基于廣域隨機(jī)響應(yīng)的電力系統(tǒng)低頻振蕩模態(tài)辨識(shí)研究.pdf

1、現(xiàn)代電網(wǎng)的互聯(lián)建設(shè)構(gòu)成典型的特高壓、遠(yuǎn)距離、大容量、交直流混合運(yùn)行的系統(tǒng)，電網(wǎng)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)日益龐大，運(yùn)行方式復(fù)雜多變，系統(tǒng)中低頻振蕩事件經(jīng)常發(fā)生。系統(tǒng)隨機(jī)響應(yīng)是由系統(tǒng)正常中負(fù)荷隨機(jī)投切等小幅度擾動(dòng)引起，易于采集且數(shù)據(jù)量豐富，能夠及時(shí)反映系統(tǒng)當(dāng)前運(yùn)行特性。為此，本文著重開(kāi)展基于系統(tǒng)廣域隨機(jī)響應(yīng)的低頻振蕩模態(tài)辨識(shí)研究，充分挖掘和有效利用大電網(wǎng)廣域量測(cè)的時(shí)空數(shù)據(jù)，及時(shí)跟蹤系統(tǒng)的運(yùn)行狀態(tài)。論文的主要工作有:
　　(1)利用系統(tǒng)隨機(jī)響應(yīng)估計(jì)的振

2、蕩模式參數(shù)可視為一組服從高斯分布的隨機(jī)變量。針對(duì)現(xiàn)有模式估計(jì)方法一般只是得到模式參數(shù)的點(diǎn)估計(jì)的問(wèn)題，提出了一種基于單通道隨機(jī)響應(yīng)的振蕩模式參數(shù)的區(qū)間估計(jì)方法。采用預(yù)報(bào)誤差方法辨識(shí)單通道隨機(jī)響應(yīng)的ARMA模型，根據(jù)從AR參數(shù)估計(jì)振蕩模式參數(shù)的步驟，推導(dǎo)了AR參數(shù)的協(xié)方差矩陣傳遞到模式參數(shù)標(biāo)準(zhǔn)差的過(guò)程，同時(shí)估計(jì)低頻振蕩模式參數(shù)及其方差，進(jìn)而構(gòu)造模式頻率和阻尼比的置信區(qū)間。
　　(2)針對(duì)單通道隨機(jī)響應(yīng)無(wú)法保證對(duì)系統(tǒng)多個(gè)振蕩模態(tài)都有較好

3、的可觀測(cè)性，提出一種基于多通道隨機(jī)響應(yīng)振蕩模式參數(shù)置信區(qū)間的估計(jì)方法。采用隨機(jī)子空間法辨識(shí)振蕩模式參數(shù)，并利用多通道隨機(jī)響應(yīng)估計(jì)Toeplitiz矩陣的協(xié)方差，在此基礎(chǔ)上，基于一階攝動(dòng)分析法，推導(dǎo)了Toeplitiz矩陣的協(xié)方差傳遞到可觀測(cè)性矩陣、系統(tǒng)狀態(tài)矩陣和振蕩模態(tài)參數(shù)的協(xié)方差矩陣，進(jìn)而可以從一組測(cè)量數(shù)據(jù)中估計(jì)出系統(tǒng)的多個(gè)振蕩模態(tài)的模式參數(shù)的置信區(qū)間。
　　(3)在利用系統(tǒng)隨機(jī)響應(yīng)辨識(shí)振蕩模式參數(shù)時(shí)存在兩個(gè)特別的現(xiàn)象:一是相對(duì)

4、模式阻尼比，模式頻率的估計(jì)準(zhǔn)確度更高;二是弱阻尼的振蕩模式參數(shù)估計(jì)結(jié)果更為準(zhǔn)確。針對(duì)模式參數(shù)估計(jì)的準(zhǔn)確性問(wèn)題，通過(guò)四機(jī)兩區(qū)域系統(tǒng)的蒙特卡羅仿真，從誤差傳遞的角度，詳細(xì)對(duì)比分析了不同阻尼比和不同頻率下的模式參數(shù)估計(jì)準(zhǔn)確性的變化規(guī)律，并從理論上定性的討論和解釋了模式參數(shù)估計(jì)中的這兩個(gè)現(xiàn)象，闡明了利用系統(tǒng)隨機(jī)響應(yīng)進(jìn)行模式參數(shù)估計(jì)的固有特征。
　　(4)振蕩振型是刻畫系統(tǒng)振蕩模態(tài)的重要特性之一。為有效利用大電網(wǎng)廣域時(shí)空數(shù)據(jù)關(guān)聯(lián)特性，通過(guò)分

5、析廣域多通道信號(hào)的向量自回歸模型與系統(tǒng)振蕩模態(tài)之間的聯(lián)系，研究了基于向量自回歸分析的振蕩振型估計(jì)方法。采用QR分解實(shí)現(xiàn)向量自回歸模型參數(shù)的最小二乘估計(jì)，計(jì)算出振蕩振型，并通過(guò)系統(tǒng)隨機(jī)響應(yīng)的功率譜峰值確定系統(tǒng)的主導(dǎo)模態(tài)。針對(duì)系統(tǒng)輸出的通道數(shù)逐漸增加使得振蕩振型估計(jì)變得更復(fù)雜的問(wèn)題，進(jìn)一步地研究了基于經(jīng)驗(yàn)正交函數(shù)分析的振蕩振型估計(jì)方法，提高了振型估計(jì)的效率。
　　(5)在低頻振蕩模態(tài)辨識(shí)的理論研究基礎(chǔ)上，開(kāi)發(fā)了“基于WAMS的低頻振蕩

6、分析及預(yù)警軟件”，該軟件主要利用系統(tǒng)隨機(jī)響應(yīng)在線辨識(shí)系統(tǒng)的振蕩模態(tài)，當(dāng)某個(gè)模態(tài)的阻尼低于設(shè)定的閾值時(shí)發(fā)出預(yù)警信息，協(xié)助系統(tǒng)運(yùn)行人員及時(shí)采取合適的控制措施，提高相應(yīng)模態(tài)的阻尼比，從而防止振蕩事故發(fā)生。此外，還具有振蕩實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，離線暫態(tài)事件分析及報(bào)表統(tǒng)計(jì)等功能。軟件通過(guò)了國(guó)網(wǎng)電力科學(xué)研究院實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證中心的測(cè)試，各項(xiàng)功能滿足要求。
　　論文所做的基于系統(tǒng)響應(yīng)的振蕩模態(tài)辨識(shí)的理論研究和軟件開(kāi)發(fā)，對(duì)于拓展和豐富基于廣域量測(cè)的低頻振蕩模態(tài)分析理