基於響應成分和振蕩特徵辨識的低頻振蕩類型判別方法

2023-05-23 12:55:56

專利名稱：基於響應成分和振蕩特徵辨識的低頻振蕩類型判別方法
技術領域：
本發明涉及電力系統及其自動化技術領域，尤其涉及一種基於響應成分和振蕩特徵辨識的低頻振蕩類型判別方法。
背景技術：
近年來，國內外電網發生了多起低頻功率振蕩事件，嚴重威脅著電網的安全、穩定運行，制約著電網的輸電能力。低頻振蕩主要有兩種機理解釋或兩種類型負阻尼機理的自由振蕩和共振機理的強迫振蕩。兩種振蕩在振蕩機理、起因、波形和控制措施方面都有明顯的不同。
自由振蕩產生的原因主要是，高放大倍數的快速勵磁系統、弱互聯電網間的遠距離大功率送電等導致系統振蕩模式的阻尼比較弱或為負值。雖然在實際中，自由振蕩往往由電網故障或負荷投切等激發，但是自由振蕩與擾動的形式無關，僅由系統自身的運行條件決定。強迫振蕩則是在周期性振蕩源(如原動機壓力脈動韓志勇，賀仁睦， 徐衍會.汽輪機壓力脈動引發電力系統低振蕩的共振機理分析[J].中國電機工程學報，2008，28(1) :47-51.韓志勇，徐衍會，辛建波，等.水輪機組與電網耦合對電網動態穩定的影響[J].電工技術學報，2009，24(9): 165-170，177.、周期性負荷擾動Van Ness J E. Response of large power systems to cyclicload variations[J]. IEEE Trans on Power Apparatus and Systems, 1966, PAS-85(7):723-727. Rao KR, Jenkins L.Studies on power systems that subjected to cyclic loads[J]. IEEE Trans on PowerSystems, 1988, 3(1) : 31-37.韓志勇，賀仁睦，馬進，等.電力系統強迫功率振蕩擾動源的對比分析[J].電力系統自動化，2009，33(3):16-19.等)的作用下，當擾動頻率接近系統固有振蕩頻率接近時發生的振蕩。其具有起振快、起振後保持等幅同步振蕩和失去振蕩源後振蕩很快衰減等特點王鐵強，賀仁睦，王衛國，等.電力系統低頻振蕩機理的研究[J].中國電機工程學報，2002，22 (2):21-25.。強迫振蕩的發生是由振蕩源主導的。
抑制兩種類型的低頻振蕩所需要採取的措施也是不同的。電網在發生弱阻尼或負阻尼自由振蕩後，需要降低勵磁系統的放大倍數或遠距離輸電關鍵斷面上的功率水平，增強系統阻尼水平以逐漸平息振蕩。對於強迫振蕩，只有消除振蕩源，才能從根本上平息振蕩。因此，在及時、準確地定位出擾動源王鐵強，賀仁睦，王衛國，等.電力系統低頻振蕩機理的研究[J].中國電機工程學報，2002，22(2) : 21-25.湯湧.電力系統強迫功率振蕩的基礎理論[J].電網技術，2006，30(10) :29-33.後，正確、有效地判別振蕩類型，進而採取針對性的控制措施，才能從根本上消除和平息振蕩。
對于振蕩類型判別問題的研究，目前研究成果尚不多見。文獻劉增煌，賈文雙，李瑩，等.基於二次差分法判斷負阻尼振蕩與強迫振蕩的系統和方法中國，201210103545. 6[P]. 2012-04-10.提出了一種利用二次差分來識別起振階段振蕩響應包絡線形狀，進而判別強迫振蕩、負阻尼和等幅自由振蕩的方法。在不同擾動源頻率情況下，強迫振蕩表現為共振和拍頻振蕩。在拍頻振蕩的一個「拍」內包絡線的下降階段，該方法可能將拍頻振蕩誤判為負阻尼自由振蕩。此外，文獻時伯年，吳小辰，吳京濤，等.基於圍繞信號振蕩模式辨識的電力系統低頻振蕩機理分析方法中國，201010581010. O [P]. 2010-12-09.提出了一種通過比較振蕩事故發生前後系統振蕩頻率和阻尼比的變化情況以判別強迫振蕩和負阻尼振蕩的方法。其將振蕩頻率和阻尼比變化較大且事故後阻尼比接近於零的情況判定為強迫振蕩。然而，在實際運行中，強迫振蕩發生之前系統中並沒有大的擾動發生或明顯的運行方式改變。模式的頻率和阻尼比在振蕩前後幾乎不變。因此，該判別原理的合理性有待商榷。
其將振蕩事故發生前後頻率和阻尼比的變化量較小的情況認定為負阻尼機理的低頻振蕩。然而，實際上正是遠距離輸電斷面的功率水平過大或者電網故障導致網架結構變弱，使系統由故障前的正阻尼比變為故障後的零阻尼或負阻尼，導致低頻功率振蕩的發生。此外，在系統發生強迫振蕩前後，強迫振蕩發生之前系統中並沒有大的擾動發生或明顯的運行方式改變。模式的頻率和阻尼比在振蕩前後幾乎不變。由此可知，專利時伯年， 吳小辰，吳京濤，等.基於圍繞信號振蕩模式辨識的電力系統低頻振蕩機理分析方法中國，201010581010. O [P], 2010-12-09.判別原理的合理性有待商榷。發明內容
本發明的目的就是為了解決上述問題，提供一種基於響應成分和振蕩特徵辨識的低頻振蕩類型判別方法，它具有原理簡單清晰、判別精細、判據完備的優點。
為了實現上述目的，本發明採用如下技術方案
一種基於響應成分和振蕩特徵辨識的低頻振蕩類型判別方法，主要分為以下具體步驟
步驟(I)、開始，選取待分析振蕩數據選取同時包含起振和穩態階段、振幅較小的低頻振蕩響應曲線；
步驟(2)、辨識響應成分和振蕩特性利用Pixmy算法，提取振蕩的響應成分和振蕩特徵(頻率和阻尼比);
步驟(3)、負阻尼振蕩的判定如果存在第s個振蕩模式，其阻尼比43小於-4^， 則判定為負阻尼振蕩，結束；其中，(th為振蕩阻尼比的門檻值，為取值很小的正實數，例如可取為O. 005 ；
步驟(4)、共振振蕩的判定如果存在兩個振蕩模式，假設分別為第s個振蕩模式和第t個振蕩模式，它們之間的頻率差的絕對值Ifs-ft I小於fth，則認為它們的頻率差fs = ft，則該振蕩判定為共振，並轉入步驟(5);反之轉入步驟(7);其中，fs為第S個振蕩模式的頻率；ft為第t個振蕩模式的頻率；fth為振蕩頻率的門檻值，為正實數，可取為O. 03Hz ；
步驟(5)、正阻尼共振的判定對於共振振蕩，如果其中一個模式的阻尼比的絕對值I ζ」小於^th，則認為0，且另一個模式的阻尼比大於^th，則判定為正阻尼共振， 結束；反之進入步驟(6);步驟(6)、零阻尼共振的判定如果兩個模式的阻尼比絕對值均小於^th，即ζ產則判定為零阻尼共振，結束；其中，q為第t個振蕩模式的阻尼比；
步驟(7)、正阻尼自由振蕩的判定若I fs_ft| > fth，且對於任意的模式，假設為第s個振蕩模式，其阻尼比大於(th，則判定為正阻尼自由振蕩，結束；反之進入步驟(8)；
步驟(8)、零阻尼等幅自由振蕩的判定若fs-ft > fth，且存在第s模式，其阻尼比的絕對值I ^sI小於^th，則需要計算其能量比ns，以判別是否為主導振蕩模式
權利要求
1.一種基於響應成分和振蕩特徵辨識的低頻振蕩類型判別方法，其特徵是，主要分為以下具體步驟步驟(I)、開始，選取待分析振蕩數據；步驟(2)、辨識響應成分和振蕩特性；步驟(3)、負阻尼振蕩的判定，若是負阻尼振蕩，結束，反之進入步驟(4)；步驟(4)、共振振蕩的判定如果將振蕩判定為共振，並轉入步驟(5);反之轉入步驟(7)；步驟(5)、正阻尼共振的判定如果判定為正阻尼共振，結束；反之進入步驟(6)；步驟(6)、零阻尼共振的判定，若判定為零阻尼共振，結束；步驟(7)、正阻尼自由振蕩的判定，若判定為正阻尼自由振蕩，結束；反之進入步驟(8)；步驟(8)、零阻尼等幅自由振蕩的判定，若判定為零阻尼等幅自由振蕩，結束；步驟(9)、零阻尼拍頻振蕩的判定，若判定為零阻尼拍頻振蕩，結束；反之進入步驟(10)；步驟(10)、正阻尼拍頻振蕩的判定若判定為正阻尼拍頻振蕩，結束。
2.如權利要求I所述的一種基於響應成分和振蕩特徵辨識的低頻振蕩類型判別方法， 其特徵是，所述步驟(I)中選取待分析振蕩數據是指選取同時包含起振和穩態階段、振幅較小的低頻振蕩響應曲線。
3.如權利要求I所述的一種基於響應成分和振蕩特徵辨識的低頻振蕩類型判別方法， 其特徵是，所述步驟(2)的辨識響應成分和振蕩特性是指利用Prony算法，提取振蕩的響應成分和振蕩特徵。
4.如權利要求I所述的一種基於響應成分和振蕩特徵辨識的低頻振蕩類型判別方法， 其特徵是，所述步驟(3)的負阻尼振蕩的判定是指如果存在第s個振蕩模式，其阻尼比ζ s 小於_(th，則判定為負阻尼振蕩，結束；其中，(th為振蕩阻尼比的門檻值，為取值很小的正實數。
5.如權利要求I所述的一種基於響應成分和振蕩特徵辨識的低頻振蕩類型判別方法， 其特徵是，所述步驟(4)的共振振蕩的判定方法為如果存在兩個振蕩模式s和t，它們之間的頻率差的絕對值|fs_ft|小於fth，則認為它們的頻率差fs = ft，則將振蕩判定為共振振蕩。
6.如權利要求I所述的一種基於響應成分和振蕩特徵辨識的低頻振蕩類型判別方法， 其特徵是，所述步驟(5)的正阻尼共振的判定方法為對於共振振蕩，如果其中一個模式的阻尼比的絕對值I ^sI小於^th，則認為^ 0，且另一個模式的阻尼比大於^th，則判定為正阻尼共振；所述步驟(6)的零阻尼共振的判定方法為如果兩個模式的阻尼比絕對值均小於ζ th，即ζ產^ O,則判定為零阻尼共振。
7.如權利要求I所述的一種基於響應成分和振蕩特徵辨識的低頻振蕩類型判別方法， 其特徵是，所述步驟(7)的正阻尼自由振蕩的判定方法為若|fs-ft| > fth，且對於任意的模式S，其阻尼比大於(th，則判定為正阻尼自由振蕩。
8.如權利要求I所述的一種基於響應成分和振蕩特徵辨識的低頻振蕩類型判別方法， 其特徵是，所述步驟(8)的零阻尼等幅自由振蕩的判定方法為若式S，其阻尼比的絕對值I (s|小於(th，則需要計算其能量比，以判別是否為主導振蕩模式式中，As為第s個振蕩模式的振幅，若步驟(8)成立，則第s個振蕩模式為唯一的主導模式，並判定為零阻尼等幅自由振蕩。
9.如權利要求I所述的一種基於響應成分和振蕩特徵辨識的低頻振蕩類型判別方法， 其特徵是，所述步驟(9)零阻尼拍頻振蕩的判定方法為若ns nt ns+nt>nth>fs-ft|〈min(fs，ft)，則判定為拍頻振蕩；若存在第t個模式的阻尼比的絕對值I 4t|小於 ζ th，則進一步地判定為零阻尼拍頻振蕩。
10.如權利要求I所述的一種基於響應成分和振蕩特徵辨識的低頻振蕩類型判別方法，其特徵是，所述步驟(10)正阻尼拍頻振蕩的判定方法為，若第t個模式的阻尼比的絕對值I (t|大於(th，則判定為正阻尼拍頻振蕩。
全文摘要
本發明公開了一種基於響應成分和振蕩特徵辨識的低頻振蕩類型判別方法，主要分為以下具體步驟選取待分析振蕩數據；辨識響應成分和振蕩特性；首先是負阻尼振蕩的判定，若是負阻尼振蕩，結束，反之進入共振振蕩的判定；在共振振蕩的判定中如果將振蕩判定為共振，轉入正阻尼共振的判定和零阻尼共振的判定；反之轉入正阻尼自由振蕩的判定，若不是正阻尼自由振蕩，進入零阻尼等幅自由振蕩的判定，若沒有判定為零阻尼等幅自由振蕩，進入零阻尼拍頻振蕩的判定，若沒有判定為零阻尼拍頻振蕩，進入正阻尼拍頻振蕩的判定，結束。本發明的有益效果原理簡單清晰、判別精細、判據完備。
文檔編號G01R31/00GK102914718SQ20121045527
公開日2013年2月6日 申請日期2012年11月13日 優先權日2012年11月13日
發明者葉華, 宋佑斌, 劉玉田 申請人:山東大學