[發明專利]基于STD的電力系統低頻振蕩模式在線辨識方法

在審

• 申請號: 201611093264.1
• 申請日: 2016-12-01
• 公開（公告）號: CN106786663A
• 公開（公告）日: 2017-05-31
• 發明（設計）人: 王曉茹;謝劍
• 申請（專利權）人: 西南交通大學
• 主分類號: H02J3/24
• 分類號: H02J3/24
• 代理公司: 成都信博專利代理有限責任公司51200
• 代理人: 張輝,崔建中

技術領域

本發明涉及電力系統低頻振蕩領域，具體涉及一種基于STD的電力系統低頻振蕩模式在線辨識方法。

背景技術

低頻振蕩是電力系統穩定運行中的重要議題，快速并準確地辨識低頻振蕩模式對電網的低頻振蕩分析和控制有著極為重要的意義。電力系統低頻振蕩分析方法分為基于系統模型的方法和基于量測信號進行辨識的方法。傳統的分析方法需要對系統建立詳細的數學模型，對于大規模復雜互聯電網，準確建模就存在一定困難。PMU(同步相量測量單元)在電力系統中的大量安裝使得基于廣域量測數據的低頻振蕩分析成為能。由于實測數據真實體現了系統當前的運行狀態，因此基于量測的低頻振蕩分析方法彌補基于模型的分析方法的不足，具有廣闊的應用前景。

近些年來，基于量測數據辨識低頻振蕩的方法大量涌現。在基于時域信號的方法中，Prony方法被廣泛應用于基于自由振蕩信號的低頻振蕩辨識，但Prony方法對噪聲敏感，模型的階數對結果影響也較大。TLS-ESPRIT方法也常用于電力系統低頻振蕩模式辨識中，但由于TLS-ESPRIT方法需要對矩陣進行兩次奇異值分解，因此計算速度很慢。同時，在已有方法中，大多數方法基于單通道信號，只能給出振蕩頻率和阻尼比，不能給出對模態的辨識結果，而模態也是描述低頻振蕩的一個重要參數。相比于Prony、TLS-ESPRIT等單通道方法，基于多通道信號的方法節省了辨識所有振蕩模式需要的時間，提高了辨識精度，同時能辨識振蕩模態，為低頻振蕩分析提供更多參考信息。現有技術中，隨機子空間方法(Stochastic Subspace Identification)SSI基于多通道信號，能辨識振蕩模態，但是該方法需要對維數較的大矩陣進行奇異值分解，因此其計算速度較慢并容易產生虛假模式。

因此，現有低頻振蕩計算方法存在無法計算振蕩模態，辨識精度低，抗噪性差，計算速度慢等缺點。

發明內容

本發明所要解決的技術問題是提供一種基于STD的電力系統低頻振蕩模式在線辨識方法，其抗噪性強，計算穩定，計算速率快，能精確地辨識低頻振蕩模式的頻率、阻尼比和模態。

為解決上述技術問題，本發明采用的技術方案是：

一種基于STD的電力系統低頻振蕩模式在線辨識方法，包括以下步驟：

步驟1：獲取擾動后M臺發電機角速度變化量的L個時刻的量測信號，并對其進行濾波和去趨勢處理，得到零均值自由振蕩信號x：

x＝[x(0),x(1),…,x(i)]

其中，x(i)表示M臺發電機角速度變化量的第i個測量數據，i＝0,1,…,k，k＜L；

步驟2：利用零均值自由振蕩信號構造擴展Hankel矩陣X，即：

步驟3：對所述擴展Hankel矩陣X進行整體延時，構造矩陣即：

步驟4：按式計算Hessenberg矩陣B中最后一列元素，其中，矩陣B為：

步驟5：按式BΦ＝ΦΛ計算矩陣B的特征值矩陣和振蕩模態矩陣，其中，Φ和Λ分別為B的特征值矩陣和振蕩模態矩陣，B特征值表示為λ_i；

步驟6：計算振蕩頻率f_i和阻尼比ζ_i，計算公式為：

與現有技術相比，本發明的有益效果是：基于多通道自由振蕩信號辨識低頻振蕩模式的頻率、阻尼比和振蕩模態，辨識精度更高，計算結果更穩定，抗噪性更強。相比于單通道方法，本發明方法能辨識精度更準確，且能辨識低頻振蕩模態，為低頻振蕩分析提供更多參數。

附圖說明

圖1為本發明實施例中電力系統低頻振蕩參數在線辨識方法的流程圖。

圖2為16機68節點系統結構圖。

圖3為振蕩模式模態圖。

圖4為故障后16臺發電機角速度振蕩曲線。

圖5為無噪聲情況下本發明方法對模態的辨識結果。

具體實施方式

下面結合附圖和具體實施方式對本發明作進一步詳細的說明。本發明基于STD的電力系統低頻振蕩參數在線辨識方法，只需要利用所量測到的系統的時域響應數據便能實現模態分析功能，包括振蕩的頻率、阻尼比和阻尼比，其辨識精度高，抗噪性強。

如圖1所示，本發明方法包括以下步驟：

步驟1：獲取擾動后M臺發電機角速度變化量的L個時刻的量測信號，并對其進行濾波和去趨勢處理，得到零均值自由振蕩信號x：

x＝[x(0),x(1),…,x(i)]