[发明专利]基于微扰动信号振荡模式辨识的电力系统低频振荡机理分析方法

说明书

技术领域

本发明属于电力系统稳定分析技术领域，尤其涉及一种基于微扰动信号振荡模式辨识的电力系统低频振荡机理分析方法。

背景技术

随着电力系统互联规模的扩大以及大型机组快速励磁系统的采用，低频振荡问题日益突出，电力系统的安全稳定运行正面临巨大的挑战。从国内外已经发生的几次低频振荡事故来看，这种事故对电网危害严重，大大制约了电网的输电能力。为了更好地理解电力系统出现的低频振荡现象，也为了更准确地采取预防和控制措施，迫切需要更深入地了解低频振荡机理。

实际上电力系统低频振荡机理主要有两种类型：负阻尼机理振荡和强迫振荡。负阻尼机理低频振荡研究相对较为成熟，其产生原因主要是机组快速励磁、弱联系远距离大功率送电等。而强迫振荡类型的低频振荡则是周期性振荡源作用下的系统响应，这种振荡的主要特点是该类振荡具有起振快、起振后保持等幅同步振荡和失去振荡源后很快衰减等特点，它没有自发性，振荡的发生是由振荡源主导的。

特征值分析法是研究负阻尼机理低频振荡问题的最基本方法，该方法是在某一稳定运行点对系统模型进行线性化处理，计算系统状态矩阵特征值，并由特征值计算系统的低频振荡模式。但该方法一般基于离线获得的元件参数建立系统模型，分析结果严重依赖于参数的准确性，难以反映电力系统实际的动态稳定性水平。

分析弱阻尼机理低频振荡的另一种方法则是基于实测的系统内某种扰动后的振荡过程数据，进行低频振荡特性分析，如广泛采用的Prony方法。但这类方法一般只在电力系统发生较明显振荡时使用，不能在系统正常运行状态下评估系统阻尼特性。

而对强迫振荡类型的低频振荡，目前一类方法主要是通过对简单结构系统的理论推导加仿真的研究模式，对电力系统元件施加周期性小扰动，如负荷的周期波动、发电机励磁系统或调速系统工作不稳定而引起的持续扰动等，发现可能激起大幅度的功率振荡，即强迫振荡。由于强迫振荡理论分析不同于小干扰稳定分析，对大规模系统不能简单采用状态方程线性化的做法，因而人们对大规模系统出现的强迫振荡现象机理尚未完全了解。

类似分析弱阻尼机理低频振荡，分析强迫振荡现象的另一种方法则是基于实测的系统内某种扰动后的振荡过程数据，进行低频振荡特性分析，如Prony方法。同样这类方法只能对振荡波形较明显的信号才能使用。而大系统发生强迫振荡时不同节点的振幅除受模式可观性影响之外，还与系统阻尼水平、扰动源频率等因素有很大关系，振荡过程不同时期振幅会有很大差别。此时需要从振荡不明显的信号中分析出可能存在的振荡成分，从而更好地解释所发生的振荡现象。为与常规低频振荡监测方法所使用的大扰动信号相区分，将这种类似噪声的小幅波动信号称为微扰动信号。

发明内容

针对负阻尼机理振荡分析采用模型法存在参数准确性的问题，同时针对实测大扰动信号仅能提供系统特性有限信息的不足，本发明提供一种基于微扰动信号辨识的低频振荡机理分析方法，一方面通过微扰动信号辨识结果辅助大扰动信号低频振荡检测方法进行低频振荡事故分析，另一方面通过对系统给定运行时段内的微扰动信号辨识结果进行统计分析，揭示影响系统低频振荡的因素。考虑到现阶段PMU量测精度与微扰动信号自身变化幅度，实际可用于辨识分析的信号类型主要是有功功率量测信号，因此本发明中辨识分析所使用的微扰动信号均为有功功率量测信号。

一种基于微扰动信号低频振荡模式辨识的电力系统低频振荡机理分析方法，所述分析方法使用广域测量系统收集到的微扰动信号进行计算分析，其特征在于，所述分析方法包括以下步骤：

步骤1：根据电网给定运行时段，读取广域测量系统记录的微扰动信号，进行测点微扰动振荡模式辨识，根据多测点多分析窗口的辨识结果进行聚类分析，得到全网低频振荡模式的振荡频率和阻尼比结果；

步骤2：针对电网给定运行时段内发生的功率持续振荡事故过程，对功率持续振荡事故过程中的微扰动信号进行振荡模式的辨识计算，判断电网发生低频振荡的类型。

步骤3：给定运行时间段内，根据步骤1计算得到的全网低频振荡模式振荡频率和阻尼比结果，进行统计分析，获取全网低频振荡模式振荡频率和阻尼比的统计分布特征，确定系统运行的薄弱环节及潜在的强迫振荡源；

步骤4：给定运行时间段内，根据步骤1计算得到的全网低频振荡模式振荡频率和阻尼比结果，结合电网运行条件数据，通过回归分析，建立全网低频振荡模式特征与电网运行条件之间的对应关系。