基于多元复调制模型分解的风电场次同步振荡源定位方法与流程

本发明属于电力系统次同步振荡监测溯源，特别是涉及到一种基于多元复调制模型分解的风电场次同步振荡源定位方法。

背景技术：

1、随着可再生能源在电力系统中的渗透率持续提升，大量电力电子设备被广泛接入并融入电网。这类设备具有多时间尺度特性，其与电网之间的复杂相互作用，使得次同步振荡问题愈发凸显。从近年发生的振荡事故来看，该类振荡已呈现出由局部区域向全局范围扩散的广域传播特点，这无疑为事故的溯源分析以及振荡的有效抑制带来了极大挑战。因此，及时且精准地定位电力系统次同步振荡源，能为抑制策略的科学制定提供重要依据，对保障电力系统的安全稳定运行具有不可忽视的重要意义。常见的用于次同步振荡源定位的分解方法主要为经验模态分解(empiricalmodedecomposition，emd)、多元变分模态分解（multivariatevariationalmodedecomposition,mvmd）等。emd方法可以有效的分解次同步信号，但为单通道分解方法，没有考虑到各个通道的相关性，导致次同步振荡分量提取不稳定；mvmd方法可以实现次同步信号的多通道分解，但对参数设置要求较高，若参数设置不合理会导致分解结果不准确。多元复调制模型分解（multivariatecomplexmodulationmodeldecomposition,mcmmd）方法，是一种针对多通道信号的自适应分解方法，但在电力系统次同步振荡源定位中的应用尚未见相关报道。

2、因此现有技术当中亟需要一种新型的技术方案来解决这一问题。

技术实现思路

1、本发明所要解决的技术问题是：提供一种基于多元复调制模型分解的风电场次同步振荡源定位方法，用于解决传统次同步振荡源定位中出现的不能分解多通道信号；已有的多元变分模态分解方法受参数设置影响较大，容易导致分解结果不准确等技术问题。

2、基于多元复调制模型分解的风电场次同步振荡源定位方法，包括以下步骤，并且以下步骤顺次进行：

3、步骤s1：基于同步相量测量装置pmu量测获取各节点和线路的三相电压和三相电流的瞬时值；

4、步骤s2：将三相电压和三相电流的瞬时值由

abc坐标系转换为

xy坐标系，获得电压、电流瞬时值在

x轴和

y轴分量信号；

5、步骤s3：利用转换坐标系后的信号构造多元量测矩阵，并基于多元复调制模型分解mcmmd算法进行信号分解，包括：

6、将多元量测矩阵的各通道信号分别转换为解析信号的形式；

7、设置解析信号的初始化参数并计算解析信号在分数阶域的分布，遍历不同的阶次，找到使能量最集中的最优阶数，以及该阶数下幅值最高的频率点，计算获得初始滤波中心频率；

8、对多个通道分别利用交替方向乘子法进行辅助参数迭代更新；

9、依据辅助参数迭代更新得到的解调信号，计算频率增量并进行低通滤波，以进行各通道的频率函数迭代更新；

10、计算多通道联合因子；

11、进行多通道参数联合更新；

12、进行收敛判定与结果输出；

13、步骤s4：对输出的结果进行快速傅里叶变换，得到的次同步模态分量；

14、步骤s5：将次同步模态分量代入暂态能量流模型计算暂态能量流，根据暂态能量流随时间的变化趋势判定是否为非次同步振荡源。

15、所述三相电压和三相电流的瞬时值由

abc坐标系转换为

xy坐标系的表达式为：

16、 ；

17、式中：和为节点处对应的瞬时电压

x轴和

y轴分量；和为支路上瞬时电流

x轴和

y轴分量；、和为节点处对应的瞬时电压

abc分量；、和为支路上瞬时电流

abc分量；为坐标变换矩阵，

18、 ；

19、式中：为同步角频率；为初相角；为采样时刻；

20、同时，坐标系的转变会引起频率的转变：

21、  ；

22、式中：为

xy坐标系下的频率；为基频50hz；为

abc坐标系下的频率。

23、所述多元量测矩阵为：

24、 ；

25、式中：为采样点总数，多元量测矩阵中采样点总数与采样时刻的个数相对应，因此也代表第个采样时刻；为第个采样时刻电流的

x轴分量；为第个采样时刻电流的

y轴分量；为第个采样时刻电压的

x轴分量；为第个采样时刻电压的

y轴分量。

26、所述将多元量测矩阵的各通道信号分别转换为解析信号是通过hilbert变换转换为复解析信号，其表达式为：

27、；

28、式中：为希尔伯特变换；、和分别为瞬时幅值、频率函数和初始相位；为解调信号；为调制信号；为瞬时频率估计；为时域信号。

29、所述初始化参数包括拉格朗日乘子初值，泄露因子初值，平滑因子，收敛阈值；

30、所述信号在分数阶域的分布表示为：

31、 ；

32、式中：为旋转角；为核函数；为瞬时频率索引；

33、所述初始滤波中心频率的计算公式为：

34、。

35、所述辅助参数包括解调调制信号、解调信号、估计信号、泄漏因子以及拉格朗日乘子，辅助参数的迭代更新利用交替方向乘子法进行，具体为：

36、 ；

37、；

38、；

39、  ；

40、式中：为迭代次数；为第通道第次迭代的调制信号；，为通道的总数；为第次迭代更新后的瞬时频率估计值；为第通道第次迭代的解调信号；为第通道的原始振荡信号；为第通道第次迭代的估计信号；为共轭转置；为第通道第次迭代的泄漏因子；为第通道第次迭代的拉格朗日乘子；为二阶微分算子，

41、；

42、所述频率函数迭代更新表示为：

43、；

44、式中：为平滑因子；为单位算子；为第通道第次迭代的频率增量，

45、；

46、式中：为虚部；为实部。

47、所述多通道联合因子公式为：

48、；

49、式中：为第通道的多通道联合因子，表示该通道能量占总能量和的比例；为第通道第次迭代信号的瞬时能量，公式为：

50、 ；

51、所述多通道参数联合更新是对各通道参数进行加权融合，得到下一轮迭代的全局公共参数，即：

52、；

53、式中：为多通道联合因子；为个通道的瞬时频率矩阵；为个通道的泄漏因子序列；为个通道的拉格朗日乘子序列；

54、 ；

55、所述收敛判定公式为：

56、 ；

57、式中：为预定义的收敛阈值；

58、不满足收敛判定条件，则令，重新进行辅助参数的迭代更新，直至收敛判定条件满足；满足收敛判定条件，则输出个通道的最终分解结果。

59、所述次同步模态分量通过设定的频率阈值范围选取，并用次同步模态矩阵表示：

60、；

61、式中：、分别为经过频率阈值筛选得到的

x轴的电流和电压在第个采样点下的次同步振荡分量，、分别为经过频率阈值筛选得到的

y轴的电流和电压在第个采样点下的次同步振荡分量，为采样点总数。

62、所述暂态能量流模型公式为：

63、；

64、式中，为第

l个采样点的暂态能量，；

65、次同步振荡源判据如下：随时间变化呈上升趋势，则持续向电网注入能量，判定该采样点为次同步振荡源；反之，随时间变化呈下降趋势，则持续吸收能量，判定该采样点为非次同步振荡源。

66、通过上述设计方案，本发明可以带来如下有益效果：

67、本发明提出一种多元复调制模型分解方法（mcmmd）结合暂态能量流（tef）实现次同步振荡源定位。首先将pmu量测获取节点和线路的三相电压和三相电流的瞬时值进行坐标变换将

abc坐标系转变为

xy坐标系，相较于直接对

abc三相原始信号分析的传统方法，可大幅削弱工频分量对弱次同步振荡模态的幅值淹没效应，从源头降低基波干扰带来的误差；接着构建多元量测矩阵进行mcmmd分解，采用mcmmd对多通道耦合振荡信号进行自适应模态解耦，有效改善模态混叠以及端点效应等问题；进一步对mcmmd分解后的各个模态进行fft频谱分析，并结合次同步频率阈值筛选出次同步模态分量，对mcmmd分解输出的各独立模态开展快速傅里叶变换频谱分析，结合预设次同步频率区间阈值剔除工频、超同步无关分量，精准筛选有效次同步振荡模态；然后将提取得到的次同步模态分量代入暂态能量流模型，并结合振荡源定位准则进行次同步振荡源定位。本发明能分解多通道信号，受参数设置影响较小，次同步振荡源定位精度高。