基于广域测量系统的低频振荡在线辨识方法研究

论文摘要

随着大区电网互联工程的发展,由低频振荡引起的传输线功率振荡以及发电机组之间的相对振荡已成为阻碍电网规模进一步扩大以及区域间功率交换的主要障碍,准确、及时的振荡模式辨识是智能电网中电网自愈功能的重要组成部分,对于大电网的安全稳定运行具有重要的意义。低频振荡问题属于电力系统小干扰稳定性问题,而弱阻尼或欠阻尼是影响系统小干扰稳定性的直接原因,随着广域测量技术的发展,利用这种高速、精确的动态数据平台在线辨识低频振荡模式参数已经成为国内外研究的热点。本文首先介绍了基于ARMA（Auto-Regressive Moving-Average）模型的系统辨识理论。其主要包括ARMA模型的定义、结构、特例以及物理意义等,然后介绍了ARMA模型的定阶问题以及模型参数的求解方法,最后介绍了ARMA模型的频域特性,即ARMA谱估计的相关基本理论。简单介绍了目前广域测量系统结构及应用现状,阐述了目前研究低频振荡的常用离线及在线方法以便与本文所提方法进行对比验证。提出了基于ARMA模型和广域实测类噪声响应信号的低频振荡在线辨识流程,其主要包括:数据预处理、基于奇异值分解的模型自适应定阶、低频振荡参数辨识以及基于ARMA谱估计的低频振荡主导模式提取。在此基础上,结合Prony算法构建了基于WAMS（Wide Area Measurment System）的低频振荡在线辨识框架,为低频振荡的在线辨识提供了理论基础。采用MATLAB以及Power System Toolbox软件包实现了基于负荷的高斯白噪声调制仿真,在不同辨识参数的情况下,通过对发电机功角以及传输线有功功率的时域仿真曲线进行振荡参数辨识,得出了相关结论;并通过对南方电网广域实测信号进行辨识,验证了本文所提方法的正确性。在前文的基础上,为分析低频振荡过程中各振荡模式之间的非线性作用,提出了改进的希尔伯特-黄变换,通过对各种算例的分析,验证了所提的两点改进措施在辨识低频振荡时变特性时的有效性,即有效抑制了希尔伯特-黄变换过程中的端点效应以及三次样条插值所导致的频率失真现象,为进一步研究低频振荡的非线性特性提供了新的思路。

论文目录

• 中文摘要
• 英文摘要
• 1 绪论
• 1.1 课题研究的背景
• 1.1.1 低频振荡的定义
• 1.1.2 低频振荡的发生机理
• 1.2 低频振荡辨识技术的研究现状及存在问题
• 1.2.1 离线类分析方法
• 1.2.2 在线类分析方法
• 1.3 研究低频振荡在线辨识技术的意义
• 1.4 本论文的主要工作
• 2 ARMA 模型
• 2.1 引言
• 2.2 自回归滑动平均模型
• 2.2.1 ARMA 模型的定义
• 2.2.2 ARMA 模型的结构
• 2.2.3 ARMA 模型的特例
• 2.2.4 ARMA 模型的物理意义
• 2.3 ARMA 模型参数的先后估计法
• 2.4 ARMA 模型的定阶
• 2.4.1 基于定阶准则的ARMA 模型的定阶
• 2.4.2 基于奇异值分解的ARMA 模型的定阶
• 2.5 ARMA 模型的自谱函数
• 2.6 本章小结
• 3 基于 WAMS 的低频振荡辨识方法的实现
• 3.1 引言
• 3.2 广域测量系统简介
• 3.3 低频振荡的常用分析方法
• 3.3.1 单机无穷大系统的低频振荡分析
• 3.3.2 多机电力系统低频振荡的特征值分析法
• 3.3.3 基于Prony 算法的低频振荡模式辨识
• 3.4 基于WAMS 实测数据的ARMA 模型辨识低频振荡
• 3.4.1 WAMS 实测数据的预处理
• 3.4.2 ARMA 模型的自适应定阶
• 3.4.3 基于ARMA 模型参数的低频振荡模式参数计算
• 3.4.4 基于ARMA 谱的低频振荡主导模式辨识
• 3.4.5 ARMA 模型辨识低频振荡总体流程
• 3.5 基于WAMS 的低频振荡在线辨识框架设计
• 3.6 本章小结
• 4 仿真分析
• 4.1 引言
• 4.2 四机两区域测试系统的仿真分析
• 4.2.1 仿真测试系统说明
• 4.2.2 仿真分析总体思路
• 4.2.3 不同辨识及仿真参数设置对辨识精度的影响
• 4.2.4 测试系统低频振荡主导模式分析
• 4.2.5 低频振荡主导模式追踪辨识准确度评估
• 4.3 南方电网WAMS 实测信号分析
• 4.3.1 WAMS 实测数据说明
• 4.3.2 Prony 分析
• 4.3.3 基于ARMA 模型的低频振荡追踪辨识
• 4.4 在线辨识算法的计算速度
• 4.5 本章小结
• 5 基于改进希尔伯特-黄变换的低频振荡时变特性分析
• 5.1 引言
• 5.2 希尔伯特-黄变换简介
• 5.3 HHT 方法存在的问题以及改进措施
• 5.3.1 HHT 方法所存在的问题
• 5.3.2 HHT 过冲问题及端点效应处理方法
• 5.4 改进HHT 方法的有效性验证
• 5.4.1 EMD 分解效果评价
• 5.4.2 算例分析
• 5.5 本章小结
• 6 总结与展望
• 致谢
• 参考文献
• 附录
• A. 作者在攻读硕士学位期间发表的论文