一种识别三相电力系统低频振荡的方法及装置与流程

本发明涉及电力系统稳定性，尤其涉及一种识别三相电力系统低频振荡的方法及装置。

背景技术：

1、三相电力系统是一种成熟稳定的电力系统形式，能够提供高质量、高效率、高可靠性的电力供应，是现代工业和科技发展的重要基础设施之一。低频振荡是目前现代电力系统面临的重要稳定性问题之一，国内外电网多次出现的低频振荡严重危及了电力系统的安全稳定运行，并引起电力企业和学术界的高度关注。低频振荡主要表现为：当系统遭受到干扰时，各个发电机的转子间发生相对摇摆，从而导致有功功率振荡，有可能会引起整个互联电网发生恶性连锁反应，情况严重时会使系统解列、引发大停电事故。

2、快速可靠地识别出低频振荡是确保电网稳定运行的重要前提。现有电力标准要求同步相量测量、宽频测量系统具备低频振荡监测告警功能，当监测点的功率波动频率在0.1-2.5hz频段内、功率波动幅度超过功率门槛值pset、且功率波动持续设定周波数时，装置需要及时给出低频振荡告警标志。

3、常见的低频振荡监测方法有快速傅里叶变换(fast fourier transform，fft)、普罗尼(prony)算法、希尔伯特-黄变换(hilbert-huang transform，hht)、小波分析等。其中，prony易受噪声影响，hht存在端点效应及模态混叠问题，小波变换提取多频率成分信号时存在分辨率不高的问题；而且，prony、hht、小波变换计算量偏大，不利于在嵌入式装置上实现低频振荡在线监测功能；fft是为了减少离散傅里叶变换计算次数的一种快速算法，在工程中应用非常广泛。

4、一般来说，低频振荡的振荡频率不高，通常在0.1-2.5hz范围内，而振荡周期的跨度非常大(0.4s-10s)。为了适应低频段，采用固定数据窗的频谱分析方法往往需要扩大数据窗到数十秒，当出现高频度的振荡时会导致低频振荡告警延迟动作。随着新能源发电的广泛接入，我国电力系统的电力电子化程度越来越高，电力系统低频振荡信号的成分将更为复杂，因此需要针对具有大跨度振荡周期、多频率成分的电力系统实现低频振荡的准确、快速检测告警。

技术实现思路

1、本发明的目的是提供一种识别三相电力系统低频振荡的方法及装置，用以解决现有技术对具有大跨度振荡周期、多频率成分的三相电力系统中的低频振荡识别不准确、识别速度慢的问题。

2、为实现上述目的，本发明提供了一种识别三相电力系统低频振荡的方法，所述方法实时获取三相功率，如果三相功率发生变化，当从三相功率发生变化后获取的功率数据量超过第一设定值时，使用余弦窗混合基fft算法计算得到振荡分量的振荡周期和振荡幅值；同时余弦窗混合基fft算法的数据窗长随着获取的功率数据的增多而增加，直至滑动窗长达到第二设定值；在振荡分量的幅值大于幅值设定值且持续时间大于时间设定值时发出低频振荡告警信号。

3、有益效果：本发明方法在检测到三相功率发生变化时，使用余弦窗混合基fft算法计算得到振荡分量的振荡周期和振荡幅值，并基于振荡周期和振荡幅值进行低频振荡告警。其中，相应于三相电力系统低频振荡成分复杂、振荡周期跨度大的特性，在使用余弦窗混合基fft算法处理三相功率数据时，滑动窗的窗长从第一设定值逐渐增长到第二设定值，如此，在振荡持续过程中滑动设置余弦窗混合基fft计算的数据长度，既可以在振荡频率单一时识别出振荡分量，又可以识别出多个振荡分量，提升振荡识别的准确性；随着滑动窗的窗口长度的增加，余弦窗混合基fft算法可以识别出的振荡分量的最大周期不断增加，从而在实现对具有较大周期跨度的多个振荡分量的识别的同时，使得识别算法可以较早地启动，提高了算法的执行效率；另外，所使用的fft算法具备计算复杂度低的特点，进一步加快了三相电力系统低频振荡的识别。

4、进一步地，所述第一设定值根据三相功率发生变化时的三相功率变化量的振荡周期得到；所述第二设定值根据三相功率中低频振荡分量的最大周期得到。

5、进一步地，所述第一设定值m通过以下方式确定：

6、m＝fs·k·t

7、其中，fs是功率变化量的采样频率，k是设定系数，t是三相功率发生变化时三相功率变化量的振荡周期。

8、进一步地，所述t使用过零点软件测频法计算得到。

9、有益效果：过零点检测算法计算效率高，从而可以快速响应较高的采样率，同时其在软件中的实现相对简单，不需要复杂的硬件设备，因此成本相对较低。

10、进一步地，所述第二设定值l通过以下方式确定：

11、l＝fs·k·tm

12、其中，fs是功率变化量的采样频率，k是设定系数，tm为三相功率中低频振荡分量的最大周期。

13、进一步地，当当前时刻的三相功率与当前时刻第二时间设定值之前的三相功率平均值之间的差值大于设定值时，认为三相功率发生变化。

14、进一步地，获取的三相功率还过滤掉设定频率以上的高频分量。

15、有益效果：通过滤除所采集的三相功率数据中的高频分量，使得识别算法仅处理中低频数据，从而在减少计算量、增加计算效率的同时，降低了高频分量对低频振荡识别的影响，提高了低频振荡识别的准确性。

16、进一步地，如果只有一个振荡分量，所述时间设定值为该振荡分量周期的设定数目倍。

17、进一步地，如果有两个以上振荡分量，所述时间设定值为相应振荡分量周期的设定数目倍。

18、本发明还提供了一种三相电力系统低频振荡识别装置，该装置包括处理器和存储器，所述处理器执行由所述存储器存储的计算机程序，以实现上述的识别三相电力系统低频振荡的方法，并达到与该方法相同的有益效果。

技术特征：

1.一种识别三相电力系统低频振荡的方法，其特征在于，实时获取三相功率，如果三相功率发生变化，当从三相功率发生变化后获取的功率数据量超过第一设定值时，使用余弦窗混合基fft算法计算得到振荡分量的振荡周期和振荡幅值；同时余弦窗混合基fft算法的数据窗长随着获取的功率数据的增多而增加，直至滑动窗长达到第二设定值；在振荡分量的幅值大于幅值设定值且持续时间大于时间设定值时发出低频振荡告警信号。

2.如权利要求1所述的识别三相电力系统低频振荡的方法，其特征在于，所述第一设定值根据三相功率发生变化时的三相功率变化量的振荡周期得到；所述第二设定值根据三相功率中低频振荡分量的最大周期得到。

3.如权利要求2所述的识别三相电力系统低频振荡的方法，其特征在于，所述第一设定值m通过以下方式确定：

4.如权利要求3所述的识别三相电力系统低频振荡的方法，其特征在于，所述t使用过零点软件测频法计算得到。

5.如权利要求2所述的识别三相电力系统低频振荡的方法，其特征在于，所述第二设定值l通过以下方式确定：

6.如权利要求1所述的识别三相电力系统低频振荡的方法，其特征在于，当当前时刻的三相功率与当前时刻第二时间设定值之前的三相功率平均值之间的差值大于设定值时，认为三相功率发生变化。

7.如权利要求1所述的识别三相电力系统低频振荡的方法，其特征在于，获取的三相功率还过滤掉设定频率以上的高频分量。

8.如权利要求1所述的识别三相电力系统低频振荡的方法，其特征在于，如果只有一个振荡分量，所述时间设定值为该振荡分量周期的设定数目倍。

9.如权利要求1所述的识别三相电力系统低频振荡的方法，其特征在于，如果有两个以上振荡分量，所述时间设定值为相应振荡分量周期的设定数目倍。

10.一种三相电力系统低频振荡识别装置，其特征在于，该装置包括处理器和存储器，所述处理器执行由所述存储器存储的计算机程序，以实现如权利要求1-9任一项所述的识别三相电力系统低频振荡的方法。

技术总结本发明提供了一种识别三相电力系统低频振荡的方法及装置。该方法实时获取三相功率，如果三相功率发生变化，当从三相功率发生变化后获取的功率数据量超过第一设定值时，使用余弦窗混合基FFT算法计算得到振荡分量的振荡周期和振荡幅值；同时余弦窗混合基FFT算法的数据窗长随着获取的功率数据的增多而增加，直至滑动窗长达到第二设定值；在振荡分量的幅值大于幅值设定值且持续时间大于时间设定值时发出低频振荡告警信号。本发明在振荡持续过程中滑动设置余弦窗混合基FFT计算的数据长度，在实现对具有较大周期跨度的多个振荡分量的识别的同时，使得识别算法可以较早地启动，提高了算法的执行效率。技术研发人员：余高旺,许圣龙,魏艳伟,王莉,王攀峰,李宝伟,白申义,杨凯,蔺立,李磊受保护的技术使用者：许继电气股份有限公司技术研发日：技术公布日：2024/9/12