一種基于阻尼轉(zhuǎn)矩分析法的電力系統(tǒng)低頻振蕩源定位方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種基于阻尼轉(zhuǎn)矩分析的電力系統(tǒng)低頻振蕩源在線定位方法。該方法首先通過在線測量裝置獲取系統(tǒng)發(fā)生低頻振蕩時(shí)電磁轉(zhuǎn)矩、功角、角速度信號(hào)的動(dòng)態(tài)響應(yīng)數(shù)據(jù)，對(duì)發(fā)電機(jī)組的電磁轉(zhuǎn)矩信號(hào)以及其相對(duì)慣量中心的角速度、功角信號(hào)進(jìn)行模式分解，提取發(fā)電機(jī)所在支路的主導(dǎo)振蕩模式，采用最小二乘擬合方法計(jì)算發(fā)電機(jī)所在支路的主導(dǎo)振蕩模式的阻尼轉(zhuǎn)矩系數(shù)，接著根據(jù)阻尼轉(zhuǎn)矩系數(shù)判定發(fā)電機(jī)是否為該振蕩模式的振蕩源。本發(fā)明提供的定位監(jiān)測方法能夠準(zhǔn)確定位電力系統(tǒng)低頻振蕩發(fā)生源，通過振蕩源對(duì)其自身的控制能夠有效地平息系統(tǒng)中的低頻振蕩現(xiàn)象，有助于提高電力系統(tǒng)安全穩(wěn)定運(yùn)行水平。
【專利說明】一種基于阻尼轉(zhuǎn)矩分析法的電力系統(tǒng)低頻振蕩源定位方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于電力系統(tǒng)領(lǐng)域，具體涉及一種基于阻尼轉(zhuǎn)矩分析法的電力系統(tǒng)低頻振 蕩源在線定位方法。

【背景技術(shù)】
[0002] 隨著越來越多的區(qū)域電網(wǎng)通過高壓交流聯(lián)絡(luò)線聯(lián)接，系統(tǒng)的阻尼水平不斷減弱， 互聯(lián)電網(wǎng)出現(xiàn)低頻振蕩的風(fēng)險(xiǎn)大大增加?？焖贉?zhǔn)確定位振蕩源作為電力系統(tǒng)低頻振蕩診斷 與緊急控制的核心問題，對(duì)電力系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行具有重要意義。然而，如何從數(shù)量眾多 的發(fā)電機(jī)組中準(zhǔn)確定位振蕩參與機(jī)組，并采取合適的控制措施來平息系統(tǒng)振蕩一直困擾著 電力系統(tǒng)運(yùn)行和研究人員。
[0003] 目前，電力系統(tǒng)低頻振蕩在線監(jiān)測與振蕩源定位主要圍繞基于廣域測量系統(tǒng)實(shí)測 數(shù)據(jù)進(jìn)行的實(shí)時(shí)計(jì)算。在實(shí)際電網(wǎng)中，對(duì)于具有明確擾動(dòng)源的強(qiáng)迫功率振蕩，其擾動(dòng)源定位 方法包括能量函數(shù)法、時(shí)延法、等效電路法等。而負(fù)阻尼振蕩是由負(fù)阻尼機(jī)組引發(fā)的振蕩， 這些負(fù)阻尼機(jī)組作為振蕩的起因被稱為振蕩源，目前關(guān)于負(fù)阻尼振蕩源定位的研究還較 少，主要有基于振蕩能量的方法。然而，上述基于振蕩能量的振蕩源定位方法需要通過廣域 測量系統(tǒng)獲取關(guān)鍵支路的實(shí)測數(shù)據(jù)并進(jìn)行集中分析，將其應(yīng)用于實(shí)際大規(guī)?；ヂ?lián)電網(wǎng)存在 計(jì)算量很大的問題，并且僅能用于定位負(fù)阻尼振蕩源機(jī)組，難以辨識(shí)弱阻尼振蕩源機(jī)組。
[0004] 由于電力系統(tǒng)發(fā)生弱阻尼低頻振蕩的根本原因是發(fā)電機(jī)的阻尼不夠，因此，當(dāng) 系統(tǒng)發(fā)生低頻振蕩時(shí)，利用發(fā)電機(jī)支路監(jiān)測到的數(shù)據(jù)分析其對(duì)該振蕩的阻尼以及參與 情況，就能夠判斷自身是否為振蕩源?？傮w最小二乘-旋轉(zhuǎn)不變技術(shù)的信號(hào)參數(shù)估計(jì) (TLS-ESPRIT)與阻尼轉(zhuǎn)矩分析為該方案的實(shí)施提供了有力的幫助。
[0005] 傳統(tǒng)的電磁轉(zhuǎn)矩系數(shù)算法是基于僅包含一種低頻振蕩模式的單機(jī)無窮大系統(tǒng)提 出的，無法應(yīng)用于多種低頻振蕩模式并存的多機(jī)系統(tǒng)，"基于Prony分析的多機(jī)系統(tǒng)電磁轉(zhuǎn) 矩系數(shù)計(jì)算"（電網(wǎng)技術(shù)，2006,30(10) :39-44)提出了一種基于Prony分析的電磁轉(zhuǎn)矩系 數(shù)算法，克服了傳統(tǒng)算法的上述缺點(diǎn)，并指出特定模式下的阻尼轉(zhuǎn)矩系數(shù)可以評(píng)估發(fā)電機(jī) 抑制該模式振蕩的能力。然而，該算法并未應(yīng)用到實(shí)際多機(jī)電力系統(tǒng)低頻振蕩源的在線定 位研究中。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0006] 針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的缺陷，本發(fā)明的目的在于提供一種可以快速有效的實(shí)現(xiàn)電力系統(tǒng) 低頻振蕩源的在線定位的基于阻尼轉(zhuǎn)矩分析法的電力系統(tǒng)低頻振蕩源在線定位方法。
[0007] 本發(fā)明提供了一種基于阻尼轉(zhuǎn)矩分析法的電力系統(tǒng)低頻振蕩源定位方法，包括下 述步驟：
[0008] a)實(shí)時(shí)獲取擾動(dòng)后各機(jī)組的電磁轉(zhuǎn)矩f?、角速度兩和功角4;
[0009] (2)根據(jù)所述電磁轉(zhuǎn)矩f,.,、角速度焉和功角g獲得各機(jī)組電磁轉(zhuǎn)矩變化量Λ Tei、角 速度變化量Λ Wi、功角變化量Λ δ i ;
[0010] (3)根據(jù)各機(jī)組電磁轉(zhuǎn)矩變化量Λ Tei、角速度變化量Λ ω i和功角變化量Λ δ i并 利用TLS-ESPRIT方法獲得各機(jī)組的電磁轉(zhuǎn)矩、角速度，和功角I主導(dǎo)振蕩模式對(duì)應(yīng)的阻 尼比、振蕩頻率、幅值和初始相角；
[0011] (4)根據(jù)振蕩頻率與阻尼比篩選出電磁轉(zhuǎn)矩、角速度和功角的主導(dǎo)振蕩模式相同 的發(fā)電機(jī)組；
[0012] (5)對(duì)篩選出的發(fā)電機(jī)組進(jìn)行最小二乘擬合處理，得到這些機(jī)組在各自主導(dǎo)振蕩 模式下的阻尼轉(zhuǎn)矩系數(shù)；
[0013] (6)獲得主導(dǎo)振蕩模式與系統(tǒng)一致并且阻尼轉(zhuǎn)矩系數(shù)小于零或者接近于零的機(jī) 組，該機(jī)組即為引發(fā)低頻振蕩的振蕩源機(jī)組。
[0014] 其中，步驟（2)包括以下子步驟：

【權(quán)利要求】
1. 一種基于阻尼轉(zhuǎn)矩分析法的電力系統(tǒng)低頻振蕩源定位方法，其特征在于，包括下述 步驟： (1)實(shí)時(shí)獲取擾動(dòng)后各機(jī)組的電磁轉(zhuǎn)矩角速度瑪和功角戎； ⑵根據(jù)所述電磁轉(zhuǎn)矩匕_、角速度@和功角為獲得各機(jī)組電磁轉(zhuǎn)矩變化量Λ Tei、角速 度變化量Λ Wi、功角變化量Λ δ i ; (3) 根據(jù)各機(jī)組電磁轉(zhuǎn)矩變化量ATei、角速度變化量Λ 和功角變化量Λ δ i并利 用TLS-ESPRIT方法獲得各機(jī)組的電磁轉(zhuǎn)矩匕,_、角速度馬:和功角為主導(dǎo)振蕩模式對(duì)應(yīng)的阻 尼比、振蕩頻率、幅值和初始相角； (4) 根據(jù)振蕩頻率與阻尼比篩選出電磁轉(zhuǎn)矩、角速度和功角的主導(dǎo)振蕩模式相同的發(fā) 電機(jī)組； (5) 對(duì)篩選出的發(fā)電機(jī)組進(jìn)行最小二乘擬合處理，得到這些機(jī)組在各自主導(dǎo)振蕩模式 下的阻尼轉(zhuǎn)矩系數(shù)； (6) 獲得主導(dǎo)振蕩模式與系統(tǒng)一致并且阻尼轉(zhuǎn)矩系數(shù)小于零或者接近于零的機(jī)組，該 機(jī)組即為引發(fā)低頻振蕩的振蕩源機(jī)組。
2. 如權(quán)利要求1所述的電力系統(tǒng)低頻振蕩源定位方法，其特征在于，步驟（2)包括以下 子步驟： (2_1)根據(jù)角速度￠5,和功角為獲得系統(tǒng)角速度的慣量中心和功角的慣量中心 δ?ι；
;為系統(tǒng)中發(fā)電機(jī)臺(tái)數(shù)；分別為第i臺(tái)發(fā) 電機(jī)的實(shí)際角速度和功角鷓為第i臺(tái)發(fā)電機(jī)的慣性時(shí)間常數(shù)； (2-2)獲得相對(duì)于慣量中心的相對(duì)角速度和相對(duì)功角δ i ; 其中，二 -- - 0ΓΟ/，4 = 4 - d'co/ r (2-3)獲得各機(jī)組電磁轉(zhuǎn)矩變化量Λ Tei、角速度變化量Λ Wi、功角變化量Λ δ i ; 其中，ΔΓ?Ι=?, -Λ ?i = co「c〇i〇, Λ = S「Si〇，Tei0、c〇i〇、δ?〇分別為第 i 臺(tái) 發(fā)電機(jī)電磁轉(zhuǎn)矩、角速度、功角的穩(wěn)態(tài)值。
3. 如權(quán)利要求1所述的電力系統(tǒng)低頻振蕩源定位方法，其特征在于，所述步驟（3)包括 以下子步驟： (3-1)根據(jù)各機(jī)組電磁轉(zhuǎn)矩變化量ATei、角速度變化量Λ Wi和功角變化量Λ δ，勾造 Hankel 矩陣；
其中，x(n)為x在采樣時(shí)刻η的采樣信號(hào)，x為電磁轉(zhuǎn)矩變化量Λ、、角速度變化量 Δ ω i或功角變化量Λ δ p L為矩陣Χρ,,行數(shù)，Μ為矩陣X/xW列數(shù)，Ρ為信號(hào)X實(shí)際含有的 實(shí)正弦分量個(gè)數(shù)的2倍，且L > P，Μ > P，N = L+M-1 ; (3-2)對(duì)所述Hankel矩陣進(jìn)行奇異值分解Χ,^, = 1)ΣνΗ ; 其中，U、V是酉矩陣，上標(biāo)Η表示共軛轉(zhuǎn)置，Σ是對(duì)角陣，對(duì)角元素為按照從大到小排列 的的奇異值，V按奇異值大小劃分為信號(hào)子空間Vs和噪聲子空間VN ; (3-3)對(duì)[Vi V2]進(jìn)行奇異值分解；其中[Vi V2] = RAQT ;%、V2分別為信號(hào)子空間Vs 刪除最后一行和第一行余下的矩陣，Q為2PX2P方陣； (3-4)將Q分為四個(gè)PXP的矩陣并計(jì)算QnQ:1的特征根并獲得各振蕩模 式對(duì)應(yīng)的頻率Α、阻尼比ξ"其中j = 1，2，…，Ρ，每一個(gè)特征根對(duì)應(yīng)一個(gè)振蕩分 量，斤
Ts為采樣周期，δ ^為衰減系數(shù)，
(3-5)通過最小二乘法求得信號(hào)X中各振蕩模式對(duì)應(yīng)的幅值和初始相角； 具體包括：對(duì)于N點(diǎn)采樣信號(hào)X有：Y = λ c，其中，矩陣Υ = [χ(0),Χ(1),…,x(i￥-，向 1 1 … r β β 義 量c = [Cl，c2，…cP]T，矩陣λ= ? ? … ：Ρ ，利用最小二乘法得到方程的解c = J.x 1 J% 1 …J.x， y ?-n Jrwjy (λ τλ廣λ TY，可得信號(hào)中各個(gè)分量的幅值a』和初始相角Φ j ;a』=2 I c」，Φ j = argCj，c」 為向量，··(：Ρ]Τ的第j個(gè)元素； (3-6)根據(jù)各個(gè)振蕩模式對(duì)應(yīng)的頻率、阻尼比、幅值和初始相角獲得第k個(gè)振蕩分量 = ;并根據(jù)振蕩分量獲得能量比，能量比最大所對(duì)應(yīng)的振蕩分量為主 導(dǎo)振蕩分量； 其中，Ts為采樣周期，fk、ak、Θ k、σ k分別為第k個(gè)振蕩分量的頻率、幅值、相位和衰減因 子，k= 1，2, "·，Ρ;能量比Ek是指振蕩時(shí)間[tyt]內(nèi)，信號(hào)某一振蕩模式對(duì)時(shí)間軸的積分 與振蕩信號(hào)對(duì)時(shí)間的積分的比值，_
Jt)為信號(hào)第k個(gè)振蕩分量， % P(t)為不包含直流分量的振蕩信號(hào)；若Mk(t)的Ek的數(shù)值遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于其他振蕩分量，則M k(t) 為主導(dǎo)振蕩分量。
【文檔編號(hào)】G01R31/08GK104111405SQ201410284516
【公開日】2014年10月22日 申請(qǐng)日期:2014年6月23日 優(yōu)先權(quán)日:2014年6月23日
【發(fā)明者】文勁宇, 黃瑩, 劉巨, 劉子全 申請(qǐng)人:華中科技大學(xué), 國家電網(wǎng)公司, 國網(wǎng)湖北省電力公司電力科學(xué)研究院