專利名稱：一種電力系統(tǒng)低頻振蕩在線監(jiān)測方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種在線監(jiān)測方法，尤其涉及一種電力系統(tǒng)低頻振蕩在線監(jiān)測方法。
背景技術(shù)：
監(jiān)測和分析電力系統(tǒng)在擾動下的動態(tài)行為、確定其動態(tài)特性并研究適當(dāng)?shù)膶Σ?(包括各種控制措施)是電力系統(tǒng)設(shè)計和運行中最重要也是最復(fù)雜的任務(wù)之一。電力系統(tǒng)動態(tài)特性的主要監(jiān)測和控制對象是機電模式振蕩的參數(shù)，即頻率、阻尼和幅值等。大區(qū)電網(wǎng)互聯(lián)初期的弱交流聯(lián)系、電力市場形式下趨于穩(wěn)定極限的運行方式更易于誘發(fā)各區(qū)域電網(wǎng)機群間的低頻振蕩，因此動態(tài)特性的監(jiān)測和分析更加重要。在建設(shè)堅強智能電網(wǎng)架構(gòu)下，隨著全國電網(wǎng)互聯(lián)格局形成，大容量機組不斷投運， 快速勵磁系統(tǒng)普遍使用，低頻振蕩問題日益嚴(yán)重，這不但限制了區(qū)域間的功率傳輸，嚴(yán)重時還會導(dǎo)致系統(tǒng)解列或失穩(wěn)。實現(xiàn)低頻振蕩有效監(jiān)測能為系統(tǒng)決策和廣域阻尼控制提供可靠依據(jù)，對于抑制振蕩，保持系統(tǒng)安全穩(wěn)定運行有重要意義。廣域測量系統(tǒng)(wide area measurement system, WAMS)通過同步相量測量單元 (phasor measurement unit，PMU)來實現(xiàn)全網(wǎng)情景知曉?；赪AMS實測數(shù)據(jù)監(jiān)測低頻振蕩避免了對復(fù)雜高維非線性系統(tǒng)建模帶來的維數(shù)災(zāi)問題。目前常用方法包括時頻分析法和參數(shù)法。時頻分析法有傅里葉算法、小波算法和希爾伯特-黃變換(Hilbert-huang Transform, HHT)等。傅里葉算法和小波算法對噪聲魯棒性好，能通過頻譜分析提供主導(dǎo)振蕩模式頻率，但傅里葉算法難以提供時域局部化信息，較難描述信號衰減特性。小波脊算法和小波能量系數(shù)法能同時給出時頻域振蕩特性，但在固定振蕩模式頻率約束下，小波的時頻域帶寬難以靈活調(diào)整，導(dǎo)致相鄰尺度頻帶易發(fā)生混疊，影響模式分辨率和辨識精度， 且觀測時窗較長，不利于分析時變信號。HHT算法通過經(jīng)驗?zāi)B(tài)分解(empirical mode decomposition, EMD)能有效剝離各振蕩模式，并對非線性模式有較好跟蹤能力，但EMD分解的物理意義尚不明確，缺乏驗證固有模態(tài)分量為實際振蕩模式還是虛假分量的理論依據(jù)，且沒有給出算法觀測時窗長度和模式分辨能力的定量分析。參數(shù)法主要包括ftx)ny、ESPRIT和矩陣束等。Prony在工程中得到廣泛運用，但該方法對噪聲較為敏感，且對非平穩(wěn)振蕩模式擬合能力不理想。ESPRIT和矩陣束通過對構(gòu)造的Hankel矩陣進行奇異值分解，劃分信噪空間并剔除噪聲干擾因子，能有效提高算法對噪聲魯棒性，但算法的模式分辨能力、觀測時間窗長度以及對非平穩(wěn)信號的監(jiān)測能力都需要進一步研究。因此，必須研究具有較高模式分辨率，較短觀測時窗長度和適用于非平穩(wěn)振蕩模式分析的電力系統(tǒng)低頻振蕩在線監(jiān)測方法。

發(fā)明內(nèi)容
—種電力系統(tǒng)低頻振蕩在線監(jiān)測方法，其特征在于，包括以下步驟步驟1，利用時頻原子復(fù)帶通濾波函數(shù)在振蕩頻率區(qū)間對低頻振蕩信號進行初次并行濾波計算，獲取該振蕩頻率區(qū)間的振蕩模式個數(shù)、實際振蕩頻率分布和實時幅值信息；步驟2，基于相鄰實時幅值信息的冗余性，利用最小二乘優(yōu)化獲取各振蕩模式幅值和衰減時間常數(shù)；步驟3，根據(jù)步驟1已獲取的振蕩頻率分布以及步驟2獲取的各振蕩模式幅值和衰減時間常數(shù)建立低頻振蕩信號模型，并根據(jù)粒子群優(yōu)化算法對該模型進行優(yōu)化估計，獲取初相位和直流分量幅值。本發(fā)明創(chuàng)造性地利用時頻原子復(fù)帶通濾波函數(shù)在低頻帶作并行復(fù)帶通濾波獲取各低頻振蕩模式頻率和時域信息，并結(jié)合智能優(yōu)化算法獲取各振蕩模式相位和直流分量。 本發(fā)明在噪聲干擾條件下對低頻振蕩波形中區(qū)間和局部振蕩模式的頻率、阻尼、幅值、相位和直流分量幅值參數(shù)具有較高的測量精度，具有較高的模式分辨率和較短的觀測時窗長度，動態(tài)特性好，特別適用于非平穩(wěn)振蕩模式分析，為基于WAMS量測數(shù)據(jù)的電力系統(tǒng)動態(tài)特性在線監(jiān)測和控制創(chuàng)造了條件。在上述的低頻振蕩在線監(jiān)測方法，所述的步驟1中，定義時頻原子復(fù)帶通濾波函數(shù)為對一具有低通特性的實函數(shù)n(t)進行頻域調(diào)制和伸縮處理構(gòu)造TFA復(fù)帶通濾波函數(shù)
權(quán)利要求
1.一種電力系統(tǒng)低頻振蕩在線監(jiān)測方法，其特征在于，包括以下步驟步驟1，利用時頻原子復(fù)帶通濾波函數(shù)在振蕩頻率區(qū)間對低頻振蕩信號進行初次并行濾波計算，獲取該振蕩頻率區(qū)間的振蕩模式個數(shù)、實際振蕩頻率分布和實時幅值信息；步驟2，基于相鄰實時幅值信息的冗余性，利用最小二乘優(yōu)化獲取各振蕩模式幅值和衰減因子；步驟3，根據(jù)步驟1已獲取的振蕩頻率分布以及步驟2獲取的各振蕩模式幅值和衰減時間常數(shù)建立低頻振蕩信號模型，并根據(jù)粒子群優(yōu)化算法對該模型進行優(yōu)化估計，獲取初相位和直流分量幅值。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種電力系統(tǒng)低頻振蕩在線監(jiān)測方法，其特征在于，所述的步驟ι中，定義時頻原子復(fù)帶通濾波函數(shù)為對一具有低通特性的實函數(shù)n (t)進行頻域調(diào)制和伸縮處理構(gòu)造TFA復(fù)帶通濾波函數(shù)
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種電力系統(tǒng)低頻振蕩在線監(jiān)測方法，其特征在于，所述的步驟2中，振蕩模式幅值和衰減因子方法如下接受到重調(diào)指令后，輸入新的采樣點，利用更新后的TFA單元以重調(diào)后的計算數(shù)據(jù)窗進行分析，得到各振蕩模式的瞬時頻率(t)和包含衰減特征的Ai (t)，其中，定義實時幅值信息Ak(t)為w，Mk為振蕩模式幅值，Cik為衰減因子，然后取兩個不同采樣值對應(yīng)的 Ak (t)，聯(lián)立解得振蕩模式幅值Mk和衰減因子ak。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種電力系統(tǒng)低頻振蕩在線監(jiān)測方法，其特征在于，所述的步驟3中，為了進一步獲取初相位仍，i = 1，2，L，R，以及直流分量幅值Mtl，基于已知的各振蕩模式頻率、振蕩模式幅值和衰減系數(shù)，建立低頻振蕩信號模型
全文摘要
本發(fā)明涉及一種電力系統(tǒng)低頻振蕩在線監(jiān)測方法。本發(fā)明創(chuàng)造性地利用時頻原子復(fù)帶通濾波函數(shù)在振蕩頻率區(qū)間作并行濾波計算，獲取振蕩模式個數(shù)、實際振蕩頻率分布和實時幅值信息?；谙噜弻崟r幅值信息的冗余性，利用最小二乘優(yōu)化估計能獲取各振蕩模式幅值和衰減時間常數(shù)?；谝勋@取的振蕩頻率分布、幅值和衰減時間常數(shù)可以建立低頻振蕩信號模型，其中只有各模式初相位和直流分量幅值未知。利用粒子群優(yōu)化算法對該模型進行優(yōu)化估計，獲取初相位和直流分量幅值。該方法對噪聲魯棒性好，能準(zhǔn)確辨識各復(fù)合振蕩模式，有助于電力系統(tǒng)強非線性模式分析，便于在線監(jiān)測應(yīng)用。
文檔編號G01R23/00GK102305891SQ20111018451
公開日2012年1月4日 申請日期2011年7月4日 優(yōu)先權(quán)日2011年7月4日
發(fā)明者劉林, 徐遐齡, 林濤 申請人:武漢大學(xué)