CN103178520B - 基于scada数据实时监测电力***功率振荡的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明是一种基于SCADA数据实时监测电力***功率振荡的方法。包括有如下步骤：1）调用EMS***的实时库接口，获得电力设备的有功值；2）调用振荡特征迭代函数，在前一状态的基础上输入新的数据，对某个电网设备有功来回摆动的特征量进行计算，与预先设置的定值进行比较后返回设备的状态；3）检验本端的对端设备是否也同时被标识为振荡状态，如果是，则认为电力***正在发生功率振荡；4）如果***发生功率振荡，调用EMS***的告警接口，发出告警。本发明提高数据准确率，提高实用化水平，并大大节省投资。是一种方便实用的基于SCADA数据实时监测电力***功率振荡的方法。
Description
技术领域
本发明是一种基于SCADA数据实时监测电力***功率振荡的方法，属于基于SCADA数据实时监测电力***功率振荡的方法的创新技术。
背景技术
在电力***中，发电机经输电线路并列运行供电时，在某些运行状态下可能出现发电机转子之间的持续振荡，同时引起母线电压和输电线路上功率发生相应的振荡，影响了功率的正常输送，严重时电力***将会发生失去同步直至崩溃的严重后果。由于这种持续振荡的频率很低，一般在0.1～2.5Hz之间,通常称之为低频振荡,由于直接起因涉及到同步发电机转子间的摇摆,且表现为电气功率的波动,故又称为机电振荡或功率振荡。
功率振荡严重威胁电网的稳定和安全，如何在运行中对振荡的产生进行实时监视具有重大意义。以前的解决方案是利用广域测量技术，也就是使用PMU（phasor measurement unit，相量测量单元）数据进行在线动态安全分析，例如：使用Prony算法直接计算出电力***低频振荡信号的频率、幅值、初相位和衰减等振荡特征,进而判断***是否正在发生低频振荡。
使用PMU数据监测电力***功率振荡在实际应用中存在以下几个问题和不足：
1）PMU布点有限，监测范围不全
SCADA(Supervisory Control And Data Acquisition，即数据采集与监视控制)***，通过安装在发电厂或变电站的一种远动装置RTU (Remote Terminal Unit，远程终端装置）采集电网数据，是当前所有电力调度的实时监视***即EMS（Energy Management System,能量管理***）***所采用的数据采集架构。所以，SCADA数据覆盖EMS***接入的所有厂站。
与RTU相反，PMU并不是厂站建设的常规采集装置，是需要专门部署，一般只部署在稳定问题比较突出的厂站，近期国内电力***虽然加大投资，接入了大量PMU装置，但PMU布点有限，监测范围不全的问题仍然非常突出。
2）维护不到位，数据准确率不高
由于PMU是远端数据采集的附加设备，对电网实时运行影响不大，站端的运行人员重视程度较低，而且对装置的理解不够和操作存在偏差，往往会引起数据的问题。
主站端往往通过建设专门的WAMS (Wide Area Measurement System，广域监测***)***来接入PMU数据，与EMS***难以集成，而且这些***通常缺乏专业人员，维护难以到位。
3）技术复杂，实用化难度大
PMU需要部署装置在站端，与厂站的一次设备连接方可获得采集量，还需建立专门的通道与主站***连接，相当于重新部署一套完整的数据采集架构，而且主站还需要建设专用的WAMS***对数据进行处理和分析，技术非常复杂。
主站***的应用分析采用较为复杂的算法，当前研究低频振荡的分析研究非常多，但是都必须以数据的完整性和准确性为基础，但正因为这方面的缺失导致各种算法理论最终无法正确运行，再加上***在用户体验及集成方面存在问题，往往难以实用化。
4）实施成本过高
广域监测***需要重新搭建数据采集架构，厂站需要专门部署PMU装置，主站***应用复杂，必然导致实施成本大大增加。
发明内容
本发明的目的在于考虑上述问题而提供一种提高数据准确率，提高实用化水平，并大大节省投资的基于SCADA数据实时监测电力***功率振荡的方法。
本发明的技术方案是：本发明的基于SCADA数据实时监测电力***功率振荡的方法，包括有如下步骤：
1）调用EMS***的实时库接口，获得电力设备的有功值；
2）调用振荡特征迭代函数，在前一状态的基础上输入新的数据，对某个电网设备有功来回摆动的特征量进行计算，与预先设置的定值进行比较后返回设备的状态；
3）检验本端的对端设备是否也同时被标识为振荡状态，如果是，则认为电力***正在发生功率振荡；
4）如果***发生功率振荡，调用EMS***的告警接口，发出告警。
上述步骤1）所述的电力设备包括输电线路、发电机组、变压器。
上述步骤2）中所述的振荡特征迭代函数是一个状态迭代函数。
上述步骤2）中所述的设备状态包括：振荡开始、正在振荡、振荡结束、正常。
上述步骤3）中的检验旨在排除个别数据采集问题引起的误判。
上述步骤4）中，如果***发生功率振荡，调用EMS***的告警接口，发出语音、短信告警。
上述步骤4）中，告警时，上重要告警窗，调取数据库接口，写入告警记录及相关事件记录，用于分析事件的曲线。
本发明与现有技术相比，具有如下有益效果：
1）本发明使用SCADA数据，开发实现电力***功率振荡的实时监测功能，解决WAMS***监测范围不全、数据准确率不高的问题。
2）本发明直接在EMS***上开发实现功率振荡的实时监测功能，不需要部署专用的数据采集装置相量测量单元（PMU）及广域测量***（WAMS），即可以实现电力***功率振荡实时监测，简化技术实现，提高实用化水平，并节省大量投资。
3）本发明使用状态迭代函数的方式，只需要使用设备功率当前值即可计算出设备功率状态，不需要保存和处理一个时间窗口的数据，解决了以往大规模数据保存和扫描方案存在的问题。
4）本发明只使用了最常规的RTU/SCADA数据，覆盖了电力调度机构的电网监视范围，把功率振荡监测范围扩展到最大，消除了PMU装置布点不全带来的盲点。
5）本发明技术实现简单实用，可以直接在EMS***上开发应用，改造工作量非常小，加上EMS***及其数据维护普遍比较到位，所以该技术更易于实用化。
本发明是一种方便实用的基于SCADA数据实时监测电力***功率振荡的方法。
附图说明
图1为本发明振荡特征迭代函数流程图；
图2为本发明基于SCADA数据实时监测电力***功率振荡的方法的实现示意图。
具体实施方式
下面是本发明的一个优选实施例，本发明的特征、目的和优点可以从实施例的说明和附图中看出。
1、本方法披露了一种振荡特征迭代函数，说明如下：
图1是振荡特征迭代函数流程图，该特征函数是一个状态迭代函数，在前一状态的基础上输入新的数据，对某个电网设备有功来回摆动的特征量进行计算，与预先设置的定值进行比较后返回设备的状态。
函数的输入：(Pk,tk)，其中Pk是设备的有功值，tk是量测采集的时间。
判断当前数值是否极值点，
Pk ’·Pk-1 ’<0 (1)
其中：
Pk ’=
如果该点是极值点，式(2)、式(3)计算摆动的幅值和周期：
H=Pm-Pm-1 (2)
T=(tm-tm-1)*2 (3)
其中H是摆动的幅值，T是摆动的周期。
图中H>=CH&&T<=CT判断振幅和周期是否越限，越限则将该点视为振荡极值点，振荡极值点的计数i加1。
其中 CH和CT是设定的限值。
i是判断该设备量测状态的标致变量，i小于定值正常，i大于定值则表示正在振荡，i如果等于定值则表示振荡开始，振荡结束或正常则归0。
i即使达到限值，还须判断振荡中轴的斜率是否在限值范围内，以过滤类似机组有功突然拉升引起的误告警，中轴斜率如式(4)所示。
Kzd=(Pi-Pi-1)/(ti-ti-1) (4)
其中： Kzd是中轴斜率， Pi是最新的极值点有功， Pi-1是开始振荡极值点有功， ti、ti-1是极值点对应的时间。
振荡特征迭代函数的特点是不需要保存一个时间窗口的数据，使用有功当前值即可返回对应设备量测的状态，非常适合于大规模数据的扫描。因为只对量测曲线的特征量进行计算判断和记忆，***资源开销非常小，效率非常高，在实时***中可以通过不断的迭代，反映设备量测的当前状态；该函数也非常适合历史数据曲线特征按既定规则的判断，分析汇总设备量测在一段时间的变化情况。
2、基于SCADA数据实时监测电力***功率振荡的方法
该方法应用“振荡特征迭代函数”在EMS的实时***中开发应用，实现电力***功率振荡实时监测功能，如图2所示，该功能实现包括五个过程，分别是取数、调用、返回、检验确认和发出告警。
（1）取数
程序通过SCADA实时库接口获得发电机表、交流线端端点表、变压器表的有功量测当前值。全网设备一个断面的记录数可能达到上万条甚至数万条，这些记录需要设定足够的内存空间处理，小规模的应用可以通过条件缩小设备范围或人工预先定义配置表。
（2）调用
输入每个设备有功量测值和当前时间分别调用振荡特征迭代函数，计算设备的有功波动曲线特征值，从而判断对应设备的状态，这些特征和状态被记录下来，用于下一次迭代。
（3）返回
振荡特征迭代函数依次返回每一个设备当前的状态，包括：正常、振荡开始、正在振荡、振荡结束，这些状态将被用于之后的整个***状态的判断和校验。
（4）判断
如果所有设备的状态属于正常，则电力***被识别为正常，如果发现有设备属于振荡状态，则判断电力***发生了振荡。
（5）告警
电网发生振荡时发出实时告警，包括：语音、告警窗及短信告警，同时对振荡事件记录入库，以便现场或事后查阅曲线及相关记录。
3、结果验证
通过本方法开发实现的基于SCADA数据的低频振荡实时监测程序，2006年在南方电网电力调度控制中心（南网总调）EMS***中投运以来，每一次低频
通过本方法开发实现的基于SCADA数据的低频振荡实时监测程序，2006年在南方电网电力调度控制中心（南网总调）EMS***中投运以来，每一次低频振荡事件都准确发出告警，如：2006年8.29低频振荡事件，2007年2.26低频振荡事件，2008年4.21、8.25低频振荡事件，2010年5.07高频振荡事件、5.28低频振荡，2011年9.24低频振荡事件、11.19低频振荡事件，2012年2.28低频振荡等事件中，向调度员实时发出了告警。
综上所述，本发明与现有技术不同的技术特征是：
1)在此之前，所有监视电力***功率振荡的实现都是基于PMU数据的。本发明使用SCADA数据，设计通过曲线特征提取功率振荡特征值的理论方法，开发实现了电力***功率振荡的实时监测功能，解决WAMS***监测范围不全、数据准确率不高的问题。
2)本发明提出的状态迭代函数，该函数只需要使用设备功率当前值即可快速地计算出设备功率状态，不需要保存和处理一个时间窗口的数据，非常适合于大规模设备功率状态数据的扫描，解决了以往大规模数据保存和扫描方案存在的问题。
3)本发明实施的方法，包括取数、调用、返回、检验确认和发出告警过程，综合考虑了识别振荡和避免误报的要求，技术实现简单实用，可以直接在EMS***上开发应用，改造工作量非常小，更易于实用化。
Claims (2)
1.一种基于SCADA数据实时监测电力***功率振荡的方法，其特征在于包括有如下步骤：
1）调用EMS***的实时库接口，获得电力设备的有功值；
2）调用振荡特征迭代函数，在前一状态的基础上输入新的数据，对某个电网设备有功来回摆动的特征量进行计算，与预先设置的定值进行比较后返回设备的状态；
3）检验本端的对端设备是否也同时被标识为振荡状态，如果是，则认为电力***正在发生功率振荡；
4）如果***发生功率振荡，调用EMS***的告警接口，发出告警；
上述步骤1）所述的电力设备包括输电线路、发电机组、变压器；
上述步骤2）中所述的振荡特征迭代函数是一个状态迭代函数；
上述步骤2）中所述的设备状态包括：振荡开始、正在振荡、振荡结束、正常
上述步骤3）中的检验旨在排除个别数据采集问题引起的误判；
上述步骤4）中，如果***发生功率振荡，调用EMS***的告警接口，发出语音、短信告警。
2.根据权利要求1所述的基于SCADA数据实时监测电力***功率振荡的方法，其特征在于上述步骤4）中，告警时，上重要告警窗，调取数据库接口，写入告警记录及相关事件记录，用于分析事件的曲线。
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