电力系统低频振荡的综合机理分析及在线控制辅助决策理论与方法研究

低频振荡是制约现代电网发展的重要因素。目前对低频振荡的研究仅有负阻尼机理取得了较好的成果，但仍局限在离线分析和预防控制的层面；对其他机理的研究处于初步阶段，机理之间是否存在关联性尚不清楚。电力系统还不时发生机理不明的低频振荡现象。本项目将首先分析不同机理振荡现象的关键特征，认识不同机理相互间的区别和联系，进而提出不同机理的辨别指标，在此基础上归纳并建立一套完整和清晰的低频振荡机理体系。研究影响不同机理低频振荡形成、发生和发展的关键系统因素，建立完善的低频振荡在线分析与控制的关键技术框架，提出低频振荡机理在线辨识和控制策略自动生成技术，为低频振荡控制提供在线辅助决策支持。本项目的开展可为低频振荡的机理辨识、建模分析、决策控制提供理论依据，丰富和完善低频振荡的理论成果，使在线的低频振荡机理分析更加清晰化，控制策略的制定更加精细化，全面提升人们对电力系统低频振荡的认识水平和控制水平。

低频振荡是制约现代电网发展的重要因素。目前对低频振荡的研究仅有负阻尼机理取得了较好的成果，但仍局限在离线分析和预防控制的层面。对其他机理的研究处于初步阶段，机理之间是否存在关联性尚不清楚。电力系统还不时发生机理不明的低频振荡现象。本项目对不同机理振荡现象的关键特征进行分析，提出了低频振荡机理在线辨识和振荡源定位方法，为低频振荡的在线抑制奠定了理论基础。项目取得了如下成果：.(1) 提出了一种新的低频振荡机理——映射周期轨机理。当系统平衡点由于分叉或者大扰动产生映射周期轨时，系统将出现振荡现象。若发电机转速增量处于特定区间，映射周期轨的频率对应于典型的低频振荡频率。.(2) 提出了一种新的低频振荡产生原因。由于系统中存在控制设备参与的弱阻尼模式，且控制器存在限幅环节，使得系统振荡幅值无法继续增加，从而导致系统出现等幅振荡。.(3) 基于Dirac结构给出了一般电力系统的能量结构，提出了基于能量结构分析特定端口外的未建模动态影响系统振荡模式的方法，建立了基于端口量测对系统振荡进行分析的一般方法论。.(4) 提出了一种基于在线量测的低频振荡机理辨识方法。从理论上对端口供给能量进行分解，在不同振荡类型下，推导得到端口供给能量非周期分量随时间的不同变化规律，以此变化规律作为关键指标识别弱阻尼振荡和强迫振荡两种振荡类型。在此基础上提出了基于端口供给能量非周期分量变化规律的低频振荡类型在线识别方法。为进一步增加两种振荡类型的区分度，提出了基于经验模式分解与乘方交替变换的低频振荡类型在线识别方法。.(5) 提出了基于端口供给能量特征的低频振荡干扰源精细定位方法。提出了基于端口能量将振荡源定位到发电机组的方法；通过对发电机内部能量结构的拆分，提出了基于发电机母线量测判别振荡源所在的发电机内部控制通道的方法。如果与仿真相结合，可进一步判定振荡源处于何种具体的设备（AVR或者PSS）上。.(6) 提出了弱阻尼低频振荡强相关机组辨识方法。在弱阻尼振荡情况下，基于端口供给功率周期分量幅值的分布，定义了发电机相对于主导振荡模式的强相关度指标。该指标的分布与参与因子的分布相同，且可利用量测数据计算获得，进而在线识别强相关机组。