[发明专利]一种电力系统低频振荡在线分析及预警方法

说明书

技术领域

本发明涉及电力系统监测方法，尤其是涉及一种电力系统低频振荡在线分析及预警方法。

背景技术

电力系统互联在提高电网运行的可靠性和资源利用的经济性的同时，也带来了新的安全隐患，电力系统低频振荡在国内外均有发生。低频振荡通常出现在远距离、重负荷输电线路上，或者互联系统的弱联络线上，在采用快速响应高放大倍数励磁系统的条件下更容易出现。快速励磁调节器的时间常数大为减少，这有效地改善了电压调节特性，但其产生的附加阻尼为负值，抵消了系统本身所固有的正阻尼，使系统的总阻尼减少或成为负值；此外电网负荷过重和电网之间的弱互联也会使系统的阻尼降低，以至系统在扰动作用后的功率振荡长久不能平息。低频振荡的频率一般在0.2-2.5Hz之间，低频振荡会引起联络线过流跳闸或系统与系统或机组与系统之间的失步而解列，严重威胁电力系统的稳定运行。及时准确地对低频振荡特征进行分析，在低频振荡可能对电网造成严重危害前发出预警信息，可以使电力部门采取相应措施、抑制电网严重低频振荡现象的发生，从而有效提高电网运行的稳定性和安全性。

目前基于量测信号的低频振荡分析方法，根据电网扰动的不同可分为两大类：一是分析短路故障等大扰动激励的系统自由响应的Prony法；二是分析随机负荷变化等小扰动激励的系统随机响应的ARMA法。Prony法假定被分析信号在当前时刻的取值只与该信号过去时刻的取值有关，即用被分析信号过去若干时刻取值的线性组合来拟合该信号当前时刻的取值；然而随机响应不满足这一前提，导致模态估计效果不佳。ARMA法假定被分析信号是由系统内始终存在的具有白噪声特性的小幅扰动引起，大扰动引起的非平稳分量会对模态估计产生较大误差。目前的低频振荡分析方法大多只针对自由响应或随机响应进行分析，未能实现两者的统一分析，而且存在受系统非平稳趋势及噪声影响，模态估计精度不高等问题；此外，现有方法大多采用高压输电线路的功率信号，PMU等测量单元安装成本较高，然而电力系统频率信号具有全网一致性，低压配电网的频率信号能够反映电网的低频振荡特性，未有文献利用低压配网频率信号进行低频振荡分析。

发明内容

为了克服现有电力系统低频振荡分析方法无法实现自由响应和随机响应统一分析的不足，本发明提供一种电力系统低频振荡在线分析及预警方法，该方法利用系统频率信号估计低频振荡模式并进行预警，能更准确地对低频振荡特征进行分析，发出可靠的预警信息，从而使电力部门能及时采取相应措施、抑制电网严重低频振荡现象的发生，有效提高电网运行的稳定性和安全性。

本发明的一种电力系统低频振荡在线分析及预警方法，包括以下步骤：

A、频率信号采集及预处理：按设定时间段截取电网拟监测节点的系统频率信号，并采用截止频率5Hz的低通滤波器滤波，再以频率10Hz下采样得到低频振荡信号y₀，随后用经验模态分解法对低频振荡信号y₀进行去趋势处理，得到零均值低频振荡信号y₁；

B、振荡模态的频率和阻尼比估计：对步骤A得到的零均值低频振荡信号y₁采用自回归传递函数准则确定其自回归模型AR的阶数n，得到零均值低频振荡信号y₁的自回归模型AR，再利用扩展阶Yule-Walker算法对该自回归模型AR进行估计，得到零均值低频振荡信号y₁的各振荡模态P_i的频率f_i和阻尼比ζ_i，i为振荡模态P_i的序号，i＝1，2，…，n；

C、主导模态的确定：计算各振荡模态P_i的能量E_i，并以最大的振荡模态能量值为基准进行归一化处理得到各振荡模态P_i的归一化能量将归一化能量大于5％的振荡模态P_i定为主导模态P_j，