一種基于振蕩分群辨識方法的低頻振蕩調度控制方法
【技術領域】
[0001] 本發明涉及電力系統低頻振蕩分析及控制領域，具體涉及一種基于振蕩分群辨識 方法的電力系統低頻振蕩調度控制方法。
【背景技術】
[0002] 近年來，電力系統中時有發生低頻振蕩事件，根據振蕩機理的不同，低頻振蕩可分 為負阻尼振蕩、強迫型振蕩和模態諧振型振蕩等。其中，負阻尼振蕩是最常見的一類低頻振 蕩。低頻振蕩有可能引發電力系統線路保護跳閘，使系統與系統或系統與機組之間失步解 列，造成大面積停電，對電網的安全穩定運行構成嚴重威脅。
[0003] 目前，電網調度中心利用基于同步向量測量單元（Phasor Measurement Unit, PMU)的廣域測量系統（Wide Area Measurement System, WAMS)實時米集電網不同地 點的運行狀態信息并上傳調度中心，為低頻振蕩的監測與控制提供數據基礎。迄今為止，已 有多種低頻振蕩辨識方法，可以在線辨識出低頻振蕩的各種參數。然而，對于電網調度人員 而言，最重要的問題是如何盡快控制并平息低頻振蕩而不僅僅是了解振蕩的參數。目前，對 低頻振蕩的基本控制方法主要是實施直接控制：調度人員先鎖定振蕩源機組，而后通過降 出力或解列振蕩源機組以及提高振蕩源附近廠站電壓等措施控制平抑振蕩。但通常情況 下，調度運行人員很難判斷造成低頻振蕩的直接原因，也就是說很難快速鎖定振蕩源機組。 因此，如何快速、準確地判斷出造成低頻振蕩現象的振蕩源機組，是電網調度人員能否有效 控制低頻振蕩現象的關鍵問題。

【發明內容】

[0004] 本發明所要解決的技術問題，就是提供一種基于振蕩分群辨識方法的電力系統低 頻振蕩調度控制方法，其能快速、準確地判斷出造成低頻振蕩現象的振蕩源機組，使電網調 度人員有效控制低頻振蕩現象。
[0005] 解決上述技術問題，本發明采用的技術方案如下：
[0006] -種基于振蕩分群辨識方法的電力系統低頻振蕩調度控制方法，其特征是包括以 下步驟：
[0007] SI)利用PMU有功功率數據檢測出發生振蕩的機組，包含以下子步驟：
[0008] S1-1)對PMU有功功率數據進行歸零化處理
[0009] 對于采樣點數為N的PMU有功功率數據X = [X。，…，xN Jτ，將每個采樣點的值減 去這N個采樣點的均值，重新得到一個新序列y = [y。，…，yN JT，如下式所示：
[0011] S1-2)求取新序列y的峰值，記錄其序列號以及每個峰值的序列值
[0012] 新序列峰值的序列號記為A= [&1，…，aJT，（m<N)，其對應的序列值記為B = Ib1, bm]T；
[0013] S1-3)求取新序列y對應的頻率
[0015] 式中，ts為采樣時間；
[0016] S1-4)求取新序列y對應的幅值
[0018] S1-5)通過PMU有功功率數據幅值和頻率判斷對應的機組是否發生低頻振蕩
[0019] 預先設定幅值和頻率的閾值，一旦檢測到幅值超過閾值并且頻率在0. 1~2. 5Hz 范圍內的機組，即認定該機組發生低頻振蕩；
[0020] S2)對發生低頻振蕩的機組進行分群
[0021] 發電機的二階經典模型如下：
[0023] 其中，δ為轉子角；ω i為轉子角速度；Pm為電磁功率；Pni為機械功率W1為慣性 時間常數;m為發生振蕩的發電機臺數；
[0024] 將發電機模型轉換到慣性中心坐標（COI)下，定義COI下的等值轉子角、轉子角速 度以及加速功率如下：
[0026] 其中，
；S rai、ω〇]Ι和Prai分別指COI下的等值轉子角、轉子角速度以 及加速功率；
[0027] 則慣性中心運動方程為：
[0029] 在COI坐標系下各發電機的轉子角和角速度為：
[0030]
[0031] 各發電機在COI坐標系下的運動方程為：
[0033] 易知，COI坐標系下發生振蕩的發電機組滿足：
[0035] 將發生振蕩的發電機分為A、B兩群，A群中發電機號的集合存儲在ΦΑ，B群中發 電機號的集合存儲在ΦΒ;
[0036] 定義
[0038] 則兩個發電機群滿足以下關系：
[
[0040] 當系統發生低頻振蕩時，系統能量是守恒的；故將發生振蕩的發電機分為兩類： 一類是振蕩的主動因素，引起振蕩并產生振蕩能量；另一類是振蕩的被動因素，被主動因素 帶動振蕩并消耗振蕩能量，維持系統能量守恒；
[0041] 將前一類機組記入A群即為主動群，后一類記入B群即為被動群；兩群的運動軌跡 具有反向對稱性；調度人員通過振蕩機組分群結果判斷振蕩原因并進行振蕩源定位；
[0042] 對振蕩機組進行分群的辨識方法如下：
[0043] 選取任一發生振蕩的發電機PMU轉子角速度數據作為參考信號，記為砍計算 參考信號和其它各振蕩發電機PMU轉子角速度數據供(》)之間的相關系數，如下所示：
[0045] 由許瓦茲（Schwartz)不等式可知：
[0046] P I ^ 1 ；
[0047] 相關系數反映兩個信號之間的相似程度；當P = 1時，仍(4和供("）完全相關即 二者相等；當p = 〇時，鉺(》)和鈐(》)完全無關；當p = -1時，只("> 和於(?)變化趨勢完 全相反；
[0048] 找出參與振蕩的機組后，求取各個機組在慣性中心坐標下的等值轉子角，通過計 算各機組等值轉子角之間的相關系數判斷其相似程度，當P大于設定的閾值時即判定兩 臺機組屬于同組機群；
[0049] 按上述步驟將發生振蕩的發電機分為兩群，振蕩源機組作為振蕩的主動因素，必 然會被單獨分離出來，因此兩個群中，僅包含一臺發電機的群為主動群，另一個為被動群；
[0050] S3)鎖定振蕩源并采取措施控制振蕩
[0051] 低頻振蕩的振蕩源能夠通過分群結果判斷得出，按上述步驟確定振蕩機組的主動 群；該群中的那臺發電機便是振蕩源，調度人員應降低振蕩源機組出力，并提高振蕩源附近 廠站電壓，若振蕩還未平息，則切除振蕩源機組。
[0052] 本發明提出的基于振蕩分群辨識方法的低頻振蕩調度控制方法，在電網低頻振蕩 預警后，首先通過對系統各發電機的PMU實測有功功率數據進行檢測，辨別發生振蕩的機 組；然后根據各機組間角速度的相關系數將振蕩機組分為兩群，主動群所含機組為振蕩的 主動因素為振蕩提供能量，被動群所含機組為振蕩的被動因素消耗振蕩能量維持系統能量 守恒，振蕩源作為振蕩的主動因素會被分離出來存入主動群中；最后根據分群結果鎖定振 蕩源機組并采取相應措施控制平抑振蕩。
[0053] 有益效果：本方法克服了調度人員判斷振蕩原因、鎖定振蕩源的困難，有助于調度 人員快速控制并平息低頻振蕩。
【附圖說明】
[0054] 圖1為本發明的基于振蕩分群辨識方法的低頻振蕩調度控制方法具體實施方案 的流程圖；
[0055] 圖2a為Ml機組的實測PMU轉子角速度數據圖；
[0056] 圖2b為Cl機組的實測PMU轉子角速度數據圖；
[0057] 圖2c為C2機組的實測PMU轉子角速度數據圖；
[0058] 圖2d為K4機組的實測PMU轉子角速度數據圖；
[0059] 圖3為廣東電網7. 9事件中COI坐標下振蕩機組分群結果示意圖；
[0060] 圖4a為調度控制過程中，Ml機組的實測PMU有功功率數據圖；
[0061] 圖4b為調度控制過程中，K4機組的實測PMU有功功率數據圖；
[0062] 圖5a為Η3機組的實測PMU轉子角速度數據圖；
[0063] 圖5b為H4機組的實測PMU轉子角速度數據圖；
[0064] 圖5c為H5機組的實測PMU轉子角速度數據圖；
[0065] 圖5d為H6機組的實測PMU轉子角速度數據圖；
[0066] 圖6為廣東電網4. 30事件中COI坐標下振蕩機組分群結果示意圖；
[0067] 圖7a為調度控制過程中，H3機組的實測PMU有功功率數據圖；
[0068] 圖7b為調度控制過程中，H6機組的實測PMU有功功率數據圖。 具體實施例
[0069] 本發明的電網低頻振蕩可視化監測方法應用在廣東電網公司，具體實施方案流程 如圖1所示。
[0070] 結合廣東電網公司發生的低頻振蕩事件實測數據進行實施案例分析，具體實施步 驟如下：
[0071] 1)接收到低頻振蕩預警信號后，分析發電機的PMU有功功率和轉子角速度實時數 據，利用PMU有功功率數據檢測出發生振蕩的機組。
[0072] 1-1)對PMU有功功率數據進行歸零化處理
[0073] 對于采樣點數為N的PMU有功功率數據X = [X。，…，xN JT，歸零化處理即將每個 采樣點的值減去這N個采樣點的均值，重新得到一個新的序列y = [y。，…，yN 如下