改进PNN神经网络在电力系统次/超同步振荡监测中的应用

电力系统次/超同步振荡的常用的检测（标题用的是监测,让作者再看看）方法是：首先对实测数据进行滤波得到次/超同步振荡信号分量,再根据对各分量信号进行参数辨识的结果,来确认是否发生次/超同步振荡。这样,振荡判断的准确性就受到滤波器的效果和参数辨识方法准确性的双重影响。为了解决上述问题,提出将同步压缩小波变换（SST）和深度学习方法—概率神经网络（PNN神经网络）相结合应用于次/超同步振荡的监测。首先,用SST变换替代传统滤波器实现滤波的功能,得到次同步频率、工频频率和超同步频率的信号分量。然后,不再进行参数辨识,而是直接将得到的各类信号分量数据直接交于PNN神经网络进行分类,直接挖掘次/超同步振荡数据的特点,达到在线监测的目的。仿真和实例均验证了方法的可靠性。     

基于PMU的分布式次同步振荡在线辨识方法

为减轻WAMS主站端的软硬件开销,同时也为了避免WAMS主站端对PMU数据进行采样时产生的频率混叠现象,本文在分析了WAMS/PMU通信架构和同步相量测量的算法原理的基础上,提出了在PMU装置上实现分布式次同步振荡在线参数的辨识方法。本文深入分析和比较了两种不同的参数辨识方法,基于相量数据的次同步振荡参数辨识方法和基于原始采样值的次同步振荡参数辨识方法,讨论了基于相量数据的次同步振荡参数辨识方法的局限性,指出了基于原始采样值的次同步振荡参数辨识方法,既可避免对次同步振荡分量的误判,提高次同步振荡分析监测的准确性和适应性,同时又更易于实现超同步振荡等扩展性应用需求。     

基于MSST-HT的次同步振荡参数辨识研究

次同步振荡是在电力系统运行平衡点受到扰动后产生的一种异常电磁及机械振荡现象。针对希尔伯特黄变换在次同步振荡分量提取时存在噪声干扰和模态混叠问题，提出一种适用于次同步振荡参数辨识的多重同步压缩变换（MSST）和希尔伯特变换结合的方法。该方法在傅里叶同步压缩变换基础上，对次同步振荡信号时频谱进行多次同步压缩，以此来提高信号时频分布的重构精度和能量聚集程度。通过仿真并结合实际工程录波数据进行验证，首先使用多重同步压缩变换方法对信号进行时频分析，得到信号时频图，然后用多重同步压缩变换变换逆变换分解重构出各个模态分量，最后用希尔伯特变换对提取出来的单个模态分量进行参数辨识，识别其频率、阻尼比、衰减因子等主要参数。仿真结果表明，相比于短时傅里叶变换（STFT）、同步提取变换（SET）和傅里叶同步挤压变换（FSST），MSST能够提高信号时频分布的能量聚集程度和重构精度，能够实现多分量的次同步振荡模态分解。实际数据结果表明该方法能有效克服噪声干扰和模态混叠问题，准确辨识次同步震荡参数，对电力系统安全稳定运行具有一定的参考意义。     

基于二阶同步提取变换的次同步振荡参数辨识

针对电力系统频发的次同步振荡现象,以及因为振荡频率接近在参数辨识中造成的误差,文章提出一种适用于次同步振荡参数辨识的二阶同步提取变换和希尔伯特变换结合的方法。首先使用二阶同步提取变换方法对信号进行时频分析,得到信号时频图,然后用二阶同步提取变换逆变换分解重构出各个模态分量,最后用希尔伯特变换对提取出来的单个模态分量进行参数辨识,识别其频率、阻尼比、衰减因子等主要参数。分别用理想测试信号与录波数据对其进行验证,仿真结果表明,对比短时傅里叶变换等方法,该方法在计算各模态频率,模态分量重构以及参数辨识上有更高的精度。     

基于同步相量数据的次同步振荡检测与模态参数辨识方法

新能源集中并网已引发了多起次同步振荡(sub-synchronousoscillation,SSO)事故,严重威胁电力系统安全稳定。为对SSO进行实时预警与分析,提出一种基于同步相量数据的SSO检测与模态参数辨识方法。首先,推导SSO与同步相量中SSO分量实部、虚部的对应关系,在此基础上,选取同步相量实部作为特征量;其后,分析了SSO振荡特性变化时,同步相量中SSO分量的表现形式,并引入变分模态分解(variationalmodedecomposition,VMD)与希尔伯特变换(Hilbert transform,HT)对同步相量中SSO分量进行模态参数辨识,进而根据对应关系实现SSO模态参数的准确辨识。最后,利用同步相量中SSO分量瞬时幅值的差分来检测SSO振荡特性是否变化,并通过合成信号、电磁暂态仿真数据与实测数据对所提方法的有效性进行验证,该方法的理论成果有望在未来为SSO的实时预警,辅助决策提供技术支撑。     

次同步振荡的频率切片小波变换检测方法

针对现有的电力系统次同步振荡的检测方法存在对噪声敏感、振荡的特征和变化趋势难以获得的局限性,提出将频率切片小波变换(FSWT)方法应用于次同步振荡的分析和参数辨识。FSWT方法自由切割时频面,实现信号频率区间的灵活分割,可以实现对次同步振荡信号的总体和细化分析。首先,采用FSWT方法对含噪的次同步振荡信号进行总体时频分析,得到其时频能量分布。根据时频能量分布,可以预判是否发生次同步振荡、确定模态分量的数量及其频率分布区间。然后,合理选择频率切片区间,进行细化特征分析,通过对信号特征频率切片区间信号的重构,实现了次同步振荡的模态分量的分离及提取。最后,结合Hilbert变换获得高准确度的次同步振荡模态参数。     

基于FastICA-MP算法的次同步振荡模态参数辨识

WAMS在电力系统中的应用越来越广,使得电力系统次同步振荡模态参数在线辨识成为可能。但系统中存在大量电力电子设备,造成了WAMS采样信号中存在较强的噪声干扰,影响了振荡模态参数辨识的准确性。鉴于快速独立分量分析可以实现噪声信号与原始信号的有效分离,提出首先通过快速独立分量分析对采样信号进行预处理,然后将滤噪后的信号通过矩阵束算法进行辨识得到振荡模态参数。通过此方法可以进一步提高矩阵束的辨识准确度。通过理想仿真算例和国内某特高压直流输电系统作为实际仿真算例进行分析。仿真结果表明,快速独立分量分析可有效分离噪声信号,提高了矩阵束辨识准确性,为后续阻尼控制器的设计奠定了基础。     

次同步振荡在线监测的同步提取变换和朴素贝叶斯方法

目前基于相量测量单元(PMU)实现次同步振荡在线辨识和告警存在的问题有:参数辨识一般只辨识频率、幅值,不辨识衰减因子;告警阈值的确定需要人为经验,导致告警判据的快速性和可靠性难以保证。针对上述问题,提出将同步提取变换(SET)和机器学习方法——朴素贝叶斯(NB)方法相结合的次同步振荡在线监测方法。SET可以快速、准确地辨识出次同步振荡的模态参数,而NB方法可以自动实现次同步振荡在线预警。首先,通过SET对已有的历史次同步振荡数据进行辨识,将辨识得到的频率和衰减因子交由NB方法学习,并生成NB分类器。然后,当有新的PMU上传的振荡信号数据时,先采用SET辨识出振荡的频率和衰减因子,再将这些参数交由NB分类器来判断是否发生次同步振荡,并准确预警,从而实现对次同步振荡的在线监测。通过IEEE第二标准模型验证了所提方法的有效性。     

基于MM-ARMA算法的次同步振荡模态参数辨识

传统电力系统次同步振荡的辨识方法存在对噪声敏感、辨识精度不高的局限性。为此,提出了一种基于数学形态学自回归移动平均(MM-ARMA)算法的辨识方法,实现了在有噪声干扰下对次同步振荡模态的准确辨识。该方法利用形态滤波器可以有效抑制噪声的特性对次同步振荡信号进行消噪处理,保留信号的主要特征信息;对消噪后的信号建立基于加权递推最小二乘法参数估计的ARMA模型,根据估计的模型参数计算次同步振荡模态参数,完成次同步振荡模态辨识。与传统的Prony算法和自回归移动平均(ARMA)算法辨识结果进行的对比分析结果表明,所提次同步振荡模态辨识方法能快速、准确地辨识出模态参数,且具有较强的抗噪能力。     

基于Rife-Vincent窗和同步相量测量数据的风电次同步振荡参数辨识

随着电网中风力发电渗透率的增加,电力系统发生次同步振荡(sub-synchronous oscillation,SSO)的可能性显著增加,报道显示次同步振荡给电力系统设备安全和稳定运行带来重大挑战,如何准确地辨识SSO参数对抑制SSO至关重要。为了利用同步测量数据并提高计算精度,减少频谱泄漏和栅栏效应对辨识的影响,提出一种利用复数域同步相量数据的SSO关键参数辨识方法。首先,通过频谱分析得到复数域含SSO信号加窗同步相量的表达式,并推导得到系统基频分量和SSO分量在频域中的特征;然后基于加阻尼Rife-Vincent窗和三点插值法计算出复数域下SSO的频率、阻尼系数、幅度和相位参数。通过辨识不同条件下的仿真信号验证所提方法的有效性。仿真结果表明,相对于传统方法,该方法能更好地抑制频谱泄露和栅栏效应,具有更高的计算精度和鲁棒性。     

多通道高压直流广域改进射影控制器设计

为了对交直流互联系统含有的低频振荡和次同步振荡同时进行抑制,给出了一种改进的射影控制方法。通过总体最小二乘-旋转不变算法辨识出交直流输电系统送端孤岛运行方式下的振荡模态和降阶后的模型,运用带通滤波器将不同振荡频率的模态分解为多个通道,根据射影控制理论并做出改进,设计出多通道直流附加阻尼控制器。该控制器能够降低各种振荡模式间的相互影响,兼顾了控制器的阶数和鲁棒性。考虑到广域信号采集和传输过程中存在时滞问题,根据辨识结果并设计出了系统的相位补偿器。利用该方法对PSCAD/EMTDC中的某直流孤岛运行下的模型进行建模仿真,并与无附加阻尼控制下的系统进行比较分析。结果表明多通道射影控制器可以同时抑制低频振荡和次同步振荡,具有较好的鲁棒性;同时设计出的相位补偿器可以有效地解决系统的时滞问题。     

基于滑窗FFT的次同步振荡时变幅频在线监测方法

提出基于滑窗FFT（快速傅立叶变换）的次同步振荡时变幅频监测方法,对振荡信号的时变模态参数进行在线辨识。首先采用加窗插值方法减少频谱泄露和栅栏效应,降低FFT辨识误差。然后,通过时间窗的滑动对每个时间窗截取的信号进行FFT,得到振荡频率和振荡幅值的动态序列,即频率和幅值随时间变化关系,通过对时变振荡幅值的分析计算得到衰减因子的动态序列。最后,以理想非平稳信号、仿真信号及电网实测信号作为测试算例,通过与Prony和HHT算法的对比分析,表明该方法不仅不受模态混叠现象影响,而且具有一定抗噪能力,能够有效辨识随机时变振荡模态,实现次同步振荡在线监测分析。     

基于滑窗FFT的次同步振荡时变幅频在线监测方法

提出基于滑窗FFT（快速傅立叶变换）的次同步振荡时变幅频监测方法,对振荡信号的时变模态参数进行在线辨识。首先采用加窗插值方法减少频谱泄露和栅栏效应,降低FFT辨识误差。然后,通过时间窗的滑动对每个时间窗截取的信号进行FFT,得到振荡频率和振荡幅值的动态序列,即频率和幅值随时间变化关系,通过对时变振荡幅值的分析计算得到衰减因子的动态序列。最后,以理想非平稳信号、仿真信号及电网实测信号作为测试算例,通过与Prony和HHT算法的对比分析,表明该方法不仅不受模态混叠现象影响,而且具有一定抗噪能力,能够有效辨识随机时变振荡模态,实现次同步振荡在线监测分析。     

基于傅里叶分析的高压直流输电次同步振荡控制研究

当高压直流输电遭受短时扰动时,电气量变化产生的电磁转矩变化量所包含的电气负阻尼转矩,加剧了汽轮发电机的转速变化,使得输电线路中产生次同步振荡现象。文中通过傅里叶分析方法计算得出电网次同步振荡频率,在汽轮发电机的转子转速控制系统中通过调节励磁系统锁相环的频率合成,减小励磁电流波动,生成一个新的附加电磁转矩量,使最终的电气阻尼转矩分量为正,实现对转子转矩控制。仿真结果表明,在电网出现短时扰动时,汽轮发电机的转速没有出现大波动,实现了对次同步振荡的有效抑制。     

基于电容能量的模块化多电平换流器次同步振荡抑制及其阻抗分析

针对模块化多电平换流器(modular multilevel converter,MMC)易与风机和弱电网相互作用导致次同步振荡的情况,文中提出一种基于MMC电容能量控制的次同步振荡抑制方法。该方法通过控制环流的零序分量来调制MMC中储存的电容能量,使得电容能量根据公共连接点频率对次同步振荡进行阻尼。基于谐波状态空间理论建立考虑能量控制的MMC序阻抗模型,从交流侧阻抗角度分析能量控制对MMC动态的影响,并研究MMC与风机和弱电网相互作用导致次同步振荡的机理。分析结果表明,能量阻尼控制抑制了MMC阻抗中次同步频段的谐振峰;风电出力过大或电网短路比过小时,MMC易出现次同步振荡;在MMC采取定交流电压与定功率控制两种情形下,文中提出的能量阻尼控制都能有效阻尼次同步振荡。此外,理论阻抗建模及控制器性能都在电磁暂态仿真中得到验证。     

计及频率耦合和汇集网络的风电场序阻抗模型等值方法

近年来,中国河北沽源、新疆哈密等风电基地频繁发生电网振荡问题,呈现次、超同步频率振荡分量强耦合现象。频域小信号阻抗方法是建模和分析这类由电力电子并网装置引起的控制不稳定和振荡问题的有效方法。目前针对单个逆变器或风电机组频率耦合阻抗模型已有研究基础,文中基于此提出一种考虑频率耦合和汇集网络的风电场序阻抗模型等值方法,建立的风电场等值阻抗与单个逆变器或风电机组的模型定义和形式统一,能够用于分析次、超同步频率耦合的振荡问题。以直驱风电场并入弱电网系统为例,对所提出的模型应用于系统稳定性分析及振荡频率预测的准确性进行了仿真验证。     

基于宽频量测间谐波潮流计算的次/超同步振荡溯源方法

宽频量测技术的快速发展为部分新能源发电并网节点的次/超同步振荡监测提供了有效手段,但是由于测量单元布点限制,难以获得全网的振荡传播和分布。为此,提出了一种基于新能源发电并网点宽频量测间谐波潮流计算的次/超同步振荡溯源方法。给出了次同步振荡频率下间谐波潮流算法的网络模型和元件模型,总结了间谐波潮流计算的详细步骤,通过间谐波潮流计算可得到各个节点的间谐波电压电流分布,进而获得全网次/超同步振荡传播路径。当新能源发电系统次同步振荡传播引发邻近火电机组轴系扭振时,存在扭振机组间谐波等效阻抗突变的特性,从而造成间谐波潮流分布发生变化,根据预想振荡状态下间谐波潮流计算结果与实际宽频量测结果间的不同,可用于新能源发电次同步振荡引发邻近火电机组轴系扭振的溯源定位。最后,基于四机两区域系统和IEEE 10机39节点系统算例验证了所提方法的有效性和准确性。     

基于多级线性最优方法的多频段直流附加阻尼控制器设计

通过总体最小二乘-旋转不变技术辨识出系统振荡模式和降阶模型,对应系统的不同振荡模式,利用巴特沃斯带通滤波器将控制器分解为多个频段,基于多级线性最优方法控制和阿克曼公式,设计出带状态观测器的多频段高压直流附加阻尼控制器,为不同频段的振荡模式提供阻尼,实现同时抑制低频振荡和次同步振荡的功能。同时,在PSCAD实际系统中进行了仿真实验,并对比线性二次型最优控制和比例积分控制,证明了本文所设计控制器的有效性和鲁棒性,对于工程实践具有一定意义。     

双馈风电机组并网次同步振荡研究

首先基于次同步振荡理论,研究了双馈风电机组在弱电网并网情况下的机组脱网问题。研究发现,输电线路的串补投入和变流器控制策略对低频振荡敏感的因素导致了次同步振荡的发生;然后提出一种在网侧变流器中加入带阻尼特性的特定滤波器策略,该策略能够有效抑制风电机组与电网之间的振荡;最后,仿真结果验证了该方法的有效性。