基于時(shí)間響應(yīng)曲線的電力系統(tǒng)振蕩機(jī)理分析和模型參數(shù)識(shí)別.pdf

1、低頻振蕩通常被歸結(jié)為小擾動(dòng)穩(wěn)定問題，將系統(tǒng)的非線性微分方程在平衡點(diǎn)附近線性化，獲取線性化方程的機(jī)電相關(guān)特征根反映系統(tǒng)的振蕩模式和模態(tài)。特征根分析只能表征系統(tǒng)在平衡點(diǎn)附近的動(dòng)態(tài)特征，不能反映系統(tǒng)中非自治、非線性因素以及擾動(dòng)強(qiáng)度的影響。
　　 電力系統(tǒng)在小擾動(dòng)引起的增幅振蕩或直接在大擾動(dòng)下，都會(huì)進(jìn)入強(qiáng)時(shí)變、強(qiáng)非線性狀態(tài)，而使平衡點(diǎn)特征根失去意義。然而，擾動(dòng)的大小具有相對(duì)性，不僅取決于擾動(dòng)本身，還取決于平衡點(diǎn)離穩(wěn)定域邊界的距離。

2、>　　 受擾軌跡是系統(tǒng)動(dòng)態(tài)行為的直接表達(dá)，包含了系統(tǒng)對(duì)特定擾動(dòng)的時(shí)間響應(yīng)信息。從受擾軌跡不同時(shí)間窗口中提取的振蕩阻尼與瞬時(shí)頻率，構(gòu)成了與受擾時(shí)段對(duì)應(yīng)的特征根時(shí)間序列，簡(jiǎn)稱為軌跡特征根，以區(qū)別于平衡點(diǎn)特征根。軌跡特征根不僅可以反映全部非線性及非自治因素的影響，也清晰地反映了系統(tǒng)振蕩分群方式和振蕩中心界面以及它們的演化過程，因此有更豐富的內(nèi)涵。
　　 根據(jù)實(shí)際/仿真的受擾軌跡，求取軌跡特征根的方法有軌跡窗口特征根法和軌跡斷面特征根

3、法。軌跡窗口特征根法在窗口每次移動(dòng)后重新提取振蕩參數(shù)，故有一定能力處理時(shí)變非線性系統(tǒng)。但其窗寬必須大于一定的采樣周期(或仿真步長(zhǎng))，并將窗內(nèi)視為平穩(wěn)過程，故仍不適合快時(shí)變或強(qiáng)非線性場(chǎng)合。軌跡斷面特征根法則是在每個(gè)時(shí)間斷面上，對(duì)系統(tǒng)方程重新線性化并求解特征根。這類分段線性化的特征根技術(shù)可以應(yīng)對(duì)快時(shí)變和強(qiáng)非線性，但需事前掌握系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型與參數(shù)。
　　 對(duì)于任何復(fù)雜模型，通過仿真得到特定擾動(dòng)下的受擾軌跡后，就可沿軌跡將系統(tǒng)模型等值為

4、分段定常的線性系統(tǒng)。軌跡斷面特征根法采用的假設(shè)與歐拉積分完全相同，即系統(tǒng)在且僅在單個(gè)仿真步長(zhǎng)內(nèi)被定常線性化。因此，在每個(gè)積分步內(nèi)，不但可用靜態(tài)擴(kuò)展等面積準(zhǔn)則(SEEAC)分析該軌跡斷面上的能量穩(wěn)定裕度(軌跡斷面能量)，也可用平衡點(diǎn)特征根技術(shù)分析該軌跡斷面上的振蕩阻尼與瞬時(shí)頻率，而將斷面處的不平衡功率與動(dòng)能視為初始擾動(dòng)。完整的受擾軌跡成為大、小擾動(dòng)穩(wěn)定分析的共同基礎(chǔ)，斷面特征根可反映復(fù)雜因素對(duì)振蕩特性的影響，而EEAC可反映復(fù)雜因素影響同

5、步穩(wěn)定性的本質(zhì)。引入“軌跡斷面虛擬平衡點(diǎn)特征根序列”的概念，以計(jì)入斷面處動(dòng)能對(duì)滑步失穩(wěn)的影響，并將滑步失穩(wěn)與振蕩失穩(wěn)兩者的機(jī)理相關(guān)聯(lián)。本文據(jù)此考證最遠(yuǎn)點(diǎn)(FEP)和動(dòng)態(tài)鞍點(diǎn)(DSP)處的振蕩阻尼與瞬時(shí)頻率，揭示大、小擾動(dòng)失穩(wěn)的內(nèi)在聯(lián)系。
　　 電力系統(tǒng)動(dòng)態(tài)仿真是指導(dǎo)電力系統(tǒng)規(guī)劃、設(shè)計(jì)和運(yùn)行的根本依據(jù)。電力系統(tǒng)動(dòng)態(tài)仿真的準(zhǔn)確度直接影響到系統(tǒng)控制策略的效果，當(dāng)然也會(huì)影響到基于軌跡斷面特征根進(jìn)行的系統(tǒng)動(dòng)態(tài)分析和控制策略的制定。需要對(duì)電

6、力系統(tǒng)動(dòng)態(tài)仿真模型的可信性進(jìn)行定量的評(píng)估，以指導(dǎo)參數(shù)識(shí)別，獲取可靠的系統(tǒng)模型。
　　 本文詳細(xì)歸納了電力系統(tǒng)動(dòng)態(tài)行為的要素、受擾軌跡的特征量及差異度指標(biāo)，評(píng)述基于受擾軌跡差異度指標(biāo)的模型校核及參數(shù)識(shí)別方法、存在問題和發(fā)展方向。指出該指標(biāo)不宜僅基于常規(guī)的信號(hào)處理技術(shù)，還應(yīng)該反映系統(tǒng)動(dòng)態(tài)行為的物理機(jī)理。
　　 受擾軌跡完整地反映了模型及參數(shù)對(duì)系統(tǒng)動(dòng)態(tài)行為的影響?；诜€(wěn)定性機(jī)理，提出電力系統(tǒng)受擾軌跡的物理機(jī)理差異度。該指標(biāo)值隨

7、動(dòng)態(tài)行為差異的增大而增加，當(dāng)且僅當(dāng)該指標(biāo)值為零時(shí)，兩組受擾軌跡完全重合。據(jù)此，可量化不同動(dòng)態(tài)行為的接近程度，用以校核模型，并通過靈敏度分析來(lái)識(shí)別參數(shù)。
　　 本文揭示了多參數(shù)識(shí)別問題中普遍存在的多解現(xiàn)象，即在一個(gè)特定擾動(dòng)下，按受擾軌跡的相似程度來(lái)識(shí)別模型參數(shù)，其結(jié)果在本質(zhì)上依賴于初值和迭代策略。指出必須分別以不同場(chǎng)景下的多組實(shí)測(cè)響應(yīng)曲線為標(biāo)準(zhǔn)，并且被識(shí)別參數(shù)在多次試驗(yàn)期間必須保持不變，才有可能解決參數(shù)識(shí)別的多解問題。本文同時(shí)指出