本發(fā)明涉及電網(wǎng)運(yùn)行安全技術(shù)領(lǐng)域，特別是一種電網(wǎng)整體一次調(diào)頻響應(yīng)時(shí)間的檢測(cè)方法。

背景技術(shù)：

當(dāng)前電網(wǎng)正處于特高壓電網(wǎng)建設(shè)過(guò)渡期，交直流電網(wǎng)連鎖效應(yīng)顯著，電網(wǎng)面臨更為嚴(yán)峻的安全形勢(shì)。特高壓輸電系統(tǒng)的自身故障會(huì)導(dǎo)致受端電網(wǎng)突然失去大功率電源，對(duì)受端電網(wǎng)頻率產(chǎn)生巨大沖擊，甚至威脅電網(wǎng)安全。理論上，在電網(wǎng)頻率發(fā)生突變時(shí)，具備一次調(diào)頻功能的發(fā)電機(jī)組應(yīng)迅速作出反應(yīng)，以有效抑制電網(wǎng)頻率的波動(dòng)幅度，縮短波動(dòng)的過(guò)渡時(shí)間，迅速穩(wěn)定動(dòng)態(tài)過(guò)程中電網(wǎng)頻率。因此，從一次調(diào)頻所承擔(dān)的任務(wù)可以看出，對(duì)于電網(wǎng)的一次調(diào)頻要求其響應(yīng)具有快速性，特別是在應(yīng)對(duì)電網(wǎng)大功率缺額故障情況時(shí)，電網(wǎng)整體的一次調(diào)頻響應(yīng)速度顯得至關(guān)重要。

然而由于故障后電網(wǎng)頻率的快速調(diào)節(jié)能力是由全網(wǎng)整體機(jī)組一次調(diào)頻共同作用所產(chǎn)生的綜合效果所決定，因此，需要從一次調(diào)頻綜合響應(yīng)速度上對(duì)電網(wǎng)總體一次調(diào)頻的性能進(jìn)行評(píng)價(jià)。但由于電網(wǎng)中參與一次調(diào)頻的機(jī)組性能各不相同，再加上機(jī)組一次調(diào)頻開始動(dòng)作后由于控制系統(tǒng)限速、延時(shí)、機(jī)組機(jī)械慣性與能量轉(zhuǎn)換效率等影響，各機(jī)組從機(jī)械功率輸出發(fā)生變化到最終電磁功率產(chǎn)生實(shí)際作用于電網(wǎng)往往存在不同的延時(shí)，這就使得對(duì)電網(wǎng)一次調(diào)頻的綜合響應(yīng)速度很難進(jìn)行準(zhǔn)確的監(jiān)測(cè)與分析，缺少對(duì)電網(wǎng)整體一次調(diào)頻響應(yīng)時(shí)間的監(jiān)測(cè)與評(píng)價(jià)的技術(shù)方法。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明要解決的技術(shù)問(wèn)題為：基于PMU測(cè)量的高采樣率電網(wǎng)故障頻率數(shù)據(jù)，對(duì)電網(wǎng)整體一次調(diào)頻響應(yīng)時(shí)間進(jìn)行在線檢測(cè)、分析和評(píng)價(jià)，為評(píng)價(jià)電網(wǎng)整體一次調(diào)頻響應(yīng)速度提供較為準(zhǔn)確的參考。

本發(fā)明采取的技術(shù)方案具體為：一種電網(wǎng)整體一次調(diào)頻響應(yīng)時(shí)間的檢測(cè)方法，包括以下步驟：

步驟一，利用PMU對(duì)電網(wǎng)頻率數(shù)據(jù)f(t)進(jìn)行實(shí)時(shí)采集，對(duì)采集到的電網(wǎng)實(shí)時(shí)頻率數(shù)據(jù)進(jìn)行掃描，選定故障發(fā)生時(shí)刻t₀和故障過(guò)程中頻率跌落至最低點(diǎn)時(shí)刻t₁，計(jì)算t₀到t₁時(shí)段范圍內(nèi)的電網(wǎng)頻率偏差數(shù)據(jù)序列集合(Δf₁,Δf₂,......,Δf_i)；

其中，Δf_i＝Δf(t₀+Δt),...,Δf(t₀+iΔt)，Δf(t₀+iΔt)＝f(t₀)-f(t₀+iΔt)，i＝1,2,...,n，Δt為頻率數(shù)據(jù)采樣間隔，n為頻率最低點(diǎn)時(shí)刻t₁相對(duì)t₀時(shí)刻的數(shù)據(jù)采樣間隔數(shù)；

步驟二，基于不考慮發(fā)電機(jī)調(diào)速器作用的電網(wǎng)故障情況下系統(tǒng)頻率響應(yīng)偏差公式(1)：

$\mathrm{\Δ}f\left(t\right)=\frac{\mathrm{\Δ}P}{K_L}(1-e^{-\frac{t}{T_f}})---\left(1\right)$

定義參數(shù)B＝1/T_f，K＝ΔP/K_L，并代入公式(1)，得到公式(2)：

$B=-\frac{ln(\frac{\mathrm{\Δ}f\left(t\right)}{-K}+1)}{t}---\left(2\right)$

上式中，Δf(t)為系統(tǒng)頻率變化標(biāo)幺值；ΔP為系統(tǒng)初始有功功率缺額；K_L為負(fù)荷頻率調(diào)節(jié)效應(yīng)系數(shù)；T_f為頻率下降時(shí)間常數(shù)；K值反映電網(wǎng)穩(wěn)態(tài)最大頻率偏移量；

步驟三，設(shè)定K值掃描范圍，利用公式(2)對(duì)頻率偏差序列Δf_i中的每一個(gè)元素依次進(jìn)行指定K值范圍的掃描計(jì)算，得到指定范圍內(nèi)各設(shè)定K值對(duì)應(yīng)的B值序列；計(jì)算各B值序列的平均誤差率，然后在這些B值序列中尋找平均誤差率最小的一組B值序列，則此B值序列對(duì)應(yīng)的K值即為使得該組Δf_i數(shù)據(jù)序列滿足(1)式的最佳K值，也即為在不考慮發(fā)電機(jī)調(diào)速器作用情況下，按該組Δf_i變化趨勢(shì)所對(duì)應(yīng)的最終穩(wěn)態(tài)最大頻率偏移量；

步驟四，對(duì)電網(wǎng)頻率偏差數(shù)據(jù)序列集合(Δf₁,Δf₂,......,Δf_i)中的各頻率偏差序列，分別按照步驟三進(jìn)行計(jì)算，進(jìn)而得到一組隨時(shí)間推移的K值序列集合(K₁,K₂,......,K_i)；

步驟五，監(jiān)測(cè)上述K值序列集合(K₁,K₂,......,K_i)中K值的變化情況，當(dāng)出現(xiàn)突變情況時(shí)，則判定相應(yīng)時(shí)刻為電網(wǎng)整體一次調(diào)頻的動(dòng)作時(shí)刻。

進(jìn)一步的，本發(fā)明步驟三中，所述利用公式(2)對(duì)頻率偏差序列Δf_i中的每一個(gè)元素依次進(jìn)行指定K值范圍的掃描計(jì)算包括：

3.1)將步驟一計(jì)算得到的每個(gè)電網(wǎng)頻率偏差數(shù)據(jù)序列Δf_i進(jìn)行標(biāo)幺化處理，然后代入計(jì)算公式(2)；

3.2)設(shè)定K值掃描范圍為[0.0001，0.1]，掃描步長(zhǎng)取0.0001；依次取掃描范圍中的各K值，根據(jù)公式(2)對(duì)Δf_i中的各個(gè)數(shù)據(jù)元素進(jìn)行掃描計(jì)算，則對(duì)于掃描范圍內(nèi)的每個(gè)K值分別可計(jì)算得到一組對(duì)應(yīng)B值序列；

$B=-\frac{ln(\frac{\mathrm{\Δ}f\left(t\right)}{-K}+1)}{t}---\left(2\right)$

3.3)對(duì)步驟3.2)中計(jì)算得到的各B值序列，利用公式(3)和公式(4)計(jì)算得到每個(gè)B值序列的平均誤差率ε：

$\mathrm{\ϵ}=\sqrt{\frac{\underset{i=1}{\overset{N}{\Σ}}{\left(\frac{B_i-B_{avr}}{B_{avr}}\right)}^2}{N}}---\left(3\right)$

$B_{avr}=\frac{\underset{i=1}{\overset{N}{\Σ}}{B}_i}{N}---\left(4\right)$

其中，N為各B值序列所含數(shù)據(jù)個(gè)數(shù)。

更進(jìn)一步的，上述步驟3.1)中，對(duì)每個(gè)電網(wǎng)頻率偏差數(shù)據(jù)序列Δf_i進(jìn)行標(biāo)幺化處理為，將頻率偏差數(shù)據(jù)除以標(biāo)準(zhǔn)頻率50HZ，得到Δf_i的標(biāo)幺值。

本發(fā)明步驟五的判定原理為，在系統(tǒng)調(diào)速器動(dòng)作前，K值序列集合(K₁,K₂,......,K_i)中的K值是保持穩(wěn)定不變的，而當(dāng)系統(tǒng)調(diào)速器動(dòng)作產(chǎn)生調(diào)頻效果后K值將發(fā)生明顯變化，因此，可以通過(guò)檢測(cè)K值的突變情況來(lái)實(shí)現(xiàn)電網(wǎng)整體一次調(diào)頻動(dòng)作時(shí)刻的確定。

本發(fā)明從電網(wǎng)頻率的控制機(jī)理出發(fā)，對(duì)電網(wǎng)功率缺額故障過(guò)程中初始系統(tǒng)頻率響應(yīng)階段按照系統(tǒng)無(wú)調(diào)速器模型進(jìn)行考慮，借助電網(wǎng)不考慮調(diào)速器與考慮調(diào)速器情況下系統(tǒng)頻率響應(yīng)過(guò)程曲線的差異特征，利用PMU測(cè)量記錄的高采樣率(毫秒級(jí))電網(wǎng)故障頻率數(shù)據(jù)計(jì)算系統(tǒng)最大頻率偏差量并通過(guò)檢測(cè)最大頻率偏差量的變化情況來(lái)確定電網(wǎng)整體一次調(diào)頻實(shí)際動(dòng)作響應(yīng)時(shí)間。

有益效果

采用本發(fā)明方法，可實(shí)現(xiàn)利用在線采集的PMU毫秒級(jí)動(dòng)態(tài)頻率數(shù)據(jù)，監(jiān)測(cè)分析電網(wǎng)故障情況下的電網(wǎng)整體一次調(diào)頻響應(yīng)時(shí)間。彌補(bǔ)目前缺乏在電網(wǎng)功率缺額故障情況下檢測(cè)與評(píng)估電網(wǎng)整體一次調(diào)頻響應(yīng)性能的技術(shù)手段的不足。且方法可在線運(yùn)行、計(jì)算方便、無(wú)特殊要求限制，可為評(píng)價(jià)電網(wǎng)整體一次調(diào)頻響應(yīng)速度提供較為準(zhǔn)確的參考。

附圖說(shuō)明

圖1所示為電力系統(tǒng)功率缺額故障下系統(tǒng)頻率理論響應(yīng)曲線(局部)；

圖2所示為K值對(duì)應(yīng)的穩(wěn)態(tài)最大頻率偏移量變化趨勢(shì)。

具體實(shí)施方式

以下結(jié)合附圖和具體實(shí)施例進(jìn)一步描述。

結(jié)合圖1和圖2，本實(shí)例中的實(shí)線頻率為電網(wǎng)故障情況下不考慮機(jī)組調(diào)速器作用的系統(tǒng)頻率響應(yīng)過(guò)程，而虛線頻率為實(shí)際考慮調(diào)速器作用時(shí)的系統(tǒng)頻率近似響應(yīng)過(guò)程(近似初始頻率下降階段)。由于調(diào)速器的作用，系統(tǒng)的頻率下降特性得到明顯的改善，系統(tǒng)頻率變化趨勢(shì)相對(duì)于無(wú)調(diào)速器情況時(shí)發(fā)生了偏離，也即電網(wǎng)穩(wěn)態(tài)最大頻率偏移量發(fā)生了變化。

利用本發(fā)明在線監(jiān)測(cè)提取電網(wǎng)整體一次調(diào)頻動(dòng)作響應(yīng)時(shí)間的方法具體步驟為：

1)對(duì)PMU采集的電網(wǎng)頻率數(shù)據(jù)進(jìn)行實(shí)時(shí)掃描，選定故障發(fā)生時(shí)刻t₀和故障過(guò)程中頻率跌落至最低點(diǎn)時(shí)刻t₁，計(jì)算形成該時(shí)段范圍內(nèi)的電網(wǎng)頻率偏差數(shù)據(jù)序列集合:Δf₁,Δf₂,......,Δf_i。

電網(wǎng)頻率偏差數(shù)據(jù)序列具體計(jì)算如下：

Δf₁＝Δf(t₀+Δt)

Δf₂＝Δf(t₀+Δt),Δf(t₀+2Δt)

Δf₃＝Δf(t₀+Δt),Δf(t₀+2Δt),Δf(t₀+3Δt)

…………

Δf_i＝Δf(t₀+Δt),Δf(t₀+2Δt),Δf(t₀+3Δt),...,Δf(t₀+iΔt)

其中，Δf(t₀+iΔt)＝f(t₀)-f(t₀+iΔt)，i＝1,2,...,n，Δt為頻率數(shù)據(jù)采樣間隔，n為頻率最低點(diǎn)時(shí)刻t₁相對(duì)t₀時(shí)刻的數(shù)據(jù)采樣間隔數(shù)。

2)將步驟1)中計(jì)算得到的每個(gè)電網(wǎng)頻率偏差數(shù)據(jù)序列Δf_i進(jìn)行標(biāo)幺化處理后代入計(jì)算公式(2)，并設(shè)定K值掃描范圍為[0.0001，0.1]，對(duì)應(yīng)頻率偏移量有名值范圍為[0.005Hz，5Hz]，掃描步長(zhǎng)取0.0001。根據(jù)公式(2)進(jìn)行計(jì)算，對(duì)設(shè)定掃描范圍內(nèi)的每個(gè)K值可計(jì)算得到一組對(duì)應(yīng)B值序列。

$B=-\frac{ln(\frac{\mathrm{\Δ}f\left(t\right)}{-K}+1)}{t}---\left(2\right)$

3)對(duì)以上計(jì)算得到的各B值序列，利用公式(3)、(4)計(jì)算每個(gè)B值序列的平均誤差率ε。

$\mathrm{\ϵ}=\sqrt{\frac{\underset{i=1}{\overset{N}{\Σ}}{\left(\frac{B_i-B_{avr}}{B_{avr}}\right)}^2}{N}}---\left(3\right)$

$B_{avr}=\frac{\underset{i=1}{\overset{N}{\Σ}}{B}_i}{N}---\left(4\right)$

其中，N為各B值序列所含數(shù)據(jù)個(gè)數(shù)。

在這些平均誤差率中找到ε最小的一組B值序列，則此B值序列對(duì)應(yīng)的K值即為使得該組Δf_i數(shù)據(jù)序列滿足無(wú)調(diào)速器情況(1)式的最佳K值，也即為在不考慮發(fā)電機(jī)調(diào)速器作用情況下，按該組Δf_i變化趨勢(shì)所對(duì)應(yīng)的最終穩(wěn)態(tài)最大頻率偏移量。

4)對(duì)步驟1)中計(jì)算得到的電網(wǎng)頻率偏差數(shù)據(jù)序列集合(Δf₁,Δf₂,......,Δf_i)中的所有電網(wǎng)頻率偏差數(shù)據(jù)序列，按照步驟2)、3)可以計(jì)算得到一組對(duì)應(yīng)的隨時(shí)間變化的K值序列(K₁,K₂,......,K_i)；

5)監(jiān)測(cè)上述K值序列集合(K₁,K₂,......,K_i)中K值的變化情況，當(dāng)出現(xiàn)突變情況時(shí)，則判定相應(yīng)時(shí)刻為電網(wǎng)整體一次調(diào)頻的動(dòng)作時(shí)刻。如圖2所示?？梢钥闯鲈陔娋W(wǎng)頻率響應(yīng)初始階段，系統(tǒng)調(diào)速器尚未動(dòng)作，序列中K值保持穩(wěn)定，而當(dāng)系統(tǒng)調(diào)速器動(dòng)作產(chǎn)生效果后K值將發(fā)生明顯變化，因此，通過(guò)檢測(cè)K值的突變情況可以實(shí)現(xiàn)電網(wǎng)整體一次調(diào)頻動(dòng)作時(shí)刻t_pfr的確定。

采用本發(fā)明方法，可實(shí)現(xiàn)利用在線采集的PMU毫秒級(jí)動(dòng)態(tài)頻率數(shù)據(jù)，監(jiān)測(cè)分析電網(wǎng)故障情況下的電網(wǎng)整體一次調(diào)頻響應(yīng)時(shí)間。彌補(bǔ)目前缺乏在電網(wǎng)功率缺額故障情況下檢測(cè)與評(píng)估電網(wǎng)整體一次調(diào)頻響應(yīng)性能的技術(shù)手段的不足。且方法可在線運(yùn)行、計(jì)算方便、無(wú)特殊要求限制，可為評(píng)價(jià)電網(wǎng)整體一次調(diào)頻響應(yīng)速度提供較為準(zhǔn)確的參考。

以上所述實(shí)施范例僅表達(dá)了本發(fā)明技術(shù)的一種實(shí)施方式，其描述較為具體和詳細(xì)，但并不能因此而理解為對(duì)本發(fā)明技術(shù)使用范圍的限制。應(yīng)當(dāng)指出的是，對(duì)于本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來(lái)說(shuō)，在不脫離本發(fā)明技術(shù)構(gòu)思及原理的前提下，還可以做出若干變形和改進(jìn)，這些都屬于本發(fā)明技術(shù)的保護(hù)范圍。因此，本發(fā)明技術(shù)的保護(hù)范圍應(yīng)以所附權(quán)利要求為準(zhǔn)。