基于廣域量測(cè)的電力系統(tǒng)區(qū)域間低頻振蕩分析.pdf

1、區(qū)域間低頻振蕩問(wèn)題是互聯(lián)電力系統(tǒng)中存在的固有現(xiàn)象，弱阻尼振蕩模式導(dǎo)致的持續(xù)振蕩現(xiàn)象嚴(yán)重制約了聯(lián)絡(luò)線功率輸送能力，不利于系統(tǒng)經(jīng)濟(jì)運(yùn)行;而負(fù)阻尼振蕩模式所引發(fā)的增幅振蕩現(xiàn)象將危害系統(tǒng)穩(wěn)定性，若發(fā)現(xiàn)不及時(shí)或控制不恰當(dāng)，嚴(yán)重時(shí)甚至導(dǎo)致大停電事故。鑒于低頻振蕩問(wèn)題危害的嚴(yán)重性，國(guó)際電子與電氣工程師協(xié)會(huì)(IEEE)和國(guó)際大電網(wǎng)組織(CIGRE)均曾成立專門工作組對(duì)其進(jìn)行研究。
　　傳統(tǒng)的電力系統(tǒng)低頻振蕩問(wèn)題分析方法需要對(duì)系統(tǒng)建立詳細(xì)的數(shù)學(xué)模型

2、，將模型在某個(gè)運(yùn)行點(diǎn)線性化后基于小信號(hào)穩(wěn)定性理論進(jìn)行分析。對(duì)于大規(guī)模復(fù)雜互聯(lián)電網(wǎng)，對(duì)其準(zhǔn)確建模本身就存在一定困難，而且由于系統(tǒng)運(yùn)行條件多變，若模型不能及時(shí)得到更新，則不能準(zhǔn)確反映系統(tǒng)的實(shí)際低頻振蕩情形。PMU（同步相量測(cè)量單元）在電力系統(tǒng)中的大量安裝使得基于廣域量測(cè)數(shù)據(jù)的低頻振蕩分析成為可能，由于實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)真實(shí)體現(xiàn)了系統(tǒng)當(dāng)前的運(yùn)行狀態(tài)，因此基于量測(cè)的低頻振蕩分析方法可有效彌補(bǔ)基于模型的分析方法的不足，具有廣闊的應(yīng)用前景。本論文基于廣域量測(cè)

3、數(shù)據(jù)分析電力系統(tǒng)低頻振蕩問(wèn)題。
　　將結(jié)構(gòu)學(xué)領(lǐng)域用于分析建筑或機(jī)械結(jié)構(gòu)振動(dòng)特性的ITD(Ibrahim Time Domain)方法引入電力系統(tǒng)，基于大擾動(dòng)后的自由振蕩信號(hào)，實(shí)現(xiàn)對(duì)低頻振蕩模式參數(shù)的辨識(shí)?；诩~約/新英格蘭16機(jī)系統(tǒng)模型對(duì)所提方法的性能進(jìn)行了驗(yàn)證和評(píng)估。通過(guò)采用零相位偏移低通濾波器對(duì)輸入信號(hào)進(jìn)行預(yù)處理，有效提高了所提方法對(duì)量測(cè)噪聲的魯棒性。所采用的ITD方法基于多輸入通道，與已有文獻(xiàn)中基于單輸入通道的模式辨識(shí)方法（

4、比如Prony方法，TLS-ESPRIT方法，小波方法，以及卡爾曼濾波方法）相比，ITD方法除了能辨識(shí)振蕩模式的頻率和阻尼比外，還能同時(shí)辨識(shí)振蕩模態(tài)，這三個(gè)參數(shù)可以完整地描述某個(gè)低頻振蕩模式的特征。與已有文獻(xiàn)所采用的基于多輸入通道的隨機(jī)子空間方法(SSI)的對(duì)比結(jié)果表明，ITD方法與SSI方法在辨識(shí)精度方面性能相當(dāng)，但由于SSI方法需要對(duì)規(guī)模龐大的矩陣進(jìn)行奇異值分解，因此本文所采用的ITD方法在計(jì)算速度方面優(yōu)勢(shì)明顯。另外，當(dāng)只有少量PM

5、U量測(cè)點(diǎn)數(shù)據(jù)時(shí)，只要這有限個(gè)PMU安裝點(diǎn)的觀測(cè)量對(duì)某個(gè)振蕩模式具有較高的可觀性，則ITD方法可利用該有限個(gè)PMU安裝點(diǎn)的量測(cè)數(shù)據(jù)準(zhǔn)確辨識(shí)出該振蕩模式?；谥袊?guó)西南某實(shí)際電網(wǎng)PMU實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)，采用ITD方法辨識(shí)出該電網(wǎng)與其所屬的大區(qū)電網(wǎng)之間存在的約0.32Hz的振蕩模式。
　　ITD方法本質(zhì)上是基于自由振蕩信號(hào)的方法，而自由振蕩信號(hào)的獲得依賴于大擾動(dòng)的發(fā)生，因此基于自由振蕩信號(hào)進(jìn)行區(qū)域間低頻振蕩模式辨識(shí)存在一定的局限性。系統(tǒng)在大部分時(shí)

6、間下處于環(huán)境激勵(lì)狀態(tài)，此時(shí)系統(tǒng)的響應(yīng)是由系統(tǒng)中負(fù)荷的隨機(jī)波動(dòng)所引起的，為隨機(jī)響應(yīng)信號(hào)。在一定條件下，隨機(jī)減量技術(shù)(RDT)和自然激勵(lì)技術(shù)(NExT)可以從隨機(jī)響應(yīng)信號(hào)中提取其自由振蕩特征，通過(guò)將這兩種技術(shù)與ITD方法相結(jié)合，實(shí)現(xiàn)了環(huán)境激勵(lì)條件下基于RDT-ITD和NExT-ITD的低頻振蕩模式辨識(shí)。16機(jī)系統(tǒng)仿真結(jié)果表明，與已有文獻(xiàn)中的RDT-Prony方法相比，RDT-ITD方法和NExT-ITD方法對(duì)量測(cè)噪聲具有更好的魯棒性。中國(guó)西

7、南某實(shí)際電網(wǎng)PMU實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)驗(yàn)證結(jié)果表明，RDT-ITD方法和NExT-ITD方法均能準(zhǔn)確辨識(shí)出該電網(wǎng)內(nèi)部存在的約0.75-0.8Hz的低頻振蕩模式。
　　已經(jīng)有文獻(xiàn)基于NExT-ERA方法在環(huán)境激勵(lì)條件下進(jìn)行電力系統(tǒng)低頻振蕩模式辨識(shí)，但僅僅討論了該方法在頻率和阻尼比辨識(shí)方面的性能。本文對(duì)NExT-ERA在振蕩模態(tài)辨識(shí)方面的性能進(jìn)行了驗(yàn)證評(píng)估。同時(shí)，提出基于RDT-ERA的低頻振蕩模式辨識(shí)方法，并基于同一仿真模型，即16機(jī)系統(tǒng)模型，

8、對(duì)RDT-ERA，NExT-ERA，RDT-ITD與NExT-ITD的性能進(jìn)行對(duì)比。中國(guó)西南某實(shí)際電網(wǎng)PMU實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)驗(yàn)證結(jié)果表明，RDT-ERA方法和NExT-ERA方法均能準(zhǔn)確辨識(shí)出該電網(wǎng)內(nèi)部存在的約0.75-0.8Hz的低頻振蕩模式。
　　在環(huán)境激勵(lì)條件下進(jìn)行低頻振蕩模式辨識(shí)時(shí)會(huì)受到兩種隨機(jī)因素影響，其一，環(huán)境激勵(lì)具有隨機(jī)特性;其二，量測(cè)噪聲也具有隨機(jī)特性。這兩種隨機(jī)因素導(dǎo)致單次的辨識(shí)結(jié)果具有偶然性，不具說(shuō)服力。因此，本文基于