用于新能源高比例并网电力系统的频率检测方法

1.本发明涉及并网电力系统的技术领域，更具体地说是涉及新能源高比例并网电力系统的技术领域。


背景技术：

2.电力系统新能源高比例并网和电力电子化特征改变了电力系统的物理本质，新能源发电固有的波动性、不稳定性增加了电力系统频率波动风险，随着新型电力系统建设目标的推进，电力系统运行对频率检测实时性、准确性的要求越来越高。
3.同步相量测量装置pmu检测电力系统信号具有良好的同步性与快速性，是目前观察记录系统信息量的动态过程的较为有效的技术手段之一，在世界上的大部分电力系统中都有部署。高比例新能源并网电力系统含大规模分布式电源与主动式负荷，电气量具有宽频带、高噪声、多瞬变、强时变性的特点。为了更好的控制和观察电力系统，保持电能质量，未来的输电网和配电网都会装备大量的pmu和微型pmu。
4.但传统的pmu仅在高压变电站和主力发电厂装设，其频率检测算法针对传统的由大容量同步发电机组组成的大惯性电力系统设计，测量精度低，动态性能差，没有针对异常数据的处理能力，难以支持未来高比例新能源并网电力系统的运行与优化。
5.目前，电力系统内pmu主要用于稳态和小扰动状态下的信息监测。在故障暂态情况下，电力系统频率值极易超出pmu的频率检测范围，造成频率检测值误差增大，引发电力系统继电保护装置动作。
6.在实际工程中，信号测量范围和测量精度的需求存在矛盾，虽然可以调节频率检测算法的窗口大小参数等方式来减小误差，但是该方法会降低设备在电力系统频率变化时的动态追踪能力。另一方面，pmu具备与电力系统监测控制、数据采集系统类似的故障状态判断功能，响应速度更快。


技术实现要素：

7.本发明的目的就是为了解决上述之不足而提供一种用于新能源高比例并网电力系统的频率检测方法，该方法可在电力系统频率出现大偏差、超过设定阈值的情况下，pmu自动判定电网处于暂态并根据前一周期的频率值锁定pmu输出，从而避免大扰动情况下，pmu输出误差增大，引发继电保护误动作。
8.本发明为了解决上述技术问题而采用的技术解决方案如下：
9.用于新能源高比例并网电力系统的频率检测方法，该方法流程如下：
10.第一步：输入检测目标u(i)；
11.第二步：计算采集信号在两个连续周期检测值差的绝对值e(i)即
12.e(i)＝u(i-n)-u(i)
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(1)
13.其中，n表示一个周期的采样点数，pmu测量的是正弦周期性信号，在无扰动情况下e(i)的值等于0；
14.第三步：计算所有采样点的e(i)值并求和，得到本时段与上一时段信号值的差，即可判断检测对象是否处于暂态，
[0015][0016]
对于周期性的正弦信号而言，可计算每一个采样点的sum(i)，相邻的两个采样点之间存在
[0017]
sum(i+1)＝sum(i)-e(i)+e(i+1)
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(3)
[0018]
第四步：设定判断阈值为sum0(i)，若sum(i)大于阈值sum0(i)，判定系统处于暂态，pmu锁定装置的频率输出，同时发出检测到系统暂态的标志信号给电力系统运行监测系统，调整电力系统的运行方式；
[0019]
第五步：pmu继续输入检测目标信号u(i)；
[0020]
第六步：若sum(i)小于阈值sum0(i)，表明系统为稳态，pmu输出频率f(i)；
[0021]
第七步：pmu继续输入检测目标信号u(i)。
[0022]
本发明采用上述技术解决方案所能达到的有益效果是：本频率检测方法可自主判断电力系统是否处于暂态，当频率值超出设定的阈值，pmu自动修订检测值。
附图说明
[0023]
图1为本发明中程序流程框图；
[0024]
图2为本发明中频率输入电压波形图；
[0025]
图3为本发明中输出频率波形图。
具体实施方式
[0026]
用于新能源高比例并网电力系统的频率检测方法，该方法的程序流程如图1所示，具体步骤如下：
[0027]
第一步：输入检测目标u(i)；
[0028]
第二步：计算采集信号在两个连续周期检测值差的绝对值e(i)即
[0029]
e(i)＝u(i-n)-u(i)
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(1)
[0030]
其中，n表示一个周期的采样点数，pmu测量的是正弦周期性信号，在无扰动情况下e(i)的值等于0；
[0031]
第三步：计算所有采样点的e(i)值并求和，得到本时段与上一时段信号值的差，即可判断检测对象是否处于暂态，
[0032][0033]
对于周期性的正弦信号而言，可计算每一个采样点的sum(i)，相邻的两个采样点之间存在
[0034]
sum(i+1)＝sum(i)-e(i)+e(i+1)
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(3)
[0035]
第四步：设定判断阈值为sum0(i)，若sum(i)大于阈值sum0(i)，判定系统处于暂态，pmu锁定装置的频率输出，同时发出检测到系统暂态的标志信号给电力系统运行监测系统，调整电力系统的运行方式；
[0036]
第五步：pmu继续输入检测目标信号u(i)；
[0037]
第六步：若sum(i)小于阈值sum0(i)，表明系统为稳态，pmu输出频率f(i)；
[0038]
第七步：pmu继续输入检测目标信号u(i)。
[0039]
算例分析如下：
[0040]
基于matlab软件建立频率检测方法仿真模型，假设在0s～1s时间段内，电力系统频率出现波动。其中，在0.2s～0.5s时段，电力系统发生故障，系统频率出现振荡。0.5s后，电力系统恢复到额定频率50hz。
[0041]
设定采样频率为50hz,采集从0s～1s时间内的电压信号，并计算e(i)和sum(i)值，设定故障状态的sum(i)阈值为0.2hz，比较sum(i)值与预设的阈值，若sum(i)大于阈值，发出频率锁定指令。
[0042]
以第二个周期的第一个采样点为起点，计算每一个采样点和与之对应的上一周期采样点的绝对值，即该采样点的e(i)。从该采样点出发，对一个周期内多有采样点的e(i)值求和，即为sum(i)。在求和的过程中，若出现sum(i)值大于阈值，判断系统处于暂态，锁定频率输出。得到某一时刻的频率数据后，用本专利提出的频率检测方法判断该时间点频率输出是否被锁定，如果频率输出被锁定，将该时间点计算得到的频率值舍弃，设该时间点的频率值为其上一测量时间的频率值。采用频率检测方法的频率输入电压波形如图2所示，输出频率波形如图3所示，
[0043]
从图3可以看出，在电力系统频率稳定时，该算法可以保证频率测量信号的正常报告输出，在系统发生故障导致系统频率发生突变时，该算法可以及时地检测到系统暂态，锁定频率输出。

技术特征：
1.用于新能源高比例并网电力系统的频率检测方法，其特征在于，该方法流程如下：第一步：输入检测目标u(i)；第二步：计算采集信号在两个连续周期检测值差的绝对值e(i)即e(i)＝u(i-n)-u(i)
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(1)其中，n表示一个周期的采样点数，pmu测量的是正弦周期性信号，在无扰动情况下e(i)的值等于0；第三步：计算所有采样点的e(i)值并求和，得到本时段与上一时段信号值的差，即可判断检测对象是否处于暂态，对于周期性的正弦信号而言，可计算每一个采样点的sum(i)，相邻的两个采样点之间存在sum(i+1)＝sum(i)-e(i)+e(i+1)
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(3)第四步：设定判断阈值为sum0(i)，若sum(i)大于阈值sum0(i)，判定系统处于暂态，pmu锁定装置的频率输出，同时发出检测到系统暂态的标志信号给电力系统运行监测系统，调整电力系统的运行方式；第五步：pmu继续输入检测目标信号u(i)；第六步：若sum(i)小于阈值sum0(i)，表明系统为稳态，pmu输出频率f(i)；第七步：pmu继续输入检测目标信号u(i)。

技术总结
本发明公开了一种用于新能源高比例并网电力系统的频率检测方法，该方法流程如下：第一步：输入检测目标u(i)；第二步：计算采集信号在两个连续周期检测值差的绝对值e(i)；第三步：计算所有采样点的e(i)值并求和；第四步：设定判断阈值为sum0(i)；第五步：PMU继续输入检测目标信号u(i)；第六步：若sum(i)小于阈值sum0(i)，表明系统为稳态，PMU输出频率f(i)；第七步：PMU继续输入检测目标信号u(i)，本发明优点是：可自主判断电力系统是否处于暂态。可自主判断电力系统是否处于暂态。可自主判断电力系统是否处于暂态。


技术研发人员：李楠芳 陈来军 赵世昌 苏小玲 张文倩 刘禹彤 韩俊 袁学斌 星发辉
受保护的技术使用者：青海大学 国网青海省电力公司
技术研发日：2023.01.06
技术公布日：2023/7/13