电力系统低频振荡分析方法探讨

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1、华中科技大学硕士学位论文电力系统低频振荡分析方法探讨姓名：熊甜申请学位级别：硕士专业：电力系统及其自动化指导教师：李银红20090527华中科技大学硕士学位论文到频域上的信号进行分析。但是，傅立叶变换只有当信号满足绝对可积的条件时才能使用。同时，该方法的分析精度还受到数据窗的选择限制，且无法反映出系统振荡的阻尼特性和瞬时特性。小波分析法是一种把时域和频域结合起来的分析方法，具有可变的时域和频域分析窗口。该方法能构成信号的时频谱，描述观察信号的时频联合特征，具有局部化的性质，非常适合与瞬态和非平稳信号的分析处理。但是，该方法存在小波基选取困难、拟合精度较差等缺点[13]。卡尔曼

2、滤波法采用最优化自回归数据处理算法。该方法通过处理一系列带有误差的实际测量数据，得到系统物理参数的最佳估计，消除噪声的影响。但是，对不同形式噪声，该方法滤波效果差别很大，并且不能反映出振荡阻尼的衰减特性。Prony方法就是采用指数函数的线性组合的模型来拟合等间隔的采样数据。该方法通过辨识时域信号来得到系统的频率、衰减、幅值和初相位等信息[12]。近年来，该方法在大规模动态系统辨识中问题的得到了广泛的应用。但是，传统的Prony方法对待分析的信号要求较高，并且噪声抑制能力较差，难以确定模型的有效阶数。HHT变换（Hilbert-HuangTransform）法是由经验模态分解（

3、empiricalmodedecomposition，EMD）和Hilbert变换（HT）两部分组成，其核心部分是经验模态分解[14]。非平稳振荡数据通过HHT变换后，能从中准确地提取动态振荡特性以及丰富的系统故障暂态信息，并能有效反映出低频振荡中的非线性振动模式[15]。但是，该方法存在端点效应，实时性稍差，以及难以将复杂信号中相近的频率分解为独立的IMF分量等不足。3.正规形法和模态级数法正规形方法的思想是通过非线性向量场的正规形变换和反变换，将原来的非线性向量场映射为线性、解耦的正规形，得出原非线性向量场的动态特性和稳定性[17]。在电力系统低频振荡分析中，利用正规形法

4、得到的解可以研究大扰动下系统动态性能，还可以分析模式间的非线性相关作用，能够有效对系统振荡的本质进行分析[18]。该方法已在模式间相互作用分析，控制器设计以及低频振荡共振机理分析等方面应4华中科技大学硕士学位论文用[19]。但是，该方法需要求解非线性代数方程，对于大型互联系统的求取过程极为复杂繁琐，且不适用于高阶共振条件的系统。模态级数法的思想是基于泰勒级数展开，对状态空间的线性变换，可得到非线性系统响应的近似封闭解[16]。与上种方法相比，该方法避免了非线性方程的求解，无需非线性变换，不受系统共振情况的影响，因此适用于具有高阶共振条件的系统[20]。但是，该方法同样面临着难

5、以求解非线性代数方程的问题，限制了在大系统中的实用性。3.分叉理论和混沌现象分叉（或称分岔）理论的核心思想是把特征值和高阶多项式结合起来，从数学空间结构上研究由于参数的改变而引起的非线性系统不稳定性，更全面地分析电力系统中的静态失稳和周期振荡。对于非线性系统x&=f(x,μ)x∈Rn,μ∈Rm（1-1）当该系统的形态在μ=μ值处发生变化，可能从一种响应突然跃变为另一种响应，0这种变化就是分叉现象[21]。分叉理论充分考虑到实际系统非线性的特性，能解决特征值法无法解决的实质问题。但是，该方法在系统规模和方程阶次上有所限制，在多机系统中的应用还需进一步研究。混沌现象是指在非线性系

6、统发生的貌似随即的不规则运动。该现象貌似随机，并对初始条件十分敏感，是一种长期有界的动态行为。目前已经发现通往混沌的途径有级联的倍周期分叉、环面分叉等[22]。混沌现象一旦发生，系统就表现出无规则、突发式或间歇式的机电振荡，对整个电力系统的稳定性产生严重影响。近年来，一些学者通过对非线性系统分叉的研究，对某些非线性系统的现象进行了解释[23,24]。但是到目前为止，研究尚处于初步探讨阶段。大部分研究只限于规模较小的自治系统，对于大规模系统的问题还有待进一步研究。4.基于广域测量信息在线辨识低频振荡随着同步测量技术和广域测量系统（WAMS）应用到电力系统中，能够实时测5华中科技

7、大学硕士学位论文量系统中发电机的功角，实现全网数据的同步采集、实时记录、远距离实时传递以及对数据的同步实时分析处理。在电力系统低频振荡的分析中，对发电机的功角进行实时测量和记录，通过仿真确定振荡的原因，并生成抑制低频振荡的控制策略，同时还能为再现振荡过程提供验证平台。另外，基于广域测量信息在线辨识低频振荡方法还可以对在线辨识时的模型阶数和输入信号的选择方法进行了改进，提出结合工程实际的基于广域测量系统的研究低频振荡的实现方案[25]。这些方案具有系统性、直接性、噪声干扰小的特点，为抑制电力系统低频的提供