[发明专利]基于广域测量信息的低频振荡节点贡献因子的分析方法

说明书

技术领域

本发明属于电力系统低频振荡在线检测和分析技术领域，更具体地涉及利用广域测量系统的信息进行电力系统低频振荡在线模态分析。

背景技术

电力系统发生低频振荡时，运行人员为了认识并采取措施抑制振荡，除了需要知道振荡的频率、幅度和阻尼比外，还需要知道低频振荡的模态信息。各节点关联的机组对振荡的参与程度是最重要的低频振荡模态信息之一。对于这些模态信息，以往的方法是通过基于数学模型的小干扰分析程序求解系统状态矩阵的特征值和特征向量来得到的。这类方法分析结果的正确性取决于所用数学模型、元件参数、状态参数的准确性，而在实际电力系统中这些模型和参数的准确性往往不能保证，因此导致这类基于数学模型分析的方法结果不可靠或不可信。此外，由于需要进行矩阵的特征值和特征相量计算，对于大规模系统这类方法还存在计算速度慢的问题。

基于相量测量单元(PMU)的广域测量系统(WAMS)能够将电网各测点的电压相量、电流相量、功率、频率等信息以每秒几十或上百帧的频率向WAMS主站发送，借助全球定位系统(GPS)能保证全网数据的同步性。因此可实现对电网各测点动态过程的实时观察，这使得直接根据量测信息进行低频振荡模态分析成为可能。然而，以往广域测量系统的低频振荡检测和分析功能只局限于对各节点的振荡曲线进行频谱分析得到振荡的频率、幅值、阻尼比信息，并据此对发生的危险振荡进行报警，并不能给出电网低频振荡的模态信息。各节点对振荡的参与程度只能通过幅值信息定性得到，不能给出参与振荡的各节点或发电机对振荡影响程度的定量衡量。然而，从基于数学模型的小扰动分析得到的模态图可知节点或其关联的发电机对振荡的参与程度不仅与该节点量测振荡的幅值有关，还与该节点量测在模态图上的角度有关。在目前的广域测量系统应用中，还没有找到仅根据实时量测，不依赖数学模型和元件参数，计算由小扰动分析法定义的节点参与因子的方法；也没有一个在线指标能将振荡的幅度和角度进行综合，得到节点对系统振荡的贡献程度的定量衡量。本发明提出了一个利用广域测量系统节点有功注入量测经频谱分析得到的振荡幅度和角度，计算出节点关联的发电机对振荡参与程度或贡献程度的衡量指标，有利于调度员根据这些定量指标对参与低频振荡的机组进行定量的合理控制，从而抑制和消除振荡。

应指出的是具有相位计算能力的频谱分析方法目前有两种可供选择，一个是Prony法；另一个是具有相位计算能力的经验模态分解法(该方法已另外申请专利，本申请中对该方法进行了简要介绍)。前者只适用于线性、平稳系统，而后者能对非线性、非平稳、含有非周期成份的复杂波形进行频率、相位和幅值的合理计算，以便于对频率略有差异的振荡曲线进行合理的相位计算和比较，本发明推荐使用后者进行频谱分析，并得到振荡模态曲线的相位、频率、幅值等振荡参数。

发明内容

针对现有的广域测量系统(WAMS)不能利用实时数据定量衡量在低频振荡中节点关联的机组对振荡参与程度或贡献程度的问题，本发明提供了一种基于广域测量系统信息，定量地衡量参与某一模式振荡的节点所关联的发电机组对电网该模式振荡功率的贡献程度的分析方法。该方法首先提出了基于注入有功振荡功率的节点贡献因子的概念，然后根据注入有功振荡功率的幅值以及功率曲线间的相对相位，给出了节点贡献因子的分析计算方法，并同时实现节点的同调分群。

基于注入有功振荡功率的节点贡献因子的定义如下：系统中某一频率模式的低频振荡实质是两群发电机间以该频率进行有功功率的往复交换。因此本发明利用各节点该频率的有功注入功率占系统中该频率总有功振荡功率的比例来衡量相应节点下所关联的发电机组对该频率模式的低频振荡的参与程度或贡献程度。

本发明的技术方案如下，其典型流程图见说明书附图1：

一种仅基于广域测量系统信息，定量地衡量参与某一模式振荡的节点所关联的发电机组对电网该模式振荡功率的贡献程度的方法，这一方法适用于没有电磁环网且不考虑网损的系统，但也可应用于可简化为具有上述特征的实际电力系统，该方法通过基于注入有功振荡功率的节点贡献因子的概念来衡量相应节点下所关联的发电机组对该频率模式的低频振荡的参与程度或贡献程度；所述方法的特征在于其包括以下步骤：

a)对相量测量单元PMU测量得到并上送到广域测量系统WAMS主站的电网各节点的注入有功功率采用能够得到相位信息的频谱分析算法进行频谱分析，得到各注入有功功率曲线的模态曲线；