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。     

电网宽频监测系统的研制及应用

随着分布式新能源大量接入电网和电力电子技术在电网中的广泛应用，电网中发生振荡的风险加剧并逐步向宽频域振荡发展。针对调度端对电网宽频域特性缺乏有效监测手段的现状，研制了电网宽频监测系统。首先，介绍了宽频监测系统的硬、软件架构。接着，根据两种主流扩展版谐波通讯规范设计了宽频监测模型。然后，提出了宽频数据统一采集架构和宽频数据统一服务技术，研发了谐波/间谐波越限告警、宽频数据历史查询、宽频振荡告警推送等功能模块，实现了大容量高速率宽频信号的分布式采集、集中监视和分析。最后，通过工程应用实例表明宽频监测系统为电网更宽频域的动态监测、风险辨识以及早期防控提供了有力的数据支撑。     

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。     

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.     

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。     

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。     

面向电力电子化电网的宽频测量技术探讨

高压直流输电、柔性交流输电系统(FACTS)的应用以及新能源大规模并网为电网引入了大量电力电子设备,给电网注入了大量的间谐波和高次谐波等宽频信号,使得电网逐步呈现电力电子化的发展趋势。现有的测量设备重点关注工频信号测量,无法应对宽频信号测量所提出的挑战。文中分别从现有测量设备的局限、相量测量单元(PMU)升级改进的局限和高频信号测量的局限三个方面分析了现有测量技术的现状,针对性地提出了宽频测量技术总体方案,设计了总体架构,并讨论了具体实现所涉及的宽频信号范围限定、采样频率选择、数据处理机制设计、数据传输协议和同步对时等关键问题,研发了原型装置并在变电站试点应用,验证了宽频测量技术的可行性。文中研究能够为电力电子化电网提供新的监测手段,保障电网安全稳定、推动新能源大规模应用,同时进一步推动二次设备集成整合,降低变电站建设成本。     

基于改进Prony的动态宽频测量算法

高比例可再生能源和高比例电力电子设备的大规模接入正成为新型电力系统的重要特征，电气量中出现大量谐波与间谐波分量，且动态行为明显，这对宽频测量提出了新的挑战。该文针对现有宽频测量算法在动态条件下测量精度不够的问题，分析了大量的现场录波数据，发现了宽频电气量在时间上的动态特性，分析了宽频测量算法的频率分辨率与动态带宽之间的关系问题；建立了基于多项式的动态宽频多分量拟合数学模型，以准确地描述表征宽频电气量的动态时变行为，提出了一种基于改进Prony的短时间窗动态宽频测量算法，并通过简化Prony约束条件减小了算法计算量；最后，进行了仿真测试、硬件测试和现场信号分析验证，结果表明所提方法可以实现动态条件下谐波与间谐波的准确测量。     

宽频测量装置两种谐波/间谐波算法比较

新能源发电大规模入网,造成电力系统电能质量问题.宽频测量装置可监测谐波/间谐波的含量,但谐波/间谐波的测量在工程实现中目前存在两种方案,有争议.介绍了这两种方案的实现方法和各自的局限性,供后续工程参考.     

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。     

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。     

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...     

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。     

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。     

高比例新能源电力系统多模态振荡监测方法及装置设计

新型电力系统正向高比例新能源和高比例电力电子设备("双高")方向发展,电力电子设备引起的宽频电磁振荡日益显著。为了能够掌握宽频电磁振荡的动态变化行为,提出了能够适应多个电磁振荡模态的同步相量监测方法。该方法通过振荡模态监测环节从电压/电流信号中粗略筛选出振荡频率,以此频率作为中心频率自适应动态构建模态滤波器;然后对采集的电压/电流信号进行模态滤波,对滤波后的信号进行相量计算、校正和补偿,从而得到各电磁振荡模态的相量信息。最后,基于该算法设计了多模态电磁振荡监测装置,并通过理想数据和现场试验对装置的性能进行了验证。结果表明,该装置能够快速、准确地对多模态电磁振荡进行实时监测,满足同步相量测量装置标准的性能要求。     

基于K-ESPRIT的快速宽频测量方法

随着电力系统中电力电子装置渗透率越来越高,电气量的宽频特性越来越显著,并引发了新的涉网稳定问题,对电力系统信号的监测频带范围和响应速度提出了新的要求。因此,提出了一种快速宽频测量方法,实现了宽频信号的快速跟踪与高精度测量。利用空间谱估计的"超分辨率特性"实现了短时间窗的宽频测量。为提高算法在低信噪比条件下的稳定性,提出了基于峭度的信号频率成分数估计方法,保证了测量精度。最后,在硬件上实现该方法,通过仿真测试、硬件测试以及现场测试,验证了所提方法的有效性。     

电力系统宽频相量测量装置的设计及测试

近年来,云南电网经过多回直流与南方其他四省区电网联网,网内新能源大规模接入,电力系统正向电力电子化趋势发展,多样化电力电子设备、传统电力设备、输电网络三者之间交互作用会引起电力系统多模态宽频带振荡问题.本文设计了一款宽频相量测量装置(WPMU),提出宽频相量测量装置(W-PMU)的硬件结构及其能基本功能,满足同时开展基...     

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。     

SDXB—1型电力谐波监测保护装置

介绍一种应用单片机测试技术对电网谐波进行监测保护的装置。该装置具有符合公用电网谐波国家标准的测量方法和较高的测量精度，性能稳定，测量方便。既能适应现场长期在线监测，又能保护电网及设备免受谐波的污染及危害。为电网谐波的防治等综合治理提供科学依据