一种电力系统低频振荡模式参数辨识方法
【专利摘要】本发明公开了一种电力系统低频振荡模式参数辨识方法，所述方法包括：首先读取电力系统中广域量测系统记录的电网联络线功率信号；然后将所述读取的功率信号进行处理获得相应的功率波动信号；然后将所述波动信号作为基于随机减量技术的输入信号，获得系统自由衰减响应信号；最后基于总体最小二乘旋转不变子空间参数估计方法，对所述自由衰减响应信号进行模式辨识，辨识出低频振荡模式频率和阻尼比，实现了基于随机响应信号的电力系统低频振荡模式参数辨识方法抗噪性较强，辨识准确性较高的技术效果。
【专利说明】一种电力系统低频振荡模式参数辨识方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及电力系统信息处理领域，尤其涉及一种电力系统低频振荡模式参数辨 识方法。
【背景技术】
[0002] 随着电力系统互联程度提高、规模不断扩大、快速励磁系统的大量使用，低频振荡 问题益发突出，已成为威胁系统稳定和限制互联电网传输能力的瓶颈。发现并准确掌握系 统低频振荡模式参数对电力系统安全稳定运行具有重要意义。
[0003] 广域量测系统（wide area measurement system，WAMS)的相量测量单兀（phasor measurement unit, PMU)可以快速地同步记录广域分布的时间响应曲线，真实地反映电力 系统动态行为，从实测曲线分析低频振荡模式的方法避免了模型不能准确反映电力系统特 性的困难。因此，基于量测信号的低频振荡模式分析方法比基于数学模型的分析方法具有 明显的优势和实用价值。基于量测信号的低频振荡模式辨识方法按照输入信号类型分类， 可分为基于暂态振荡信号的方法和基于随机响应信号的方法。暂态振荡信号指系统经受明 显扰动后的自由振荡响应，可用一系列复指数函数的线性组合来拟合；随机响应信号指系 统正常运行情况下由负荷的小幅随机波动所激发的响应，为系统在随机激励下的全响应， 一般不能直接用复指数函数的线性组合来拟合，因此基于暂态振荡信号的方法一般不能直 接应用于随机响应信号辨识低频振荡模式。在实际电网中暂态振荡信号数据量小，而由负 荷波动引起的随机响应信号在系统中几乎时刻存在，容易获得，基于随机响应信号的低频 振荡模式辨识结果能够更好地反映系统正常运行情况下系统的小扰动稳定性。
[0004] 基于随机响应信号的电力系统低频振荡模式参数辨识的困难在于电力系统随机 响应信号由小幅的负荷波动所激发，其波动性不强且信号受到噪声的污染，使得信号的信 噪比低，已有方法难以准确辨识低频振荡模式参数，如基于ARMA模型的方法难以准确辨识 阻尼比且抗噪性不强，随机子空间方法（Stochastic Subspace Identification, SSI)易出 现虚假模式，随机减量技术结合Prony的方法抗噪性不强。
[0005] 综上所述，本申请发明人在实现本申请实施例中发明技术方案的过程中，发现上 述技术至少存在如下技术问题： 在现有技术中，由于现有的基于随机响应信号的电力系统低频振荡模式参数辨识方法 由于电力系统随机响应信号由小幅的负荷波动所激发，其波动性不强且信号受到噪声的污 染，信号的信噪比低，难以准确辨识低频振荡模式参数，尤其难以准确辨识阻尼比，，如随机 子空间方法易出现虚假模式，随机减量技术结合Prony的方法抗噪性不强，所以，现有的基 于随机响应信号的电力系统低频振荡模式参数辨识方法存在抗噪性较弱，辨识准确性较差 的技术问题。
【发明内容】
[0006] 本发明提供了一种电力系统低频振荡模式参数辨识方法，解决了现有的基于随机 响应信号的电力系统低频振荡模式参数辨识方法存在抗噪性较弱，辨识准确性较差的技术 问题，实现了基于随机响应信号的电力系统低频振荡模式参数辨识方法抗噪性较强，辨识 准确性较高的技术效果。
[0007] 为解决上述技术问题，本申请实施例提供了一种电力系统低频振荡模式参数辨识 方法，所述方法包括： 步骤A :读取电力系统中广域量测系统记录的电网联络线功率信号； 步骤B :将所述读取的功率信号进行处理获得相应的功率波动信号； 步骤C :将所述波动信号作为基于随机减量技术的输入信号，获得系统自由衰减响应 信号； 步骤D :基于总体最小二乘旋转不变子空间参数估计方法，对所述自由衰减响应信号 进行模式辨识，辨识出低频振荡模式频率和阻尼比。
[0008] 进一步的，所述将所述读取的功率信号进行处理获得相应的功率波动信号具体 为： 将所述读取的功率信号通过数据预处理剔除异常数据，当数据出现缺失时用前一个正 常数据填补缺失数据，利用减去数据均值的方法去除直流分量，得到数据长度为N的功率 波动信号Δ/7%，米样时间间隔为7；。
[0009] 进一步的，所述步骤C :将所述作为随机减量技术的输入信号，获得长度为Z 的系统自由衰减响应信号_F(i) (i=l，2,……Z)具体包括： C1 :根据式1计算的标准差;
【权利要求】
1. 一种电力系统低频振荡模式参数辨识方法，其特征在于，所述方法包括： 步骤A:读取电力系统中广域量测系统记录的电网联络线功率信号； 步骤B:将所述读取的功率信号进行处理获得相应的功率波动信号； 步骤C:将所述波动信号作为基于随机减量技术的输入信号，获得系统自由衰减响应 信号； 步骤D:基于总体最小二乘旋转不变子空间参数估计方法，对所述自由衰减响应信号 进行模式辨识，辨识出低频振荡模式频率和阻尼比。
2. 根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述将所述读取的功率信号进行处理获 得相应的功率波动信号具体为： 将所述读取的功率信号通过数据预处理剔除异常数据，当数据出现缺失时用前一个正 常数据填补缺失数据，利用减去数据均值的方法去除直流分量，得到数据长度为N的功率 波动信号A米样时间间隔为G。
3. 根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述步骤C:将所述作为随机减量技 术的输入信号，获得长度为Z的系统自由衰减响应信号
具体包括： Cl:根据式1计算的标准差;
其中：A7 %是的均值，#为测得数据个数； C2 :根据式2确定极值触发条件7；参数，截取7；时刻后长度为Z的平稳零均值时序信 号，记截取的第A个子样本函数记为
C3 :根据式3计算基于所述子样本函数计算得出平稳零均值时序信号包含的系统自由 衰减响应信号
根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤D:基于总体最小二乘旋转不变子 空间参数估计方法，对所述自由衰减响应信号进行模式辨识，辨识出低频振荡模式频率和 阻尼比具体包括： Dl:利用所述自由衰减信号_7中的数据_7々人泛人……构造Hankel数据矩阵J：
其中，Z为自由衰减响应数据长度，
，此处[--]表示向下取整数； D2 :对矩阵Z进行奇异值分解：
OTd_ _ 其中，_表示奇异值分解卢表示共轭转置A为矩阵X的左奇异值向量；K为 矩阵X的右奇异值向量；E为对角阵，对角元素为矩阵Z的奇异值
；]
表示取(Z-#+l)、#中的较大的数； D3 :确定信号子空间的阶数/7 : 比较对角阵E中的元素备：> ^ >…> ?§ >…，找出满足晏/备< 0.01 的最小的整数i，取信号子空间的阶数/7=i，使右奇异值向量矩阵
，其中匕 为前P阶右奇异值向量信号子空间，匕为右奇异值向量噪声子空间； D4：4
，符号丨，丨分别表示矩阵删除矩阵的第1行和最后 1行，构造矩阵[IKJ，并进行奇异值分解：
其中，￡厂为矩阵[I匕]的左奇异值向量；I7 ^为矩阵[I匕]的右奇异值向量； 为对角阵，对角元素为矩阵[IKiJ的奇异值； D5 :将分成4个XP的分块矩阵：
D6 :计算-P7 $的特征值 ，下标J为特征值的序号； IdAAJ D7 :计算功率波动信号序列A/^中各振荡模式的频率衰减系数〇^和阻尼比 aJ：
其中=7；为采样时间间隔，arg为取义彳的角度，In为取自然对数，Re表示取复数的 .J 实部。
【文档编号】H02J3/24GK104242325SQ201410477934
【公开日】2014年12月24日 申请日期:2014年9月18日 优先权日:2014年9月18日
【发明者】汤凡, 王祥超, 王晓茹, 张鹏, 滕予非 申请人:国家电网公司, 国网四川省电力公司电力科学研究院, 西南交通大学