多调度中心广域测量系统联合低频振荡在线监测方法

摘要

本发明公开了一种多调度中心广域测量系统联合低频振荡监测方法。该方法在多个调度中心的广域测量系统中，选择一个为联合振荡监视主站，其余调度中心的广域测量系统为子站。当任何子站或主站监测到低频振荡发生时，触发全网联合低频振荡分析。各子站分别对各自的测点进行频谱分析，并将分析结果汇总到主站进行全网的振荡节点同调分群、计算各节点对振荡的相对贡献程度等模态分析，分析的全局结果返回给各子站，并采用渲染图方式进行可视化展示。该方法使得各调度中心广域测量系统均能对影响到自身电网的低频振荡事件及时获知振荡的范围、节点分群情况、分界面位置、自身电网机组对振荡的参与程度等详细的振荡模态信息。

说明书

技术领域

本发明属于电力系统安全稳定分析技术领域，特别涉及一种多调度中心的广域测量系 统进行联合低频振荡在线监测的内容。

背景技术

电力系统低频振荡是电力系统在遭受扰动后，发电机转子发生持续的相对摇摆，导致 有功功率在这些机组以及连接这些机组的输电线路上发生周期性振荡的现象。参与振荡的 发电机可根据转子功角的相对相位的绝对值是否大于90°大致分为两个同调群（同调群中 的机组具有相近似的振荡方向），介于这两群机组之间的输电线路的割集可构成低频功率 振荡的分界面。

现有广域测量系统仅基于所在调度中心采集到的信息进行低频振荡分析。然而，在互 联电网中，很多低频振荡事件往往是多个控制区域中的机组相互作用的结果，参与振荡的 机组分布于多个调度中心所管辖的区域，在相关的调度区域的网络上均能监测到振荡。但 是，很可能省级调度中心的全部管辖范围完全处于某一同调群中，对于这个区域的运行人 员来说，仅依赖本区域的信息其不能知道其所监测到的低频振荡是哪些机组对哪些机组的 振荡，振荡分界面在哪里，哪些机组参与的程度相对较大，因此无法做出正确的控制决策。 而对于省调的上一级调度机构网调来说，虽然其管辖的范围较大，通常能观察到参与振荡 的两群机组，但是往往并不能观察完全参与振荡的所有机组。观察不全的原因，大概有两 类，一是部分参与振荡的机组和相关变电站线路位于其他网调管辖范围，二是对于网调来 说，只有较大规模电厂和500kV变电站信息上送到网调，当电厂容量较小以及220kV的变 电站和线路上的量测信息通常不送到网调。因此网调虽然由于观测范围大，因此对振荡模 态有较全面的了解外，但是由于观测信息不全面，尤其是缺少部分低电压等级或容量较小 机组参与振荡情况，因此不能对具体机组参与振荡的程度做出评价，因而也就难以作出具 体的针对机组的控制决策。

综上所述，可见对于大的区间振荡，往往需要结合其他区域调度中心和低电压等级调 度中心的广域测量信息，才能确定振荡的范围、振荡的模态、振荡分界面、各机组或节点 在振荡中参与程度的相对大小，并根据这些信息对具体机组的出力或线路的开断做出正确 的控制决策。目前还没有文献对上述问题给出解决方案。

本专利方法给出多调度中心广域测量系统协同进行低频振荡监测方法，使得各调度中 心广域测量系统均能对影响到自身电网的低频振荡事件及时获知振荡的范围、振荡机组的 分群情况、振荡分界面、自身电网机组对振荡的相对贡献程度等详细的振荡模态信息。为 此，针对低频振荡这类稳定问题的特点给出不同电网调度中心间需要交换的信息内容、交 换信息的时间要求；以及结合从其他电网获取的信息，各主站如何做出推理判断。

发明内容

在大范围的低频振荡发生时，为了使得振荡所波及的各级、各区域调度中心都能及时 获知振荡的总体模态以及各区域机组在整体振荡中的参与程度，本发明公开了一种实现多 调度中心广域测量系统对大范围低频振荡进行联合监测和分析的方法。

本发明具体采用以下技术方案。

一种多调度中心广域测量系统联合低频振荡监测方法，该方法在多个调度中心的广域 测量系统中，选择一个为联合振荡监视主站，其余调度中心的广域测量系统为子站，当任 何子站或主站监测到低频振荡发生时，触发全网联合低频振荡分析；其特征在于，所述方 法包括以下步骤：

步骤1：在所有参与联合低频振荡监测的区域调度中心的广域测量系统中，选择1个 做为联合低频振荡监测主站，其余调度中心的广域测量系统作为联合低频振荡监测子站；

步骤2：主站对各参与联合低频振荡监测的子站需要上送主站的量测量进行选择，通 常包括节点频率、节点注入功率和可等值为节点注入功率的线路功率，对各电压等级不同 类别量测的振荡记录阈值、振荡告警阈值和振荡告警结束阈值，以及相应的持续周期数阈 值进行配置；关于各阈值的定义如下：

a)振荡记录阈值：当振荡幅度超过该阈值时，子站记录对振荡的分析结果。

b)振荡开始告警阈值：当振荡幅度首次超过该阈值时，子站向主站发送振荡开始信 息；

c)振荡告警结束阈值：当振荡幅度从振荡开始告警阈值逐步降低，并低于该阈值时， 子站向主站发送振荡结束信息。

步骤3：各区域调度中心的广域测量系统，即联合低频振荡监测主站和子站独立进行 低频振荡监测，监视来自本调度中心基础平台的实时动态数据，实时分析量测量，即指定 的被监测元件电气量（所述被监测元件电气量是指节点频率、变压器高压侧有功功率或可 等值为节点注入功率的线路功率）的振荡特性参数，所述振荡特性参数包括振荡的频率、 幅值，相位，阻尼等；

步骤4：当各区域调度中心的广域测量系统，即联合低频振荡监测主站和子站检测到 某量测量的某一频率的振荡成分的振荡幅值超过相应电压等级该类别量测的振荡记录阈 值，并且持续时间达到持续周期数阈值，则将首次低频振荡幅度超过所述振荡记录阈值的 时刻作为振荡的起始时刻，随后每个整秒，记录低频振荡的频率、幅值、相位、阻尼等信 息到各区域调度中心各自的实时数据库；

步骤5：当各区域调度中心的广域测量系统，即联合低频振荡监测主站和子站检测到 某量测量的某一频率的振荡成分的振荡幅度超过振荡告警阈值，并且持续时间达到持续周 期数阈值，则就地产生快速低频振荡告警并将告警信息上送联合低频振荡监测主站，在该 振荡局部告警消失之前，该量测量以及其他量测量与该模式频率相差小于10%的振荡，不 再重复告警；

步骤6：联合低频振荡监测主站在接收到子站或主站的振荡局部告警后，将与0.5秒 内接收到的其他振荡局部告警的起始时间进行比较，以振荡告警起始时间最早的量测量的 频率为准生成一个新的振荡全局告警事件，其余振荡局部告警事件的频率若与该振荡全局 告警事件的频率相差在±10%以内，则认为引起振荡局部告警的事件与引起振荡全局告警 的事件实际是同一振荡事件；对剩余的与全局告警事件频差大于±10%的振荡局部告警事 件，认为这些振荡局部告警事件不是由前述振荡全局告警事件引起的，以这些剩余局部告 警中起始时间最早的告警的振荡频率为准，再次生成一个新的振荡全局告警事件，并按照 其它振荡局部告警事件中量测量的频率是否与再次生成的新的振荡全局告警事件的频率 相差在±10%以内，判断其它振荡局部告警事件是否由再次生成的新的振荡全局告警事件 引起，即振荡局部告警事件与振荡全局告警事件实际上是由同一全局振荡事件所引起。依 此类推，找出全网所有振荡模式及其相应的全局告警事件，并分配全局告警事件ID，并向 参与联合低频振荡监测的各区域调度中心广域测量系统发送当前振荡全局告警事件开始 信息；

步骤7：各参与联合低频振荡监测的子站以及主站在接收到某个振荡全局告警事件开 始信息后，对步骤2中选定的需要上送主站的量测量进行频谱分析，并将频谱分析结果中 对应该振荡全局告警起始时刻以及随后的整秒时刻的与全局告警振荡频率频差在±10%以 内且频率差别最小，并且振荡幅值超过振荡记录阈值的频谱分析结果发送给主站；步骤8： 联合低频振荡监测主站接收到关于每一全局告警振荡事件全网各量测量返回的振荡分析 结果后，立即对相应振荡事件进行全网综合模态分析，包括振荡节点同调分群，以及确定 各节点对振荡贡献的相对大小，包括以下子步骤：

a)在各时刻以节点频率或注入有功功率的相应振荡模式振荡幅值最大的量测量的相 位为基准，其余节点频率或注入有功功率相应振荡模式的相位与基准相位相差在± 90°之内时，相应节点属于同一同调群，否则属于相反的同调群；

b)对同调群进行可视化渲染后，从两个同调群之间的地带，找到该振荡模式的振荡分 界面或振荡中心；

c)各节点注入有功功率相应振荡成分在基准节点的注入有功功率相应振荡成分上的 投影的幅值大小，反映了该节点下的发电机组对该模式振荡的贡献程度，根据各节 点机组对相应模式振荡的贡献程度大小对各节点进行排序，评价各节点对相应振荡 模式的相对大小。

步骤9：将上述在主站计算出的全网综合模态分析结果，包括振荡节点同调分群结果、 各节点对振荡的贡献程度排序结果，以及振荡持续文字描述信息即刻下发给各联合低频振 荡监测子站；

步骤10：对于步骤7中联合低频振荡监测子站需将振荡信息上送主站的量测量，当该 量测量的振荡幅值持续若干个设定周期小于所设振荡记录阈值时，该子站向主站发送该量 测的振荡幅值已小于振荡记录阈值信息，然后停止上送主站该量测的振荡信息；

步骤11：当联合低频振荡监测主站监测到全网各量测量振荡幅值均持续若干设定周期 小于所设振荡告警结束阈值或已返回其振荡幅值小于振荡记录阈值信息时，向各子站发送 该振荡的全局告警结束信息；

步骤12：各子站收到主站发送的关于某个全局振荡结束的信息后，停止向主站发送振 荡的频谱分析结果，但是若本地量测量的振荡幅值仍然大于所设振荡记录阈值时，则仍然 分析并记录整秒时刻低频振荡的频率、幅值、相位、阻尼等信息，直到相应本地量测量的 振荡幅值小于所设振荡记录阈值时，停止对振荡的频谱分析结果的记录。

上述联合低频振荡监测和分析方法，使得跨区域振荡所涉及的各调度中心可以在线实 现对跨区域振荡模态的实时感知，知晓本区域在跨区域振荡中所承担的角色和参与程度。 对于省级调度中心的上层调度中心，即网调来说，联合振荡监测和分析，可以使得他们观 察的电网范围，从500kV主干电网和少数大发电机组，延伸到省级电网所管辖的220kV及 以下电网以及省级电网所管理的众多发电机组，因此有利于他们从电网的宏观角度，做出 对具体机组增减出力的控制，实现低频振荡的快速有效抑制。克服了各调度中心独立进行 低频振荡监测时，当遇到跨区域振荡时，各调度中心难以了解振荡的总体模态，不知道自 己所管辖区域的机组在振荡中的角色，网调难以根据500kV的振荡量测做出具体到低电压 等级机组的抑制振荡的控制略策的问题。

附图说明

图1多调度中心广域测量系统联合低频振荡监测系统框图。

具体实施方式

1)下面结合附图和实例对本发明作进一步详细的说明。在实际电网中根据联合低频 振荡所涉及的调度中心的范围和级别，通常选择最高级别的调度中心的广域测量 系统实现联合低频振荡监测的主站，例如国家调度中心（简称国调），当不涉及国 调时，则选择某一重要的大区域电网调度中心（简称网调，例如华北调度中心）。 联合低频振荡监测的子站通常为省调和网调。下面的实施例中以3个联合低频振 荡监测子站和1各主站为例，说明本发明的实施方法。具体步骤如下：在所有参 与联合低频振荡监测的区域调度中心的广域测量系统中，选择1个做为联合低频 振荡监测主站。其余调度中心的广域测量系统作为联合低频振荡监测子站。各区 域调度中心原有的低频振荡监测功能，仍然完整保留，以实现快速低频振荡告警 功能。

2)初始化和参数配置：主站对各参与子站需要上送主站的量测量进行选择，通常包 括节点频率、节点注入功率和可以等值为节点注入功率的线路功率，对各电压等 级不同类别量测（包括有功功率或频率）的振荡记录阈值、振荡告警阈值和振荡 结束告警阈值，以及相应的持续周期数进行配置。这三种阈值的定义如下：

i.振荡记录阈值：当振荡幅度超过该阈值时，子站记录检测结果，例如10MW。

ii.振荡开始告警阈值：当振荡幅度首次超过该阈值时，子站向主站发送振荡开始 信息，例如50MW；

iii.振荡结束告警阈值：当振荡幅度从振荡开始告警阈值逐步降低，并低于该阈值 时，子站向主站发送振荡结束信息，例如30MW。

这三种阈值中振荡开始告警阈值最大，振荡结束告警阈值次之，振荡记录阈值最 小，并且它们可以根据振荡量测所在的电压等级不同而规定不同的阈值。

3)各区域调度中心的广域测量系统独立进行低频振荡监测，监视来自本调度中心基 础平台的实时动态数据即由PMU上送到调度中心广域测量系统的相量、频率、功 率等动态数据，其数据断面间的时间间隔通常为10ms~100ms，实时分析指定的被 监测元件量测量（通常为节点频率、变压器高压侧有功功率或可等值为节点注入 功率的线路功率）的振荡特性参数，包括振荡的频率、幅值，相位，阻尼等振荡 参数信息。

4)当各区域调度中心（包括联合低频振荡监测主站和子站）广域测量系统检测到某 量测量的某一频率的振荡成分的振荡幅值超过相应电压等级该类别量测的“振荡 记录阈值”，并且持续时间达到持续周期数阈值（通常设为5个周期），则将首次 低频振荡幅值超过所述振荡记录阈值的时刻作为振荡的起始时刻，随后每个整秒， 记录低频振荡的频率、幅值、相位、阻尼等信息到各区域调度中心各自的实时数 据库。

5)当各区域调度中心，即联合低频振荡监测主站和子站的广域测量系统检测到某量 测量的某一频率的振荡成分的振荡幅度超过“振荡告警阈值”，并持续时间达到持 续周期数阈值（通常设为5个周期），则就地产生快速低频振荡告警并将告警信息 上送联合低频振荡监测主站。在该振荡局部告警消失之前，该量测量以及其他量 测量与该模式频率相差小于10%的振荡，不再重复告警。上送的振荡局部告警信 息内容包括：局部振荡告警ID、量测量名、所属调度中心、“振荡局部告警开始” 文字、振荡告警开始时刻、振荡记录开始时刻、振荡频率、有功功率或频率振荡 幅值、振荡阻尼、振荡告警开始时刻的振荡相位。

6)联合低频振荡监测主站在接收到子站或主站的振荡局部告警后(注：为避免误以为 是局部振荡，所以不使用局部振荡告警，而使用局部告警或振荡局部告警；此外 要区分“全局振荡告警”和“振荡全局告警”，前者的振荡是一个全网范围内的振 荡，后者是指由低频振荡联合分析主站告出的振荡信息，其可能仅是个局部振荡)， 将与0.5秒内接收到的其他振荡局部告警的起始时间进行比较，以振荡告警起始时 间最早的量测量的频率为准生成一个新的振荡全局告警事件，其余振荡局部告警 事件的频率若与该振荡全局告警事件的频率相差在±10%以内，则认为引起振荡局 部告警的事件与引起振荡全局告警的事件实际是同一振荡事件；对剩余的与全局 告警事件频差大于±10%的振荡局部告警事件，认为这些局部告警事件不是由前述 振荡全局告警事件引起的，以这些剩余局部告警中起始时间最早的告警的振荡频 率为准，再次生成一个新的振荡全局告警事件，并按照其它振荡局部告警事件中 量测量的频率是否与再次生成的新的振荡全局告警事件的频率相差在±10%以内， 判断其它振荡局部告警事件是否由再次生成的新的振荡全局告警事件引起，即振 荡局部告警事件与振荡全局告警事件实际上是由同一全局振荡事件所引起。依此 类推，找出全网所有振荡模式及其相应的全局告警事件，并分配全局告警事件ID， 并向参与联合低频振荡监测的各区域调度中心广域测量系统发送当前振荡全局告 警事件开始信息，信息内容包括：振荡全局告警ID、振荡模式的频率、在全网范 围内最先对该振荡模式告警的量测量名、所属调度中心、“振荡全局告警开始”文 字、该振荡被局部广域测量系统报告的告警开始时刻、功率或频率振荡幅值、振 荡阻尼、振荡相位、告警开始时刻的相位；

7)各参与联合低频振荡监测的子站以及主站，在接收到某个振荡全局告警事件开始 信息后，对步骤2中选定的需要上送主站的量测量进行频谱分析，并将频谱分析 结果中，对应该振荡全局告警开始时刻以及随后的整秒时刻的与全局告警振荡频 率频差在±10%以内且频率差别最小，并且振荡幅值超过振荡记录阈值的频谱分析 结果发送给主站。发送的内容包括：振荡全局告警ID、量测量名、所属调度中心、 振荡全局告警时刻或随后的整秒时刻、振荡频率、功率或频率振荡幅值、振荡阻 尼、相应时刻的振荡相位。

8)联合低频振荡监测主站接受到关于每一全局告警振荡事件全网各量测量返回的振 荡分析结果后，立即对相应振荡事件进行全网综合模态分析，包括振荡节点同调 分群，（即将量测量表现出的振荡趋势相近的节点归为同一群，例如各同调节点上 的发电机，发出的有功同时增加或者同时减少，而与其不同调且参与振荡的发电 机，其发出的有功则表现出相反的情形，即相应的同时减少或同时增加。），以及 确定各节点对振荡的贡献的相对大小。节点同调分群和贡献程度评价的方法有若 干种，根据本专利的信息特点，采用以下的方法实现节点同调分群和贡献程度计 算：

i.在各时刻以节点频率或注入有功功率的相应振荡模式振荡幅值最大的量测量 的相位为基准（其所在节点为基准节点），其余节点频率或注入有功功率相应 振荡模式的相位与基准相位相差在±90°之内时，相应节点属于同一同调群， 否则属于相反的同调群。

ii.对同调群进行可视化渲染后，可以从两个同调群之间的地带，找到该模式振荡 的振荡分界面或振荡中心。

iii.各节点注入有功功率相应振荡成分在基准节点的注入有功功率相应振荡成分 上的投影的幅值大小，反映了该节点下的发电机组对该模式振荡的贡献程度。 根据各节点机组对相应模式振荡的贡献程度大小对各节点进行排序，可评价 各节点对相应振荡模式的相对大小。

9)将上述在主站计算出的全网综合模态分析结果，包括振荡节点同调分群结果、各 节点对振荡的贡献程度排序结果，以及振荡持续文字描述信息即刻下发给各联合 低频振荡监测子站。振荡持续的文字描述信息内容包括：振荡全局告警ID、振荡 的模式频率、最大振荡元件或断面量测量名、该量测的最大功率或频率振荡幅值、 振荡阻尼、振荡相位、相位对应的整秒时刻，“振荡告警持续”文字。在振荡持续 期间可采用渲染图的方法将各时间断面的各振荡节点的分群情况和振荡强度进行 可视化展示，子站和主站可每1秒（可设置）在可视化渲染图上将上述结果刷新 一次。。

10)对于步骤7中联合低频振荡监测子站需将振荡信息上送主站的量测量，当该量测 量的振荡幅值持续若干个设定周期（通常设为5个周期）小于所设振荡记录阈值 时，该子站向主站发送该量测量的振荡幅值已小于振荡记录阈值信息，信息内容 包括：振荡全局告警ID、量测量名、所属调度中心、“量测量停止振荡记录”文字， 停止记录的时间。然后，子站停止上送主站该量测的振荡信息，

11)当联合低频振荡监测主站监测到全网各量测量振荡幅值均持续若干设定周期（通 常设为5个周期）小于所设振荡告警结束阈值或已返回“量测量停止振荡记录” 信息时，向各子站发送该振荡的全局告警结束信息，信息内容包括：振荡全局告 警ID、“振荡全局告警结束”文字、结束时间

12)各子站收到主站发送的关于某个全局振荡结束的信息后，停止向主站发送振荡的 频谱分析结果。但是若本地量测量的振荡幅值仍然大于所设“振荡记录阈值”，则 仍然分析并记录整秒时刻低频振荡的频率、幅值、相位、阻尼等信息，直到相应 本地量测量的振荡幅值小于所设振荡记录阈值时，停止对振荡的频谱分析结果的 记录。

最后，应说明的是，参与联合低频振荡监测的各调度中心可仍然保留原有的基于局域 信息的快速低频振荡监视和消息告警，因为其对本区域能感受到低频振荡具有快速告警的 优势，尽管其通常不能知晓其感受到的振荡具体波及了哪些区域以及其具体的振荡模态是 怎样的。当运行人员对基于局域信息的快速低频振荡消息告警进行详细的模态查询时，应 自动关联到对应的联合低频振荡告警信息和可视化内容。这样联合低频振荡监测和区域低 频振荡监测可以实现性能和功能上的互补。