利用随机响应的低频振荡模式估计方法比较分析

电力系统随机响应中蕴含着低频振荡模式信息。比较了自相关分析、自然激励技术和随机减量技术等三种方法从随机响应中提取系统自由振荡响应的应用,然后结合特征系统实现算法估计振荡模式频率和阻尼比。通过四机两区域系统和新英格兰系统的蒙特卡洛仿真,从时间窗长、噪声水平、模式阻尼状态及多通道随机响应的模式估计方面,对比分析了三种方法的估计性能和适用性。仿真结果表明,基于自相关分析的自由振荡响应提取方法具有更好的适应性,模式估计精度优于基于自然激励技术和随机减量技术的估计方法。     

基于经验模态分解的电力系统受扰轨迹去噪方法

电力系统低频振荡已成为危及系统运行安全一个不容忽视的因素,受扰轨迹能够完整地反映模型及参数对系统动态行为的影响,体现系统振荡特性。本文在简单介绍经验模态分解(EMD)的基础之上,将经验模态分解用于消除电力系统受扰轨迹的非平稳趋势项,通过仿真分析结果证明了该方法的有效性,对系统振荡模式的识别具有重要的意义。     

基于自然激励技术和TLS-ESPRIT方法的低频振荡模式辨识

提出了一种利用系统随机响应信号辨识低频振荡模式的方法。利用自然激励技术(NEx T)从系统随机响应信号中获得自由振荡信号,采用总体最小二乘—旋转不变技术的信号参数估计(TLS-ESPRIT)方法对所获得的自由振荡信号进行模式辨识,得到低频振荡模式的频率和阻尼比。采用16机系统仿真数据和四川电网实测数据验证了所提方法的有效性;与随机减量技术(RDT)结合Prony方法对比表明,所提方法对阻尼比估计更准确且抗噪性更强。     

逐步回归模型在互联电网主振模式辨识中的应用

针对联络线频发的有功潮流区间振荡,提出一种基于逐步回归模型的在线WAMS主振模式辨识方法。首先基于Prony算法抽取区域联络线WAMS有功轨迹或仿真轨迹中的振荡模式,接着以Prony算法所辨识出的模式参数构造解释变量全集并建立起多元线性化回归模型,通过逐步回归算法以循环迭代方式从解释变量全集中逐一增加和删除解释变量,求解满足回归方程和参数显著性的解释变量子集,最终以回归模型的参数显著性结果 sig值作为振荡模式重要性排序标准,自动确定联络线功率振荡主振模式,为进一步制定相关控制措施提供支持。最后,通过测试模型算例和四川电网实际系统振荡轨迹分析计算表明:所提方法能够自动辨识受扰系统联络线振荡轨迹主振模式,并且算法对噪声信号有较强鲁棒性,验证了所提模型方法的可行性和有效性。     

基于NExT和PRCE方法的低频振荡分析

将结构学用于分析机械结构振动特性的多参考点复指数法(PRCE)与自然激励技术(NEx T)相结合实现基于随机响应的低频振荡模式辨识。该方法首先利用NEx T从系统随机响应信号中获得自由振荡信号,然后采用PRCE方法对所获得的自由振荡信号进行模式辨识得到低频振荡模式的频率、阻尼比和振荡模态。16机系统中基于蒙特卡洛仿真辨识结果表明了该方法的有效性和正确性;与已有方法的对比表明该方法在辨识精度以及抗噪性方面表现得更好。基于四川电网PMU实测数据的辨识结果表明了该方法的有效性和可行性,为电力系统低频振荡分析提供了一种途径和方法。     

根据受扰轨迹识别电力系统主要振荡模式的信号能量法

弱联系的互联电力系统容易发生低频振荡已成为危及系统运行安全一个不容忽视的因素。根据系统受扰轨迹识别系统的主导振荡模式有重要意义。该文提出一种基于轨迹识别电力系统主要振荡模式的信号能量法，对单机无穷大系统，建立了受扰轨迹能量变化与振荡模式阻尼比之间的解析关系。通过构造与受扰轨迹在能量意义下等效的二阶系统，该方法也可用于识别多机系统的主导模式。由于所需的受扰轨迹既可取自于广域量测系统，也可通过仿真获得，该方法易于用来研究多机系统的主要振荡模式。运用信号能量法还可以识别不同时段主导振荡模式的变化。在单机对无穷大系统和EPRI-36节点8机系统算例中，证明所提方法的有效性。     

提升经验模态分解检测低频振荡模式精度的改进算法研究

基于实测受扰轨迹分析低频振荡问题已成为现代电力系统稳定性分析的重要手段。针对经验模态分解（EMD）方法分析低频振荡信号时,影响该方法精度的端点效应、频率漂移、模态混叠、阻尼损失等问题,分别提出基于ARMA模型的端点延拓法、B样条插值法、精细化复小波分析法及能量微差因子控制法加以解决。通过这些方法的混成应用,设计出一套改进的应用算法,有效提高了低频振荡信号非平稳特性参数检测精度。最后,通过EPRI-36仿真算例和RTDS实时算例测试,验证了所提算法检测复杂低频振荡信号模式信息具备很高的有效性和精度。     

基于类噪声信号和ARMA-P方法的振荡模态辨识

弱阻尼低频振荡是影响互联电网安全稳定运行的主要因素,振荡模态是表征系统振荡特性的重要参数,反映了各节点对振荡模式的参与情况。目前基于测量信号一般在振荡发生后进行模态分析,缺乏在系统正常运行情况下的分析手段。大量广域实测数据表明,因负荷的随机变化,电网内持续存在类似噪声信号的小幅波动。文中提出一种自回归滑动平均-Prony(ARMA-P)方法对这种类噪声信号进行处理,在采用ARMA模型拟合类噪声信号估计低频振荡模式参数的基础上,进一步建立信号的Prony模型,最终实现对低频振荡模态的辨识。将该方法用于对新英格兰系统仿真数据进行处理,其辨识结果与小干扰稳定计算结果进行了比较,并进一步将该方法用于处理南方电网实测数据,证明了其有效性。     

基于数据驱动随机子空间方法在低频振荡辨识中的应用

根据WAMS实测数据,对电力系统低频振荡模式进行辨识,对基于数据驱动随机子空间（SSI）辨识方法进行了研究。首先通过小波技术消去信号中的噪声分量,然后消去直流分量。利用处理后的数据构造Hankel矩阵,通过QR分解、SVD分解,利用卡尔曼滤波估计得到系统的随机状态模型,再对状态矩阵进行特征值分解,最终得到系统低频振荡模式参数。利用该方法分别对理想信号、仿真信号、电力系统实测数据进行分析。分析结果表明,基于数据驱动随机子空间方法能够准确辨识出系统主导振荡模式,可以应用于低频振荡模式的在线辨识。     

基于最小特征轨迹的电力系统稳定器参数整定方法

电力系统中低频、超低频等振荡的发生会威胁电网的安全稳定运行。电力系统控制器的参数设置直接影响系统低频和超低频振荡等小干扰问题的稳定性。为分析控制器参数对于稳定性的影响，从频域角度提出了一种基于最小特征轨迹的小干扰稳定分析方法。首先，建立转子回路的紧凑形式Heffron-Phillips模型，并根据特征轨迹得到频域稳定裕度表达式；然后，对该稳定裕度进行灵敏度分析，实现了参数对稳定性影响的量化分析。此外，基于该方法对励磁模式进行了分析，并从理论层面解释了电力系统稳定器增益存在上界的原因，同时，给出了励磁模式频率及电力系统稳定器临界增益求解方程。最后，提出了一种控制器参数整定方法，并通过算例验证了所提方法的有效性与实用性。     

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.     

大区联网条件下四川电网低频振荡分析

针对川渝、华中、华北、山东等电网的互联,求出了与四川电网相关的系统主导低频振荡模式,研究了区域电网互联出现的低频振荡问题。分析了区域间弱阻尼低频振荡模式及发电机在振荡中的作用。利用Prony分析方法检测出了这些主振模式,验证了小干扰稳定分析的正确性。用数值微分方法计算了系统某些运行参数对系统主导振荡模式的灵敏度,分析了这些参数在小干扰稳定中的作用。研究了电力系统稳定器对系统主导振荡模式的阻尼作用。     

近振荡中心规模化风电对电网阻尼特性的影响

大扰动冲击后,电网中振荡中心的电压变化幅度大、幅值跌落低,受此影响,其近区风电场功率会出现显著波动,从而加剧风电场与电网交互作用。基于通用电气双馈风机机电暂态仿真模型,分析了并网电压U_s低频跌落与回升过程中,风电场并网系统暂态功率特性,以及不同控制方式对其影响;基于等面积原理,分析了等值电纳B_w的3种典型受扰U_s-B_w轨迹对振荡的影响,并据此揭示了风电场并网系统对电网振荡阻尼的作用机制。通过蒙东外送电网大扰动时域仿真,验证了沽源风电并网系统提升电网振荡阻尼的作用,以及优化风机控制方式增强阻尼能力的效果。     

关于低频振荡分析方法的评述

为更好地梳理概念,将低频振荡分析方法分为两大类,即针对系统模型平衡点的特征根方法以及沿着系统受扰轨迹的模式提取方法。平衡点特征根方法可进一步按采用的系统模型分为确定性的线性化模型、确定性的非线性模型和概率模型。这类方法与具体扰动无关,但只能反映系统在该平衡点附近的动态行为,故不适用于包含强非线性、变系数、相继故障或有离散控制的系统。受扰轨迹模式分析方法则从特定扰动下的时间响应曲线中提取振荡信息的时间序列,包括系统模型未知情况下（如实测轨迹）的信号处理法和系统模型已知情况下（如仿真轨迹）的分时段定常线性化法。在评述各种方法的基础上,提出改进的思路及有望突破的研究方向。     

基于机组受扰轨迹同调分群的实际电网解列配置

针对大型电网中区域性电网失稳的失步振荡问题,以华北2020年规划电网和东北电网2013年500 k V线路相间短路故障为研究对象,根据同调分群解列原理,提出了基于机组受扰轨迹同调分群的解列配置流程。结果表明:基于机组受扰轨迹同调分群的解列配置方法与常规解列配置方法相比,解列断面的设置思路更加清晰,并且,可以有效地解决多群振荡问题。     

大规模光伏电站并网的振荡模式分析

随着光伏电站容量的不断增大,其对于电网稳定性的影响也日趋明显。建立了大规模光伏电站并网系统的等值模型,采用特征值法和时域仿真验证其准确性。基于等值模型采用特征值法分析了大规模光伏电站的振荡模式,并研究了光伏逆变器的控制器参数、光伏阵列结构以及交流系统强弱对振荡模式的影响。仿真结果表明:光伏并网系统中主要包含正阻尼的次同步振荡模式和低频振荡模式,其中次同步振荡模式主要受q轴电流PI参数的影响,低频振荡模式主要受外环电压和d轴电流PI参数的影响;光伏阵列结构的变化对系统振荡模式有影响,会使系统中与直流电压相关的模式由非振荡状态变为振荡状态;交流系统变弱会导致振荡模态阻尼减弱,威胁系统的安全稳定运行。时域仿真验证了特征值分析的正确性。     

VSG附加自抗扰阻尼控制抑制低频振荡研究

针对新能源大量并网降低系统惯性和阻尼引起电网功率振荡的问题,提出了基于自抗扰控制（active disturbance rejection control,ADRC）的VSG有功附加阻尼控制策略来抑制低频振荡。首先介绍自抗扰控制器并分析附加阻尼控制抑制低频振荡的机理,然后给出控制环节中参数的取值原则,最后以VSG接入单机无穷大系统和IEEE 4机系统为例进行仿真,结果表明,附加自抗扰阻尼控制器能有效抑制系统的功率振荡,有较强的鲁棒性。     

基于仿真软件PSS/E的低频振荡分析方法

基于仿真软件PSS/E提出了一种分析华东电网低频振荡特性的方法,结合PSS/E的特征值分析法和Prony分析法,在发电机采用经典模型的条件下通过特征值分析计算系统振荡模式的频率、振型和参与因子,而在发电机采用详细模型并考虑励磁系统详细模型的条件下通过Prony分析法计算系统振荡模式的阻尼。对4机两区域系统和新英格兰10机39节点系统的特征值分析表明,振荡模式的频率、振型和参与因子并不随发电机采用模型的不同而有很大变化。因此,文中提出的方法可以方便地适用于实际大规模电力系统的低频振荡分析。对华东电网的低频振荡特性进行分析,得到了该电网区域间振荡模式的频率、阻尼、振型及参与因子。     

一种综合分析算法在电网低频振荡振型快速估计中的应用

为了提高电网振荡动态特性中振型信息的有效获取速度,提出了一种综合分析算法,基于实测数据用于快速估计低频振荡振型、获取节点参与振荡程度的大小。它采用经验模态分解(EMD)对实测信号进行预处理,并基于信号能量分析方法、Teager能量算子和相关分析技术快速估计系统模态参数,通过计算各节点在电网关心模式的频率下有功注入功率占系统中该频率总有功振荡功率的比例,来衡量相应节点所关联的发电机对该模式的低频振荡的参与或贡献程度,从而得到该振荡模式下系统的振型信息。通过人工合成信号和某实际电网仿真算例,验证了该算法的快速性、有效性以及实用性。     

计及时变系统完整非线性的振荡模式分析

提出评估非自治非线性因素对振荡行为影响程度的指标。其绝对值在定常的线性模型下严格为0,并随着时变性或非线性影响的增强而增加。据此,可量化地比较不同因素的影响。受扰轨迹完整地反映了时滞环节及离散控制等本质非线性因素和时变因素对系统动态行为的影响。采用小波脊方法估算受扰轨迹在适当宽度的时间窗口内的振荡模式,并随着窗口的滑动得到振荡模式的时间序列。用该序列可以量化非自治非线性振荡的特性,并指导对大振幅低频振荡的分析与控制。仿真发现,即使是3机9节点的小系统,其动态行为也可能不同于平衡点特征根的描述,而平衡点特征根甚至可能丢掉最危险的非线性模式。