1、廣域測量系統（WAMS）技術手冊低頻振蕩及擾動識別1. 在線擾動識別1.1. 短路擾動識別1.1.1. 主要功能短路擾動識別根據PMU量測的三相電壓和三相電流相量，提取表征短路擾動的特征信息，對電網中發生的短路故障的類型、相別、重合閘類型、重合成功與否等信息進行在線識別，并發出告警，主要包括以下功能：1） 雙端有PMU量測的線路發生短路故障，準確定位故障線路、故障類型；2） 單端有PMU量測的線路發生短路故障，準確定位故障線路、故障類型；3） 分析識別出以下短路信息a) 短路類型，包括單相接地短路、兩相短路、兩相接地短路、三相短路、三相接地短路b) 故障相c) 故障時間d) 負荷電流e) 短路

2、電流f) 重合閘時間g) 重合閘成功與否h) 重合閘失敗調三相時間4） 觸發長期保存時間序列歷史數據。當采用量測CT時，受CT飽和特性的影響，對單端有PMU的線路，基于距離保護原理的短路識別會存在較大誤差。1.1.2. 技術原理1) 單端有PMU量測的短路識別-曲線特征法通過短路過程中三相電流、三相電壓幅值變化的邏輯特征及順序進行判斷。詳細算法實現如下：1、 線路判為短路的電流啟動條件1） 突變電流大于或等于300A，參數值300A可設置調整；2）|Ia+Ib+Ic|=3|I0|大于等于300A，參數值300A可設置調整；當滿足以上兩個條件中的任一條件時，則判斷該線路可能發生短路；具體是否是真

3、實的短路，由接下來的幾個條件綜合起來判斷確定。2、 在判斷線路發生疑似短路的情況下，確定線路發生真實短路的條件1） 故障期間，相電壓小于額定電壓的0.8到0.85倍，參數值0.80.85可設置調整；2） 故障期間，相電流小于300A，參數值300A可進行設置調整；3）低電壓和低電流持續時間在200ms到300ms之間，低電壓和低電流的持續時間可分開進行設置，以更符合實際發生短路的過程；同時滿足以上三個條件后，被判為發生疑似短路的線路才會被確認為發生真實的短路故障。邏輯圖如下所示：圖3-1 短路判據邏輯圖重合閘情況判斷：根據短路故障后，線路電流發生變化的事件序列情況，判斷線路是否存在重合閘，以及

4、重合閘的結果。重合閘相別：對于單相短路故障，在對故障相進行第3步計算的同時，對非故障相檢查是否有，即判斷非故障相是否有斷開現象，從而判斷是單相重合閘還是三相重合閘。2) 雙端有PMU量測線路的短路識別-差動保護算法雙端有PMU量測線路的短路識別的主要步驟如下：l 相別判斷：在線掃描各雙端有PMU線路的每相，若下式成立(3.1)則可判定該線路該相發生短路，其中、分別為線路首末端電流。由此判斷出單相短路、兩相接地或相間短路、三相接地或相間短路及其相別。全網掃描時間間隔越短越好，但是由于目前判斷結果不用于其它決策計算，因此可由機器的計算能力來定，例如取為1秒。l 是否接地判斷：對于上述的兩相短路和三

5、相短路，若下式(3.2)其中Iset為一較大電流值，則為接地短路，否則為相間短路。l 重合閘動作情況：從短路時刻開始，每20ms數據點對故障線路的各相用下式(3.3)檢查是否有故障電流，以及用下式(3.4)檢查線路是否斷開，其中Izero為線路開斷后可能的最大充電電流并考慮電流量測誤差。在從故障發生開始的2秒鐘內，根據故障線路電流發生的事件序列情況，判斷重合閘情況，典型的事件序列如下：重合閘失敗事件序列：故障電流-線路斷開-故障電流-線路斷開；重合閘成功事件序列：故障電流-線路斷開-正常電流（兩個判別式均不成立）；直接跳閘事件序列：故障電流-線路斷開；各段保護均失靈（含開關拒動）事件序列：故障

6、電流持續。l 重合閘相別：對于單相短路故障，在對故障相進行第3步計算的同時，對非故障相檢查是否有(3.5)即判斷非故障相是否有斷開現象，從而判斷是單相重合閘還是三相重合閘。電壓等級(kV) 接地電流幅值閾值(A) 短路電流幅值閾值(A) 零電流閾值（A） 1050 300 800 150 1000 300 800 150 750 300 800 150 525 300 800 150 500 300 800 150 330 300 800 150 230 300 800 150 220 300 800 150 3) 短路擾動識別流程該模塊把線路分為單端PMU類型和雙端PMU類型，分別分析處理，

7、具體的處理邏輯如3-2圖 3-2 短路擾動識別邏輯圖1.1.3. 技術特點在調度中心基于廣域測量系統的實時動態相量數據進行在線短路擾動的識別，通過在線告知調度員短路的具體位置、相別、時間、重合閘類型以及成功與否，幫助調度員及時了解電網中開關動作的原因以及電網中的故障狀態，克服了傳統調度中心中調度員只能在線獲取開關和保護裝置動作狀態，而不能知道原因的缺點，從而輔助調度員做出正確的安全穩定控制決策。基于差動保護和距離保護的原理分別給出了線路兩端有PMU和僅一端具有PMU情況下的短路擾動識別方法。 1.2. 機組出線跳閘識別1.2.1. 主要功能機組出線跳閘識別根據PMU量測的機組電流相量、有功功率

8、，監視機組停機情況，并區分故障跳閘停機和其他停機情況，對故障跳閘情況發出告警，主要包括以下功能：1） 識別發電機停運情況；2） 通過有功功率變化過程判斷機組停機是否屬于故障跳閘引起的停機；3） 對可能產生的電磁感應導致的電流殘值進行過濾，避免因殘值造成發電機停機誤判；4） 觸發長期保存時間序列歷史數據。1.2.2. 技術原理機組出線量測同時滿足以下條件時，判斷機組出線跳閘。（1）機組設備正常運行;（2）有功突變至零功率(閾值可設置，默認零功率值為15MW)并保持; (3) 機組突變量要求是機組額定出力的0.1倍，可設置；（4）機組有功突變前高于機組有功下限；檢測邏輯如圖3-3所示： 圖3-3

9、機組跳閘檢測邏輯具體檢測參數：圖3-4 檢測參數配置表含義解釋如下：(1)有功下限值：每臺機組的有功下限值等于發電機組表中額定容量*0.9*機組有功下限系數值，其中機組有功下限系數根據機組的類型分為“機組切機-火電有功下限系數”和“機組切機-水電有功下限系數”，默認值分別為0.4和0.2;(2)、突變功率：機組有功突變至零功率時的突變功率不小于發電機組表中額定容量*0.9*突變系數;(3)、零功率：默認設置成15MW;(4)、防誤報處理參數：針對因PMU子站數據或通信等原因導致的短時頻繁歸零的問題，對告警做了延遲處理，延遲告警時間默認為5秒，可設置，但建議該值不宜設置過長；并且對于機組連續兩次

10、告警時間也做了限定，默認值為300秒，可設置;1.2.3. 技術特點本功能使得控制中心的調度人員實現對線路跳閘引起的發電機非正常停機進行識別，從而可以采取合理的電網控制措施，及時恢復停機機組的運行。1.3. 在線低頻振蕩監視與分析1.3.1 主要功能在線低頻振蕩檢測功能監視來自基礎平臺的實時動態數據，實時分析電網低頻振蕩特性，識別主導振蕩模式，計算PMU布點范圍內的廠站（或機組）相關因子、振蕩中心大致區域等，幫助調度員及時了解電網低頻振蕩特性，為進行低頻振蕩抑制提供依據。1) 實時監視：在線低頻振蕩監視模塊實時監視系統的動態數據，在檢測到系統發生振蕩時，當振蕩頻率、振蕩幅值和持續時間都滿足預置

11、要求時，發出低頻振蕩告警信息；在低頻振蕩事件的發生發展過程中，持續給出振蕩告警信息，含有當前振幅最大線路的振幅和振蕩頻率；對振蕩模式進行識別，模式信息包括振蕩頻率、幅值、阻尼比； 2) 離線分析：低頻振蕩離線分析工具以PRONY、FFT等算法對振蕩事件數據進行詳細分析，并提供分析結果擬合曲線和原始曲線比較的功能。1.3.2 工作原理1) 低頻振蕩檢測原理發電機的運動方程如下 （2.1）在系統發生低頻振蕩時，對某一振蕩頻率模式i同樣有 （2.2）在一般情況下，可以認為原動機輸入的機械轉矩中沒有該振蕩模式，即Tmi=0；若阻尼系數KDi和都很小，則角加速度與電磁轉矩成正比；又電磁轉矩和電磁功率Pe

12、i成正比，因此i振蕩模式角加速度與i模式電磁功率Pei成正比，Pei也就是該節點的i模式振蕩功率。可見發電機與系統間交換的電磁振蕩功率，主要由其轉子反復加減速的動能轉化而成；當>0時，轉子加速，頻率升高，該節點從系統吸收功率Pei；當<0時，轉子減速，頻率降低，該節點向系統注入功率-Pei。上述電網中的振蕩功率必然對應一對吸收功率和放出功率的區域，即一對頻率增加和減少的區域。兩個區域間的斷面就是系統的最薄弱環節，例如若某聯絡線相對于要傳輸的功率其電抗過大，阻礙了功率的迅速交換，導致線路一側功率過剩，另一側功率不足，從而形成加減速不同的區域界面。由于實際PMU量測中角加速度即單位時間

13、頻率變化信號在小幅度振蕩時受噪聲信號影響較大，根據頻率信號與角加速度信號在相位上相差90°的原理。在進行節點間相位比較時，也可用頻率信號代替角加速度信號。2) 頻譜分析算法低頻振蕩分析的基礎是頻譜分析方法。常用的對實測信號進行頻譜分析的方法主要有離散傅里葉變換法、小波分析法和Prony法。但是前兩者存在難以提取振蕩信號的衰減特征等局限性，而Prony方法可以確定系統振蕩頻率、幅值和相位，并定量分析系統振蕩的阻尼問題。因此在電力系統低頻振蕩的信號分析中廣泛應用Prony方法，提取曲線的振蕩特征。Prony方法使用一個指數函數的線性組合來描述等間距采樣數據的數學模型。經過適當的擴充后，P

14、rony法可用來估計功率譜密度，即所謂的擴展Prony方法。針對等間距的采樣點，擴展的Prony方法假定的數學模型是一組具有任意振幅、相位、頻率和衰減因子的P個指數函數，其離散時間的函數形式 （2.3）更一般地，假定是復數，且 （2.4） （2.5）其中，為振幅，為相位（單位為弧度），是衰減因子，表示振蕩頻率，表示采樣間隔。這時，使式（2.3）所示的誤差平方和最小可以求出。 （2.6）在應用Prony法進行實際電力系統信號的分析時應注意以下幾點應用限制：（1）Prony算法是一種對平穩信號進行分析的方法，在系統振蕩過程中的非平穩性，必然會使該方法的分析結果產生較大誤差。為了限制這種誤差，在非平

15、穩振蕩過程中應盡可能將分析的窗口縮小。（2）分析窗口的數據記錄長度至少包括已知最低頻率模式的兩個周期，即Pe-max=N/2。（3）信噪比rSNR要足夠大，通常應大于40dB，否則Prony分析的誤差過大。信噪比的計算方法如下： （2.7）式中y為等間距采樣的數學模型，yi為輸入信號，rms表示求取均方根的計算。3) 基于有功功率的振蕩初檢測由于有功功率是系統中的功率振蕩現象直接反映，并且有功信號變化范圍大，分辨率高，因此我們通過在線掃描各線路中的有功功率來確定電網中是否有低頻振蕩發生。當某線路振蕩功率經經驗模態分解出的某一振蕩模式的峰峰值超過閾值50MW，并且持續5個周波以上，則認為系統中發生了一次較為激烈的低頻振蕩，當振蕩模式的峰峰值低于閾值50MW時，認為振蕩平息。4) 節點振蕩同調性分析采用前述的方法將低頻振蕩檢測出后，并不能告訴調度員參與振蕩各機組間或節點間的振蕩關系，調度員難以判斷振蕩的起因，從而妨礙進一步采取正確的消除或抑制振蕩的措施。節點振蕩同調性分析模塊根據在各個振蕩模式下各個節點的振蕩曲線的相位關系，對各振蕩模式下的節點按同調關系分群