基于同步相量測量裝置的電力系統功率振蕩判斷方法
【技術領域】
[0001] 本發明涉及一種基于同步相量測量裝置的電力系統功率振蕩判斷方法，屬于電力 系統檢測技術領域。
【背景技術】
[0002] 電力系統功率振蕩已經成為影響現代大型電力系統安全穩定運行的重要問題之 一。近年來，我國電力系統發生了多次功率振蕩現象。這些振蕩的主要特點如下：1)振蕩 頻率低，在0. 2~2Hz之間，覆蓋了主要低頻振蕩頻率范圍；2)振幅較大，峰峰值在幾十到 幾百兆瓦之間；3)持續時間長，在幾十秒到幾十分鐘之間，大部分振蕩持續時間在幾分鐘。
[0003] 同步相量測量單元（phasor measurement unit，PMU)作為廣域測量系統（wide area measurement system，WAMS)的數據來源，能否及時的發現電網的功率振蕩有著重要 意義。
[0004] 電力系統功率振蕩時的波形，通常為指數衰減振蕩波形，包含多種頻率分量。目前 PMU上已有的功率振蕩判斷方法主要存在以下問題：
[0005] 1)通常的功率振蕩判斷方法通過功率的波動大小來實現，負荷波動、短路故障及 線路機組投切時容易造成誤報；
[0006] 2)目前算法對功率振蕩的程度很難量化，為了避免誤報則有可能造成振蕩幅值不 大時漏報，反之亦然。
【發明內容】
[0007] 本發明的目的在于克服現有技術中的不足，提供一種基于同步相量測量裝置的電 力系統功率振蕩判斷方法，解決現有技術中電力系統功率振蕩判斷方法易出現誤報、漏報 的技術問題。
[0008] 為解決上述技術問題，本發明所采用的技術方案是：基于同步相量測量裝置的電 力系統功率振蕩判斷方法，包括如下步驟：
[0009] 步驟一：將同步相量測量裝置輸入的模擬量信號經過抗混疊模擬濾波后，進行模 數轉換，在模數轉換時將采樣值打上精確絕對時標，并存入數據緩沖區；
[0010] 步驟二：根據步驟一產生的數據緩沖區的采樣值，利用同一時刻同步相量測量裝 置的三相電壓電流計算有功功率P、序分量不對稱度以及電壓和功率因數乘積U COS Φ ;
[0011] 步驟三：對步驟二計算的有功功率P的結果進行快速傅里葉變換，得到有功功率 的頻譜；
[0012] 步驟四：根據步驟二計算的有功功率P、序分量不對稱度、電壓和功率因數乘積 Ucos Φ，結合步驟三得到的有功功率的頻譜，判斷電力系統是否發生功率振蕩：如果有功功 率的頻譜在〇. l-2Hz之間的頻譜能量大于對應預設值，且電壓和功率因數乘積Ucos Φ處在 對應預設范圍內，同時序分量不對稱度（Iiq^Ii2I)AiIi1I也小于對應預設值，則表明電力 系統發生了功率振蕩，輸出告警；否則，表明電力系統未發生功率振蕩。
[0013] 步驟一中將采樣值打上精確絕對時標的方法是：
[0014] 將GPS/北斗時鐘的對時信號接入同步相量測量裝置；
[0015] 在模數轉換器采樣時，將采樣值打上GPS/北斗時鐘輸出的時鐘信號，并存入數據 緩沖區。
[0016] 步驟二中有功功率P采用公式（1)進行計算：
[0017] P(t) = ua(t) ia(t)+ub(t) ib(t)+uc(t) ic(t) ； (I)
[0018] 式中：P(t)表示t時刻的有功功率，ua(t)、ub(t)、u e(t)分別表示t時刻A相、B 相、C相的瞬時電壓，ia(t)、ib(t)、込⑴分別表示t時刻A相、B相、C相的瞬時電流。
[0019] 步驟三中對有功功率P的結果進行快速傅里葉變換采用庫利-圖基快速傅里葉變 換算法。
[0020] 步驟二中所述的電壓和功率因數乘積Ucosci)的計算方法如下：首先計算電壓和 電流的幅值相位，然后計算電壓與電流的相位差，即Φ，求得功率因數COS Φ，最后將功率 因數COS Φ與電壓幅值相乘得到Ucos Φ。
[0021] 步驟二中所述序分量不對稱度采用公式（2)進行計算：
[0022] (IiciHi2I)AiIi1I ⑵
[0023] 式中，m為可整定定值，取0.5-0. 7;/。、Z1、Z2的計算公式如下：
【主權項】
1. 基于同步相量測量裝置的電力系統功率振蕩判斷方法，其特征在于，包括如下步 驟： 步驟一：將同步相量測量裝置輸入的模擬量信號經過抗混疊模擬濾波后，進行模數轉 換，在模數轉換時將采樣值打上精確絕對時標，并存入數據緩沖區； 步驟二：根據步驟一產生的數據緩沖區的采樣值，利用同一時刻同步相量測量裝置的 三相電壓電流計算有功功率P、序分量不對稱度以及電壓和功率因數乘積U COS Φ ; 步驟三：對步驟二計算的有功功率P的結果進行快速傅里葉變換，得到有功功率的頻 譜； 步驟四：根據步驟二計算的有功功率P、序分量不對稱度、電壓和功率因數乘積U cos Φ，結合步驟三得到的有功功率的頻譜，判斷電力系統是否發生功率振蕩：如果有功功 率的頻譜在〇. 1-2HZ之間的頻譜能量大于對應預設值，且電壓和功率因數乘積U COS Φ處 在對應預設范圍內，同時序分量不對稱度（Iici^Ii2I)AiIi 1I也小于對應預設值，則表明電 力系統發生了功率振蕩，輸出告警；否則，表明電力系統未發生功率振蕩。
2. 根據權利要求1所述的基于同步相量測量裝置的電力系統功率振蕩判斷方法，其特 征在于，步驟一中將采樣值打上精確絕對時標的方法是： 將GPS/北斗時鐘的對時信號接入同步相量測量裝置； 在模數轉換器采樣時，將采樣值打上GPS/北斗時鐘輸出的時鐘信號，并存入數據緩沖 區。
3. 根據權利要求1所述的基于同步相量測量裝置的電力系統功率振蕩判斷方法，其特 征在于，步驟二中有功功率P采用公式（1)進行計算： P(t) = ua(t) ia(t)+ub(t) ib(t)+uc(t) ic(t) ； (I) 式中：P (t)表示t時刻的有功功率，ua(t)、ub (t)、ujt)分別表示t時刻A相、B相、C 相的瞬時電壓，ijthibahijt)分別表示t時刻A相、B相、C相的瞬時電流。
4. 根據權利要求1所述的基于同步相量測量裝置的電力系統功率振蕩判斷方法，其特 征在于，步驟三中對有功功率P的結果進行快速傅里葉變換采用庫利-圖基快速傅里葉變 換算法。
5. 根據權利要求1所述的基于同步相量測量裝置的電力系統功率振蕩判斷方法，其特 征在于，步驟二中所述的電壓和功率因數乘積U cosci)的計算方法如下：首先計算電壓和 電流的幅值相位，然后計算電壓與電流的相位差，即Φ，求得功率因數cos Φ，最后將功率 因數COS Φ與電壓幅值相乘得到U COS Φ。
6. 根據權利要求1所述的基于同步相量測量裝置的電力系統功率振蕩判斷方法，其特 征在于，步驟二中所述序分量不對稱度采用公式（2)進行計算： (liol + I^D/mliJ (2) 式中，m為可整定定值，取0.5-0. 7; ?〇、、/2的計算公式如下：
【專利摘要】本發明公開了一種基于同步相量測量裝置的電力系統功率振蕩判斷方法，包括將模擬量信號經過抗混疊模擬濾波后，在模數轉換時將采樣值打上精確絕對時標；利用同一時刻三相電壓電流計算有功功率、序分量不對稱度以及電壓和功率因數乘積；對有功功率的結果進行快速傅里葉變換，得到有功功率的頻譜；如果有功功率的頻譜在0.1-2Hz之間的頻譜能量大于對應預設值，且電壓和功率因數乘積處在對應預設范圍內，同時序分量不對稱度也小于對應預設值，則表明電力系統發生了功率振蕩，輸出告警。本發明實現了對功率振蕩的準確判斷，避免了將短路故障誤判為系統振蕩，或者發生功率振蕩時漏判，可用于提高同步相量測量裝置功率振蕩告警性能。
【IPC分類】G01R31-00
【公開號】CN104833878
【申請號】CN201510218681
【發明人】汪昀, 沈健, 周斌, 張敏, 侯明國, 檀永, 夏成林, 汪鶴, 彭奇, 劉東升
【申請人】國電南瑞科技股份有限公司, 國家電網公司, 江蘇省電力公司, 國電南瑞南京控制系統有限公司
【公開日】2015年8月12日
【申請日】2015年4月30日