强噪声电信号宽频带相量高精度估计方法
发布时间：2020-05-16 16:59
【摘要】：大力开发可再生能源、加速负荷电气化升级将有助于缓解能源危机和环境污染问题。为了实现上述目标,以电力电子装备为核心技术的风电/光伏等可再生能源发电、交直流输配电网架、电动汽车/储能等大功率互动性多元电气化负荷接入电网的比例日益升高,使电力系统源-网-荷呈高度电力电子化趋势。电力电子化电力系统的低惯性、弱阻尼特征使系统抵御大扰动和低频振荡能力减弱,易出现频率快速变化和大幅偏移问题,威胁区域电网互联运行稳定性。另外,电力电子装置的大规模应用给电网注入了大量低频和高频分量,使电网信号呈现宽频化特征。换流器与系统、换流器与换流器之间的相互作用会引起宽频振荡问题,振荡频率从几赫兹到几千赫兹,易造成机组跳闸和装置损坏,甚至激发系统谐振;非线性负荷引起的信号宽频化会引起电能质量、系统谐振、继电保护误动作等问题。上述问题之间也会相互影响,系统动态行为错综复杂、难以预测,基于模型的离线分析与控制方法难以应对复杂多变的电力电子化电力系统动态,仅仅依靠以基波分量动态跟踪为核心功能的WAMS及其高级应用已无法应对信号宽频化带来的一系列问题。为了提升高度电力电子化电力系统的运行状态监控能力,需要将同步测量范围由窄带基频分量扩大到了宽频分量,研究以宽频带相量测量数据为支撑、覆盖源-网-荷的新一代全景式宽频监测技术。然而,电力电子化电力系统信号除含有宽频带分量,还包含噪声分量。特别是配电网信号受噪声干扰最为严重,不仅强度大,而且呈现明显的多态特征,即同时含有背景噪声和随机脉冲噪声。现有宽频带相量估计方法缺乏强噪声条件下宽频带分量自适应感知能力,测量精度难以承受高强度多态噪声的干扰。到目前为止,国内外还没有针对高强度多态噪声条件下宽频带相量高精度估计方法的专项研究。因此,本文从高强度多态噪声干扰情况下的宽频带分量自适应感知、宽频带信噪高精度辨识、宽频带相量高精度估计等问题展开研究,研究成果主要包括:(1)建立了考虑噪声多态特征的宽频带信号模型,为宽频带分量自适应感知、宽频带信噪高精度辨识、宽频带相量高精度估计等方法研究奠定了模型基础;提出了噪声强度频域自适应跟踪门槛值及其迭代估计算法,并以此为基础提出了宽频带信号自适应感知算法;算例验证了所提自适应感知算法在信号稳态和频率动态等情况下的有效性和参数快速估计精度,并用实测数据验证了所提算法的有效性;(2)提出了基于改进鲁棒滤波与信号自适应分解估计的宽频带信噪高精度辨识方法,实现了高强度随机脉冲噪声的自适应过滤、确定性分量的自适应感知与高精度辨识、多态噪声的自适应分解与高精度辨识;算例验证了所提算法能够自适应分解确定性分量与多态噪声,并能高精度辨识时变确定性分量与多态噪声;将所提宽频带信噪高精度辨识方法应用于实测电流信号,分析了确定性分量时频分布特征和多态噪声概率分布特征,为宽频带相量高精度估计方法研究提供了实测数据支撑;(3)提出了基于固定滤波矩阵鲁棒局部回归平滑迭代(FWRLRS)滤波与快速泰勒傅里叶变换(FTFT)的宽频带相量高精度估计方法,通过随机脉冲噪声的快速时域过滤与背景噪声最小二乘抑制实现了抵抗多态噪声干扰的目的;算例验证结果表明所提方法能够在高强度多态噪声干扰情况下实现宽频带相量与频率的高精度估计;最后分析了所提方法的最大可承受多态噪声强度,为实际应用提供了算法参数选择依据;(4)研制了宽频带相量高精度测量样机,并搭建了宽频带相量高精度测量样机测试环境,测试结果表明宽频带相量高精度测量样机能够在强多态噪声干扰情况下实现电力系统宽频带相量与频率的高精度测量;最后在某电动汽车充电站对宽频带相量高精度测量样机进行了现场试运行测试,收集并分析了宽频带相量与频率测量信息。
【图文】：
离线分析与控制方法难以应对参数时变的振荡问题。配网侧的分布式发电并网变流器逡逑之间、变流器与系统之间也存在相同机理的振荡问题。ＷＡＭＳ邋Ｌｉｇｈｔ监测到的某配电逡逑网电压振荡事件如图１－２所示，城市Ａ接入了大量风电，城市Ａ与城市Ｂ处于同一逡逑同步电网。ＷＡＭＳ邋Ｌｉｇｈｔ监测到城市Ａ电压幅值振荡，振荡导致城市Ａ配电网在逡逑１６：３１：１０与主网解列，并在１６：３２：０２开始孤岛运行，但电压仍出现持续振荡，由城市逡逑３逡逑
是电力信号噪声源测量点与用电设备或用电设备集中地区的电气距离越近，噪逡逑声水平越高，对宽频带相量测量精度影响越大。本节选取某配电网变压器低压侧电流逡逑信号为对象，研宄实测信号的宽频带信噪特征。配电网结构示意图如图１－３所示，，逡逑该配电网接入了总容量为１６０邋ｋＷ的屋顶光伏发电单元，信号测量现场图如图１－４所逡逑0逡逑１０邋ｋＶ逦３８０邋Ｖ逡逑Ｔｒａｎｓｆｏｒｍｅｒ逡逑｜逦Ｌｏａｄ邋ｉｎ邋ｔｈｅ邋ｖｉｌｌａｇｅ逡逑Ｍ邋ｔ腿a伞儒义希停澹幔螅酰颍澹恚澹睿翦义希校铮椋睿翦危遥铮铮妫簦铮疱澹穑瑁铮簦铮觯铮欤簦幔椋沐义贤迹保衬撑涞缤峁故疽馔煎义希靛义
本文编号：2667044
【图文】：
离线分析与控制方法难以应对参数时变的振荡问题。配网侧的分布式发电并网变流器逡逑之间、变流器与系统之间也存在相同机理的振荡问题。ＷＡＭＳ邋Ｌｉｇｈｔ监测到的某配电逡逑网电压振荡事件如图１－２所示，城市Ａ接入了大量风电，城市Ａ与城市Ｂ处于同一逡逑同步电网。ＷＡＭＳ邋Ｌｉｇｈｔ监测到城市Ａ电压幅值振荡，振荡导致城市Ａ配电网在逡逑１６：３１：１０与主网解列，并在１６：３２：０２开始孤岛运行，但电压仍出现持续振荡，由城市逡逑３逡逑
是电力信号噪声源测量点与用电设备或用电设备集中地区的电气距离越近，噪逡逑声水平越高，对宽频带相量测量精度影响越大。本节选取某配电网变压器低压侧电流逡逑信号为对象，研宄实测信号的宽频带信噪特征。配电网结构示意图如图１－３所示，，逡逑该配电网接入了总容量为１６０邋ｋＷ的屋顶光伏发电单元，信号测量现场图如图１－４所逡逑0逡逑１０邋ｋＶ逦３８０邋Ｖ逡逑Ｔｒａｎｓｆｏｒｍｅｒ逡逑｜逦Ｌｏａｄ邋ｉｎ邋ｔｈｅ邋ｖｉｌｌａｇｅ逡逑Ｍ邋ｔ腿a伞儒义希停澹幔螅酰颍澹恚澹睿翦义希校铮椋睿翦危遥铮铮妫簦铮疱澹穑瑁铮簦铮觯铮欤簦幔椋沐义贤迹保衬撑涞缤峁故疽馔煎义希靛义
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