基于广域测量类噪声信号的电力系统功率振荡传播过程研究

With the rapid development and wide application of wide area measurement system, dynamic characteristics of interconnected power systems can be estimated timely and accurately from measured data. The random load variations act as a constant low-level excitation to the electromechanical dynamics of the system which shows up as ambient noise in field measured voltage, current, and power signals. In this project, the power oscillation propagation process is analyzed based on wide area measured ambient signals. The mechanism of ambient data in multi-machine systems with multiple disturbances is theoretically discussed; the response character under different disturbance sources is investigated; and the oscillation properties are estimated from the feature matrix which is directly identified from ambient signals. Then based on the quantitatively analysis of the independent influence of input in multiple coherence inputs and single output system, the oscillation propagation path is identified under normal operation conditions. This study contributes greatly to improve the power dispatching center's understanding and awareness of oscillation mechanism, and it is helpful to take special precautions to avoid oscillation events. Further combined with the oscillation signals, the disturbance source can be quickly and accurately located to realize the oscillation warning and alarm, so as to establish a solid foundation for the safe and stable operation of interconnected power grids.

广域测量系统的迅速发展和广泛应用，为及时准确地掌握大规模互联电网动态特性提供了良好的数据基础。由于日常正常运行过程中时刻存在的负荷投切变化等小幅随机扰动，系统母线电压、相角及线路功率等信号均存在类似噪声的小幅波动。本项目提出利用多点广域测量类噪声信号，进行电力系统功率振荡传播过程研究。理论研究多随机扰动下多机系统类噪声响应机理，分析不同性质扰动源下系统响应特征及其影响作用；基于类噪声信号直接辨识电力系统特征矩阵，提取系统振荡特性参数；定量分析多相关输入单输出系统中输入独立影响作用，实现电力系统日常正常运行过程中对振荡传播路径的准确识别，有助于电网调度运行部门加强对振荡的机理认识及防范意识，制定针对性预防措施，减少振荡事件的发生，进一步结合功率振荡实时信号，快速准确实现扰动源定位，增强振荡判断处理能力，有效实现振荡预警和告警，为切实提高互联电网的安全稳定运行水平奠定坚实的理论和技术基础。

随着电网互联程度的提高，电网规模日益庞大，运行方式愈加复杂，大大增加了电力系统安全稳定运行的难度，持续功率振荡问题就是大规模互联电网面临的典型挑战之一。研究发现，持续功率振荡的发生，关键在于扰动源的存在，若能及时准确识别振荡传播路径，对于及时平息振荡具有重要指导意义。同时，由于日常正常运行过程中时刻存在的负荷投切与变化等随机性质小幅扰动，电力系统母线电压、相角及线路功率等信号均存在类似噪声的小幅波动，广域测量系统实现了这种包含系统特性信息的类噪声信号的多点同步采集。因此，本项目提出利用多点广域测量类噪声信号进行电力系统功率振荡传播过程研究。. 本项目首先提出进行多随机扰动下多机系统类噪声信号机理研究，定性分析多机系统在多个小幅随机扰动作用下系统响应特征，理论证明信号包含着丰富的系统动态特性信息，并基于实测信号特征分析结果建立类噪声信号基本概念。进一步地，项目提出基于类噪声信号进行电力系统振荡特性参数辨识，采用随机减量技术从类噪声信号中提取系统自由衰减信号，进而运用Prony模型对信号进行拟合，从而准确实现电网功率振荡特征的类噪声信号辨识。在此基础上，项目提出基于类噪声信号进行电力系统功率振荡传播路径识别，从相关性角度出发，在类噪声环境下建立多相关输入单输出模型，定量分析输入独立影响作用，从而准确实现电力系统功率振荡传播路径的类噪声信号识别。.本项目工作利用新型的电力系统测量手段，有效解决了目前系统振荡分析存在的仿真模型可信度不高、起振判据阈值难以设定和分析时效性欠佳等问题，创新性地以电力系统日常正常运行过程中时刻存在的类噪声信号作为分析对象，在振荡事故发生前实现对振荡传播过程的准确分析，有助于电网调度运行部门加强对振荡的机理认识及防范意识，有针对性制定预防措施，减少振荡事件的发生，增强振荡发生时的判断处理能力，为全面提高互联电力系统运行的安全稳定性水平提供坚实的理论和技术支持。