專(zhuān)利名稱(chēng)：輸電線(xiàn)路中的電力潮流的控制的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及高壓交流傳輸系統(tǒng)中的電力潮流的控制，該高壓交流傳輸 系統(tǒng)包括動(dòng)態(tài)輔助移相變壓器。
背景技術(shù)：
移相變壓器(PST )先前已知為用于控制交流輸電線(xiàn)路中的電力潮流。 這種PST包括用于串聯(lián)地連接或斷開(kāi)變壓器的附加繞組的抽頭變換器。 通過(guò)這樣做來(lái)控制相量方向。然后，通過(guò)由>^路的不同部分所勵(lì)磁的繞組 之間的連接來(lái)將電力^M目鄰相位轉(zhuǎn)移到單個(gè)相位。在純移相變壓器中，與 源電壓正交的電壓被注入線(xiàn)路。
移相變壓器可用于控制并行線(xiàn)漆t(yī)間的分布荷載，以增加總的電力傳 輸。移相變壓器的優(yōu)點(diǎn)是的阻塞饋電網(wǎng)絡(luò)中的相角差所導(dǎo)致的寄生電力潮 流的能力。電力可以以規(guī)定方式被分配給用電設(shè)備，并且可以避免循環(huán)的 電力潮流。
使用PST的好處是PST具有相對(duì)低的無(wú)功功率消耗。不存在次同步 諧振(SSR)的風(fēng)險(xiǎn)，且在低電流條件下也有效。
然而，使用PST呈現(xiàn)出慢的控制速度。抽頭變換器必須順序地經(jīng)過(guò) 每個(gè)抽頭位置。每次抽頭變換是在約3-5秒內(nèi)實(shí)現(xiàn)的。因此，PST不能在 電力擾動(dòng)之后的短暫時(shí)間內(nèi)以確定方式參與進(jìn)來(lái)。此夕卜，頻繁的抽頭變換， 特別是在高電流務(wù)fr下，增加了對(duì)維護(hù)的需要。
抽頭變換器是機(jī)械裝置，因此慢且是M磨損的對(duì)象。其具有150kV 的最大調(diào)節(jié)電壓范圍，最大操作步驟數(shù)小于35。兩個(gè)抽頭位置之間的最 大抽頭電壓約為4000-5000V,最大額定吞吐電流約為3000-4500A。最大 功率處理能力是6000-8000kVA/抽頭，并且存在短路熱約束。小的電壓階 (voltage step )導(dǎo)致了較大數(shù)量的^操作。
另 一種用于控制交流輸電線(xiàn)路中的電力潮流的方法是使用受控串聯(lián) 補(bǔ)償器(CSC)。這種CSC包括一個(gè)或復(fù)數(shù)個(gè)晶閘管開(kāi)關(guān)感性裝置。CSC
還可包括一個(gè)或復(fù)數(shù)個(gè)通常與電感器組合的晶閘管開(kāi)關(guān)容性裝置。容性裝 置或感性裝置以并聯(lián)支路的形式與晶閘管開(kāi)關(guān)連接。通過(guò)控制晶閘管開(kāi) 關(guān)，將感性裝置或容性裝置與輸電線(xiàn)路連接或斷開(kāi)。這樣，通過(guò)連接或斷 開(kāi)期望數(shù)量的電感或電容或其組合來(lái)控制相量方向。由于不涉及機(jī)械開(kāi)關(guān) 裝置，因此該調(diào)節(jié)是快速的。
在若干基頻周期內(nèi)，csc是從全感性到全容性調(diào)節(jié)以及從全容性到
全感性調(diào)節(jié)可控的，因此其能夠作為電力擾動(dòng)之后的短暫時(shí)間內(nèi)的有效控
制裝置。與PST的^抽頭變換器相比，對(duì)晶閘管控制的CSC的維護(hù)的 需求并未由于頻繁的控制動(dòng)作而增加。因此，CSC適用于閉環(huán)控制。
人口稠密的城市通常具有這樣的特征有功功率和無(wú)功功率的消擬艮 大，而生產(chǎn)源位于遠(yuǎn)處。這經(jīng)常導(dǎo)致為城市饋電的傳輸線(xiàn)路負(fù)荷很重，并 且缺乏動(dòng)態(tài)無(wú)功功率資源。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的3_提供一種對(duì)交流電力傳輸?shù)碾娏Τ绷骺刂?，該電力?流控制是快速的，并且不具有單獨(dú)使用PST或CSC的缺點(diǎn)。
本發(fā)明的另 一 目的是提供一種對(duì)交流電力傳輸?shù)碾娏Τ绷骺刂疲渲?克服或至少減輕了通常在城市饋電應(yīng)用中發(fā)現(xiàn)的、具有熱約束和電壓約束 的組合的瓶頸。
本發(fā)明是基于對(duì)應(yīng)用于電壓恢復(fù)支持和熱約束的不同時(shí)間尺度的認(rèn)識(shí)。
根據(jù)本發(fā)明的第一個(gè)方面，拔:供了 一種用于控制高壓交流傳輸系統(tǒng)中 的電力潮流的方法，該高壓交流傳輸系統(tǒng)包括具有抽頭變換裝置的移相變 壓器，其特征在于具有可控電抗裝置的受控串聯(lián)補(bǔ)償器，包括一個(gè)或若 干個(gè)容抗階；以及控制裝置，用于協(xié)調(diào)地控制移相變壓器和受控串聯(lián)補(bǔ)償 器，該方法包括以下步驟在擾動(dòng)之前，操作移相變壓器和受控串聯(lián)補(bǔ)償 器以實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)損耗最小化；在擾動(dòng)之后，操作受控串聯(lián)補(bǔ)償器以實(shí)現(xiàn)電壓 恢復(fù)支持；以及在電壓恢復(fù)之后，操作移相變壓器和受控串聯(lián)補(bǔ)償器中的 至少一個(gè)，以處理熱約束。
在優(yōu)選實(shí)施例中，操作受控串聯(lián)補(bǔ)償器以實(shí)現(xiàn)電壓恢復(fù)支持的步驟包 括接通容抗階，這提供快速的電壓恢復(fù)，特別是在城市區(qū)域中，傳輸線(xiàn)路 通常負(fù)荷很重并且缺乏動(dòng)態(tài)無(wú)功功率資源。
根據(jù)本發(fā)明的另 一個(gè)方面，提供了使用根據(jù)本發(fā)明的方法的一種用于 控制高壓網(wǎng)絡(luò)中的電力潮流的i更備、 一種電力系統(tǒng)、 一種計(jì)算積4呈序產(chǎn)品 以及一種計(jì)算機(jī)可讀介質(zhì)。
通it^屬權(quán)利要求限定了另外的優(yōu)選實(shí)施例。


根據(jù)以下結(jié)合附圖的詳細(xì)描述，本發(fā)明的其它特性和優(yōu)點(diǎn)對(duì)于本領(lǐng)域
技術(shù)人員而言將變得更明顯，其中
圖l是根據(jù)本發(fā)明的控制設(shè)備的主電路；
圖2示出了根據(jù)本發(fā)明的設(shè)備的容性形式；
圖3是對(duì)為城市饋電的電力系統(tǒng)的圖示；
圖4是電壓控制邏輯的實(shí)例；
圖5是熱控制邏輯的實(shí)例；以及
圖6《—說(shuō)明正常工作期間的系統(tǒng)損耗最小化的圖。
具體實(shí)施例方式
在下文中，將給出對(duì)本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例的詳細(xì)描述。
在圖1中示出了根據(jù)本發(fā)明的用于控制電力潮流的設(shè)備，其總體上表 示為10。該設(shè)備包括受抽頭變換器控制的移相變壓器(PST) 1、受控 串聯(lián)補(bǔ)償器(CSC) 2和控制單元3。該控制單元^l:執(zhí)行計(jì)算^^呈序產(chǎn)品 的、基于計(jì)算機(jī)的裝置。
CSC包括第一電抗單元5，該第一電抗單元5包括容性單元8以及用 于連接和斷開(kāi)該容性單元的晶閘管開(kāi)關(guān)7。在圖l所示的實(shí)施例中，第一 電抗單元5還包括與晶閘管開(kāi)關(guān)7串聯(lián)連接的感性單元9。感性單元9具 有改進(jìn)第一電抗單元的開(kāi)關(guān)性能的功能。
CSC 2還包括第二電抗單元4，該第二電抗單元4包括感性單元6以 及用于連接和斷開(kāi)該感性單元的晶閘管開(kāi)關(guān)7。以實(shí)例的方式示出了單個(gè) 容抗單元或感抗單元。組合任何數(shù)量的容性階(capacitive step)和感性 階(inductivestep)落入本發(fā)明的范圍之內(nèi)。因此，受控串聯(lián)補(bǔ)償裝置可 包括復(fù)數(shù)個(gè)容性和感性電路，該容性和感性電路包括僅有容性電路和僅有
感性電路的情況。
因此認(rèn)識(shí)到，可以通過(guò)不同的配置來(lái)實(shí)現(xiàn)csc。 csc可以包括可開(kāi) 關(guān)的容性單元，通過(guò)該可開(kāi)關(guān)的容性單元可以以離散的階來(lái)控制csc。
csc還可包括容性單元和感性單元的組合，因此可以以離散的階來(lái)控制
csc?？商孢x地，csc可以包括使得csc持續(xù)可控的復(fù)數(shù)個(gè)可升壓容性 階以及復(fù)數(shù)個(gè)感性階。因此， 一個(gè)或若干個(gè)容性階將具有低升壓能力，使 得該裝備的總體特性在次同步頻率范圍內(nèi)是感性的。這減輕了次同步諧振
的風(fēng)險(xiǎn)。
在本發(fā)明的針對(duì)該應(yīng)用的優(yōu)選實(shí)施例中，如圖2所示，設(shè)備10包括 PST1和CSC2， CSC 2包括由JVTc7, XC2、 Xo表示的、受晶閘管控制的 容抗階。
圖3以單線(xiàn)線(xiàn)路圖的方式示出了通過(guò)許多并行路徑來(lái)為城市饋電的 電力系統(tǒng)。在這種情況下，設(shè)備10被安裝在具有最大剩余熱余量的路徑 上。該路徑通常是在遠(yuǎn)程生產(chǎn)源與負(fù)載如城市之間的傳輸接口中具有最大 感抗的線(xiàn)路，即，自然地獲得最低負(fù)載的線(xiàn)路。該接口中的每個(gè)關(guān)鍵線(xiàn)路 配備有電流測(cè)量裝置(A， /3， /4)，通過(guò)例如光纖通信將每個(gè)電流測(cè) 量值傳送^H殳備10的控制系統(tǒng)。此外，可以本地或遠(yuǎn)程地應(yīng)用電壓測(cè)量 裝置(K )，并且電壓測(cè)量值可用于i殳備10的控制系統(tǒng)。
典型的關(guān)鍵干擾是線(xiàn)路故障，然后是故障線(xiàn)路的永久斷開(kāi)。假設(shè)電力 潮流不均衡地分配在剩余傳輸路徑上，并且設(shè)備10安裝在^i更計(jì)成用于 獲得更多負(fù)載以避免并行路徑過(guò)載的路徑上，則控制目標(biāo)的順序如下
在預(yù)擾動(dòng)(pre-disturbance)期間，集中于最小化系統(tǒng)損耗，特別是 有功系統(tǒng)損耗。通?？赡芑谧顑?yōu)的電力潮流計(jì)算來(lái)從控制中心獲得設(shè)置 點(diǎn)。
緊接著在故障之后，為了支持電壓恢復(fù)而接通所有容性階。通過(guò)電壓 測(cè)量獲得低電壓指示和支持電壓恢復(fù)的需求。這對(duì)于具有相當(dāng)大數(shù)量的例 如空調(diào)單元形式的電機(jī)負(fù)載的城市而言尤為重要。在沒(méi)有電壓恢復(fù)支持的 情況下，這些單元將趨向于停止運(yùn)轉(zhuǎn)，因而變得顯著消耗無(wú)功功率，進(jìn)而 可能導(dǎo)致局部電壓崩潰和,斷電。
當(dāng)電壓被恢復(fù)時(shí)，控制目標(biāo)將轉(zhuǎn)變?yōu)榧杏跓峒s束。通過(guò)對(duì)兩個(gè)并行 線(xiàn)路以及安裝有設(shè)備10的,進(jìn)行電流測(cè)量來(lái)獲得熱約束的ii^指示。 通過(guò)將PST的能力與容性階相組合，或者可替選地通過(guò)使用PST或容性
階的能力，來(lái)控制電力潮流，以避免安裝有設(shè)備IO的游4圣或并行#中
的過(guò)載。此外，如果起始事件嚴(yán)重到使得不能完全消除過(guò)載，則電力潮流 可被分配以向操作員提供盡可能多的時(shí)間來(lái)采取補(bǔ)救動(dòng)作。這通常暗示過(guò) 載被均衡地分配于并行路徑之間。
根據(jù)本發(fā)明的方法是基于對(duì)應(yīng)用于電壓恢復(fù)支持和熱約束的不同時(shí) 間尺度的認(rèn)識(shí)。雖然在緊接著故障清除之后的幾秒后電壓恢復(fù)是關(guān)鍵的，
但是在約數(shù)分鐘之后，通常是約20分鐘之后，熱約束成為問(wèn)題。因此， 最初在故障清除之后，在應(yīng)當(dāng)已經(jīng)提供了電壓恢復(fù)支持時(shí)，安裝有設(shè)備 10的路徑中幾秒鐘的適度過(guò)載不會(huì)導(dǎo)致對(duì)該路徑中的設(shè)備的破壞性溫 度。因此在大于1分鐘的時(shí)段期間，優(yōu)選地是在約15-30分鐘的時(shí)段期間， 執(zhí)行用于處理熱約束的操作，直到操作返回到系統(tǒng)損耗最小化。
圖4和圖5示出了控制邏輯的實(shí)現(xiàn)。在預(yù)擾動(dòng)期間，即在約99%的 時(shí)間內(nèi)的情況下，集中于最小化系統(tǒng)損耗。系統(tǒng)控制中心發(fā)布用于PST 的抽頭變換器的設(shè)置值(to/")以及用于可控容抗的設(shè)置值(JT"),以使 得系統(tǒng)損耗最小化。假i更并行路徑中的電流在限制內(nèi)，則可以在圖6的圖 中指示的區(qū)域內(nèi)執(zhí)行系統(tǒng)損耗最小化，圖6示出了 X軸上的電壓K以及 Y軸上的電流的絕對(duì)值。在該上下文中，系統(tǒng)損耗最小化應(yīng)被解釋為借助 于例如最優(yōu)電力潮流計(jì)算的、傳輸系統(tǒng)中的損耗最小化。
現(xiàn)在假設(shè)在低電壓的情況下發(fā)生線(xiàn)路故障，所測(cè)量的電壓量值V！降 到圖6中的閾值K曲以下，這導(dǎo)致信號(hào)AV2變?yōu)檎?，并產(chǎn)生信號(hào)五2，該 信號(hào)五2在故障之前為零，假設(shè)值五2= - AV2。該信號(hào)被饋給PI塊，使得 產(chǎn)生了信號(hào)AXy，該信號(hào)被加到設(shè)置值JT"上以使得更多的、優(yōu)選為所有 的容抗RH^接通，以支持電壓恢復(fù)。在這種情況下，使得可實(shí)現(xiàn)快速晶閘 管開(kāi)關(guān)電容是很有利的，這是因?yàn)椋@樣使得能夠在幾分之一秒內(nèi)實(shí)現(xiàn)快 速電壓恢復(fù)支持。在信號(hào)W變?yōu)樨?fù)以指示低電壓的同時(shí)，閉塞信號(hào)& 變?yōu)榱?，以防止熱控制起作用。?dāng)電壓再次處于限制以?xún)?nèi)時(shí)，閉塞信號(hào) fir再次變?yōu)?，從而能夠進(jìn)行熱控制。如果在電壓恢復(fù)后經(jīng)歷過(guò)高的電壓， 則將正信號(hào)加到AXv上以斷開(kāi)容抗階，使得電壓返回到限制以?xún)?nèi)。
如果假設(shè)原始故障發(fā)生在并行線(xiàn)路上，并且通過(guò)永久斷開(kāi)該線(xiàn)路而清 除了該故障，則可能需要注意熱約束。熱控制邏輯將在并行線(xiàn)路上測(cè)量的 電流量值U， /3, /4)以及自身路徑上的電流量值(/2)作為輸入。 將這些電流量值與以熱的方式確定的電流量值閾值進(jìn)行比較。如果所有的 電流量值均在閾值之下，即，所有的Mp AI2、 M3、 ALi均是負(fù)的，則信
號(hào)E3=E4=E5=E6=0，且不再采取進(jìn)一步的動(dòng)作。類(lèi)似地，如果閉塞信號(hào) 5產(chǎn)0，則不再采取進(jìn)一步的動(dòng)作?，F(xiàn)在，如果超過(guò)了一個(gè)或若干個(gè)閾值， 則對(duì)應(yīng)的信號(hào)￡3，五4，五5， ￡6將取正值。將這些信號(hào)相加，其中對(duì)應(yīng) 于并行路徑的五3， ￡5，五6為正號(hào)，對(duì)應(yīng)于自身路徑的五4為負(fù)號(hào)。通過(guò) 常量&， K4來(lái)調(diào)整這些信號(hào)相對(duì)于過(guò)載的權(quán)重。如果總和￡7 為正，則指示應(yīng)該增加經(jīng)過(guò)i殳備10的電力潮流(電流)，>^之，如果該總 和為負(fù)，則應(yīng)當(dāng)減小電力潮流(電流)。假設(shè)閉塞信號(hào)5產(chǎn)1，則對(duì)信號(hào) 五7求積分并與增益-《x相乘，使得產(chǎn)生信號(hào)AXT,并將該信號(hào)AXi加到 設(shè)置值JT"上，以減輕過(guò)載?，F(xiàn)在，只要實(shí)際電抗JT"""處于其物理最大 限制和物理最小限制的范圍之內(nèi)(與這些限制之間具有一定的小裕度S )， 則閉塞信號(hào)丑鄉(xiāng)=0就可以防止任何抽頭變換器動(dòng)作。當(dāng)可控電抗處于限制 處時(shí)，則閉塞信號(hào)5岬=1，抽頭變換器開(kāi)始起作用，以減輕剩余的過(guò)載。
當(dāng)操作員對(duì)狀況進(jìn)行了評(píng)估，并使系統(tǒng)返回到安全狀態(tài)以使得系統(tǒng)可 以重新承受擾動(dòng)而不發(fā)生級(jí)聯(lián)斷電時(shí)，信號(hào)AXv、 AXT和AtapT被手動(dòng)地 (但是遠(yuǎn)程地)復(fù)位為零，使得可以通過(guò)發(fā)布設(shè)置值JT"、 to/"而再繼續(xù) 系統(tǒng)損耗最小化模式。
已經(jīng)描述了根據(jù)本發(fā)明的方法和設(shè)備的優(yōu)選實(shí)施例。應(yīng)當(dāng)理解，可以 對(duì)這些實(shí)施例進(jìn)行變化，而不背離本發(fā)明的構(gòu)思。因此，可以在沒(méi)有與晶 閘管橋串聯(lián)連接的電感器的情況下實(shí)現(xiàn)容抗階。
應(yīng)當(dāng)強(qiáng)調(diào)的是，參照?qǐng)D4和圖5所描述的控制邏輯的實(shí)例并不是限制 性的。例如，當(dāng)處理熱約束時(shí)，可以首先控制PST，并在其達(dá)到其限制時(shí) 轉(zhuǎn)而控制可控電抗。類(lèi)似地，可以設(shè)計(jì)熱控制邏輯，使得PST和可控電 抗共同負(fù)責(zé)熱控制，而不需要在其中一個(gè)開(kāi)始起作用之前另 一個(gè)處于限制 內(nèi)。
權(quán)利要求
1. 一種用于控制高壓交流傳輸系統(tǒng)中的電力潮流的方法，該交流傳輸系統(tǒng)包括具有抽頭變換裝置的移相變壓器(1)，其特征在于:具有可控電抗裝置的受控串聯(lián)補(bǔ)償器(2)，包括一個(gè)或若干個(gè)容抗階；以及控制裝置(3)，用于協(xié)調(diào)地控制移相變壓器和受控串聯(lián)補(bǔ)償器，所述方法包括以下步驟:-在擾動(dòng)之前，操作移相變壓器和受控串聯(lián)補(bǔ)償器以實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)損耗最小化；-在擾動(dòng)之后，操作受控串聯(lián)補(bǔ)償器以實(shí)現(xiàn)電壓恢復(fù)支持；以及-在電壓恢復(fù)之后，操作移相變壓器和受控串聯(lián)補(bǔ)償器中的至少一個(gè)，以處理熱約束。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中操作受控串聯(lián)補(bǔ)償器以實(shí)現(xiàn)電 壓恢復(fù)支持的步驟包括接通容抗階。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的方法，其中操作移相變壓器和受控串 聯(lián)補(bǔ)償器以處理熱約束的步驟是在發(fā)起所述操作受控串聯(lián)補(bǔ)償器以實(shí)現(xiàn) 電壓恢復(fù)支持的步驟之后直到操作返回到系統(tǒng)損耗最小化，在大于一分鐘 的時(shí)段期間、優(yōu)選地在約15至30分鐘的時(shí)段期間執(zhí)行的。
4. 根據(jù)權(quán)利要求l-3中任一項(xiàng)所述的方法，其中操作受控串聯(lián)補(bǔ)償器 以實(shí)現(xiàn)電壓恢復(fù)支持的步驟是在擾動(dòng)之后的幾分之一秒內(nèi)^的。
5. —種用于控制高壓交流傳輸系統(tǒng)中的電力潮流的設(shè)備，包括具有 抽頭變換裝置的移相變壓器(1)，其特征在于-具有可控電抗裝置的受控串聯(lián)補(bǔ)償器(2)，包括一個(gè)或若干個(gè)容性階；-控制裝置(3)，用于協(xié)調(diào)地控制移相變壓器和受控串聯(lián)補(bǔ)償器； 其中，所述控制裝置被設(shè)置成執(zhí)行根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法。
6. 根據(jù)權(quán)利要求5所述的設(shè)備，其中一個(gè)或若干個(gè)容性階具有低升 壓能力。
7. —種高壓交流傳輸系統(tǒng)，具有至少兩個(gè)并行線(xiàn)路，其特征在于根據(jù)權(quán)利要求5所述的設(shè)備(10 )，其被設(shè)置在所述至少兩個(gè)并行線(xiàn) 粒一中。
8. 根據(jù)權(quán)利要求7所述的系統(tǒng)，其中所述設(shè)備(10)被安裝在具有 最大剩余發(fā)熱余量的線(xiàn)路中。
9. 根據(jù)權(quán)利要求8所述的系統(tǒng)，其中所述設(shè)備(10)被安^4遠(yuǎn)程 生產(chǎn)源與負(fù)載如城市之間的傳輸接口中具有最大感抗的線(xiàn)路中。
10. —種可存儲(chǔ)在計(jì)算機(jī)可讀介質(zhì)上的計(jì)算枳4呈序產(chǎn)品，用于執(zhí)行根 據(jù)權(quán)利要求1所述的方法。
11. 一種計(jì)算機(jī)可讀介質(zhì)，具有根據(jù)權(quán)利要求10所述的計(jì)算機(jī)程序產(chǎn)品。
全文摘要
一種用于控制交流傳輸線(xiàn)路中的電力潮流的方法，該方法包括迅速處理電壓恢復(fù)、以及僅在該電壓恢復(fù)之后進(jìn)行熱約束。
文檔編號(hào)H02J3/18GK101390267SQ200780006237
公開(kāi)日2009年3月18日 申請(qǐng)日期2007年2月22日 優(yōu)先權(quán)日2006年2月23日
發(fā)明者倫納特·昂奎斯特, 貝蒂爾·貝里格倫 申請(qǐng)人:Abb研究有限公司