基于起振波形数据与相干谱的低频振荡类型识别方法

根据激励的不同,电力系统有功功率低频振荡主要表现为强迫功率振荡和负阻尼振荡。2种振荡表现形式相似,但控制方法不同。在深入分析电力系统有功功率振荡解析表达式的基础上,对2种振荡的外在表征及区别进行总结和概括,进而提出了基于相干谱法的低频振荡类型识别方法。该方法首先需要从安装在不同发电机组的广域相量测量系统(wide area measurement system,WAMS)中获取2组含有噪声的振荡初期数据,利用相干谱理论计算2组数据的幅值平方相干函数值,通过对幅值平方相干函数值的量化比较实现低频振荡类型的识别。4机2区域系统仿真计算与分析,验证了所提识别方法的可行性及有效性。     

基于线性化模型的电力系统强迫功率振荡分析

电力系统强迫功率振荡为持续的周期性小扰动所引起低频振荡现象。基于电力系统的线性化模型,从频域分析的角度阐述了强迫振荡的机理、主要影响因素和工程分析方法,得出如下结论:当扰动频率接近系统固有的振荡频率时,可能激发系统的强迫功率振荡;固有振荡模式的阻尼比越小,强迫功率振荡幅值越大;对系统固有振荡模式参与程度较高的机组上施加扰动,同时输出响应对此模式的可观性亦较好时,强迫功率振荡幅值取得极大值。     

电力系统强迫功率振荡的基础理论

以单机无穷大系统模型为基础,阐述了电力系统强迫功率振荡的基础理论,分析了影响电力系统强迫功率振荡的主要因素,并对单机无穷大系统的强迫功率振荡进行了仿真验证。电力系统强迫功率振荡理论指出,持续的周期性小扰动会引起电力系统强迫振荡,当扰动频率接近系统固有振荡频率时,会引起系统谐振,导致大幅度的功率振荡。谐振引起的强迫振荡的幅值与扰动的幅值、系统固有的振荡阻尼大小有关:扰动的幅值越大,谐振幅值越大;系统固有的振荡阻尼越强,谐振幅值越小。谐振引起的强迫振荡的表现形式类似于属于自由振荡的电力系统负阻尼低频振荡,但两种振荡的起因不同。     

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。     

环境激励与小幅持续周期扰动表现特征及统计学分析

系统中时刻存在新能源有功输出随机波动、负荷投切等环境激励,使得系统响应表现为类似噪声的小幅波动,当周期扰动幅值较小时,很容易淹没于环境激励下的随机响应信号中。本文详细推导环境激励和小幅周期扰动共同作用下系统响应的数学解析表达式,从数学角度对环境激励与小幅周期扰动共同作用的功率表征进行了阐释。在深入分析环境激励及环境激励与小幅周期扰动共同作用下系统响应统计学特征的基础上,提出基于滑动峰态系数法(SKM)的小幅周期扰动检测法。首先统计环境激励下系统联络线有功响应的四阶中心矩与方差二次方,计算得到对应的峰态系数,进而通过对所得峰态系数的量化比较,检测出淹没在环境噪声中的小幅周期扰动。IEEE 4机2区域系统、IEEE 16机68节点系统及实际系统量测数据计算分析结果证明了本文方法的可行性及有效性。     

电力系统强迫功率振荡过程中的功-能转换

持续的周期性扰动会引发电力系统强迫功率振荡,从产生机理到振荡特征强迫功率振荡均与经典弱阻尼自由振荡有较大的区别.从功-能转换的角度分析了强迫功率振荡过程中的能量特性.首先根据系统发生强迫功率振荡时的稳态响应建立强迫振荡过程中的功-能关系函数,然后利用系统的能量变化关系分析系统发生等幅受迫振荡的原因并以实际系统为例分析振荡过程中的功-能变化过程,比较了不同强迫振荡源频率时对应系统的能量变化情况,最后在上述分析的基础上研究了系统在3种能量共振状态时的运行特性.     

多机电力系统强迫功率振荡稳态响应特性分析

采用复模态叠加方法推导了多机电力系统强迫功率振荡的稳态响应,分析了多机电力系统强迫功率振荡发生共振的条件及其振荡大小的主要影响因素.通过讨论多机弱阻尼系统共振情况下强迫功率振荡稳态响应与传统的负阻尼低频振荡响应的相似和不同之处,阐述了对多机系统强迫功率振荡稳态响应特性的一些基本认识,有助于更好地理解强迫功率振荡理论及其振荡分布特性.分别通过2区4机系统和新英格兰10机39节点系统的仿真分析对这些特性进行了验证.     

大型水电机组强迫振荡机理分析及试验研究

介绍了700 MW水轮发电机组电力系统强迫功率低频振荡产生的机理,阐述了强迫振荡与负阻尼机理低频振荡的相同点与本质区别,从理论上分析验证了电力系统稳定器对各频段强迫功率低频振荡的不同抑制效果和局限性,并首次在大型水电机组上得到了试验验证。立足于工程实践应用,在强迫振荡的监测辨识和抑制领域提出了新的分析思路和处理措施,保障了电力系统的稳定运行。     

多机电力系统的强迫功率振荡特性研究

推导了多机电力系统强迫功率振荡近似稳态响应的表达式,在此基础上应用左右特征向量和参与因子等参数对多机系统发生强迫功率振荡时的振荡分布特性、扰动源位置对系统响应的影响等问题进行了分析。介绍了应用电力系统仿真软件DIgSILENT进行电力系统小干扰稳定性分析的一般方法。通过对4机2区系统的仿真分析对多机系统强迫功率振荡特性进行验证并与负阻尼和弱阻尼振荡进行比较,有助于更加深入地认识电力系统强迫功率振荡。     

基于小波耗散能量谱的电力系统强迫振荡源定位

快速、准确地定位强迫振荡源是抑制电力系统强迫功率振荡的关键。目前，基于广域量测信息的电力系统强迫振荡源定位方法大多基于时域耗散能量流理论，其计算过程较为复杂，计算效率有待提高。首先，提出一种基于小波耗散能量谱（WDES）的电力系统强迫振荡源频域定位方法，该方法首先将电力系统广域测量信息进行连续小波变换，得到各广域量测信息的小波系数矩阵；然后，根据获得小波系数矩阵定义小波耗散能量谱，阐述小波耗散能量谱和传统时域耗散能量流的关联关系；进而，由小波耗散能量谱的跃变特性确定系统的强迫振荡频率；再根据各发电机在强迫振荡频率处的小波耗散能量谱准确定位振荡源；最后，将所提方法应用到WECC-179节点测试系统和ISO New England中进行仿真和验证，结果验证了所提方法的准确性和有效性。     

基于电气量频率差异的电力系统振荡识别

重点研究了电力系统振荡时,振荡中心和非振荡中心电压频率和电流频率的特征。研究表明:当系统发生振荡时,只有振荡中心的电压频率与电流频率相等,且振荡中心的一侧电压频率大于电流频率,另一侧电压频率小于电流频率;电压频率与电流频率的差值大小取决于振荡周期的长短、测量点与失步机组的电气距离以及失步机组的电动势夹角。从而提出了一种新的基于电气量频率差异的振荡识别方法,同时通过广域信息的获取,可以判断出振荡中心的位置。仿真结果验证了分析的正确性。     

基于电气距离的低频振荡关联区域和模式类型识别

对于低频振荡在线分析得到的若干个振荡模式,调度运行人员需要掌握典型振荡模式的阻尼水平,在紧急状态下根据振荡模式的类型和关联区域采取控制策略。提出了一种基于电网运行分区间电气距离的关联区域和模式类型识别方法,自动识别参与振荡两群机组的关联区域,区分局部振荡模式和区域间振荡模式。通过拓扑分析确定电网的运行分区,选取电压等级最高的母线作为每个运行分区的代表母线。将振荡模式两群关联机组所属的运行分区作为各群的关联运行分区,通过多端口网络等值计算各运行分区代表母线间的电气距离。将同一群中电气距离较近的运行分区进行聚合得到振荡模式两群的关联区域,根据两群关联区域间的电气距离区分局部振荡模式和区域间振荡模式。通过对实际电网在线数据的案例分析验证了该方法的有效性。     

基于PMU的预测型振荡解列初步研究

提出了基于同步相量测量单元的预测型振荡解列方法。振荡中心两侧母线电压的相角差反映了功角差 ,利用该相角差的变化速度及符号 ,可以判定是同步振荡还是异步振荡以及滑差的情况 ,并实现预测解列功能。重点分析了相角差与功角差的关系     

电力系统强迫功率振荡及其影响因素研究

近年来,跨区域电网中出现了多次功率振荡并且呈现出新的振荡特性,但是根据经典的负阻尼转矩机理却无法解释这类振荡产生的原因,而强迫功率振荡机制可以很好地揭示这类振荡的起因。基于经典阻尼转矩理论在多机系统中对强迫振荡源作用下的电力系统受迫振荡机制进行分析,详细推导并论证了跨区大电网发生强迫功率振荡的影响因素,并指出系统的稳态响应是多种影响因素累加的综合效应。     

基于起振段波形在线判别电力系统功率振荡性质

电力系统功率振荡的主要分为负阻尼和强迫型振荡2种。这2种振荡的表现形式很相似,但采取的应对措施差别很大。为快速有效地判别振荡性质从而采取适当的措施抑制功率振荡,提出了一种基于起振段波形的二次差分法及相应的判别准则。针对2类功率振荡的起因及特点,通过比较该方法计算的每个周期中功率最大值(或峰峰值)的一次差分和二次差分的符号,即可在功率振荡发生后的几个或十几个周波内快速判别振荡性质。最后,采用多个实际电网的振荡实例验证了该方法的有效性及实用性。     

UPFC抑制电网强迫振荡研究

为了抑制电网系统强迫振荡,首先通过整定合理统一潮流控制器(UPFC)主控制器参数,利用UPFC自身的动态控制作用提高系统阻尼水平;然后在其主控制器中加入辅助控制器,通过跟踪强迫振荡功率波动量并输出反相功率波对其进行抵消,从而进一步提高系统阻尼,增强UPFC对系统强迫振荡的抑制能力。在PSASP仿真平台中搭建模型,验证了所提UPFC主控制器及辅助控制器能有效抑制系统区域间联络线上的强迫振荡,从而尽可能减小强迫振荡对系统造成的损害。     

基于变点探测的功率振荡数据挖掘

针对当前功率小幅振荡数据挖掘的不足,引入了变点探测方法判断系统是否发生振荡、主要参与机组以及振荡何时进入平稳阶段,从而提出了一种新的大电网功率振荡特征挖掘方法。该方法通过在海量广域测量系统(WAMS)数据中挖掘电网振荡信息,根据变点探测方法获取的极值特性区分弱阻尼的低频振荡以及强阻尼快速衰减过程,并在弱阻尼振荡情况下确定Prony分析时间窗的起点,从而获取更为准确的振荡模式和强相关机组信息。通过新英格兰10机39节点系统仿真和河南电网WAMS实测振荡数据挖掘验证了所提方法的有效性,结果表明该方法能够从海量数据中有效挖掘大电网振荡特征,并准确识别系统模式信息。     

电力系统阻尼特性规律探索

为了探索电力系统阻尼特性规律,给出了电力系统小干扰稳定模型的一般形式,推导了考虑发电机励磁控制作用、定子侧电阻及线路电阻等情况下单机-无穷大系统小干扰分析线性化数学模型.利用特征分析法,分析了定子侧电阻对振荡模式阻尼的影响,振荡模式总阻尼的守恒现象,阻尼守恒成立的基本条件,阻尼在不同振荡模式之间的传递规律.结果表明:随着励磁放大倍数的增加,系统机电模式阻尼减少,系统阻尼由机电模式流向非机电模式;系统引入电力系统稳定器(PSS)后,系统机电模式总阻尼随着PSS放大倍数的增加而增加,系统阻尼从非机电模式流向机电模式.     

惯量对区域振荡模式的影响

机组的惯量对区域振荡频率和阻尼有着较大的影响。以两机系统为例推导了区域振荡模式与不同区域机组等值惯量之间的关系，并以两机与四机系统作为仿真算例．利用特征根分析法，得出区域振荡模式随着不同区域等值惯量以及不同区域内机组惯量的变化曲线。把仿真结果与估算公式相比较，分析得出区域内机组不同调因素对区域振荡频率影响较小。而对区域振荡阻尼影响较大的结论。