汽轮发电机组调速系统的低频振荡的监测方法和系统的制作方法
【专利摘要】本发明提供一种汽轮发电机组调速系统的低频振荡的监测方法和系统，其方法包括步骤：获取汽轮发电机组的调速系统侧的原始功率信号和原始阀门开度信号，分别对所述原始功率信号和所述原始阀门开度信号进行降采样率处理，得到功率信号和阀门开度信号；分别对所述功率信号和所述阀门开度信号进行Wigner-Ville分布变换，得到所述功率信号的能量的第一时频分布特性和所述阀门开度信号的能量的第二时频分布特性；根据所述第一时频分布特性和所述第二时频分布特性对汽轮发电机组调速系统的低频振荡进行监测，采用本发明方案，实现了对汽轮发电机组调速系统的低频振荡的有效的、实时的监测，可以提高经济效益，保证电网安全。
【专利说明】汽轮发电机组调速系统的低频振荡的监测方法和系统
【技术领域】
[0001]本发明涉及电力【技术领域】，特别是涉及一种汽轮发电机组调速系统的低频振荡的监测方法和系统。
【背景技术】
[0002]低频振荡现象在各大区域电网中时有发生，严重影响电网的安全稳定运行。对电力系统低频振荡进行有效的监测是分析和抑制低频振荡的基础。目前，对电力系统低频振荡的监测主要是基于广域测量系统(Wide Area Measurement System,WAMS)。广域测量系统由同步相量测量单元(Phasor Measurement Unit,PMU)、通信网络、WAMS主站构成。在电网主要的变电站和发电厂均安装了 PMU装置，通过测量线路和发电机功率、电压等物理量可以从全网的角度对低频振荡现象进行有效的监测。通常采用PRONY算法可以获得低频振荡的幅值、频率、阻尼比、衰减因子等特征。
[0003]随着火力发电厂汽轮发电机调速控制系统的快速发展,调速系统动态对电力系统小扰动动态稳定性具有显著的影响。汽轮发电机调速系统参数设置不当或者存在低频振荡频率范围内的扰动源，都可能引发电力系统低频振荡，严重威胁汽轮发电机组合电网的安全，国内外多次发生低频振荡导致系统解列的恶性事故，造成了巨大的经济损失。然而，目前从汽轮发电机调速系统侧进行低频振荡监测还没有得到重视。这对于电力系统低频振荡机理的研究和防控措施的制定是不利的，迫切需要研究汽轮机调速系统侧低频振荡监测方式。
【发明内容】
[0004]本发明的目的在于提供一种汽轮发电机组调速系统的低频振荡的监测方法和系统，可以提高经济效益，保证电网安全。
[0005]本发明的目的通过如下技术方案实现:
[0006]一种汽轮发电机组调速系统的低频振荡的监测方法，包括如下步骤:
[0007]获取汽轮发电机组的调速系统侧的原始功率信号和原始阀门开度信号，分别对所述原始功率信号和所述原始阀门开度信号进行降采样率处理，得到功率信号和阀门开度信号;
[0008]分别对所述功率信号和所述阀门开度信号进行Wigner-Ville分布变换，得到所述功率信号的能量的第一时频分布特性和所述阀门开度信号的能量的第二时频分布特性；
[0009]根据所述第一时频分布特性和所述第二时频分布特性对汽轮发电机组调速系统的低频振荡进行监测。
[0010]一种汽轮发电机组调速系统的低频振荡的监测系统，包括:
[0011]预处理模块，用于获取汽轮发电机组的调速系统侧的原始功率信号和原始阀门开度信号，分别对所述原始功率信号和所述原始阀门开度信号进行降采样率处理，得到功率信号和阀门开度信号；
[0012]分布变换模块,用于分别对所述功率信号和所述阀门开度信号进行Wigner-Ville分布变换，得到所述功率信号的能量的第一时频分布特性和所述阀门开度信号的能量的第二时频分布特性；
[0013]监测模块，用于根据所述第一时频分布特性和所述第二时频分布特性对汽轮发电机组调速系统的低频振荡进行监测。
[0014]依据上述本发明的方案，其是分别对获取的汽轮发电机组的调速系统侧的原始功率信号和原始阀门开度信号进行降采样率处理，得到功率信号和阀门开度信号，再分别对所述功率信号和所述阀门开度信号进行Wigner-Ville分布变换，得到所述功率信号的能量的第一时频分布特性和所述阀门开度信号的能量的第二时频分布特性，并根据所述第一时频分布特性和所述第二时频分布特性对汽轮发电机组调速系统的低频振荡进行监测，由于对原始功率信号和原始阀门开度信号进行了降采样率处理，降低了数据处理量，且由于分别对所述功率信号和所述阀门开度信号进行Wigner-Ville分布变换，得到了第一时频分布特性和第二时频分布特性，并基于该第一时频分布特性和所述第二时频分布特性汽轮发电机组调速系统的低频振荡进行监测，便于监测，因此，采取本发明方案可以从调速系统侧对低频振荡进行有效的、实时的监测，可以提高经济效益，保证电网安全。
【专利附图】
【附图说明】
[0015]图1为本发明的汽轮发电机组调速系统的低频振荡的监测方法的实施例的流程示意图；
[0016]图2为图1中的步骤S103在其中一个实施例中的细化流程示意图；
[0017]图3为本发明的汽轮发电机组调速系统的低频振荡的监测系统的实施例的结构示意图；
[0018]图4为图3中的检测模块在其中一个实施例中的细化结构示意图；
[0019]图5为本发明的汽轮发电机组调速系统的低频振荡的监测方法在应用到其中一个具体示例中的原理示意图；
[0020]图6为图5的具体示例中的原始功率信号对应的振荡曲线；
[0021]图7为图5的具体示例中的功率信号对应的振荡曲线；
[0022]图8为图5的具体示例中的第一时频分布特性的能量分布图；
[0023]图9为图5的具体示例中的第一时频分布特性的两个能量等高线图；
[0024]图10为图5的具体示例中的阀门开度信号对应的振荡曲线；
[0025]图11为图5的具体示例中的第二时频分布特性的能量分布图；
[0026]图12为图5的具体示例中的第二时频分布特性的两个能量等高线图。
【具体实施方式】
[0027]为使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步的详细说明。应当理解，此处所描述的【具体实施方式】仅仅用以解释本发明，并不限定本发明的保护范围。
[0028]在下述说明中，首先针对本发明的汽轮发电机组调速系统的低频振荡的监测方法的实施例进行说明，其次对本发明的汽轮发电机组调速系统的低频振荡的监测系统的各实施例进行说明。
[0029]参见图1所示，图1为本发明的汽轮发电机组调速系统的低频振荡的监测方法实施例的流程示意图。如图1所示，本实施例的汽轮发电机组调速系统的低频振荡的监测方法包括如下步骤:
[0030]步骤SlOl:获取汽轮发电机组的调速系统侧的原始功率信号和原始阀门开度信号，分别对所述原始功率信号和所述原始阀门开度信号进行降采样率处理，得到功率信号和阀门开度信号；
[0031]原始功率信号和原始阀门开度信号可以从PMU装置获取，但原始功率信号和原始阀门开度信号的采样频率较高，数据量较大，不利于信号的实时分析，而低频振荡的频率一般为0.1Hz?2.5Hz,因此，在本实施例中，是根据采样定理分别对所述原始功率信号和所述原始阀门开度信号进行降采样率处理，可以加快对信号的处理速度，实现对低频振荡的实时监测；
[0032]因此，一般需要先确定所述降采样率处理所要达到的信号采样率，然后再根据该信号采样率对所述原始功率信号和所述原始阀门开度信号进行降采样率处理，为此，在其中一个实施例中，在分别对所述原始功率信号和所述原始阀门开度信号进行降采样率处理前，还可以包括步骤:根据fs = kfmax确定所述降采样率处理所要达到的信号采样率，其中，fs为所述信号采样率；fmax为所述原始功率信号或者所述原始阀门开度信号中包含的最高振荡频率，k为常数，一般取5?10 ;
[0033]对于原始功率信号和原始阀门开度信号，降采样率处理所要达到的信号采样率可以是不同的，但为了加快处理速度，一般二者降采样率处理所要达到的信号采样率是相同的，同时fmax可以直接取2.5Hz，或者将fmax设定为其他定值，由于不需要对所述原始功率信号和所述原始阀门开度信号的最高振荡频率进行检测，因而，也可以提高处理速度；
[0034]此外，为了提高计算精度，也可以在进行后续步骤之前，先分别对功率信号和阀门开度信号进行归一化处理，在后续处理过程中可以用归一化后的功率信号和阀门开度信号;
[0035]步骤S102:分别对所述功率信号和所述阀门开度信号进行Wigner-Ville分布(维纳分布，WVD)变换，得到所述功率信号的能量的第一时频分布特性和所述阀门开度信号的能量的第二时频分布特性；
[0036]火力发电厂大容量汽轮发电机组低频振荡过程中振荡信号是不能用确定的数学关系式来描述的，其分布参数或者分布律随时间发生变化的信号，属于非平稳随机信号，在本实施例中，是分别对所述功率信号和所述阀门开度信号进行Wigner-Ville分布变换，得到所述功率信号的能量的第一时频分布特性和所述阀门开度信号的能量的第二时频分布特性；
[0037]Wigner-Ville分布变换是用于处理非平稳信号或解析信号的重要工具；
[0038]其中，分别对所述功率信号和所述阀门开度信号进行Wigner-Ville分布变换一般可以通过下述的两种方式中的任意一种方式实现:
[0039]方式一:
[0040]分别根据如下公式(I)确定所述第一时频分布特性和所述第二时频分布特性；
【权利要求】
1.一种汽轮发电机组调速系统的低频振荡的监测方法，其特征在于，包括如下步骤: 获取汽轮发电机组的调速系统侧的原始功率信号和原始阀门开度信号，分别对所述原始功率信号和所述原始阀门开度信号进行降采样率处理，得到功率信号和阀门开度信号；分别对所述功率信号和所述阀门开度信号进行Wigner-Ville分布变换，得到所述功率信号的能量的第一时频分布特性和所述阀门开度信号的能量的第二时频分布特性；根据所述第一时频分布特性和所述第二时频分布特性对汽轮发电机组调速系统的低频振荡进行监测。
2.根据权利要求1所述的汽轮发电机组调速系统的低频振荡的监测方法，其特征在于，根据所述第一时频分布特性和所述第二时频分布特性对汽轮发电机组调速系统的低频振荡进行监测包括步骤: 根据所述第一时频分布特性判断所述功率信号是否发生低频振荡，若发生低频振荡，则根据所述第一时频分布特性确定对应所述功率信号的第一振荡发生时间和第一主振荡频率，并进行振荡预警； 根据所述第二时频分布特性确定对应所述调门开度信号的第二振荡发生时间和第二主振荡频率； 判断所述第二主振荡频率与所述第一主振荡频率的差值是否在预设范围内，并判断所述第二振荡发生时间是否早于所述第一振荡发生时间； 若所述差值在预设范围内且所述第二振荡发生时间早于所述第一振荡发生时间，则确定为所监测到的低频振荡是由所述调速系统引起。
3.根据权利要求1所述的汽轮发电机组调速系统的低频振荡的监测方法，其特征在于，在分别对所述原始功率信号和所述原始阀门开度信号进行降采样率处理前，还包括步骤: 根据fs = kfmax确定所述降采样率处理所要达到的信号采样率，其中，fs为所述信号采样率为所述原始功率信号或者所述原始阀门开度信号中包含的最高振荡频率，k取5~10。
4.根据权利要求1所述的汽轮发电机组调速系统的低频振荡的监测方法，其特征在于，所述分别对所述功率信号和所述阀门开度信号进行Wigner-Ville分布变换包括步骤: 分别根据
确定所述第一时频分布特性和所述第二时频分布特性； 其中，Wx(Q，t)表示第一时频分布特性或所述第二时频分布特性，t为时间，x(t)表示功率信号或者阀门开度信号，x*(t- τ /2)为x(t_ τ /2)的共轭函数； 或者 分别根据
成确定所述第一时频分布特性和所述第二时频分布特性； 其中，Wx(Q，t)表示第一时频分布特性或所述第二时频分布特性，Ω为频率，Χ(Ω)表示功率信号或者阀门开度信号，Χ*(Ω_ζ/2)为Χ(Ω-ζ/2)的共轭函数。
5.根据权利要求4所述的汽轮发电机组调速系统的低频振荡的监测方法，其特征在于，所述分别对所述功率信号和所述阀门开度信号进行Wigner-Ville分布变换还包括步骤: 根据所述功率信号的解析信号消除所述第一时频分布特性的耦合项，根据所述阀门开度信号的解析信号消除所述第二时频分布特性的耦合项；其中，所述耦合项为所述功率信号或者阀门开度信号为多个分量的叠加而产生的，s(t) =x(t)+jH[x(t)], s(t)为解析信号，H [χ (t)]是 χ (t)的 Hi Ibert 变换； 或者 通过
消除所述耦合项，其中，h( τ )为窗函数。
6.一种汽轮发电机组调速系统的低频振荡的监测系统，其特征在于，包括: 预处理模块，用于获取汽轮发电机组的调速系统侧的原始功率信号和原始阀门开度信号，分别对所述原始功率信号和所述原始阀门开度信号进行降采样率处理，得到功率信号和阀门开度信号； 分布变换模块，用于分别对所述功率信号和所述阀门开度信号进行Wigner-Ville分布变换，得到所述功率信号的能量的第一时频分布特性和所述阀门开度信号的能量的第二时频分布特性； 监测模块，用于根据所述第一时频分布特性和所述第二时频分布特性对汽轮发电机组调速系统的低频振荡进行监测。
7.根据权利要求6所述的汽轮发电机组调速系统的低频振荡的监测系统，其特征在于，所述监测模块包括: 监测单元，用于根据所述第一时频分布特性判断所述功率信号是否发生低频振荡，若发生低频振荡，若发生低频振荡，则根据所述第一时频分布特性确定对应所述功率信号的第一振荡发生时间和第一主振荡频率，并进行振荡预警； 处理单元，用于根据所述第二时频分布特性确定对应所述调门开度信号的第二振荡发生时间和第二主振荡频率， 判断单元，用于判断所述第二主振荡频率与所述第一主振荡频率的差值是否在预设范围内，并判断所述第二振荡发生时间是否早于所述第一振荡发生时间； 信息确定单元，用于在所述判断单元的判定结果为所述差值在预设范围内且所述第二振荡发生时间早于所述第一振荡发生时间时，确定为所监测到的低频振荡是由所述调速系统引起。
8.根据权利要求6所述的汽轮发电机组调速系统的低频振荡的监测系统，其特征在于: 所述预处理模块还用于根据fs = kfmax确定所述降采样率处理所要达到的信号采样率，其中，fs为所述信号采样率；fmax为所述原始功率信号或者所述原始阀门开度信号中包含的最高振荡频率，k取5~10。
9.根据权利要求6所述的汽轮发电机组调速系统的低频振荡的监测系统，其特征在于: 所述分布变换模块分别根据
确定所述第一时频分布特性和所述第二时频分布特性，其中，WX(Q，t)表示第一时频分布特性或所述第二时频分布特性，t为时间，x(t)表示功率信号或者阀门开度信号，x*(t- τ /2)为x(t_ τ /2)的共轭函数； 或者 所述分布变换模块分别根据,、机
(确定所述第一时频分布特性和所述第二时频分布特性，其中，WX(Q，t)表示第一时频分布特性或所述第二时频分布特性，Ω为频率，Χ(Ω)表示功率信号或者阀门开度信号，Χ*(Ω-ζ/2)为Χ(Ω-ζ/2)的共轭函数。
10.根据权利要求9所述的汽轮发电机组调速系统的低频振荡的监测系统，其特征在于: 所述分布变换模块通过根据所述功率信号的解析信号消除所述第一时频分布特性的耦合项，根据所述阀门开度信号的解析信号消除所述第二时频分布特性的耦合项；其中，所述耦合项为所述功率信号或者阀门开度信号为多个分量的叠加而产生的，s(t)=X (t) + jH [X (t) ], S (t)为解析信号，H [X ⑴]是 X (t)的 Hi Ibert 变换; 或者 所述分布变换模块通过
消除所 述率禹合项，其中，h( τ )为窗函数。
【文档编号】G01R31/00GK104133129SQ201410326585
【公开日】2014年11月5日 申请日期:2014年7月9日 优先权日:2014年7月9日
【发明者】蔡笋, 邓小文, 徐衍会, 邓少翔, 谭金, 金格 申请人:广东电网公司电力科学研究院, 华北电力大学