专利名称：基于响应成分和振荡特征辨识的低频振荡类型判别方法
技术领域：
本发明涉及电力系统及其自动化技术领域，尤其涉及一种基于响应成分和振荡特征辨识的低频振荡类型判别方法。
背景技术：
近年来，国内外电网发生了多起低频功率振荡事件，严重威胁着电网的安全、稳定运行，制约着电网的输电能力。低频振荡主要有两种机理解释或两种类型负阻尼机理的自由振荡和共振机理的强迫振荡。两种振荡在振荡机理、起因、波形和控制措施方面都有明显的不同。
自由振荡产生的原因主要是，高放大倍数的快速励磁系统、弱互联电网间的远距离大功率送电等导致系统振荡模式的阻尼比较弱或为负值。虽然在实际中，自由振荡往往由电网故障或负荷投切等激发，但是自由振荡与扰动的形式无关，仅由系统自身的运行条件决定。强迫振荡则是在周期性振荡源(如原动机压力脉动韩志勇，贺仁睦， 徐衍会.汽轮机压力脉动引发电力系统低振荡的共振机理分析[J].中国电机工程学报，2008，28(1) :47-51.韩志勇，徐衍会，辛建波，等.水轮机组与电网耦合对电网动态稳定的影响[J].电工技术学报，2009，24(9): 165-170，177.、周期性负荷扰动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.韩志勇，贺仁睦，马进，等.电力系统强迫功率振荡扰动源的对比分析[J].电力系统自动化，2009，33(3):16-19.等)的作用下，当扰动频率接近系统固有振荡频率接近时发生的振荡。其具有起振快、起振后保持等幅同步振荡和失去振荡源后振荡很快衰减等特点王铁强，贺仁睦，王卫国，等.电力系统低频振荡机理的研究[J].中国电机工程学报，2002，22 (2):21-25.。强迫振荡的发生是由振荡源主导的。
抑制两种类型的低频振荡所需要采取的措施也是不同的。电网在发生弱阻尼或负阻尼自由振荡后，需要降低励磁系统的放大倍数或远距离输电关键断面上的功率水平，增强系统阻尼水平以逐渐平息振荡。对于强迫振荡，只有消除振荡源，才能从根本上平息振荡。因此，在及时、准确地定位出扰动源王铁强，贺仁睦，王卫国，等.电力系统低频振荡机理的研究[J].中国电机工程学报，2002，22(2) : 21-25.汤涌.电力系统强迫功率振荡的基础理论[J].电网技术，2006，30(10) :29-33.后，正确、有效地判别振荡类型，进而采取针对性的控制措施，才能从根本上消除和平息振荡。
对于振荡类型判别问题的研究，目前研究成果尚不多见。文献刘增煌，贾文双，李莹，等.基于二次差分法判断负阻尼振荡与强迫振荡的系统和方法中国，201210103545. 6[P]. 2012-04-10.提出了一种利用二次差分来识别起振阶段振荡响应包络线形状，进而判别强迫振荡、负阻尼和等幅自由振荡的方法。在不同扰动源频率情况下，强迫振荡表现为共振和拍频振荡。在拍频振荡的一个“拍”内包络线的下降阶段，该方法可能将拍频振荡误判为负阻尼自由振荡。此外，文献时伯年，吴小辰，吴京涛，等.基于围绕信号振荡模式辨识的电力系统低频振荡机理分析方法中国，201010581010. O [P]. 2010-12-09.提出了一种通过比较振荡事故发生前后系统振荡频率和阻尼比的变化情况以判别强迫振荡和负阻尼振荡的方法。其将振荡频率和阻尼比变化较大且事故后阻尼比接近于零的情况判定为强迫振荡。然而，在实际运行中，强迫振荡发生之前系统中并没有大的扰动发生或明显的运行方式改变。模式的频率和阻尼比在振荡前后几乎不变。因此，该判别原理的合理性有待商榷。
其将振荡事故发生前后频率和阻尼比的变化量较小的情况认定为负阻尼机理的低频振荡。然而，实际上正是远距离输电断面的功率水平过大或者电网故障导致网架结构变弱，使系统由故障前的正阻尼比变为故障后的零阻尼或负阻尼，导致低频功率振荡的发生。此外，在系统发生强迫振荡前后，强迫振荡发生之前系统中并没有大的扰动发生或明显的运行方式改变。模式的频率和阻尼比在振荡前后几乎不变。由此可知，专利时伯年， 吴小辰，吴京涛，等.基于围绕信号振荡模式辨识的电力系统低频振荡机理分析方法中国，201010581010. O [P], 2010-12-09.判别原理的合理性有待商榷。发明内容
本发明的目的就是为了解决上述问题，提供一种基于响应成分和振荡特征辨识的低频振荡类型判别方法，它具有原理简单清晰、判别精细、判据完备的优点。
为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案
一种基于响应成分和振荡特征辨识的低频振荡类型判别方法，主要分为以下具体步骤
步骤(I)、开始，选取待分析振荡数据选取同时包含起振和稳态阶段、振幅较小的低频振荡响应曲线；
步骤(2)、辨识响应成分和振荡特性利用Pixmy算法，提取振荡的响应成分和振荡特征(频率和阻尼比);
步骤(3)、负阻尼振荡的判定如果存在第s个振荡模式，其阻尼比43小于-4^， 则判定为负阻尼振荡，结束；其中，(th为振荡阻尼比的门槛值，为取值很小的正实数，例如可取为O. 005 ；
步骤(4)、共振振荡的判定如果存在两个振荡模式，假设分别为第s个振荡模式和第t个振荡模式，它们之间的频率差的绝对值Ifs-ft I小于fth，则认为它们的频率差fs = ft，则该振荡判定为共振，并转入步骤(5);反之转入步骤(7);其中，fs为第S个振荡模式的频率；ft为第t个振荡模式的频率；fth为振荡频率的门槛值，为正实数，可取为O. 03Hz ；
步骤(5)、正阻尼共振的判定对于共振振荡，如果其中一个模式的阻尼比的绝对值I ζ」小于^th，则认为0，且另一个模式的阻尼比大于^th，则判定为正阻尼共振， 结束；反之进入步骤(6);步骤(6)、零阻尼共振的判定如果两个模式的阻尼比绝对值均小于^th，即ζ产则判定为零阻尼共振，结束；其中，q为第t个振荡模式的阻尼比；
步骤(7)、正阻尼自由振荡的判定若I fs_ft| > fth，且对于任意的模式，假设为第s个振荡模式，其阻尼比大于(th，则判定为正阻尼自由振荡，结束；反之进入步骤(8)；
步骤(8)、零阻尼等幅自由振荡的判定若fs-ft > fth，且存在第s模式，其阻尼比的绝对值I ^sI小于^th，则需要计算其能量比ns，以判别是否为主导振荡模式
权利要求
1.一种基于响应成分和振荡特征辨识的低频振荡类型判别方法，其特征是，主要分为以下具体步骤步骤(I)、开始，选取待分析振荡数据；步骤(2)、辨识响应成分和振荡特性；步骤(3)、负阻尼振荡的判定，若是负阻尼振荡，结束，反之进入步骤(4)；步骤(4)、共振振荡的判定如果将振荡判定为共振，并转入步骤(5);反之转入步骤(7)；步骤(5)、正阻尼共振的判定如果判定为正阻尼共振，结束；反之进入步骤(6)；步骤(6)、零阻尼共振的判定，若判定为零阻尼共振，结束；步骤(7)、正阻尼自由振荡的判定，若判定为正阻尼自由振荡，结束；反之进入步骤(8)；步骤(8)、零阻尼等幅自由振荡的判定，若判定为零阻尼等幅自由振荡，结束；步骤(9)、零阻尼拍频振荡的判定，若判定为零阻尼拍频振荡，结束；反之进入步骤(10)；步骤(10)、正阻尼拍频振荡的判定若判定为正阻尼拍频振荡，结束。
2.如权利要求I所述的一种基于响应成分和振荡特征辨识的低频振荡类型判别方法， 其特征是，所述步骤(I)中选取待分析振荡数据是指选取同时包含起振和稳态阶段、振幅较小的低频振荡响应曲线。
3.如权利要求I所述的一种基于响应成分和振荡特征辨识的低频振荡类型判别方法， 其特征是，所述步骤(2)的辨识响应成分和振荡特性是指利用Prony算法，提取振荡的响应成分和振荡特征。
4.如权利要求I所述的一种基于响应成分和振荡特征辨识的低频振荡类型判别方法， 其特征是，所述步骤(3)的负阻尼振荡的判定是指如果存在第s个振荡模式，其阻尼比ζ s 小于_(th，则判定为负阻尼振荡，结束；其中，(th为振荡阻尼比的门槛值，为取值很小的正实数。
5.如权利要求I所述的一种基于响应成分和振荡特征辨识的低频振荡类型判别方法， 其特征是，所述步骤(4)的共振振荡的判定方法为如果存在两个振荡模式s和t，它们之间的频率差的绝对值|fs_ft|小于fth，则认为它们的频率差fs = ft，则将振荡判定为共振振荡。
6.如权利要求I所述的一种基于响应成分和振荡特征辨识的低频振荡类型判别方法， 其特征是，所述步骤(5)的正阻尼共振的判定方法为对于共振振荡，如果其中一个模式的阻尼比的绝对值I ^sI小于^th，则认为^ 0，且另一个模式的阻尼比大于^th，则判定为正阻尼共振；所述步骤(6)的零阻尼共振的判定方法为如果两个模式的阻尼比绝对值均小于ζ th，即ζ产^ O,则判定为零阻尼共振。
7.如权利要求I所述的一种基于响应成分和振荡特征辨识的低频振荡类型判别方法， 其特征是，所述步骤(7)的正阻尼自由振荡的判定方法为若|fs-ft| > fth，且对于任意的模式S，其阻尼比大于(th，则判定为正阻尼自由振荡。
8.如权利要求I所述的一种基于响应成分和振荡特征辨识的低频振荡类型判别方法， 其特征是，所述步骤(8)的零阻尼等幅自由振荡的判定方法为若式S，其阻尼比的绝对值I (s|小于(th，则需要计算其能量比，以判别是否为主导振荡模式式中，As为第s个振荡模式的振幅，若步骤(8)成立，则第s个振荡模式为唯一的主导模式，并判定为零阻尼等幅自由振荡。
9.如权利要求I所述的一种基于响应成分和振荡特征辨识的低频振荡类型判别方法， 其特征是，所述步骤(9)零阻尼拍频振荡的判定方法为若ns<nth> nt<nth> ns+nt>nth>fs-ft|〈min(fs，ft)，则判定为拍频振荡；若存在第t个模式的阻尼比的绝对值I 4t|小于 ζ th，则进一步地判定为零阻尼拍频振荡。
10.如权利要求I所述的一种基于响应成分和振荡特征辨识的低频振荡类型判别方法，其特征是，所述步骤(10)正阻尼拍频振荡的判定方法为，若第t个模式的阻尼比的绝对值I (t|大于(th，则判定为正阻尼拍频振荡。
全文摘要
本发明公开了一种基于响应成分和振荡特征辨识的低频振荡类型判别方法，主要分为以下具体步骤选取待分析振荡数据；辨识响应成分和振荡特性；首先是负阻尼振荡的判定，若是负阻尼振荡，结束，反之进入共振振荡的判定；在共振振荡的判定中如果将振荡判定为共振，转入正阻尼共振的判定和零阻尼共振的判定；反之转入正阻尼自由振荡的判定，若不是正阻尼自由振荡，进入零阻尼等幅自由振荡的判定，若没有判定为零阻尼等幅自由振荡，进入零阻尼拍频振荡的判定，若没有判定为零阻尼拍频振荡，进入正阻尼拍频振荡的判定，结束。本发明的有益效果原理简单清晰、判别精细、判据完备。
文档编号G01R31/00GK102914718SQ20121045527
公开日2013年2月6日 申请日期2012年11月13日 优先权日2012年11月13日
发明者叶华, 宋佑斌, 刘玉田 申请人:山东大学