基于多元同步压缩变换的电力系统强迫振荡源定位

为实现电力系统强迫振荡源的快速、准确定位,该文提出一种基于多元同步压缩变换(multivariate synchrosqueezingtransform,MSST)的电力系统强迫振荡源定位方法。该方法首先利用电力系统的广域量测信息构建发电机的多通道量测信息矩阵,采用MSST对多通道量测信息矩阵同步分解得到对应的三维MSST系数矩阵;然后通过能量权重筛选出表征强迫振荡模式的MSST系数矩阵;进一步,构建基于MSST的发电机强迫振荡耗散能量计算模型,通过筛选出的表征发电机强迫振荡模式的MSST系数矩阵计算各发电机的耗散能量;然后,依据所提的强迫振荡源判据,定位出系统的强迫振荡源;最后,通过WECC-179节点测试系统仿真数据和辽宁电网PMU实测数据验证了所提方法的准确性和有效性。

电力系统强迫振荡源定位的耗散能量谱方法

快速、准确定位振荡源是抑制电力系统强迫功率振荡的关键。为提高电力系统强迫振荡源定位精度和效率,该文提出一种基于耗散能量谱的电力系统强迫振荡源频域定位方法。该方法首先将电力系统广域测量信息进行短时傅里叶变换(short-time Fourier transform,STFT);然后,根据信号的时—频域特性,推导出时域耗散能量与时频域耗散能量间的关系,在此基础上,构建出频域耗散能量谱,论证了时域耗散能量与频域耗散能量谱的等价性;进而根据频域耗散能量谱辨识系统强迫振荡频率、定位强迫振荡源;最后,将所提方法应用到WECC179节点测试系统和ISO New England中进行仿真、验证,结果验证了所提方法的准确性和有效性。

基于小波耗散能量谱的电力系统强迫振荡源定位

快速、准确地定位强迫振荡源是抑制电力系统强迫功率振荡的关键。目前,基于广域量测信息的电力系统强迫振荡源定位方法大多基于时域耗散能量流理论,其计算过程较为复杂,计算效率有待提高。首先,提出一种基于小波耗散能量谱(WDES)的电力系统强迫振荡源频域定位方法,该方法首先将电力系统广域测量信息进行连续小波变换,得到各广域量测信息的小波系数矩阵;然后,根据获得小波系数矩阵定义小波耗散能量谱,阐述小波耗散能量谱和传统时域耗散能量流的关联关系;进而,由小波耗散能量谱的跃变特性确定系统的强迫振荡频率;再根据各发电机在强迫振荡频率处的小波耗散能量谱准确定位振荡源;最后,将所提方法应用到WECC-179节点测试系统和ISO New England中进行仿真和验证,结果验证了所提方法的准确性和有效性。

基于自适应投影多元经验模态分解的电力系统强迫振荡源定位

近年来,电力系统强迫振荡在电网中频繁发生,严重威胁到电网的安全稳定运行,快速、准确地定位强迫振荡源对抑制强迫振荡具有重要意义,但现有方法在分解具有高差异度多通道广域量测信息时难以准确提取强迫振荡模式分量,严重影响到强迫振荡源定位精度。为此,该文提出一种基于自适应投影多元经验模态分解(APIT-MEMD)的强迫振荡源定位方法。该方法首先采用APIT-MEMD通过构建自适应投影方向向量,实现对发电机多通道广域量测信息的同步分解,分离出表征不同振荡模式的固有模态函数(IMF)分量;然后,借助对数能量熵从众多IMF分量中提取出含强迫振荡模式的IMF分量;在此基础上,根据提取出的强迫振荡IMF分量,计算各发电机的耗散能量流,根据耗散能量流实现强迫振荡源定位;最后,通过WECC 179节点测试系统仿真数据和实际电网同步相量测量装置(PMU)实测数据对所提方法进行分析、验证,结果验证了所提方法的准确性和实用性。

基于瞬时功率的次同步振荡频率提取及振荡源识别方法

大规模新能源并网引发的次同步振荡严重威胁电力系统的安全稳定运行。为满足次同步振荡在线告警需求,需要分析宽频测量数据并快速提取振荡分量,快速检测到次同步振荡并精准切除振荡源已是迫切需要解决的关键技术。该文推导了对称和不对称三相电路中含有次同步频率电源时的瞬时功率表达式,揭示了瞬时功率主要为恒定功率分量和次同步频率的交变功率量;在此基础上,提出基于整周期瞬时功率差的次同步振荡频率提取方法,相比于快速傅里叶变换的计算速度大幅提升,避免了栅栏效应和频谱泄露问题;并提出了利用半周期瞬时功率差的次同步振荡源识别方法,可以对多风电场集中并网系统进行次同步振荡源定位,进而为精准切机提供支撑。时域仿真结果表明,该文提出的次同步振荡频率提取方法的计算速度相比快速傅里叶变换有显著提升,振荡源机组辨识方法具有较高的精度。

基于频域贡献因子的混合风电场内振荡源在线定位研究

随着风电、光伏和SVG等各种电力电子设备并网比例的增加,新能源电力系统振荡风险加剧,精准定位风电场站内振荡源对预防振荡引发大规模电力事故的意义重大。提出了基于频域贡献因子分析混合风电场内振荡源在线定位方法。首先,基于大型混合风电场站的节点导纳矩阵推导出频域贡献因子;然后通过便于工程实现的在线阻抗辨识得到风电场阻抗特性,并进行模态机理分析得到风电场的主导振荡模态;然后求出混合风电场的振荡贡献因子;基于贡献因子确定场站内振荡的主要贡献节点以实现振荡源定位并量化分析;采用机理分析替代数值法得到风电场站的主导振荡模态,避免了计算量大与收敛性不足的问题。最后基于ADPSS/ETSDAC平台对大型混合风电场中双馈风机与串补电容交互振荡和直驱风机与SVG交互振荡分别进行仿真验证所提方法的有效性。

基于广域测量数据驱动的电力系统强迫振荡源定位

强迫振荡具有随机性强、振幅大、起振快、传播范围广等特点,为预防其引起的电力系统解列和大停电事故,快速、准确地定位振荡源是十分重要且紧急的任务。文章基于广域测量数据,提出数据驱动的强迫振荡源定位方法,首先,使用孤立森林算法进行原始数据清洗;然后,利用强迫振荡数据的稀疏性和原系统数据的低秩性,将原问题转化为鲁棒主成分分析问题,通过增广拉格朗日乘子法求解。最后,在WECC 240节点系统验证所提方法的有效性。

基于深度子领域自适应的直驱风机次/超同步振荡源定位

直驱风机接入弱交流系统会引发形态较复杂的次/超同步振荡,为了更加精准有效地抑制振荡,亟须及时定位引发振荡的风电机组。考虑到电力系统实际振荡数据匮乏的现状,文中提出了一种基于深度子领域自适应的振荡源定位方法。该方法将仿真系统中的强迫振荡泛化到实际次/超同步振荡领域,通过输入样本与迁移模型的构建,实现次/超同步振荡源在线定位,为振荡数据匮乏导致机器学习困难提供了一种新的解决方案。此外,设计了含直驱风机并网的仿真系统测试算例,并将所提方法与不同振荡源定位方法进行了对比。结果表明,所提方法能够在较短的时间内给出更为准确的定位信息,为进一步实现振荡源在线识别奠定了基础。

基于阻抗特性的次/超同步振荡风电场振荡源识别及切机策略

风电场接入弱电网或经串补线路并网受扰后易引发电力系统的次/超同步振荡,切除有功率振荡的风电场是从源头上抑制系统振荡的重要控制措施。首先给出了振荡源的识别方法,分析了次/超同步振荡期间风机阻抗特性以证明识别方法的正确性,分析了次/超同步振荡期间风电场阻抗特性,然后提出了优先切除振荡源策略。最终,通过实例仿真验证了所提风电场振荡源识别及切机策略能高效抑制次/超同步振荡,保障电网安全稳定运行。

基于振荡能量的低频振荡分析与振荡源定位(二)振荡源定位方法与算例

系统的总能量与振幅对应,产生能量的元件对振荡衰减的贡献为负,可认为是振荡源。负阻尼发电机以及外施周期性扰动所在元件都会产生能量,文中推导了发电机上外施扰动产生能量的表达式。根据网络中的能量流,找到产生振荡能量的能量源,能量源就是振荡源。在振荡源处采取控制措施可有效抑制振荡。在分析网络中的能量源以及能量流动的基础上,提出了利用电网中的振荡能量流定位振荡源的方法。该方法只需要广域测量信息,可在线应用。仿真结果以及实际电网振荡事故分析的结果验证了该方法的有效性。

基于WAMS的电力系统功率振荡分析与振荡源定位(1)割集能量法

目前,电力系统低频振荡诊断与分析中面临的主要困难是如何利用有限的广域量测系统(wide area measurementsystem,WAMS)数据快速准确的识别振荡源。针对此问题,提出一种基于WAMS信息构建电网割集计算振荡能量的实用方案。首先定义了割集振荡能量的概念与计算方法,并提出基于关键线路的WAMS动态信息可构建不同层次的网络割集,其中振荡能量流出的割集即可判断为振荡源。最后,通过在实际电网中仿真和对三峡电厂某次振荡实例的分析,验证了该方法的有效性。案例分析结果表明,割集能量的方法可以最大限度地利用WAMS信息,直观快速地显现电网振荡时的特征,摆脱对元件参数精确性的依赖,快速定位振荡区域,有效识别振荡源。

基于振荡能量的低频振荡分析与振荡源定位 (一)理论基础与能量流计算

提出了一种基于振荡能量的低频振荡分析方法。该方法通过网络中的振荡能量流评估元件的阻尼特性、定位负阻尼发电机和外施周期性扰动的位置。文中首先证明了发电机能量消耗和其阻尼转矩的一致性。然后利用广域测量信息,建立了不需要构造能量函数的网络中振荡能量流的计算公式。由于流入支路的振荡能量包含支路暂态能量的变化以及支路消耗或产生的能量,因此提出了一种计算能量流的实用方法,以减少其中的暂态能量分量,而只计算出支路消耗或产生的能量。由于系统的总能量与振幅对应,因此消耗能量的元件对振荡衰减的贡献为正,具有正阻尼,而产生能量的元件是振荡源。利用发电机的能量消耗来估计其阻尼转矩系数,与阻尼转矩分析的结果相符。利用能量流即可定位振荡源。

基于WAMS的电力系统功率振荡分析与振荡源定位(2)力矩分解法

电力系统低频振荡诊断与紧急控制要求及时快速地识别扰动源,振荡的分析与在线计算要求采用准确的模型参数。针对以上问题,提出了基于力矩分解法的扰动源定位与参数实时校核方案。该方案采用力矩分解法分析发电机控制系统的作用,通过计算振荡能量直观地显现电网振荡时各控制系统对电网阻尼的影响。采用力矩分解的方法,可以将扰动源进一步精确定位至发电机的控制系统,并可实时校核在线计算数据中控制系统的模型参数。最后,通过实际电网振荡实例的分析验证了该方法的有效性;分析结果表明,该方法可以快速准确地定位振荡源,识别发电机控制系统异常,并在线校核发电机控制系统模型参数。

基于阻尼转矩分析的电力系统低频振荡源定位

准确定位低频振荡参与机组并采取有效的控制措施以提高系统阻尼、快速平息系统振荡是大电网安全稳定运行的重要保障。为此,提出了一种基于总体最小二乘-旋转不变技术的信号参数估计(TLS-ESPRIT)和阻尼转矩分析(Damping Torque Analysis,DTA)方法进行低频振荡发生源定位的方法。该方法利用TLS-ESPRIT对发电机组的有功出力、角速度、功角信号进行模式分解,提取发电机高度参与的振荡模式,采用最小二乘拟合方法计算发电机高度参与振荡模式的阻尼转矩系数,然后根据阻尼转矩系数判定发电机是否为该振荡模式的振荡源。分别以4机2区和10机39节点系统为例进行仿真验证。仿真结果表明,所提出的振荡监测方法能够准确定位电力系统低频振荡源,且通过振荡源对其自身的控制能够有效地平息系统中的低频振荡现象。

基于Hamilton实现的电力系统振荡源设备级定位

功率振荡问题威胁着电力传输的安全,在线振荡源定位有助于采取针对性措施以平息振荡。目前,区域级和机组级的定位方法已经可以判别振荡源所在的区域或发电机组,但还有必要进一步深入到发电机内部判断振荡源所在控制设备。文中基于Hamilton实现对发电机内部的能量结构进行分析,将发电机注入电力网络的暂态能量拆分为与调速系统和励磁系统分别相对应的2个分量,以这2个能量分量作为判定振荡源所在控制设备的指标。对单机无穷大系统和IEEE 39节点系统的仿真证明了文中所述方法的正确性和有效性。由于文中所提出的方法只需要本地母线的网络量测,因此既可在控制中心在线应用,也可在厂站端实现分散化监测。

电力系统强迫振荡源的时频域定位方法

快速、准确定位电力系统强迫振荡源,对于预防由强迫振荡引起的电力系统大停电事故意义重大,但目前的强迫振荡源时域定位方法计算过程较为复杂,计算效率有待提升。为此,文中提出一种基于广域量测信息的电力系统强迫振荡源的时频域定位方法,该方法首先将电力系统广域量测数据进行连续小波变换,计算各小波系数矩阵的小波相对能量,进而甄别出电力系统强迫振荡模式对应的关键小波系数。基于所得关键小波系数,计算各发电机基于小波变换的耗散能量流;在此基础上,借鉴传统耗散能量流的定位方法,定位电力系统强迫振荡源,并通过振荡源定位量化指标直观地展示强迫振荡源定位结果。最后,将所提方法应用到WECC 179节点测试系统和中国辽宁电网的实测数据中进行分析、验证,结果验证了所提方法的正确性和有效性。

基于多元经验模态分解的电力系统强迫振荡源定位

强迫振荡是威胁电力系统安全稳定运行的重要因素之一,准确、高效定位强迫振荡源是抑制强迫振荡的关键,但现有基于广域量测信息的强迫振荡源定位方法实现较为复杂且效率和精度有待提升。为此,该文提出一种基于多元经验模态分解的电力系统强迫振荡源定位方法。该方法首先对发电机的广域量测信息进行多元经验模态分解;然后,计算分解后各本征模函数分量的Teager能量值及能量权重,提取表征强迫振荡模式的关键本征模函数分量;基于提取的本征模函数分量,计算各发电机的耗散能量流,进而根据耗散能量流实现强迫振荡源定位;最后,分别利用WECC179-节点测试系统仿真数据和辽宁电网PMU实测数据对所提方法进行分析验证,结果表明,所提方法可准确定位电力系统强迫振荡源。

基于等效电路法的负阻尼能量机理及振荡源定位方法探讨

为解释自由振荡中产生振荡源的机理,在能量法基础之上提出了等效电路法。对电力系统各元件分别建立了其等效电路并组合得到系统的等效电路。根据电路理论,将积分形式的振荡源定位判据转化为相量判据。对于励磁系统,提出了3种振荡源定位判据。将这3种判据转化为相量形式并组合,分析了励磁系统产生振荡源的机理。算例仿真证明了该分析方法的正确性和有效性。该方法可用于在线定位励磁系统振荡源,并分析由于励磁参数设定不当而形成振荡源的机理。

基于前K最短路径的电力系统低频振荡源定位方法

为了快速定位低频振荡源并及时采取相应措施抑制振荡的扩散,提出一种基于电力网络拓扑的振荡源定位方法。利用局部振荡及区间振荡模式下振荡源所在区域发出能量的特点,结合图论思想,在割集能量的基础上,提出最大振荡能量流割集的概念,将振荡源定位问题转化为最大振荡能量流割集的搜索问题。根据振荡能量流传播转移的特点,运用前K最短路径收缩搜索空间,利用往返替换算法找出所有割集,将振荡源所在范围限制在最大振荡能量流割集的内侧。利用蒙西电网进行仿真验证,结果表明,该方法能够快速有效地定位振荡源,且同时适用于局部及区间两种振荡模式,有一定的实用价值。

基于PCHS的电力系统振荡源定位方法

外部扰动可能引发电力系统的强迫振荡,控制设备参数不当也可能使得系统发生负阻尼振荡,对于这两类振荡问题,只要能够及时找到振荡源,即外部扰动或不当的控制参数,即可快速平息振荡。根据端口受控Hamilton系统(port-controlled Hamiltonian system,PCHS)理论,基于端口供给能量(energy supply on port,ESP)的概念提出一种振荡源定位方法,通过计算相应端口上的供给能量,可以快速确定外部扰动或不当的控制参数所在位置。不同于传统的小干扰分析方法,该定位方法完全基于量测进行,可在线实施,同时还具有本地化特点,可分散化地实施。IEEE-39节点系统上的仿真算例验证了该定位方法的有效性和可行性。