基于牽引負(fù)荷沖擊響應(yīng)的系統(tǒng)阻尼在線監(jiān)測方法與系統(tǒng)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及電力系統(tǒng)低頻振蕩在線監(jiān)測和預(yù)警預(yù)控領(lǐng)域，具體而言涉及一種基于 牽引負(fù)荷沖擊響應(yīng)的系統(tǒng)阻尼在線監(jiān)測方法與系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002] 隨著互聯(lián)電網(wǎng)規(guī)模不斷擴(kuò)大，電力系統(tǒng)低頻振蕩極大地制約了電網(wǎng)的傳輸能力， 成為影響互聯(lián)電網(wǎng)安全穩(wěn)定的突出問題。系統(tǒng)阻尼是決定低頻振蕩是否發(fā)生或者振蕩大小 的關(guān)鍵因素。當(dāng)前電力系統(tǒng)運(yùn)行人員往往通過對未來離線方式或者實(shí)時(shí)潮流斷面進(jìn)行模態(tài) 分析計(jì)算來獲取系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)特征，特別是振蕩頻率和阻尼比信息。由于模態(tài)分析方法受系 統(tǒng)規(guī)模、實(shí)時(shí)潮流和模型參數(shù)準(zhǔn)確性的影響較大，其結(jié)果很多時(shí)候與系統(tǒng)實(shí)際的振蕩特征 不符。隨著WAMS系統(tǒng)的快速發(fā)展和應(yīng)用，目前大部分機(jī)組和500kV變電站已經(jīng)可以獲得準(zhǔn) 確的動(dòng)態(tài)量測，用于低頻振蕩在線監(jiān)測。對于低頻振蕩在線監(jiān)測，當(dāng)前主要還是基于實(shí)際故 障引發(fā)大幅功率振蕩后的軌跡，采用HHT、Prony等方法進(jìn)行在線辨識振蕩模式，這難以滿 足系統(tǒng)低頻振蕩的預(yù)警預(yù)控要求。而且現(xiàn)在觀測到越來越多的強(qiáng)迫功率振蕩現(xiàn)象，通過類 似Prony等方法的分析結(jié)果難以準(zhǔn)確體現(xiàn)系統(tǒng)實(shí)際阻尼信息。實(shí)際電網(wǎng)中經(jīng)常受到一些特 殊負(fù)荷沖擊而引發(fā)系統(tǒng)存在小功率自由振蕩現(xiàn)象。實(shí)際上這些日?？捎^測到的小功率自由 振蕩并不影響電網(wǎng)的正常安全運(yùn)行，但是它們一定程度上反映了互聯(lián)電網(wǎng)的主要振蕩模式 特征，例如實(shí)時(shí)模式阻尼比信息，對于大電網(wǎng)的低頻功率振蕩預(yù)警預(yù)控具有重要指導(dǎo)意義。
[0003] 隨著我國尚鐵的跨越式發(fā)展，電鐵牽引負(fù)荷在電網(wǎng)中的分布越來越廣，單列尚速 列車負(fù)荷功率越來越大，其負(fù)荷特征對電網(wǎng)的影響也越來越重要。例如近年來，中國建成了 多條時(shí)速300km/h以上的高速鐵路，單列高速列車組的牽引功率可達(dá)到21. 56MW。當(dāng)列車駛 過牽引變供電區(qū)域的分界點(diǎn)時(shí)，給機(jī)車供電的牽引變發(fā)生突變，牽引負(fù)荷通過兩個(gè)牽引變 對接入的電網(wǎng)帶來了沖擊。在實(shí)際電網(wǎng)中，分布著大量的牽引變電站，意味著存在著大量的 牽引負(fù)荷沖擊，而這些牽引負(fù)荷空間分布上基本貫穿了整個(gè)電網(wǎng)，負(fù)荷沖擊時(shí)間分布上相 對比較固定。因此，電鐵牽引負(fù)荷是實(shí)際電網(wǎng)中長期存在的、相對固定的功率沖擊。可以利 用這種在時(shí)間上固定，且具有有一定規(guī)律的沖擊，對實(shí)際電網(wǎng)中激發(fā)的低頻功率振蕩進(jìn)行 在線監(jiān)測，可以獲得電網(wǎng)中容易被激發(fā)的區(qū)間振蕩模式信息和實(shí)時(shí)阻尼信息，從而實(shí)現(xiàn)系 統(tǒng)阻尼在線監(jiān)測和預(yù)警。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 本發(fā)明的目的在于利用實(shí)際電網(wǎng)中固定存在的電鐵牽引負(fù)荷沖擊，將牽引負(fù)荷沖 擊引發(fā)的機(jī)組動(dòng)態(tài)響應(yīng)用于系統(tǒng)低頻振蕩模式阻尼的在線監(jiān)測。該方法首先根據(jù)實(shí)際電網(wǎng) 中牽引負(fù)荷的位置、實(shí)時(shí)潮流模態(tài)分析得到的各機(jī)組參與區(qū)間振蕩情況，以及牽引負(fù)荷擾 動(dòng)所能激發(fā)機(jī)組的響應(yīng)，選擇合適的觀測機(jī)組。在系統(tǒng)運(yùn)行過程中，通過觀測牽引負(fù)荷周圍 各機(jī)組的WAMS動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)，實(shí)時(shí)監(jiān)測這些機(jī)組所參與振蕩模式的振蕩頻率和阻尼比信息。由 于電鐵牽引負(fù)荷沖擊時(shí)間固定分布在一天中，特別在系統(tǒng)負(fù)荷較大的白天，當(dāng)系統(tǒng)區(qū)間振 蕩模式的阻尼降低時(shí)，能夠反映在實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)監(jiān)測結(jié)果上，即獲得系統(tǒng)最容易被激發(fā)的區(qū)間 振蕩模式和系統(tǒng)實(shí)時(shí)阻尼情況，以此作為系統(tǒng)低阻尼報(bào)警的依據(jù)。
[0005] 本發(fā)明的上述目的通過獨(dú)立權(quán)利要求的技術(shù)特征實(shí)現(xiàn)，從屬權(quán)利要求以另選或有 利的方式發(fā)展獨(dú)立權(quán)利要求的技術(shù)特征。
[0006] 為達(dá)成上述目的，本發(fā)明提出一種基于牽引負(fù)荷沖擊響應(yīng)的系統(tǒng)阻尼在線監(jiān)測方 法，包括以下步驟：
[0007] 步驟1、獲取電網(wǎng)實(shí)際主要區(qū)間振蕩模式和各模式強(qiáng)相關(guān)機(jī)組信息；
[0008] 步驟2、根據(jù)電網(wǎng)中牽引負(fù)荷的地理分布和電網(wǎng)區(qū)間振蕩模式區(qū)域劃分，選擇與牽 引負(fù)荷電氣距離較近且是主要區(qū)間模式強(qiáng)相關(guān)機(jī)組的機(jī)組作為監(jiān)測節(jié)點(diǎn)；
[0009] 步驟3、基于監(jiān)測節(jié)點(diǎn)動(dòng)態(tài)量測，對于牽引負(fù)荷沖擊下可觀測到明顯振蕩響應(yīng)的機(jī) 組，采用Prony方法在線辨識系統(tǒng)區(qū)間振蕩頻率和阻尼比信息；
[0010] 步驟4、對于牽引負(fù)荷沖擊下未觀測到明顯振蕩的機(jī)組，采用ARMA方法分析機(jī)組 有功功率類噪聲信號獲得實(shí)時(shí)振蕩頻率和阻尼信息；
[0011] 步驟5、當(dāng)系統(tǒng)實(shí)時(shí)模式阻尼比低于給定閾值時(shí)，分級別發(fā)出告警信息。
[0012] 進(jìn)一步的例子中，前述步驟1獲取電網(wǎng)實(shí)際主要區(qū)間振蕩模式和各模式強(qiáng)相關(guān)機(jī) 組信息，具體實(shí)現(xiàn)包括：
[0013] 基于系統(tǒng)實(shí)時(shí)潮流斷面進(jìn)行模態(tài)分析，并結(jié)合電網(wǎng)歷史功率振蕩數(shù)據(jù)，獲得電網(wǎng) 存在的主要區(qū)間振蕩模式和強(qiáng)相關(guān)機(jī)組信息。
[0014] 進(jìn)一步的例子中，前述步驟2根據(jù)電網(wǎng)中牽引負(fù)荷的地理分布和電網(wǎng)區(qū)間振蕩模 式區(qū)域劃分，選擇與牽引負(fù)荷電氣距離較近且是主要區(qū)間模式強(qiáng)相關(guān)機(jī)組的機(jī)組作為監(jiān)測 節(jié)點(diǎn)，具體包括：
[0015] 根據(jù)電網(wǎng)中牽引負(fù)荷的實(shí)際地理位置分布和電網(wǎng)區(qū)間振蕩模式區(qū)域劃分，通過牽 引負(fù)荷沖擊注入電網(wǎng)仿真分析，獲得各牽引負(fù)荷沖擊所能激發(fā)周邊機(jī)組的電磁功率振蕩情 況，選擇同時(shí)滿足下述條件的機(jī)組作為監(jiān)測節(jié)點(diǎn)：1)用于激發(fā)機(jī)組功率振蕩的牽引負(fù)荷選 擇，盡量滿足電網(wǎng)主要區(qū)間振蕩模式都能被激發(fā)；2)距離牽引負(fù)荷電氣距離較近的機(jī)組， 牽引負(fù)荷突變能夠引發(fā)監(jiān)測機(jī)組電磁功率的較大突變；3)監(jiān)測機(jī)組是電網(wǎng)主要區(qū)間振蕩 模式的強(qiáng)相關(guān)機(jī)組，即易于激發(fā)區(qū)間模式振蕩，機(jī)組振蕩信息又易于觀測。
[0016] 進(jìn)一步的例子中，前述步驟3,基于監(jiān)測節(jié)點(diǎn)動(dòng)態(tài)量測，對于牽引負(fù)荷沖擊下可觀 測到明顯振蕩響應(yīng)的機(jī)組，采用Prony方法在線辨識系統(tǒng)區(qū)間振蕩頻率和阻尼比信息，其 具體實(shí)現(xiàn)包括：
[0017] 通過觀測節(jié)點(diǎn)機(jī)組的WAMS動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)，對機(jī)組電磁功率的振蕩，采用Prony方法在 線獲取區(qū)間振蕩模式信息，即系統(tǒng)振蕩的頻率與阻尼比。
[0018] 進(jìn)一步的例子中，前述步驟4,對于牽引負(fù)荷沖擊下未觀測到明顯振蕩的機(jī)組，采 用ARMA方法分析機(jī)組有功功率類噪聲信號獲得實(shí)時(shí)振蕩頻率和阻尼信息，其具體實(shí)現(xiàn)包 括：
[0019] 當(dāng)牽引負(fù)荷沖擊下未觀測到明顯振蕩的機(jī)組時(shí)，在牽引負(fù)荷的SCADA在線數(shù)據(jù)觀 測到有波動(dòng)的情況下，利用ARMA方法分析WAMS系統(tǒng)觀測到的類噪聲信號，從而在線監(jiān)測系 統(tǒng)模式的頻率與阻尼比。
[0020] 進(jìn)一步的例子中，前述步驟5中，當(dāng)系統(tǒng)實(shí)時(shí)模式阻尼比低于給定閾值時(shí)，分級別 發(fā)出告警信息，其具體實(shí)現(xiàn)包括：
[0021] 當(dāng)系統(tǒng)阻尼比低于給定閾值時(shí)，分級別發(fā)出告警信息：當(dāng)模式阻尼比小于3%時(shí)， 給出紅色預(yù)警；當(dāng)模式阻尼比大于3%，小于等于5%時(shí)，給出黃色預(yù)警。
[0022] 根據(jù)本發(fā)明的改進(jìn)，還提出一種基于牽引負(fù)荷沖擊響應(yīng)的系統(tǒng)阻尼在線監(jiān)測系 統(tǒng)，該裝置包括：
[0023] 用于獲取電網(wǎng)實(shí)際主要區(qū)間振蕩模式和各模式強(qiáng)相關(guān)機(jī)組信息的模塊；
[0024] 用于根據(jù)電網(wǎng)中牽引負(fù)荷的地理分布和電網(wǎng)區(qū)間振蕩模式區(qū)域劃分，選擇與牽引 負(fù)荷電氣距離較近且是主要區(qū)間模式強(qiáng)相關(guān)機(jī)組的機(jī)組作為監(jiān)測節(jié)點(diǎn)的的模塊；
[0025] 用于基于監(jiān)測節(jié)點(diǎn)動(dòng)態(tài)量測，對于牽引負(fù)荷沖擊下可觀測到明顯振蕩響應(yīng)的機(jī) 組，采用Prony方法在線辨識系統(tǒng)區(qū)間振蕩頻率和阻尼比信息的模塊；
[0026] 用于對于牽引負(fù)荷沖擊下未觀測到明顯振蕩的機(jī)組，采用ARMA方法分析機(jī)組有 功功率類噪聲信號獲得實(shí)時(shí)振蕩頻率和阻尼信息的模塊；以及
[0027]用于響應(yīng)于系統(tǒng)實(shí)時(shí)模式阻尼比低于給定閾值時(shí)，分級別發(fā)出告警信息的模塊。
[0028]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的顯著優(yōu)點(diǎn)在于：與傳統(tǒng)的基于系統(tǒng)振蕩發(fā)生后軌跡的 低頻振蕩監(jiān)測方法相比，本發(fā)明的方案綜合利用了 SCADA與WAMS系統(tǒng)數(shù)據(jù)，基于電鐵牽引 負(fù)荷沖擊造成的系統(tǒng)動(dòng)態(tài)響應(yīng)，當(dāng)牽引負(fù)荷擾動(dòng)激發(fā)出系統(tǒng)明顯振蕩時(shí)，利用Prony方法 獲取模式信息；當(dāng)牽引負(fù)荷擾動(dòng)沒有激發(fā)出明顯振蕩，可利用ARMA方法對沖擊負(fù)荷時(shí)刻的 機(jī)組出力類噪聲信號進(jìn)行分析獲取系統(tǒng)模式信息，從而實(shí)現(xiàn)基于牽引負(fù)荷沖擊響應(yīng)的系統(tǒng) 振蕩模式阻尼的在線監(jiān)測，開展系統(tǒng)低頻振蕩的預(yù)警預(yù)控工作。本方法充分考慮了電鐵牽 引負(fù)荷沖擊時(shí)間分布固定，地理分布廣的特點(diǎn)，利用牽引負(fù)荷擾動(dòng)造成的機(jī)組動(dòng)態(tài)響應(yīng)信 息，對系統(tǒng)模式進(jìn)行在線動(dòng)態(tài)監(jiān)測，獲取系統(tǒng)實(shí)時(shí)阻尼信息，當(dāng)系統(tǒng)因運(yùn)行方式變化導(dǎo)致模 式的阻尼降低時(shí)，能夠反映在動(dòng)態(tài)監(jiān)測結(jié)果上，作為預(yù)警預(yù)控的依據(jù)。
[0029]應(yīng)當(dāng)理解，前述構(gòu)思以及在下面更加詳細(xì)地描述的額外構(gòu)思的所有組合只要在這 樣的構(gòu)思不相互矛盾的情況下都可以被視為本公開的發(fā)明主題的一部分。另外，所要求保 護(hù)的主題的所有組合都被視為本公開的發(fā)明主題的一部分。
[0030] 結(jié)合附圖從下面的描述中可以更加全面地理解本發(fā)明教導(dǎo)的前述和其他方面、實(shí) 施例和特征。本發(fā)明的其他附加方面例如示例性實(shí)施方式的特征和/或有益效果將在下面 的描述中顯見，或通過根據(jù)本發(fā)明教導(dǎo)的【具體