一种新能源场站宽频振荡的处理方法、系统及存储介质与流程

一种新能源场站宽频振荡的处理方法、系统及存储介质
【技术领域】
1.本发明涉及电力系统检测技术领域，尤其涉及一种新能源场站宽频振荡的处理方法、系统及存储介质。


背景技术：

2.近年来，随着科学技术与环保理念的不断提升，为实现“碳达峰”、“碳中和”的目标，大规模的风电等新能源开始并入电网，电网的运行特性与运行结构日趋复杂，电网振荡的频率上升，发生宽频振荡的现象越来越多。因此，对宽频振荡现象采取有效的监测措施，及时的预警，将事故的破坏减少到最小，是保障电力系统安全稳定运行的关键。
3.目前基于同步相量测量(pressure measuring unit，pmu)技术在线检测新能源场站宽频振荡时，pmu动态录波数据采样频率为100hz，只能分析低于50hz的零次间谐波，无法分析高于50hz一次间谐波，导致监测数据部分谐波频率丢失，无法全面、准确的进行宽频振荡分析。


技术实现要素：

4.有鉴于此，本发明提供了一种新能源场站宽频振荡的检测、溯源方法及监测系统，以实现全面并准确的分析谐波频率。
5.为实现上述目的，本技术第一方面提供一种新能源场站宽频振荡的处理方法，方法包括：
6.采集新能源场站中电压信号，对所述电压信号进行信号预处理，得到频域电压信号；
7.对所述频域电压信号进行识别，识别出零次间谐波和一次间谐波；
8.根据所述零次间谐波和所述一次间谐波判断是否发生宽频振荡。
9.可选地，所述根据所述零次间谐波和所述一次间谐波判断是否发生宽频振荡，包括：
10.当所述零次间谐波与所述一次间谐波的幅值之和大于新能源场站中基波幅值的第一预设值时，则确定发生宽频振荡。
11.可选地，所述对所述电压信号进行信号预处理，得到频域电压信号包括：
12.对所述电压信号进行离散傅里叶变换处理，所述离散傅里叶变换为将所述电压信号由时域信号转变为频域信号，得到所述频域电压信号。
13.可选地，对所述电压信号进行离散傅里叶变换处理，得到所述频域电压信号，之后包括：
14.对所述频域电压信号进行优化处理，所述优化处理包括分群处理、平滑处理和符合性检查，得到优化后的频域电压信号。
15.可选地，得到所述基波幅值的公式为：
[0016][0017]
其中，x(t)代表频域电压信号，w0为基波频率、wi为各零次间谐波分量、φ0为基波信号切相角、φi为零次间谐波的初相角、a为所求基波幅值、δa为零次间谐波分量幅值、m为信号中含有的零次间谐波个数。
[0018]
可选地，所述方法还包括：
[0019]
若确定发生宽频振荡，则获得发生宽频振荡对应的目标零次间谐波的电压值和电流值，获得发生宽频振荡对应的目标一次间谐波的电压值和电流值；
[0020]
将所述目标零次间谐波的电压值和电流值以及所述目标一次间谐波的电压值和电流值进行坐标转换与线性拟合计算，得到能量功率；
[0021]
根据能量功率溯源发生宽频振荡对应的元件。
[0022]
可选地，将所述目标零次间谐波的电压值和电流值以及所述目标一次间谐波的电压值和电流值进行坐标转换与线性拟合计算，得到能量功率，包括：
[0023]
将所述目标零次间谐波的电压值和电流值以及所述目标一次间谐波的电压值和电流值由三维坐标转换为直角坐标系，得到转换后的电压值和电流值；
[0024]
利用转换后的电压值和电流值进行线性拟合，得到暂态能量流，其中暂态能量流中的斜率为所述能量功率。
[0025]
可选地，所述目标零次间谐波的电压值和电流值为新能源场站中元件的零次间谐波的电压值和电流值；
[0026]
所述目标一次间谐波的电压值和电流值为新能源场站中元件的一次间谐波的电压值和电流值。
[0027]
为实现上述目的，本技术第二方面提供一种新能源场站宽频振荡的处理系统，所述处理系统包括：
[0028]
采集模块，用于采集新能源场站中电压信号；
[0029]
信号处理模块，用于将所述电压信号进行信号预处理，得到频域电压信号；
[0030]
识别模块，用于根据频域电压信号进行识别，识别出零次间谐波和一次间谐波；
[0031]
分析模块，用于根据所述零次间谐波和所述一次间谐波判断是否发生宽频振荡。
[0032]
为实现上述目的，本技术第三方面提供一种计算机可读存储介质，存储有计算机程序，其特征在于，所述计算机程序被处理器执行时，使得所述处理器执行如第一方面所述的步骤。
[0033]
实施本发明实施例，将具有如下有益效果：
[0034]
本方法通过识别出新能源场站中的零次间谐波和一次间谐波并进行检测，实现零次间谐波与一次间谐波的同步采集和检测，提高现有的宽频振荡检测和分析水平的稳定性，保证监测数据的全面性，为宽频振荡的监测和分析提供更好的数据条件，减少由于发生宽频振荡所带来的损失。
【附图说明】
[0035]
图1为宽频振荡监测方法流程图；
[0036]
图2为宽频振荡溯源方法流程图；
[0037]
图3为新能源场站宽频振荡的处理方法流程图；
[0038]
图4为监控系统结构图；
[0039]
图5为新能源场站宽频振荡处理系统结构图；
[0040]
图6为获得能量功能流程图；
[0041]
图7为获得暂态能量流流程图。
【具体实施方式】
[0042]
下面将结合本技术实施例中的附图，对本技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本技术保护的范围。
[0043]
新能源场站中的风电、光伏、储能、牵引站等电力电子设备接入的间隔优先进行振荡监测的部署，其余电气间隔也可根据需求部署宽频振荡监测功能。各个电气间隔高频采集三相电压、三相电流信号，采样信号根据振荡监测的需求灵活设置，本发明采用12.8khz(256点/周期)采样频率，实现对0-2500hz范围内宽频振荡的实时监测。在此说明的是，本发明现阶段考虑工程实际，所发明的系统将监测的频率范围设置在2500hz以内，今后若涉及2500hz以上频率的监测，本发明仍然适用。以本发明所提及的12.8khz为例，无需任何改动就可实现6400hz范围以内所有频率的监测。若今后所监测的频率高于6400hz，则只需提高采样频率即可应对，其它环节实现过程与本发明一致。
[0044]
当监测系统监测到新能源场站中有效值中最大一相偏移超过预设值时，监测系统启动对宽频振荡的在线监测，需要判断新能源场站是否由于发生宽频振荡而导致有效值中最大一相偏移超过预设值。
[0045]
在本技术实施例中，新能源场站宽频振荡的处理方法至少包括宽频振荡监测方法，以确定是否存在宽频振荡，此外，上述的处理方法还可以包括宽频振荡溯源方法，以确定产生新能源场站中发生宽频振荡的元件。
[0046]
请参阅图1，为本技术实施例中新能源场站宽频振荡的处理方法的流程示意图，且该处理方法包括宽频振荡监测方法，以确定是否存在宽频振荡，步骤包括：
[0047]
步骤101、采集新能源场站中电压信号，对所述电压信号进行信号预处理，得到频域电压信号；
[0048]
步骤102、对所述频域电压信号进行识别，识别出零次间谐波和一次间谐波；
[0049]
步骤103、根据所述零次间谐波和所述一次间谐波判断是否发生宽频振荡。
[0050]
在本技术实施例中，新能源场站中最大一相偏移的阈值可以根据各新能源场站的要求进行设置，优选最大一相偏移超过5％时，监测系统发出振荡警告信号，以提醒可能存在宽频振荡，并开始进行在线监测，以确定是否存在宽频振荡，且进一步溯源发生宽频振荡的元件，可以理解的是，设置阈值能够避免新能源场站幅值偏差过大。
[0051]
在发出振荡告警信号时，同时启动数据录波，可以记录告警持续期间、告警消除后一段时间(时间可设置)的原始采样数据并进行记录，为振荡事件的事后分析提供支撑。录波可以判断发生宽频振荡时，自动地、准确地记录发生宽频振荡前、后过程的各种电路波形
的变化情况，通过对波形的分析和比较，推导发生宽频振荡的原因，根据发生宽频振荡的原因下达调度指令，进而提高新能源场站的安全运行水平。
[0052]
在具体实施例中，上述步骤101中监控系统对新能源场站进行实时采样，获得电压信号，可以是对新能源场站的电路进行实时采样，获得电路的电压信号，对电路的电压信号进行预处理获得电路的频域信号，根据电路的频域信号进行识别，识别出电路的零次间谐波和电路的一次间谐波，根据电路的零次间谐波和电路的一次间谐波判断对应电路是否发生宽频振荡。
[0053]
在具体实施例中，上述步骤101中对新能源场站进行实时采样，获得电压信号，还可以是对新能源场站电路的各元件进行实时采样，获得各元件的电压信号，对各元件的电压信号分别进行预处理获得各元件的频域信号，根据各元件的频域信号进行识别，识别出各元件的零次间谐波和各元件的一次间谐波，根据各元件的零次间谐波和各元件的一次间谐波判断对应各元件是否发生宽频振荡。
[0054]
进一步的，对电压信号进行信号预处理，得到频域电压信号包括：对电压信号(电路的电压信号/各元件的电压信号)进行离散傅里叶变换处理，离散傅里叶变换为将电压信号由时域信号转变为频域信号，得到频域电压信号。离散傅里叶变换通过把电压信号从时间域变换到频率域，方便对信号的频谱结构和变化规律的研究。
[0055]
在具体实施例中，得到频域电压信号后还包括：对频域电压信号进行优化处理，优化处理包括分群处理、平滑处理和符合性检查，得到优化后的频域电压信号。其中，分群处理为根据频域电压信号的分群节点进行分群处理，平滑处理为根据设定好的规则对频域电压信号进行去噪处理，符合性检查为检查频域电压信号是否达到设定的要求，去掉不符合要求的频域电压信号。通过对频域电压信号进行优化处理，筛选掉不符合监测要求的频域电压信号，进一步提升监测结果的准确性。
[0056]
进一步的，上述步骤102对频域电压信号进行识别，识别出零次间谐波和一次间谐波具体为：对频域电压信号的频率进行筛选，当频域电压信号的频率为5-45hz时，此时的频域电压信号为零次间谐波，当频域电压信号的频率为55-95hz时，此时的频域电压信号为一次间谐波。
[0057]
进一步的，上述步骤103根据零次间谐波和一次间谐波判断是否发生宽频振荡，包括：
[0058]
当零次间谐波与一次间谐波的幅值之和大于新能源场站中基波幅值的第一预设值时，则确定发生宽频振荡。
[0059]
其中，确定零次间谐波与一次间谐波的幅值的公式为：
[0060][0061]
其中，当为对应谐波的相应频率超出第h次谐波频率的频率分量的方均根植。当为零次间谐波的相应频率超出第h次谐波频率的频率分量的方均根植时，为零次间谐波幅值；当为一次间谐波的相应频率超出第h次谐波频率的频率分量的方均根植时，为一次间谐波幅值。
[0062]
其中，确定基波幅值的公式为：
[0063][0064]
其中，x(t)代表频域电压信号，w0为基波频率、wi为各零次间谐波分量、φ0为基波信号切相角、φi为零次间谐波的初相角、a为所求基波幅值、δa为零次间谐波分量幅值、m为信号中含有的零次间谐波个数。
[0065]
在具体实施例中，第一预设值根据新能源场的稳定性要求进行设置，本实施例中第一预设值优选5％，能够避免系统不能及时启动，留有一定的相位裕度，保证新能源场站的运行稳定性。当零次间谐波与一次间谐波的幅值之和大于新能源场站中基波幅值的5％时，则确定发生宽频振荡，监测系统发出报警，同时上传发生宽频振荡时刻对应的录波至主站。
[0066]
在具体实施例中，录波为告警持续期间、告警消除后一段时间(时间可设置)的原始采样数据，采集新能源场站中电压信号可以为告警瞬间录波对应的第一个电压信号。
[0067]
当宽频振荡现象发生时，当前时间窗谐波不稳定，监测系统对当前的窗口数据进行分析，窗口数据包括电压变化量以及振荡现象的频率。振荡频率为发生宽频振荡时刻对应的一次间谐波的频率与零次间谐波的频率。
[0068]
应当理解，在一些实施例中，上述宽频振荡监测方法得以在诸如监控计算机、监控计算机阵列、服务器、服务器阵列或者云计算系统、云服务器中实现，这些布置在一定物理空间的监控计算机、监控计算机阵列、服务器、服务器阵列中通常设置用于数据存储的存储器、计算和处理的至少一个处理器、网络收发模块以及数据传输接口，他们之间经由总线进行数据传输和通信，实现对数据的存储、调用和处理，从而实现上述在线监控方法的实施例。
[0069]
主站针对振荡告警信号，从监控系统调取宽频振荡时刻的录波文件；对振荡告警信号与召唤的录波文件进行自动关联，实现新能源场站宽频振荡广域层面的实时监测和振荡后广域层面的事故分析。
[0070]
本方法通过识别出新能源场站中的零次间谐波和一次间谐波并进行检测，实现零次间谐波与一次间谐波的同步采集和检测，提高现有的宽频振荡检测稳定性，保证监测数据的全面性，为宽频振荡的监测和分析提供更好的数据条件，减少由于发生宽频振荡所带来的损失。
[0071]
请参阅图2，为本技术实施例中另一个新能源场站宽频振荡的处理方法的流程示意图，且该处理方法包括宽频振荡溯源方法，以确定产生新能源场站中发生宽频振荡的元件，步骤包括：
[0072]
步骤201、若确定发生宽频振荡，则获得发生宽频振荡对应的目标零次间谐波的幅值与频率，获得发生宽频振荡对应的目标一次间谐波的电压值和电流值；
[0073]
步骤202、将所述目标零次间谐波的电压值和电流值以及所述目标一次间谐波的电压值和电流值进行坐标转换与线性拟合计算，得到能量功率；
[0074]
步骤203、根据能量功率溯源发生宽频振荡对应的元件。
[0075]
当确定发生宽频振荡时，监测系统采集宽频振荡对应的目标零次间谐波的电压值和电流值、对应的目标一次间谐波的电压值和电流值，通过对电压值和电流值的线性拟合计算，得到线性方程即能量功率，根据能量功率即可溯源发生宽频振荡对应的元件。
[0076]
进一步的，上述步骤201中目标零次间谐波的电压值和电流值可以为新能源场站中所有元件的零次间谐波的电压值和电流值；目标一次间谐波的电压值和电流值为新能源场站中所有元件的一次间谐波的电压值和电流值。通过采集元件的电压值和电流值进行线性拟合计算，溯源发生宽频振荡对应的元件。
[0077]
进一步的，请参阅图6，上述步骤202中将目标零次间谐波的电压值和电流值以及目标一次间谐波的电压值和电流值进行坐标转换与线性拟合计算，得到能量功率具体为；
[0078]
步骤301、将所述目标零次间谐波的电压值和电流值以及所述目标一次间谐波的电压值和电流值由三维坐标转换为直角坐标系，得到转换后的电压值和电流值；
[0079]
步骤302、利用转换后的电压值和电流值进行线性拟合，得到暂态能量流，其中暂态能量流中的斜率为所述能量功率。
[0080]
首先对获得的电压值和电流值进行坐标转换，再进行线性拟合，得到线性函数形式的暂态能量流，其中暂态能量流中的斜率为所述能量功率。
[0081]
进一步的，上述步骤301中零次间谐波与一次间谐波对应的电压值和电流值经三维坐标转换为直角坐标,公式如下：
[0082][0083][0084]
其中，转换矩阵d为
[0085][0086]
其中，(ua，ub，uc)为三维坐标下的零次间谐波坐标值，(u
x
，uu)为直角坐标下的零次间谐波坐标值，(ia，ib，ic)为三维坐标下的一次间谐波坐标值，(i
x
，iy)为直角坐标下的一次间谐波坐标值，w0和θ0为转换系数，t为采样时间。
[0087]
进一步的，请参阅图7，上述步骤302中利用转换后的电压值和电流值进行线性拟合，得到暂态能量流具体为：
[0088]
步骤401、利用转换后的电压值和电流值进行积分计算，得到积分形式的暂态能量流；
[0089]
步骤402、将积分形式的暂态能量流进行线性拟合，得到线性形式暂态能量流w(t)。
[0090]
在具体实施例中，上述步骤401中获得积分形式的暂态能量流的具体公式为：
[0091][0092]
其中，i
ij,x
为一次间谐波坐标值，u
i,y
为零次间谐波坐标值，为暂态能量流。
[0093]
在具体实施例中，上述步骤402中将积分形式的暂态能量流进行线性拟合，得到线性形式暂态能量流w(t)，暂态能量流w(t)的具体表达式为：w(t)＝at+b，其中斜率a为能量功率，t为采样时间，b为常数。
[0094]
进一步的，上述步骤203中根据能量功率a溯源发生宽频振荡对应的元件具体为：根据能量功率a进行判断，若能量功率a《0，即为扰动元，确定该能量功率对应的元件发生宽频振荡，监测系统发出报警信号至主站，由主站统一调度；若能量功率a》0，则此处没有扰动源。
[0095]
本方法通过利用能量功率能够快速定位发生宽频振荡对应的元件，缩短故障排查期，减少由于发生宽频振荡所带来的损失。
[0096]
请参阅图3，为本技术新能源场站宽频振荡的处理方法流程示意图，且该处理方法包括宽频振荡监测方法以确定是否存在宽频振荡，还包括宽频振荡溯源方法以确定产生新能源场站中发生宽频振荡的元件。本处理方法能够为电力电子化新能源场站的宽频振荡监测提供新的手段，有效弥补现有监测的缺陷，为新能源场站的安全稳定运行提供保障；本发明能够为新能源的大规模接入提供监测手段，可以在保障新能源场站安全的前提下促进光伏、风电等新能源的大规模接入，有利于推动新能源消纳。
[0097]
在具体实施例中，监控系统包括主站及监测系统组成。监测系统将监测数据(宽频振荡监测结果及录波)传输到主站，在主站对监测数据进行统一的处理，分析，储存，并进行统一调度与分配。
[0098]
在具体实施例中，如图4所示，监控系统包括多级主站及监测系统组成。具体的，多级主站包括一级主站和二级主站。监测系统将监测数据(宽频振荡监测结果及录波)传输到二级主站，在由二级主站对监测数据进行统一的处理，分析，储存。二级主站需要上传一级主站所需的监测数据、分析数据以及暂态数据文件，在经由一级主站进行统一调度与分配。
[0099]
在具体实施例中，监控系统包括一级主站、二级主站、三级主站及监测系统组成。监测系统将监测数据传输到三级主站进行存储，然后上传到二级主站系统或者直接上传数据至一级主站，在由二级主站系统对监测数据进行统一的处理，分析，储存。二级主站需要上传一级主站所需的监测数据、分析数据以及暂态数据文件，在经由一级主站系统进行统一调度与分配。
[0100]
在具体实施例中，监测系统采集的监测数据还具备能采集反映系统监测设备运行状态的相关信息，并具备对远方设备进行参数设置的功能；对采集数据按设定周期进行召唤刷新，可对指定区域进行数据召唤刷新；采集服务器从各监测系统收集监测数据并保存等功能。
[0101]
在具体实施例中，监控系统的数据传输功能应采用自动上传及手动指令触发传输方式，具有对任意主站监测系统数据的调取功能。
[0102]
在具体实施例中，一级主站应具有快速的数据查询功能，可以实现多种方式的查询，如，具备按日、周、月、季度、半年、全年以及任意时间段内对某个监测系统的稳态电能质量数据查询功能；具备按用户指定的暂态电能质量事件数据查询；数据查询内容包括：实时数据、分析数据、稳态及暂态原始数据等；支持按地区、电压等级、负荷类型等多种方式的电能质量统计查询；可生成图形化、表格化的数据查询结果。
[0103]
在具体实施例中，监控系统的数据传输功能应采用自动上传及手动指令触发传输方式，具有对任意主站监测系统的监测数据的调取功能；满足对所接入监测点的实时数据的传输与动态显示要求；数据传输中断或失败的提醒功能。
[0104]
在具体实施例中，监控系统的数据存储功能要求具有数据压缩功能，超级管理员
具有数据删除的权限，对数据的存储不低于2年。
[0105]
当然，在具体应用时也可以有多种简化方式。如将本监控系统应用到风电、光伏等发电厂，由于没有主站，只有新能源场站内的监测系统，因此可将本发明中新能源场站协同的方式进行简化，只部署新能源场站端宽频振荡的实时监测、预警功能，同时将振荡分析功能也在新能源场站端部署实施，如此整个新能源场站就可以实现当个场站宽频振荡事前预警、事中监测和事后分析，该实现方式也是本专利具体实施的另外一个方案。
[0106]
同样的目的，请参阅图5，本技术还包括一种新能源场站宽频振荡的处理系统，处理系统包括：
[0107]
采集模块501，用于采集新能源场站中电压信号；
[0108]
信号处理模块502，用于将电压信号进行信号预处理，得到频域电压信号；
[0109]
识别模块503，用于根据频域电压信号进行识别，识别出零次间谐波和一次间谐波；
[0110]
分析模块504，用于根据零次间谐波和一次间谐波判断是否发生宽频振荡。
[0111]
通过新能源场站宽频振荡的处理系统，能够识别出新能源场站中的零次间谐波和一次间谐波并进行检测，实现零次间谐波与一次间谐波的同步采集和检测，提高现有的宽频振荡检测和分析水平的稳定性，保证监测数据的全面性。
[0112]
在具体实施例中，前述实施例的新能源场站宽频振荡的处理系统，被设置成在计算机系统或者服务器中，以可被处理器调用和执行的指令集的形式存储在存储器中，使得这些指令集被调用时执行前述基于新能源场站宽频振荡的处理方法的过程。
[0113]
同样的目的，本技术还包括一种计算机可读存储介质，存储有计算机程序，其特征在于，计算机程序被处理器执行时，使得处理器执行如新能源场站宽频振荡的处理方法中任一项方法的步骤。
[0114]
这些计算机程序也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上，使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现指定的功能的步骤。
[0115]
以上实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。
[0116]
以上实施例仅表达了本技术的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本技术专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本技术构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本技术的保护范围。因此，本技术专利的保护范围应以所附权利要求为准。