分解为多个本征模函数的固有模态函数分量；具体地，计算上包络线和小包络线的平均值序列；用原始的第一相电压信号减去平均值序列，得到新信号；当该新信号为基本模式分量时，将该信号作为一个本征模函数的固有模态函数分量；当该新信号不是基本模式分量时，将该新信号作为一个原始信号，重复(1)、(2)及(3)的操作，从而获取到第一相电压信号的多个本征模函数的固有模态函数分量。

(4)根据固有模态函数分量及预设的频率范围，确定得到第一相电压信号的第一低频信号；具体地，将频率低于预设的频率范围的固有模态函数分量作为第一相电压信号的第一低频信号。

步骤s104，根据低频信号及预设的参数阈值，确定光伏发电系统是否发生次同步。

具体地，需要计算第一低频信号中各个固有模态函数分量的幅值和奇异性；之后判断低频信号的幅值是否大于预设的参数阈值；如果大于，判断低频信号的奇异性是否发生突变；如果发生突变，则确定光伏发电系统发生次同步振荡。

本发明实施例提供了一种光伏发电系统的次同步振荡检测方法；获取光伏发电系统的电压信号后，通过经验模式分解算法对该电压信号进行分解，得到电压信号的低频信号；进而根据低频信号及预设的参数阈值，确定光伏发电系统是否发生次同步振荡。该方法提高了对光伏发电系统的次同步振荡的检测准确性，同时提高了检测效率。

本发明实施例还提供了另一种光伏发电系统的次同步振荡检测方法，该方法在图1所示的方法的基础上实现；该方法通过经验模式分解算法分别对采集的三相电流信号进行快速分解，分别对分解后低频信号的幅值和设定值进行比较，根据比较结果判断是否发生次同步振荡，其流程图如图2所示，具体算法流程如下：

(1)分别对风电并网的三相电压实时采样并存储。

(2)将每一相采样到的电压视为一个时间序列，设该时间序列为x(t)，取得所有的局部极值点。

(3)找出电压信号x(t)的所有极大值点，利用三次样条函数拟合出极大值点包络线emax(t)；同理，拟合极小值点包络线emin(t)；计算上包络线和下包络线的平均值m(t)。

(4)将原始信号x(t)与包络线平均值m(t)做差得到去除了低频信号的新的信号

(5)判断新的信号是否为一个基本模式分量；若是就直接进入步骤(6)；否则，以新的信号为待处理数据进行处理，得到原始信号的第一个本征模函数imf分量；(其中，imf的英文全称是intrinsicmodefunction，固有模态函数)

(6)从原始信号x(t)中减去第一个本征模函数imf分量imf1(t)之后，所得信号为x1(t)，将x1(t)作为新的被处理信号，重复步骤(3)-(4)，直至xn(t)为单调信号，最终x(t)被分解为n个本征模函数imf分量ci(t)，i＝1,2,…,n和一个剩余分量rn(t)；

(7)判断分解后得到的imf分量ci(t)的频率，分别计算所有低于工频的imf分量ci(t)的幅值和奇异性，并判断是否有次同步振荡发生，如有，并发出报警信号，否则，结束。

若新的信号并非一个基本模式分量，即包络线平均值m(t)中仍存在非对称波，则以新的信号为待处理数据，重复步骤(2)-(4)，得到得到后重复步骤(5)，直至第k次得到的信号为一个基本模式分量，则原始信号的第一个本征模函数imf分量记为：

若xn(t)为单调信号后，还包括的处理步骤：原始信号余项为：

rn(t)＝xn(t)

由于实际计算过程中，上下包络线的均值无法为零，因此引入停止迭代的阈值sd作为停止标志：

其中hk(t)为第k个本征模函数分量；

最终x(t)被分解为n个本征模函数imf分量ci(t)，i＝1,2,…,n和一个剩余分量rn(t)：

判断是否有次同步振荡发生时，当出现一个或多个分量满足以下2个条件，则认为有次同步振荡发生，：

(a)幅值突增且高于给定值；

(b)电压分量波形奇异性发生突变。

该方法基于经验模式分解，可以完全根据电流信号数据自身的时间尺度特征来进行分解，有效克服了传统傅里叶变换方法缺乏空间局部性的缺点，相对于小波分析的方法，避免了人为设置基函数的干扰，为光伏谐振的准确判断和提取提供了一种有效手段。

本发明实施例还提供一种光伏发电系统的次同步振荡检测装置，其结构示意图如图3所示包括：信号获取模块300，用于获取光伏发电系统的电压信号；信号分解模块302，用于通过经验模式分解算法对电压信号进行分解，得到电压信号的低频信号；震荡确定模块304，用于根据低频信号及预设的参数阈值，确定光伏发电系统是否发生次同步振荡。

具体地，上述电压信号包括第一相电压信号、第二相电压信号及第三相电压信号；上述低频信号包括第一低频信号、第二低频信号及第三低频信号；在这种情况下，上述信号分解模块用于对三相电压信号分别进行分解，该模块包括：第一信号分解单元，用于通过经验模式分解算法对第一相电压信号进行分解，得到第一相电压信号的第一低频信号；第二信号分解单元，用于通过经验模式分解算法对第二相电压信号进行分解，得到第二相电压信号的第二低频信号；第三信号分解单元，用于通过经验模式分解算法对第三相电压信号进行分解，得到第三相电压信号的第三低频信号。

具体地，上述第一信号分解单元还用于：获取第一相电压信号的局部极值点；根据局部极值点，得到第一相电压信号的包络线；包络线包括上包络线及下包络线；根据包络线将第一相电压信号分解为多个本征模函数的固有模态函数分量；根据固有模态函数分量及预设的频率范围，确定得到第一相电压信号的第一低频信号。

具体地，上述震荡确定模块还用于：判断低频信号的幅值是否大于预设的参数阈值；如果大于，判断低频信号的奇异性是否发生突变；如果发生突变，则确定光伏发电系统发生次同步振荡。

本发明实施例提供的一种光伏发电系统的次同步振荡检测装置，与上述实施例提供的一种光伏发电系统的次同步振荡检测方法具有相同的技术特征，所以也能解决相同的技术问题，达到相同的技术效果。

本实施方式提供了一种与上述方法实施方式相对应的光伏发电系统的次同步振荡检测实现装置。图4为该实现装置的结构示意图，如图4所示，该设备包括处理器1201和存储器1202；其中，存储器1202用于存储一条或多条计算机指令，一条或多条计算机指令被处理器执行，以实现上述光伏发电系统的次同步振荡检测方法。

图4所示的实现装置还包括总线1203和转发芯片1204，处理器1201、转发芯片1204和存储器1202通过总线1203连接。该报文传输的实现装置可以是网络边缘设备。

其中，存储器1202可能包含高速随机存取存储器(ram，randomaccessmemory)，也可能还包括非不稳定的存储器(non-volatilememory)，例如至少一个磁盘存储器。总线1203可以是isa总线、pci总线或eisa总线等。所述总线可以分为地址总线、数据总线、控制总线等。为便于表示，图4中仅用一个双向箭头表示，但并不表示仅有一根总线或一种类型的总线。

转发芯片1204用于通过网络接口与至少一个用户终端及其它网络单元连接，将封装好的ipv4报文或ipv6报文通过网络接口发送至用户终端。

处理器1201可能是一种集成电路芯片，具有信号的处理能力。在实现过程中，上述方法的各步骤可以通过处理器1201中的硬件的集成逻辑电路或者软件形式的指令完成。上述的处理器1201可以是通用处理器，包括中央处理器(centralprocessingunit，简称cpu)、网络处理器(networkprocessor，简称np)等；还可以是数字信号处理器(digitalsignalprocessing，简称dsp)、专用集成电路(applicationspecificintegratedcircuit，简称asic)、现成可编程门阵列(field-programmablegatearray，简称fpga)或者其他可编程逻辑器件、分立门或者晶体管逻辑器件、分立硬件组件。可以实现或者执行本发明实施方式中的公开的各方法、步骤及逻辑框图。通用处理器可以是微处理器或者该处理器也可以是任何常规的处理器等。结合本发明实施方式所公开的方法的步骤可以直接体现为硬件译码处理器执行完成，或者用译码处理器中的硬件及软件模块组合执行完成。软件模块可以位于随机存储器，闪存、只读存储器，可编程只读存储器或者电可擦写可编程存储器、寄存器等本领域成熟的存储介质中。该存储介质位于存储器1202，处理器1201读取存储器1202中的信息，结合其硬件完成前述实施方式的方法的步骤。

本发明实施方式还提供了一种机器可读存储介质，该机器可读存储介质存储有机器可执行指令，该机器可执行指令在被处理器调用和执行时，机器可执行指令促使处理器实现上述光伏发电系统的次同步振荡检测方法，具体实现可参见方法实施方式，在此不再赘述。

本发明实施方式所提供的光伏发电系统的次同步振荡检测装置及实现装置，其实现原理及产生的技术效果和前述方法实施方式相同，为简要描述，装置实施方式部分未提及之处，可参考前述方法实施方式中相应内容。

在本申请所提供的几个实施方式中，应该理解到，所揭露的装置和方法，也可以通过其它的方式实现。以上所描述的装置实施方式仅仅是示意性的，例如，附图中的流程图和框图显示了根据本发明的多个实施方式的装置、方法和计算机程序产品的可能实现的体系架构、功能和操作。在这点上，流程图或框图中的每个方框可以代表一个模块、程序段或代码的一部分，所述模块、程序段或代码的一部分包含一个或多个用于实现规定的逻辑功能的可执行指令。也应当注意，在有些作为替换的实现方式中，方框中所标注的功能也可以以不同于附图中所标注的顺序发生。例如，两个连续的方框实际上可以基本并行地执行，它们有时也可以按相反的顺序执行，这依所涉及的功能而定。也要注意的是，框图和/或流程图中的每个方框、以及框图和/或流程图中的方框的组合，可以用执行规定的功能或动作的专用的基于硬件的系统来实现，或者可以用专用硬件与计算机指令的组合来实现。

另外，在本发明各个实施方式中的各功能模块或单元可以集成在一起形成一个独立的部分，也可以是各个模块单独存在，也可以两个或两个以上模块集成形成一个独立的部分。

所述功能如果以软件功能单元的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个计算机可读取存储介质中。基于这样的理解，本公开的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分或者该技术方案的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)执行本公开各个实施方式所述方法的全部或部分步骤。而前述的存储介质包括：u盘、移动硬盘、只读存储器(rom，read-onlymemory)、随机存取存储器(ram，randomaccessmemory)、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。

最后应说明的是：以上所述实施方式，仅为本公开的具体实施方式，用以说明本公开的技术方案，而非对其限制，本公开的保护范围并不局限于此，尽管参照前述实施方式对本公开进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：任何熟悉本技术领域的技术人员在本公开揭露的技术范围内，其依然可以对前述实施方式所记载的技术方案进行修改或可轻易想到变化，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改、变化或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本公开实施方式技术方案的精神和范围，都应涵盖在本公开的保护范围之内。因此，本公开的保护范围应所述以权利要求的保护范围为准。