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电力系统强迫振荡源的时频域定位

日期:2021-07-12    来源:电力系统自动化  作者:姜涛,李孟豪,李雪,等

国际电力网

2021
07/12
09:27
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关键词: 电力系统 南方电网 贵州发耳电厂

01、研究背景

随着电网结构增强、各类阻尼控制装置大规模配置,传统电力系统弱阻尼低频振荡已实现了较好的抑制,强迫振荡成为威胁电力系统安全稳定运行的主要因素之一。2011年2月26日中国贵州发耳电厂因高压调门伺服卡功能故障导致全网强迫振荡;2013年5月8日中国南方电网某电厂在阀切换过程引发强迫振荡,造成发电机解列,带来了巨大的经济损失。电力系统强迫振荡具有随机性强、起振快、扰动消失后振荡迅速衰减等特点,快速、准确实现强迫振荡源定位,是抑制电网强迫振荡的首要工作。为此,本文提出一种电力系统强迫振荡源的时频域定位方法。

02、研究内容

2.1 基于小波变换的电力系统强迫振荡分量提取

采用广域量测信息进行强迫振荡源定位,首先需要从电力系统的广域量测信息中提取出含强迫振荡模式的量测信息分量,本文引入小波变换来分离出广域量测信息中所包含的强迫振荡模式分量。对发电机i出口支路Lij的有功功率变化量进行小波变换,得到其对应的小波系数矩阵为:

借助小波相对能量可确定强迫振荡模式对应的小波尺度系数,进而得到强迫振荡模式对应的关键小波系数向量:

该小波系数向量仅包含强迫振荡模式对应的单一频率信息,同理,通过该方法可得支路Lij无功功率、电压幅值和频率的关键小波系数向量,从而实现了强迫振荡模式时频域分量的提取。

2.2 强迫振荡源的时频域定位

进一步基于提取出的量测量关键小波系数向量在时频域空间计算振荡能量,时频域空间内支路Lij的振荡能量偏差值为:

根据暂态能量流的组成分析得到时频域能量流曲线,若为下降趋势,则该发电机在振荡过程中产生能量,发电机处于负阻尼运行状态,为振荡源所在位置;否则该发电机处于正阻尼正常运行状态。

03、算例分析

本文分别以WECC 179节点测试系统和辽宁电网为例进行分析、验证。

3.1 WECC 179节点测试系统

以发电机G74为参考发电机,向发电机G79的励磁系统持续注入振荡频率为0.46 Hz的正弦信号作为强迫振荡扰动信号,持续时间为20 s。

分别采用本文所提的时频域方法和传统耗散能量流的计算方法,计算各发电机的能量,结果如图1和图2所示。对比图1与图2结果可知:发电机G79的耗散能量流与时频域能量流曲线均呈现下降趋势,处于负阻尼运行状态,该时段内产生能量,为强迫振荡源;其余发电机均正常运行。验证了本文所提方法可实现电力系统强迫振荡源的准确定位。

图1 各发电机耗散能量曲线

图2 各发电机时频域能量曲线

3.2 辽宁电网实际系统

2019年5月1日,辽宁丹东热厂发生强迫功率振荡,振荡持续时间约为50 s。以丹东地区各发电厂的PMU量测数据为输入进行分析。

对比图3与图4可知,丹东电厂与丹东热厂的阻尼特性为负,但丹东热厂向系统输出更多的能量,为系统强迫振荡源;其余发电厂对振荡起抑制作用,验证了本文所提方法在实际电力系统中可实现强迫振荡源的准确定位。

图3 丹东热厂强迫振荡事件中各发电机的耗散能量曲线

图4 丹东热厂强迫振荡事件中各发电机的时频域能量曲线

04、结语

本文提出了一种基于小波变换的电力系统强迫振荡源时频域定位方法,将该方法分别在WECC 179节点测试系统和辽宁电网实际系统中进行分析、验证。相较于传统耗散能量流的强迫振荡源定位方法,本文所提时频域定位方法不需要重构广域量测信息中所隐含的强迫振荡模式时域分量,有效提高了强迫振荡源的定位精度与定位效率。相对于基于时域或频域的强迫振荡源定位方法,本文所提方法从时频域角度来剖析振荡能量的时空变化规律,定位电力系统的强迫振荡源,为电力系统强迫振荡源的定位提供了新思路。

本文所提强迫振荡源定位方法尚未考虑扰动源的类型对定位结果的影响,后续工作将进一步研究不同扰动源下强迫振荡的区分与控制。

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