低频振荡及扰动识别-技术手册(DOC)

广域测量系统（WAMS）技术手册低频振荡及扰动识别1.在线扰动识别1.1. 短路扰动识别1.1.1.主要功能短路扰动识别根据PMU量测的三相电压和三相电流相量，提取表征短路扰动的特征信息，对电网中发生的短路故障的类型、相别、重合闸类型、重合成功与否等信息进行在线识别，并发出告警，主要包括以下功能：1）双端有PMU量测的线路发生短路故障，准确定位故障线路、故障类型；2）单端有PMU量测的线路发生短路故障，准确定位故障线路、故障类型；3）分析识别出以下短路信息a)短路类型，包括单相接地短路、两相短路、两相接地短路、三相短路、三相接地短路b)故障相c)故障时间d)负荷电流e)短路电流f)重合闸时间g)重合闸成功与否h)重合闸失败调三相时间4）触发长期保存时间序列历史数据。

当采用量测CT时，受CT饱和特性的影响，对单端有PMU的线路，基于距离保护原理的短路识别会存在较大误差。

1.1.2.技术原理1)单端有PMU量测的短路识别---曲线特征法通过短路过程中三相电流、三相电压幅值变化的逻辑特征及顺序进行判断。

详细算法实现如下：1、线路判为短路的电流启动条件1）突变电流大于或等于300A，参数值300A可设置调整；2）|Ia+Ib+Ic|=3|I0|大于等于300A，参数值300A可设置调整；当满足以上两个条件中的任一条件时，则判断该线路可能发生短路；具体是否是真实的短路，由接下来的几个条件综合起来判断确定。

2、在判断线路发生疑似短路的情况下，确定线路发生真实短路的条件1）故障期间，相电压小于额定电压的0.8到0.85倍，参数值0.8~0.85可设置调整；2）故障期间，相电流小于300A，参数值300A可进行设置调整；3）低电压和低电流持续时间在200ms到300ms之间，低电压和低电流的持续时间可分开进行设置，以更符合实际发生短路的过程；同时满足以上三个条件后，被判为发生疑似短路的线路才会被确认为发生真实的短路故障。

逻辑图如下所示：相间短路:故障引起的突变电流(60ms 时间内)deltI 大于等于300A ，定值可设置接地短路:|Ia+Ib+Ic|=|3I0|大于等于300A ，定值可设置或相电压小于额定相电压的0.8倍到0.85倍，目前整定为0.8相电流小于300A低电压和低电流持续时间在200ms 到300ms 之间，目前整定为250ms与触发告警启动条件图3-1 短路判据逻辑图重合闸情况判断：根据短路故障后，线路电流发生变化的事件序列情况，判断线路是否存在重合闸，以及重合闸的结果。

重合闸相别：对于单相短路故障，在对故障相进行第3步计算的同时，对非故障相检查是否有s zeroI I < ，即判断非故障相是否有断开现象，从而判断是单相重合闸还是三相重合闸。

2) 双端有PMU 量测线路的短路识别---差动保护算法双端有PMU 量测线路的短路识别的主要步骤如下：● 相别判断：在线扫描各双端有PMU 线路的每相，若下式成立0.5s e s eI I I I +>- (3.1)则可判定该线路该相发生短路，其中s I 、e I 分别为线路首末端电流。

由此判断出单相短路、两相接地或相间短路、三相接地或相间短路及其相别。

全网扫描时间间隔越短越好，但是由于目前判断结果不用于其它决策计算，因此可由机器的计算能力来定，例如取为1秒。

● 是否接地判断：对于上述的两相短路和三相短路，若下式03a b c setI I I I I ++=> (3.2)其中Iset 为一较大电流值，则为接地短路，否则为相间短路。

● 重合闸动作情况：从短路时刻开始，每20ms 数据点对故障线路的各相用下式0.5s e s eI I I I +>- (3.3)检查是否有故障电流，以及用下式s zeroI I < (3.4)检查线路是否断开，其中Izero 为线路开断后可能的最大充电电流并考虑电流量测误差。

在从故障发生开始的2秒钟内，根据故障线路电流发生的事件序列情况，判断重合闸情况，典型的事件序列如下：◎重合闸失败事件序列：故障电流-线路断开-故障电流-线路断开；◎重合闸成功事件序列：故障电流-线路断开-正常电流（两个判别式均不成立）； ◎直接跳闸事件序列：故障电流-线路断开；◎各段保护均失灵（含开关拒动）事件序列：故障电流持续。

重合闸相别：对于单相短路故障，在对故障相进行第3步计算的同时，对非故障相检查是否有s zeroI I (3.5)即判断非故障相是否有断开现象，从而判断是单相重合闸还是三相重合闸。

电压等级(kV)接地电流幅值阈值(A)短路电流幅值阈值(A)零电流阈值（A ）1050 300 800 150 1000 300 800 150 750 300 800 150 525 300 800 150 500 300 800 150 330 300 800 150 230 300 800 150 2203008001503) 短路扰动识别流程该模块把线路分为单端PMU 类型和双端PMU 类型，分别分析处理，具体的处理逻辑如3-2初始化配置信息单端PMU 类型线路双端PMU 类型线路曲线特征法差动保护算法检测出短路故障?检测出短路故障?读取三相电压、电流相量数据是否读取线路一端三相电压、三相电流相量数据曲线特征法检测出短路故障?读取线路一端三相电压、三相电流相量数据曲线特征法检测出短路故障?是否否否图 3-2 短路扰动识别逻辑图1.1.3.技术特点在调度中心基于广域测量系统的实时动态相量数据进行在线短路扰动的识别，通过在线告知调度员短路的具体位置、相别、时间、重合闸类型以及成功与否，帮助调度员及时了解电网中开关动作的原因以及电网中的故障状态，克服了传统调度中心中调度员只能在线获取开关和保护装置动作状态，而不能知道原因的缺点，从而辅助调度员做出正确的安全稳定控制决策。

基于差动保护和距离保护的原理分别给出了线路两端有PMU和仅一端具有PMU情况下的短路扰动识别方法。

1.2. 机组出线跳闸识别1.2.1.主要功能机组出线跳闸识别根据PMU量测的机组电流相量、有功功率，监视机组停机情况，并区分故障跳闸停机和其他停机情况，对故障跳闸情况发出告警，主要包括以下功能：1）识别发电机停运情况；2）通过有功功率变化过程判断机组停机是否属于故障跳闸引起的停机；3）对可能产生的电磁感应导致的电流残值进行过滤，避免因残值造成发电机停机误判；4）触发长期保存时间序列历史数据。

1.2.2.技术原理机组出线量测同时满足以下条件时，判断机组出线跳闸。

（1）机组设备正常运行;（2）有功突变至零功率(阈值可设置，默认零功率值为15MW)并保持;(3) 机组突变量要求是机组额定出力的0.1倍，可设置；（4）机组有功突变前高于机组有功下限；检测逻辑如图3-3所示：设备正常运行机组有功突变至0并保持与触发告警图3-3 机组跳闸检测逻辑具体检测参数：图3-4 检测参数配置表含义解释如下：(1)有功下限值：每台机组的有功下限值等于发电机组表中额定容量*0.9*机组有功下限系数值，其中机组有功下限系数根据机组的类型分为“机组切机-火电有功下限系数”和“机组切机-水电有功下限系数”，默认值分别为0.4和0.2;(2)、突变功率：机组有功突变至零功率时的突变功率不小于发电机组表中额定容量*0.9*突变系数;(3)、零功率：默认设置成15MW;(4)、防误报处理参数：针对因PMU子站数据或通信等原因导致的短时频繁归零的问题，对告警做了延迟处理，延迟告警时间默认为5秒，可设置，但建议该值不宜设置过长；并且对于机组连续两次告警时间也做了限定，默认值为300秒，可设置;1.2.3.技术特点本功能使得控制中心的调度人员实现对线路跳闸引起的发电机非正常停机进行识别，从而可以采取合理的电网控制措施，及时恢复停机机组的运行。

1.3. 在线低频振荡监视与分析1.3.1主要功能在线低频振荡检测功能监视来自基础平台的实时动态数据，实时分析电网低频振荡特性，识别主导振荡模式，计算PMU布点范围内的厂站（或机组）相关因子、振荡中心大致区域等，帮助调度员及时了解电网低频振荡特性，为进行低频振荡抑制提供依据。

1)实时监视：在线低频振荡监视模块实时监视系统的动态数据，在检测到系统发生振荡时，当振荡频率、振荡幅值和持续时间都满足预置要求时，发出低频振荡告警信息；在低频振荡事件的发生发展过程中，持续给出振荡告警信息，含有当前振幅最大线路的振幅和振荡频率；对振荡模式进行识别，模式信息包括振荡频率、幅值、阻尼比；2)离线分析：低频振荡离线分析工具以PRONY 、FFT 等算法对振荡事件数据进行详细分析，并提供分析结果拟合曲线和原始曲线比较的功能。

1.3.2 工作原理1) 低频振荡检测原理 发电机的运动方程如下()12m e D d T T K dt H ωω∆=--∆ （2.1）在系统发生低频振荡时，对某一振荡频率模式i 同样有()12i mi ei Di i d T T K dt H ωω∆=--∆ （2.2）在一般情况下，可以认为原动机输入的机械转矩中没有该振荡模式，即Tmi=0；若阻尼系数KDi 和i ω∆都很小，则角加速度i d dt ω∆与电磁转矩ei T 成正比；又电磁转矩ei T 和电磁功率Pei 成正比，因此i 振荡模式角加速度i d dt ω∆与i 模式电磁功率Pei 成正比，Pei 也就是该节点的i 模式振荡功率。

可见发电机与系统间交换的电磁振荡功率，主要由其转子反复加减速的动能转化而成；当i d dt ω∆>0时，转子加速，频率升高，该节点从系统吸收功率Pei ；当id dt ω∆<0时，转子减速，频率降低，该节点向系统注入功率-Pei 。

上述电网中的振荡功率必然对应一对吸收功率和放出功率的区域，即一对频率增加和减少的区域。

两个区域间的断面就是系统的最薄弱环节，例如若某联络线相对于要传输的功率其电抗过大，阻碍了功率的迅速交换，导致线路一侧功率过剩，另一侧功率不足，从而形成加减速不同的区域界面。

由于实际PMU 量测中角加速度即单位时间频率变化信号在小幅度振荡时受噪声信号影响较大，根据频率信号与角加速度信号在相位上相差90°的原理。

在进行节点间相位比较时，也可用频率信号代替角加速度信号。

2) 频谱分析算法低频振荡分析的基础是频谱分析方法。

常用的对实测信号进行频谱分析的方法主要有离散傅里叶变换法、小波分析法和Prony 法。

但是前两者存在难以提取振荡信号的衰减特征等局限性，而Prony 方法可以确定系统振荡频率、幅值和相位，并定量分析系统振荡的阻尼问题。

因此在电力系统低频振荡的信号分析中广泛应用Prony 方法，提取曲线的振荡特征。