CN105119286B - 一种次同步振荡源定位方法及装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种次同步振荡源定位方法及装置，检测到区域电网发生次同步振荡时，对区域电网与主网联络线以及本区域电网内的各电源线进行信号处理，滤出区域电网与主网联络线上的间谐波电压、电流分量并计算出间谐波阻抗，滤出各线路功率中的波动功率，根据区域电网与主网联络线的间谐波阻抗判断本区域电网内是否存在振荡源，若存在振荡源则根据区域电网内各电源线波动功率变化轨迹与联络线波动功率变化轨迹的同调性确定具体的振荡源。本发明仅需采集枢纽变电站的本地信息即可定位本区域电网内的振荡源，不依赖不同变电站广域信息及通信网络，便于实际工程实施。
Description
技术领域
本发明涉及电力控制领域，尤其涉及一种次同步振荡源定位方法及装置。
背景技术
随着经济快速增长，高耗能产业急速发展，对于可再生新能源的要求越来越迫切。近年来随着风电与光伏发电技术的日益成熟，其发电成本也在逐步降低，风电与光伏大规模商业运营成为可能，到2020年，我国非化石能源和化石能源发电装机比约为4:6，风电、太阳能发电装机达到3亿千瓦左右，新增1.8亿千瓦左右；我国风能与太阳能大规模开发地区一般处于电网末端，而电网负荷却大多位于经济发达的东部地区与中部地区，为使西部电能能高效远距离输送到中东部的负荷中心，常采用特高压大容量输电技术或加装串补电容的超/特高压交流输电，这类电网在风力发电机逆变器、SVC、SVG、直流输电以及串补电容等多种因素的作用下可能发生次同步振荡，我国目前已投入运行的大规模风电基地已发生过多次次同步振荡现象，已严重影响到电网的安全稳定运行与该地区火电机组的安全。当电网发生次同步振荡时若能在线实时定位振荡源，可为分析导致次同步振荡发生的原因以及采取进一步的控制措施打下坚实基础，而目前对次同步振荡的分析方法大多是事故后基于PMU录播数据的离线分析，或仅检测某一地区是否发生次同步振荡，并不能在线确定具体哪条电源线是振荡源。
发明内容
有鉴于此，本发明实施例为解决现有技术中存在的问题而提供一种次同步振荡源定位方法及装置。
为达到上述目的，本发明实施例的技术方案是这样实现的：次同步振荡源定位方法，其特征在于，所述方法包括：
根据区域电网与主网联络线的电流、功率信号进行次同步振荡检测，得出检测结果；
检测出次同步振荡时，对区域电网与主网联络线以及本区域电网内的各电源线进行信号处理，滤出区域电网与主网联络线上的间谐波电压、电流分量并计算出间谐波阻抗，滤出各线路功率中的波动功率；
根据区域电网与主网联络线的间谐波阻抗判断本区域电网内是否存在振荡源，得出判断结果；
当所述检测结果为区域电网发生次同步振荡，且所述判断结果为区域电网内存在振荡源时，则根据区域电网内各电源线波动功率变化轨迹与联络线波动功率变化轨迹的同调性确定具体的振荡源。
进一步的，进行次同步振荡检测的方法为：设定电流波动门槛值、功率波动门槛值以及一组特征频率，满足以下任一条件则检测结果为发生次同步振荡：
1)当联络线电流有效值波动范围大于或等于电流波动门槛值，且电流波动频率满足所述一组特征频率中任一频率特征；
2)联络线功率波动范围大于或等于功率波动门槛值，且功率波动频率满足所述一组特征频率中任一频率特征。
进一步的，当间谐波阻抗的实部为正，则判断结果为本区域电网存在振荡源。
进一步的，根据区域电网内各电源线波动功率变化轨迹与联络线波动功率变化轨迹的同调性确定具体的振荡源，当任一电源线满足以下三个条件则判断该电源线为振荡源：
1)在一个次同步振荡周期内，电源线波动功率对时间导数的符号与联络线波动功率对时间导数的符号相反的持续时间大于K1×次同步振荡周期，K1取0.75；
2)在一个次同步振荡周期内，电源线波动功率最大值出现的时刻与联络线波动功率最小值出现的时刻之间的时间间隔小于K2×次同步振荡周期，K2取0.25；
3)在一个次同步振荡周期内，电源线波动功率最小值出现的时刻与联络线波动功率最大值出现的时刻之间的时间间隔小于K3×次同步振荡周期，K3取0.25。
进一步的，所述一组特征频率包括6个以上特征频率，判断次同步振荡的频率是否满足某一特征频率fn特征有两种方法：
方法一：次同步振荡频率与特征频率fn之差的绝对值小于设定的误差门槛定值，n取非零自然数；
方法二：对每一个特征频率fn分别设置一个特征频率低范围定值fnL与特征频率高范围定值fnH，当次同步振荡频率大于fnL且小于fnH则认为满足该特征频率特征，n取取非零自然数。
为实现上述技术目的，本发明采取的另一种技术方案为：次同步振荡源定位装置，其特征在于：包括次同步振荡检测模块、信号处理模块、振荡源判断模块和振荡源定位模块；
所述次同步振荡检测模块用于检测区域电网是否发生次同步振荡，得到检测结果；
所述信号处理模块用于对区域电网与主网联络线以及本区域电网内的各电源线进行信号处理，滤出区域电网与主网联络线上的间谐波电压和电流分量，并计算出间谐波阻抗，滤出各线路功率中的波动功率；
所述振荡源判断模块用于根据区域电网与主网联络线的间谐波阻抗判断本区域电网内是否存在振荡源，得出判断结果；
所述振荡源定位模块用于当所述检测结果为区域电网发生次同步振荡，且所述判断结果为区域电网内存在振荡源时，根据区域电网内各电源线波动功率变化轨迹与联络线波动功率变化轨迹的同调性确定具体的振荡源。
进一步的，所述次同步振荡检测模块，行次同步振荡检测时，设定电流波动门槛值、功率波动门槛值与一组特征频率，满足以下任一条件则检测结果为发生次同步振荡：
1)当联络线电流有效值波动范围大于或等于电流波动门槛值，且电流波动频率满足所述一这组特征频率中任一频率特征；
2)联络线功率波动范围大于或等于功率波动门槛值，且功率波动频率满足所述一组特征频率中任一频率特征。
进一步的，所述装置还包括振荡源判断模块；
当间谐波阻抗的实部为正时，所述振荡源判断模块判断结果为本区域电网存在振荡源。
进一步的，还包括振荡源定位模块，振荡源定位模块根据区域电网内各电源线波动功率变化轨迹与联络线波动功率变化轨迹的同调性确定具体的振荡源，当任一电源线满足以下三个条件则判断该电源线为振荡源：
1)在一个次同步振荡周期内，电源线波动功率对时间导数的符号与联络线波动功率对时间导数的符号相反的持续时间大于K1×次同步振荡周期，K1取0.75；
2)在一个次同步振荡周期内，电源线波动功率最大值出现的时刻与联络线波动功率最小值出现的时刻之间的时间间隔小于K2×次同步振荡周期，K2取0.25；
3)在一个次同步振荡周期内，电源线波动功率最小值出现的时刻与联络线波动功率最大值出现的时刻之间的时间间隔小于K3×次同步振荡周期，K3取0.25。
本发明次同步振荡源定位方法及装置，可同时监视风电基地枢纽变电站与主网联络线以及各风电汇集站到该枢纽变电站的电源进线，或监视某一能源基地枢纽变电站与主网联络线以及各电厂到该枢纽变电站的电源进线，当电网发生次同步振荡时在线实时判断本区域电网内是否存在振荡源，若本区域电网存在振荡源则定位到具体哪个风电场汇集站或电厂为振荡源，为分析导致次同步振荡发生的原因以及采取进一步的控制措施打下坚实基础。本发明仅需采集枢纽变电站的本地信息即可定位本区域电网内的振荡源，不依赖不同变电站广域信息及通信网络，便于实际工程实施。
附图说明
图1为本发明实施例次同步振荡源定位方法的实现流程示意图一；
图2为风电基地枢纽变电站通过单线与系统相连示意图；
图3为本发明实施例次同步振荡源定位方法的实现流程示意图二；
图4为风电基地枢纽变电站通过双回线与系统相连示意图；
图5为本发明实施例次同步振荡源定位装置的组成结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图及具体实施例对本发明再作进一步详细的说明。
实施例1
图1为本次同步振荡源定位方法的实现流程示意图一，如图1所示，本次同步振荡源定位方法包括：
步骤S101：根据区域电网与主网联络线的电流、功率信号进行次同步振荡检测，得出检测结果，具体方法为：设定电流波动门槛值、功率波动门槛值与一组特征频率，满足以下任一条件则检测结果为发生次同步振荡：
1)当联络线电流有效值波动范围大于或等于电流波动门槛值，且电流波动频率满足所述这组特征频率中任一频率特征；
2)联络线功率波动范围大于或等于功率波动门槛值，且功率波动频率满足所述这组特征频率中任一频率特征。
所述这组特征频率一般包括6个以上特征频率，判断次同步振荡的频率是否满足某一特征频率fn特征通常有两种方法：
方法一：次同步振荡频率与特征频率fn之差的绝对值小于设定的误差门槛定值，n取非零自然数；
方法二：对每一个特征频率fn分别设置一个特征频率低范围定值fnL与特征频率高范围定值fnH，当次同步振荡频率大于fnL且小于fnH则认为满足该特征频率特征，n取取非零自然数。
检测出次同步振荡时，在如图2所示的风电基地通过单线与主网联网的情况，对联络线以及风电1到风电7的电源线进行信号处理，滤出联络线上的间谐波电压、电流分量并计算出间谐波阻抗，滤出联络线以及风电1到风电7的电源线功率中的波动功率。
步骤S102：根据区域电网与主网联络线的间谐波阻抗判断本区域电网内是否存在振荡源，得出判断结果；
具体地，当间谐波阻抗的实部为正，则判断结果为本区域电网存在振荡源。
步骤S103：所述检测结果为区域电网发生次同步振荡，且所述判断结果为区域电网内存在振荡源，则根据区域电网内各电源线波动功率变化轨迹与联络线波动功率变化轨迹的同调性确定具体的振荡源。
具体地，在如图2所示的风电基地通过单线与主网联网的情况，则根据风电1到风电7的电源线波动功率变化轨迹与联络线波动功率变化轨迹的同调性确定具体的振荡源，当任一风电场的电源线满足以下三个条件则判断该电源线为振荡源：
1)在一个次同步振荡周期内，电源线波动功率对时间导数的符号与联络线波动功率对时间导数的符号相反的持续时间大于K1×次同步振荡周期，K1一般取0.75；
2)在一个次同步振荡周期内，电源线波动功率最大值出现的时刻与联络线波动功率最小值出现的时刻之间的时间间隔小于K2×次同步振荡周期，K2一般取0.25；
3)在一个次同步振荡周期内，电源线波动功率最小值出现的时刻与联络线波动功率最大值出现的时刻之间的时间间隔小于K3×次同步振荡周期，K3一般取0.25。
假设在某次振荡中风电6的电源进线满足上述特征，则判断风电6为次同步振荡源。
通过本发明实施例所述次同步振荡源定位方法，在检测到区域电网发生次同步振荡时，在线实时判断本区域电网内是否存在振荡源，若本区域电网存在振荡源则定位到具体哪个风电场汇集站为振荡源，为分析导致次同步振荡发生的原因以及采取进一步的控制措施打下坚实基础，本方案仅需采集枢纽变电站的本地信息即可定位本区域电网内的振荡源，不依赖不同变电站广域信息及通信网络，便于实际工程实施。
在本发明实施例中，检测到区域电网发生次同步振荡时，对区域电网与主网联络线以及本区域电网内的各电源线进行信号处理，滤出区域电网与主网联络线上的间谐波电压、电流分量并计算出间谐波阻抗，滤出各线路功率中的波动功率，根据区域电网与主网联络线的间谐波阻抗判断本区域电网内是否存在振荡源，若存在振荡源则根据区域电网内各电源线波动功率变化轨迹与联络线波动功率变化轨迹的同调性确定具体的振荡源。
实施例2
图3为本次同步振荡源定位方法的实现流程示意图二，如图3所示，本次同步振荡源定位方法包括：
步骤S201：区域电网与主网各联络线输入模拟量同步采样，并将同步采样的各支路模拟量合并得出联络线总电流、总功率；
具体地，如图4所示风电基地枢纽变电站通过双回线与系统相连，首先同步采样联络线1与联络线2的电压、电流信号，合并得出区域电网流向主网的总电流与总功率，作为后续判断的联络线总电流、总功率信号，并将信号合并后的联络线视为总联络线。
步骤S202：根据区域电网与主网联络线的总电流、总功率信号进行次同步振荡检测，得出检测结果，具体方法为：设定电流波动门槛值、功率波动门槛值与一组特征频率，满足以下任一条件则检测结果为发生次同步振荡：
1)当联络线总电流有效值波动范围大于或等于电流波动门槛值，且总电流波动频率满足所述这组特征频率中任一频率特征；
2)联络线总功率波动范围大于或等于功率波动门槛值，且总功率波动频率满足所述这组特征频率中任一频率特征。
所述这组特征频率一般包括6个以上特征频率，判断次同步振荡的频率是否满足某一特征频率fn特征通常有两种方法：
方法一：次同步振荡频率与特征频率fn之差的绝对值小于设定的误差门槛定值，n取非零自然数；
方法二：对每一个特征频率fn分别设置一个特征频率低范围定值fnL与特征频率高范围定值fnH，当次同步振荡频率大于fnL且小于fnH则认为满足该特征频率特征，n取取非零自然数。
检测出次同步振荡时，在如图4所示的风电基地通过双线与主网联网的情况，对联络线以及风电1到风电7的电源线进行信号处理，滤出总联络线上的间谐波电压、电流分量并计算出间谐波阻抗，滤出总联络线以及风电1到风电7的电源线功率中的波动功率。
步骤S203：根据区域电网与主网总联络线的间谐波阻抗判断本区域电网内是否存在振荡源，得出判断结果；
具体地，当间谐波阻抗的实部为正，则判断结果为本区域电网存在振荡源。
步骤S204：所述检测结果为区域电网发生次同步振荡，且所述判断结果为区域电网内存在振荡源，则根据区域电网内各电源线波动功率变化轨迹与总联络线波动功率变化轨迹的同调性确定具体的振荡源。
具体地，在如图4所示的风电基地通过双线与主网联网的情况，则根据风电1到风电7的电源线波动功率变化轨迹与总联络线波动功率变化轨迹的同调性确定具体的振荡源，当任一风电场的电源线满足以下三个条件则判断该电源线为振荡源：
1)在一个次同步振荡周期内，电源线波动功率对时间导数的符号与总联络线波动功率对时间导数的符号相反的持续时间大于K1×次同步振荡周期，K1一般取0.75；
2)在一个次同步振荡周期内，电源线波动功率最大值出现的时刻与总联络线波动功率最小值出现的时刻之间的时间间隔小于K2×次同步振荡周期，K2一般取0.25；
3)在一个次同步振荡周期内，电源线波动功率最小值出现的时刻与总联络线波动功率最大值出现的时刻之间的时间间隔小于K3×次同步振荡周期，K3一般取0.25。
假设在某次振荡中风电6的电源进线满足上述特征，则判断风电6为次同步振荡源。
通过本发明实施例所述次同步振荡源定位方法，在检测到区域电网发生次同步振荡时，在线实时判断本区域电网内是否存在振荡源，若本区域电网存在振荡源则定位到具体哪个风电场汇集站为振荡源，为分析导致次同步振荡发生的原因以及采取进一步的控制措施打下坚实基础，本方案仅需采集枢纽变电站的本地信息即可定位本区域电网内的振荡源，不依赖不同变电站广域信息及通信网络，便于实际工程实施。
实施例3
图5为本次同步振荡源定位装置的组成结构示意图，如图5所示，所述装置包括次同步振荡检测模块301、信号处理模块302、振荡源判断模块303和振荡源定位模块304；其中，
所述次同步振荡检测模块301，用于检测区域电网是否发生次同步振荡，得到检测结果；
所述信号处理模块302，用于对区域电网与主网联络线以及本区域电网内的各电源线进行信号处理，滤出区域电网与主网联络线上的间谐波电压、电流分量并计算出间谐波阻抗，滤出各线路功率中的波动功率；
所述振荡源判断模块303，用于根据区域电网与主网联络线的间谐波阻抗判断本区域电网内是否存在振荡源，得出判断结果；
所述振荡源定位模块304，当所述检测结果为区域电网发生次同步振荡，且所述判断结果为区域电网内存在振荡源，根据区域电网内各电源线波动功率变化轨迹与联络线波动功率变化轨迹的同调性确定具体的振荡源。
在实际应用中，本发明实施例中提供的所述次同步振荡源定位装置中的各模块及其各模块所包含的各单元均可以通过所述装置中的处理器实现，也可以通过具体的逻辑电路实现；比如，在实际应用中，可由位于所述装置的中央处理器(CPU)、微处理器(MPU)、数字信号处理器(DSP)、或现场可编程门阵列(FPGA)实现。
以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。
Claims (7)
1.一种次同步振荡源定位方法，其特征在于，所述方法包括：
根据区域电网与主网联络线的电流、功率信号进行次同步振荡检测，得出检测结果；
进行次同步振荡检测的方法为：设定电流波动门槛值、功率波动门槛值以及一组特征频率，满足以下任一条件则检测结果为发生次同步振荡：
1）当联络线电流有效值波动范围大于或等于电流波动门槛值，且电流波动频率满足所述一组特征频率中任一频率特征；
2）联络线功率波动范围大于或等于功率波动门槛值，且功率波动频率满足所述一组特征频率中任一频率特征；
所述一组特征频率包括6个以上特征频率，判断次同步振荡的频率是否满足某一特征频率fn特征有两种方法：
方法一：次同步振荡频率与特征频率fn之差的绝对值小于设定的误差门槛定值，n取非零自然数；
方法二：对每一个特征频率fn分别设置一个特征频率低范围定值fnL与特征频率高范围定值fnH，当次同步振荡频率大于fnL且小于fnH则认为满足该特征频率特征，n取非零自然数；
检测出次同步振荡时，对区域电网与主网联络线以及本区域电网内的各电源线进行信号处理，滤出区域电网与主网联络线上的间谐波电压、电流分量并计算出间谐波阻抗，滤出各线路功率中的波动功率；
根据区域电网与主网联络线的间谐波阻抗判断本区域电网内是否存在振荡源，得出判断结果；
当所述检测结果为区域电网发生次同步振荡，且所述判断结果为区域电网内存在振荡源时，则根据区域电网内各电源线波动功率变化轨迹与联络线波动功率变化轨迹的同调性确定具体的振荡源。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：当间谐波阻抗的实部为正，则判断结果为本区域电网存在振荡源。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：根据区域电网内各电源线波动功率变化轨迹与联络线波动功率变化轨迹的同调性确定具体的振荡源，当任一电源线满足以下三个条件则判断该电源线为振荡源：
1）在一个次同步振荡周期内，电源线波动功率对时间导数的符号与联络线波动功率对时间导数的符号相反的持续时间大于K1×次同步振荡周期，K1取0.75；
2）在一个次同步振荡周期内，电源线波动功率最大值出现的时刻与联络线波动功率最小值出现的时刻之间的时间间隔小于K2×次同步振荡周期，K2取0.25；
3）在一个次同步振荡周期内，电源线波动功率最小值出现的时刻与联络线波动功率最大值出现的时刻之间的时间间隔小于K3×次同步振荡周期，K3取0.25。
4.一种次同步振荡源定位装置，其特征在于：包括次同步振荡检测模块、信号处理模块、振荡源判断模块和振荡源定位模块；
所述次同步振荡检测模块用于检测区域电网是否发生次同步振荡，得到检测结果；
进行次同步振荡检测的方法为：设定电流波动门槛值、功率波动门槛值以及一组特征频率，满足以下任一条件则检测结果为发生次同步振荡：
1）当联络线电流有效值波动范围大于或等于电流波动门槛值，且电流波动频率满足所述一组特征频率中任一频率特征；
2）联络线功率波动范围大于或等于功率波动门槛值，且功率波动频率满足所述一组特征频率中任一频率特征；
所述一组特征频率包括6个以上特征频率，判断次同步振荡的频率是否满足某一特征频率fn特征有两种方法：
方法一：次同步振荡频率与特征频率fn之差的绝对值小于设定的误差门槛定值，n取非零自然数；
方法二：对每一个特征频率fn分别设置一个特征频率低范围定值fnL与特征频率高范围定值fnH，当次同步振荡频率大于fnL且小于fnH则认为满足该特征频率特征，n取非零自然数；
所述信号处理模块用于对区域电网与主网联络线以及本区域电网内的各电源线进行信号处理，滤出区域电网与主网联络线上的间谐波电压和电流分量，并计算出间谐波阻抗，滤出各线路功率中的波动功率；
所述振荡源判断模块用于根据区域电网与主网联络线的间谐波阻抗判断本区域电网内是否存在振荡源，得出判断结果；
所述振荡源定位模块用于当所述检测结果为区域电网发生次同步振荡，且所述判断结果为区域电网内存在振荡源时，根据区域电网内各电源线波动功率变化轨迹与联络线波动功率变化轨迹的同调性确定具体的振荡源。
5.根据权利要求4所述的装置，其特征在于：所述次同步振荡检测模块，行次同步振荡检测时，设定电流波动门槛值、功率波动门槛值与一组特征频率，满足以下任一条件则检测结果为发生次同步振荡：
1）当联络线电流有效值波动范围大于或等于电流波动门槛值，且电流波动频率满足所述这一组特征频率中任一频率特征；
2）联络线功率波动范围大于或等于功率波动门槛值，且功率波动频率满足所述一组特征频率中任一频率特征。
6.根据权利要求5所述的装置，其特征在于：所述装置还包括振荡源判断模块；
当间谐波阻抗的实部为正时，所述振荡源判断模块判断结果为本区域电网存在振荡源。
7.根据权利要求6所述的装置，其特征在于：还包括振荡源定位模块，振荡源定位模块根据区域电网内各电源线波动功率变化轨迹与联络线波动功率变化轨迹的同调性确定具体的振荡源，当任一电源线满足以下三个条件则判断该电源线为振荡源：
1）在一个次同步振荡周期内，电源线波动功率对时间导数的符号与联络线波动功率对时间导数的符号相反的持续时间大于K1×次同步振荡周期，K1取0.75；
2）在一个次同步振荡周期内，电源线波动功率最大值出现的时刻与联络线波动功率最小值出现的时刻之间的时间间隔小于K2×次同步振荡周期，K2取0.25；
3）在一个次同步振荡周期内，电源线波动功率最小值出现的时刻与联络线波动功率最大值出现的时刻之间的时间间隔小于K3×次同步振荡周期，K3取0.25。
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