基于故障时刻滑动窗口的系统惯量计算方法和系统与流程

本发明涉及电力系统安全稳定控制，尤其涉及一种基于故障时刻滑动窗口的系统惯量计算方法和系统。

背景技术：

1、电力系统未来的发展，例如相对较大的发电机组、虚拟发电厂、分布式新能源并网，将导致系统惯量发生显著变化。目前，借助于数据采集与监视系统，通过统计所有并网同步机组旋转惯量计算系统惯量，认为系统惯量为恒定不变的常量。由于监视范围无法涵盖非统调机组、负荷以及未来可能的其他形式惯量，因此惯量值被低估，精度不高。在系统运行期间，如果系统的惯量明显低于规划阶段的预期，那么现有的确定性保护和控制可能无法确保系统的稳定性。

2、近年来，国内外诸多学者和研究机构开展了惯量在线评估和频率特性分析相关研究，并且部分成果已应用于实际电网，可总结为以下三个方向：

3、（1）借助于数据采集与监视系统(supervisory control and data acquisition,scada, scada)，通过统计所有并网同步机组旋转惯量计算系统惯量，认为系统惯量为恒定不变的常量。目前，传统方案通常采用该方法在线监视系统惯量水平。由于监视范围无法涵盖非统调机组、负荷以及未来可能的其他形式惯量，因此惯量值被低估，精度不高；

4、（2）借助于广域测量系统，基于大扰动后实测的功率、频率等量测数据和系统摇摆方程进行系统和区域惯量评估。该方法可应用于事故后离线分析，也可应用于在线分析。用于在线分析其挑战在于获取精确的扰动发生时刻、扰动量和系统频率变化率，以及对数据进行滤波处理等。

5、（3）基于负荷变化、机组出力调整等小扰动事件或随机功率波动的系统惯量在线评估。这种惯量计算方法依赖于由失电引起的电力系统频率瞬变。这种发电损失事件相对罕见，尽管它们往往会引起大的频率干扰，但它们需要事后研究以确定原因、位置、跳闸类型等，以便可以表征惯性和系统响应。这些事件的稀缺性，特别是重复的类似事件，使得这些方法的验证变得困难。该类方法目前仍处于探索阶段，尚不具备工程实用条件。

技术实现思路

1、本发明的目的在于解决背景技术中的至少一个技术问题，提供一种基于故障时刻滑动窗口的系统惯量计算方法和系统。

2、为实现上述目的，本发明提供一种基于故障时刻滑动窗口的系统惯量计算方法，包括：

3、当电力系统发生功率扰动造成故障时，从pmu装置获取系统各监视母线频率、联络线有功数据和机组有功出力，并统计系统容量；

4、采用经验模态分解法对系统扰动后的各监视母线频率进行滤波处理，通过滑窗均值滤波对母线电压、机组有功出力进行滤波处理；

5、基于滤波后的系统各监视母线频率数据，采用固定滑窗计算系统各节点频率变化率，基于频率变化率大小确定故障时刻；

6、基于滤波后的母线电压，计算各母线的电压波动指标，确定系统振荡中心；

7、基于振荡中心的频率曲线，以确定的故障时刻作为计算起始时刻，不断增加滑动窗口大小，计算各窗口频率变化率；

8、基于各窗口频率变化率、联络线有功数据、机组有功出力和系统容量计算得到系统惯量变化曲线；

9、根据系统惯量变化曲线得到系统惯量。

10、根据本发明的一个方面，所述基于频率变化率大小确定故障时刻为：以频率变化率变化最大对应的时刻作为故障时刻。

11、根据本发明的一个方面，所述母线的电压波动指标的计算公式为：

12、；

13、式中，vi(t)为[ti-，ti+]内第i个母线实时电压值；为第i个母线电压极值时刻；为母线故障前电压；为设定的时间门槛值，实际系统通常取0.1s；

14、所述系统振荡中心为电压波动指标最大的母线。

15、根据本发明的一个方面，所述以确定的故障时刻作为计算起始时刻，不断增加滑动窗口大小，计算各窗口频率变化率为：

16、以确定的故障时刻作为计算起始时刻，不断增加滑动窗口大小，计算各窗口频率变化率，3秒后终止；

17、其中，所述滑动窗口的窗口宽度的变化幅度为pmu装置的采样间隔，采样间隔为0.02秒。

18、根据本发明的一个方面，所述系统惯量的计算公式为：

19、；

20、式中，为系统惯量；为窗口频率变化率； f coi为惯量中心频率； f( t)为 t时刻对应的实时频率； f 0为故障时刻频率；为扰动功率，其由联络线有功数据和机组有功出力计算获得；为系统容量；

21、根据本发明的一个方面，所述根据系统惯量变化曲线得到系统惯量为：

22、选取系统惯量变化曲线的极小值作为系统惯量。

23、为实现上述目的，本发明还提供一种基于故障时刻滑动窗口的系统惯量计算系统，其特征在于，包括：

24、数据获取模块，当电力系统发生功率扰动造成故障时，从pmu装置获取系统各监视母线频率、联络线有功数据和机组有功出力，并统计系统容量；

25、数据预处理模块，采用经验模态分解法对系统扰动后的各监视母线频率进行滤波处理，通过滑窗均值滤波对母线电压、机组有功出力进行滤波处理；

26、故障时刻识别模块，基于滤波后的系统各监视母线频率数据，采用固定滑窗计算系统各节点频率变化率，基于频率变化率大小确定故障时刻；

27、振荡中心确定模块，基于滤波后的母线电压，计算各母线的电压波动指标，确定系统振荡中心；

28、窗口频率变化率计算模块，基于振荡中心的频率曲线，以确定的故障时刻作为计算起始时刻，不断增加滑动窗口大小，计算各窗口频率变化率；

29、系统惯量变化曲线计算模块，基于各窗口频率变化率、联络线有功数据、机组有功出力和系统容量计算得到系统惯量变化曲线；

30、系统惯量确认模块，根据系统惯量变化曲线得到系统惯量。

31、为实现上述目的，本发明还提供一种电子设备，包括处理器、存储器及存储在所述存储器上并可在所述处理器上运行的计算机程序，所述计算机程序被所述处理器执行时实现如上所述的基于故障时刻滑动窗口的系统惯量计算方法。

32、为实现上述目的，本发明还提供一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质上存储计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现如上所述的基于故障时刻滑动窗口的系统惯量计算方法。

33、根据本发明的方案，本发明基于pmu实测扰动进行系统惯量辨识，可以克服目前主要采用的基于scada并网监视带来的惯量评估不准确的问题。该方案在扰动发生后，利用扰动前系统容量、扰动时的扰动功率、频率、母线电压等数据，通过滤波处理，基于转子运动方程对振荡中心频率曲线进行惯量评估，进而实现对系统频率特性在线监测和辨识，保障电力系统频率安全稳定。

技术特征：

1.基于故障时刻滑动窗口的系统惯量计算方法，其特征在于，包括：

2.根据权利要求1所述的基于故障时刻滑动窗口的系统惯量计算方法，其特征在于，所述基于频率变化率大小确定故障时刻为：以频率变化率变化最大对应的时刻作为故障时刻。

3.根据权利要求1所述的基于故障时刻滑动窗口的系统惯量计算方法，其特征在于，所述母线的电压波动指标的计算公式为：

4.根据权利要求1所述的基于故障时刻滑动窗口的系统惯量计算方法，其特征在于，所述以确定的故障时刻作为计算起始时刻，不断增加滑动窗口大小，计算各窗口频率变化率为：

5.根据权利要求1所述的基于故障时刻滑动窗口的系统惯量计算方法，其特征在于，所述系统惯量的计算公式为：

6.根据权利要求1-5中任一项所述的基于故障时刻滑动窗口的系统惯量计算方法，其特征在于，所述根据系统惯量变化曲线得到系统惯量为：

7.基于故障时刻滑动窗口的系统惯量计算系统，其特征在于，包括：

8.电子设备，其特征在于，包括处理器、存储器及存储在所述存储器上并可在所述处理器上运行的计算机程序，所述计算机程序被所述处理器执行时实现如权利要求1-6中任一项所述的基于故障时刻滑动窗口的系统惯量计算方法。

9.计算机可读存储介质，其特征在于，所述计算机可读存储介质上存储计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现如权利要求1-6中任一项所述的基于故障时刻滑动窗口的系统惯量计算方法。

技术总结本发明涉及电力系统安全稳定控制技术领域，提供一种基于故障时刻滑动窗口的系统惯量计算方法和系统，其中方法包括：获取系统各监视母线频率、联络线有功数据和机组有功出力，并统计系统容量；对各监视母线频率进行滤波处理，对母线电压、机组有功出力进行滤波处理；计算系统各节点频率变化率，基于频率变化率大小确定故障时刻；计算各母线的电压波动指标，确定系统振荡中心；计算各窗口频率变化率；基于各窗口频率变化率、联络线有功数据、机组有功出力和系统容量计算得到系统惯量变化曲线；根据系统惯量变化曲线得到系统惯量。本发明基于PMU实测扰动进行系统惯量辨识，可以克服传统的基于SCADA并网监视带来的惯量评估不准确的问题。技术研发人员：李聪,胡兵,康丰,陈栋,齐以年,秦昌嵩,杨东受保护的技术使用者：南京国电南自电网自动化有限公司技术研发日：技术公布日：2024/7/25