Identificación modal mediante ventanas deslizantes de corto plazo: métodos de Prony, ERA y Matrix Pencil

Abstract

In this thesis project, the implementation of three algorithms to identify of the low-frequency electromechanical modes in power systems is proposed. The proposed methods are the Prony analysis, Eigensystem Realization Algorithm, and Matrix Pencil. These algorithms are linear methods, thus, for their correct operation they only analyze ringdown data, which are the oscillatory response that a system presents after a disturbance. For this, firstly, the three methods are programmed in a basic way that is, a window that contains the whole ringdown signal to be analyzed is taking into account, and this is programmed in Matlab code. Then, the correct operation for the proposed methods is checked by analyzing a theoretical signal, of which all the parameters to be identified are known (frequency and damping ratio). Once the correct results of the theoretical signal analysis are obtained, work begins in Simulink to analyze the same theoretical signal, but now converting the basic methods into sliding window methods. For this, the three methods that were programmed in Matlab code in a single window have to be adapted to become a short-time sliding window method (a cycle of the lowest frequency). This is in the Simulink platform. Subsequently, we proceed to analyze the power system of the two-areas Kundur system, which consists of two areas, four generators, and 11-buses. Once the model has been validated, a larger power system with 10 generators (New England) is analyzed for the identification of its oscillation modes.

En este proyecto de tesis, se evalúan tres algoritmos para la identificación de modos electromecánicos de baja frecuencia en sistemas de potencia; los métodos estudiados son: el método de Prony, ERA (del inglés Eigensystem Realization Algorithm) y Matrix pencil. Estos algoritmos son métodos lineales, por lo cual, para su correcto funcionamiento solo analizan datos de tipo ringdown, los cuales son la respuesta oscilatoria que presenta un sistema después de una perturbación. Para esto, primero se implementan los tres métodos de manera básica (una ventana que contiene toda la señal a analizar) en código Matlab y se comprueba su correcto funcionamiento analizando una señal teórica, de la cual se conocen todos los parámetros a identificar (frecuencia y relación de amortiguamiento). Una vez que se obtienen los resultados correctos del análisis de la señal teórica, se comienza a trabajar en Simulink para analizar la misma señal teórica, pero ahora convirtiendo los métodos básicos en métodos de ventanas deslizantes. Para esto, se tienen que adaptar los 3 métodos que fueron programados en Matlab que son de una sola ventana para convertirse en un método de ventana deslizante corta (de un ciclo de la frecuencia más baja) en Simulink. Posteriormente, se procede a analizar en el sistema de potencia de dos áreas de Kundur, el cual consta de dos áreas de potencia, cuatro generadores y 11 nodos. Una vez que se ha validado el modelo, se procede a analizar un sistema de potencia más grande, de 10 generadores (New England) para la identificación de sus modos de oscilación.