專利名稱：一種電力系統(tǒng)低頻振蕩在線預(yù)警方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明是一種電力系統(tǒng)安全運(yùn)行的辨識(shí)預(yù)警方法，特別是一種對(duì)電力系統(tǒng)的低頻振蕩現(xiàn)象進(jìn)行預(yù)警方法。
背景技術(shù)：
建設(shè)大型的互聯(lián)電網(wǎng)實(shí)現(xiàn)資源優(yōu)化配置是當(dāng)今世界電力工業(yè)發(fā)展的大趨勢(shì)，也是我國(guó)電網(wǎng)公司正在實(shí)施的宏偉工程。隨著電力系統(tǒng)從區(qū)域互聯(lián)電網(wǎng)逐步發(fā)展為國(guó)家互聯(lián)電力系統(tǒng)和跨國(guó)跨地區(qū)的互聯(lián)電力系統(tǒng)，我國(guó)已經(jīng)形成了兩個(gè)巨型的交流鏈?zhǔn)酵诫娋W(wǎng)，即 國(guó)家電網(wǎng)和南方電網(wǎng)。在這兩個(gè)電網(wǎng)的實(shí)際運(yùn)行過(guò)程中，由于存在遠(yuǎn)距離輸電、線路的重載運(yùn)行以及大量發(fā)電機(jī)組上配裝的快速勵(lì)磁設(shè)備的使用，容易造成電力系統(tǒng)阻尼降低，甚至出現(xiàn)負(fù)阻尼的現(xiàn)象，因此，在這種情況下，一旦電力系統(tǒng)上發(fā)生線路跳閘、開關(guān)失效以及負(fù)荷的隨機(jī)波動(dòng)等小擾動(dòng)現(xiàn)象，就會(huì)導(dǎo)致輸電線路的功率極容易發(fā)生頻率為0. IHz至2. 5Hz 之間的振蕩，即低頻振蕩。此時(shí)，如果電力系統(tǒng)有足夠的阻尼，低頻振蕩就會(huì)逐漸消失，不會(huì)對(duì)電力系統(tǒng)造成影響；但是，如果電力系統(tǒng)缺乏必要的阻尼，那么低頻振蕩越來(lái)越劇烈， 電力系統(tǒng)會(huì)失去動(dòng)態(tài)穩(wěn)定。從國(guó)內(nèi)外已經(jīng)發(fā)生的多次低頻振蕩事故來(lái)看，由于電網(wǎng)結(jié)構(gòu)不完善，缺少相應(yīng)的安全措施，一個(gè)局部的小擾動(dòng)或異常運(yùn)行都可能引起整個(gè)電力系統(tǒng)的連鎖反應(yīng)并造成大面積的系統(tǒng)瓦解，導(dǎo)致大面積的停電事故，從而對(duì)人民生活及國(guó)民經(jīng)濟(jì)造成災(zāi)難性損失。針對(duì)低頻振蕩事故對(duì)電網(wǎng)的嚴(yán)重危害，因此，實(shí)時(shí)準(zhǔn)確地對(duì)電力系統(tǒng)出現(xiàn)低頻振蕩之前的特征參數(shù)(即低頻振蕩模式阻尼比參數(shù))有效辨識(shí)，并根據(jù)設(shè)定的低頻振蕩阻尼比預(yù)警線，實(shí)現(xiàn)對(duì)低頻振蕩的預(yù)警，以便及時(shí)采取預(yù)防和控制措施，避免低頻振蕩事故， 成為迫切需要解決的技術(shù)問(wèn)題?，F(xiàn)有傳統(tǒng)的經(jīng)常使用的計(jì)算電力系統(tǒng)低頻振蕩模式阻尼比參數(shù)的方法是特征值分析方法，該方法能夠準(zhǔn)確地計(jì)算出阻尼比參數(shù)，但是存在以下不足依賴實(shí)際電力系統(tǒng)數(shù)學(xué)模型，只能離線分析計(jì)算阻尼比參數(shù)，計(jì)算的結(jié)果總是存在長(zhǎng)時(shí)間的滯后，因此不能進(jìn)行實(shí)時(shí)預(yù)警。目前，實(shí)時(shí)在線計(jì)算電力系統(tǒng)低頻振蕩模式阻尼比參數(shù)的方法有兩種一種方法是采用自回歸滑動(dòng)平均處理方法，即常規(guī)ARMA方法，該方法對(duì)平穩(wěn)信號(hào)進(jìn)行分析時(shí)，可以準(zhǔn)確地得到阻尼比參數(shù)，此時(shí)可以實(shí)現(xiàn)電力系統(tǒng)低頻振蕩準(zhǔn)確預(yù)警。但是，實(shí)際上，電力系統(tǒng)中會(huì)隨機(jī)地產(chǎn)生許多擾動(dòng)信號(hào)，一旦產(chǎn)生擾動(dòng)信號(hào)，再使用常規(guī) ARMA方法，計(jì)算得到的阻尼比參數(shù)誤差較大，從而顯著降低了電力系統(tǒng)低頻振蕩預(yù)警準(zhǔn)確性。另一種方法是采用普羅尼處理方法，即Prony方法，該方法對(duì)擾動(dòng)信號(hào)進(jìn)行分析時(shí)，可以準(zhǔn)確地得到阻尼比參數(shù)，此時(shí)可以實(shí)現(xiàn)電力系統(tǒng)低頻振蕩準(zhǔn)確預(yù)警。但是，對(duì)平穩(wěn)信號(hào)再使用Prony方法，計(jì)算得到的阻尼比參數(shù)誤差較大，從而顯著降低了電力系統(tǒng)低頻振蕩預(yù)警準(zhǔn)確性。因此，如果將上述兩種方法結(jié)合在一起使用，那么，就會(huì)存在如下的兩個(gè)問(wèn)題1) 由于目前常用擾動(dòng)檢測(cè)方法很難準(zhǔn)確及時(shí)地檢測(cè)擾動(dòng)信號(hào)的開始和結(jié)束，因此，何時(shí)采用常規(guī)ARMA方法，何時(shí)采用Prony方法是根本無(wú)法確定的；2 )由于常規(guī)ARMA法需要信號(hào)數(shù)據(jù)個(gè)數(shù)N的范圍是100彡N彡3000, Prony方法需要信號(hào)數(shù)據(jù)個(gè)數(shù)N的范圍是30彡N彡80， 數(shù)據(jù)個(gè)數(shù)相差極大，所以很難實(shí)現(xiàn)常規(guī)ARMA法和Prony方法之間的及時(shí)切換及配合使用，
4因此也無(wú)法實(shí)現(xiàn)電力系統(tǒng)低頻振蕩是實(shí)時(shí)在線準(zhǔn)確預(yù)警，總之，實(shí)現(xiàn)電力系統(tǒng)低頻振蕩實(shí)時(shí)在線準(zhǔn)確預(yù)警是亟待解決的技術(shù)難題。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的就是提供一種方法簡(jiǎn)便、運(yùn)算及時(shí)和成本低廉的電力系統(tǒng)低頻振蕩在線預(yù)警方法，無(wú)論是對(duì)平穩(wěn)信號(hào)，還是擾動(dòng)信號(hào)，它都可以準(zhǔn)確地獲得阻尼比參數(shù)，從而實(shí)現(xiàn)電力系統(tǒng)低頻振蕩實(shí)時(shí)在線準(zhǔn)確預(yù)警，具有廣泛的電力工程實(shí)用價(jià)值。本發(fā)明的目的是通過(guò)這樣的技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的，它包括有如下的步驟
(1)、采集數(shù)據(jù)按照時(shí)間的先后順序，實(shí)時(shí)采集電力系統(tǒng)中隨時(shí)間變化的N個(gè)低頻振蕩辨識(shí)信號(hào)f (η)；其中，100 ^Ν^ 2500，以獲取的N個(gè)低頻振蕩辨識(shí)信號(hào)為原始數(shù)據(jù)序列；
f(n)是原始數(shù)據(jù)序列中，第η個(gè)數(shù)據(jù)所對(duì)應(yīng)的低頻振蕩辨識(shí)信號(hào)值，且η < N，其中N 是原始數(shù)據(jù)序列的個(gè)數(shù)總和；
(2)、數(shù)據(jù)處理對(duì)所述的原始數(shù)據(jù)序列進(jìn)行去趨勢(shì)處理，得到去趨勢(shì)數(shù)據(jù)序列Π(η)， 再對(duì)數(shù)據(jù)序列Π (η)進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化處理，得到標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)序列f2 (η)，具體進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化處理的方法如下
標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)序列f2(n)是將每一個(gè)去趨勢(shì)數(shù)據(jù)代入如下的公式計(jì)算而得 f2 (η) = { fl (η) -E [fl (η) ]} /std [fl (η)]
式中，E表示求均值，E[fl(n)]表示對(duì)所有的N個(gè)Π (η)的值進(jìn)行求均值；std表示求標(biāo)準(zhǔn)差，std[fl (η)]表示對(duì)所有的N個(gè)的Π (η)的值進(jìn)行求標(biāo)準(zhǔn)差； f2 (η)是標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)序列中，第η個(gè)數(shù)據(jù)所對(duì)應(yīng)的值，且η < N ；
(3)、計(jì)算歸一化峰度Kx:
通過(guò)步驟(2)中得到的標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)序列f2(n)求取歸一化峰度Kx，具體方法是將標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)序列f2(n)代入如下公式求得 Kx=E [(f2 (n))4]/ {E[(f2(n))2]}2
式中，E表示求均值，E[(f2(n))4]表示對(duì)所有的N個(gè)f2 (η)的值分別四次方之后求均值3[&2(11))2]表示對(duì)所有的N個(gè)f2 (η)的值分別平方后求均值；
(4)、計(jì)算阻尼比參數(shù)d:
①、擾動(dòng)判斷
將步驟(3) 得到的歸一化峰度Kx與設(shè)定閾值相比較，以確定當(dāng)前所采集的N個(gè)原始數(shù)據(jù)序列中是否包含有擾動(dòng)的值，確定方法如下當(dāng)Kx < ZM時(shí)，表明原始數(shù)據(jù)序列中不含有擾動(dòng)的值；當(dāng)Kx > &5時(shí)，表明原始數(shù)據(jù)序列中含有擾動(dòng)的值；其中，5彡彡85 ；
②、計(jì)算阻尼比參數(shù)d:
當(dāng)原始數(shù)據(jù)序列中不含有擾動(dòng)的值時(shí)，采用常規(guī)ARMA方法計(jì)算出阻尼比參數(shù)d;當(dāng)原始數(shù)據(jù)序列中含有擾動(dòng)的值時(shí)，采用高階ARMA方法計(jì)算出阻尼比參數(shù)d ；
(5)、預(yù)警判定
將步驟(4)獲得的阻尼比參數(shù)d與設(shè)定的低頻振蕩預(yù)警線相比較，當(dāng)d> ι時(shí)，不發(fā)出預(yù)警信號(hào)；當(dāng)d ^dS時(shí)，則發(fā)出預(yù)警信號(hào)；其中
權(quán)利要求
1.一種電力系統(tǒng)低頻振蕩在線預(yù)警方法，它包括有如下的步驟(1)、采集數(shù)據(jù)按照時(shí)間的先后順序，實(shí)時(shí)采集電力系統(tǒng)中隨時(shí)間變化的N個(gè)低頻振蕩辨識(shí)信號(hào)f (η)；其中，100 ^Ν^ 2500，以獲取的N個(gè)低頻振蕩辨識(shí)信號(hào)為原始數(shù)據(jù)序列；f(n)是原始數(shù)據(jù)序列中，第η個(gè)數(shù)據(jù)所對(duì)應(yīng)的低頻振蕩辨識(shí)信號(hào)值，且η < N，其中N 是原始數(shù)據(jù)序列的個(gè)數(shù)總和；(2)、數(shù)據(jù)處理對(duì)所述的原始數(shù)據(jù)序列進(jìn)行去趨勢(shì)處理，得到去趨勢(shì)數(shù)據(jù)序列Π(η)， 再對(duì)數(shù)據(jù)序列Π (η)進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化處理，得到標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)序列f2 (η)，具體進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化處理的方法如下標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)序列f2(n)是將每一個(gè)去趨勢(shì)數(shù)據(jù)代入如下的公式計(jì)算而得f2 (η) = { Π (η) -E [fl (η) ]} /std [fl (η)]式中，E表示求均值，E [fl (η)]表示對(duì)所有的N個(gè)fl (η)的值進(jìn)行求均值；std表示求標(biāo)準(zhǔn)差，std[fl (η)]表示對(duì)所有的N個(gè)的Π (η)的值進(jìn)行求標(biāo)準(zhǔn)差；f2 (η)是標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)序列中，第η個(gè)數(shù)據(jù)所對(duì)應(yīng)的值，且η < N ；(3)、計(jì)算歸一化峰度Kx:通過(guò)步驟(2)中得到的標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)序列f2(n)求取歸一化峰度Kx，具體方法是將標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)序列f2(n)代入如下公式求得Kx=E [(f2 (n))4]/ {E[(f2(n))2]}2式中，E表示求均值，E[(f2(n))4]表示對(duì)所有的N個(gè)f2 (η)的值分別四次方之后求均值3[&2(11))2]表示對(duì)所有的N個(gè)f2 (η)的值分別平方后求均值；(4)、計(jì)算阻尼比參數(shù)d:①、擾動(dòng)判斷將步驟(3) 得到的歸一化峰度Kx與設(shè)定閾值相比較，以確定當(dāng)前所采集的N個(gè)原始數(shù)據(jù)序列中是否包含有擾動(dòng)的值，確定方法如下當(dāng)Kx時(shí)，表明原始數(shù)據(jù)序列中不含有擾動(dòng)的值；當(dāng)Kx > &5時(shí)，表明原始數(shù)據(jù)序列中含有擾動(dòng)的值；其中，5彡￡ 5彡85 ；②、計(jì)算阻尼比參數(shù)d:當(dāng)原始數(shù)據(jù)序列中不含有擾動(dòng)的值時(shí)，采用常規(guī)ARMA方法計(jì)算出阻尼比參數(shù)d;當(dāng)原始數(shù)據(jù)序列中含有擾動(dòng)的值時(shí)，采用高階ARMA方法計(jì)算出阻尼比參數(shù)d ；(5)、預(yù)警判定將步驟(4)獲得的阻尼比參數(shù)d與設(shè)定的低頻振蕩預(yù)警線相比較，當(dāng)d> ι時(shí)，不發(fā)出預(yù)警信號(hào)；當(dāng)d彡時(shí)，則發(fā)出預(yù)警信號(hào)；其中，-1彡彡1 ；(6)、將本次的N個(gè)原始數(shù)據(jù)序列的前m個(gè)數(shù)據(jù)去掉，再按照時(shí)間的先后順序重新實(shí)時(shí)采集m個(gè)低頻振蕩辨識(shí)信號(hào)，將本次原始數(shù)據(jù)序列剩余的N-Nl個(gè)數(shù)據(jù)與新采集的m個(gè)低頻振蕩辨識(shí)信號(hào)依次合并在一起，作為最新的N個(gè)原始數(shù)據(jù)序列，執(zhí)行步驟(2)；如此往復(fù)循環(huán)地執(zhí)行步驟(2)、(3)、(4)、(5)，實(shí)現(xiàn)電力系統(tǒng)低頻振蕩在線預(yù)警目的。
2.如權(quán)利1要求所述的電力系統(tǒng)低頻振蕩在線預(yù)警方法，其特征在于N=IOO個(gè)， Ν1=50, Κχδ =5， δ =0. 04。
3.如權(quán)利1要求所述的電力系統(tǒng)低頻振蕩在線預(yù)警方法，其特征在于N=300個(gè)， Ν1=50, Κχδ =1^, δ =0. 04。
4.如權(quán)利1要求所述的電力系統(tǒng)低頻振蕩在線預(yù)警方法，其特征在于N=600個(gè)， Ν1=50, Κχδ =25 =0.05。
5.如權(quán)利1要求所述的電力系統(tǒng)低頻振蕩在線預(yù)警方法，其特征在于Ν=900個(gè)， Ν1=50, Κχδ =35 u J =0. 05。
6.如權(quán)利1要求所述的電力系統(tǒng)低頻振蕩在線預(yù)警方法，其特征在于Ν=1200個(gè)， Ν1=50，Κχδ =45,^5 =0. 06。
7.如權(quán)利1要求所述的電力系統(tǒng)低頻振蕩在線預(yù)警方法，其特征在于Ν=1500個(gè)， Ν1=50，Κχδ =55,€ δ =0. 06。
8.如權(quán)利1要求所述的電力系統(tǒng)低頻振蕩在線預(yù)警方法，其特征在于N=ISOO個(gè)， Ν1=50, Κχδ =65 ι =0.07。
9.如權(quán)利1要求所述的電力系統(tǒng)低頻振蕩在線預(yù)警方法，其特征在于Ν=2500個(gè)， Ν1=50, Κχδ =85, dd =0. 07。
10..如權(quán)利1、2、3、4、5要求所述的電力系統(tǒng)低頻振蕩在線預(yù)警方法，其特征在于低頻振蕩辨識(shí)信號(hào)是功率信號(hào)或電壓相角差信號(hào)。
全文摘要
一種電力系統(tǒng)低頻振蕩在線預(yù)警方法，它經(jīng)過(guò)采集數(shù)據(jù)、數(shù)據(jù)處理、計(jì)算歸一化峰度Kx、計(jì)算阻尼比參數(shù)d和預(yù)警判定的步驟，如此往復(fù)循環(huán)地執(zhí)行上述步驟，實(shí)現(xiàn)電力系統(tǒng)低頻振蕩實(shí)時(shí)在線預(yù)警目的。本發(fā)明具有方法簡(jiǎn)便、運(yùn)算及時(shí)和成本低廉的優(yōu)點(diǎn)，無(wú)論是對(duì)平穩(wěn)信號(hào)，還是擾動(dòng)信號(hào)，它都可以準(zhǔn)確地獲得阻尼比參數(shù)，從而實(shí)現(xiàn)電力系統(tǒng)低頻振蕩實(shí)時(shí)在線準(zhǔn)確預(yù)警，具有廣泛的電力工程實(shí)用價(jià)值，從而也為低頻振蕩的阻尼控制奠定堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。
文檔編號(hào)G01R31/08GK102288876SQ201110208880
公開日2011年12月21日 申請(qǐng)日期2011年7月25日 優(yōu)先權(quán)日2011年7月25日
發(fā)明者何潛, 馮麗, 劉尹, 劉波, 劉貴富, 吳迎霞, 張繼紅, 徐玉韜, 李文濤, 楊浩, 梁偉, 王予疆, 謝林, 趙勇帥, 金明, 陳剛, 陳濤, 雷雨, 黃林 申請(qǐng)人:重慶大學(xué), 重慶市電力公司