一种针对新能源电力系统宽频振荡保护方法技术方案

一种针对新能源电力系统宽频振荡保护的方法，使用新能源场站送出线路的三相电压/电流实时测量值。首先，通过提出的实时频率检测方法对系统稳定性进行评估；其次，当系统存在持续性宽频振荡时，进行振荡源定位，并根据所提出方法的计算结果对各条线路对该振荡的出力大小进行排序，进而找到最应优先切除的场站。该方法的特征是：利用滚动时间窗口内的采样信息，进行实时监测和保护；基于特征系统实现算法，以频率测量值作为稳定性判据；当发生振荡时，对该振荡频率模态导纳在dq坐标轴上分析，从而量化表示各线路对该振荡的出力大小。从而量化表示各线路对该振荡的出力大小。从而量化表示各线路对该振荡的出力大小。

【技术实现步骤摘要】
一种针对新能源电力系统宽频振荡保护方法


[0001]本专利技术属于新型电力系统监测和保护
，具体涉及基于特征实现算法的宽频振荡稳定性评估，与基于dq旋转坐标系上解析导纳的新型电力系统宽频振荡溯源和新能源风场选切排序算法。

技术介绍

[0002]随着大规模新能源并网、高压直流输电网络形成及电力电子负荷投运，现代电力系统面临着越来越多的宽频振荡问题。近十年来，全世界范围内已经发生很多宽频振荡案例。宽频振荡可能会损坏电力设备，导致新能源发电机组停运等，严重影响设备安全和威胁系统稳定运行，成为高比例新能源系统中严重威胁系统稳定运行的风险之一。新型电力系统中电力电子设备的结构复杂，具有非线性和时变性。宽频振荡发生后，常用的研究手段，如建立分析模型和搭建仿真平台来分析宽频振荡问题，需要在振荡发生后进行解析分析，不具备实时性。而在振荡发生的第一时间，应做到有效监测和控制，使其在最小的代价下尽快得到有效控制，保证电力系统可靠运行。
[0003]可以预见到在未来新能源系统发展中，宽频振荡监测和控制研究将成为重点关注对象。目前的广域监测系统(WAMS)是以同步向量监测装置(PMU)为监测数据为基础，能够实现大跨度电力系统动态的实时在线监测、分析和控制。但现有PMU(phasor measurement unit)和WAMS(wide
‑
area measurement system)难以满足针对新能源汇集系统集中进行宽频范围、多模态振荡监测和保护功能。有以下几点需要改进：
[0004]现有监测装置不能涵盖从0.1Hz左右低频到1000Hz以上高频振荡的监测保护；
[0005]对于新型电力系统稳定性判定的可靠性不高；
[0006]发现多个新能源场站共同影响的宽频振荡问题时，不能对振荡源合理排序，从而有效切除部分场站而抑制振荡。
[0007]基于以上考虑，区域电网运行控制人员亟需一种适用于高比例新能源汇集系统的宽频振荡监测和保护机制，维护新能源系统可靠稳定运行。

技术实现思路

[0008]为解决现有技术中存在的不足，本专利技术提供一种针对新能源电力系统宽频振荡保护方法。实时采集新能源场站线路送出端的三相电压与电流，同步计算三相电压正序频率，并利用该频率将电压/电流从abc静止坐标系转换到dq旋转坐标系，若满足振荡判定条件，计算出振荡频率和阻尼比，通过新能源场站送出端在该振荡频率下的导纳，判断是否为振荡源，并对导纳排序，找出最严重的新能源场站并切除。本专利技术的方法能避免分析一个振荡模态耦合造成的两个频率分量，兼顾了新能源切机时优先级排序的复杂性和有效性。
[0009]本专利技术采用如下的技术方案。
[0010]一种针对新能源电力系统宽频振荡保护方法，其特征在于，包括以下步骤：
[0011]步骤1，通过测量装置，实时采集所需任意新能源场站线路送出端的三相电压与电
流；
[0012]步骤2，通过DDSRF
‑
PLL同步计算三相电压正序频率，获取dq旋转坐标系上的电压与电流；
[0013]步骤3，在实时滚动窗口内，对该时间段内正序频率进行稳定性判定：若未满足振荡判定条件，返回步骤2继续进行监测；若满足振荡判定条件，计算出振荡频率和阻尼比，并继续步骤4分析；
[0014]步骤4，通过dq轴上的电压与电流计算对应振荡模态在上的导纳；
[0015]步骤5，通过各新能源场站送出端在该振荡频率下的导纳，判断是否为振荡源，并对导纳排序，找出最严重的新能源场站并切除。
[0016]优选地，步骤3中，所述稳定性判定为在总时长为T0的时间窗口内，以T
s
为采样频率，对实时时间窗口内的正序频率ω
+
进行稳定性判定；
[0017]所述稳定性判定方法结合两种因素，首先判断该时间窗口内频率ω
+
局部极值之差是否超过预警值
±
Δf
lim
(Hz)，且出现次数超过N
p
；若满足条件，则启用特征系统实现算法，计算正序频率ω
+
中的振荡模态频率(f1,f2,
…
,f
N
)和阻尼比(D1,D2,
…
,D
N
),N为监测到的振荡模态个数；根据振荡模态阻尼比判定稳定性；
[0018]在任意f
n
对应的模态n下，所述阻尼比若满足0％<D
n
<D
lim
，则认为该系统处于临界稳定有振荡风险，发出预警可暂不切除新能源场站，继续监测；若振荡模态阻尼比满足D
n
≤0％则说明该系统已经出现宽频振荡，发出预警并准备下一步新能源场站切除。
[0019]优选地，步骤4中，所述dq轴上的电压与电流计算对应振荡模态在上的导纳，在dq轴上计算对应振荡模态f
n
下的电压/电流向量，即V
d
(f
n
)，V
q
(f
n
),I
d
(f
n
)和I
q
(f
n
)，并根据以下公式计算dq轴上的导纳矩阵：
[0020][0021]其中，m＝1,2,3,
…
,M，M为所测量新能源场站总个数；n＝1,2,3,
…
,N，N为所探测到的振荡模态个数。
[0022]优选地，步骤5中，所述导纳排序指的是qq轴导纳分量当为负时，则该新能源场站为此宽频振荡的源，若则表示新能源场站m对该振荡现象出力相对另一个场站k更大，应优先切除m。
[0023]本专利技术的有益效果在于，与现有技术相比，
[0024]1)本专利技术提供的一种针对电力系统宽频振荡保护的方法，通过DDSRF
‑
PLL实时计算的正序频率ω
+
排除了负序频率ω
‑
耦合作用产生二次谐波；进而所解析的dq轴上的电压与电流不受谐波干扰，计算得到的导纳向量更准确。此外，相比常见的以有功功率进行稳定性判定，利用正序频率ω
+
进行稳定性判定更准确。某地实际工程中已经发现，当系统出现明显振荡时，有功功率并无明显振荡，而正序频率能反应节点电压相角在振荡过程中的动态特性。
[0025]2)本专利技术利用计算各场站送出端在dq轴上的导纳，判断对该振荡现象出力的大
小。相比传统abc三相坐标系上的解析方法，本专利技术的方法能避免分析一个振荡模态耦合造成的两个频率分量。其原因是，在dq旋转坐标系下，一个振荡模态只存在一个频率下的分量。另外，仅利用Y
qq
(f
n
)进行排序，是因为新能源场站负阻抗特性主要体现在qq分量上。兼顾了新能源切机时优先级排序的复杂性和有效性。
附图说明
[0026]图1为本专利技术一种针对电力系统宽频振本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种针对新能源电力系统宽频振荡保护方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤1，通过测量装置，实时采集所需任意新能源场站线路送出端的三相电压与电流；步骤2，通过DDSRF
‑
PLL同步计算三相电压正序频率，获取dq旋转坐标系上的电压与电流；步骤3，在实时滚动窗口内，对该时间段内正序频率进行稳定性判定：若未满足振荡判定条件，返回步骤2继续进行监测；若满足振荡判定条件，计算出振荡频率和阻尼比，并继续步骤4分析；步骤4，通过dq轴上的电压与电流计算对应振荡模态在上的导纳；步骤5，通过各新能源场站送出端在该振荡频率下的导纳，判断是否为振荡源，并对导纳排序，找出最严重的新能源场站并切除。2.根据权利要求1所述的一种针对新能源电力系统宽频振荡保护方法，其特征在于：步骤3中，所述稳定性判定为在总时长为T0的时间窗口内，以T
s
为采样频率，对实时时间窗口内的正序频率ω
+
进行稳定性判定。3.根据权利要求2所述的一种针对新能源电力系统宽频振荡保护方法，其特征在于：所述稳定性判定方法结合两种因素，首先判断该时间窗口内频率ω
+
局部极值之差是否超过预警值
±
Δf
lim
(Hz)，且出现次数超过N
p
；若满足条件，则启用特征系统实现算法，计算正序频率ω
+
中的振荡模态频率(f1,f2,
…
,f
N
)和阻尼比(D1,D2,
…
,D

【专利技术属性】
技术研发人员：张淼，刘树，常富杰，操丰梅，时伯年，孙刚，王莹莹，
申请(专利权)人：北京四方继保自动化股份有限公司，
类型：发明
国别省市：