專利名稱：基于響應(yīng)成分和振蕩特征辨識(shí)的低頻振蕩類型判別方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及電力系統(tǒng)及其自動(dòng)化技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種基于響應(yīng)成分和振蕩特征辨識(shí)的低頻振蕩類型判別方法。
背景技術(shù)：
近年來(lái)，國(guó)內(nèi)外電網(wǎng)發(fā)生了多起低頻功率振蕩事件，嚴(yán)重威脅著電網(wǎng)的安全、穩(wěn)定運(yùn)行，制約著電網(wǎng)的輸電能力。低頻振蕩主要有兩種機(jī)理解釋或兩種類型負(fù)阻尼機(jī)理的自由振蕩和共振機(jī)理的強(qiáng)迫振蕩。兩種振蕩在振蕩機(jī)理、起因、波形和控制措施方面都有明顯的不同。
自由振蕩產(chǎn)生的原因主要是，高放大倍數(shù)的快速勵(lì)磁系統(tǒng)、弱互聯(lián)電網(wǎng)間的遠(yuǎn)距離大功率送電等導(dǎo)致系統(tǒng)振蕩模式的阻尼比較弱或?yàn)樨?fù)值。雖然在實(shí)際中，自由振蕩往往由電網(wǎng)故障或負(fù)荷投切等激發(fā)，但是自由振蕩與擾動(dòng)的形式無(wú)關(guān)，僅由系統(tǒng)自身的運(yùn)行條件決定。強(qiáng)迫振蕩則是在周期性振蕩源(如原動(dòng)機(jī)壓力脈動(dòng)韓志勇，賀仁睦， 徐衍會(huì).汽輪機(jī)壓力脈動(dòng)引發(fā)電力系統(tǒng)低振蕩的共振機(jī)理分析[J].中國(guó)電機(jī)工程學(xué)報(bào)，2008，28(1) :47-51.韓志勇，徐衍會(huì)，辛建波，等.水輪機(jī)組與電網(wǎng)耦合對(duì)電網(wǎng)動(dòng)態(tài)穩(wěn)定的影響[J].電工技術(shù)學(xué)報(bào)，2009，24(9): 165-170，177.、周期性負(fù)荷擾動(dòng)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(jìn)，等.電力系統(tǒng)強(qiáng)迫功率振蕩擾動(dòng)源的對(duì)比分析[J].電力系統(tǒng)自動(dòng)化，2009，33(3):16-19.等)的作用下，當(dāng)擾動(dòng)頻率接近系統(tǒng)固有振蕩頻率接近時(shí)發(fā)生的振蕩。其具有起振快、起振后保持等幅同步振蕩和失去振蕩源后振蕩很快衰減等特點(diǎn)王鐵強(qiáng)，賀仁睦，王衛(wèi)國(guó)，等.電力系統(tǒng)低頻振蕩機(jī)理的研究[J].中國(guó)電機(jī)工程學(xué)報(bào)，2002，22 (2):21-25.。強(qiáng)迫振蕩的發(fā)生是由振蕩源主導(dǎo)的。
抑制兩種類型的低頻振蕩所需要采取的措施也是不同的。電網(wǎng)在發(fā)生弱阻尼或負(fù)阻尼自由振蕩后，需要降低勵(lì)磁系統(tǒng)的放大倍數(shù)或遠(yuǎn)距離輸電關(guān)鍵斷面上的功率水平，增強(qiáng)系統(tǒng)阻尼水平以逐漸平息振蕩。對(duì)于強(qiáng)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(shí)、準(zhǔn)確地定位出擾動(dòng)源王鐵強(qiáng)，賀仁睦，王衛(wèi)國(guó)，等.電力系統(tǒng)低頻振蕩機(jī)理的研究[J].中國(guó)電機(jī)工程學(xué)報(bào)，2002，22(2) : 21-25.湯涌.電力系統(tǒng)強(qiáng)迫功率振蕩的基礎(chǔ)理論[J].電網(wǎng)技術(shù)，2006，30(10) :29-33.后，正確、有效地判別振蕩類型，進(jìn)而采取針對(duì)性的控制措施，才能從根本上消除和平息振蕩。
對(duì)于振蕩類型判別問(wèn)題的研究，目前研究成果尚不多見(jiàn)。文獻(xiàn)劉增煌，賈文雙，李瑩，等.基于二次差分法判斷負(fù)阻尼振蕩與強(qiáng)迫振蕩的系統(tǒng)和方法中國(guó)，201210103545. 6[P]. 2012-04-10.提出了一種利用二次差分來(lái)識(shí)別起振階段振蕩響應(yīng)包絡(luò)線形狀，進(jìn)而判別強(qiáng)迫振蕩、負(fù)阻尼和等幅自由振蕩的方法。在不同擾動(dòng)源頻率情況下，強(qiáng)迫振蕩表現(xiàn)為共振和拍頻振蕩。在拍頻振蕩的一個(gè)“拍”內(nèi)包絡(luò)線的下降階段，該方法可能將拍頻振蕩誤判為負(fù)阻尼自由振蕩。此外，文獻(xiàn)時(shí)伯年，吳小辰，吳京濤，等.基于圍繞信號(hào)振蕩模式辨識(shí)的電力系統(tǒng)低頻振蕩機(jī)理分析方法中國(guó)，201010581010. O [P]. 2010-12-09.提出了一種通過(guò)比較振蕩事故發(fā)生前后系統(tǒng)振蕩頻率和阻尼比的變化情況以判別強(qiáng)迫振蕩和負(fù)阻尼振蕩的方法。其將振蕩頻率和阻尼比變化較大且事故后阻尼比接近于零的情況判定為強(qiáng)迫振蕩。然而，在實(shí)際運(yùn)行中，強(qiáng)迫振蕩發(fā)生之前系統(tǒng)中并沒(méi)有大的擾動(dòng)發(fā)生或明顯的運(yùn)行方式改變。模式的頻率和阻尼比在振蕩前后幾乎不變。因此，該判別原理的合理性有待商榷。
其將振蕩事故發(fā)生前后頻率和阻尼比的變化量較小的情況認(rèn)定為負(fù)阻尼機(jī)理的低頻振蕩。然而，實(shí)際上正是遠(yuǎn)距離輸電斷面的功率水平過(guò)大或者電網(wǎng)故障導(dǎo)致網(wǎng)架結(jié)構(gòu)變?nèi)?，使系統(tǒng)由故障前的正阻尼比變?yōu)楣收虾蟮牧阕枘峄蜇?fù)阻尼，導(dǎo)致低頻功率振蕩的發(fā)生。此外，在系統(tǒng)發(fā)生強(qiáng)迫振蕩前后，強(qiáng)迫振蕩發(fā)生之前系統(tǒng)中并沒(méi)有大的擾動(dòng)發(fā)生或明顯的運(yùn)行方式改變。模式的頻率和阻尼比在振蕩前后幾乎不變。由此可知，專利時(shí)伯年， 吳小辰，吳京濤，等.基于圍繞信號(hào)振蕩模式辨識(shí)的電力系統(tǒng)低頻振蕩機(jī)理分析方法中國(guó)，201010581010. O [P], 2010-12-09.判別原理的合理性有待商榷。發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的就是為了解決上述問(wèn)題，提供一種基于響應(yīng)成分和振蕩特征辨識(shí)的低頻振蕩類型判別方法，它具有原理簡(jiǎn)單清晰、判別精細(xì)、判據(jù)完備的優(yōu)點(diǎn)。
為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案
一種基于響應(yīng)成分和振蕩特征辨識(shí)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(kāi)始，選取待分析振蕩數(shù)據(jù)選取同時(shí)包含起振和穩(wěn)態(tài)階段、振幅較小的低頻振蕩響應(yīng)曲線；
步驟(2)、辨識(shí)響應(yīng)成分和振蕩特性利用Pixmy算法，提取振蕩的響應(yīng)成分和振蕩特征(頻率和阻尼比);
步驟(3)、負(fù)阻尼振蕩的判定如果存在第s個(gè)振蕩模式，其阻尼比43小于-4^， 則判定為負(fù)阻尼振蕩，結(jié)束；其中，(th為振蕩阻尼比的門(mén)檻值，為取值很小的正實(shí)數(shù)，例如可取為O. 005 ；
步驟(4)、共振振蕩的判定如果存在兩個(gè)振蕩模式，假設(shè)分別為第s個(gè)振蕩模式和第t個(gè)振蕩模式，它們之間的頻率差的絕對(duì)值Ifs-ft I小于fth，則認(rèn)為它們的頻率差fs = ft，則該振蕩判定為共振，并轉(zhuǎn)入步驟(5);反之轉(zhuǎn)入步驟(7);其中，fs為第S個(gè)振蕩模式的頻率；ft為第t個(gè)振蕩模式的頻率；fth為振蕩頻率的門(mén)檻值，為正實(shí)數(shù)，可取為O. 03Hz ；
步驟(5)、正阻尼共振的判定對(duì)于共振振蕩，如果其中一個(gè)模式的阻尼比的絕對(duì)值I ζ」小于^th，則認(rèn)為0，且另一個(gè)模式的阻尼比大于^th，則判定為正阻尼共振， 結(jié)束；反之進(jìn)入步驟(6);步驟(6)、零阻尼共振的判定如果兩個(gè)模式的阻尼比絕對(duì)值均小于^th，即ζ產(chǎn)則判定為零阻尼共振，結(jié)束；其中，q為第t個(gè)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(duì)于任意的模式，假設(shè)為第s個(gè)振蕩模式，其阻尼比大于(th，則判定為正阻尼自由振蕩，結(jié)束；反之進(jìn)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(duì)值I ^sI小于^th，則需要計(jì)算其能量比ns，以判別是否為主導(dǎo)振蕩模式
權(quán)利要求
1.一種基于響應(yīng)成分和振蕩特征辨識(shí)的低頻振蕩類型判別方法，其特征是，主要分為以下具體步驟步驟(I)、開(kāi)始，選取待分析振蕩數(shù)據(jù)；步驟(2)、辨識(shí)響應(yīng)成分和振蕩特性；步驟(3)、負(fù)阻尼振蕩的判定，若是負(fù)阻尼振蕩，結(jié)束，反之進(jìn)入步驟(4)；步驟(4)、共振振蕩的判定如果將振蕩判定為共振，并轉(zhuǎn)入步驟(5);反之轉(zhuǎn)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(jié)束；反之進(jìn)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(jié)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(jié)束；反之進(jìn)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(jié)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(jié)束；反之進(jìn)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(jié)束。
2.如權(quán)利要求I所述的一種基于響應(yīng)成分和振蕩特征辨識(shí)的低頻振蕩類型判別方法， 其特征是，所述步驟(I)中選取待分析振蕩數(shù)據(jù)是指選取同時(shí)包含起振和穩(wěn)態(tài)階段、振幅較小的低頻振蕩響應(yīng)曲線。
3.如權(quán)利要求I所述的一種基于響應(yīng)成分和振蕩特征辨識(shí)的低頻振蕩類型判別方法， 其特征是，所述步驟(2)的辨識(shí)響應(yīng)成分和振蕩特性是指利用Prony算法，提取振蕩的響應(yīng)成分和振蕩特征。
4.如權(quán)利要求I所述的一種基于響應(yīng)成分和振蕩特征辨識(shí)的低頻振蕩類型判別方法， 其特征是，所述步驟(3)的負(fù)阻尼振蕩的判定是指如果存在第s個(gè)振蕩模式，其阻尼比ζ s 小于_(th，則判定為負(fù)阻尼振蕩，結(jié)束；其中，(th為振蕩阻尼比的門(mén)檻值，為取值很小的正實(shí)數(shù)。
5.如權(quán)利要求I所述的一種基于響應(yīng)成分和振蕩特征辨識(shí)的低頻振蕩類型判別方法， 其特征是，所述步驟(4)的共振振蕩的判定方法為如果存在兩個(gè)振蕩模式s和t，它們之間的頻率差的絕對(duì)值|fs_ft|小于fth，則認(rèn)為它們的頻率差fs = ft，則將振蕩判定為共振振蕩。
6.如權(quán)利要求I所述的一種基于響應(yīng)成分和振蕩特征辨識(shí)的低頻振蕩類型判別方法， 其特征是，所述步驟(5)的正阻尼共振的判定方法為對(duì)于共振振蕩，如果其中一個(gè)模式的阻尼比的絕對(duì)值I ^sI小于^th，則認(rèn)為^ 0，且另一個(gè)模式的阻尼比大于^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(gè)模式的阻尼比絕對(duì)值均小于ζ th，即ζ產(chǎn)^ O,則判定為零阻尼共振。
7.如權(quán)利要求I所述的一種基于響應(yīng)成分和振蕩特征辨識(shí)的低頻振蕩類型判別方法， 其特征是，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(duì)于任意的模式S，其阻尼比大于(th，則判定為正阻尼自由振蕩。
8.如權(quán)利要求I所述的一種基于響應(yīng)成分和振蕩特征辨識(shí)的低頻振蕩類型判別方法， 其特征是，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(duì)值I (s|小于(th，則需要計(jì)算其能量比，以判別是否為主導(dǎo)振蕩模式式中，As為第s個(gè)振蕩模式的振幅，若步驟(8)成立，則第s個(gè)振蕩模式為唯一的主導(dǎo)模式，并判定為零阻尼等幅自由振蕩。
9.如權(quán)利要求I所述的一種基于響應(yīng)成分和振蕩特征辨識(shí)的低頻振蕩類型判別方法， 其特征是，所述步驟(9)零阻尼拍頻振蕩的判定方法為若ns<nth> nt<nth> ns+nt>nth>fs-ft|〈min(fs，ft)，則判定為拍頻振蕩；若存在第t個(gè)模式的阻尼比的絕對(duì)值I 4t|小于 ζ th，則進(jìn)一步地判定為零阻尼拍頻振蕩。
10.如權(quán)利要求I所述的一種基于響應(yīng)成分和振蕩特征辨識(shí)的低頻振蕩類型判別方法，其特征是，所述步驟(10)正阻尼拍頻振蕩的判定方法為，若第t個(gè)模式的阻尼比的絕對(duì)值I (t|大于(th，則判定為正阻尼拍頻振蕩。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)了一種基于響應(yīng)成分和振蕩特征辨識(shí)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(shù)據(jù)；辨識(shí)響應(yīng)成分和振蕩特性；首先是負(fù)阻尼振蕩的判定，若是負(fù)阻尼振蕩，結(jié)束，反之進(jìn)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(zhuǎn)入正阻尼共振的判定和零阻尼共振的判定；反之轉(zhuǎn)入正阻尼自由振蕩的判定，若不是正阻尼自由振蕩，進(jìn)入零阻尼等幅自由振蕩的判定，若沒(méi)有判定為零阻尼等幅自由振蕩，進(jìn)入零阻尼拍頻振蕩的判定，若沒(méi)有判定為零阻尼拍頻振蕩，進(jìn)入正阻尼拍頻振蕩的判定，結(jié)束。本發(fā)明的有益效果原理簡(jiǎn)單清晰、判別精細(xì)、判據(jù)完備。
文檔編號(hào)G01R31/00GK102914718SQ20121045527
公開(kāi)日2013年2月6日 申請(qǐng)日期2012年11月13日 優(yōu)先權(quán)日2012年11月13日
發(fā)明者葉華, 宋佑斌, 劉玉田 申請(qǐng)人:山東大學(xué)