基于同步相量轨迹拟合的电力系统次同步/超同步振荡的实时参数辨识EI北大核心CSCD

基于同步相量数据的次同步振荡参数辨识可有效监测次同步振荡的动态过程。该文提出一种基于同步相量轨迹拟合的电力系统次同步/超同步振荡的实时参数辨识方法。通过求解超定非线性的同步相量轨迹拟合方程组,能准确得到频移基波、次同步和超同步分量的频率、幅值和相位。该方法利用各分量对应的同步相量正负频率部分耦合而成的椭圆轨迹特性,仅依据100ms的同步相量数据序列即可进行高实时性的参数辨识。所提算法相比现有算法的优势在于,一方面可辨识与次同步分量耦合的超同步分量参数;另一方面超短数据窗大幅提升了算法实时性,并克服了频谱分析法的频率分辨率受限问题。模拟同步相量测量终端(phasor measurement unit,PMU)数据和实际仿真数据的对比分析结果表明,所提方法可准确获取基波和次同步/超同步振荡参数,并有效实现次同步振荡的动态实时监测。     

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。     

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PMU数据频谱辨识次同步振荡的研究

为解决风电场与电网间发生的次同步振荡现象,保证风电场与电网的稳定运行,经研究发现,利用现有的同步相量测量装置(phasor measurement unit,PMU)监测次同步谐波是解决次同步振荡问题的有效途径。文中以新疆哈密某风电场为例,首先通过PMU记录的电流幅值数据频谱分析次同步振荡产生的主要频段,接着对次同步谐波分量产生机理进行分析以及锁相环节进行仿真验证。结果表明,PMU数据频谱分析得出的振荡频段与锁相环节仿真验证结果相吻合,从而验证了该方法的有效性。该研究结果可为风电场次同步振荡的理论研究和工程实际提供参考依据。     

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。     

相量测量单元实现次同步振荡在线辨识和告警的探讨

为了及时发现电力系统中的次同步振荡,采取措施保障机组安全和电力系统稳定运行,结合同步相量测量的算法原理分析了次同步振荡对相量测量单元(PMU)测量结果的影响;针对IEEE Std C37.118—2011标准对于同步相量测量提出的新要求,分析了遵循新标准的PMU测得的同步相量数据应用于主站次同步振荡监测时存在的问题,并指出了在主站实现次同步振荡分析的局限性;在此基础上提出在PMU装置上实现次同步振荡在线辨识和告警的方法,通过仿真试验验证了方法的可行性。     

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。     

基于同步相量数据的次同步振荡参数辨识与实测验证

近年来,国内外风电系统频繁发生次同步振荡(subsynchronous oscillation,SSO)事故,严重影响电力系统安全稳定运行。为了给事故分析、抑制策略制定等提供可靠的数据支撑,亟需开展面向SSO的广域监测工作。为此,提出基于同步相量数据的SSO参数辨识方法。通过严密的数学推导,揭示SSO工况下同步相量数据主要由4种模态组成,从而可将SSO参数辨识问题转化为模态参数提取问题。进一步采用2种经典的模态参数提取算法：矩阵束算法(matrix pencil method, MPM)和特征值系统实现算法(eigenvalue system realization algorithm,ERA)实现了SSO频率与幅值的准确辨识,并利用截断奇异值分解和决定系数提高了辨识的可靠性。所提方法通过合成信号、电磁暂态仿真以及河北沽源实际振荡数据进行了验证,结果显示,即便在振荡初期幅值较小时,该文方法仍可有效辨识SSO参数,因此,理论成果有望在未来为SSO实时预警、全景展示提供技术支撑。     

用于次同步振荡模态提取的柔性原子滤波

针对现有次同步振荡模态提取方法在模式分辨率、动态特性和抗噪声干扰能力等方面的不足,提出一种柔性原子滤波方法。该滤波器的时频域带宽柔性可调,能根据测量需要获取较高模式分辨率和快速动态特性。该方法在次同步频带设置滤波器,每个滤波器具有相同尺度因子和带宽参数,能在次同步频带通过滤波计算获取主导模式幅值包络线和频率,再利用最小二乘法从幅值包络线中提取各模式初始振荡幅值和衰减因子,进而获取阻尼比参数。Matlab仿真算例和基于EMTDC/PSCAD的IEEE第一标准测试模型算例证明了所提方法的正确性和有效性。仿真结果证明该方法能准确辨识频谱密集的复合振荡模态,准确跟踪时变性振荡频率,且具有较好的噪声鲁棒性。     

次同步振荡监测控制系统的研究与实现

研究了一种次同步振荡监测控制系统,由监测控制装置、同步相量测量单元(PMU)和监测分析主站三部分构成。监测控制装置通过功率轨迹跟踪的辨识技术,快速准确地识别次同步振荡工况。同时结合火电机组的模态频率特征,以分轮分级的控制策略,在火电机组扭振保护动作前快速平息电网次同步振荡。提出了次同步振荡的全景分析方案,通过召唤PMU的连续录波文件,在监测分析主站实现了全网次同步振荡状态的自动计算和直观展示,为次同步振荡机理研究创造了有利条件。最后,通过工程应用案例验证了系统的可行性和有效性。     

电力系统次同步和超同步谐波相量的检测方法

针对现有基于基波相量检测的动态监测装置和系统不能满足精确检测次(超)同步谐波的要求,提出一种能够同时检测次(超)同步谐波和基波相量的新方法,它改进了现有定间隔采样相量校正算法,通过自动频率检测、多模式滤波和相量校正方法,可在信号内包含多个非整次谐波分量的情况下,高精度检测出所有次(超)同步谐波和基波相量。给出了检测方法的原理和实现,采用理想测试信号和工程实际数据测试并验证了方法的精度和抗噪声能力。     

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。     

风电并网系统次/超同步振荡的动态监测方法研究

近年来,我国大规模风电基地中出现了新型次/超同步振荡问题,其频率具有时变特性。已有的同步相量测量单元(PMU)和广域测量系统无法准确监测其动态发展过程。鉴于此,本文首先探讨了次/超同步谐波对传统PMU算法的不良影响,剖析谐波引起基频相量测量误差的根源。其次,提出一种具有频率自适应控制能力的次/超同步谐波相量检测方法,能够准确判断系统中是否出现次同步振荡,并检测出基波相量和次/超同步谐波相量。最后,通过搭建实际系统的电磁暂态仿真模型分析验证了改进算法的有效性和精确性。     

基于类噪声数据的电力系统低频振荡模式辨识方法及应用

低频振荡的监测对于电力系统的安全稳定运行是一个巨大的挑战。提出了基于类噪声数据的低频振荡模式在线辨识方法,该方法将类噪声PMU数据经过预处理后,以ARMA方法计算得到单测点低频振荡模式信息,然后通过聚类方法得到系统振荡模式信息。结合实际发生的一次低频振荡事故,通过比较扰动前和扰动过程中低频振荡模式差异判断振荡类型,并通过势能增量分布法予以验证。     

低频振荡模式辨识的改进衰减正弦原子分解法

为克服传统衰减正弦原子分解法的估计偏差,提出一种改进的衰减正弦原子分解法用于低频振荡模式辨识。该方法在匹配追踪中引入松弛算法的思想,通过迭代的策略分离各个振荡模式,并采用改进萤火虫算法和伪牛顿法相结合的优化方法,在衰减正弦原子库中进行参数寻优。通过数值信号仿真、IEEE4机2区系统仿真和相量测量单元PMU(phasor measurement unit)实测信号仿真,验证了本文所提方法可获得振荡参数的无偏估计,提高了辨识精度,且具有良好的抗噪能力,能够满足低频振荡模式辨识的要求。     

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FCM聚类的随机子空间低频振荡模态识别算法

振荡模态的精准捕捉对有效抑制低频振荡有重要意义,基于量测的低频振荡模态辨识方法在在线监测识别领域具有广阔应用前景。本文针对模态识别算法定阶困难、易存在虚假模态等问题,提出了基于模糊C均值聚类的多阶随机子空间算法。通过多阶子空间计算可捕捉所有可能的系统模态,并通过模糊C均值算法确定实际最低阶数,经虚假模态筛除确定最终振荡主导模态,并且能降低干扰,提升辨识抗噪性能。本文算法与Prony算法进行了性能对比,并通过四机两区系统和实际电网相量测量单元量测数据验证了算法的适用性和鲁棒性。     

计及相量测量单元信息不可观性的强迫功率振荡扰动源定位

强迫功率振荡的扰动源定位是低频振荡诊断与分析中的重要问题。目前,利用相量测量单元(PMU)的数据进行扰动源位置识别已引起了一定的关注,但相关研究成果大多未考虑PMU尚无法完整配置的现状,因而难以在实际电力系统中推广应用。为此,提出了一种计及PMU信息不可观性的强迫功率扰动源定位方法,并从扰动源定位的角度出发,提出了PMU分区配置的基本要求。仿真结果表明,该方法可在PMU信息不可观的情况下准确识别扰动源位置。     

直驱风电场中SVG电压前馈阻抗重构抑制次/超同步振荡方法

直驱风电场在中低频段内呈现负阻值容性的阻抗外特性,当接入呈感性的弱电网时会相互耦合引起次/超同步振荡,不利于新能源的稳定消纳与电网的安全运行。为抑制风电场的次/超同步振荡,提出一种直驱风电场中静止无功发生器(SVG)阻抗重构控制方法。通过在风电场中的SVG控制系统内加入带通滤波器的电压前馈控制进行阻抗重构,提高风电场并网稳定性。利用谐波线性化方法,建立含所提阻抗重构控制SVG的直驱风电场序阻抗模型。基于所建立的阻抗模型和所提出的阻抗稳定性判据,对比分析未采用SVG阻抗重构控制和所提控制方法的直驱风电场的稳定性。结果表明当采用所提控制方法时,风电场在40~100 Hz频段内呈现正阻值特性,且降低了系统的容性特性,抑制了风电场次/超同步振荡,同时可以改善风电场中因并网风电机组数量增加所带来的振荡问题。最后,通过仿真验证了所提方法对抑制风电场次/超同步振荡的有效性与正确性。     

基于同步相量数据的间谐波还原算法

随着新能源的快速发展,越来越多的电力电子设备应用在了电网中,导致电力信号中出现了频率为次同步及超同步的间谐波。当这些间谐波严重时会造成次同步振荡,危害电网安全。因此,间谐波的监测预警至关重要。目前,同步相量测量单元(PMU)已在电网中大量装备,这为监测电网中的间谐波提供了可能。基于PMU测量相量,提出了一种间谐波的还原算法。提出了基于复数相量的次/超同步间谐波提取方法。针对频谱分析所得的频率和幅值误差较大的问题,提出了将间谐波的频率和幅值分开求解的思路:基于能量重心法修正间谐波的计算频率;进一步地,提出了基于最小二乘法的间谐波幅值校正方法。通过仿真验证以及电力系统实际录波数据的测试表明,所提方法能够在电气量中含有多个对称和非对称间谐波、高噪声条件下较为准确地计算得到间谐波的频率和幅值。