基于实测信号的电力系统低频振荡模态辨识

广域相量测量系统的应用为基于量测的电力系统稳定性分析提供了有力支持。基于动态量测信息准确地辨识电力系统低频振荡模态参数及振型,对提高电力系统低频振荡的实时监测与控制至关重要。结合经验模态分解与随机子空间辨识算法,基于发电机有功功率的动态量测信息,开展了电力系统低频振荡辨识与分析的研究。该方法能够在较短的时间从含噪信号内提取原系统真实准确的振荡信息,同时能够得到各振荡模式相应的振型,有效地克服Prony算法和自回归滑动平均算法受噪声、系统实际阶数的影响大,以及单一随机子空间辨识算法难以处理非线性、非平稳振荡信号的缺点。测试系统及仿真结果验证了该方法在电力系统低频振荡分析中的可行性。     

基于辨识和留数的发电机广域附加阻尼控制器设计

发电机广域阻尼控制器（Wide-area Power System Stabilizer,WAPSS）采用对区间低频振荡模式具有强可观性的广域区间信息作为反馈信号。广域信息的引入,使得被控对象为高阶复杂电力系统,基于单机无穷大系统的传统PSS设计方法不再适用。提出了一种基于辨识和留数的发电机广域阻尼控制器设计方法,首先利用辨识方法得到被控电力系统的降阶模型,然后根据降阶模型的留数得到发电机广域阻尼控制器的参数,避免了复杂的矩阵方程求解,简化了设计流程。基于该方法设计的WAPSS控制效果在中国南方电网系统得到了仿真验证,仿真结果表明,该方法设计的WAPSS能有效阻尼区间低频振荡,提高系统稳定性。     

采用特征值法和Prony法相结合的PSS自适应控制

随着互联电力系统的规模日益增大,系统互联引发的低频振荡问题已成为危及电网安全运行、制约电网传输能力的最主要因素之一.通常采用离线配置电力系统稳定器(PSS)来实现抑制低频振荡的目的.但是由于电力系统的实时性,在发生大扰动时,事先整定好的PSS对电力系统低频振荡的抑制效果并不理想,因此考虑采用PSS的自适应控制.提出一种采用特征值分析法和Prony分析方法相结合的PSS自适应控制.低频振荡发生后,通过滑动数据窗的方法缩短Prony辨识时间,先辨识得到频率较高的振荡模式,选取主导振荡模式在线配置PSS,在Prony方法辨识出振荡模式之前采用离线配置参数.克服了Prony在线辨识在低频振荡应用中的局限性.通过对4机2区系统的分析,得出在线配置PSS相对于离线配置PSS的优越性.验证了通过Prony方法在线配置PSS参数的可行性.     

基于Prony和改进PSO算法的多机PSS参数优化

针对多机电力系统稳定器(PSS)的参数优化问题,提出了采用Prony算法辨识互联电力系统低频振荡的机电模式,利用基于T-S模型模糊自适应的改进微粒群优化(T-SPSO)算法协调PSS参数的控制策略.先采用基于Prony分析的留数法确定PSS的最优安装位置,然后通过对采样数据的Prony分析辨识系统振荡模式的特征值,最后利用所提T-SPSO算法协调优化多机PSS参数.T-SPSO算法根据当前种群最优适应值和惯性权重,自适应更新惯性权重取值,解决了PSO算法的早熟问题.针对IEEE 4机系统的仿真分析表明,基于T-SPSO算法优化后的多机PSS控制器,在2种典型运行方式下都具有更好的控制性能.     

采用广域测量信号的2级PSS控制策略

提出电力系统稳定器（PSS）的输入信号由本地测量信号和广域测量信号组成，从而构成2级PSS控制。本地测量信号采用本地发电机角频率，广域测量信号分别采用联络线功率和区间相对角频率。分析表明广域反馈具有相位稳定的特点，可以根据参与因子和传递函数留数选取广域测量信号，通过模式辨识进行2级PSS控制，抑制区间低频振荡。2区域电力系统上的仿真结果表明，2级PSS控制能有效抑制区间低频振荡，提高互联系统的传输容量，适用的频率范围广。     

基于形态滤波和Prony算法的低频振荡模式辨识的研究

针对传统Prony方法对噪声敏感导致辨识精度不高的问题,提出了一种基于形态滤波和Prony算法相结合的低频振荡模式辨识的方法,实现了在有混合噪声干扰情况下低频振荡模式的准确辨识。基于数学形态学,设计了一种基于半圆形结构元素的形态滤波器,在选取合适的元素尺寸情况下,可以有效滤除混合噪声。对于去噪声之后的信号采用Prony算法进行辨识,可准确获取低频振荡各个模式参数。通过Matlab进行算例仿真,表明了对电力信号进行预处理的必要性以及所提出的方法能相对精确地进行振荡模式辨识,验证了其有效性。     

基于广域测量信息在线辨识低频振荡

全国电网的互联使区域间的低频振荡成为威胁系统稳定的关键因素之一,而基于全球定位系统（GPS）的广域测量系统（WAMS）的发展和应用为在线分析区间低频振荡模式乃至控制提供了新契机.因而,研究区间低频振荡模式的在线辨识算法成为实现低频振荡在线监测以及进行阻尼控制的重要理论问题.该文在讨论Prony方法本质的基础上,给出了一种新的模型阶数估计方法,提出根据广域测量系统（WAMS）的测量信息,采用多机组的功角及转速变量进行低频振荡辨识.结合工程实际提出了基于（WAMS）的研究低频振荡问题的实现方案,包括启动判据、数据预处理、阶次估计、模式提取和综合分析等步骤.8机36节点的算例结果表明：该方案具有系统性、直接性、噪声干扰小的特点,为低频振荡的监测和控制创造了条件.     

基于EMD的Prony算法在低频振荡模态参数辨识中的应用

Prony算法对分析数据的噪声非常敏感,对输入信号要求较高,鉴于此,提出将EMD和Prony算法有机结合的电力系统低频振荡模式的辨识方法.该方法以广域测量信号作为输入,首先利用EMD对非平稳、非线性信号的能力进行分解,通过能量权重比找出含有主导振荡模式的IMF;最后利用Prony算法对其进行分析后获得电力系统低频振荡模态参数,扩展了Prony法应用范围.通过对PSASP仿真轨迹的算例分析,验证了此方法提取非轴对称振荡信号主导模式的有效性,并通过与特征根分析进行比较,表明了此法能相对精确地进行振荡模式辨识,同时又有很好的复合模式分离能力和良好的抗噪能力.     

基于模糊滤波和Prony算法的低频振荡模式在线辨识方法

考虑到Prony算法对输入信号要求较高、对分析数据的噪声非常敏感，提出一种模糊滤波和Prony算法相结合的电力系统在线低频振荡模式的辨识方法。该方法以广域测量信号作为输入，通过简单的模糊逻辑推理快速对输入信号进行滤波，利用Prony算法对滤波后的数字信号进行分析后在线获得电力系统低频振荡的模式。以华中电网支路302245上的有功功率振荡分析为例，通过对模糊滤波前后的输入信号进行比较以及对传统Prony算法和考虑模糊滤波的Prony算法分别进行低频振荡模式辨识的比较，表明了前置滤波的重要性以及所提出的方法能相对精确地进行振荡模式辨识，验证了其有效性。     

基于差分正交匹配追踪和Prony算法的低频振荡模态辨识

根据实测数据对电力系统低频振荡模态进行辨识,有助于实现电力系统有效的阻尼控制,从而提高电网的稳定性。文中介绍了利用Prony算法辨识低频振荡模态参数的原理,针对Prony算法对噪声干扰敏感以及模型阶数辨识困难导致出现伪模态的缺点,提出了一种基于差分正交匹配追踪(DOMP)和Prony算法相结合的低频振荡模态参数辨识方法。EPRI-36节点系统和实际系统相量测量单元数据算例的仿真结果表明,所述方法能够准确地辨识出系统低频振荡模态参数。通过与Prony算法结果对比验证表明,该方法辨识结果更加准确,能够满足低频振荡模态参数辨识要求。     

环境激励下电力系统外在表征及振荡识别方法研究

环境激励作用下的电力系统机电响应数据中蕴含有丰富的机电动态信息。文中推导了小幅环境激励下电力系统机电响应的解析形式,从数学角度证明了机电振荡特征在电力系统随机响应中的存在性,揭示了利用小幅环境激励作用下的系统响应提取系统振荡特征的基本原理,进而提出了基于动态模式分解算法(DMD)与随机响应数据的机电振荡特征参数辨识方法。以小幅负荷随机激励下IEEE 4机2区域系统响应数据及某区域电网扰动录波数据为例,辨识所得参数与理论振荡特征参数的比较以及对概率统计结果的分析表明,DMD在随机激励下机电振荡参数识别中具有较强的适应性,验证了利用小幅环境激励下的随机响应识别系统机电振荡特征的正确性。     

基于振荡能量的低频振荡分析与振荡源定位:（二）振荡源定位方法与算例

系统的总能量与振幅对应,产生能量的元件对振荡衰减的贡献为负,可认为是振荡源。负阻尼发电机以及外施周期性扰动所在元件都会产生能量,文中推导了发电机上外施扰动产生能量的表达式。根据网络中的能量流,找到产生振荡能量的能量源,能量源就是振荡源。在振荡源处采取控制措施可有效抑制振荡。在分析网络中的能量源以及能量流动的基础上,提出了利用电网中的振荡能量流定位振荡源的方法。该方法只需要广域测量信息,可在线应用。仿真结果以及实际电网振荡事故分析的结果验证了该方法的有效性。     

环境激励下基于频域特征的扰动源定位方法

环境激励下小幅周期性扰动容易被淹没在类噪声信号中,从时域角度很难实现小幅周期性扰动的检测及扰动源定位。在分析环境激励下电力系统类噪声信号频域特征的基础上,提出了基于频域特征的小幅周期性扰动的检测与扰动源定位方法。环境激励下周期性扰动的频域表征为振荡恒定、阻尼比近似为0的振荡模式,且在该模式中扰动源所在机组的模态相位超前于其他机组。利用随机子空间辨识算法对环境激励下的类噪声响应信号进行分析,提取振荡模态及参数,根据模态个数及特征参数实现小幅周期性扰动的检测,检测到周期扰动后,根据阻尼比近似为0的周期性振荡模式的模态相位关系即可定位扰动源所在机组。IEEE 4机2区域系统和IEEE 16机68节点系统的算例结果验证了所提方法的有效性和可行性。     

虚拟同步发电机接入电力系统的阻尼转矩分析

针对虚拟同步发电机(VSG)控制的电压源型逆变器接入交流系统,建立含VSG的单机无穷大系统的线性化模型,分析VSG控制的新能源接入对电力系统低频振荡的影响。采用阻尼转矩分析法揭示VSG接入对电力系统机电振荡模式的影响机理,并利用DIgSILENT/PowerFactory仿真软件进行仿真验证,结果表明:VSG通过向系统中同步发电机的机电振荡环提供阻尼转矩改变系统的整体阻尼,进而影响电力系统的振荡稳定性。     

机电振荡模式属性和机组参与特性的量化剖析研究

机电振荡模式属性和机组参与特性的量化剖析是大规模互联电力系统安全稳定运行的态势感知理论的基础性问题。为此文章借助相对局域性量化指标Lidx,研究了不同边界条件,涉及发电机类型、区间潮流以及旋转备用,对于机电模式的局域性和机组参与特性影响。利用PSS/E V33仿真工具,经典的2区4机系统及其变化案例的仿真结果说明,首先,Lidx指标可量化机电振荡模式属性,有潜力用于跟踪区域模式或局部模式的演化。其次,形如负荷和发电的波动以及双馈式感应发电机(DFIG)的引入产生的系统边界条件变化会使得发电机参与度发生变化,进而可能使得机电模式属性从局部模式向区域模式转变,反之亦然。最后,DFIG接入区域电网后,预测区间模式中最大参与度的发电机是可能的。     

多机电力系统自适应鲁棒Terminal滑模励磁控制

设计了多机电力系统发电机励磁的自适应鲁棒Terminal滑模控制器,将L2增益干扰抑制、自适应逆推法、Terminal滑模控制相结合,可以自适应估计发电机的不确定阻尼系数,对扰动具有鲁棒性。给出了控制器的设计过程。针对2区域4机系统的仿真结果表明,所设计的自适应鲁棒Terminal滑模励磁控制器能够快速抑制功率振荡,有效提高电力系统的暂态稳定性,并保持机端电压的恒定。     

电力系统稳定器影响频率振荡的机理及阻尼分析方法

频率振荡是有功频率控制过程的小扰动稳定问题。已有研究集中于发电机调速器和原动机环节的分析。电力系统稳定器也可用于抑制频率振荡。分析了发电机励磁系统影响频率振荡的机理,当负荷具有电压调节效应时,则发电机励磁系统通过影响负荷电压进而影响负荷功率,从而对频率振荡产生影响。给出了频率偏差通过电力系统稳定器、励磁、网络、负荷等环节影响电磁功率的过程,利用阻尼转矩法计算电磁功率阻尼系数并分析了电力系统稳定器的影响。提出了多机系统中不同发电机电力系统稳定器对频率振荡阻尼影响大小的评估方法,选择影响大的发电机进行参数优化可更加有效地提高频率振荡阻尼。利用IEEE的4机2区系统对分析结论进行了仿真验证。     

电压控制的DFIG对风火打捆系统暂态稳定性的影响

风火打捆外送是解决风电消纳问题的重要措施,但风火打捆系统联络线潮流重,在发生大扰动时系统失稳风险较大。因此,提高风火打捆系统的暂态稳定性具有重要意义。结合简单风火打捆系统,采用等面积法则分析了DFIG采用定电压控制、定功率因数控制对系统暂态稳定性的影响。DFIG采用定电压控制,在扰动后可以向系统提供较多的无功功率,从而提高发电机电压,增加发电机输出的有功功率,增大减速面积,从而提高系统的暂态稳定性。最后,通过仿真算例分析验证了本文的结论。     

基于自抗扰控制技术的发电机励磁控制方法

采用合理的发电机励磁控制方案对改善电力系统扰动稳定性有着重要的作用.探讨了二阶自抗扰控制器,并将其技术应用于发电机励磁系统.经同步发电机自抗扰励磁控制仿真验证,设计的自抗扰励磁控制器,对不确定的模型和系统的内外扰表现出更强的适应性和鲁棒性,能快速抑制发电机端电压的大幅振荡,有效地改善系统的动态品质,提高系统的稳定水平.     

Fixed-order controller for reduced-order model for damping of power oscillation in wide area network

The interconnected power systems are complex and stabilizing control design still remains challenging task. The use of wide area monitoring system (WAMS) offers an integrated measurement-based and model-based control, which suits to the operation of large electric power system (EPS), along with online analysis. This paper presents a study on fixed-order controller design for equivalent network of coherent generator in order to stabilize inter-area electromechanical oscillations in the system. Firstly, the coherent generators in each area of large EPS are determined by mutual information theory, which represents the dynamic equivalence. Then network of each area with input–output variables of the selected generator that participates dominantly is reduced to lower size by square-root variant of balanced truncation algorithm. The dynamics and important oscillation modes are verified in equivalent representation of each area. Finally a local controller (decentralized) in each coherent area and a centralized controller between two coherent areas for selected generator are designed by reducing the H^∞ norm of its closed loop transfer function as much as possible. These controllers feed supplementary control signal in addition to one fed by local conventionally tuned PSS. The decentralized controller for selected generator is fed by local bus power or generator’s speed signal. On other hand, the centralized controller uses difference of power flow/speed of generators as input signal to dampen the oscillations between equivalent networks of two areas. The simulation results reveal effective damping of power/speed oscillations achieved by designed controller with respect to conventional PSS implemented. The robustness of controller is verified for heavy and light load operating conditions.