一種間諧波發生源定位方法與流程
2024-02-24 14:07:15
本發明屬於電力控制領域，特別涉及一種間諧波發生源定位方法。
背景技術：
隨著經濟快速增長，對於可再生新能源的要求越來越迫切。近年來隨著風電與光伏發電技術的日益成熟，其發電成本也在逐步降低，風電與光伏大規模商業運營成為可能，到2020年，我國非化石能源和化石能源發電裝機比約為4：6，風電、太陽能發電裝機達到3億千瓦左右，新增1.8億千瓦左右。
我國風能與太陽能大規模開發地區一般處於電網末端，而電網負荷卻大多位於經濟發達的東部地區與中部地區，為使西部電能能高效遠距離輸送到中東部的負荷中心，常採用特高壓大容量輸電技術或加裝串補電容的超/特高壓交流輸電，這類電網在風力發電機逆變器、SVC、SVG、直流輸電以及串補電容等多種因素的作用下可能在電網中產生頻率不是電網工頻整數倍頻率的間諧波電流與電壓，進而導致附近的火電機組發生次同步振蕩，我國目前已投入運行的大規模風電匯集站附近的火電機組已發生過多次次同步振蕩現象，已嚴重影響到電網的安全穩定運行與該地區火電機組的安全。目前對間諧波的分析方法大多是事故後基於PMU錄波數據的離線分析，並不能在線實時確定具體哪個風電場是間諧波發生源，不利於事故原因的分析及處理，或間諧波提取的計算量過大，不利於實際工程實施。
技術實現要素：
本發明的目的，在於提供一種間諧波發生源定位方法，將對間諧波的監測轉化為對間諧波引起的功率振蕩與相角差振蕩的監測，不需設計複雜的濾波器，減少了計算量，便於實際工程實施。
為了達成上述目的，本發明的解決方案是：
一種間諧波發生源定位方法，包括如下步驟：
步驟S101：監測風電匯集站各風電場進線由於間諧波電流引起的功率振蕩，計算出功率振蕩的幅值與功率振蕩的瞬時值；
步驟S102：監測風電匯集站附近火電廠出線由於間諧波電流引起的功率振蕩，計算出功率振蕩的瞬時值；
步驟S103：監測風電匯集站母線電壓與附近火電廠母線電壓之間的相角差振蕩，計算出母線電壓相角差振蕩的幅值與母線電壓相角差的變化率；
步驟S104：根據風電場進線功率振蕩的幅值、風電場進線功率振蕩的瞬時值與附近某一火電廠出線功率振蕩的瞬時值符號的關係、母線電壓相角差振蕩的幅值、以及風電場功率振蕩的瞬時值符號與母線電壓相角差的變化趨勢之間的關係定位間諧波發生源。
上述步驟S101中，各風電場進線在各個振蕩周期功率振蕩的幅值計算公式為：
Pi_zf_k＝Pi_max_k-Pi_min_k
其中：i-第i個風電場進線
k-代表第k個振蕩周期
Pi_zf_k-第i個風電場進線在第k個振蕩周期的功率振蕩的幅值
Pi_max_k-第i個風電場進線在第k個振蕩周期內的最大功率
Pi_min_k-第i個風電場進線在第k個振蕩周期內的最小功率。
上述步驟S101中，各風電場進線功率振蕩的瞬時值的計算方法是：
第一步，計算第i個風電場進線前N個振蕩周期的平均功率，計算公式是：
其中：Pi(t)-第i個風電場進線的實時功率
Ti_maxk-第i個風電場進線當前振蕩周期最大功率出現的時刻
Ti_max(k-N)-第i個風電場進線當前振蕩周期之前N個振蕩周期最大功率出現的時刻；
第二步，計算各風電場進線功率振蕩的瞬時值，計算公式如下：
dPi(t)＝Pi(t)-Pi_pj
其中：dPi(t)-第i個風電場進線功率振蕩的瞬時值
Pi(t)-第i個風電場進線的實時功率
Pi_pj-第i個風電場進線前N個振蕩周期的平均功率。
上述步驟S102中，功率振蕩的瞬時值的計算方法是：設功率的參考方向為流出火電廠母線的功率為正，流入母線的功率為負，第一步計算火電廠出線前N個振蕩周期的平均功率，計算公式為：
其中：Phd(t)-火電廠出線的實時功率
Thd_maxk-火電廠出線當前振蕩周期最大功率出現的時刻
Thd_max(k-N)-火電廠出線當前振蕩周期之前N個振蕩周期最大功率出現的時刻；
第二步計算火電廠出線功率振蕩的瞬時值，計算公式如下：
dPhd(t)＝Phd(t)-Phd_pj
其中：dPhd(t)-火電廠出線功率振蕩的瞬時值
Phd(t)-火電廠出線的實時功率
Phd_pj-火電廠出線前N個振蕩周期的平均功率。
上述步驟S103中，母線電壓相角差振蕩的幅值與母線電壓相角差的變化率的計算方法是：首先根據下式計算風電匯集站母線電壓與附近火電廠母線電壓之間的相角差θ：
θ＝(θa+θb+θc)÷3
其中，θa、θb、θc分別為三相的相角差；
計算母線電壓相角差振蕩的幅值：
θ_zf_k＝θ_max_k-θ_min_k
其中：k-代表第k個振蕩周期
θ_zf_k-在第k個振蕩周期的母線電壓相角差振蕩的幅值
θ_max_k-在第k個振蕩周期內的最大母線電壓相角差
θ_min_k-在第k個振蕩周期內的最小母線電壓相角差
母線電壓相角差的變化率由θ對時間求導得到。
上述步驟S104中，當滿足以下條件時判斷某一風電場為間諧波發生源：
①該風電場進線功率振蕩的幅值大於一個可整定功率門檻；
②該風電場進線功率振蕩的瞬時值與附近某一火電廠出線功率振蕩的瞬時值符號相同且風電匯集站母線電壓與火電廠母線電壓相角差振蕩的幅值大於一個可整定角度門檻；
③當該風電場進線功率振蕩的瞬時值小於0時，母線電壓相角差減小，相角差變化率為負，當該風電場進線功率振蕩的瞬時值大於0時，母線電壓相角差增大，相角差變化率為正。
上述條件②中，判斷風電場進線功率振蕩的瞬時值與附近某一火電廠出線功率振蕩的瞬時值符號相同時，若某一風電場進線與附近的火電廠出線在某一振蕩周期內符號相同的持續時間與振蕩周期的比值大於0.75，則認為該振蕩周期滿足條件。
上述條件③中，判斷風電場進線功率振蕩的瞬時值與母線相角差變化率對應關係時，設某一風電場進線在某一振蕩周期內功率振蕩的瞬時值小於0且母線電壓相角差變化率為負的持續時間為t1，功率振蕩的瞬時值大於0且母線電壓相角差變化率為正的持續時間為t2，若t1加上t2的和與振蕩周期的比值大於0.75，則認為該振蕩周期滿足條件。
採用上述方案後，本發明可同時監視風電匯集站各風電場進線、風電匯集站附近火電廠出線、風電匯集站母線電壓、火電廠母線電壓，當電網中存在較大的間諧波電流時，在線實時判斷本風電匯集站內是否存在間諧波發生源，若本風電匯集站存在間諧波發生源，則定位到具體哪個風電場為間諧波發生源，為分析間諧波產生的原因以及採取進一步的控制措施打下堅實基礎。本發明將對間諧波的監測轉化為對間諧波引起的功率振蕩與相角差振蕩的監測，不需設計複雜的濾波器，減少了計算量，便於實際工程實施。
附圖說明
圖1是本發明的流程圖；
圖2是風電匯集站與附近某一火電廠連接的簡化系統圖。
具體實施方式
以下將結合附圖，對本發明的技術方案進行詳細說明。
如圖1所示，本發明提供一種間諧波發生源定位方法，包括如下步驟：
步驟S101：監測風電匯集站各風電場進線由於間諧波電流引起的功率振蕩，計算出功率振蕩的幅值與功率振蕩的瞬時值。
以圖2所示風電匯集站與附近某一火電廠連接的簡化系統圖為例，在該圖中實時監測接入風電匯集站母線的風電場1、風電場2、風電場3、風電場4、風電場5、風電場6與風電場7進線的功率，功率的參考方向為流出風電匯集站母線的功率為正，流入風電匯集站母線的功率為負。計算各風電場進線功率振蕩的幅值，各風電場進線在各個振蕩周期功率振蕩的幅值計算公式為：
Pi_zf_k＝Pi_max_k-Pi_min_k
其中：i-第i個風電場進線
k-代表第k個振蕩周期
Pi_zf_k-第i個風電場進線在第k個振蕩周期的功率振蕩的幅值
Pi_max_k-第i個風電場進線在第k個振蕩周期內的最大功率
Pi_min_k-第i個風電場進線在第k個振蕩周期內的最小功率
例如：風電場1進線在第30個振蕩周期的功率振蕩的幅值計算公式為：
P1_zf_30＝P1_max_30-P1_min_30
計算各風電場進線功率振蕩的瞬時值，該計算分兩步，第一步計算第i個風電場進線前N個振蕩周期的平均功率，計算公式是：
其中：Pi(t)-第i個風電場進線的實時功率
Ti_maxk-第i個風電場進線當前振蕩周期最大功率出現的時刻
Ti_max(k-N)-第i個風電場進線當前振蕩周期之前N個振蕩周期最大功率出現的時刻。
第二步計算各風電場進線功率振蕩的瞬時值，計算公式如下：
dPi(t)＝Pi(t)-Pi_pj
其中：dPi(t)-第i個風電場進線功率振蕩的瞬時值
Pi(t)-第i個風電場進線的實時功率
Pi_pj-第i個風電場進線前N個振蕩周期的平均功率
步驟S102：監測風電匯集站附近火電廠出線由於間諧波電流引起的功率振蕩，計算出功率振蕩的瞬時值。
具體地，以圖2所示風電匯集站與附近某一火電廠連接的簡化系統圖為例，功率的參考方向為流出火電廠母線的功率為正，流入母線的功率為負，第一步計算火電廠出線前N個振蕩周期的平均功率，計算公式為：
其中：Phd(t)-火電廠出線的實時功率
Thd_maxk-火電廠出線當前振蕩周期最大功率出現的時刻
Thd_max(k-N)-火電廠出線當前振蕩周期之前N個振蕩周期最大功率出現的時刻。
第二步計算火電廠出線功率振蕩的瞬時值，計算公式如下：
dPhd(t)＝Phd(t)-Phd_pj
其中：dPhd(t)-火電廠出線功率振蕩的瞬時值
Phd(t)-火電廠出線的實時功率
Phd_pj-火電廠出線前N個振蕩周期的平均功率
步驟S103：監測風電匯集站母線電壓與附近火電廠母線電壓之間的相角差振蕩，計算出母線電壓相角差振蕩的幅值與母線電壓相角差的變化率。
在計算風電匯集站母線電壓與附近火電廠母線電壓之間的相角差時，採用分相計算的方法，計算三相相角差的平均值作為實際使用的相角差。
具體地，以圖2所示風電匯集站與附近某一火電廠連接的簡化系統圖為例，先計算出風電匯集站母線電壓與火電廠母線電壓的相角差，假設三相的相角差分別為：θa、θb、θc，計算其平均值：
θ＝(θa+θb+θc)÷3
計算出母線電壓相角差振蕩的幅值：
θ_zf_k＝θ_max_k-θ_min_k
其中：k-代表第k個振蕩周期
θ_zf_k-在第k個振蕩周期的母線電壓相角差振蕩的幅值
θ_max_k-在第k個振蕩周期內的最大母線電壓相角差
θ_min_k-在第k個振蕩周期內的最小母線電壓相角差
計算出母線電壓相角差的變化率，即θ對時間的導數。
步驟S104：根據風電場進線功率振蕩的幅值、風電場進線功率振蕩的瞬時值與附近某一火電廠出線功率振蕩的瞬時值符號的關係、母線電壓相角差振蕩的幅值、以及風電場功率振蕩的瞬時值符號與母線電壓相角差的變化趨勢之間的關係定位間諧波發生源。
具體地，當滿足以下條件時判斷某一風電場為間諧波發生源：
①該風電場進線功率振蕩的幅值大於一個可整定功率門檻；
②該風電場進線功率振蕩的瞬時值與附近某一火電廠出線功率振蕩的瞬時值符號相同且風電匯集站母線電壓與火電廠母線電壓相角差振蕩的幅值大於一個可整定角度門檻；
③當該風電場進線功率振蕩的瞬時值小於0時，母線電壓相角差減小，相角差變化率為負，當該風電場進線功率振蕩的瞬時值大於0時，母線電壓相角差增大，相角差變化率為正。
判斷風電場進線功率振蕩的瞬時值與附近某一火電廠出線功率振蕩的瞬時值符號相同時，若某一風電場進線與附近的火電廠出線在某一振蕩周期內符號相同的持續時間與振蕩周期的比值大於0.75，則認為該振蕩周期滿足條件。
判斷風電場進線功率振蕩的瞬時值與母線相角差變化率對應關係時，設某一風電場進線在某一振蕩周期內功率振蕩的瞬時值小於0且母線電壓相角差變化率為負的持續時間為t1，功率振蕩的瞬時值大於0且母線電壓相角差變化率為正的持續時間為t2，若t1加上t2的和與振蕩周期的比值大於0.75，則認為該振蕩周期滿足條件。
通過本發明實施例所述間諧波發生源定位方法，可同時監視風電匯集站各風電場進線、風電匯集站附近火電廠出線、風電匯集站母線電壓、火電廠母線電壓，當電網中存在較大的間諧波電流時，在線實時判斷本風電匯集站內是否存在間諧波發生源，若本風電匯集站存在間諧波發生源，則定位到具體哪個風電場為間諧波發生源，為分析間諧波產生的原因以及採取進一步的控制措施打下堅實基礎。本發明將對間諧波的監測轉化為對間諧波引起的功率振蕩與相角差振蕩的監測，不需設計複雜的濾波器，減少了計算量，便於實際工程實施。
以上實施例僅為說明本發明的技術思想，不能以此限定本發明的保護範圍，凡是按照本發明提出的技術思想，在技術方案基礎上所做的任何改動，均落入本發明保護範圍之內。