电网宽频振荡实时监测技术方案

大量电力电子设备接入电网导致电网振荡频繁发生并使其逐步向宽频域振荡发展.首先,分析了广域测量系统监测技术在振荡监测存在的问题和局限,讨论了现有间谐波测量算法存在的不足,提出了电网宽频振荡实时监测技术方案.然后,论述了振荡实时监测的总体架构和关键技术,从高频采集及滤波、宽频信号分类处理分析、振荡告警及长录波、站域存储与分析和信息传输等方面对宽频振荡实时监测的关键环节进行了分析.最后,对宽频振荡实时测量的效果进行了仿真验证,验证了所提方案的可行性,并对其工程实施方案进行了论述.     

电网宽频广域监测主站构建关键技术研究及应用

电网电力电子化的发展给电网注入大量间谐波、高次谐波信号，宽频振荡风险加剧。该文针对目前宽频信号的采集和测量集中在宽频测量装置本身，调度主站缺乏对电网宽频特性的监测能力、缺乏对电网次/超同步振荡的监测、诊断和分析能力的问题，提出了一种电网调度端宽频广域监测主站构建关键技术体系及架构，建立了监测模型，进行了宽频主站系统软硬件结构和信息交互、可视化展示等架构设计。为电网宽频广域监测主站系统的设计和开发奠定了基础，为“双高”电力系统的调度运行提供技术支撑。     

电力系统宽频测量装置技术规范解读及应用展望

高比例新能源和高比例电力电子设备的接入，产生了大量间谐波信号，并引发一系列宽频域振荡事件，严重影响了电网的运行安全，现有测量技术局限于工频信号测量，无法实时监测宽频振荡等间谐波信号。文中以《电力系统宽频测量装置技术规范》发布为契机，介绍了宽频测量技术的提出背景、装置功能定位及相关术语定义，从宽频信号的采样频率、数据测量、宽频振荡监测、数据传输以及数据录波等方面讨论了宽频测量装置的功能和性能，论述了装置工程应用的方案、应用场景和应用展望，总结了标准制定中存在的问题及下一步研究方向，为宽频测量装置的工程应用提供指导和参考。     

基于对角化LDPC压缩感知和k-近邻算法的广域系统宽频振荡监测方法

在"双高"电力系统中,宽频振荡的发生概率大大增加。然而,传统基于广域测量系统(wide area measurement system,WAMS)的振荡监测方法一方面监测的振荡频带范围过窄,另一方面其准确性和快速性难以适应复杂的电网运行状态。因此提出一种基于对角化低密度奇偶校验码(low-density parity-check codes,LDPC)校验矩阵和k-近邻算法(k-nearest neighbor,KNN)的宽频振荡监测方法。首先,基于对角化LDPC校验矩阵对电力系统信号进行压缩采样,大大减少了宽频振荡的数据传输量,有利于在现有相量测量单元(phasormeasurementunit,PMU)上传频率下实现几百Hz的宽频振荡数据的传输。在此基础上,主站直接基于压缩采样值作为输入特征,采用加权KNN算法进行振荡检测,避免了人为设置阈值带来的误判,提高了振荡检测的快速性和准确性。最后,根据振荡检测结果,采用正交匹配追踪(orthogonalmatchingpursuit,OMP)算法,在主站准确重构宽频振荡信号,便于广域系统的振荡全局性分析。仿真结果表明所提方法在噪声、数据缺失和数据有误等情况下,仍然能够实现宽频振荡信号的快速准确监测。     

含LCC-HVDC的交直流混联电网统一谐波状态估计方法

基于电网换相换流器的高压直流(LCC-HVDC)输电系统的大量应用使交直流混联电网谐波与谐振问题日益突出。谐波状态估计是电网谐波治理的前提,但是现有研究主要着眼于交流电网,即使考虑直流系统,也仅将其视为谐波电流源,不能实现计及交直流系统间谐波相互作用的统一谐波状态估计。为此,基于广域宽频同步监测系统,首先将含LCC-HVDC的交直流混联电网视为一有机整体,建立其统一谐波状态估计模型,有效地反映交直流系统间的谐波相互耦合关系;其次,提出计及经济性、冗余度和鲁棒性的宽频同步相量测量单元综合优化配置模型及其分阶段求解方法,提高了优化配置的科学性和计算效率;再次,采用抗差最小二乘法,求解含LCC-HVDC的交直流混联电网的统一谐波状态估计值;最后,基于PSCAD/EMTDC建立了交直流混联电网仿真模型,仿真结果验证了所提方法的有效性和准确性。     

基于变分模态分解和压缩感知的电力系统宽频振荡监测方法

随着“双碳”目标的提出，未来电力系统会有更高比例可再生能源及电力电子设备并网，会引发电力系统新型宽频振荡问题。因此针对电力系统宽频振荡“高噪声”和“宽频带”的特点，提出一种基于变分模态分解和压缩感知的自适应宽频振荡监测方法。对变分模态分解(variational mode decomposition, VMD)方法进行改进，自适应确定模态分解数，抑制噪声分量并监测识别振荡信号的有效信息。若监测到宽频振荡，将降噪处理后的宽频振荡数据通过压缩感知(compressed sensing, CS)方法上传，在调度中心对压缩数据进行重构，精确恢复宽频振荡信号，方便调度主站后续分析处理。算例表明所提方法可在高强度随机噪声的情况下保持宽频振荡监测的质量，克服高速采样后数据传输带宽的限制，并在实际电力系统宽频振荡信号监测中有良好应用。     

多功能宽频测量装置的设计与实现

针对电力电子化电网电气量的宽频特征,设计了多功能宽频测量装置。基于高速同步采样优化,该装置集成宽频振荡检测、同步相量测量和宽频（间）谐波测量等功能。该装置综合运用暂态量、相量、有效值等算法模型,可提高对于不同信号结构宽频电气量的监测能力,兼顾平稳和非平稳工况,实现0~2 500 Hz范围内工频、非工频分量和振荡功率的全面检测,为宽频电气量的产生机理、传播路径、分析控制等研究提供针对性的数据。文中实现的多功能宽频测量装置已通过测试并试点应用。     

基于RBF和TFT的自适应宽频振荡监测方法

近年来，随着可再生能源的大力发展，电力电子设备的渗透率越来越高，电力系统的振荡特性逐渐呈现出宽频化特征，而现有的广域监测系统(WAMS)面向工频分量，难以满足宽频振荡监测、控制、保护的需求。为此，本文提出了一种基于径向基(RBF)神经网络和泰勒傅里叶变换(TFT)的宽频振荡监测方法，实现了宽频振荡信号的精确估计。首先，利用离散傅里叶变换(DFT)进行初步估计，然后采用TFT精确计算宽频振荡信号的参数。为降低TFT算法的计算量，本文将RBF神经网络用于噪声强度估计，根据噪声大小自适应确定数据窗长。最后，对大量仿真数据及河北沽源和新疆哈密的实测振荡数据进行了验证，结果表明即使在噪声较大时，RBF神经网络的拟合效果也十分出色，文中方法的精确性仍然较高，因此，有望在未来应用于工程实际中。     

电力系统宽频测量技术方案与展望

随着高比例可再生能源和高比例电力电子设备大量引入电网，宽频范围可观可测需求日趋迫切，亟须建立一套适用于电力系统的宽频测量装置。在调研国内研究现状的基础上，指出了宽频带数据统一高精度测量科学问题，围绕当前宽频测量遇到的工程技术问题，分别从多成分信号高精度采集，瞬态、暂态、稳态信号精确识别，宽频信号测量分析结果高效传输，宽频测试技术与测试平台，调控方式及调控效果监测5个方面，提出了电力系统宽频测量技术的研究思路与框架。同时，在相量测量装置基础上开发了宽频测量装置，初步验证了技术的实现效果并指出了后续研究重点攻关方向。     

基于宽频量测间谐波潮流计算的次/超同步振荡溯源方法

宽频量测技术的快速发展为部分新能源发电并网节点的次/超同步振荡监测提供了有效手段,但是由于测量单元布点限制,难以获得全网的振荡传播和分布。为此,提出了一种基于新能源发电并网点宽频量测间谐波潮流计算的次/超同步振荡溯源方法。给出了次同步振荡频率下间谐波潮流算法的网络模型和元件模型,总结了间谐波潮流计算的详细步骤,通过间谐波潮流计算可得到各个节点的间谐波电压电流分布,进而获得全网次/超同步振荡传播路径。当新能源发电系统次同步振荡传播引发邻近火电机组轴系扭振时,存在扭振机组间谐波等效阻抗突变的特性,从而造成间谐波潮流分布发生变化,根据预想振荡状态下间谐波潮流计算结果与实际宽频量测结果间的不同,可用于新能源发电次同步振荡引发邻近火电机组轴系扭振的溯源定位。最后,基于四机两区域系统和IEEE 10机39节点系统算例验证了所提方法的有效性和准确性。     

面向宽频振荡抑制的宽频相量测量装置

快速实时测量宽频相量对于宽频振荡抑制有着重要意义。然而,已有宽频相量测量装置主要面向监测类应用,响应速度慢。研制了一种面向宽频振荡抑制的宽频相量测量装置。该装置采用加窗插值离散傅里叶变换算法,实现多模式宽频相量测量;采用较短时间窗缩短算法的动态响应时间;通过2个数字信号处理器并行计算分别完成基波和谐波/间谐波相量测量。通过性能测试发现,所研制的宽频相量测量装置响应速度快、准确度高,能满足宽频振荡抑制等应用对相关性能的要求。     

宽频带同步测量技术与应用

大规模可再生能源通过电力电子装备并网,显著改变了电网的信号形态、故障形态、稳定形态和控制形态。首先,为提升电力系统宽频运行状态监控能力,基于快速鲁棒局部回归平滑滤波和宽频分量自适应快速感知与辨识方法,开发了宽频带同步测量终端(synchronized wideband measurement unit, WMU),实现了0～10kHz频段谐波分量、间谐波分量、次/超同步分量的自适应捕获和高精度测量。其次,设计了以全球定位系统(global positioning system,GPS)/北斗卫星导航系统(BeiDou navigation satellite system,BDS)双卫星授时为主时钟、以5G地面无线授时和恒温晶振内部授时为备用时钟的同步授时功能,实现了基于光纤有线通信和5G/4G无线通信方式的宽频测量数据高速传输功能,使WMU能够满足多场景通信需求。最后,开发了基于WMU测量数据的宽频扰动定位和弧光高阻故障定位等应用,通过现场实测数据分析了屋顶光伏、风电机组等分布式发电输出电流的宽频特征、宽频功率特征、并网点系统侧宽频阻抗特征等信息,进一步揭示了电力电子设备对电网宽频运...     

新能源汇集地区次/超同步振荡监测告警及控制系统研究

天中±800kV特高压直流送端(新疆哈密地区)是风、光、火打捆经直流送出的复杂系统,存在较高的次/超同步振荡的风险。针对新疆电网新能源汇集地区次/超同步振荡现有监测告警系统不足之处,提出了改进方法和优化方案,建立了监测系统三道防线和告警系统两个平台;针对现有稳控系统不足之处,提出了振荡定位方法和改进切机方案,建立了稳控系统三道防线。改进后的监测告警及控制体系能对振荡进行实时监控、及时告警并进行快速抑制,提高了电网运行可靠性。     

英国“8·9”大停电事故振荡事件分析及思考

2019年8月9日,英国电网发生大停电事故,造成英国伦敦在内的部分城市停电,影响人口100万左右。文中对该事故进行总结分析,为我国电网的安全稳定运行提供借鉴和参考。首先,对此次新能源电厂发生的振荡事件进行分析,总结此次振荡事件所呈现的典型特征,梳理其存在的遗留问题;其次,对以该事件为代表的一系列由新能源厂站触发的振荡事件进行思考,论述新能源大规模并网后电网振荡呈现的新特点;最后,针对现有测量技术在振荡监测上存在的不足,提出采用宽频测量技术实现振荡实时监测,并给出具体的工程实施方案,为电力电子化电网振荡的实时监测提供参考。     

分析谐波劣化机理的逆变器灰箱宽频域矩阵模型及求解方法

大量参数未知的商用逆变器接入电网,宽频域谐波劣化问题严重,影响自身及其他设备正常运行。基于在线数据和数值分析方法,建立和求解逆变器谐波源和谐波耦合导纳的矩阵模型是解决该问题的关键步骤。文中提出一种灰箱宽频域矩阵模型,并提出基于数值回归拟合的求解方法：首先,利用端口电压、电流频域关系对矩阵模型的具体形式进行推导;然后,将逐步回归算法推广到复数域以求解矩阵模型参数;最后,通过MATLAB/Simulink的逆变器并网仿真系统验证所提模型和算法的有效性。结果表明：所提灰箱宽频域矩阵模型及求解方法可量化逆变器自身谐波源作用、背景谐波电压与并网谐波电流之间的直接耦合及交叉耦合关系,为分析谐波劣化机理提供参考,其精度及求解用时均优于其他模型及其他复数域多元回归算法。     

基于小波分析的电网谐波监测系统研制

文章从电监会颁布的《居民供用电合同》的背景和供电企业需要对电网谐波进行治理的角度出发,针对电网中缺少谐波监测系统的现状,提出了建设电网谐波监测网络的问题。文章主要阐述了电网谐波监测网络的组成,设计了基于USB接口高速传输的采集测量硬件系统;其次在软件设计时作者提出了信号分析方法,特别是在对电网谐波进行分析时采用了小波分析算法,另外根据实际中需要大容量存储数据的问题提出了解决的策略,从而最终完成了谐波监测装置的研制和谐波监测网络的组建。     

适应宽频振荡的风电并网系统主动阻尼技术综述

基于电力电子变流器的风电并网系统具有非线性、多时间尺度特征,受扰后易引发宽频段振荡问题,威胁系统稳定运行.如何实现宽频振荡的快速主动阻尼已成为风电并网系统中最受关注的问题.同时,随着直流输电系统等柔性设备接入电网,风电并网系统宽频振荡强交互、多模态特征逐渐凸显,这对风电并网系统宽频振荡阻尼技术提出了更高的要求.鉴于此,...     

低压电网实时监测系统的研究与应用

在广泛调研当前青岛区域低压电网运维管理现状的基础上,结合低压运维实际工作及其要求,对当前青岛低压电网运维存在的瓶颈及问题进行了研究分析;借鉴主网及配网先进信息技术应用及管理理念,充分利用分布式计算机与宽频载波低压终端技术,分析研究低压电网在线实时监测系统的实施方案、实际应用、达成目标及延伸功能。     

基于自编码器与长短期记忆网络的宽频振荡广域定位方法

高比例新能源与高比例电力电子设备引发的宽频振荡问题日益凸显,而现有基于同步相量数据的振荡监测方法受到现有通信带宽的限制,难以对频率在数赫兹至数百赫兹范围内的宽频振荡进行全局化监测。为此,提出一种基于自编码器信号压缩与长短期记忆(LSTM)网络的宽频振荡广域定位方法。该方法利用自编码器的数据压缩与解码还原能力实现宽频振荡信号的广域监测分析。首先,在子站对电力系统量测信号进行编码压缩,在现有带宽下实现宽频振荡信号的传输,并有效降低振荡数据的冗余度。然后,在主站侧,可直接基于压缩数据生成特征矩阵,利用LSTM网络定位振荡源。此外,主站还能解码子站上传的压缩数据,并根据需求利用压缩数据或解码还原数据,从而进行宽频振荡的分析与控制。最后,全面考虑次同步、超同步以及中高频段的宽频振荡,并计及负荷变动和随机噪声进行仿真,所得结果表明该方法具有较高的还原与定位精度以及较好的抗噪性能。     

基于宽频振荡稳定约束的风电接入容量分析

风电的大规模接入可能引发严重的宽频振荡。宽频振荡与风电场的容量、接入点阻抗以及机组的运行工况等密切相关。文章采用阻抗模型方法分析风电并网系统的宽频振荡特性,明确宽频振荡约束下的风电接入容量与电网阻抗之间的关系。首先,建立了风电机组的全工况阻抗模型,该模型以风电机组端口工频电压和输出电流为变量;然后,基于全工况阻抗模型分析了风电机组输出功率、接入点短路比等对风电并网系统宽频振荡的影响;进而,分析了风电场容量与接入点之间的关系,为风电场的建设和运行提供参考;最后,通过时域仿真验证了全工况阻抗模型分析结果的准确性。结果表明,基于全工况阻抗模型可以确定在不同电网条件下考虑宽频振荡稳定时风电场的最大接入容量。