基于HHT的电力系统低频振荡监测分析的研究

摘要

随着“西电东送，南北互供”的实现，我国电网进入大电网时代。在大电网中，区域电网联络线上时常发生低频功率振荡现象，这种低频功率振荡会诱发大面积的区域机组摇摆，造成区域电网脱离主网，供电负荷难以平衡，引起大面积的停电事故，严重时会造成整个电网瘫痪，已经成为威胁电网安全的主要隐患之一。如何有效的监测低频振荡，并及时采取合理的措施抑制低频振荡是当前电力系统领域的研究热点。
　　基于传统模型算法的低频振荡分析方法已经很难满足我国超大规模电力系统稳定性分析需求，逐渐开始发展基于现代测量手段的实时监测分析方法。利用广域测量系统（Wide-Area Measurement System，WAMS）的PMU站点实测数据来监测分析电网低频振荡已经成为一种发展趋势。PMU站点实测信号真实的反应了系统受扰动后的的动态特征，这些动态特征中包含了系统的本征模态信息以及激振模态信息，监测到的振荡信息表明电力系统低频振荡信号是一种典型的强非线性、非平稳信号；因此，文中利用一种处理非线性、非平稳信号的新方法--HHT（Hilbert Huang Transform，HHT）算法来监测分析低频振荡数据，从工程实践角度出发，围绕该算法的精度和在线分析速度展开以下三个方面的研究：
　　1.研究改进的希尔伯特-黄变换算法，重点解决EMD分解过程中的端点效应和模态混叠问题；
　　2.提出了余弦叠加法，解决EMD的端点效应问题，并通过Matlab仿真验证了余弦叠加法能够有效抑制EMD分解的端点效应问题；
　　3.根据统计学规律，提出了基于极值点密度的分段时间窗技术，通过分段时间窗将振荡数据按极值点密度进行分段，再进行EMD分解，能够将混叠模态有效分解出来。
　　最后，提出了完整的改进HHT算法，并通过该算法分析了两区四机系统发生功角波动时的联络线功率振荡数据，分析结果表明，改进的HHT算法能够有效抑制端点效应和模态混叠现象，运算速度快，实时性好，能够满足电力系统低频振荡监测分析的需要。

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引言

1 绪论

1.1 课题研究背景

1.2 国内外研究现状

1.2.1 低频振荡产生机理

1.2.2 低频振荡分析方法

1.3 课题研究的目的和意义

2 低频振荡和HHT相关理论

2.1 低频振荡负阻尼机理

2.2 HHT相关理论

2.2.1 EMD分解的端点效应

2.2.2 模态混叠现象

3 改进HHT算法

3.1 HHT端点效应

3.1.1 EMD端点效应

3.1.2 Hilbert端点效应

3.2 HHT端点效应的研究与改进

3.2.1 直接延拓法

3.2.2镜像延拓法

3.2.3 余弦叠加法

3.2.4 仿真验证

3.3 模态混叠

3.3.1 理论分析

3.3.2 一种解决模态混叠的新方法

3.3.3 算例仿真分析

4 算法仿真分析

4.1 改进HHT算法设计

4.1.1 算法流程

4.1.2 数据分析步骤

4.2 两区四机系统振荡仿真分析

结论

参考文献

在学研究成果

致谢