一种电力系统振荡辨识的方法和装置制造方法及图纸

本发明专利技术实施例提供了一种电力系统振荡辨识的方法和装置，所述方法包括：将电力系统的振荡信号建模为一个频率可偏移的基波正弦分量、一对频率耦合的次同步正弦分量和超同步正弦分量；分别合成振荡分量的正频率部分和负频率部分；计算得到所述基波正弦分量中的正频率部分和负频率部分；构建同步相量轨迹拟合方程组；求解所述同步相量轨迹拟合方程组，获得基波正弦分量、次同步正弦分量和超同步正弦分量的频率，基波正弦分量中的正频率部分和负频率部分，以及振荡分量的正频率部分和负频率部分；计算出基波正弦分量的幅值和相位；计算出次同步正弦分量和超同步正弦分量的幅值和相位。

【技术实现步骤摘要】
一种电力系统振荡辨识的方法和装置
本专利技术涉及电力系统领域，尤其涉及一种电力系统振荡辨识的方法和装置。
技术介绍
振荡过程是电力系统中最常见的扰动过程之一。由于严重的振荡将导致系统失稳、线路过载等问题而严重威胁电网安全，因此当电力系统出现振荡过程时，需要有效监测并辨识振荡的参数。由于电力系统是运行在额定频率下的交流电力系统，当发生振荡时，振荡信号最主要包含偏移额定频率的基波正弦分量、频率之和为二倍额定频率的次同步正弦分量和超同步正弦分量，除此以外还有少量的其他频率分量。对于电力系统运行管理人员而言，基波正弦分量、次同步正弦分量和超同步正弦分量的频率、幅值和相位是最重要的振荡参数。随着监测手段的逐渐丰富，电力系统广域测量系统成为了新一代电力系统动态监测系统，成为了电力系统动态监测与控制的有效手段。广域测量系统的测量终端是相量测量终端PMU，相量测量终端将以最高二倍额定频率上传实时测量的同步相量数据。但是同步相量数据仅为计算出的对应额定频率的基波相量，在电力系统振荡过程中的频率偏移基波分量、次同步分量和超同步分量将受频谱泄露影响而出现在同步相量数据的基波相量中，因此，同步相量数据中将包含振荡信息而可用于振荡辨识，需要基于同步相量的电力系统振荡辨识方法以有效辨识出基波正弦分量、次同步正弦分量和超同步正弦分量的频率、幅值和相位。目前已有的基于同步相量的电力系统振荡辨识方法均为基于傅里叶变换频谱分析的方法，主要存在的技术问题表现在，针对同步相量数据进行频谱分析时，为保证足够高的频谱分辨率而不得不采用较大的数据窗以避免频谱混叠，导致振荡辨识的实时性较差；进而，振荡辨识实时性差将导致辨识结果的变差，因为数据窗长度越大则电力系统的振荡模式越可能变化。
技术实现思路
本专利技术的实施例提供了一种电力系统振荡辨识的方法和装置，能够改善频谱分析方法中数据窗小而频谱混叠导致的频率分辨率差的缺点。一种电力系统振荡辨识的方法，包括：将电力系统的振荡信号建模为一个频率可偏移的基波正弦分量、一对频率耦合的次同步正弦分量和超同步正弦分量，三个所述分量分别具有幅值、相位和频率；根据所述次同步正弦分量与所述超同步正弦分量的正频率部分和负频率部分，分别合成振荡分量的正频率部分和负频率部分；计算得到所述基波正弦分量中的正频率部分和负频率部分；根据所述振荡分量的正频率部分和负频率部分，以及基波正弦分量中的正频率部分和负频率部分，构建同步相量轨迹拟合方程组；采用非线性曲线拟合数值求解方法，求解所述同步相量轨迹拟合方程组，获得基波正弦分量、次同步正弦分量和超同步正弦分量的频率，基波正弦分量中的正频率部分和负频率部分，以及振荡分量的正频率部分和负频率部分；根据所述基波正弦分量中的正频率部分或负频率部分，计算出基波正弦分量的幅值和相位；根据所述振荡分量的正频率部分和负频率部分，计算出次同步正弦分量和超同步正弦分量的幅值和相位；所述基波正弦分量的幅值、相位和频率、次同步正弦分量和超同步正弦分量的幅值、相位和频率为电力系统的振荡辨识结果。一种电力系统振荡辨识的装置，包括：建模单元，用于将电力系统的振荡信号建模为一个频率可偏移的基波正弦分量、一对频率耦合的次同步正弦分量和超同步正弦分量，三个所述分量分别具有幅值、相位和频率；第一计算单元，根据所述次同步正弦分量与所述超同步正弦分量的正频率部分和负频率部分，分别合成振荡分量的正频率部分和负频率部分；计算得到所述基波正弦分量中的正频率部分和负频率部分；构建单元，根据所述振荡分量的正频率部分和负频率部分，以及基波正弦分量中的正频率部分和负频率部分，构建同步相量轨迹拟合方程组；第二计算单元，采用非线性曲线拟合数值求解方法，求解所述同步相量轨迹拟合方程组，获得基波正弦分量、次同步正弦分量和超同步正弦分量的频率，基波正弦分量中的正频率部分和负频率部分，以及振荡分量的正频率部分和负频率部分；第三计算单元，根据所述基波正弦分量中的正频率部分或负频率部分，计算出基波正弦分量的幅值和相位；第四计算单元，根据所述振荡分量的正频率部分和负频率部分，计算出次同步正弦分量和超同步正弦分量的幅值和相位；辨识结果单元，所述基波正弦分量的幅值、相位和频率、次同步正弦分量和超同步正弦分量的幅值、相位和频率为对所述电力系统的振荡进行辨识的结果。本专利技术提供的方法采用非线性超定方程组求解方法，克服了频谱分析方法中数据窗小而频谱混叠导致的频率分辨率差的缺点，可有效辨识出二倍额定频率以内的频率偏移基波正弦分量、一对次同步正弦分量和超同步正弦分量的幅值、相位和频率。由上述本专利技术的实施例提供的技术方案可以看出，本专利技术实施例中，采用的数据窗长度更小而具有更好的实时性，采用非线性超定方程组求解方法克服了频谱分析方法中数据窗小而频谱混叠导致的频率分辨率差的缺点，可有效辨识出二倍额定频率以内的频率偏移基波正弦分量、一对次同步正弦分量和超同步正弦分量的幅值、相位和频率。本专利技术附加的方面和优点将在下面的描述中部分给出，这些将从下面的描述中变得明显，或通过本专利技术的实践了解到。附图说明为了更清楚地说明本专利技术实施例的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本专利技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。图1为本专利技术提供的电力系统振荡辨识方法的流程图；图2为本专利技术另一实施例提供的基于同步相量轨迹拟合的电力系统振荡辨识方法的流程图；图3为本专利技术提供的基于同步相量轨迹拟合的电力系统振荡辨识方法的一种实施例的同步相量数据序列示意图；图4为本专利技术提供的电力系统振荡辨识装置的连接示意图。具体实施方式下面详细描述本专利技术的实施方式，所述实施方式的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施方式是示例性的，仅用于解释本专利技术，而不能解释为对本专利技术的限制。为便于对本专利技术实施例的理解，下面将结合附图以几个具体实施例为例做进一步的解释说明，且各个实施例并不构成对本专利技术实施例的限定。如图1所示，为本专利技术所述的一种电力系统振荡辨识的方法，包括：步骤11，将电力系统的振荡信号建模为一个频率可偏移的基波正弦分量、一对频率耦合的次同步正弦分量和超同步正弦分量，三个所述分量分别具有幅值、相位和频率；步骤12，根据所述次同步正弦分量与所述超同步正弦分量的正频率部分和负频率部分，分别合成振荡分量的正频率部分和负频率部分；计算得到所述基波正弦分量中的正频率部分和负频率部分；步骤13，根据所述振荡分量的正频率部分和负频率部分，以及基波正弦分量中的正频率部分和负频率部分，构建同步相量轨迹拟合方程组；步骤14，采用非线性曲线拟合数值求解方法，求解所述同步相量轨迹拟合方程组，获得本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种电力系统振荡辨识的方法，其特征在于，包括：/n将电力系统的振荡信号建模为一个频率可偏移的基波正弦分量、一对频率耦合的次同步正弦分量和超同步正弦分量，三个所述分量的幅值、相位和频率为待辨识的参数；/n根据所述次同步正弦分量与所述超同步正弦分量的正频率部分和负频率部分，分别合成振荡分量的正频率部分和负频率部分；计算得到所述基波正弦分量中的正频率部分和负频率部分；/n根据所述振荡分量的正频率部分和负频率部分，以及基波正弦分量中的正频率部分和负频率部分，构建同步相量轨迹拟合方程组；/n采用非线性曲线拟合数值求解方法，求解所述同步相量轨迹拟合方程组，获得基波正弦分量、次同步正弦分量和超同步正弦分量的频率，基波正弦分量中的正频率部分和负频率部分，以及振荡分量的正频率部分和负频率部分；/n根据所述基波正弦分量中的正频率部分或负频率部分，计算出基波正弦分量的幅值和相位；/n根据所述振荡分量的正频率部分和负频率部分，计算出次同步正弦分量和超同步正弦分量的幅值和相位；/n所述基波正弦分量的幅值、相位和频率、次同步正弦分量和超同步正弦分量的幅值、相位和频率为电力系统的振荡辨识结果。/n

【技术特征摘要】
1.一种电力系统振荡辨识的方法，其特征在于，包括：
将电力系统的振荡信号建模为一个频率可偏移的基波正弦分量、一对频率耦合的次同步正弦分量和超同步正弦分量，三个所述分量的幅值、相位和频率为待辨识的参数；
根据所述次同步正弦分量与所述超同步正弦分量的正频率部分和负频率部分，分别合成振荡分量的正频率部分和负频率部分；计算得到所述基波正弦分量中的正频率部分和负频率部分；
根据所述振荡分量的正频率部分和负频率部分，以及基波正弦分量中的正频率部分和负频率部分，构建同步相量轨迹拟合方程组；
采用非线性曲线拟合数值求解方法，求解所述同步相量轨迹拟合方程组，获得基波正弦分量、次同步正弦分量和超同步正弦分量的频率，基波正弦分量中的正频率部分和负频率部分，以及振荡分量的正频率部分和负频率部分；
根据所述基波正弦分量中的正频率部分或负频率部分，计算出基波正弦分量的幅值和相位；
根据所述振荡分量的正频率部分和负频率部分，计算出次同步正弦分量和超同步正弦分量的幅值和相位；
所述基波正弦分量的幅值、相位和频率、次同步正弦分量和超同步正弦分量的幅值、相位和频率为电力系统的振荡辨识结果。


2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述将电力系统振荡信号建模为一个频率偏移可能偏移的基波正弦分量、一对频率耦合的次同步正弦分量和超同步正弦分量，三个所述分量分别具有待定的幅值、相位和频率的步骤具体包括：
将电力系统振荡信号的瞬时值x(t)表示为如下公式，
x(t)＝x0cos(2πf0t+φ0)+xsubcos(2πfsubt+φsub)+xsupcos(2πfsupt+φsup)
其中，f0、x0、φ0分别为基波正弦分量的频率、幅值和相位；
xsub、φsub、fsub为次同步正弦分量的幅值、相位和频率；
xsup、φsup、fsup为超同步正弦分量的幅值、相位和频率；fsub+fsup＝2fN。


3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述计根据所述次同步正弦分量与所述超同步正弦分量的正频率部分和负频率部分，分别合成振荡分量的正频率部分和负频率部分；计算得到所述基波正弦分量中的正频率部分和负频率部分的步骤包括：












其中，振荡分量的正频率部分为和负频率部分为基波正弦分量中的正频率部分和负频率部分分别为和

和分别为基波正弦分量、次同步正弦分量和超同步正弦分量对应的同步相量结果；






N为快速傅里叶变换同步相量计算数据窗中的数据点数，fS为同步相量数据上传频率且fS＝2fN，“*”标记表示复数共轭，




由两部分组成，第一部分对应的频率为为负频率；第二部分对应的频率为为正频率；

由两部分组成，第一部分对应的频率为正频率且与的第二部分一致；第二部分为对应的频率为负频率且与的第一部分一致；

由两部分组成，两部分对应的频率分别为和当f0＞fN时，两部分对应频率分别为正频率和负频率；当f0＜fN时，两部分对应频率分别为负频率和正频率。


4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述根据所述振荡分量的正频率部分和负频率部分，以及基波正弦分量中的正频率部分和负频率部分，构建同步相量轨迹拟合方程组的步骤包括：
同步相量轨迹拟合方程组为：

【专利技术属性】
技术研发人员：张放，刘军，王小君，和敬涵，许寅，吴翔宇，
申请(专利权)人：北京交通大学，
类型：发明
国别省市：北京;11