一种电力系统低频振荡阻尼因子估计方法、存储介质、设备及计算机程序产品

本发明属于电功率计量，具体地，涉及一种电力系统低频振荡阻尼因子估计方法、存储介质、设备及计算机程序产品。

背景技术：

1、随着新能源发电规模迅速扩大，电力系统中不断增加的风力、光伏等并网容量，以及电力系统中存在的大量高压直流输电等设备，导致电力系统中低频振荡问题日益严重。

2、低频振荡不仅会造成谐波污染，影响电能质量，还可能导致设备损坏和新能源大面积脱网，对电力设备的安全和整个电力系统的稳定运行构成巨大威胁。因此，需要利用信号处理技术对低频振荡信号参数进行准确识别，从而明确电力系统的动态性能以及阻尼特性，保证电力系统的安全稳定。

3、低频振荡信号可表示为多个幅值指数衰减复数正弦波信号，每个复数正弦波信号的幅值指数衰减因子反映了电力系统的阻尼特性，可称之为电力系统低频振荡阻尼因子。电力系统的低频振荡频率通常在0.1hz～2.5hz之间，傅里叶变换(discrete fouriertransform,dft)是进行正弦波频谱分析的常用方法，目前采用dft针对幅值指数衰减复数正弦波衰减因子进行估计时，大多采用矩形窗对采样数据进行加权计算，然而，矩形窗是一种旁瓣泄漏较大的函数窗，当存在多个不同频率复数正弦波且频谱间距较近时，存在较大的相互干扰，会导致衰减因子的估计准确度很低，从而导致难以准确判断起振原因及影响因素，进而难以选择有效的控制手段抑制振荡。

技术实现思路

1、针对现有技术中存在的问题，本发明提供了一种电力系统低频振荡阻尼因子估计方法、存储介质、设备及计算机程序产品，采用对称窗对构建的幅值指数衰减复数正弦波信号进行加权计算，从而抑制来自不同复数正弦波的频谱干涉，提高了电力系统低频振荡阻尼因子的估计准确度，保证电力系统的安全稳定。

2、为实现上述技术目的，本发明采用如下技术方案：一种电力系统低频振荡阻尼因子估计方法，具体包括如下步骤：

3、步骤1、收集电力系统中的低频振荡信号，将低频振荡信号表示为多幅值指数衰减复数正弦波信号；

4、步骤2、构建与辅助低频振荡阻尼因子相关的序列，并通过构建的与辅助低频振荡阻尼因子相关的序列对多幅值指数衰减复数正弦波信号进行加权，得到加权后的幅值指数衰减复数正弦波信号；

5、步骤3、采用对称窗对步骤2中加权后的幅值指数衰减复数正弦波信号再次进行加权计算，得到对称窗加权后的幅值指数衰减复数正弦波信号，进行傅里叶变换，得到幅值指数衰减复数正弦波频谱；

6、步骤4、将步骤3得到的幅值指数衰减复数正弦波频谱进行搜索，得到待分析的幅值指数衰减复数正弦波频率附近两个幅值最大的谱线，通过两个幅值最大的谱线构建两谱线相角差函数；

7、步骤5、采用二分法求解两谱线相角差函数，估计出辅助低频振荡阻尼因子，将估计出的辅助低频振荡阻尼因子的相反数作为电力系统低频振荡阻尼因子。

8、进一步地，步骤1中多幅值指数衰减复数正弦波信号x(n)的表达式为：

9、

10、其中，h表示多幅值指数衰减复数正弦波的个数，h表示h的序列，n表示电力系统中低频振荡信号采样序列长度，n表示采样序列，βh表示第h次低频振荡信号的阻尼因子，j表示复数符号，ah、vh、分别表示第h次低频振荡信号的幅值、归一化频率、相位。

11、进一步地，步骤2中加权后的幅值指数衰减复数正弦波信号x(n,β0)的获取过程为：

12、

13、其中，表示单个幅值指数衰减复数正弦波信号，β0表示辅助低频振荡阻尼因子，表示与辅助低频振荡阻尼因子相关的序列。

14、进一步地，步骤3中幅值指数衰减复数正弦波频谱x(k)表示为：

15、

16、其中，w(n)表示对称窗，k表示频谱序列号。

17、进一步地，采用步骤4中构建的两谱线相角差函数谱线数f(β0)具体为：

18、

19、其中，l表示单个幅值指数衰减复数正弦波频率vh附近幅值最大的谱线序列号，angle()表示求相角的函数。

20、进一步地，步骤5包括如下子步骤：

21、步骤i、设置辅助低频振荡阻尼因子β0的范围区间[βa,βb]以及精确度δ；

22、步骤ii、取βm＝1/2(βa+βb)，如果f(βa)f(βm)＝0，则β0＝βm；如果f(βa)f(βm)<0，则更新β0的范围区间为[βa,βm]，令βa＝βa，βb＝βm；如果f(βa)f(βm)>0，则更新β0的范围区间为[βm,βb]，令βa＝βm，βb＝βb；

23、步骤iii、重复步骤ii，直至|βa-βb|<δ，估计出低频振荡阻尼因子β0＝1/2(βa+βb)，将估计出的辅助低频振荡阻尼因子的相反数作为电力系统低频振荡阻尼因子βh＝-1×β0。

24、进一步地，本发明还提供了一种计算机可读存储介质，存储有计算机程序，所述计算机程序使计算机执行所述的电力系统低频振荡阻尼因子估计方法。

25、进一步地，本发明还提供了一种电子设备，包括：存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行计算机程序时，实现所述的电力系统低频振荡阻尼因子估计方法。

26、进一步地，本发明还提供了一种计算机程序产品，包括计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现所述的电力系统低频振荡阻尼因子估计方法。

27、与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：本发明电力系统低频振荡阻尼因子估计方法采用旁瓣衰减性能较好的对称窗对构建的幅值指数衰减复数正弦波信号进行加权计算，有效地抑制了不同幅值指数衰减复数正弦波之间的相互干涉；此外，由于本发明采用两个最大幅值谱线的相角差估计电力系统低频振荡阻尼因子，而该相角差与选择对称窗的类型无关，因而本方法不仅适用于矩形窗，同时适用于其他任意对称窗；同时，本发明在单个幅值指数衰减复数正弦波频率附近搜索幅值最大的两个谱线，并采用二分法求解出低频振荡阻尼因子，计算方法较为简单，便于实现嵌入式运算，便于实现电力系统低频振荡信号的实时分析。

技术特征：

1.一种电力系统低频振荡阻尼因子估计方法，其特征在于，具体包括如下步骤：

2.根据权利要求1所述的一种电力系统低频振荡阻尼因子估计方法，其特征在于，步骤1中多幅值指数衰减复数正弦波信号x(n)的表达式为：

3.根据权利要求2所述的一种电力系统低频振荡阻尼因子估计方法，其特征在于，步骤2中加权后的幅值指数衰减复数正弦波信号x(n,β0)的获取过程为：

4.根据权利要求3所述的一种电力系统低频振荡阻尼因子估计方法，其特征在于，步骤3中幅值指数衰减复数正弦波频谱x(k)表示为：

5.根据权利要求4所述的一种电力系统低频振荡阻尼因子估计方法，其特征在于，采用步骤4中构建的两谱线相角差函数谱线数f(β0)具体为：

6.根据权利要求5所述的一种电力系统低频振荡阻尼因子估计方法，其特征在于，步骤5包括如下子步骤：

7.一种计算机可读存储介质，存储有计算机程序，其特征在于，所述计算机程序使计算机执行如权利要求1-6任一项所述的电力系统低频振荡阻尼因子估计方法。

8.一种电子设备，其特征在于，包括：存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行计算机程序时，实现如权利要求1-6任一项所述的电力系统低频振荡阻尼因子估计方法。

9.一种计算机程序产品，包括计算机程序，其特征在于，所述计算机程序被处理器执行时实现权利要求1-6任一项所述的电力系统低频振荡阻尼因子估计方法。

技术总结本发明公开了一种电力系统低频振荡阻尼因子估计方法、存储介质、设备及计算机程序产品，包括：收集电力系统中的低频振荡信号，将低频振荡信号表示为多幅值指数衰减复数正弦波信号；构建与辅助低频振荡阻尼因子相关的序列，对多幅值指数衰减复数正弦波信号进行加权，采用对称窗对加权后的幅值指数衰减复数正弦波信号再次进行加权计算，并进行傅里叶变换，得到幅值指数衰减复数正弦波频谱，并进行搜索，得到两个幅值最大的谱线，构建两谱线相角差函数，采用二分法求解两谱线相角差函数，估计出电力系统低频振荡阻尼因子。本发明能够提高电力系统低频振荡阻尼因子的估计准确度，为抑制低频振荡保证电力系统的安全稳定提供依据。技术研发人员：翟晓军,李燕,金卫健,周峡,宋雅嵚,赵锡娟受保护的技术使用者：南京工程学院技术研发日：技术公布日：2024/7/29