prony算法的电力系统振荡分析(附件)
本文首先对电力系统低频振荡的概念以及产生的原因作了简要介绍，低频振荡对电网的危害不容小觑。而后描述了Prony算法的原理和计算步骤,以及Prony算法在低频振荡分析中的研究现状。由于参数选择对Prony方法的拟合结果有很大影响，论文对分析时间、模型阶数、采样频率等参数的选择进行说明。并且简单介绍了噪声以及非线性对Prony方法的影响。然后利用MATTLAB环境下的Simulink平台建立仿真模型。通过仿真结果，能够得到低频振荡的振荡特征。针对传统Prony算法的不足，文中提出了一种比较简单的改进方法。通过对仿真环境下下的振荡信号计算分析，可以证明改进之后的Prony算法使噪声对计算精度造成的不良影响大大减少，从而可以得到更精确的低频振荡的振荡特性。关键词 低频振荡，负阻尼，Prony算法，改进目 录
1 引言 1
1.1 课题研究背景 1
1.2 低频振荡问题及其研究现状 2
1.2.1 低频振荡的定义及分类 2
1.2.2 研究方法 2
1.3 Prony方法在低频振荡分析中的研究现状 4
1.4 本文主要工作 4
2 Prony分析法 5
2.1 Prony算法简介及其步骤 5
2.2 Prony算法的参数选择 6
2.2.1采样频率的选取 6
2.2.2时间长度的选取 7
2.2.3模型有效阶数的选取 8
2.3 噪声及非线性对Prony方法的影响 9
2.3.1 噪声对Prony方法的影响 9
2.3.2 非线性对Prony方法的影响 10
3 Prony算法分析算例 10
3.1 MATLAB仿真环境 10
3.2 仿真模型的分析 11
4 改进Prony算法 13
4.1 理想情况下的实例分析 13
4.2 Prony算法的改进 14
4.3 低频振荡仿真数据的Prony分析 15
4.4 仿真数据的分段Prony分析 16
结 论 19
致 谢 2
*好棒文|www.hbsrm.com +Q: ￥3^5`1^9`1^6^0`7^2$
ATLAB仿真环境 10
3.2 仿真模型的分析 11
4 改进Prony算法 13
4.1 理想情况下的实例分析 13
4.2 Prony算法的改进 14
4.3 低频振荡仿真数据的Prony分析 15
4.4 仿真数据的分段Prony分析 16
结 论 19
致 谢 20
参 考 文 献 21
1 引言
1.1 课题研究背景
二十世纪六十年代，从美国西北部电力系统,以及西南结合体系实现互联时观测到低频振荡以来，由于电网的规模不断增大，一些大容量的机组在并网运行，同时高放大倍数、快速的励磁系统被广泛使用，大型互联电力系统的低频振荡现象一直是网络安全的严重威胁。如立陶宛、白俄罗斯、乌克兰电网在同一时段接入UDOPE东欧电网，就观察到了弱阻尼，还有负阻尼的频率以及功率振荡。当电源从东部到西部，或者从西部到东部的网络传输功率达到900兆瓦小时，会有振荡。美国东部电网在1997年5、6月发生了3次连试反应式大电网稳定受损和大范围的停电事故，充分说明了这一类形的事故，成为了威胁电网安全的最大因素。中国广东市和香港在1984年的连合运行过程中，首次记录了中国互联系统的低频振荡。在广东和九龙系统互连，132kV和66接触线呈现约1.63的低频振荡周期，低频振荡不能够主动停止。随后，国内的江西、福建系统和它们的互联系统中经常产生低频振荡。例如万州电厂6 260wm单位华中川渝电网纳入实际操作一直有低频振荡发生。北方电网三月2004和4月份发生了6次低频振荡，这威胁到了电网的安全稳定运行[2]。
我国目前网络结构中的低频振荡还属于局部振荡的形式，较之整体的低频振荡的干预更便于采取措施解决。但为了提高电力行业的效率，在输电和各种火，水和核能源的相互调度，补充，负载转移和相互备用救援事件等方面的功能，电网，逐步扩大为一个必然趋势。区域电网互联有很多优点，可以合理配置能源消耗，减少环境污染。可以安装容量比较大、能效比较高的火、水、核电机组，合理使用不可再生能源、降低建设成本，加快电力建设的步伐。用温差、时差、错峰采用区域电不同时调整负载，减少设备的备用的容量以及设备的装机的容量。可以在区域之间的相互补充、相互备份，提高事故的防范能力，提高供电安全性和可靠性水平。能接受较大的负载冲击，对电能质量有一定的提高作用。可跨流域水电调度，并在一个更广泛的范围，更高的经济效益水电经济调度的实施[2]。
中国现在在国家联网的早期，慢慢地从薄弱变得强大。交流弱连系统中存在着非常明显的安全性和稳定性问题，有些操作方法可能会导致低频振荡。随着三峡工程建设和西部大开发的逐步发展，我国的电力系统将逐步走向“全国联网，从西到东”的稳定发展格局。在这种模式下，出现了更长距离、重载传输线、长距离传输走廊、细长的平面系统布局，电源的交流变得越来越频繁，联网的时候在必须有切实有效的防范措施的提出，因为不采取适当措施的话，容易产生低频振荡。
1.2 低频振荡问题及其研究现状
1.2.1低频振荡的定义及分类
当电力系统发生扰动时，发生了发电机转子的相对摆动，输电线路发生功率波动。如果干扰是短暂的，可能发生的干扰2种情况：一个是发电机转子之间的摆动迅速消失，还有就是发电机转子间的摆动变得缓慢，甚至继续增加。如果振荡的幅度继续增大，则会破坏系统的静态稳定性，最终会使互联系统的解列。二类情况的原因是：系统缺乏阻尼或系统为负。通过阻尼系统为负或者阻尼系统缺乏引起的功率波动的振荡频率为0.1 ~ 2.5Hz，即低频振荡[6]。
根据参与低频振荡的单元的数目，能够分为两种振荡：一种是局部系统的低频振荡，还有一种是全局低频振荡。当振动频率高于0.7Hz的时候，此时为局部系统的低频振荡。当振动频率低于0.7Hz的时候，这时候是全局低频振荡，当振荡频率在0.4Hz和0.7Hz之间的时候，这时候是机群与机群之间的互相振荡，如果是整个系统中的所有单位都参与了低频振荡，频率一般低于0.3Hz。
低频振荡是一种常见征象，它每时每刻都在威胁电力系统的安全稳定运行。单机与大系统之间的振荡是有功功率，还有无功输出的周期振荡。它通常需要减少单元输出，甚至可以使单位退出。区域联络线的低频振荡会使接触线的自动保护，从而使网络崩溃。如果有低频增幅振荡的存在，可能会使整个系统处于溃散的状态，直接威胁到了电网的安全。
1.2.2 研究方法
低频振荡问题一般归结为两方面：一是静态稳定分析，二是小扰动稳定性分析。针对电力系统小绕动稳定性研究的办法有许多。根据数学模型的参考，这些方法可以分为三类：一是数值解法、二是特征值分析方法，还有就是频域方法。
数值解是暂态稳定分析中常用的一种方法。在理论上，它也可以用于小扰动的研究。按照特定的扰动，用数值的办法计算系统方程，计算系统变量的时间响应。
在研究低频振荡问题的时候，有一种最基础的方法——特征值分析法。一种是全部特征值法，另
1 引言 1
1.1 课题研究背景 1
1.2 低频振荡问题及其研究现状 2
1.2.1 低频振荡的定义及分类 2
1.2.2 研究方法 2
1.3 Prony方法在低频振荡分析中的研究现状 4
1.4 本文主要工作 4
2 Prony分析法 5
2.1 Prony算法简介及其步骤 5
2.2 Prony算法的参数选择 6
2.2.1采样频率的选取 6
2.2.2时间长度的选取 7
2.2.3模型有效阶数的选取 8
2.3 噪声及非线性对Prony方法的影响 9
2.3.1 噪声对Prony方法的影响 9
2.3.2 非线性对Prony方法的影响 10
3 Prony算法分析算例 10
3.1 MATLAB仿真环境 10
3.2 仿真模型的分析 11
4 改进Prony算法 13
4.1 理想情况下的实例分析 13
4.2 Prony算法的改进 14
4.3 低频振荡仿真数据的Prony分析 15
4.4 仿真数据的分段Prony分析 16
结 论 19
致 谢 2
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ATLAB仿真环境 10
3.2 仿真模型的分析 11
4 改进Prony算法 13
4.1 理想情况下的实例分析 13
4.2 Prony算法的改进 14
4.3 低频振荡仿真数据的Prony分析 15
4.4 仿真数据的分段Prony分析 16
结 论 19
致 谢 20
参 考 文 献 21
1 引言
1.1 课题研究背景
二十世纪六十年代，从美国西北部电力系统,以及西南结合体系实现互联时观测到低频振荡以来，由于电网的规模不断增大，一些大容量的机组在并网运行，同时高放大倍数、快速的励磁系统被广泛使用，大型互联电力系统的低频振荡现象一直是网络安全的严重威胁。如立陶宛、白俄罗斯、乌克兰电网在同一时段接入UDOPE东欧电网，就观察到了弱阻尼，还有负阻尼的频率以及功率振荡。当电源从东部到西部，或者从西部到东部的网络传输功率达到900兆瓦小时，会有振荡。美国东部电网在1997年5、6月发生了3次连试反应式大电网稳定受损和大范围的停电事故，充分说明了这一类形的事故，成为了威胁电网安全的最大因素。中国广东市和香港在1984年的连合运行过程中，首次记录了中国互联系统的低频振荡。在广东和九龙系统互连，132kV和66接触线呈现约1.63的低频振荡周期，低频振荡不能够主动停止。随后，国内的江西、福建系统和它们的互联系统中经常产生低频振荡。例如万州电厂6 260wm单位华中川渝电网纳入实际操作一直有低频振荡发生。北方电网三月2004和4月份发生了6次低频振荡，这威胁到了电网的安全稳定运行[2]。
我国目前网络结构中的低频振荡还属于局部振荡的形式，较之整体的低频振荡的干预更便于采取措施解决。但为了提高电力行业的效率，在输电和各种火，水和核能源的相互调度，补充，负载转移和相互备用救援事件等方面的功能，电网，逐步扩大为一个必然趋势。区域电网互联有很多优点，可以合理配置能源消耗，减少环境污染。可以安装容量比较大、能效比较高的火、水、核电机组，合理使用不可再生能源、降低建设成本，加快电力建设的步伐。用温差、时差、错峰采用区域电不同时调整负载，减少设备的备用的容量以及设备的装机的容量。可以在区域之间的相互补充、相互备份，提高事故的防范能力，提高供电安全性和可靠性水平。能接受较大的负载冲击，对电能质量有一定的提高作用。可跨流域水电调度，并在一个更广泛的范围，更高的经济效益水电经济调度的实施[2]。
中国现在在国家联网的早期，慢慢地从薄弱变得强大。交流弱连系统中存在着非常明显的安全性和稳定性问题，有些操作方法可能会导致低频振荡。随着三峡工程建设和西部大开发的逐步发展，我国的电力系统将逐步走向“全国联网，从西到东”的稳定发展格局。在这种模式下，出现了更长距离、重载传输线、长距离传输走廊、细长的平面系统布局，电源的交流变得越来越频繁，联网的时候在必须有切实有效的防范措施的提出，因为不采取适当措施的话，容易产生低频振荡。
1.2 低频振荡问题及其研究现状
1.2.1低频振荡的定义及分类
当电力系统发生扰动时，发生了发电机转子的相对摆动，输电线路发生功率波动。如果干扰是短暂的，可能发生的干扰2种情况：一个是发电机转子之间的摆动迅速消失，还有就是发电机转子间的摆动变得缓慢，甚至继续增加。如果振荡的幅度继续增大，则会破坏系统的静态稳定性，最终会使互联系统的解列。二类情况的原因是：系统缺乏阻尼或系统为负。通过阻尼系统为负或者阻尼系统缺乏引起的功率波动的振荡频率为0.1 ~ 2.5Hz，即低频振荡[6]。
根据参与低频振荡的单元的数目，能够分为两种振荡：一种是局部系统的低频振荡，还有一种是全局低频振荡。当振动频率高于0.7Hz的时候，此时为局部系统的低频振荡。当振动频率低于0.7Hz的时候，这时候是全局低频振荡，当振荡频率在0.4Hz和0.7Hz之间的时候，这时候是机群与机群之间的互相振荡，如果是整个系统中的所有单位都参与了低频振荡，频率一般低于0.3Hz。
低频振荡是一种常见征象，它每时每刻都在威胁电力系统的安全稳定运行。单机与大系统之间的振荡是有功功率，还有无功输出的周期振荡。它通常需要减少单元输出，甚至可以使单位退出。区域联络线的低频振荡会使接触线的自动保护，从而使网络崩溃。如果有低频增幅振荡的存在，可能会使整个系统处于溃散的状态，直接威胁到了电网的安全。
1.2.2 研究方法
低频振荡问题一般归结为两方面：一是静态稳定分析，二是小扰动稳定性分析。针对电力系统小绕动稳定性研究的办法有许多。根据数学模型的参考，这些方法可以分为三类：一是数值解法、二是特征值分析方法，还有就是频域方法。
数值解是暂态稳定分析中常用的一种方法。在理论上，它也可以用于小扰动的研究。按照特定的扰动，用数值的办法计算系统方程，计算系统变量的时间响应。
在研究低频振荡问题的时候，有一种最基础的方法——特征值分析法。一种是全部特征值法，另
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