基于PMU的低频振荡Prony分析和本地在线监测系统

摘要

同步相量测量技术在电力系统中的应用近几年得到了较大的发展，电力系统中的发电机功角和母线电压相量是系统运行的主要状态变量，利用GPS产生的全系统同步时钟，PMU采集到在统一时标下的异地发电机功角和电压相量等状态量。 随着电力系统的日益复杂，低频振荡常规分析方法都存在着很多不足之处，本文利用PMu采集到的发电机功角数据曲线进行低频振荡分析，Prony的数学模型正适合描述低频振荡功角变化曲线，通过．Prony分析可以直接得到幅值、相位、频率、衰减系数和阻尼比。 Prony算法的参数选择对分析结果有着很大影响，本文对不同的参数选择进行了比较，重点研究了如何选取合适的Prony算法阶数问题。本文利用了奇异值分解确定矩阵有效秩的方式对阶数选取，而后利用总体最小二乘法进行参数优化计算。Prony算法对噪声比较敏感，PMU采集的功角数据通常都含有大量高频噪声。论文探讨了Prony算法在分析低频振荡分析实际应用中的若干问题。它包括噪声和非平稳信号对算法的影响、数据预处理，矩阵运算中的可靠性分析，病态方程求解和分析低频振荡信号的选择等。 论文通过仿真算例综合论述和验证低频振荡Prony分析的有效性，并且利用傅立叶变换(FFT)从频域上来验证整个算法中对原始数据的处理过程是否保留了有用信号，并将其作为最后Prony分析结果准确性的一个参考。 最后概要地介绍了PMU本地监测系统及同步相量测量方法和功角测量计算方法。重点对本地数据处理平台的功能进行了设计和开发。

目录

文摘

英文文摘

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第一章绪论

1.1 GPS定位技术及其在电力系统中的应用

1.2基于GPS的同步相量测量技术

1.3 PMU在电力系统中的应用前景

1.4本文的主要工作

第二章电力系统低频振荡和Prony算法

2.1电力系统低频振荡

2.2低频振荡的机理分析

2.3低频振荡的常用分析方法

2.4 Prony算法的基本原理与分析

2.5基于奇异值分解的阶数估计[27]

2.6总体最小二乘优化的参数计算

2.7 Prony算法的实现步骤

第三章Prony算法相关参数的选择

3.1 Prony算法准确度的判断

3.2采样频率

3.3时间序列长度

3.4分时间段滑动数据窗

3.5阶数的选取

3.6主导模式的识别

第四章Prony算法应用中若干问题的探讨

4.1噪声和非平稳信号对算法的影响

4.2数据预处理

4.2.1数字滤波器的设计指标

4.2.2 IIR数字滤波器的设计

4.2.3 FIR滤波器的设计

4.2.4 IIR滤波器和FIR滤波器的比较

4.3矩阵运算中的可靠性分析

4.4病态方程求解

4.5信号的选择

第五章Prony算法综合计算分析

5.1四机两区域模型

5.2仿真加噪波形分析

5.3录波实测曲线

第六章PMU本地监测系统的开发

6.1同步相量测量原理

6.1.1过零检测法

6.1.2离散傅立叶算法

6.2发电机功角测量原理

6.2.1间接测量方法

6.2.2利用转子位置测量功角[42]

6.2.3利用发电机转速信号测量功角

6.3基于Socket的通信传输

6.4本地数据处理平台的功能设计和开发

致谢

参考文献

研究生期间发表论文