一種基于fft變換的多機群失步解列判斷方法
【技術領域】
[0001] 本發(fā)明設及一種電力系統(tǒng)緊急控制技術，特別設及一種基于FFT變換的多機群失 步解列判斷方法。
【背景技術】
[0002] 當系統(tǒng)發(fā)生嚴重故障后，系統(tǒng)的暫態(tài)穩(wěn)定性發(fā)生破壞，系統(tǒng)內部分發(fā)電機將發(fā)生 異步運行，導致系統(tǒng)的電壓、潮流發(fā)生強烈振蕩。如果不及時把失步的機組從系統(tǒng)中解列， 將會導致系統(tǒng)崩潰。失步解列屬于電力系統(tǒng)第S道防線的內容，是系統(tǒng)災變情況下不得已 采取的緊急控制措施，如果在系統(tǒng)不需要解列的情況下實施解列，會擴大系統(tǒng)事故的嚴重 程度。作為最后一道防線，必須要準確地判斷系統(tǒng)是否發(fā)生失步，是否有解列的需要，然后 再根據(jù)解列策略進行解列。
[0003] 目前常用的失步解列判斷方法主要有W下=種；一、基于視在阻抗軌跡的失步解 列判據(jù)。該方法根據(jù)保護裝置安裝處視在阻抗軌跡是否進入整定的動作區(qū)域來判斷系統(tǒng)是 否發(fā)生失步；二、基于化osd)的失步解列判據(jù)。該方法利用系統(tǒng)振蕩中屯、電壓與功角之間 的函數(shù)關系，根據(jù)失步振蕩時化0S 4連續(xù)變化且過零的特征來判斷失步，并能區(qū)分失步振 蕩、短路故障和同步振蕩；=、基于視在阻抗角原理的失步解列判據(jù)。該方法利用解列裝置 的量測電壓U和測量電流I之間的夾角4與功角5之間的關系來判斷系統(tǒng)是否失步，當 功角5在0?360°內變化時，4也在一定范圍內變化，而且會因為測量點位于振蕩中屯、、 功率送端和受端該=個不同位置而不同。
[0004][0005][0006] W上的解列判據(jù)方法都是針對兩機群失穩(wěn)。對于多頻異步狀態(tài)，即具有3個或更 多個非同步運行發(fā)電機群的多機系統(tǒng)狀態(tài)，其失步中屯、是不固定的，傳統(tǒng)的失步解列判據(jù) 可能失效。目前對于多機群失穩(wěn)判據(jù)的研究還比較少。如何在多機群失步的情況下準確判 斷電網(wǎng)的失步狀態(tài)，并找出失步機群，對快速有效地實施解列具有重要意義。

【發(fā)明內容】

[0007] 本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術的缺點與不足，提供一種基于FFT變換的多機群 失步解列判斷方法，該多機群失步解列判斷方法克服了現(xiàn)有的解列判據(jù)方法大多針對兩機 群失穩(wěn)，對于多機群失穩(wěn)的情況，研究得相對較少的問題，除了可W有效判斷系統(tǒng)是否發(fā)生 失步，并找出失步機組外，在系統(tǒng)發(fā)生多機群失穩(wěn)時，還可W判斷出各失步機群包含的發(fā)電 機，為多機群解列策略的制定提供了幫助。
[000引本發(fā)明的基本原理是：當系統(tǒng)發(fā)生失步振蕩時，發(fā)生失步的機組與未發(fā)生失步的 機組有功功率振蕩的頻率會有所不同；如果發(fā)生多機群失穩(wěn)，失步的各機群有功功率的振 蕩頻率又會不一樣，所W可W通過對各臺發(fā)電機發(fā)出的有功功率進行傅里葉分析，得到發(fā) 電機有功功率在各個頻率的幅值，然后比較各個頻率的幅值大小來判斷系統(tǒng)是否失步W及 找出各失步機群。
[0009] 本發(fā)明的目的通過下述技術方案實現(xiàn)：一種基于FFT變換的多機群失步解列判斷 方法，包括W下步驟：
[0010] 1)實時測量故障發(fā)生到故障切除后0. 5s該段時間內各發(fā)電機發(fā)出的有功功率；
[0011] 2)對測得的各發(fā)電機有功功率進行傅里葉變換，W 0. 5化為基本頻率，得到各發(fā) 電機的有功功率幅值頻譜；
[0012] 3)對得到的發(fā)電機i各倍頻下有功功率幅值進行比較，若其他倍頻有功幅值的最 大值大于基頻有功幅值的80%，且在故障切除后有功功率減小，則當只存在一個極小值 時，即可判斷發(fā)電機i發(fā)生失步，若存在兩個及W上極小值時，還需滿足極小值都小于0,且 第一個極小值的絕對值比第二個極小值的絕對值小，則可判斷發(fā)電機i發(fā)生失步；
[0013] 4)若系統(tǒng)中發(fā)生失步的機組數(shù)量大于1，則W (2,3, ...，10}倍頻，（11，12,...， 20}倍頻，W此類推，除了第一個區(qū)間外，后面的都W每10個倍頻為一個區(qū)間對傅里葉分析 的頻率進行劃分，然后算出每臺失步發(fā)電機在每個區(qū)間內有功幅值之和。將所有區(qū)間按算 得的有功幅值之和從大到小進行排序，得到各臺失步發(fā)電機頻率區(qū)間的排列順序，頻率區(qū) 間排列順序中前3個區(qū)間相同的失步發(fā)電機為同一個失步機群，否則不是，從而可得各失 步機群所包含的發(fā)電機。
[0014] 所述步驟1)選取故障發(fā)生到切除后0. 5s內的有功功率進行傅里葉分析是因為電 力系統(tǒng)在受到故障，W及切除故障后會產生低頻振蕩，振蕩的頻率一般為0. 4?2.甜Z，為 了能得到故障切除后系統(tǒng)低頻振蕩時有功功率幅值的頻譜特征，而且能快速判斷系統(tǒng)是否 失步，故選取故障發(fā)生到故障切除后0. 5s該段時間內各發(fā)電機發(fā)出的有功功率。
[0015] 所述步驟2) W 0. 5化為基本頻率，是因為系統(tǒng)在發(fā)生故障后會發(fā)生低頻振蕩，振 蕩頻率小到0. 4Hz，為了能有效地反映有功功率幅值的頻譜分布情況，故選取0. 5化為基本 頻率。
[0016] 所述步驟3) W式（1)來進行失步判斷。
[0017] maxiPn'P。，. . .，PJ〉P"X80%，n = 120， (1)
[001引式（1)中，Pu為基頻處有功功率幅值，P 12為2倍頻處有功功率幅值，P 1。為n倍頻 處有功功率幅值。
[0019] 若式（1)成立，為了提高失步判據(jù)的準確度，故障切除后還需要滿足式（2); (巧 n
[0020] --< 0 , (2) dt
[0021] 若測得的Pi曲線存在兩個極小值時，還需滿足式（3)，則可判斷該發(fā)電機發(fā)生失 步。
[0022]
【主權項】
1. 一種基于FFT變換的多機群失步解列判斷方法，其特征在于，包括如下步驟： 1) 實時測量從故障發(fā)生時到故障切除后〇. 5s的時間段內，各發(fā)電機發(fā)出的有功功率； 2) 對測得的各個發(fā)電機的有功功率進行傅里葉變換，以0. 5Hz為基本頻率，得到各個 發(fā)電機的有功功率幅值頻譜； 3) 對得到的第i個發(fā)電機各個倍頻下的有功功率幅值進行比較，若其他倍頻有功幅值 的最大值大于基頻有功幅值的80%，且在故障切除后有功功率減小，當只存在一個極小值 時，則判斷發(fā)電機i發(fā)生失步，若存在兩個及以上極小值時，還要滿足極小值都小于〇,且第 一個極小值的絕對值比第二個極小值的絕對值小，則可判斷發(fā)電機i發(fā)生失步； 4) 若系統(tǒng)中發(fā)生失步的機組數(shù)量大于1，則以{2, 3, ...，10}倍頻，{11，12, ...，20} 倍頻，除第一個區(qū)間以外的區(qū)間，都以每10個倍頻為一個區(qū)間對傅里葉分析的頻率進行劃 分，計算出每臺失步發(fā)電機在每個區(qū)間內有功幅值之和；將所有區(qū)間按算得的有功幅值之 和從大到小進行排序，得到各臺失步發(fā)電機頻率區(qū)間的排列順序，頻率區(qū)間排列順序中前3 個區(qū)間相同的失步發(fā)電機為同一個失步機群，從而得出各失步機群所包含的發(fā)電機。
2. 如權利要求1所述的基于FFT變換的多機群失步解列判斷方法，其特征在于，在步驟 1)中，選取故障發(fā)生到切除后〇.5s內的有功功率進行傅里葉分析，在系統(tǒng)故障切除后發(fā)生 0. 4?2. 5Hz低頻振蕩時能快速有效地得到有功功率幅值的頻譜特征。
3. 如權利要求1所述的基于FFT變換的多機群失步解列判斷方法，其特征在于，在步 驟2)中，以0. 5Hz為基本頻率，是因為系統(tǒng)在故障發(fā)生后會產生低頻振蕩，振蕩頻率小到 0. 4Hz，以0. 5Hz為基本頻率能有效地反映有功功率幅值的頻譜分布情況。
4. 如權利要求1所述的基于FFT變換的多機群失步解列判斷方法，其特征在于，在步驟 3)中，采用下式進行失步判斷： max{Pi2,Pi3,. . . ,Pin}>PnX80%,n= 120, (1) 式（1)中，為基頻處有功功率幅值，Pi2為2倍頻處有功功率幅值，Pin為n倍頻處有 功功率幅值；
式⑵中，Pi為第i臺發(fā)電機發(fā)出的電磁功率，式⑵表示第i臺發(fā)電機發(fā)出的電磁功 率隨時間變化的導數(shù)要小于〇 ; 若式（1)成立，為了提高失步判據(jù)的準確度，故障切除后還需要滿足式（2);
式⑶中，Pm+m為第i臺發(fā)電機發(fā)出的電磁功率的第一個極小值；Pm,ni2為第i臺 發(fā)電機發(fā)出的電磁功率的第二個極小值； 若測得的Pi曲線存在兩個極小值時，還需滿足上式（3)，則可判斷該發(fā)電機發(fā)生失步。
5.如權利要求1所述的基于FFT變換的多機群失步解列判斷方法，其特征在于，在步 驟4)中，通過對各個頻率區(qū)間內頻譜幅值之和的大小進行排序，就可得出失步發(fā)電機的有 功功率集中的頻率區(qū)域，若兩臺發(fā)電機有功功率集中的頻率區(qū)間相同，則判斷該兩臺發(fā)電 機為屬于相同的失步機群，否則，判斷該兩臺發(fā)電機屬于相異的失步機群。
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種基于FFT變換的多機群失步解列判斷方法，包括以下步驟：1)測量從故障發(fā)生時到故障切除后0.5s的時間段內發(fā)電機發(fā)出的有功功率；2)對發(fā)電機的有功功率進行傅里葉變換，得到發(fā)電機的有功功率幅值頻譜；3)對第i個發(fā)電機各個倍頻下的有功功率幅值進行比較，當只存在一個極小值時判斷發(fā)電機i發(fā)生失步，若存在兩個及以上極小值時，還要滿足極小值都小于0且第一個極小值的絕對值比第二個極小值的絕對值小才可判斷發(fā)電機i發(fā)生失步；4)若系統(tǒng)中發(fā)生失步的機組數(shù)量大于1，除第一個區(qū)間外的區(qū)間都以每10個倍頻為一個區(qū)間對傅里葉分析的頻率進行劃分。具有能在多機群失穩(wěn)的情況下判斷出系統(tǒng)是否發(fā)生失穩(wěn)等優(yōu)點。
【IPC分類】H02J3-24, G01R31-34, H02H7-26
【公開號】CN104569820
【申請?zhí)枴緾N201510021756
【發(fā)明人】夏成軍, 陳翠瓊, 涂亮, 門錕, 洪潮, 趙勇
【申請人】華南理工大學, 南方電網(wǎng)科學研究院有限責任公司
【公開日】2015年4月29日
【申請日】2015年1月15日