電力系統(tǒng)寬頻錄波技術(shù)規(guī)范

附件3：

CSEE

中國電機(jī)工程學(xué)會標(biāo)準(zhǔn)

T/CSEEXXXX-YYYY

電力系統(tǒng)寬頻段錄波技術(shù)規(guī)范

XXXX-XX-XX發(fā)布XXXX-XX-XX實施

中國電機(jī)工程學(xué)會發(fā)布

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目次

前言........................................................................................II

1范圍.....................................................................................1

2規(guī)范性引用文件..........................................................................1

3術(shù)語和定義..............................................................................1

4符號、代號和縮略語.....................................................................2

5寬頻段錄波總體要求......................................................................3

6寬頻段錄波監(jiān)測范圍及計算分析方法.......................................................3

6.1寬頻段錄波監(jiān)測范圍.................................................................3

6.2寬頻段錄波計算分析方法.............................................................3

7寬頻段錄波子站技術(shù)要求.................................................................4

7.1寬頻段錄波子站監(jiān)測功能要求........................................................4

7.2寬頻段錄波子站數(shù)據(jù)處理要求.........................................................5

8寬頻段錄波數(shù)據(jù)分析與管理要求...........................................................5

8.1主站分析功能要求...................................................................5

8.1主站數(shù)據(jù)管理要求...................................................................5

附錄A（規(guī)范性附錄）寬頻段錄波系統(tǒng)典型架構(gòu).............................................6

附錄B（資料性附錄）寬頻錄波計算分析方法................................................7

編制說明...................................................................................13

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■1/,—1—

刖百

新能源大規(guī)模并網(wǎng)、高壓直流輸電以及FACTS的應(yīng)用為電網(wǎng)引入了大量換流器、逆變器等電力電

于設(shè)備，給電網(wǎng)注入大量諧波等寬頻信號，導(dǎo)致超低頻、次同步振蕩等擾動現(xiàn)象。因此，電力系統(tǒng)中除

低頻振蕩等傳統(tǒng)問題外，還面臨寬頻帶涉網(wǎng)穩(wěn)定新問題，對系統(tǒng)安全穩(wěn)定運行產(chǎn)生較大影響。

鑒于電網(wǎng)振蕩形式多樣，頻段分布較廣，需要對電網(wǎng)寬頻錄波監(jiān)測技術(shù)、分析方法、數(shù)據(jù)管理等內(nèi)

容進(jìn)行統(tǒng)一約束和指導(dǎo)。通過制定寬頻段錄波技術(shù)規(guī)范，明確寬頻段錄波分析基本方法、工作的內(nèi)容和

要求，保隙電網(wǎng)安全穩(wěn)定協(xié)調(diào)發(fā)展。

（以下是基本部分）。

本標(biāo)準(zhǔn)由中國電機(jī)工程學(xué)會電力系統(tǒng)專業(yè)委員會提出并解釋。

本標(biāo)準(zhǔn)起草單位：中國電力科學(xué)研究院有限公司、許繼集團(tuán)有限公司

本標(biāo)準(zhǔn)主要起草人：宋墩文、馬世英、樊占峰、楊學(xué)濤、李柏青、馬士聰、藺立、周佩朋、王興安、

劉濤、李瑩、許鵬飛、劉開欣、杜三恩、劉道偉、宋新立、陳勇、李錚、宋瑞華、位土全、郅治、馮靜、

郁舒雁、楊紅英、謝家正、趙高尚。

本標(biāo)準(zhǔn)首次發(fā)布。

II

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電力系統(tǒng)寬頻段錄波技術(shù)規(guī)范

1范圍

本標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定了電力系統(tǒng)寬頻段錄波應(yīng)遵循的基本原則和要求，明確了寬頻段監(jiān)測范圍、計算方法、

錄波接入子站技術(shù)要求、錄波主站數(shù)據(jù)分析及管理要求等。

本標(biāo)準(zhǔn)適用于接入主網(wǎng)220kV電壓等級的電力系統(tǒng)動態(tài)錄波裝置，是實現(xiàn)寬頻段監(jiān)測分析裝置設(shè)

計、制造、檢驗和運行的依據(jù)。ll()kV及以下電壓等級電網(wǎng)和發(fā)電廠的裝置可參考本標(biāo)準(zhǔn)執(zhí)行。

2規(guī)范性引用文件

下列文件對于本文件的應(yīng)用是必不可少的。凡是注日期的引用文件，僅注日期的版本適用于本文件。

凡是不注日期的引用文件，其最新版本(包括所有的修改單)適用于本文件.

DUT280-2012電力系統(tǒng)同步相量測量裝置通用技術(shù)條件

DL/T553-2013電力系統(tǒng)動態(tài)記錄裝置通用技術(shù)條件

GBZT26865.2-2011電力系統(tǒng)實時動態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)第2部分：數(shù)據(jù)傳輸協(xié)議

GB"28815-2012電力系統(tǒng)實時動態(tài)監(jiān)測主站技術(shù)規(guī)范

GB"17626.7-2017電磁兼容試驗和測量技術(shù)供電系統(tǒng)及所連設(shè)備諧波、間諧波的測量和測量

儀器導(dǎo)則

GB/T26399-2011電力系統(tǒng)安全穩(wěn)定控制技術(shù)導(dǎo)則

DL755電力系統(tǒng)安全稔定導(dǎo)則

IEEEStdC37.118.la-2014電力系統(tǒng)同步相顯標(biāo)準(zhǔn)

IEC/IEEE60255-118-1:2018.IEEE/IECInternationalStandard-Measuringrelaysar.clprotection

equipment-Part118-1:Synchrophasorforpowersystems-Measurements.

IEEEStdC37.242-2013,IEEEGuideforSynchronization.Calibration,Testing,andInstallationof

PhasorMeasurementUnits(PMUs)forPowerSystemProtectionandControl.

3術(shù)語和定義

下列術(shù)語和定義適用于本文件。

3.1

相量Phasor

正弦量可用相量表示，相量的模代表正弦量的幅值，在工程實踐中相量的模有時也采用有效值；相

量的幅角代表正弦量的初相角。

3.2

相量測量裝置PhasorMeasuremeniUnii(PMU)

利用全球定位系統(tǒng)秒脈沖作為同步時鐘構(gòu)成的相量測量單元，是用于進(jìn)行同步相量測量、輸需以及

動態(tài)記錄的裝置。

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3.3

廣域測量系統(tǒng)WideAreaMeasurementSystem(WAMS)

基于同步相量技術(shù)構(gòu)成的新一代電網(wǎng)動態(tài)監(jiān)測和控制系統(tǒng)，用于電網(wǎng)動態(tài)過程實時監(jiān)控。PMU裝

置是WAMS子站單元。

3.4

錄波器Osei1lograph/Recorder

用于電力系統(tǒng)發(fā)生故障時，自動地、準(zhǔn)確地記錄故障前、后過程的各種電氣量變化情況的錄波裝置。

通過這些電氣量的分析、比較，用于分析處理事故、判斷保護(hù)是否正確動作等。

3.5

低頻振蕩LowFrequencyOscillation

電力系統(tǒng)在擾動下發(fā)生發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子的相對搖擺，并在缺乏阻尼時引起持續(xù)振蕩，此時輸電線路上功

率會發(fā)生相應(yīng)的功率波動，這種持續(xù)振蕩的頻率很低，一般在0.1-2.5HZ。

3.6

超低頻振蕩Ultra-LowFrequencyOscillation

一般指頻率小于0.1Hz的振蕩現(xiàn)象。

3.7

次同步振蕩SubsynchronousOscillation(SSO)

汽輪發(fā)電機(jī)組在運行(平衡)點受到擾動后處于特殊運行狀態(tài)下出現(xiàn)的一種異常狀態(tài)，在這種運行

狀態(tài)下，電氣系統(tǒng)與汽輪發(fā)電機(jī)組之間在一個或多個低于系統(tǒng)同步頻率的頻率下進(jìn)行顯著的能量交換。

汽輪發(fā)電機(jī)組和PSS、HVDC以及FACTS裝置等電氣設(shè)備之間的相互作用。

3.8

次同步諧振SubsynchronousResonance(SSR)

汽輪機(jī)組與具有串聯(lián)補償電容的輸電系統(tǒng)間的耦合作用而產(chǎn)生的機(jī)電振蕩行為，因為系統(tǒng)對該振蕩

所呈現(xiàn)的弱阻尼、無阻尼、甚至負(fù)阻尼特性，使這種振蕩的振幅呈現(xiàn)逐漸增大的趨勢。

3.9

次同步電流SubsynchronousCurrent

頻率范圍在2.5Hz-50Hz(不含50Hz)之間的電流分量。

3.10

超同步電流HypersynchronousCurrent

頻率范圍在50Hz-97.5Hz(不含50Hz)之間的電流分量。

3.11

連續(xù)錄波ContinousRecording

按照設(shè)定的頻率連續(xù)采集關(guān)鍵電氣量數(shù)據(jù)，并對數(shù)據(jù)進(jìn)行處理和存儲。

3.12

諧波群ValueofanHarmonicGroup

諧波與兩側(cè)相鄰的頻譜分量的方均根值和的平方根值，諧波群的頻率為諧波的頻率。

3.13

間諧波群ValueofanIntaharmonicGroup

兩個相鄰2次諧波以上頻率之間所有頻譜分量的方均根值，間諧波群的頻率為相鄰兩個諧波頻譜的

平均值。

4符號、代號和縮略語

2

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下列符號、代號和縮略語適用于本文件。

FFT：快速傅里葉變換(FastFourierTransform)

SSO：次同步振蕩(SubsynchronousOscillation)

5寬頻段錄波總體要求

5.1寬頻段錄波系統(tǒng)包括寬頻段錄波子站、寬頻段錄波數(shù)據(jù)分析與管理主站，典型系統(tǒng)架構(gòu)見附錄Ao

5.2寬頻段錄波應(yīng)實現(xiàn)對電網(wǎng)超低頻/低頻振蕩、次同步/超司步振蕩、高次諧波/間諧波的監(jiān)視、記錄、

告警及數(shù)據(jù)分析管理。

5.3電力系統(tǒng)寬頻段涉及0?2500Hz頻率范圍，更高頻率范圍分析與監(jiān)測可參考本技術(shù)規(guī)范執(zhí)行。

5.4采用加窗FFT、Prony等時域分析方法，實現(xiàn)電力系統(tǒng)寬頻段錄波數(shù)據(jù)監(jiān)測分析。

5.5進(jìn)行超低頻/低頻振蕩、次同步/超同步振蕩事故反演分析時，宜結(jié)合時域仿真、頻域特征值分析

法。

5.6寬頻段錄波系統(tǒng)宜實現(xiàn)對火電廠、水電廠、新能源場站/匯集站、變電站/7T關(guān)站、直流換流站寬

頻段振蕩監(jiān)測分析預(yù)警。

5.7電力系統(tǒng)寬頻段錄波能指導(dǎo)實際電網(wǎng)復(fù)雜振蕩監(jiān)視、預(yù)警及事故排查分析。

6寬頻段錄波監(jiān)測范圍及計算分析方法

6.1寬頻段錄波監(jiān)測范圍

6.1.1應(yīng)具備。?2.5Hz范圍的超低頻/低頻振蕩監(jiān)測與分析功能；

6.1.2應(yīng)具備2.5?100Hz范圍的次同步/超同步振蕩的電壓、電流和功率監(jiān)測與分析功能；

6.1.3應(yīng)具備100?300Hz范圍的高次諧波/間諧波的功率振蕩測量與分析功能；

6.1.4應(yīng)具備100?2500Hz范圍的高次諧波/間諧波的電壓、電流測量與分析功能。

6.2寬頻段錄波計算分析方法

6.2.1為避免頻譜泄漏現(xiàn)象和柵欄效應(yīng)，宜采用加窗插值FFT算法，跟蹤辨識寬頻段信號(超低頻/

低頻振蕩、次同步，’超同步振蕩、高次諧波屈］諧波)的頻率、幅值及相位信息。算法原理詳見附錄B1。

推薦在寬頻段錄波子站終端嵌入加窗插值FFT算法進(jìn)行實時統(tǒng)一頻譜分析，高靈敏度及B由甫獲可疑錄

波數(shù)據(jù)。

6.2.2為濾除噪聲影響，宜在PRONY分析前增加前置濾波環(huán)節(jié)，辨識得到寬頻段信號(超低頻/低頻

振蕩、次同步/超同步振蕩、高次諧波/間諧波)的頻率、幅值、相位、衰減系數(shù)信息。算法原理詳見附

錄B2o推薦在寬頻段錄波數(shù)據(jù)分析與管理主站基于PRONY對可疑數(shù)據(jù)展開二次詳細(xì)分析。

6.2.3在超低頻/低頻振蕩、次同步/超同步振蕩事故反演分析時，數(shù)據(jù)分析與管理主站宜結(jié)合時域仿

真法、頻域特征值分析法，計算振蕩頻率、阻尼比、特征向量、參與因子等指標(biāo)，分析系統(tǒng)振蕩特

性。其中，用于分析超低頻/低頻振蕩的頻域分析算法原理詳見附錄B3。

3

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6.2.4按照數(shù)據(jù)源差異，超低頻/低頻振蕩宜采用基波相量錄波數(shù)據(jù)進(jìn)行分析；次同步/超同步振蕩、

高次諧波/間諧波應(yīng)采用瞬時測量錄波數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，分為直接基于FFT頻譜分析方法和按照GB/T

17626的諧波匯聚方案分析方法。

7寬頻段錄波子站技術(shù)要求

7.1寬頻段錄波子站監(jiān)測功能要求

7.1.1具備越限事件數(shù)據(jù)記錄功能

當(dāng)發(fā)生下列事件時，應(yīng)建立和保存事件標(biāo)識，并將觸發(fā)標(biāo)志和觸發(fā)原因?qū)崟r上送到寬頻段錄波數(shù)據(jù)

分析與管理主站，以方便用戶獲取事件發(fā)生時段的動態(tài)數(shù)據(jù)：

a）基波頻率越限；

b）頻率變化率越限；

c）幅值越上限，包括正序電壓、正序電流、負(fù)序電壓、負(fù)序電流、零序電壓、零序電流、相電壓、

相電流幅值越上限；

d）幅值越下限，包括正序電壓、相電壓幅值越下限；

e）收到繼電保護(hù)、安全自動裝置跳閘輸出信號；

f）收到人工啟動記錄命令。

上述事件發(fā)生時?，寬頻段錄波子站觸發(fā)啟動連續(xù)記錄采樣功能；觸發(fā)時使用原始采樣率記錄，連續(xù)

記錄可適當(dāng)降低采樣率。

7.1.2具備超低頻/低頻振蕩監(jiān)測功能

a）能夠監(jiān)測0Hz?2.5Hz范圍的超低頻/低頻振蕩；

b）超低頻/低頻功率振蕩判據(jù)：功率振蕩峰峰值超過預(yù)設(shè)門檻Pose并持續(xù)X個周波；Pose與X

數(shù)值可整定；

c）超低頻/低頻振蕩檢測頻率分辨率不低于0.1Hz；

d）系統(tǒng)發(fā)生超低頻/低頻功率振蕩時，子站應(yīng)啟動錄波功能，并能夠建立對應(yīng)的事件標(biāo)志，發(fā)出

超低頻/低頻振蕩告警事件；

e）能夠計算超低頻/低頻功率振蕩的振蕩頻率、振蕩幅值：

f）能夠?qū)⒊皖l/低頻功率振蕩主導(dǎo)分量的幅值、頻率上送至數(shù)據(jù)分析與管理平臺。

7.1.3具備次同步/超同步振蕩監(jiān)測功能

a）能夠監(jiān)測2.5Hz?45Hz和55Hz?100Hz范圍的次同步/超同步振蕩；

b）次同步/超同步振蕩判據(jù)：瞬時功率次同步/超同步振蕩分量超過預(yù)設(shè)門檻Psso并持續(xù)X秒：

Psso與X數(shù)值可整定；

c）次同步/超同步振蕩檢測頻率分辨率不低于1Hz；

d）當(dāng)電力系統(tǒng)發(fā)生次同步/超同步振蕩時，子站應(yīng)啟動錄波功能，并能夠建立對應(yīng)的事件標(biāo)志，

發(fā)出次同步/超同步振蕩告警事件：

e）能夠計算測最點的次同步/超同步振蕩功率的振蕩頻率、振蕩幅值；

f）能夠?qū)⒋瓮?超同步振蕩主導(dǎo)分量的幅值、頻率上送至數(shù)據(jù)分析與管理平臺。

7.1.4具備高次諧波/間諧波監(jiān)測功能

a）能夠監(jiān)測1001Iz-2500Hz范圍的高次諧波/間諧波振蕩；

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b）高次諧波/間諧波檢測頻率分辨率不低于1Hz：

c）當(dāng)電力系統(tǒng)發(fā)生高次諧波/間諧波振蕩時，子站應(yīng)啟動錄波功能，并能夠建立對應(yīng)的事件標(biāo)志,

發(fā)出高次諧波/間諧波振蕩告警事件；

d）能夠計算高次諧波/間諧波的振蕩頻率、振蕩幅值：

e）能夠?qū)⒏叽沃C波/間諧波主導(dǎo)分量的幅值、頻率上送至數(shù)據(jù)分析與管理平臺。

7.2寬頻段錄波子站數(shù)據(jù)處理要求

7.2.1具備連續(xù)錄波功能，最高采樣頻率不低于12.8kHz,連續(xù)記錄原始采樣數(shù)據(jù)保存至高可靠存儲

器中；

7.2.2具備自動將越限基波相量數(shù)據(jù)、瞬時值錄波數(shù)據(jù)和裝置狀態(tài)信息傳送到主站能力；

7.2.3具備響應(yīng)、接受主站的召喚命令，傳送部分或全部動態(tài)數(shù)據(jù)，以及傳送采樣數(shù)據(jù)能力；

7.2.4具備同時與多個主站通信的能力，與主站通信應(yīng)采用可靠以太網(wǎng)或?qū)Ｓ猛ㄐ欧绞剑?/p>

7.2.5具備條件時，應(yīng)采用廠站時間同步裝置輸出的時間同步信號作為數(shù)據(jù)采樣的基準(zhǔn)時間源；

7.2.6在最大數(shù)據(jù)量和最高記錄密度條件下，了站裝置動態(tài)數(shù)據(jù)保存時間應(yīng)不少于15天，

8寬頻段錄波數(shù)據(jù)分析與管理要求

8.1主站分析功能要求

8.1.1應(yīng)具備超低頻/低頻振蕩、次同步/超同步振蕩、高次諧波/間諧波振蕩信號詳細(xì)頻譜分析功能；

8.1.2應(yīng)具備超低頻/低頻振蕩、次同步/超同步振蕩、高次諧波/間諧波振蕩信號阻尼分析功能；

8.1.3宜配備離線時域仿真、頻域特征值分析功能；

8.1.4宜配備區(qū)域振蕩場景可視化分析功能；

8.1.5宜配備振蕩源定位分析功能。

8.2主站數(shù)據(jù)管理要求

8.2.1應(yīng)具備接收子站主動上送數(shù)據(jù)、并對歷史數(shù)據(jù)進(jìn)行分類存儲功能；

8.2.2應(yīng)具備接收到子站寬頻段錄波告警信號，自動召喚相關(guān)子站連續(xù)錄波數(shù)據(jù)功能；

82.3應(yīng)具備根據(jù)用戶需求，下發(fā)訂閱數(shù)據(jù)參數(shù)，對原始高頻采樣數(shù)據(jù)、插值處理后數(shù)據(jù)、分析結(jié)果

數(shù)據(jù)等進(jìn)行靈活定制，進(jìn)而提取所需數(shù)據(jù)功能；

8.2.4應(yīng)具備歷史數(shù)值瀏覽、數(shù)據(jù)格式轉(zhuǎn)換功能；

8.2.5應(yīng)具備根據(jù)索引調(diào)閱各類振蕩的原始錄波文件功能。

5

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附錄A

（規(guī)范性附錄）

寬頻段錄波系統(tǒng)典型架構(gòu)

寬頻段錄波裝置采集信息可通過了?站數(shù)據(jù)集中裝置和數(shù)據(jù)分析與管理主站對接，亦可直接和數(shù)據(jù)分

析與管理主站對接，兩種模式或混合模式均可。在沒有配置主站情況下，也可通過專用通信，實現(xiàn)不同

變電站或發(fā)電廠寬頻錄波裝置接入子站裝置，實現(xiàn)寬頻記錄、監(jiān)測分析功能。

寬頻振蕩的監(jiān)測和詳細(xì)頻譜分析功能可在子站實現(xiàn)，此時，子站可將頻譜分析結(jié)果的按要求上送主

站，主站可直接對多個上送的計算量進(jìn)行匯總和分析。寬頻段錄波裝置也可不進(jìn)行精確的頻譜分析，主

要完成帶時標(biāo)事件信號、原始監(jiān)測數(shù)據(jù)的上送，由主站根據(jù)事件發(fā)生時刻召喚原始采樣數(shù)據(jù)，并完成數(shù)

據(jù)的計算和分析。

為避免通訊壓力，寬頻振蕩的監(jiān)測和詳細(xì)頻譜分析功能宜在終端實現(xiàn)。

寬頻段錄波系統(tǒng)典型架構(gòu)見圖A.1。寬頻錄波裝置跨站接入子站數(shù)據(jù)集中裝置見圖A.2.

圖A.1寬頻段錄波系統(tǒng)典型架構(gòu)

子站數(shù)據(jù)集中裝酋

寬頻段及

波裝置

寬頻段錄寬頻段錄

波裝置波裝置

B

圖A.2寬頻錄波裝置跨站接入子站數(shù)據(jù)集中裝置

6

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附錄B

（資料性附錄）

寬頻錄波計算分析方法

B.1加窗插值高精度FFT算法

加窗插值FFT算法是在傳統(tǒng)快速傅里葉變換（FFT）基礎(chǔ)上進(jìn)行改進(jìn)，以克服頻譜泄漏和柵欄效應(yīng)，

提而分析精度。計算步驟如下：

（1）將原時域信號序列工伙）進(jìn)行加窗計算，以漢寧（hanging）窗為例：

xa（左）=（B.I）

其中hanniiifi（k）=0.5-0.5cos2忒/（N-l）,N為采樣點數(shù)。

（2）對所獲取的序列乂（k）進(jìn)行FFT運算，得到頻域序列為（左）,對應(yīng)的頻率為促1%其中人為頻

率分辨率。

（3）從序列K⑻的幅值用伏）|中找到一個極大值點，并進(jìn)行如下插值運算：

a）選取該點左右兩側(cè)相鄰的點進(jìn)行幅值比較，找到次大值點，并將極大值點與次大值點間下標(biāo)k

較小者設(shè)為2=〃],則另一者下標(biāo)為攵=〃i+l;

b）計算系數(shù)6」兀（勺+1）|,以及義=辿二1,并依據(jù)下式獲取頻率、幅值、相角信息。

氏5）|1+0

2成（1-把）（B.2）

4=XgJ」

siJn（欣）

N—\

（Pm=angl式X“（々））一（-j1）成

（4）重復(fù)步驟（3）,當(dāng)完成全部極大值點的搜索，或所獲取的極大值低于所設(shè)定的門檻值時結(jié)束

計算。

解決頻譜泄漏的問題，通常采用余弦窗的方法。

圖A.3為矩形窗和hanning窗頻譜比較，從圖中可以看出，hanning窗的旁濾較小，不同信號之間的干

擾將大大降低。但余弦窗也有自身的不足，其增大了主瓣的頻譜跨度，變相降低了分辨率。

時域加窗后的信號如下式所示：

xwM=Xw）xH<?）,n=1,2,3,N-1（B.3）

式中，1伽）為信號的采樣序列，例J"）為余弦窗，兀,（〃）為加窗后的信號序列。

7

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圖A.3頻譜泄漏對比

信號經(jīng)余弦窗后的頻譜可用Dirich/a核表示如下:

K0

Xw(q)=AX(-7/T[oq.矽+D(q+k)](B.4)

k=02

式中，9為余弦窗的頻譜序號，D為Dirich?核,4為復(fù)幅值，巴為余弦窗系數(shù)。

Dirichlet核的表達(dá)式如卜：

D(q)=K冷粵-(B.5)

Nsin(^q)

式中，N為數(shù)據(jù)窗的長度。

下面對柵欄效應(yīng)處理進(jìn)行說明。

系統(tǒng)中的信號位于分辨率之間時，信號將分散到相鄰的兩個頻率上，無法獲得信號的真實頻率、相

位和幅值。為獲得系統(tǒng)的頻譜分布情況，通常采用兩種方法：插值和匯聚。

a)匯聚方法：

匯聚不要求精確的頻譜值，計算頻段內(nèi)的能量總和。計算公式如下：

fJ+九

’2

<r-7-----(B.6)

y=Jx"

式中，九為頻段下限，工,為頻段上限，，為頻段內(nèi)的信號頻率，/為測量頻率，〃為頻率工處

的幅值，y為測量幅值。

b)插值方法：

假設(shè)模型信號如下式：

2s(B.7)

8

T/CSEE(/Z)XXXX-YYYY

式中，凡為信號幅值，￡“=（L+/l）V，V為頻譜分辨率，L為極值點頻譜序號，L?為極值

點頻率，為真實信號頻率，與頻譜極值點LV?之間的頻率距離（-0.5＜義＜0.5）,得到九即可

得到頻譜的插值位置。

信號（B.6）通過矩形窗轉(zhuǎn)換到頻譜可用力加Rz/a核表示如下：

X（L+O）=AJ,lD（O-2）（B.8）

由式（B.7）可得模型信號經(jīng)余弦窗后在頻譜上的計算公式：

X3+0=4次（-7/BlD（q?l?k）+D（q?l+k）］（B.9）

k=O2

式中，D為Dirich/ef核;L為極值點在頻譜中的序號；8取值為整數(shù)；X,5L+8）是加窗后在

頻譜L+8處的幅值，經(jīng)加窗后的FFT或DFT即可求得，只需求出％,即可得到真實信號的頻譜復(fù)數(shù)

值。：

4____________+/__________________

=(B.10)

川一Ka

Y(-l)k^-[D(q-l-k)+D(q-l^k)]

k=O2

2可通過相鄰復(fù)幅值系數(shù)計算求得，具體如下：

X/L+l)_X/+/

(B.II)

X,"XtJL)

式中，X“,（L+1）和X/L）代表加窗后的FFT復(fù)幅值，為已求出量；*皿?+1）和8皿（乃為加

窗后的信號模型（含未知量義）。

設(shè)了二X""”,將式(B.9)帶入式(B.U)可得九

XM)

2=^2-T-!1-(B.12)

T+1

求出力后，即可得到復(fù)幅值：

4=——XJL)-----------------(B13)

Y(-Dk^-[D(-k-l)+D(k-l)l

k=O2

B.2Prony算法

Prony算法針對等間距采樣點，假設(shè)信號模型是?系列具有任意頻率、幅值、相位、衰減因子的指

9

T/CSEE(/Z)XXXX-YYYY

數(shù)函數(shù)的線性組合，即由一系列衰減的正弦頻率分量組成。信號模型離散時間的函數(shù)形式表示為

1(n)==(B.14)

i=\

式中，只n)為笫〃個采樣點的估計值，〃為Pro”信號模型的階數(shù)，N為數(shù)據(jù)采樣點的個數(shù)，此函

數(shù)形式作為實測數(shù)據(jù)MO),Ml),…，MN-1)的模型。片和2,一是復(fù)數(shù)，且有

A=A,一(B.15)

Zj=exp((a+/2;ry；R)(B.16)

式中，A,為振幅，司為相位(rad),q為衰減因子，f為振蕩頻率(Hz),△，為采樣時間間隔。

公式(B.17)的擬合是下列常系數(shù)微分方程的齊次解：

X(n)=^a,X(n-i)(B.⑺

1=1

對方程(B.20)中的參數(shù)q做最小二乘估計，使誤差平方和最小:

'x(p)

X(P-1)???x(0)、5、G(o)、

x(〃+l)Mp)…x(l)￡(1)

(B.18)

?*■

*?*

v(N-i)x(N-2)…x(N-p-\))4,HN-，

解方程可得到系數(shù)外,…進(jìn)一步可求解如下特征方程的根:

p(B.I9)

]+年7H----1-a/tz~=0

求解上述方程可得到幅值4、相位4、頻率/和衰減因子?。

A=例

“=arctanllmCZ?,)/Re(/?.)]

(B.20)

a,=ln|z.|/AZ

/=arctan|lm(z,)/Re(z;)]/2期△/

B.3超低頻/低頻振蕩頻域特征值分析方法

為從電網(wǎng)全局角度進(jìn)行超低頻/低頻振蕩事故反演分析，宜在數(shù)據(jù)分析與管理主站結(jié)合頻域特征值

分析法開展仿真對比研究。頻域特征值分析方法是基于電網(wǎng)潮流結(jié)果數(shù)據(jù)及動態(tài)模型數(shù)據(jù)，通過建立電

力系統(tǒng)的微分代數(shù)方程，并在穩(wěn)態(tài)平衡點附近線性化，求解線性化矩陣的特征值，進(jìn)而根據(jù)頻率、阻尼

比、特征向量角度、參與因子等指標(biāo)來分析系統(tǒng)的振蕩特性。

超低頻/低頻振蕩特征值分析原理如下。

10

T/CSEE(/Z)XXXX-YYYY

電力系統(tǒng)的動態(tài)特性可以由一組非線性微分方程組和一組非線性代數(shù)方程組描述:

單=,6X”),i=1,2,…,〃2

at(B.21)

0=gj(內(nèi),x2,...,xn),i=m+1,m+2,…,n

在平衡點與附近線性化，把各變量表示為其初始值與微增量之和：菁=4+△.￡.。

將所得方程組在平衡點/附近展開成泰勒級數(shù)，并略去各微增量的二次及高次項，得:

-的--L三=>-7LAAx-,i-=1,2O,...,//?

dt￡叫」

(B.22)

0二￡,z=Z7?+!,??/+2,n

J=I環(huán)

定義狀態(tài)向量和非狀態(tài)向量如下:

T

AX=[x，々，…，七』

(B.23)

△y=[%，4+2，-xj

將（B.22）寫成矩陣形式:

AX

0][j(B.24)

c\Y

消去非狀態(tài)變量:

-1

AX=(JA-JDJC)AX=AAX(B.25)

式（B.25）即為描述線性系統(tǒng)的狀態(tài)方程，其中A為〃x〃維系數(shù)矩陣，稱為該系統(tǒng)的狀態(tài)矩陣。

根據(jù)Lyaponov第一穩(wěn)定性定理，如果線性化方程（B.2S）的所有特征根都具有負(fù)實部，則原系統(tǒng)的

平衡狀態(tài)是漸近穩(wěn)定的；如果特征根至少有一個根具有正實部，則原系統(tǒng)的平衡狀態(tài)是不穩(wěn)定的；如果

特征根有實部為零的情況（稱為臨界情況），則原非線性系統(tǒng)的穩(wěn)定性不能從線性化方程的來判斷，而

必須考慮原方程展開式中二次和更高次項的影響。

（1）模式、振蕩頻率、阻尼比

系統(tǒng)的振蕩情況可根據(jù)線性化方程的特征值來確定，每一個特征值4.對應(yīng)一個振蕩模式，其時間

特性由給出：

1）一個實數(shù)特征值對應(yīng)于一個非振蕩模式。負(fù)的實數(shù)特征值表示衰減模式，其絕對值越大，則衰

減越快；正的實數(shù)特征值表示非周期性不稽定。與實數(shù)特征值相關(guān)的特征向量的值也是實數(shù)。

2）復(fù)數(shù)特征值總是以共較對的形式出現(xiàn)，每一對對應(yīng)一個振蕩模式。相應(yīng)的特征向量也為復(fù)數(shù)，

使得X”）的值在每一時刻為實數(shù)。例如，（。+勿）--初"+（4-勿）/+加”二/（2。85"+2公m日）

有如下形式：

ea,sin((yf+0\(B.26)

顯然，特征值的實部?？坍嬃讼到y(tǒng)對振蕩的阻尼，而虛部。給出了振蕩的頻率。負(fù)實部表示正阻

11

T/CSEE(/Z)XXXX-YYYY

尼(衰減振蕩)，零實部表示無阻尼(等幅振蕩)，而正實部表示負(fù)阻尼(增幅振蕩)。

因此，對于一對更數(shù)特征值：

2=cr±jco(B.27)

振蕩頻率(Hz)由下式給出：

f=?(B.28)

2乃

阻尼比由下式給出：

4=/I。2(B.29)

當(dāng)J＜0,則該模式是不穩(wěn)定的；當(dāng)＜=0,則該模式處于穩(wěn)定邊界；當(dāng)看＞0,則該模式是穩(wěn)定的，g

越大，該模式穩(wěn)定阻尼越強(qiáng)。

(2)模態(tài)

對于任一特征值4,當(dāng)〃列向量。.滿足方程；

A"=40i=1,2,…，〃(B.30)

它稱為矩陣A關(guān)于特征值4的右特征向量。特征向量4有如下形式：必???~

同樣，當(dāng)〃行向最憶滿足方程：

%A=4匕i=1,2,…,〃(B.31)

它稱為矩陣A關(guān)于特征值4.的左特征向量。

狀態(tài)向量At和Z之間的相互關(guān)系如下：

Ztv(r)=z(r)=弧…痣］z")

(B.32)

z(r)=y/Ax(r)=%…%J'W

右特征向量4給出了模態(tài)，即是一個特定模式被激勵時狀態(tài)變量的相對活動情況。。的元素的幅

值給出了第i個模式的幾個狀態(tài)變量的活動程度，元素的角度則表征了各狀態(tài)變量關(guān)于該模式的相位偏

移。在機(jī)電振蕩模式中，右特征向量的模反映了系統(tǒng)中各機(jī)組對同一振蕩模式的響應(yīng)程度，表現(xiàn)為振蕩

的強(qiáng)弱程度，特征向量的模大，則振蕩就較強(qiáng)，反之就較弱。特征向量的相位反映了系統(tǒng)中各機(jī)組對同

一振蕩模式的同調(diào)程度。具有相同相位的機(jī)組是完全同調(diào)的，相位基本相同的機(jī)組則是基本同調(diào)的，相

位差在180°左右的機(jī)組(或機(jī)群)則是反調(diào)的，即相對發(fā)生振蕩的。

左特征向量匕確定了哪一種原始狀態(tài)變量的組合僅顯示第i個模式。因而右特征向量0的第攵個

元素測量了第i個模式中變量勺的活動，而左特征向量k的第k個元素表示了這個活動對第，個模式的

T/CSEE(/Z：XXXX-YYYY

權(quán)重。

(3)參與因子(ParticipationFaclor,或稱相關(guān)因子)

為了確定狀態(tài)變量Ax和模式z之間的關(guān)系，把右特征向量。和左特征向量”結(jié)合起來，形成如下

的參與矩陣(ParticipationMatrix)P,用它來度量狀態(tài)變量和模式之間的關(guān)聯(lián)程度：

2=仍P2…七』(B.33)

其中，￡=［玲匕…匕『=“心四必2…或必了

稱參與矩陣P的元素以.為參與因子，它度最了第i個模式與第k個狀態(tài)變量的相互參與

程度，反之亦然。稱矩陣P的第i列P,為第i個模式的參與向量。

由于數(shù)度量了第i個模式中/的活動性，憶《表示了這種活動對模式的權(quán)重，因此它們的乘積/%

度量了凈參與程度，是一個反映乙與乙可觀性公和可控性匕★的綜合指標(biāo)。左、右特征向量的兀素相

乘使得無量綱(即與單位的選擇無關(guān))。在實際應(yīng)用中，參與因子〃-對于控制裝置裝設(shè)地點的選擇

有很大的指導(dǎo)意義。

13

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電力系統(tǒng)寬頻段錄波技術(shù)規(guī)范

編制說明

14

目次

1編制背景.................................................................................2

2編制主要原則.............................................................................2

3與其他標(biāo)準(zhǔn)文件的關(guān)系....................................................................3

4主要工作過程.............................................................................3

5標(biāo)準(zhǔn)結(jié)構(gòu)和內(nèi)容...........................................................................3

6條文說明.................................................................................8

1編制背景

申請寬頻段錄波技術(shù)規(guī)范的目的在于對電網(wǎng)多類型振蕩監(jiān)測、分析及防控策略制定提供

指導(dǎo)和支撐。

隨著新能源、直流輸電大規(guī)模投產(chǎn)，使電力電子裝置在系統(tǒng)中所占比重日益增加。電力

電子裝置具備快速響應(yīng)特性，在傳統(tǒng)低頻振蕩等問題之外，還產(chǎn)生了中頻帶（5?300Hz）的涉

網(wǎng)穩(wěn)定新問題。例如，2015年7月以來，新疆大規(guī)模風(fēng)電匯集區(qū)域多次出現(xiàn)大量次/超同步諧

波，頻率分布在20Hz?gOHz附近，頻帶非常寬，大規(guī)模新能源與系統(tǒng)耦合引發(fā)次同步振蕩，

導(dǎo)致遠(yuǎn)方火電機(jī)組故障跳閘，咐系統(tǒng)安全穩(wěn)定運行產(chǎn)生了較大影響；2016年3月28口云南異

步聯(lián)網(wǎng)第1次系統(tǒng)性整體試驗期間，云南電網(wǎng)出現(xiàn)了長時間、大幅度的超低頻振蕩現(xiàn)象，振

蕩周期約20s（振蕩頻率約0.05Hz）,該振蕩一定程度上制約了異步后云南電網(wǎng)的安全穩(wěn)定運

行；2011年12月，特高壓交流試驗示范工程擴(kuò)建工程正式投運后，在正常運行過程中可以觀

察到聯(lián)絡(luò)線上存在有功功率波動的情況，低頻功率波動具有明顯的無序性，波動周期般為

數(shù)十秒到數(shù)分鐘，且具有隨機(jī)性；2015年1月23日，藏木電廠機(jī)組發(fā)生功率異常波動，引起

藏中電網(wǎng)系統(tǒng)頻率波動，波動周期為13s,引起藏中電網(wǎng)低頻減載動作及部分光伏脫網(wǎng)：2005

年9月1日發(fā)生了三次蒙西電網(wǎng)機(jī)組對系統(tǒng)的低頻振蕩，功率振蕩頻率在0.85-0.91Hz之間，

5OOkV豐萬雙線最大振幅達(dá)到900MW。

目前，現(xiàn)有錄波分析系統(tǒng)往往針對某一物理現(xiàn)象展開，例如，在分析低頻振蕩時，首先

將過濾掉其它頻率部分，只對關(guān)心頻段進(jìn)行深入分析。單一分析功能可能屏蔽了呈現(xiàn)電力電

子化的特高壓交直流電網(wǎng)的新的物理現(xiàn)象，錯失對事故誘因分析的最佳時機(jī)。

鑒于上述的電網(wǎng)發(fā)展現(xiàn)狀，系統(tǒng)振蕩形式多樣，頻段分布較廣，充分說明當(dāng)前錄波工作

方面有待進(jìn)一步深入。目前，國內(nèi)已有規(guī)范包括《電力系統(tǒng)實時動態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)技術(shù)規(guī)范》和

《電力系統(tǒng)動態(tài)記錄裝置通用技術(shù)條件》，側(cè)重于對相量值的獲取或故障信息的采集，還沒

有專門針對覆蓋寬頻段振蕩現(xiàn)象進(jìn)行分析約束的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，導(dǎo)致各電網(wǎng)公司在制定多頻段振

蕩問題監(jiān)測方案時，采取的原則、方法和依據(jù)不統(tǒng)一，亟需通過編制標(biāo)準(zhǔn)落實相關(guān)內(nèi)容，明

確寬頻段錄波分析工作的內(nèi)容和要求，保障電網(wǎng)安全穩(wěn)定協(xié)調(diào)發(fā)展。

2編制主要原則

2.1保證標(biāo)準(zhǔn)編制的規(guī)范性

2.1.1符合通用化標(biāo)準(zhǔn)制定要求

標(biāo)準(zhǔn)編制符合國家有關(guān)法律法規(guī)、強(qiáng)制性標(biāo)準(zhǔn)及相關(guān)政策要求；標(biāo)準(zhǔn)編制符合《GB"1.1

-2009標(biāo)準(zhǔn)化工作導(dǎo)則第1部分:標(biāo)準(zhǔn)的結(jié)構(gòu)和編寫》相關(guān)要求。

2.1.2符合中國電機(jī)工程學(xué)會管理要求

按照《中國電機(jī)工程學(xué)會標(biāo)準(zhǔn)管理辦法（暫行）》相關(guān)規(guī)定申請、組織編寫《電力系統(tǒng)

寬頻段錄波技術(shù)規(guī)范》。

2.2保證標(biāo)準(zhǔn)實施的適用性

在充分調(diào)查現(xiàn)有技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)、技術(shù)文獻(xiàn)、錄波裝置的基礎(chǔ)上，認(rèn)真分析國內(nèi)外同類技術(shù)標(biāo)

準(zhǔn)的技術(shù)水平和適用性，在預(yù)期可達(dá)到的條件下，積極地把寬頻段錄波所能涵蓋的物理現(xiàn)象

納入標(biāo)準(zhǔn)，以適應(yīng)現(xiàn)代電力系統(tǒng)寬頻段錄波技術(shù)需求，提高寬頻段錄波產(chǎn)品規(guī)范化水平。

3與其他標(biāo)準(zhǔn)文件的關(guān)系

在編制標(biāo)準(zhǔn)的過程中，重點調(diào)研了如下標(biāo)準(zhǔn)以及相關(guān)論文等：

DLJT280-2012電尢系統(tǒng)同步相量測量裝置通用技術(shù)條件

DL/T553-2013電力系統(tǒng)動態(tài)記錄裝置通用技術(shù)條件

GB/T26865.2-2011電力系統(tǒng)實時動態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)第2部分：數(shù)據(jù)傳輸協(xié)議

GB/T28815-2012電力系統(tǒng)實時動態(tài)監(jiān)測主站技術(shù)規(guī)范

GB/T17626.7-2017電磁兼容試驗和測量技術(shù)供電系統(tǒng)及所連設(shè)備諧波、間諧波的

測量和測量儀器導(dǎo)則

QGDW11763-2017新能源次同步振蕩監(jiān)測系統(tǒng)技術(shù)規(guī)范

在上述標(biāo)準(zhǔn)基礎(chǔ)上，針對現(xiàn)有物理現(xiàn)象和系統(tǒng)監(jiān)測需求，對寬頻段錄波功能內(nèi)容進(jìn)一步

明確和約束，與上述標(biāo)準(zhǔn)總體看來是繼承和發(fā)展的關(guān)系。

4主要工作過程

4.1標(biāo)準(zhǔn)提出

2017年，《電力系統(tǒng)寬頻段錄波技術(shù)規(guī)范》由中國電力科學(xué)研究院有限公司提出，經(jīng)過

專家評審，獲得立項，屬于CSEE電力系統(tǒng)專業(yè)委員會標(biāo)準(zhǔn)。

4.2組織編制

2018年初，由中國電力科學(xué)研究院有限公司牽頭，聯(lián)合許繼集團(tuán)有限公司等相關(guān)單位及

人員成立了標(biāo)準(zhǔn)編制組。

具體負(fù)責(zé)起草的中國電力科學(xué)研究院有限公司、許繼集團(tuán)有限公司人員有：

宋墩文、馬世英、樊占峰、楊學(xué)濤、李柏青、馬士聰、藺立、周佩朋、王興安、劉濤、

李瑩、許鵬飛、劉開欣、杜三恩、劉道偉、宋新立、陳勇、李錚、宋瑞華、位土全、郅治、

馮靜、郁舒雁、楊紅英、謝家正、趙高尚。

標(biāo)準(zhǔn)編制組調(diào)研了現(xiàn)有中外錄波技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)、查閱了包括中國電機(jī)學(xué)報、電網(wǎng)技術(shù)、電力

系統(tǒng)自動化等核心雜志中與錄波相關(guān)的報道，根據(jù)寬頻段錄波技術(shù)需求，形成J'《電力系統(tǒng)

寬頻段錄波技術(shù)規(guī)范》各部分內(nèi)容。

5標(biāo)準(zhǔn)結(jié)構(gòu)和內(nèi)容

1范圍

本標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定了電力系統(tǒng)寬頻段錄波應(yīng)遵循的基本原則和要求，明確了寬頻段監(jiān)測范圍、

計算方法、錄波接入子站技術(shù)要求、錄波主站數(shù)據(jù)分析及管理要求等。

本標(biāo)準(zhǔn)適用于接入主網(wǎng)220kV電壓等級的電力系統(tǒng)動態(tài)錄波裝置，是實現(xiàn)寬頻段監(jiān)測分

析裝置設(shè)計、制造、檢驗和運行的依據(jù)。UOkV及以下電壓等級電網(wǎng)和發(fā)電廠的裝置可參考

本標(biāo)準(zhǔn)執(zhí)行。

2規(guī)范性引用文件

下.列文件對于本文件的應(yīng)用是必不可少的。凡是注口期