一种基于WAMS和SCADA综合数据的电网强迫振荡源定位方法

摘要

本申请通过综合利用广域测量系统(WAMS)和电力数据采集与监控系统(SCADA)数据，对振荡源进行快速准确定位。主要原理为：首先采用基于500kV电网WAMS数据的能量流函数法定位振荡源的大致方向，然后针对三种常见的振荡源的性质采用三种不同的精确振荡源定位方法，采用基于SCADA数据的振荡极值点判断方法计算局部弱联系电网的联络线，判断是否弱联系电网存在振荡；采用发电机励磁电压相位的WAMS数据的相角来判断是否由于发电机励磁系统引发振荡；采用发电机组的调门或导叶开度的SCADA数据的极值点计算方法来判断是否由于机组原动机引发电网振荡。

说明书

技术领域

本发明属于电力系统动态监测领域，具体涉及一种基于广域测量系统(即 WAMS)和电力数据采集与监控系统(即SCADA)综合数据的电网强迫振荡源 定位方法。

背景技术

电网低频振荡的原因大部分为某振荡源强迫振荡引起的。从历史统计看，南 方电网的功率振荡基本上都为振荡源引起的强迫振荡，而引起电网振荡的强迫振 荡源集中于以下三种情况，从南方电网的情况看，此三种情况导致的电网振荡占 90％以上：

1.由于弱联系的区域电网的扰动的频率和主网的某一振荡特质频率接近， 引发主网振荡。

2.由于发电机组的调门问题，导致原动机输出有功周期性振荡，其频率接 近于电网的特征频率，引发主网振荡。

3.由于发电机的励磁调节器问题，出现正反馈，引发主网振荡。

本发明重点提出针对以上三种原因引起的电网振荡的快速定位方法，保证在 电网出现振荡时能快速找到引起振荡的原因，有利于及时处理并快速恢复电网稳 定，意义重大。

现有专利和论文在定位振荡源时都是单一的方法，采用单一的数据源，主要 是采用PMU数据的波形进行分析，进行定位。虽然原理正确，但是由于电网安 装PMU装置的厂站非常有限，如果振荡源厂站没有PMU装置，则不能正确定 位，如果振荡源厂站没有PMU,就只能大概判断振荡源的方位，所以实用价值 不大。

发明内容

为解决现有技术存在的上述问题，本发明公开了一种基于WAMS和 SCADA综合数据的电网强迫振动源定位方法。

本发明具体采用以下技术方案：

一种基于WAMS和SCADA综合数据的电网强迫振动源定位方法，其特征 在于：综合利用WAMS数据和SCADA数据进行定位判断。首先利用WAMS数 据定位电网振荡源的方向和大致区域，再利用SCADA数据或PMU数据精确找 到振荡原因。

基于WAMS和SCADA综合数据的电网强迫振动源定位方法包括以下步骤：

第一步：当电网主网出现振荡时，利用电网的WAMS数据，对振荡源进行 初步定位：

通过计算电网关键节点所连接支路的势能流入、流出节点情况在线判断振 荡源的大致方位，其中，所述关键节点所连接支路的势能函数通过如下方程描述:

$\Delta V_{\mathrm{PEi}}\left(t\right)={\int }_0^t\Delta P_{\mathrm{ij}}\Delta {\stackrel{.}{\phi }}_i\mathrm{d\tau }$

$\Delta V_{\mathrm{PEj}}\left(t\right)={\int }_0^t\Delta P_{\mathrm{ji}}\Delta {\stackrel{.}{\phi }}_j\mathrm{d\tau }$

ΔV_PEi(t)为支路ij的i节点的势能，ΔV_PEj(t)为j节点的势能，ΔP_ij为支路 ij两端的有功差，ΔP_ji为支路ji两端的有功差，为i节点电压相角，为j节点电 压相角，为i节点电压相角的偏导，为j节点电压相角的偏导，积分时间为 观察时间窗口，根据势能的变化和能量的消耗的趋势判断出振荡源方向；

第二步:定位振荡源的大致方位后，针对三种引起振荡的振荡源进行详细定 位：

2.1采用弱联系区域电网联络线的SCADA有功数据，利用SCADA数据振 荡检查算法判断弱联系区域电网是否存在大于设定阈值的有功振幅，如果该弱联 系区域电网出现大于设定阈值的有功振幅，且大于其余地方的有功振幅，则认为 主网振荡是该弱联系区域电网引起的；

2.2通过SCADA数据采集的机组的调门开度，判断所述开度是否出现周期 性振荡，如果出现周期性振荡，则认为电网主网振荡是由于机组的原动机的振荡 引起的；

2.3通过WAMS采集的发电机励磁数据，根据励磁电压的相位判断电力系 统稳定器PSS对电网的阻尼是否为负，如果阻尼为负，则认为是由于振荡是由 于发电机电力系统稳定器PSS引起的。

其中，本申请所述电网关键节点是指在电网稳定计算中用户需要重点关注 的电网节点，通常为电气连接薄弱和稳定密切相关的计算节点。本领域技术人员 清楚如何电网关键节点的选取，这是本领域的现有技术。

本发明具有以下有益技术效果：本发明能解决电网目前大部分情况下不能 准确定位电网振荡源的难题。由于现有的技术在定位电网振荡源上严重依靠 WAMS数据，但是具有WAMS数据的厂站是少部分的，所以实用价值不大。本 发明就能解决WAMS数据不能正确定位的缺陷。在电网振荡发生时，能够协助 电网运行人员快速找到引起电网振荡的原因，并及时处理。能够避免因振荡引起 电网重大事故。直接的效益是提高电网运行人员的工作效率，间接效益是提高电 网运行的稳定，避免重大电网事故发生。

附图说明

图1为振荡源定位方法流程图；

图2为SCADA数据的振荡检查算法流程图。

具体实施方案

下面结合说明书附图，对本发明的技术方案作进一步详细介绍。

如附图1所示为本发明基于WAMS和SCADA综合数据的电网强迫振动源 定位方法流程图，所述的电网强迫振动源定位方法包括以下步骤：

第一步：当电网主网出现振荡时，利用电网的WAMS数据(一般只有500KV 厂站及重要的220KV厂站装有PMU数据)，采用能量函数算法，对振荡源进行 初步定位。其定位方法描述如下：

强迫功率振荡外施扰动产生的能量必然通过扰动源所在节点注入系统,而 系统阻尼耗散的能量由所有机组和网络共同分担，外施扰动注入系统的能量以势 能非周期分量的形式在网络中传播，因此网络中各支路势能变化情况与强迫功率 振荡扰动源位置间存在较为明显的关系，通过关键节点所连接支路的势能流入、 流出节点情况可以在线判断扰动源的大致方位。各支路的势能函数可以如下方程 描述:

$\Delta V_{\mathrm{PEi}}\left(t\right)={\int }_0^t\Delta P_{\mathrm{ij}}\Delta {\stackrel{.}{\phi }}_i\mathrm{d\tau }$

$\Delta V_{\mathrm{PEj}}\left(t\right)={\int }_0^t\Delta P_{\mathrm{ji}}\Delta {\stackrel{.}{\phi }}_j\mathrm{d\tau }$

ΔV_PEi(t)为支路ij的i节点的势能，ΔV_PEj(t)为j节点的势能，ΔP_ij为线路两端的有功差，ΔP_ji为支路ji两端的有功差，该值为ΔP_ij的相反数， 为i节点电压相角，为j节点电压相角， 为i节点电压相角的偏导，为j节点电压相角的偏导，积分时间为观察时 间窗口；外施扰动做功注入系统的能量通过势能在网络中传播，同时，各机组间 的振荡动能也表现在势能的周期性变化上,即系统势能变化可以看作由两部分 组成:一部分是伴随周期性振荡存在的周期性能量变化；另一部分是由于外施扰 动注入系统，并在网络中传播消耗的能量，排除势能周期分量的影响，可以得到 电网各关键节点的势能传播衰减方向，势能的衰减方向的反方向就是振荡源的大 致方向。所以，根据势能的变化和能量的消耗的趋势判断出振荡源方向。

由于安装PMU的厂站数有限，所以能否立即准确定位到振荡源完全依赖于 引发振荡的厂站是否装有PMU。所以仅仅采用基于WAMS数据的振荡源判断方 法在实际应用中作用是非常有限，如果振荡源厂站没有PMU,就只能大概判断 振荡源的方位。所以在本方法中，定位振荡源的大致方位作为第一步。

第二步:定位振荡源的大致方位后，同时针对以上三种引起振荡的方法进行 详细定位：

针对由于第1种原因(弱联系的区域电网引起)的振荡，采用弱联系区域 电网联络线的SCADA有功数据，利用SCADA数据振荡检查算法(见图2，其 中计算函数的输入为(Pk,tk)，其中Pk是设备的有功值，tk是量测采集的时间)， 如果设备的有功在设定的时间周期内，连续交替出现2个正向及反向集值点(即 有功曲线呈现明显的周期波动)，则判断弱联系电网是否的存在较大的有功振幅， 如果该电网出现较大有功振幅，且大于其余地方振幅。则认为主网振荡是该区域 电网引起的。

针对由于第2种原因(发电机组原动机输出引起)的振荡，采用发电机组 原动机的输出阀门开度数据的SCADA数据进行判断，水电机组采用水轮机的导 叶开度数据，火电机组采用汽轮机的调门开度数据，基于以上数据利用SCADA 数据振荡检查算法(见图2，其中计算函数的输入为(Pk,tk)，其中Pk是设备的有 功值，tk是量测采集的时间)，判断发电机组原动机输出功率是否的存在振荡情 况，如果开度存在明显的振荡情况，则认为主网振荡是该发电机组引起的。

针对由于第3种原因(发电机组PSS引起)的振荡，采用发电机组励磁电 压和PSS的WAMS的波形数据进行比较，当PSS电压波形的相位和发电机励磁 电压波形的相位差小于90度大于-90度时，则认为PSS装置对电网的阻尼为负 阻尼，主网振荡是该发电机组引起的。

本发明申请人结合说明书附图对本发明的实施例做了详细的说明与描述， 但是本领域技术人员应该理解，以上实施例仅为本发明的优选实施方案，详尽的 说明只是为了帮助读者更好地理解本发明精神，而并非对本发明保护范围的限制， 相反，任何基于本发明的发明精神所作的任何改进或修饰都应当落在本发明的保 护范围之内。