基于廣域量測的電力系統(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)不及時或控制不恰當(dāng)，嚴(yán)重時甚至導(dǎo)致大停電事故。鑒于低頻振蕩問題危害的嚴(yán)重性，國際電子與電氣工程師協(xié)會(IEEE)和國際大電網(wǎng)組織(CIGRE)均曾成立專門工作組對其進(jìn)行研究。
　　傳統(tǒng)的電力系統(tǒng)低頻振蕩問題分析方法需要對系統(tǒng)建立詳細(xì)的數(shù)學(xué)模型

2、，將模型在某個運(yùn)行點(diǎn)線性化后基于小信號穩(wěn)定性理論進(jìn)行分析。對于大規(guī)模復(fù)雜互聯(lián)電網(wǎng)，對其準(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，若模型不能及時得到更新，則不能準(zhǔn)確反映系統(tǒng)的實際低頻振蕩情形。PMU（同步相量測量單元）在電力系統(tǒng)中的大量安裝使得基于廣域量測數(shù)據(jù)的低頻振蕩分析成為可能，由于實測數(shù)據(jù)真實體現(xiàn)了系統(tǒng)當(dāng)前的運(yùn)行狀態(tài)，因此基于量測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

3、數(shù)據(jù)分析電力系統(tǒng)低頻振蕩問題。
　　將結(jié)構(gòu)學(xué)領(lǐng)域用于分析建筑或機(jī)械結(jié)構(gòu)振動特性的ITD(Ibrahim Time Domain)方法引入電力系統(tǒng)，基于大擾動后的自由振蕩信號，實現(xiàn)對低頻振蕩模式參數(shù)的辨識?；诩~約/新英格蘭16機(jī)系統(tǒng)模型對所提方法的性能進(jìn)行了驗證和評估。通過采用零相位偏移低通濾波器對輸入信號進(jìn)行預(yù)處理，有效提高了所提方法對量測噪聲的魯棒性。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方法除了能辨識振蕩模式的頻率和阻尼比外，還能同時辨識振蕩模態(tài)，這三個參數(shù)可以完整地描述某個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)的對比結(jié)果表明，ITD方法與SSI方法在辨識精度方面性能相當(dāng)，但由于SSI方法需要對規(guī)模龐大的矩陣進(jìn)行奇異值分解，因此本文所采用的ITD方法在計算速度方面優(yōu)勢明顯。另外，當(dāng)只有少量PM

5、U量測點(diǎn)數(shù)據(jù)時，只要這有限個PMU安裝點(diǎn)的觀測量對某個振蕩模式具有較高的可觀性，則ITD方法可利用該有限個PMU安裝點(diǎn)的量測數(shù)據(jù)準(zhǔn)確辨識出該振蕩模式?；谥袊髂夏硨嶋H電網(wǎng)PMU實測數(shù)據(jù)，采用ITD方法辨識出該電網(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的方法，而自由振蕩信號的獲得依賴于大擾動的發(fā)生，因此基于自由振蕩信號進(jìn)行區(qū)域間低頻振蕩模式辨識存在一定的局限性。系統(tǒng)在大部分時

6、間下處于環(huán)境激勵狀態(tài)，此時系統(tǒng)的響應(yīng)是由系統(tǒng)中負(fù)荷的隨機(jī)波動所引起的，為隨機(jī)響應(yīng)信號。在一定條件下，隨機(jī)減量技術(shù)(RDT)和自然激勵技術(shù)(NExT)可以從隨機(jī)響應(yīng)信號中提取其自由振蕩特征，通過將這兩種技術(shù)與ITD方法相結(jié)合，實現(xiàn)了環(huán)境激勵條件下基于RDT-ITD和NExT-ITD的低頻振蕩模式辨識。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方法對量測噪聲具有更好的魯棒性。中國西

7、南某實際電網(wǎng)PMU實測數(shù)據(jù)驗證結(jié)果表明，RDT-ITD方法和NExT-ITD方法均能準(zhǔn)確辨識出該電網(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)境激勵條件下進(jìn)行電力系統(tǒng)低頻振蕩模式辨識，但僅僅討論了該方法在頻率和阻尼比辨識方面的性能。本文對NExT-ERA在振蕩模態(tài)辨識方面的性能進(jìn)行了驗證評估。同時，提出基于RDT-ERA的低頻振蕩模式辨識方法，并基于同一仿真模型，即16機(jī)系統(tǒng)模型，

8、對RDT-ERA，NExT-ERA，RDT-ITD與NExT-ITD的性能進(jìn)行對比。中國西南某實際電網(wǎng)PMU實測數(shù)據(jù)驗證結(jié)果表明，RDT-ERA方法和NExT-ERA方法均能準(zhǔn)確辨識出該電網(wǎng)內(nèi)部存在的約0.75-0.8Hz的低頻振蕩模式。
　　在環(huán)境激勵條件下進(jìn)行低頻振蕩模式辨識時會受到兩種隨機(jī)因素影響，其一，環(huán)境激勵具有隨機(jī)特性;其二，量測噪聲也具有隨機(jī)特性。這兩種隨機(jī)因素導(dǎo)致單次的辨識結(jié)果具有偶然性，不具說服力。因此，本文基于