本发明涉及电力系统
技术领域：
，并且更具体地，涉及一种用于电力系统原动机侧投退阻尼控制器的方法及系统。
背景技术：
：随着目前区域电网互联加快，在水电机组比例较高的直流送出系统及孤岛系统中陆续出现振荡频率低于0.1hz的超低频率振荡现象。研究表明当前调速系统在满足电网一次调频动作快速性的同时，带来了明显的负阻尼。针对这种新出现的超低频振荡现象，研制了在调速系统侧安装的原动机调速系统附加阻尼器(gad)，可以达到抑制超低频低频振荡、提高系统稳定性的目的。随着广域测量系统(wams)在电力系统的大规模建设以及在监测系统动态行为中的广泛应用，利用同步向量测量装置(pmu)监测直接对受扰系统的输出响应进行信号处理，可以辨识振荡信息以便控制振荡现象。在现有的各种信号分析的方法中，prony分析可以有效提取出振荡信号的衰减系数、振荡频率、阻尼比等重要特征。prony分析对于处理的信号质量要求很高，可容纳信噪比下限低。为了提升prony分析辨识精度目前主要有两类方法，一类从prony算法本身弱抗噪性入手，另一类从数据预处理即滤波入手。考虑到预处理数据的快速性及易实现性，采用基于iir数字滤波对待辨识信号做预处理，其相位精度及线性时延性能更好，可以准确提取目标频段低频振荡信号，滤去与低频振荡分析无关的高频及噪声信号。技术实现要素：针对上述问题，本发明提出了一种用于电力系统原动机侧投退阻尼控制器的方法，包括：获取广域测量系统对电力系统的输出功频信号实时监测的监测数据；对监测数据进行预处理，获取电力系统原动机侧的振荡信息；根据振荡信息确定电力系统原动机侧是否发生超低频振荡，当发生超低频振荡时，确定超低频振荡是否翻越频差上限，当翻越频差上限时，发出警报并对电力系统原动机侧以预设时段及预设层次投退阻尼控制器。可选的，振荡信息，包括：电力系统原动机侧的超低频振荡主导模式的振幅、相位、频率和阻尼比。可选的，预处理，具体为：对监测数据进行滤波去直流分量处理。可选的，获取电力系统原动机侧的振荡信息，具体为：读取预处理后的监测信息，以监测信息为样本，计算样本函数及列写二阶矩样本矩阵，根据样本函数和二阶矩样本矩阵进行主导模式辨识，获取电力系统原动机侧的振荡信息。本发明还提出了一种用于电力系统原动机侧投退阻尼控制器的系统，包括：采集模块，获取广域测量系统对电力系统的输出功频信号实时监测的监测数据；预处理模块，对监测数据进行预处理，获取电力系统原动机侧的振荡信息；控制模块，根据振荡信息确定电力系统原动机侧是否发生超低频振荡，当发生超低频振荡时，确定超低频振荡是否翻越频差上限，当翻越频差上限时，发出警报并对电力系统原动机侧以预设时段及预设层次投退阻尼控制器。可选的，振荡信息，包括：电力系统原动机侧的超低频振荡主导模式的振幅、相位、频率和阻尼比。可选的，预处理，具体为：对监测数据进行滤波去直流分量处理。可选的，获取电力系统原动机侧的振荡信息，具体为：读取预处理后的监测信息，以监测信息为样本，计算样本函数及列写二阶矩样本矩阵，根据样本函数和二阶矩样本矩阵进行主导模式辨识，获取电力系统原动机侧的振荡信息。本发明利用实时测量技术对发电机角频率信号进行监测，使用有限长单位冲激响应数字滤波技术对实测信号数据进行预处理分析，针对得到的振荡信息辨识出超低频段的频率振荡现象进行实时警报，对不同频差、振荡频率设置对应的原动机调速系统附加阻尼器投退策略。本发明使电力系统原动机侧引起的超低频率振荡现象得到有效抑制。附图说明图1为本发明一种用于电力系统原动机侧投退阻尼控制器的方法流程图；图2为本发明一种用于电力系统原动机侧投退阻尼控制器的方法实施例有限冲击响应滤波器频谱曲线图；图3为本发明一种用于电力系统原动机侧投退阻尼控制器的方法实施例含噪音曲线的滤波效果曲线图；图4为本发明一种用于电力系统原动机侧投退阻尼控制器的方法实施例prony分析拟合结果曲线图；图5为本发明一种用于电力系统原动机侧投退阻尼控制器的系统结构图。具体实施方式现在参考附图介绍本发明的示例性实施方式，然而，本发明可以用许多不同的形式来实施，并且不局限于此处描述的实施例，提供这些实施例是为了详尽地且完全地公开本发明，并且向所属
技术领域：
的技术人员充分传达本发明的范围。对于表示在附图中的示例性实施方式中的术语并不是对本发明的限定。在附图中，相同的单元/元件使用相同的附图标记。除非另有说明，此处使用的术语(包括科技术语)对所属
技术领域：
的技术人员具有通常的理解含义。另外，可以理解的是，以通常使用的词典限定的术语，应当被理解为与其相关领域的语境具有一致的含义，而不应该被理解为理想化的或过于正式的意义。本发明提出了一种用于电力系统原动机侧投退阻尼控制器的方法，如图1所示，包括：获取广域测量系统对电力系统的输出功频信号实时监测的监测数据；对监测数据进行滤波去直流分量处理，获取电力系统原动机侧的振荡信息；获取电力系统原动机侧的振荡信息，具体为：读取预处理后的监测信息，以监测信息为样本，计算样本函数及列写二阶矩样本矩阵，根据样本函数和二阶矩样本矩阵进行主导模式辨识，获取电力系统原动机侧的振荡信息；振荡信息，包括：电力系统原动机侧的超低频振荡主导模式的振幅、相位、频率和阻尼比。根据振荡信息确定电力系统原动机侧是否发生超低频振荡，当发生超低频振荡时，确定超低频振荡是否翻越频差上限，当翻越频差上限时，发出警报并对电力系统原动机侧以预设时段及预设层次投退阻尼控制器。下面结合实施例对本发明进行进一步说明。获取广域测量系统(pmu)对电力系统的输出功频信号实时监测信息；首先采集pmu数据x(1),x(2),…,x(n)。其中，n为采样点数，x(n)为第n个采样值，n∈[1,n]；假设经过fir滤波器的输出数据为y(1),y(2),…,y(n)。使用有限脉冲响应数字滤波技术对实测信号数据进行预处理，设置数字滤波器的性能指标，在matlab/simulink中调用digitalfilterdesign使用kaser窗拟合滤波器的频率特性，如图2所示，直接根据技术指标设计滤波器的主要参数，计算出测量数据的算数平均值，并令每个量测数据减去均值，所得数据即实现去直流分量，滤波结果如图3所示。对时域数据进行z变换即转化为复频域表达式，其中fir滤波器系统表达式为：其中an是设计的数字滤波器系数。采用易于实现的窗函数法在时域上进行。数字滤波器的设计就是确定系数从而保证实现滤波器性能。本文选择kaiser窗函数设计fir低通滤波器，其主要的技术指标要求带通频率为超低频振荡频段在0.01～0.1hz，阻带频率为2hz；带通内允许的最大衰减0.1db和阻带内最小衰减量40db。在matlab/simulink中调用digitalfilterdesign直接根据技术指标设计滤波器的主要参数,有限长单位冲激响应数字滤波器频谱图如图2所示。接着针对滤波器输出的数据组计算出数据的算数平均值，并令每个量测数据减去均值，所得数据即实现去直流分量。利用prony辨识算法得到信号的振荡信息，拟合结果如4所示。读取滤波处理后的发电机频率振荡数据；将自由振荡信号的数据采集点作为样本数据，计算样本函数，列写二阶矩样本矩阵，对自由振荡信号进行主导模式辨识，识别超低频振荡主导模式的振幅、相位、频率和阻尼比。prony算法通过对连续信号采样用等时间间隔的离散信号替代，采样频率选择大于信号最高频率的4倍，并留有相当的裕度以避免频谱混叠现象。滤波器滤波频段为0.01～0.1hz，按4倍频采样，采样周期应为1.25秒。其采样点m的近似离散时间函数可表示为p个指数函数，如下所示：其中，ai是幅值，θi为初相角，fi是频率，ai为阻尼比，δt是采样间隔；prony分析需要获得的主要振荡信息包括超低频振荡主导模式的振幅ai，振荡频率fi和阻尼比ai以及相位θi；其公式可表示为：ai＝|bi|；为了实现提取振荡信息主要需要求取bi，zi值。首先根据样本函数确定prony算法矩阵；样本函数表示用r(i,j)表示，其计算公式为：prony算法矩阵r表示为：其中x(n-j)为采样点构成的样本数据；x*(n-j)为x(n-j)的共轭；pe为预测模型阶数。接下来求取矩阵r的有效秩p的数值及特征根zi，然后根据矩阵方程计算bi，矩阵方程如下等式左边矩阵由特征根zi组成，等式右边为采样点数据。将求得的特征根zi及系数bi带入上式即可获取系统振荡的有效信息。根据辨识到的数据信息如表1所示：幅值衰减频率(hz)阻尼比实部虚部1.84678-0.42618201-0.42618201.83028-0.2189930.0502490.569938-0.2189930.3157250.665266-0.0039660.0817530.00772-0.0039660.5136690.174672-0.383420.2147780.273306-0.383421.349490.16783-0.3378560.1525980.332344-0.3378560.95880.15502-0.1126370.1146090.154538-0.1126370.7201090.106038-0.0703470.1553730.071873-0.0703470.9762350.051148-0.2195430.3375390.102968-0.2195432.12082判断系统是否发生超低频振荡；基于得到的振荡主导模式的振荡频率，根据超低频振荡判据分析振荡类型；基于系统的主导模式相位及阻尼情况划分此时系统的稳定性强弱；在此基础上针对频差及振幅确定原动机侧阻尼控制器投入策略。prony分析对仿真中出现的超低频振荡曲线的prony分析结果如表1，根据获得的分析结果通过阻尼比及特征根实部可判断出主导的振荡模式。根据获得的不同振荡频率数值选择主导模式的振荡频率判断其是否满足超低频振荡判据，即振荡频率数值在超低频振荡频段0.01～0.1hz，如果判断为超低频振荡则记录实时的振荡频率监测值，进行原动机侧阻尼控制器投退决策。基于超低频振荡发生判据框图进行原动机侧阻尼控制器的投退，根据超低频振荡判据，阻尼强弱情况，振荡是否翻越频差上限等方面对投退策略进行分层次分时段有序安排，基于制定的原动机侧阻尼控制器投退策略，对出现的超低频振荡情况提供有效阻尼。原动机侧阻尼控制器运行状态共有三种：1)退出状态：原动机侧阻尼控制器处于退出状态，控制输出为0，仅能通过“手动投入”条件进入运行状态，任何状态下均能通过“手动退出”条件返回退出状态；2)投入状态：原动机侧阻尼控制器由退出状态进入工作状态后的第一个状态，此状态下原动机侧阻尼控制器的输出仍为0，通过判定是否满足激活条件决定是否进入激活状态；3)激活状态：原动机侧阻尼控制器满足各项投运条件而投入运行的状态，通过判定是否满足激活条件决定是否返回投入状态；判断进入超低频振荡模式则首先将原动机侧阻尼控制器设定为投入状态；根据获得的振幅分析此时振荡频率差值是否翻越发电机组设置的偏差上限，进而决定是否立即投入原动机侧阻尼控制器；如果达到频率偏差上限则无时限进入激活状态；如果未达到频率偏差上限，则根据预设的不同阻尼水平梯度值继续判断此时系统的阻尼比为强阻尼还是弱阻尼，如果为弱阻尼则在一定设置时限内自动投入原动机侧阻尼控制器；如果此时系统为强阻尼则返回判断系统频差情况，重新决定是否投入原动机侧阻尼控制器。由于对主导振荡模式是否为超低频振荡模式为实时的prony分析，如果在判断主导振荡模式为其他振荡模式，则直接选择退出原动机侧阻尼控制器。本发明还提出了一种用于电力系统原动机侧投退阻尼控制器的系统200，如图5所示，包括：采集模块201，获取广域测量系统对电力系统的输出功频信号实时监测的监测数据；预处理模块202，对监测数据进行预处理，获取电力系统原动机侧的振荡信息；控制模块203，根据振荡信息确定电力系统原动机侧是否发生超低频振荡，当发生超低频振荡时，确定超低频振荡是否翻越频差上限，当翻越频差上限时，发出警报并对电力系统原动机侧以预设时段及预设层次投退阻尼控制器。振荡信息，包括：电力系统原动机侧的超低频振荡主导模式的振幅、相位、频率和阻尼比。预处理，具体为：对监测数据进行滤波去直流分量处理。获取电力系统原动机侧的振荡信息，具体为：读取预处理后的监测信息，以监测信息为样本，计算样本函数及列写二阶矩样本矩阵，根据样本函数和二阶矩样本矩阵进行主导模式辨识，获取电力系统原动机侧的振荡信息。本发明利用实时测量技术对发电机角频率信号进行监测，使用有限长单位冲激响应数字滤波技术对实测信号数据进行预处理分析，针对得到的振荡信息辨识出超低频段的频率振荡现象进行实时警报，对不同频差、振荡频率设置对应的原动机调速系统附加阻尼器投退策略。本发明使电力系统原动机侧引起的超低频率振荡现象得到有效抑制。本领域内的技术人员应明白，本申请的实施例可提供为方法、系统、或计算机程序产品。因此，本申请可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本申请可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质(包括但不限于磁盘存储器、cd-rom、光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。本申请是参照根据本申请实施例的方法、设备(系统)、和计算机程序产品的流程图和/或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流程和/或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上，使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。最后应当说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其限制，尽管参照上述实施例对本发明进行了详细的说明，所属领域的普通技术人员应当理解：依然可以对本发明的具体实施方式进行修改或者等同替换，而未脱离本发明精神和范围的任何修改或者等同替换，其均应涵盖在本发明的权利要求保护范围之内。当前第1页1 2 3
技术特征：1.一种用于电力系统原动机侧投退阻尼控制器的方法，所述方法包括：
获取广域测量系统对电力系统的输出功频信号实时监测的监测数据；
对监测数据进行预处理，获取电力系统原动机侧的振荡信息；
根据振荡信息确定电力系统原动机侧是否发生超低频振荡，当发生超低频振荡时，确定超低频振荡是否翻越频差上限，当翻越频差上限时，发出警报并对电力系统原动机侧以预设时段及预设层次投退阻尼控制器。
2.根据权利要求1所述的方法，所述振荡信息，包括：电力系统原动机侧的超低频振荡主导模式的振幅、相位、频率和阻尼比。
3.根据权利要求1所述的方法，所述预处理，具体为：对监测数据进行滤波去直流分量处理。
4.根据权利要求1所述的方法，所述获取电力系统原动机侧的振荡信息，具体为：读取预处理后的监测信息，以监测信息为样本，计算样本函数及列写二阶矩样本矩阵，根据样本函数和二阶矩样本矩阵进行主导模式辨识，获取电力系统原动机侧的振荡信息。
5.一种用于电力系统原动机侧投退阻尼控制器的系统，所述系统包括：
采集模块，获取广域测量系统对电力系统的输出功频信号实时监测的监测数据；
预处理模块，对监测数据进行预处理，获取电力系统原动机侧的振荡信息；
控制模块，根据振荡信息确定电力系统原动机侧是否发生超低频振荡，当发生超低频振荡时，确定超低频振荡是否翻越频差上限，当翻越频差上限时，发出警报并对电力系统原动机侧以预设时段及预设层次投退阻尼控制器。
6.根据权利要求5所述的系统，所述振荡信息，包括：电力系统原动机侧的超低频振荡主导模式的振幅、相位、频率和阻尼比。
7.根据权利要求5所述的系统，所述预处理，具体为：对监测数据进行滤波去直流分量处理。
8.根据权利要求5所述的系统，所述获取电力系统原动机侧的振荡信息，具体为：读取预处理后的监测信息，以监测信息为样本，计算样本函数及列写二阶矩样本矩阵，根据样本函数和二阶矩样本矩阵进行主导模式辨识，获取电力系统原动机侧的振荡信息。
技术总结本发明公开了一种用于电力系统原动机侧投退阻尼控制器的方法及系统，属于电力系统技术领域。本发明方法，包括：获取广域测量系统对电力系统的输出功频信号实时监测的监测数据；对监测数据进行预处理，获取电力系统原动机侧的振荡信息；根据振荡信息确定电力系统原动机侧是否发生超低频振荡，当发生超低频振荡时，确定超低频振荡是否翻越频差上限，当翻越频差上限时，发出警报并对电力系统原动机侧以预设时段及预设层次投退阻尼控制器。本发明针对得到的振荡信息辨识出超低频段的频率振荡现象进行实时警报，使电力系统原动机侧引起的超低频率振荡现象得到有效抑制。
技术研发人员：王官宏;李莹;张坤俊;魏巍;艾东平;杨超;陶向宇;陈刚;李文锋;格桑晋美
受保护的技术使用者：中国电力科学研究院有限公司;国网四川省电力公司;国家电网有限公司;国网西藏电力有限公司
技术研发日：2019.11.25
技术公布日：2020.06.09
