宽频振荡源识别方法、装置、电子设备及存储介质

技术领域

本申请涉及电力系统及其自动化技术领域，具体涉及一种宽频振荡源识别方法、装置、电子设备及存储介质。

背景技术

电力系统宽频振荡包括低频振荡(0.1～2.5Hz)、次/超同步振荡(5～95Hz)、中/高频振荡(100～2500Hz)。由于电网中的新能源占比和电力电子设备渗透率逐步提升，新型电力系统发生宽频振荡的风险越来越大。传统电厂(水电、火电、核电)、新能源厂站(风电、光伏)及储能电站都可能产生宽频振荡。发生宽频振荡时，作为厂站用户和电网用户，希望能尽快明确振荡源位于厂站还是电网。对于厂站内的振荡源，有必要确定具体的振荡机组、电源或负载，以便进行针对性处理。

目前行业内已有对于电力系统宽频振荡进行监测的宽频测量技术及装置，可测量电压、电流、功率，分析计算基波、谐波、间谐波，计算主导振荡的类型、幅度和频率，并给出宽频振荡告警，但关于振荡源识别的研究尚不充分，缺乏系统的、可靠的宽频振荡源识别方法。例如，针对低频振荡源识别，目前的方法主要依靠比较角频率波动相量与功率波动相量的相位关系，而实际工程中的角频率波动量可能很小，无法准确计算相位。对于次/超同步振荡的中/高频振荡，目前的方法需准确测量主导振荡频点的电压和电流相位，该方法在信噪比较低时可能得出错误的判别结果。

随着电力系统向更高新能源占比、更高电力电子化渗透率方向发展，宽频振荡的风险越来越大，宽频振荡源识别的需求将越来越强烈。因此，有必要研究适应性强、可靠性高的宽频振荡源识别方法，从而能有助于提升电网的安全稳定运行水平。

发明内容

本发明的目的是：针对新型电力系统宽频振荡风险日益增大的问题，提出一种基于宽频振荡源识别方法，以便准确、可靠确定振荡源，为宽频振荡治理提供指引。

为了达成上述目的，本申请采用如下技术方案：

本申请第一方面，提出了一种宽频振荡源识别方法，包括：

获取宽频振荡告警时段的宽频测量数据；

根据所述宽频测量数据计算电压幅值的稳态基波分量和振荡分量；

计算电压幅值振荡分量与对应时刻的稳态基波分量的比值得到电压幅值比；

比较不同测点的电压幅值比，根据电压幅值比最大值确定宽频振荡源。

根据一些实施例，所述根据所述宽频测量数据计算电压幅值的稳态基波分量和振荡分量，包括：

根据所述宽频测量数据确定宽频振荡类型，所述宽频振荡类型包括：低频振荡、次/超同步振荡和中/高频振荡；

根据所述宽频振荡类型计算电压幅值的稳态基波分量和振荡分量。

根据一些实施例，所述根据所述宽频测量数据确定宽频振荡类型包括：根据所述宽频测量数据中的有功功率主导振荡频率确定宽频振荡类型。

根据一些实施例，所述根据所述宽频振荡类型计算电压幅值的稳态基波分量和振荡分量中，所述稳态基波分量的确定方法为：

所述宽频振荡类型为低频振荡，则取一个振荡周波内的正序电压的最小幅值U

所述宽频振荡类型为次/超同步振荡或中/高频振荡，则直接取电压基波幅值作为稳态基波分量值。

根据一些实施例，所述根据所述宽频振荡类型计算电压幅值的稳态基波分量和振荡分量中，所述振荡分量的的确定方法为：

所述宽频振荡类型为低频振荡,取振荡阶段一个振荡周波内的正序电压最大幅值U

所述宽频振荡类型为次/超同步振荡或中/高频振荡，首先根据宽频测量得到的工频基波频率f

f

其次在宽频测量数据中寻找与所述两个电压耦合频点相对应的最大相电压幅值作为振荡分量。

根据一些实施例，所述比较不同测点的电压幅值比，根据电压幅值比最大值确定宽频振荡源，包括：

比较具有串联阻抗特性的元件两侧的电压幅值比，电压幅值比大的一侧对应宽频振荡源。

根据一些实施例，所述具有串联阻抗特性的元件包括变压器和电抗器。

根据一些实施例，所述比较不同测点的电压幅值比，根据电压幅值比最大值确定宽频振荡源，包括：将各分支具有串联阻抗特性的元件两侧的电压幅值比集中比对，电压幅值比最大的位置对应宽频振荡源。

根据一些实施例，所述比较不同测点的电压幅值比，根据电压幅值比最大值确定宽频振荡源，包括：

先比较部分具有串联阻抗特性的元件两侧的电压幅值比，电压幅值比大的一侧对应宽频振荡源，以初步确定宽频振荡源所在侧；

进一步对比宽频振荡源所在侧的各分支的电压幅值比，电压幅值比最大的分支对应宽频振荡源。

本申请第二方面提出了一种宽频振荡源识别装置，其特征在于，包括数据获取单元、分量计算单元、电压幅值比计算单元和振荡源识别单元，其中：

数据获取单元，用于获取宽频振荡告警时段的宽频测量数据；

分量计算单元，用于根据所述宽频测量数据计算电压幅值的稳态基波分量和振荡分量；

电压幅值比计算单元，用于计算电压幅值振荡分量与对应时刻的稳态基波分量的比值得到电压幅值比；

振荡源识别单元，用于比较不同测点的电压幅值比，根据电压幅值比最大值确定宽频振荡源。

本申请第三方面提出了一种电子设备，包括：处理器；以及存储器，存储有计算机指令，当所述计算机指令被所述处理器执行时，使得所述处理器执行上文所述的宽频振荡源识别方法。

本申请第四方面提出了一种非瞬时性计算机存储介质，存储有计算机程序，当所述计算机程序被多个处理器执行时，使得所述处理器执行上文所述的宽频振荡源识别方法。

本申请采用以上技术方案与现有技术相比，具有以下技术效果：采用本申请的方案，可以对各种宽频振荡(低频振荡、次/超同步振荡、中/高频振荡)进行振荡源识别。通过采用电压振荡分量与稳态基波分量的幅值比进行振荡源判断，不受装置测量偏差和系统参数偏差的影响，对数据信噪比要求不高，能应用于常规电厂、新能源厂站、储能厂站等多种场景，具有很强的适应性和可靠性。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本申请实施例的一种宽频振荡源识别流程示意图；

图2为一台机组经变压器连接到电网的示意图；

图3为机组和电网的稳态基波分量等值图及电压分布图；

图4为机组和电网的振荡分量等值图及电压分布图，振荡源在机组；

图5为机组和电网的振荡分量等值图及电压分布图，振荡源在电网；

图6为两台机组并列连接到电网的示意图；

图7为含有多台机组及变压器的复杂电网示意图；

图8为低频振荡案例波形及电压振荡分量示意图；

图9为次/超同步振荡案例波形及电压振荡分量示意图；

图10为本申请实施例的一种宽频振荡源识别装置示意图；

图11是本申请提供的一种电子设备的结构图。

具体实施方式

下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。

应当理解，本申请的说明书和权利要求书中使用的术语“包括”和“包含”指示所描述特征、整体、步骤、操作、元素和/或组件的存在，但并不排除一个或多个其它特征、整体、步骤、操作、元素、组件和/或其集合的存在或添加。

图1为本申请实施例的一种宽频振荡源识别方法总体流程图，包括过程S10～S40。

在S10中，获取宽频振荡告警时段的宽频测量数据。

宽频测量数据来自宽频测量装置或具有类似功能的测量装置，宽频测量数据包含基波、2～50次谐波、5～2500Hz间谐波的电压、电流测量值，以及0.1～2500Hz的功率振荡最大值及其对应频率。

在S20中，根据所述宽频测量数据计算电压幅值的稳态基波分量和振荡分量。

包括：

S21：根据所述宽频测量数据确定宽频振荡类型，所述宽频振荡类型包括：低频振荡、次/超同步振荡和中/高频振荡。具体的，根据宽频测量数据中的有功功率主导振荡频率确定宽频振荡类型，具体分为三类：低频振荡(0.1～2.5Hz)、次/超同步振荡(5～95Hz)、中/高频振荡(100～2500Hz)。

S22：根据所述宽频振荡类型计算电压幅值的稳态基波分量和振荡分量。

稳态基波分量对应于基波电压的稳态值；基波指接近电网额定频率的成分，例如50Hz电网，45～55Hz的信号属于基波成分。

对于低频振荡，电压基波幅值是波动的，取一个振荡周波内的正序电压的最小幅值U

对于次/超同步振荡或中/高频振荡，电压基波的幅值基本不波动，因此直接取电压基波幅值作为稳态基波分量值。

对于低频振荡,振荡分量取正序电压幅值的波动量，具体而言是取振荡阶段一个振荡周波内的正序电压最大幅值U

对于次/超同步振荡或中/高频振荡，首先根据宽频测量得到的工频基波频率f

f

其次，在宽频测量数据中寻找与以上两个电压耦合频点相对应的最大相电压幅值，作为振荡分量。次/超同步振荡的录波曲线及振荡分量选择如图9所示。

在S30中，计算电压幅值振荡分量与对应时刻的稳态基波分量的比值得到电压幅值比。

将电压幅值振荡分量除以对应时刻的稳态基波分量，得到百分制或小数形式的比值，即电压幅值比。电压幅值比具有标幺值的特性，可以在不同电压等级之间进行比较。

在S40中，比较不同测点的电压幅值比，根据电压幅值比最大值确定宽频振荡源。

具体来说包括：比较具有串联阻抗特性的元件两侧的电压幅值比，电压幅值比大的一侧对应宽频振荡源。其中，具有串联阻抗特性的元件包括变压器和电抗器。其原因在于振荡分量电压与稳态基波电压在隔离元件两侧具有不同的大小相对关系，在振荡源处的电压振荡分量具有最大值，因此可以根据电压幅值比的大小来确定宽频振荡源的位置所在。

以图2所示的机组经变压器连接到电网的系统为例进行说明，假设该系统发生宽频振荡。根据叠加原理，可将系统进行分解，得到图3所示的稳态基波分量等值图和图4图5所示的振荡分量等值图。

考察电压的稳态基波分量和振荡分量在电网中的分布情况，有如下规律：

在振荡源处的电压振荡分量具有最大值(跨电压等级时先按变压器变比进行折算)，在变压器及输电线路等阻抗元件上电压逐步降低，在电网远处具有零值，即其等值电路是单端电源系统。当振荡源是机组时，电压振荡分量分布情况如图4所示；当振荡源是在电网时，电压振荡分量分布情况如图5所示。

而稳态基波电压在整个电网的分布比较平稳，均在额定电压值附近，因此其等值电路是双端电源系统，两端的电源相差不大；稳态基波电压分布情况如图3所示。

因此，取电压幅值振荡分量与稳态基波分量的比值进行振荡源位置判别。

比较变压器或电抗器等具有串联阻抗特性的元件的两侧的电压幅值比，幅值比大的一侧对应宽频振荡源；若宽频振荡源在厂站内，则厂站内对应振荡源的测点具有最大电压幅值比；若振荡源位于电网，则电网中最大电压幅值比的测点对应宽频振荡源。

一些实施例中，在厂站内和/或电网有多个分支的情况，可以将各分支具有串联阻抗特性的元件两侧的电压幅值比集中比对，电压幅值比最大的位置对应宽频振荡源。如图6所示的两台机组并列连接到电网的示意图，若机组G1为振荡源，则机组G2及其变压器相当于外部电网的一部分。图中，P2和P4由于连接到同一母线，因此具有相同的幅值比。对于机组G1为振荡源的情况，P1电压幅值比最大，P2和P4次之，P3最小。因此P1所在分支对应宽频振荡源。

一些实施例中，所述比较不同测点的电压幅值比，根据电压幅值比最大值确定宽频振荡源，包括：先比较部分具有串联阻抗特性的元件两侧的电压幅值比，电压幅值比大的一侧对应宽频振荡源，以初步确定宽频振荡源所在侧；进一步对比宽频振荡源所在侧的各分支的电压幅值比，电压幅值比最大的分支对应宽频振荡源。这种分布计算的方法在面临结构复杂的电气拓扑时可以大大减小计算量。比如，某厂站有振荡告警时，可以先比较该厂站具有串联阻抗特性的元件两侧的电压幅值比，电压幅值比大的一侧对应宽频振荡源，以初步确定宽频振荡源所在侧；进一步对比宽频振荡源所在侧的各分支的电压幅值比，电压幅值比最大的分支对应宽频振荡源。

对于某个具体厂站，该厂站有一个或多个交流间隔(电源、负载或无功补偿等设备)分别经升压变压器连接到电网。如果该厂站有振荡告警时，则先不关心电网侧各厂站相关测点，只将该厂站所有交流间隔的升压变压器两侧的电压幅值比集中比对，若某变压器低压侧的电压幅值比最大，则其对应的交流间隔是宽频振荡源；若变压器高压侧的电压幅值比最大，则宽频振荡源位于电网侧。当宽频振荡源位于电网侧，进一步比较电网侧的各厂站相关测点的电压幅值比，具有最大电压幅值比的电网侧厂站是宽频振荡源；对于该电网侧厂站，若厂站内具有多个交流间隔，则进一步比较该电网侧厂站的各交流间隔，具有最大电压幅值比的交流间隔是宽频振荡源。

如图7所示的含有多台机组及变压器的复杂电网，可分别计算各个节点的电压幅值比，并进行相互比较。

采用电压幅值比方式，具有如下技术优势：

(1)使得不同电压等级之间可通过标幺化的幅值比进行比较，无需进行电压等级折算，不受变压器变比误差的影响；

(2)通过比值计算，大大消除了一次电压互感器(PT)和装置内传感器及采样电路误差对最终计算结果的影响。由于振荡分量的信号幅度通常较小，因此幅值比方法大大提高了数据的精度，使得本方法具有可靠性较高。

(3)由于功率的波动与电压、电流的波动相关，电流的波动也会因为在阻抗上的压降引起电压波动，因此，宽频振荡源处基本都存在电压幅值的波动，工程上未见只有功率波动、而无电压幅值波动的情况。因此，采用本方法具有很强的适用性。而反观其他一些方法，则部分工程案例可能不具备方法所需的显著波动量(如频率)，导致无法正确判别振荡源。

以下为若干个电厂的现场的宽频振荡案例的分析结果，包括变压器电压侧(变低侧，即机组)、变压器高压侧(变高侧)的电压幅值比情况和振荡源判别结果。

从以上案例可以看出，对于振荡源机组，其电压幅值比显著高于变压器高压侧的电压幅值比，可基于此准确判断振荡源。对于由于并列运行而受扰动影响的机组(如案例1和2中的2#机)，其电压幅值比小于变压器高压侧的幅值比，由此可判断其未对振荡起助增作用。

图10所示装置可以执行前述根据本申请实施例的一种宽频振荡源识别方法。

如图10所示，宽频振荡源识别装置50，包括：数据获取单元51、分量计算单元52、电压幅值比计算单元53和振荡源识别单元54。

数据获取单元51，用于获取宽频振荡告警时段的宽频测量数据。

分量计算单元52，用于根据所述宽频测量数据计算电压幅值的稳态基波分量和振荡分量。

电压幅值比计算单元53，用于计算电压幅值振荡分量与对应时刻的稳态基波分量的比值得到电压幅值比。

振荡源识别单元54，用于比较不同测点的电压幅值比，根据电压幅值比最大值确定宽频振荡源。

装置执行与前面提供的方法类似的功能，其他功能可参见前面的描述，此处不再赘述。

参阅图11，图11提供一种电子设备，包括处理器以及存储器。存储器存储有计算机指令，当计算机指令被处理器执行时，使得处理器执行所述计算机指令从而实现如图1所示的方法以及细化方案。

应该理解，上述的装置实施例仅是示意性的，本发明披露的装置还可通过其它的方式实现。例如，上述实施例中所述单元/模块的划分，仅仅为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式。例如，多个单元、模块或组件可以结合，或者可以集成到另一个系统，或一些特征可以忽略或不执行。

另外，若无特别说明，在本发明各个实施例中的各功能单元/模块可以集成在一个单元/模块中，也可以是各个单元/模块单独物理存在，也可以两个以上单元/模块集成在一起。上述集成的单元/模块既可以采用硬件的形式实现，也可以采用软件程序模块的形式实现。

所述集成的单元/模块如果以硬件的形式实现时，该硬件可以是数字电路，模拟电路等等。硬件结构的物理实现包括但不局限于晶体管，忆阻器等等。若无特别说明，所述处理器或芯片可以是任何适当的硬件处理器，比如CPU、GPU、FPGA、DSP和ASIC等等。若无特别说明，所述片上缓存、片外内存、存储器可以是任何适当的磁存储介质或者磁光存储介质，比如，阻变式存储器RRAM(Resistive Random Access Memory)、动态随机存取存储器DRAM(Dynamic Random Access Memory)、静态随机存取存储器SRAM(Static Random-AccessMemory)、增强动态随机存取存储器EDRAM(Enhanced Dynamic Random Access Memory)、高带宽内存HBM(High-Bandwidth Memory)、混合存储立方HMC(Hybrid Memory Cube)等等。

所述集成的单元/模块如果以软件程序模块的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个计算机可读取存储器中。基于这样的理解，本发明的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分或者该技术方案的全部或部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储器中，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可为个人计算机、服务器或者网络设备等)执行本披露各个实施例所述方法的全部或部分步骤。而前述的存储器包括：U盘、只读存储器(ROM，Read-Only Memory)、随机存取存储器(RAM，Random Access Memory)、移动硬盘、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。

本申请实施例还提供一种非瞬时性计算机存储介质，存储有计算机程序，当所述计算机程序被多个处理器执行时，使得所述处理器执行如图1所示的方法以及细化方案。

应清楚地理解，本申请描述了如何形成和使用特定示例，但本申请不限于这些示例的任何细节。相反，基于本申请公开的内容的教导，这些原理能够应用于许多其它实施例。

此外，需要注意的是，上述附图仅是根据本申请示例性实施例的方法所包括的处理的示意性说明，而不是限制目的。易于理解，上述附图所示的处理并不表明或限制这些处理的时间顺序。另外，也易于理解，这些处理可以是例如在多个模块中同步或异步执行的。

以上实施例仅为说明本申请的技术思想，不能以此限定本申请的保护范围，凡是按照本申请提出的技术思想，在技术方案基础上所做的任何改动，均落入本申请保护范围之内。