电力系统次同步振荡成份的在线检测及滤除方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及电力领域，尤其涉及一种电力系统次同步振荡成份的在线检测及滤除 方法。
【背景技术】
[0002] 现有技术中，次同步振荡的监测方法主要是针对串联补偿引起的次同步谐振 (Sub-Synchronous Resonance，SSR)。监测只能在发电厂内就地进行，监测信号主要取自发 电机组，监测方法按测量信号的不同可分为机械量测量和电气量测量两种测量方法。
[0003] 基于机械量测量的次同步振荡监测方法，利用发电机组在环境扰动激励下的转子 运动动态过程，识别次同步振荡模态。考虑了机械结构振动特性的大型发电机组本身就是 电网的一种"传感器"，对于次同步振荡，发电机组等值为多个集中质量块，区域电网等值为 一个集中质量块，发电机组轴系可灵敏感知该系统的振动。电网振荡的环境激励主要来自 负荷波动及噪声，即电网环境扰动将激励发电机组转子发生微小运动摄动，通过高灵敏度 的微弱信号检测方法可获得电网环境激励下的结构振动响应，通过基于随机减量技术的振 动噪声模态辨识方法可识别出该系统的多个振荡模态及阻尼。
[0004] 机械量测量方法，虽然能够实时就地判断某发电机轴系是否发生了谐振，但无法 做到预警，也无法为振荡源头的定位提供有效信息。对转速信号的监测使得该方法的应用 只能局限于发电机组，不能适应电力电子装置大规模应用的现状，无法实现全网范围内的 监测;主要只针对振荡模态进行精确检测，无法给出准确的振荡幅值和相位信息，从而无法 为次同步振荡源的定位提供依据;计算复杂，不能实现在线快速监测。
[0005] 现有基于电气量测量的次同步振荡监测方法在理论上能够提取电气振荡的模态， 并针对单台机组实现次同步振荡的预警，但现有的基于电气量测量的次同步振荡监测方 法，例如，Prony、小波分析、TLS-ESPRIT、神经网络等方法，均计算比较复杂，计算量大，且对 噪声和暂态过程比较敏感，很难真正实现次同步振荡的在线快速检测和实时预警。
【发明内容】
[0006] 本发明提供一种电力系统次同步振荡成份的在线检测及滤除方法，以解决现有技 术中的一项或多项缺失。
[0007] 本发明提供一种电力系统次同步振荡成份的在线检测方法，包括:获取一电网电 力信号，并从所述电网电力信号中滤除工频分量，以提取次同步振荡分量;通过傅里叶变换 对所述次同步振荡分量进行检测分析，生成所述次同步振荡分量的频率、幅值及相位。
[0008] -个实施例中，在从所述电网电力信号中滤除工频分量，以提取次同步振荡分量 之前，还包括:根据一设定采样频率，对包含工频成份和次同步振荡成份的所述电网电力信 号进行采样。
[0009] -个实施例中，从所述电网电力信号中滤除工频分量，以提取次同步振荡分量，包 括:根据所述工频成份的信号频率设定第一数据窗;根据所述第一数据窗对采样后的所述 电网电力信号进行滤波，以滤除工频分量，得到所述次同步振荡分量。
[0010] -个实施例中，通过傅里叶变换对所述次同步振荡分量进行检测分析，生成所述 次同步振荡分量的频率、幅值及相位，包括:计算所述次同步振荡分量的初始频率;根据所 述初始频率设定一数据窗宽度，并利用所述数据窗宽度和所述设定采样频率对所述次同步 振荡分量进行加窗处理;对加窗后的所述次同步振荡分量进行离散傅里叶变换DFT，得到所 述次同步振荡分量的频率、幅值及相位。
[0011] -个实施例中，计算所述次同步振荡分量的初始频率，包括:采用过零法计算所述 次同步振荡分量的初始频率。
[0012] -个实施例中，还包括:根据所述频率及所述设定采样频率判断所述数据窗宽度 是否等于所述次同步振荡分量的信号周期;若否，对所述次同步振荡分量的幅值及相位进 行修正，以分别减小由所述数据窗宽度和所述信号周期之间的差异所导致的幅值误差和相 位误差。
[0013] -个实施例中，所述电网电力信号为电流信号。
[0014] -个实施例中，根据所述第一数据窗对采样后的所述电网电力信号进行滤波，包 括:根据所述第一数据窗，利用一移动平均滤波器，对采样后的所述电网电力信号进行滤 波。
[0015] 本发明还提供一种电力系统次同步振荡成份的在线滤除方法，包括:获取一电网 电力信号，并从所述电网电力信号中提取次同步振荡分量;通过傅里叶变换对所述次同步 振荡分量进行检测分析，生成所述次同步振荡分量的频率、幅值及相位;根据所述频率设定 一第二数据窗;根据所述第二数据窗对包含工频成份和次同步振荡成份的所述电网电力信 号进行滤波，以滤除所述次同步振荡分量，得到工频分量。
[0016] -个实施例中，根据所述第二数据窗对包含工频成份和次同步振荡成份的所述电 网电力信号进行滤波，包括:根据所述第二数据窗，利用一移动平均滤波器，对包含工频成 份和次同步振荡成份的所述电网电力信号进行滤波。
[0017] -个实施例中，在从所述电网电力信号中提取次同步振荡分量之前，还包括:根据 一设定采样频率，对包含工频成份和次同步振荡成份的所述电网电力信号进行采样。
[0018] -个实施例中，从所述电网电力信号中提取次同步振荡分量，包括:根据所述工频 成份的信号频率设定第一数据窗;根据所述第一数据窗对采样后的所述电网电力信号进行 滤波，得到滤除所述工频成份后的次同步振荡分量。
[0019] -个实施例中，通过傅里叶变换对所述次同步振荡分量进行检测分析，生成所述 次同步振荡分量的频率、幅值及相位，包括:计算所述次同步振荡分量的初始频率;根据所 述初始频率设定一数据窗宽度，并利用所述数据窗宽度和所述设定采样频率对所述次同步 振荡分量进行加窗处理;对加窗后的所述次同步振荡分量进行离散傅里叶变换DFT，得到所 述次同步振荡分量的频率、幅值及相位。
[0020] -个实施例中，计算所述次同步振荡分量的初始频率，包括:采用过零法计算所述 次同步振荡分量的初始频率。
[0021] -个实施例中，还包括:根据所述频率及所述设定采样频率判断所述数据窗宽度 是否等于所述次同步振荡分量的信号周期;若否，对所述次同步振荡分量的幅值及相位进 行修正，以分别减小由所述数据窗宽度和所述信号周期之间的差异所导致的幅值误差和相 位误差。
[0022] -个实施例中，所述电网电力信号为电流信号。
[0023] -个实施例中，根据所述第一数据窗对采样后的所述电网电力信号进行滤波，包 括:根据所述第一数据窗，利用一移动平均滤波器，对采样后的所述电网电力信号进行滤 波。
[0024] 本发明实施例的次同步振荡成份在线检测方法，突破现有技术中想方设法从电网 电力信号中滤除次同步振荡信号的固化思维，通过专门从电网电力信号中提取出次同步振 荡分量，并分析出该次同步振荡分量的具体信息，包括频率、幅值及相位，即检测出电网电 力信号中的次同步振荡分量。利用该次同步振荡分量的具体信息可以对电网电力信号进行 各种必要的处理，例如根据该次同步振荡分量的具体信息从电网电力信号中快速滤除该次 同步振荡分量。现有技术中的机械测量方法，仅局限于对发电机转子转速信号的监测，不能 适应电力电子装置大规模应用的现状，而本发明实施例的次同步振荡成份的在线检测方 法，进行次同步振荡成份检测的信号可以是多种电力信号，是一种电气测量方法，能够实现 全网范围内的监测。现有技术中的次同步振荡检测方法，主要只针对振荡模态进行精确检 测，而本发明实施例的检测方法，能够给出准确的振荡幅值和相位信息，从而为次同步振荡 源的定位提供依据。现有的电气检测方法，选用直流电压、直流电流及交流电压有效值作为 分析信号，使得该方法只能适用于直流换流站，而本发明实施例的次同步振荡成份检测方 法所利用的电网电力信号，可以仅为多种电力信号中的一种，例如电压或电流，信号选用简 单，适用于全网检测。本发明实施例的次同步振荡成份滤除方法，根据上述次同步振荡分量 的频率、幅值及相位，滤除上述次同步振荡成份，能够有效抑制电力信号中次同步振荡成份 对工频信号的影响。
【附图说明】
[0025] 为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现 有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本 发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以 根据这些附图获得其他的附图。在附图中：
[0026] 图1是本发明实施例的电力系统次同步振荡成份的在线检测方法的流程示意图；
[0027] 图2是本发明另一实施例的电力系统次同步振荡成份的在线检测方法的流程示意 图；
[0028] 图3是本发明一实施例中从电网电力信号中提取次同步振荡分量的方法流程示意 图；
[0029] 图4是本发明一实施例中从电网电力信号中提取次同步振荡分量的方法流程示意 图；
[0030] 图5是本发明一实施例中工频分量和次同步振荡分量比值随次同步振荡频率变化 的曲线