[发明专利]基于牵引负荷冲击响应的系统阻尼在线监测方法与系统

说明书

技术领域

本发明涉及电力系统低频振荡在线监测和预警预控领域，具体而言涉及一种基于牵引负荷冲击响应的系统阻尼在线监测方法与系统。

背景技术

随着互联电网规模不断扩大，电力系统低频振荡极大地制约了电网的传输能力，成为影响互联电网安全稳定的突出问题。系统阻尼是决定低频振荡是否发生或者振荡大小的关键因素。当前电力系统运行人员往往通过对未来离线方式或者实时潮流断面进行模态分析计算来获取系统的动态特征，特别是振荡频率和阻尼比信息。由于模态分析方法受系统规模、实时潮流和模型参数准确性的影响较大，其结果很多时候与系统实际的振荡特征不符。随着WAMS系统的快速发展和应用，目前大部分机组和500kV变电站已经可以获得准确的动态量测，用于低频振荡在线监测。对于低频振荡在线监测，当前主要还是基于实际故障引发大幅功率振荡后的轨迹，采用HHT、Prony等方法进行在线辨识振荡模式，这难以满足系统低频振荡的预警预控要求。而且现在观测到越来越多的强迫功率振荡现象，通过类似Prony等方法的分析结果难以准确体现系统实际阻尼信息。实际电网中经常受到一些特殊负荷冲击而引发系统存在小功率自由振荡现象。实际上这些日常可观测到的小功率自由振荡并不影响电网的正常安全运行，但是它们一定程度上反映了互联电网的主要振荡模式特征，例如实时模式阻尼比信息，对于大电网的低频功率振荡预警预控具有重要指导意义。

随着我国高铁的跨越式发展，电铁牵引负荷在电网中的分布越来越广，单列高速列车负荷功率越来越大，其负荷特征对电网的影响也越来越重要。例如近年来，中国建成了多条时速300km/h以上的高速铁路，单列高速列车组的牵引功率可达到21.56MW。当列车驶过牵引变供电区域的分界点时，给机车供电的牵引变发生突变，牵引负荷通过两个牵引变对接入的电网带来了冲击。在实际电网中，分布着大量的牵引变电站，意味着存在着大量的牵引负荷冲击，而这些牵引负荷空间分布上基本贯穿了整个电网，负荷冲击时间分布上相对比较固定。因此，电铁牵引负荷是实际电网中长期存在的、相对固定的功率冲击。可以利用这种在时间上固定，且具有有一定规律的冲击，对实际电网中激发的低频功率振荡进行在线监测，可以获得电网中容易被激发的区间振荡模式信息和实时阻尼信息，从而实现系统阻尼在线监测和预警。

发明内容

本发明的目的在于利用实际电网中固定存在的电铁牵引负荷冲击，将牵引负荷冲击引发的机组动态响应用于系统低频振荡模式阻尼的在线监测。该方法首先根据实际电网中牵引负荷的位置、实时潮流模态分析得到的各机组参与区间振荡情况，以及牵引负荷扰动所能激发机组的响应，选择合适的观测机组。在系统运行过程中，通过观测牵引负荷周围各机组的WAMS动态数据，实时监测这些机组所参与振荡模式的振荡频率和阻尼比信息。由于电铁牵引负荷冲击时间固定分布在一天中，特别在系统负荷较大的白天，当系统区间振荡模式的阻尼降低时，能够反映在实时动态监测结果上，即获得系统最容易被激发的区间振荡模式和系统实时阻尼情况，以此作为系统低阻尼报警的依据。

本发明的上述目的通过独立权利要求的技术特征实现，从属权利要求以另选或有利的方式发展独立权利要求的技术特征。

为达成上述目的，本发明提出一种基于牵引负荷冲击响应的系统阻尼在线监测方法，包括以下步骤：

步骤1、获取电网实际主要区间振荡模式和各模式强相关机组信息；

步骤2、根据电网中牵引负荷的地理分布和电网区间振荡模式区域划分，选择与牵引负荷电气距离较近且是主要区间模式强相关机组的机组作为监测节点；

步骤3、基于监测节点动态量测，对于牵引负荷冲击下可观测到明显振荡响应的机组，采用Prony方法在线辨识系统区间振荡频率和阻尼比信息；

步骤4、对于牵引负荷冲击下未观测到明显振荡的机组，采用ARMA方法分析机组有功功率类噪声信号获得实时振荡频率和阻尼信息；

步骤5、当系统实时模式阻尼比低于给定阈值时，分级别发出告警信息。

进一步的例子中，前述步骤1获取电网实际主要区间振荡模式和各模式强相关机组信息，具体实现包括：

基于系统实时潮流断面进行模态分析，并结合电网历史功率振荡数据，获得电网存在的主要区间振荡模式和强相关机组信息。

进一步的例子中，前述步骤2根据电网中牵引负荷的地理分布和电网区间振荡模式区域划分，选择与牵引负荷电气距离较近且是主要区间模式强相关机组的机组作为监测节点，具体包括：