一种新能源场站有功功率振荡辨识系统及方法与流程

本发明属于电力系统自动化，具体涉及一种新能源场站有功功率振荡辨识系统及方法。

背景技术：

1、目前，国内已经发生多起新能源场站送出功率由于新能源机组反复进入、退出故障穿越导致振荡的现象，或者新能源场站集电线路故障导致新能源场站有功功率振荡的现象，且该过程持续数十分钟；同时新能源场站运维人员一般未发现该情况，引起电网有功功率振荡后，由电网调度人员发现，及人工判断振荡情况，再提醒新能源场站，采取抑制措施。新能源场站未能第一时间掌握有功功率振荡情况，且新能源场站有功功率振荡会威胁电网安全稳定。

2、《电力系统安全稳定导则》、《风电场接入电力系统技术规定(第一部分：陆上风电)》等标准明确要求存在振荡风险的新能源场站应采取监测措施。随着大规模、高比例新能源接入后，确保新能源场站的有功功率振荡电网安全稳定运行是必须解决的问题。

技术实现思路

1、为解决现有技术的不足，本发明提供一种新能源场站有功功率振荡辨识系统及方法。

2、本发明采用的技术方案为：

3、本发明提出一种新能源场站有功功率振荡辨识系统，其特征在于：该新能源场站有功功率振荡辨识系统包括数据采集器、微处理器、数据存储器和显示器；所述数据采集器分别安装于新能源场站升压变压器高压侧母线和低压侧母线上，以及新能源场站出线和各组集电线路上，数据采集器与微处理器连接，将电压数据和电流数据传输至微处理器；所述微处理器分别与数据存储器和显示器连接；微处理器能够向显示器发送告警信号，以及通过集电线路信息；微处理器能够将新能源场站送出线路的基波正序有功功率和新能源场站集电线路的基波正序有功功率存储于数据存储器。

4、一种新能源场站有功功率振荡辨识方法，该新能源场站有功功率振荡辨识方法基于上述的新能源场站有功功率振荡辨识系统，包括以下步骤：

5、步骤1，数据采集器实时采样新能源场站升压变压器高压侧母线电压、新能源场站出线电流和新能源场站升压变压器低压侧母线电压、各组集电线路电流，并传输至微处理器；

6、步骤2，新能源场站送出线路基波正序有功功率计算：微处理器基于新能源场站升压变压器高压侧母线电压和新能源场站出线电流，通过fft计算新能源场站送出线路的基波正序有功功率，并存储于数据存储器；微处理器每次间隔10秒滚动利用小波分解60秒时窗的新能源场站送出线路的基波正序有功功率，判断新能源场站送出线路的基波正序有功功率是否振荡；

7、步骤3，若判断新能源场站送出线路基波正序有功功率振荡，则微处理器利用music估算进行基波正序有功功率的振荡频率计算、幅值计算，并向显示器发出告警信号；若判断新能源场站送出线路基波正序有功功率无振荡，则返回步骤一；

8、步骤4，若判断新能源场站有功功率振荡，则微处理器在发出告警信号的同时，对新能源场站各组集电线路的基波正序有功功率进行计算；

9、步骤5，新能源场站集电线路的基波正序有功功率计算：微处理器基于新能源场站升压变压器低压侧母线电压和该组集电线路电流，通过fft计算新能源场站集电线路的基波正序有功功率，并存储于数据存储器；微处理器每次间隔10秒滚动利用小波分解60秒时窗的新能源场站该组集电线路的基波正序有功功率，判断新能源场站该组集电线路的基波正序有功功率是否振荡；

10、步骤6，若判断新能源场站该组集电线路基波正序有功功率振荡，则微处理器输出集电线路信息至向显示器显示；若判断新能源场站该组集电线路基波正序有功功率无振荡，则返回步骤5对新能源场站的下一组集电线路基波正序有功功率进行计算和振荡判断；

11、步骤7，返回步骤5对新能源场站的下一组集电线路基波正序有功功率进行计算和振荡判断。

12、进一步的，步骤2中新能源场站送出线路基波正序有功功率计算过程与新能源场站集电线路的基波正序有功功率计算过程相同；fft计算过程如下：

13、以新能源场站升压变压器高压侧母线a相电压ua、新能源场站出线a相电流ia的计算为例：

14、首先计算a相电压ua一个基波周期20毫秒内基波分量的电压余弦和正弦fft系数：

15、

16、

17、式中：uacos为a相电压基波余弦分量；uasin为a相电压基波正弦分量；t为基波周期，为20毫秒；t为时间变量；ua为a相电压；f为基波频率；

18、利用梯形法对上式连续基波分量的电压余弦和正弦fft系数离散化，得：

19、

20、

21、式中，k为中间变量，无具体含义；n为一个基波周期20毫秒内电压瞬时数据的数量；ua(k)为a相电压瞬时数据的第k个数值；

22、再计算a相电流ia一个基波周期20毫秒内基波分量的电流余弦和正弦fft系数：

23、

24、

25、式中：iacos为a相电流基波余弦分量；iasin为a相电流基波正弦分量；ia为a相电流；

26、利用梯形法对上式连续基波分量的电流余弦和正弦fft系数离散化，得：

27、

28、

29、式中，k为中间变量，无具体含义；n为一个基波周期20毫秒内电流瞬时数据的数量；ia(k)为a相电压瞬时数据的第k个数值；

30、b相和c相的电压计算方法与a相的计算方法相同；

31、b相和c相的电流计算方法与a相的计算方法相同；

32、利用下式计算新能源场站母线、出线的基波正序分量的电压及电流矢量分量：

33、

34、

35、

36、

37、式中：u1+,cos为基波电压正序的余弦分量；u1+,sin为基波电压正序的正弦分量；i1+,cos为基波电压正序的余弦分量；i1+,sin为基波电流正序的正弦分量；ubcos、uccos分别为b相、c相电压基波余弦分量；ubsin、ucsin为b相、c相电压基波正弦分量；ibcos、iccos分别为b相、c相电流基波余弦分量；ibsin、icsin为b相、c相电流基波正弦分量；

38、新能源场站送出线路基波正序有功功率p1+为：

39、

40、进一步的，步骤2中微处理器利用小波分解新能源场站送出线路的基波正序有功功率的过程与步骤5中微处理器利用小波分解新能源场站集电线路的基波正序有功功率的过程相同，均包括以下过程：

41、设是新能源场站基波正序有功功率函数y(x)的小波函数，在尺度2i下，在xn的某一区间内，对一切x有则认为xn是新能源场站基波正序有功功率小波变换的模极大值点，是新能源场站基波正序有功功率经过小波变换的模极大值；

42、根据小波模极大值判断新能源场站送出线路的基波正序有功功率是否振荡，新能源场站送出线路的基波正序有功功率的小波模极大值的绝对值大于15，且小波模极大值的绝对值大于15的点数大于2，则说明新能源场站送出线路的基波正序有功功率振荡；

43、根据小波模极大值判断新能源场站集电线路的基波正序有功功率是否振荡，新能源场站集电线路的基波正序有功功率的小波模极大值的绝对值大于10，且小波模极大值的绝对值大于10的点数大于2，则说明新能源场站集电线路的基波正序有功功率振荡。

44、进一步的，步骤3中，music估算基波正序有功功率振荡频率的方法如下：

45、设新能源场站基波正序有功功率信号可以表示为：

46、

47、式中：y(n)为基波正序有功功率；d为基波正序有功功率数据个数；ai为新能源场站有功功率的振荡幅值；fi为归一化振荡频率，基波正序有功功率振荡频率；n为基波正序有功功率数据时刻；为基波正序有功功率信号随机初始相位，取值范围为[-π，π]；ε(n)为基波正序有功功率包含的噪声信号分量，方差为σ2；

48、根据公式(1)，将基波正序有功功率y(n)变化为复频域函数表示，则：

49、

50、式中，为信号的复频域变换；j代表复数；wi为角频率，wi＝2πfi；

51、对于基波正序有功功率y(n)，假设方向向量ek为：

52、

53、令ak＝ai2，则有(p+1)×(p+1)维度的相关矩阵ry如下：

54、

55、式中，p为数组长度，ak为中间变量，无具体含义；ek为信号方向向量；h表示酉阵；σ2为基波正序有功功率包含噪声信号ε(n)的方差；pn为基波正序有功功率的噪声功率；

56、对矩阵ry进行奇异值分解得：

57、ry＝v∑uh       (4)

58、式中，上角h表示酉阵；v、u分别表示ry奇异向量构成的酉阵；

59、令：r＝e(ryryh)＝h∑2vh(5)

60、式中，e为单位矩阵；σ为除(k，k)位置(k＝1,2,…,p)是ry的奇异之外，矩阵内其他元素为零的矩阵；r为中间变量，无具体含义；

61、因此，矩阵ry的奇异向量v，即为r的特征向量；

62、令v＝[vs,vn]，从而可由矩阵ry的奇异值分解获取基波正序有功功率的信号和噪声两个子空间vs、vn，由music原理构造空间谱为：

63、

64、式中，pmusic(wi)为基波正序有功功率的空间谱；a(wi)为ak角频率为wi时的值；t代表转置；

65、依据music算法分解得到的谱峰位置就可以得到基波正序有功功率数据所包含的频率，对其进行归一化后为：

66、

67、输出基波正序有功功率的振荡频率fi。

68、本发明的有益效果是：

69、本发明所提供的新能源场站有功功率振荡辨识系统及方法不仅可以自动辨识新能源场站的有功功率振荡，还可以定位具体的有功功率振荡集电线路，发出有功功率振荡告警信息、有功功率振荡频率、有功功率振荡集电线路信息。

70、通过该新能源场站有功功率振荡辨识系统及方法能快速、准确、有效辨识新能源场站有功功率振荡。该新能源场站有功功率振荡辨识系统及方法推广应用后，可以确保大规模、高比例新能源接入后电网安全稳定运行；还可以扩展用于新能源场站历史有功功率分析。