專利名稱：動(dòng)態(tài)機(jī)械切換阻尼系統(tǒng)及使用該系統(tǒng)阻尼電子振蕩的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一般動(dòng)態(tài)機(jī)械切換阻尼系統(tǒng)以及使用該系統(tǒng)的方法。特別是，本發(fā)明涉及響應(yīng)于電力系統(tǒng)干擾而同步切換電抗性阻抗以阻尼電力振蕩。
高壓斷路器是使用在電力系統(tǒng)中三相電能的配電的裝置。當(dāng)一個(gè)傳感器或保護(hù)繼電器檢測(cè)到同電力系統(tǒng)的所保護(hù)的電路相連接的故障或其他系統(tǒng)干擾時(shí)，斷路器動(dòng)作以機(jī)械分?jǐn)嗳嘀忻肯嘀械妮d流接觸從而通過斷開電路以防止電流的繼續(xù)流通。自動(dòng)重合開關(guān)與斷路器不同，斷路器斷開電路并無限期地保持該電路處于斷開狀態(tài)下，而自動(dòng)重合開關(guān)可以數(shù)次快速連續(xù)地自動(dòng)斷開和再次接通電路，以使暫時(shí)故障清除，這樣，就可以避免電路不必要的脫離服務(wù)。
斷路器或自動(dòng)重合開關(guān)的主要部分包括斷流器，用于打開和閉合容納在其中的一組或多組載流觸頭；操作或驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)，提供打開或閉合觸頭所需要的能量；放電控制機(jī)構(gòu)和斷流媒質(zhì)，在所保護(hù)的電路中產(chǎn)生一個(gè)斷開條件；一個(gè)或多個(gè)箱體，用于容納所述斷流器；和套管，把高壓電能量從所保護(hù)的電路引入或引出箱體。另外，一個(gè)聯(lián)動(dòng)裝置聯(lián)結(jié)斷流器和操作機(jī)構(gòu)。
用在高壓斷路器中的現(xiàn)有機(jī)械開關(guān)包括由機(jī)械聯(lián)動(dòng)裝置聯(lián)結(jié)起來的斷流器和操作機(jī)構(gòu)。斷流器具有一組或多組載流觸頭。當(dāng)開關(guān)閉合時(shí)，這些載流觸頭相互電氣對(duì)接。當(dāng)開關(guān)斷開時(shí)，會(huì)在一些載流觸頭之間產(chǎn)生電弧。這樣產(chǎn)生的電弧會(huì)使觸頭腐蝕，也許，會(huì)使觸頭超時(shí)限分解。一旦電弧形成，就非常難于把其熄滅，直到電弧電流實(shí)際上減小為止。這樣，現(xiàn)代的斷流器把一種被壓縮的電氣絕緣氣體，例如SF6噴射到容納斷流器的箱體的內(nèi)腔中，以便于熄弧。一旦電弧被熄滅，所保護(hù)的電路被斷開，由此來防止電流流通。
操作機(jī)構(gòu)具有必要的操作力，以斷開和閉合斷流器觸頭。操作機(jī)構(gòu)例如一個(gè)液壓回彈型驅(qū)動(dòng)單元需要相當(dāng)小的能量來驅(qū)動(dòng)斷流器斷開或閉合，則易于蓄積這樣操作的增加次數(shù)以實(shí)現(xiàn)迅速和重復(fù)的操作。但是，獨(dú)立極操作機(jī)構(gòu)對(duì)于電力系統(tǒng)的三相中的每相即三個(gè)能夠單獨(dú)斷開或閉合的斷流器的每個(gè)提供獨(dú)立的控制。
一般，在斷流器的放電觸頭之間連接電抗性阻抗或電阻性阻抗，以通過均衡多斷流點(diǎn)型斷路器即具有多組觸頭斷路器中各個(gè)斷路器上的電壓來控制電弧的產(chǎn)生。由于電阻性阻抗消耗有功功率，則寧可把電抗性阻抗同電力系統(tǒng)相連。
在用于電壓敏感負(fù)載的供電質(zhì)量和電力系統(tǒng)上的過應(yīng)力方面，在電抗性阻抗的均衡過程中瞬時(shí)產(chǎn)生的電壓和電流已經(jīng)引起用電用戶的注意。例如，現(xiàn)代數(shù)字設(shè)備要求穩(wěn)定的供電。計(jì)算機(jī)、微波爐和其他電子裝置容易因這樣的瞬時(shí)電壓和電流而產(chǎn)生故障。即使較小的瞬時(shí)電壓和電流也可能使供電波形變形失真，而使這些電氣裝置不能工作。因而，用戶要求減小這樣的瞬時(shí)電壓和電流，以提供穩(wěn)定的供電波形。
現(xiàn)有的減小由電抗性阻抗充電引起的瞬時(shí)電壓和電流的解決方案包括斷路器預(yù)先插入裝置，例如，電阻或電感器；和固定裝置例如限流電抗器。雖然這些解決方案給電抗性阻抗充電瞬時(shí)電壓和電流提供了不同程度的減輕作用，但是，他們引起了附加設(shè)備、附加成本以及導(dǎo)致了附加的可靠性上的注意。
對(duì)于特殊類型的電抗性阻抗，最大瞬時(shí)電壓和電流在系統(tǒng)電壓波形的峰值上與閉合該斷路器有關(guān)。解決該問題的一個(gè)方案是增加定時(shí)精度，以便于在系統(tǒng)電壓實(shí)際為零的瞬間同步地閉合斷路器。在該方法中，在閉合瞬間在機(jī)械開關(guān)兩側(cè)上的電壓幾乎相等，而可以實(shí)現(xiàn)有效的“無瞬時(shí)電壓和電流”充電。
電抗性阻抗可以是容性或感性的。同電力系統(tǒng)串聯(lián)連接的電抗性阻抗在開關(guān)斷開時(shí)被切換到電力系統(tǒng)中。相反，并聯(lián)電抗性阻抗在開關(guān)被閉合時(shí)被切換到系統(tǒng)中。電抗性阻抗在電力系統(tǒng)中的插入或去除改變了傳輸?shù)拇?lián)阻抗和在電力系統(tǒng)中流過的電抗性功率。因而，把電抗性阻抗切換到電力系統(tǒng)中或從電力系統(tǒng)中切除電抗性阻抗直接或間接地影響在電力系統(tǒng)中流過的有功功率。


圖1表示具有四個(gè)發(fā)電機(jī)4、5、6、7的電力系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的一個(gè)例子。這些發(fā)電機(jī)給負(fù)載例如家庭、工廠等供電。連接在發(fā)電機(jī)4、5、6、7和負(fù)載1之間的傳輸系統(tǒng)由變壓器和傳輸線2組成。為了便于功率流的分析，傳輸線2主要是電感性的(X)。該傳輸系統(tǒng)由系統(tǒng)母線3相互連接起來。發(fā)電機(jī)4、5、6、7提供由負(fù)載1所消耗的有功功率和由傳輸線和變壓器所消耗的無功功率。
由于電力系統(tǒng)干擾例如閃電或電力系統(tǒng)中的短路會(huì)在電力系統(tǒng)中引起電力振蕩。這樣的電力振蕩會(huì)引起電力系統(tǒng)的不穩(wěn)定，或產(chǎn)生工作困難。這些電力振蕩是由于電力系統(tǒng)的發(fā)電機(jī)4～7之間相互連接而引起的，在電力干擾之后達(dá)到穩(wěn)態(tài)。
圖2表示出了該電力振蕩現(xiàn)象的時(shí)間比率。電力振蕩8的每個(gè)循環(huán)一般具有從0.5秒至大約5秒的周期。電力系統(tǒng)電壓和電流9對(duì)應(yīng)于每個(gè)循環(huán)大約20毫秒的周期具有約50Hz，對(duì)應(yīng)于每個(gè)循環(huán)大約17毫秒的周期具有約60Hz。換句話說，電力振蕩現(xiàn)象與60Hz的振蕩相比是比較緩慢的現(xiàn)象。
用于克服在電力干擾之后所產(chǎn)生的電力振蕩的一個(gè)方法是使用直接連接到電力系統(tǒng)發(fā)電機(jī)上的電力系統(tǒng)穩(wěn)定器(PSS)。該P(yáng)SS是一個(gè)控制系統(tǒng)，試圖通過直接控制發(fā)電機(jī)的參數(shù)來直接在發(fā)電機(jī)上調(diào)節(jié)和阻尼電力振蕩。參見圖1，發(fā)電機(jī)4和5之間的電力振蕩可以由PSS方法有效地控制。但是，該P(yáng)SS難于同其他的PSS協(xié)調(diào)和配合來提供內(nèi)部區(qū)域電力振蕩例如發(fā)電機(jī)4、5和發(fā)電機(jī)6、7之間的電力振蕩的有效阻尼，其中所述發(fā)電機(jī)4、5和發(fā)電機(jī)6、7隔開很大距離，這樣，具有很大的感性電抗。
通過在電力振蕩的每個(gè)循環(huán)期間在適當(dāng)?shù)乃查g一次或多次切換電抗性阻抗而提供了另一種裝置。
串聯(lián)電抗性阻抗的切換通過主要改變串聯(lián)阻抗以及在電力系統(tǒng)的串聯(lián)連接中的電流來控制功率流。并聯(lián)電抗性阻抗的切換主要改變功率流中在連接點(diǎn)上的電壓，由此提供功率流的某個(gè)控制。在該系統(tǒng)中在電力振蕩的適當(dāng)點(diǎn)上反復(fù)切換電抗性阻抗就能提供振蕩的有效阻尼。主要地，并聯(lián)和串聯(lián)方法提供了相似的電力振蕩阻尼效果，但是，從阻尼MV Ar觀點(diǎn)上，串聯(lián)方法更有效。[L.Angquist，B.Lundin，J.Samuelsson，“Power Oscillation Damping Using Controlled ReactivePower Compensation-A Comparison Between Series and ShuntApproaches，”IEEE Transactions on Power Systems，Vol，8，No.2，May1993.]直到最近，用于切換串聯(lián)和并聯(lián)電抗性阻抗的機(jī)械開關(guān)還僅被專用于非常緩慢的切換控制中，一般，每天僅切換這些部件一、兩次。這樣，使用機(jī)械切換系統(tǒng)的阻尼控制需要大量的過多的斷路器，連續(xù)斷開和/或閉合以阻尼電力振蕩。現(xiàn)代的阻尼系統(tǒng)還沒有更快、更可靠的優(yōu)點(diǎn)，機(jī)械開關(guān)目前還是有效的。這樣一個(gè)系統(tǒng)的一個(gè)例子已經(jīng)由T.Shimojo，M.Udo，M.Masri，T.Matsushima，“Improvement Of Damping of Tie-LinePower Swing By Means of Shunt Capacitor Switching Control，”CIGRE-IFAC Symposium，F(xiàn)lorence，Italy，1983。
一個(gè)靜態(tài)或固態(tài)開關(guān)例如閘流晶體管已經(jīng)被用于快速切換電抗性阻抗以進(jìn)行電力振蕩阻尼(最好分別是Static V Ar Compensators(SVC)和Thyrestor-Controlled Series Capacitors(TCSC))，有時(shí)包括機(jī)械切換電抗性阻抗而作為這些系統(tǒng)的部分，但是，通過固態(tài)或閘流晶體管切換電抗性阻抗來完全執(zhí)行對(duì)電力振蕩的阻尼作用。
使用閘流晶體管開關(guān)元件具有一些實(shí)踐上的障礙。例如，可商用的閘流晶體管開關(guān)元件的電壓等級(jí)低于需要進(jìn)行電力振蕩阻尼的電力系統(tǒng)中的電壓水平。這樣，建立在系統(tǒng)上的這樣的閘流晶體管依賴在傳輸系統(tǒng)中使用降壓變壓器，而這就增加了整個(gè)開關(guān)系統(tǒng)的成本。而且，閘流晶體管開關(guān)元件需要有效的冷卻系統(tǒng)，由此而進(jìn)一步提高了整個(gè)開關(guān)系統(tǒng)的成本。這樣的整個(gè)開關(guān)系統(tǒng)的增加了的復(fù)雜性趨向于降低了系統(tǒng)的可靠性。
因而，就需要一個(gè)能夠以降低了的成本、更少的功率損耗、降低了的復(fù)雜性和提高了的設(shè)計(jì)和應(yīng)用的靈活性的動(dòng)態(tài)機(jī)械切換阻尼系統(tǒng)。這樣一個(gè)阻尼系統(tǒng)應(yīng)該包括能夠以比較快的速率同步切換的電抗性阻抗。
為了滿足該需要，本發(fā)明提供一種動(dòng)態(tài)機(jī)械切換阻尼系統(tǒng)(DMSD)，具有一個(gè)機(jī)械開關(guān)，連接在同電力系統(tǒng)連接在一起的電抗性阻抗上；和一個(gè)控制器，同該機(jī)械開關(guān)相連，用于控制機(jī)械開關(guān)的動(dòng)作以對(duì)由同電力系統(tǒng)相連的傳感器所檢測(cè)的電力振蕩進(jìn)行阻尼。該控制器最好能夠控制機(jī)械開關(guān)的動(dòng)作以便于減小當(dāng)機(jī)械開關(guān)動(dòng)作時(shí)所產(chǎn)生的瞬態(tài)電壓和電流的產(chǎn)生。
在本發(fā)明的一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例中，該控制器具有一個(gè)阻尼控制器，用于產(chǎn)生代表阻尼控制信息的開關(guān)指令信號(hào)；和一個(gè)切換控制器，連接到阻尼控制器和機(jī)械開關(guān)上，用于根據(jù)阻尼控制信息來產(chǎn)生輸出給機(jī)械開關(guān)的切換控制信號(hào)。
根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例的控制器可以依賴于電抗性阻抗是電容性的還是電感性的或者電抗性阻抗是通過并聯(lián)結(jié)構(gòu)還是串聯(lián)結(jié)構(gòu)同電力系統(tǒng)相連接來構(gòu)成。在一個(gè)進(jìn)一步的優(yōu)選實(shí)施例中，由DMSD系統(tǒng)提供許多機(jī)械開關(guān)，以使每個(gè)開關(guān)可以把一個(gè)不同的電抗性阻抗連接到電力系統(tǒng)上。根據(jù)該實(shí)施例，控制器最好具有一個(gè)電抗選擇器，用于產(chǎn)生一個(gè)代表需要對(duì)電力振蕩進(jìn)行阻尼的電抗性阻抗和調(diào)節(jié)頻率的電抗信號(hào)；和分配邏輯電路，同電抗選擇器相連，用于處理該電抗信號(hào)以至少產(chǎn)生一個(gè)開關(guān)指令信號(hào)，該開關(guān)指令信號(hào)識(shí)別多個(gè)機(jī)械開關(guān)中的一個(gè)將動(dòng)作并識(shí)別其頻率以使機(jī)械開關(guān)動(dòng)作。
本發(fā)明還提供了一種阻尼電力系統(tǒng)中的電力振蕩的方法，隨著電力干擾通過機(jī)械切換同電力系統(tǒng)相連接的電抗性阻抗來進(jìn)行阻尼。根據(jù)本發(fā)明的方法，監(jiān)測(cè)電力系統(tǒng)的參數(shù)，根據(jù)所監(jiān)測(cè)的參數(shù)來檢測(cè)電力振蕩，響應(yīng)于所檢測(cè)的電力振蕩來產(chǎn)生切換控制信號(hào)，以使瞬態(tài)電壓和電流的產(chǎn)生最小，在大約切換的瞬間，響應(yīng)于該切換控制信號(hào)來使機(jī)械開關(guān)動(dòng)作，以對(duì)所檢測(cè)的電力振蕩進(jìn)行阻尼。
本發(fā)明的這些和其他的目的、優(yōu)點(diǎn)及特征將通過結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的實(shí)施例的描述而得到進(jìn)一步說明。在這些附圖中圖1表示一種可能的電力系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的一個(gè)例子；圖2表示電力振蕩現(xiàn)象的一個(gè)時(shí)間比率；圖3表示根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例的動(dòng)態(tài)機(jī)械切換阻尼系統(tǒng)(DMSD)的方框圖；圖4表示一個(gè)多開關(guān)DMSD系統(tǒng)的一個(gè)例子；圖5表示根據(jù)本發(fā)明的并聯(lián)電抗性阻抗的一個(gè)例子；圖6表示根據(jù)本發(fā)明的串聯(lián)電抗性阻抗的一個(gè)例子；圖7表示根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)阻尼控制構(gòu)思的方框圖8表示跟蹤以供阻尼控制器使用為條件的系統(tǒng)干擾的速度偏差信號(hào)；圖9表示輸入電抗選擇器的調(diào)制信號(hào)和響應(yīng)于該調(diào)制信號(hào)而從電抗選擇器輸出的電抗信號(hào)的一個(gè)例子；圖10是根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例由分配邏輯電路所執(zhí)行的處理步驟的流程圖；圖11是根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例由同步切換控制器所執(zhí)行的步驟的流程圖；圖12表示一個(gè)根據(jù)本發(fā)明由同步切換控制器所監(jiān)測(cè)的系統(tǒng)參數(shù)的表；圖13表示用于決定機(jī)械開關(guān)動(dòng)作時(shí)間的流程圖；圖14表示根據(jù)本發(fā)明對(duì)每種類型的電抗性阻抗體現(xiàn)其所需要的切換瞬間的表；圖15表示對(duì)于用于阻尼電力振蕩的并聯(lián)電容器的重復(fù)切換而由同步切換控制器執(zhí)行的最佳步驟的流程圖；圖16表示并聯(lián)電容器斬波充電的概念。
圖3表示表示根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例的動(dòng)態(tài)機(jī)械切換阻尼系統(tǒng)(DMSD)的方框圖。機(jī)械開關(guān)13包括斷流器32和一個(gè)操作機(jī)構(gòu)31。機(jī)械開關(guān)13最好是一個(gè)3相開關(guān)，即包括三個(gè)斷流器，每個(gè)于三相中的一相相對(duì)應(yīng)。斷流器最好充滿SF6或等效絕緣氣體。但是，在低于34.5kV的工作電壓下也可以使用真空斷流器。操作機(jī)構(gòu)最好是液壓噴射型。而且，操作機(jī)構(gòu)最好具有獨(dú)立極動(dòng)作能力，以便于使每個(gè)斷流器可以單獨(dú)地動(dòng)作。該機(jī)械開關(guān)13能夠把電抗性阻抗14同電力系統(tǒng)10進(jìn)行連接。
傳感器(未圖示)測(cè)量電力系統(tǒng)的參數(shù)并給控制器16提供多個(gè)測(cè)量信號(hào)17、18?？刂破?6最好包括一個(gè)阻尼控制器19和一個(gè)同步切換控制器20。該阻尼控制器接受測(cè)量信號(hào)17的輸入并處理該信號(hào)。特別是，該阻尼控制器能夠檢測(cè)電力振蕩阻尼所需要的電力干擾。
應(yīng)當(dāng)知道，可以使用多于一個(gè)的機(jī)械開關(guān)13，以便于根據(jù)電力系統(tǒng)的需要來把不同電抗性阻抗14同電力系統(tǒng)相連接。如下面所詳細(xì)描述的那樣，該阻尼控制器可以根據(jù)所使用的機(jī)械開關(guān)的數(shù)量和所使用的電抗性阻抗的大小及類型而構(gòu)成。例如，圖4表示出了一個(gè)多開關(guān)DMSD系統(tǒng)。電抗性阻抗14A、14B和14C每個(gè)都分別可以是一個(gè)不同的類型(即，并聯(lián)電容器、串聯(lián)電感器等)，可以分別具有不同的大小，即，10MVAr，20MVAr和30MVAr。這樣，根據(jù)測(cè)量信號(hào)和整個(gè)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)，阻尼控制器輸出切換指令信號(hào)21。該切換指令信號(hào)代表將要同電力系統(tǒng)連接或斷開的電抗性阻抗的量。特別是，該切換指令信號(hào)識(shí)別一個(gè)將要斷開或閉合的特定機(jī)械開關(guān)。該切換指令信號(hào)21以一個(gè)根據(jù)需要對(duì)電力振蕩進(jìn)行阻尼的切換調(diào)制頻率的速率而被輸出。
同步切換控制器20接收切換指令信號(hào)21和測(cè)量信號(hào)18并處理這些輸入信號(hào)，以產(chǎn)生使機(jī)械開關(guān)13的操作機(jī)構(gòu)31在瞬態(tài)電壓和電流最小形成的瞬間斷開或閉合的切換控制信號(hào)22。
DMSD系統(tǒng)可以同串聯(lián)切換電抗性阻抗一起工作，也可以同并聯(lián)切換電抗性阻抗一起工作。本發(fā)明的并聯(lián)和串聯(lián)結(jié)構(gòu)的完整設(shè)計(jì)分別表示在圖5和圖6中，DMSD系統(tǒng)同一個(gè)系統(tǒng)母線3相連，該系統(tǒng)母線3連接在傳輸線2、局部發(fā)電機(jī)和/或負(fù)載上?？梢允褂没虿皇褂靡粋€(gè)降壓變壓器12來以并聯(lián)結(jié)構(gòu)把機(jī)械開關(guān)和電抗性阻抗連接到該母線上。當(dāng)機(jī)械開關(guān)和電抗性阻抗可以較高時(shí)，根據(jù)特別是在超高壓的經(jīng)濟(jì)性的限制，而在DMSD系統(tǒng)中需要一個(gè)降壓變壓器。如圖5所示的那樣，電抗性阻抗14一般包括一個(gè)電容器15A或一個(gè)電感器15B。但是，應(yīng)當(dāng)知道，同一個(gè)機(jī)械開關(guān)相連的電抗性阻抗對(duì)于三相中的每相來說可以是相同的。這樣，圖5所示的電容器15A和電感器15B僅僅是分別舉例說明一個(gè)并聯(lián)電容性阻抗和一個(gè)電感性阻抗?？梢蕴峁﹣碜阅妇€3的近端測(cè)量17A和來自遠(yuǎn)端的發(fā)電機(jī)、母線等的遠(yuǎn)端測(cè)量17B而作為該控制器16的一個(gè)輸入信號(hào)，并由阻尼控制器進(jìn)行處理。也可以提供來自母線3和機(jī)械開關(guān)13的近端測(cè)量18A和來自遠(yuǎn)端的發(fā)電機(jī)、母線等的遠(yuǎn)端測(cè)量18B而作為該控制器16的一個(gè)輸入信號(hào)，而由同步切換控制器進(jìn)行處理。
在圖6所示的串聯(lián)結(jié)構(gòu)中，DMSD系統(tǒng)串聯(lián)連接到兩個(gè)電力系統(tǒng)母線3之間的一個(gè)電力系統(tǒng)傳輸連接部11上。串聯(lián)結(jié)構(gòu)的電抗性阻抗14也可以主要是電容性的，使用例如一個(gè)電容器15C；或者是電感性的，使用一個(gè)電感器15D。應(yīng)當(dāng)知道，一個(gè)機(jī)械開關(guān)一般使用三相，其中，每個(gè)電抗性阻抗基本上是相同的。來自母線3的近端測(cè)量17A和來自遠(yuǎn)端的發(fā)電機(jī)、母線等的遠(yuǎn)端測(cè)量17B可以作為控制器16的一個(gè)輸入信號(hào)，并由阻尼控制器進(jìn)行處理。來自母線3和機(jī)械開關(guān)13的近端測(cè)量18A和來自遠(yuǎn)端的發(fā)電機(jī)、母線等的遠(yuǎn)端測(cè)量18B也作為該控制器16的一個(gè)輸入信號(hào)，而由同步切換控制器進(jìn)行處理。
由DMSD系統(tǒng)的控制器所使用的電力系統(tǒng)參數(shù)最好使用現(xiàn)有的傳感器來進(jìn)行監(jiān)測(cè)，該傳感器包括例如電流、電壓和頻率傳感器。阻尼控制器19(圖4)具有近端測(cè)量17A和遠(yuǎn)端測(cè)量17B(圖5和圖6)作為輸入信號(hào)，近端測(cè)量17A和遠(yuǎn)端測(cè)量17B可以包括一個(gè)電力系統(tǒng)參數(shù)或多個(gè)電力系統(tǒng)參數(shù)的組合。例如，對(duì)應(yīng)于控制器的近端測(cè)量17A可以包括近端母線電壓(V)、所連接的傳輸線電流(I)、所連接的發(fā)電機(jī)角速度(ω)、近端頻率(f)和相角差(Δφ)。而且，遠(yuǎn)端測(cè)量17B可以包括遠(yuǎn)端母線電壓(V)、遠(yuǎn)端傳輸線電流(I)、遠(yuǎn)端發(fā)電機(jī)速度(ω)和遠(yuǎn)端母線頻率(f)。近端和/或遠(yuǎn)端監(jiān)測(cè)信號(hào)可以從傳感器中被進(jìn)行濾波并直接用作為給阻尼控制器19的輸入信號(hào)。而且，所測(cè)量的信號(hào)可以被用于合成輸入信號(hào)。合成器(未圖示)可以監(jiān)測(cè)近端電力系統(tǒng)參數(shù)以合成遠(yuǎn)端電力系統(tǒng)參數(shù)而用于輸入信號(hào)。
在圖7中表示出了根據(jù)本發(fā)明的阻尼控制概念的方框圖。輸入信號(hào)23之一例如發(fā)電機(jī)速度(ω)在由級(jí)23所提供的適當(dāng)信號(hào)條件之后由阻尼控制器19所接收，以把由速度傳感器所產(chǎn)生的原始角速度信號(hào)變換成一個(gè)速度偏差信號(hào)(Δω)24。圖8表示出了由阻尼控制器19所使用的一個(gè)典型的隨著系統(tǒng)干擾的速度偏差信號(hào)24。該速度偏差信號(hào)24由一個(gè)調(diào)制建立級(jí)25進(jìn)行處理，該調(diào)制建立級(jí)25可以由使用Laplace-變壓器或z-變壓器的線性傳輸函數(shù)級(jí)所組成。調(diào)制建立級(jí)25有效地對(duì)速度偏差信號(hào)24進(jìn)行濾波以產(chǎn)生一個(gè)代表所檢測(cè)電力振蕩的調(diào)制信號(hào)26，為了與處理和要求切換時(shí)間相關(guān)的延遲而調(diào)節(jié)該電力振蕩。這樣，調(diào)制信號(hào)26具有一個(gè)對(duì)應(yīng)于阻尼電力振蕩所需要的調(diào)制頻率的頻率和一個(gè)與電力振蕩的振幅相關(guān)的振幅。
一個(gè)電抗選擇器27同調(diào)制建立級(jí)25的輸出端相連，以接收調(diào)制信號(hào)26。該電抗選擇器最好根據(jù)DMSD系統(tǒng)中的可切換的固定電抗器的數(shù)量(即，根據(jù)由DMSD系統(tǒng)所使用的機(jī)械開關(guān)的數(shù)量)而由一級(jí)或多級(jí)組成。該電抗選擇器最好具有一個(gè)死區(qū)濾波器以禁止不需要的切換。電抗選擇器27的輸出是一個(gè)代表所需要的電抗性阻抗和阻尼電力振蕩所需要的調(diào)制頻率的電抗信號(hào)28。
圖9表示輸入電抗選擇器的調(diào)制信號(hào)26和作為電抗信號(hào)的合成輸出28的一個(gè)例子。當(dāng)電抗性阻抗14A＝10MVAr，14B＝20MVAr以及14C＝30MVAr時(shí)，使用圖4所示的DMSD系統(tǒng)就能獲得圖9所示的例子。當(dāng)使用該例子時(shí)，電抗選擇器能夠由電抗選擇器函數(shù)提供0，10，20，30，40，50和60MVAr級(jí)輸出。由于調(diào)制信號(hào)是一個(gè)連續(xù)信號(hào)，并且在DMSD系統(tǒng)中電抗輸出級(jí)可以是不連續(xù)的量(例如在該例子中的10～60MVAr)，電抗選擇器函數(shù)最好使用一個(gè)表查尋型特征來選擇與調(diào)制信號(hào)波形上一點(diǎn)相對(duì)應(yīng)的適當(dāng)?shù)碾娍剐宰杩馆敵?8。在電抗選擇中包括一個(gè)死區(qū)，以便于防止在該轉(zhuǎn)換點(diǎn)上同時(shí)進(jìn)行兩個(gè)電抗性阻抗輸出的選擇。注意根據(jù)特殊電力系統(tǒng)要求和DMSD系統(tǒng)的有效電抗性阻抗級(jí)來設(shè)計(jì)電抗選擇器函數(shù)是重要的。
然后由一個(gè)分配邏輯電路29來處理該電抗信號(hào)28，該分配邏輯電路29選擇DMSD系統(tǒng)的一個(gè)或多個(gè)適當(dāng)?shù)臋C(jī)械開關(guān)并在考慮到機(jī)械開關(guān)的動(dòng)作延遲的情況下來動(dòng)作，并且開關(guān)可以已經(jīng)被閉合或斷開。圖10是一個(gè)當(dāng)電抗性阻抗為并聯(lián)結(jié)構(gòu)時(shí)由分配邏輯電路29所執(zhí)行的處理步驟的流程圖的例子。在步驟40，電抗信號(hào)28被進(jìn)行處理和變換以識(shí)別在DMSD系統(tǒng)中的有效電抗性阻抗，該DMSD系統(tǒng)可以提供由電抗信號(hào)所指示的電抗以及特別是必須斷開和閉合的機(jī)械開關(guān)的組合。在步驟42檢測(cè)機(jī)械開關(guān)以決定是否根據(jù)在步驟40中所識(shí)別的開關(guān)組合來斷開或閉合機(jī)械開關(guān)。最好，保持一個(gè)狀態(tài)表以識(shí)別DMSD系統(tǒng)中的每個(gè)開關(guān)的電流狀態(tài)。使用這樣一個(gè)狀態(tài)表，就能使阻尼控制器容易地識(shí)別所有必須被閉合的開路的開關(guān)和所有必須被斷開的閉合開關(guān)，以根據(jù)在步驟40中所決定的斷開和閉合開關(guān)的組合來提供由電抗信號(hào)所指定的電抗。在步驟44，阻尼控制器給每個(gè)要閉合的開關(guān)產(chǎn)生一個(gè)閉合指令信號(hào)。在一個(gè)其中使用狀態(tài)表的優(yōu)選實(shí)施例中，阻尼控制器隨著每個(gè)切換動(dòng)作而修改狀態(tài)表。應(yīng)當(dāng)知道，如果電抗性阻抗是串聯(lián)結(jié)構(gòu)，圖10所示的流程圖相應(yīng)地被修改。
通過下述例子可以更容易地理解分配邏輯電路的動(dòng)作。對(duì)于該例子，假設(shè)圖4所示的DMSD系統(tǒng)具有在圖9中所指定的電抗性阻抗。進(jìn)而假定三相機(jī)械開關(guān)13A和13C被閉合以使10MVAr和30MVAr阻抗正在同電力系統(tǒng)相連接。如果由電抗信號(hào)所指示的電抗從40MVAr變到50MVAr，就必須通過斷開機(jī)械開關(guān)13A來把10MVAr的阻抗從系統(tǒng)中切除，并且必須通過閉合機(jī)械開關(guān)13B來把20MVAr的阻抗連接到系統(tǒng)中。機(jī)械開關(guān)13C將保持閉合。在該情況下，分配邏輯電路的輸出是一個(gè)給機(jī)械開關(guān)13B的閉合指令信號(hào)和一個(gè)給機(jī)械開關(guān)13A的斷開指令信號(hào)。應(yīng)當(dāng)知道，切換指令信號(hào)最好直接輸出給適當(dāng)?shù)耐角袚Q控制器20A、20B和20C，同步切換控制器20A、20B和20C交替地產(chǎn)生一個(gè)切換控制信號(hào)22以把各個(gè)三相機(jī)械開關(guān)13A、13B或13C初始化。
本發(fā)明認(rèn)為由機(jī)械開關(guān)反復(fù)地切換電抗性負(fù)載會(huì)導(dǎo)致對(duì)電力系統(tǒng)設(shè)備有危險(xiǎn)的電壓和電流切換瞬態(tài)等級(jí)。因而，DMSD系統(tǒng)最好具有一個(gè)同步切換控制器20以進(jìn)行下面詳細(xì)描述的同步切換。圖11是有同步切換控制器20執(zhí)行的步驟的流程圖。在步驟50，監(jiān)測(cè)各個(gè)系統(tǒng)參數(shù)，例如跨在母線上的電壓(圖5，部件3)或機(jī)械開關(guān)電流。下面將更詳細(xì)地描述各個(gè)系統(tǒng)參數(shù)的監(jiān)測(cè)。每個(gè)機(jī)械開關(guān)的動(dòng)作參數(shù)在步驟52被修改。只要沒有象在步驟54所決定的那樣從阻尼控制器接收到一個(gè)切換指令信號(hào)21，就重復(fù)進(jìn)行步驟50和52。
如果象在步驟54所決定的那樣檢測(cè)到一個(gè)切換指令信號(hào)，則在步驟56，該同步切換控制器瞄準(zhǔn)由切換指令信號(hào)所識(shí)別的機(jī)械開關(guān)的適當(dāng)斷開或閉合瞬間，以有效地同步斷開或閉合機(jī)械開關(guān)。一旦在步驟56中識(shí)別了斷開或閉合瞬間，則輸出一個(gè)切換控制信號(hào)58，來調(diào)節(jié)切換延遲和處理時(shí)間。
可以參照?qǐng)D12所示的的表而更容易地理解步驟50中的系統(tǒng)參數(shù)的監(jiān)測(cè)。該表根據(jù)電抗性阻抗的類型和開關(guān)的所需要?jiǎng)幼骷磳⒁獢嚅_或閉合的動(dòng)作來識(shí)別所要監(jiān)測(cè)的參數(shù)。如圖12所示的那樣，對(duì)于并聯(lián)電容器或電感器(圖5)，當(dāng)開關(guān)要被閉合時(shí)監(jiān)測(cè)母線電壓，并且當(dāng)開關(guān)要被斷開時(shí)監(jiān)測(cè)開關(guān)電流。如果電抗性阻抗的類型是串聯(lián)電容器或串聯(lián)電感器，當(dāng)開關(guān)將要斷開時(shí)，監(jiān)測(cè)或測(cè)量傳輸線電流。當(dāng)開關(guān)將要閉合時(shí)，監(jiān)測(cè)串聯(lián)電抗性阻抗電壓本身。
在圖13中表示出了在步驟52(圖11)用于決定機(jī)械開關(guān)動(dòng)作時(shí)間的詳細(xì)過程。許多商用機(jī)械開關(guān)受例如溫度、工作電壓以及存儲(chǔ)在操作機(jī)構(gòu)內(nèi)的能量等變量的影響。特別是，這些變量影響機(jī)械開關(guān)的動(dòng)作時(shí)間，即斷開或閉合開關(guān)所需要的時(shí)間的量。用于斷開和閉合商用機(jī)械開關(guān)的預(yù)定基礎(chǔ)動(dòng)作時(shí)間被預(yù)先建立，以確定這些變量的值。在變量值上的變化根據(jù)預(yù)定公式而改變這些基礎(chǔ)動(dòng)作時(shí)間。
在圖13中的步驟60中，最好使用適當(dāng)?shù)奶綔y(cè)器和變換器來測(cè)量工作參數(shù)例如溫度、加在操作機(jī)構(gòu)上的控制電壓和存儲(chǔ)在操作機(jī)構(gòu)中的能量，并作為輸入信號(hào)提供給同步切換控制器(圖4，部件18和圖5、6，部件18A)。在步驟62中根據(jù)特殊機(jī)械開關(guān)和預(yù)定公式來計(jì)算使用步驟60中所獲得的測(cè)量的定時(shí)調(diào)節(jié)。然后在步驟64中由在步驟62中計(jì)算的定時(shí)調(diào)節(jié)來調(diào)節(jié)基礎(chǔ)動(dòng)作時(shí)間。該基礎(chǔ)動(dòng)作時(shí)間被反復(fù)修改，直到機(jī)械開關(guān)象步驟66中所決定的那樣被驅(qū)動(dòng)為止。
如果機(jī)械開關(guān)只是象步驟66中所決定的那樣斷開，由同步切換控制器執(zhí)行步驟68、70和72。但是，如果機(jī)械開關(guān)只是象步驟66中所決定的那樣閉合，由同步切換控制器執(zhí)行步驟74、76和78。步驟68和70以及步驟74和76決定與其瞬間相關(guān)的定時(shí)誤差，在步驟56中(圖11)，開關(guān)瞄準(zhǔn)相對(duì)于該瞬間的開關(guān)實(shí)際斷開或閉合以斷開或閉合。例如，可以使用連接在機(jī)械開關(guān)上的輔助開關(guān)來決定該瞬間，在步驟68中一個(gè)機(jī)械開關(guān)實(shí)際斷開。在步驟70中，該瞬間被同所瞄準(zhǔn)的瞬間進(jìn)行比較，以決定其定時(shí)誤差。作為替代，一個(gè)運(yùn)動(dòng)變換器可以活動(dòng)地連接到機(jī)械聯(lián)桿上進(jìn)而連接到斷流器上，以監(jiān)測(cè)載流觸頭的實(shí)際運(yùn)動(dòng)，來識(shí)別開關(guān)斷開的瞬間。在步驟74中監(jiān)測(cè)開關(guān)電流以決定開關(guān)閉合的實(shí)際瞬間。下面詳細(xì)描述用于瞄準(zhǔn)斷開或閉合開關(guān)的一個(gè)瞬間的過程。
一旦在步驟70或76中建立了定時(shí)誤差，適當(dāng)?shù)幕A(chǔ)動(dòng)作時(shí)間將被調(diào)節(jié)以補(bǔ)償該定時(shí)誤差。應(yīng)當(dāng)知道，在為了優(yōu)化系統(tǒng)穩(wěn)定性而調(diào)節(jié)該基礎(chǔ)之前，對(duì)該定時(shí)誤差進(jìn)行濾波或平衡。這樣，最好在步驟72或78中處理該定時(shí)誤差以在步驟80中調(diào)節(jié)該基礎(chǔ)動(dòng)作時(shí)間。在為了該測(cè)量的定時(shí)誤差而已經(jīng)適當(dāng)?shù)卣{(diào)節(jié)了基礎(chǔ)動(dòng)作時(shí)間之后，同步控制器重復(fù)步驟60、62和64，直到在步驟66決定的下一個(gè)切換動(dòng)作為止。
同步切換方案進(jìn)行尋找而以適當(dāng)?shù)乃查g斷開或閉合機(jī)械開關(guān)，以使切換瞬態(tài)等級(jí)最小。同步閉合的主要目的是把閉合瞬態(tài)減至最小，而在重復(fù)進(jìn)行電力振蕩阻尼所需要的閉合動(dòng)作期間防止系統(tǒng)設(shè)備損壞。需要同步斷開來提供增加的安全度，當(dāng)相對(duì)于隨著電流中斷出現(xiàn)在機(jī)械開關(guān)兩端上的峰值瞬態(tài)恢復(fù)電壓的比較高的幅值、比較短的時(shí)間在斷開過程中可能超過開關(guān)氣隙的介電耐受能力時(shí)，防止當(dāng)切換電容性和電感性負(fù)載時(shí)由機(jī)械開關(guān)產(chǎn)生的二次觸發(fā)和二次拉弧。可以使用同步斷開的方案來有效地延長(zhǎng)放電時(shí)間并提供隨著電流中斷的開關(guān)氣隙的介電性能。
瞄準(zhǔn)與同步斷開和閉合目標(biāo)一致地?cái)嚅_或閉合機(jī)械開關(guān)(圖11中的步驟56)的瞬間取決于由該機(jī)械開關(guān)連接到電力系統(tǒng)上的電抗性阻抗的類型。圖14表示了一個(gè)表，列出了對(duì)于每種類型的電抗性阻抗所需要的的切換瞬間。例如，當(dāng)所監(jiān)測(cè)的電流(圖12)到達(dá)零時(shí)，對(duì)于所有類型的電抗性阻抗，所需要的斷開瞬間出現(xiàn)。相反，對(duì)于并聯(lián)電容器電抗，所需要的閉合瞬間對(duì)應(yīng)于機(jī)械開關(guān)兩端的所監(jiān)測(cè)的電壓到達(dá)零的瞬間。對(duì)于串聯(lián)電感器，所需要的閉合瞬間對(duì)應(yīng)于所測(cè)量的母線電壓到達(dá)峰值的瞬間。串聯(lián)電容器具有一個(gè)對(duì)應(yīng)于電容器兩端所測(cè)量的電壓到達(dá)零的瞬間的所需要的閉合瞬間。串聯(lián)電感器具有一個(gè)對(duì)應(yīng)于電感器兩端所測(cè)量的電壓到達(dá)峰值的瞬間的所需要的閉合瞬間。
對(duì)于并聯(lián)電容器的反復(fù)同步閉合的一個(gè)特別考慮包括由于最后斷開動(dòng)作而使被捕獲的電荷留載并聯(lián)電容器上的原因。由于在此情況下同步閉合的目標(biāo)是要在機(jī)械開關(guān)兩端的電壓為零或附近時(shí)進(jìn)行閉合，則在電容器兩側(cè)上的電壓測(cè)量就能被用于決定用于該同步閉合動(dòng)作的零電壓切換瞄準(zhǔn)。但是，該方法增加了系統(tǒng)的整體復(fù)雜性而不是需要的。因而，根據(jù)本發(fā)明，認(rèn)識(shí)到并聯(lián)電容器被指定用于高壓短路器，而通過一個(gè)內(nèi)部放電電阻以在大約5分鐘之后剩余大約50V或更少的速率使被捕獲的電荷衰減。對(duì)于電力振蕩阻尼所需要的比較頻繁的動(dòng)作(大約每0.5秒至大約每5秒)，則可以誤差很小地假定被捕獲的電荷在斷開以后流下直到電容器組再次閉合為止。在斷開動(dòng)作期間能夠由所監(jiān)測(cè)的電流來識(shí)別所捕獲的電荷的極性，并決定是否在正向電流過零點(diǎn)或負(fù)向電流過零點(diǎn)上中斷電容性電流。當(dāng)該衰減不是可以忽略不計(jì)時(shí)，可以使用一個(gè)RC時(shí)間常數(shù)衰減來補(bǔ)償在并聯(lián)電容器中所捕獲的電荷。
圖15表示出了對(duì)于用于阻尼電力振蕩的并聯(lián)電容器的反復(fù)切換的由同步切換控制器所執(zhí)行的步驟的流程圖。當(dāng)從阻尼控制器接收到對(duì)一個(gè)特殊機(jī)械開關(guān)的閉合指令信號(hào)時(shí)，在步驟85，該同步切換控制器決定開關(guān)是否在一個(gè)預(yù)定時(shí)間周期內(nèi)已經(jīng)斷開。該預(yù)定周期應(yīng)當(dāng)對(duì)應(yīng)于電容器以最小衰減保持其電荷的時(shí)間周期，即大約5秒。如果機(jī)械開關(guān)在該預(yù)定時(shí)間周期內(nèi)仍未斷開，在步驟87中，為了閉合所瞄準(zhǔn)的瞬間對(duì)應(yīng)于當(dāng)母線電壓到達(dá)零時(shí)的瞬間。如果機(jī)械開關(guān)在該預(yù)定時(shí)間周期內(nèi)已經(jīng)斷開，在步驟89中，該同步切換控制器決定在斷開動(dòng)作之前和期間所監(jiān)測(cè)的電流是否是正向的或負(fù)向的。應(yīng)當(dāng)知道，電容器電壓滯后電容器電流90°。因而，如果所監(jiān)測(cè)的電流是正向的，則如圖16所示的那樣，在預(yù)定時(shí)間周期內(nèi)，并聯(lián)電容器具有接近最大的負(fù)電荷。反之，如果所監(jiān)測(cè)的電流是負(fù)向的，在預(yù)定時(shí)間周期內(nèi)，并聯(lián)電容器具有接近最大的正電荷。這樣，為了補(bǔ)償該所存儲(chǔ)的電荷，在步驟90中，瞄準(zhǔn)在正向電流期間隨著一次斷開的同步閉合的瞬間是該母線電壓負(fù)峰值。同樣，在步驟91中，瞄準(zhǔn)母線電壓正峰值，作為在負(fù)向電流期間為了補(bǔ)償一次斷開之后所存儲(chǔ)的電荷的閉合瞬間。
根據(jù)本發(fā)明的阻尼控制器最好使用一個(gè)微處理器，例如Intel 80386或80486。根據(jù)本發(fā)明的同步切換控制器最好使用一個(gè)專用微處理器芯片例如Intel 80C196或一個(gè)數(shù)字信號(hào)處理芯片例如Motorola 56002。本發(fā)明的一個(gè)新穎的特征是根據(jù)DMSD系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)來構(gòu)成控制器。例如，一個(gè)特殊的DMSD系統(tǒng)可以使用大量的機(jī)械開關(guān)，而每個(gè)機(jī)械開關(guān)能夠把一個(gè)特殊的電抗性阻抗連接到電力系統(tǒng)中。在這樣一個(gè)多極開關(guān)DMSD系統(tǒng)中，由每個(gè)機(jī)械開關(guān)所連接的電抗性阻抗具有不同的大小，可以通過例如并聯(lián)電容器、串聯(lián)電感器等來變化。這樣，根據(jù)本發(fā)明，該控制器處理器最好用DMSD結(jié)構(gòu)來進(jìn)行初始化。一個(gè)可編程只讀存儲(chǔ)器(PROM)器件可以連接到該處理器上，而用于該目的。另外，該處理器最好用基礎(chǔ)動(dòng)作時(shí)間來進(jìn)行初始化，并預(yù)先決定與DMSD系統(tǒng)中的每個(gè)機(jī)械開關(guān)相關(guān)的定時(shí)調(diào)節(jié)公式。該信息也可以存儲(chǔ)在同處理器相連接的相同PROM器件或不同PROM器件中。作為替代方案，用于各種公知的基礎(chǔ)動(dòng)作時(shí)間和定時(shí)調(diào)節(jié)公式可以存儲(chǔ)在用處理器相連的一個(gè)RAM中，以使一旦該類型的機(jī)械開關(guān)被識(shí)別，處理器能夠從該RAM讀入相應(yīng)的動(dòng)作標(biāo)準(zhǔn)。應(yīng)當(dāng)知道，幾個(gè)實(shí)施例可以形成根據(jù)本發(fā)明的控制器。
根據(jù)本發(fā)明的DMSD系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)是很多的。該DMSD系統(tǒng)使用具有由現(xiàn)有技術(shù)所說明功能的機(jī)械開關(guān)，來進(jìn)行電力振蕩阻尼。特別是，這些需要包括具有一個(gè)快速重復(fù)速率(少于大約2.5秒)的更快的動(dòng)作時(shí)間(少于大約80毫秒)和以該動(dòng)作和重復(fù)速率提供許多連續(xù)動(dòng)作(最好至少3)的能力。與以閘流晶體管為基礎(chǔ)的系統(tǒng)相比，該DMSD系統(tǒng)在應(yīng)用電壓上沒有限制，并極大地減小或消除了在這樣的閘流晶體管開關(guān)系統(tǒng)中所使用的降壓變壓器的需要。由于在閘流晶體管開關(guān)系統(tǒng)上的這些改進(jìn)，DMSD系統(tǒng)減小了復(fù)雜性，而可以把其更容易地移到電力系統(tǒng)中的更多的合適位置上，以容納系統(tǒng)的擴(kuò)容或其他需要重新定位的變化。在復(fù)雜性上的降低可以容易地進(jìn)行翻新改進(jìn)以用該機(jī)械開關(guān)形成電抗補(bǔ)償系統(tǒng)(串聯(lián)或并聯(lián))和適當(dāng)?shù)目刂?，以把這些安裝變換成一個(gè)DMSD系統(tǒng)。當(dāng)開關(guān)閉合時(shí)，與閘流晶體管開關(guān)相比，使用機(jī)械開關(guān)減小了連續(xù)損耗。
機(jī)械開關(guān)的該新的使用提供了以類似的方法緩解其他電力系統(tǒng)現(xiàn)象的機(jī)會(huì)，例如隨著電力系統(tǒng)干擾而產(chǎn)生的瞬態(tài)穩(wěn)定性問題。瞬態(tài)穩(wěn)定性的改善，在電力系統(tǒng)干擾期間需要一個(gè)快速插入時(shí)間和在適當(dāng)?shù)南到y(tǒng)位置上能夠反復(fù)地切換一個(gè)電抗性阻抗，以保持電力系統(tǒng)的穩(wěn)定性。該切換時(shí)間的要求和速度可以快于電力振蕩阻尼所需要的，但是其仍能夠使用DMSD系統(tǒng)來實(shí)現(xiàn)。
該DMSD系統(tǒng)也可以用于串聯(lián)或并聯(lián)結(jié)構(gòu)的閘流晶體管補(bǔ)償系統(tǒng)，并提供一個(gè)最佳成本的有效系統(tǒng)，以緩解許多電力系統(tǒng)問題，例如在一個(gè)單一系統(tǒng)中的瞬態(tài)穩(wěn)定性、快速電壓控制和電力振蕩阻尼。該增強(qiáng)的類型可以被制造成一個(gè)新的設(shè)備或作為對(duì)一個(gè)閘流晶體管開關(guān)系統(tǒng)的翻新改造的一部分。
該DMSD系統(tǒng)也提供了一個(gè)多級(jí)的最佳結(jié)構(gòu)和使用該雙切換方案的級(jí)尺寸，在各級(jí)中切換一定數(shù)量的固定電抗性阻抗，以提供具有所安裝的固定電抗性阻抗的雙補(bǔ)償?shù)难a(bǔ)償?shù)燃?jí)。例如，假定一個(gè)并聯(lián)補(bǔ)償系統(tǒng)包括10、20和30MVAr的電抗補(bǔ)償?shù)燃?jí)，該DMSD系統(tǒng)可以被控制以通過插入和切除三級(jí)固定電抗補(bǔ)償?shù)母鞣N組合來提供0、10、20、30、40、50和60MVAr的切換補(bǔ)償?shù)燃?jí)。
雖然本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例已經(jīng)進(jìn)行了表示和說明，但是，應(yīng)當(dāng)知道，本領(lǐng)域的技術(shù)人員可以在不背離本發(fā)明的精神的條件下進(jìn)行改進(jìn)和變化，本發(fā)明的范圍由所附權(quán)利要求書限定。
權(quán)利要求
1.一種動(dòng)態(tài)機(jī)械切換阻尼系統(tǒng)(DMSD)，同一個(gè)用于檢測(cè)包括電力系統(tǒng)的電力振蕩的各種預(yù)定條件的一個(gè)檢測(cè)裝置相連，該電力系統(tǒng)具有用于連接電力發(fā)電機(jī)和負(fù)載的傳輸線，其特征在于，所述動(dòng)態(tài)機(jī)械切換阻尼系統(tǒng)(DMSD)包括一個(gè)機(jī)械開關(guān)，同所述電力系統(tǒng)相連以電氣斷開和閉合所述電力系統(tǒng)的至少一個(gè)電抗性阻抗；和一個(gè)控制器，同所述檢測(cè)裝置和所述機(jī)械開關(guān)相連，用于控制所述機(jī)械開關(guān)的動(dòng)作以對(duì)由所述檢測(cè)裝置所檢測(cè)的電力振蕩進(jìn)行阻尼。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的動(dòng)態(tài)機(jī)械切換阻尼系統(tǒng)(DMSD)，其特征在于，由所述機(jī)械開關(guān)的動(dòng)作產(chǎn)生瞬態(tài)電壓和電流，所述控制器進(jìn)一步控制所述機(jī)械開關(guān)的動(dòng)作以便于使所述瞬態(tài)電壓和電流最小。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的動(dòng)態(tài)機(jī)械切換阻尼系統(tǒng)(DMSD)，其特征在于，所述檢測(cè)裝置提供一個(gè)代表所述各種預(yù)定條件的測(cè)量信號(hào)的輸出信號(hào)，并且所述控制器包括一個(gè)阻尼控制器，同所述檢測(cè)裝置相連以接收所述測(cè)量信號(hào)的輸入，并且根據(jù)所述測(cè)量信號(hào)而產(chǎn)生代表阻尼控制信息的開關(guān)指令信號(hào)；和一個(gè)切換控制器，同所述阻尼控制器、所述機(jī)械開關(guān)和所述檢測(cè)裝置相連，所述切換控制器具有所述指令信號(hào)和所述測(cè)量信號(hào)的輸入，并且根據(jù)所述指令信號(hào)和所述測(cè)量信號(hào)來產(chǎn)生輸出給所述機(jī)械開關(guān)的切換控制信號(hào)，所述切換控制信號(hào)根據(jù)阻尼控制信息來響應(yīng)所述機(jī)械開關(guān)的動(dòng)作。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的動(dòng)態(tài)機(jī)械切換阻尼系統(tǒng)(DMSD)，其特征在于，所述電力系統(tǒng)具有3相電力特性，所述機(jī)械開關(guān)包括三個(gè)斷流開關(guān)，每個(gè)所述斷流開關(guān)與所述三相中的一個(gè)相對(duì)應(yīng)；一個(gè)操作機(jī)構(gòu)，同所述控制器相連，并同每個(gè)所述斷流開關(guān)相連，用于使每個(gè)所述斷流開關(guān)獨(dú)立地動(dòng)作以斷開和閉合。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的動(dòng)態(tài)機(jī)械切換阻尼系統(tǒng)(DMSD)，其特征在于，所述檢測(cè)裝置測(cè)量電流和電壓水平，并提供一個(gè)測(cè)量信號(hào)的輸出，該測(cè)量信號(hào)包括一個(gè)代表所測(cè)量的電流的電流測(cè)量信號(hào)和一個(gè)代表所測(cè)量的電壓的電壓測(cè)量信號(hào)，所述機(jī)械開關(guān)的所述動(dòng)作與所述測(cè)量信號(hào)具有同步關(guān)系。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的動(dòng)態(tài)機(jī)械切換阻尼系統(tǒng)(DMSD)，其特征在于，進(jìn)一步包括一個(gè)電抗性阻抗，通過所述機(jī)械開關(guān)的動(dòng)作而同電力系統(tǒng)電氣連接。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的動(dòng)態(tài)機(jī)械切換阻尼系統(tǒng)(DMSD)，其特征在于，所述電抗性阻抗以并聯(lián)結(jié)構(gòu)進(jìn)行電連接。
8.根據(jù)權(quán)利要求6所述的動(dòng)態(tài)機(jī)械切換阻尼系統(tǒng)(DMSD)，其特征在于，所述電抗性阻抗以串聯(lián)結(jié)構(gòu)進(jìn)行電連接。
9.根據(jù)權(quán)利要求6所述的動(dòng)態(tài)機(jī)械切換阻尼系統(tǒng)(DMSD)，其特征在于，所述電抗性阻抗是電容性的。
10.根據(jù)權(quán)利要求6所述的動(dòng)態(tài)機(jī)械切換阻尼系統(tǒng)(DMSD)，其特征在于，所述電抗性阻抗是電感性的。
11.根據(jù)權(quán)利要求6所述的動(dòng)態(tài)機(jī)械切換阻尼系統(tǒng)(DMSD)，其特征在于，所述控制器可以根據(jù)所述電抗性阻抗是電容性的還是電感性的以及所述電抗性阻抗是以并聯(lián)結(jié)構(gòu)還是以串聯(lián)結(jié)構(gòu)同所述電力系統(tǒng)相連而構(gòu)成。
12.根據(jù)權(quán)利要求11所述的動(dòng)態(tài)機(jī)械切換阻尼系統(tǒng)(DMSD)，其特征在于，所述動(dòng)態(tài)機(jī)械切換阻尼系統(tǒng)(DMSD)通過一條母線同所述電力系統(tǒng)相連，所述控制器可以根據(jù)電抗性阻抗同電力系統(tǒng)相連接的類型而進(jìn)一步構(gòu)成為把初始化所述機(jī)械開關(guān)的動(dòng)作以對(duì)應(yīng)于下述情況之一(1)在母線上的零電壓；和(2)在母線上的最大電壓。
13.根據(jù)權(quán)利要求1所述的動(dòng)態(tài)機(jī)械切換阻尼系統(tǒng)(DMSD)，其特征在于，所述測(cè)量信號(hào)中的一個(gè)代表至少一個(gè)發(fā)電機(jī)的角速度偏差，并確定一個(gè)速度偏差信號(hào)，所述控制器包括一個(gè)調(diào)制建立級(jí)，接收所述速度偏差信號(hào)的一個(gè)輸入并處理所述信號(hào)以產(chǎn)生一個(gè)調(diào)制信號(hào)，該調(diào)制信號(hào)具有一個(gè)與需要對(duì)所述電力振蕩進(jìn)行阻尼的頻率相關(guān)的頻率和一個(gè)與所述電力振蕩的幅值相關(guān)的幅值。
14.根據(jù)權(quán)利要求13所述的動(dòng)態(tài)機(jī)械切換阻尼系統(tǒng)(DMSD)，其特征在于，進(jìn)一步包括多個(gè)機(jī)械開關(guān)；多個(gè)電抗性阻抗，每個(gè)所述電抗性阻抗通過所述多個(gè)機(jī)械開關(guān)中對(duì)應(yīng)的一個(gè)同所述電力系統(tǒng)相連；并且所述控制器進(jìn)一步包括一個(gè)電抗選擇器，同所述調(diào)制建立級(jí)相連，用于處理所述調(diào)制信號(hào)以產(chǎn)生一個(gè)代表所述電抗性阻抗的電抗信號(hào)和一個(gè)阻尼所述電力振蕩所需要的調(diào)制頻率；和一個(gè)分配邏輯電路，同所述電抗選擇器相連，以接收所述電抗信號(hào)作為一個(gè)輸入，并處理所述電抗信號(hào)以產(chǎn)生至少一個(gè)切換指令信號(hào)，該切換指令信號(hào)識(shí)別多個(gè)所述機(jī)械開關(guān)中的一個(gè)是將要?jiǎng)幼鞯牟⒆R(shí)別其頻率以使所述一個(gè)機(jī)械開關(guān)動(dòng)作。
15.根據(jù)權(quán)利要求14所述的動(dòng)態(tài)機(jī)械切換阻尼系統(tǒng)(DMSD)，其特征在于，所述控制器能夠用系統(tǒng)結(jié)構(gòu)信息進(jìn)行編程，所述系統(tǒng)結(jié)構(gòu)信息包括機(jī)械開關(guān)的數(shù)量；通過每個(gè)所述機(jī)械開關(guān)同電力系統(tǒng)相連接的電抗性阻抗的大?。煌ㄟ^每個(gè)所述機(jī)械開關(guān)同電力系統(tǒng)相連接的電抗性阻抗的類型；和通過每個(gè)所述機(jī)械開關(guān)同電力系統(tǒng)相連接的每個(gè)電抗性阻抗中的結(jié)構(gòu)。
16.使用一個(gè)機(jī)械開關(guān)來阻尼電力振蕩的控制器，所述電力振蕩以頻率和振幅為特征，所述控制器包括一個(gè)阻尼控制裝置，用于接收與所述電力振蕩的所述頻率和振幅相關(guān)的測(cè)量信號(hào)的輸入，并用于根據(jù)所述測(cè)量信號(hào)而產(chǎn)生代表阻尼所述電力振蕩所需要的電抗和調(diào)制頻率的切換指令信號(hào)；和一個(gè)切換控制裝置，同所述阻尼控制裝置相連，以接收所述切換指令信號(hào)的輸入，并用于產(chǎn)生輸出給所述機(jī)械開關(guān)的切換控制信號(hào)，由此使所述機(jī)械開關(guān)動(dòng)作而以與所述調(diào)制頻率相關(guān)的速率切換所述電抗。
17.一種阻尼電力系統(tǒng)中的電力振蕩的方法，隨著電力干擾通過機(jī)械切換同電力系統(tǒng)相連接的電抗性阻抗來進(jìn)行阻尼，其特征在于，包括下列步驟監(jiān)測(cè)電力系統(tǒng)的參數(shù)；根據(jù)所監(jiān)測(cè)的參數(shù)來檢測(cè)電力振蕩，以檢測(cè)并確定與所檢測(cè)的電力振蕩相同；響應(yīng)于所檢測(cè)的電力振蕩來產(chǎn)生切換控制信號(hào)，所述控制信號(hào)代表一個(gè)所選擇的電抗性阻抗和一個(gè)頻率，用于切換所述所選擇的電抗性阻抗以阻尼所述電力振蕩；根據(jù)這樣監(jiān)測(cè)的參數(shù)來決定一個(gè)瞬間，以切換所述所選擇的電抗性阻抗而使瞬態(tài)電壓和電流的產(chǎn)生最小，并確定所述瞬間來作為一個(gè)切換瞬間；和在大約所述切換瞬間，響應(yīng)于所述切換控制信號(hào)來使一個(gè)機(jī)械開關(guān)動(dòng)作，以對(duì)所檢測(cè)的電力振蕩進(jìn)行阻尼。
18.根據(jù)權(quán)利要求17所述的方法，其中，所述電抗性阻抗至少包括下列類型中的一種并聯(lián)電容器；并聯(lián)電感器；串聯(lián)電容器；和串聯(lián)電感器。
19.根據(jù)權(quán)利要求17所述的方法，其中，一個(gè)母線把所述機(jī)械開關(guān)連接到所述電力系統(tǒng)的一個(gè)傳輸線上，所述監(jiān)測(cè)電力系統(tǒng)的參數(shù)的步驟包括下列步驟監(jiān)測(cè)每個(gè)機(jī)械開關(guān)的動(dòng)作，以識(shí)別所述機(jī)械開關(guān)何時(shí)斷開和所述機(jī)械開關(guān)何時(shí)閉合；當(dāng)所述電抗性阻抗的類型是所述并聯(lián)電容器和所述并聯(lián)電感器以及所述機(jī)械開關(guān)的斷開時(shí)，檢測(cè)跨在所述母線上的電壓；當(dāng)所述電抗性阻抗的類型是所述并聯(lián)電容器和所述并聯(lián)電感器以及所述機(jī)械開關(guān)的閉合時(shí)，檢測(cè)所述機(jī)械開關(guān)中的電流；當(dāng)所述電抗性阻抗的類型是所述串聯(lián)電容器和所述串聯(lián)電感器以及所述機(jī)械開關(guān)的斷開時(shí)，檢測(cè)所述傳輸線中的電流；當(dāng)所述電抗性阻抗的類型是所述串聯(lián)電容器和所述串聯(lián)電感器以及所述機(jī)械開關(guān)的閉合時(shí)，檢測(cè)所述電抗性阻抗兩端的電壓。
20.根據(jù)權(quán)利要求19所述的方法，其中，所述決定所述切換瞬間的步驟包括下列步驟根據(jù)正在檢測(cè)的電流來確定一個(gè)斷開瞬間；和根據(jù)正在檢測(cè)的電壓來確定一個(gè)閉合瞬間。
21.根據(jù)權(quán)利要求17所述的方法，其中，所述電力系統(tǒng)包括通過傳輸線同負(fù)載相連接的發(fā)電機(jī)，所述監(jiān)測(cè)所述電力系統(tǒng)的參數(shù)的步驟包括下列步驟決定至少一個(gè)發(fā)電機(jī)的角速度偏差；和檢測(cè)所述電力系統(tǒng)的電壓和電流特性。
22.根據(jù)權(quán)利要求21所述的方法，其中，所述檢測(cè)所述電力振蕩的步驟包括下列步驟根據(jù)所述角速度偏差和所述電壓和電流特性而產(chǎn)生一個(gè)調(diào)制信號(hào)；通過一個(gè)死區(qū)濾波器而濾除所述調(diào)制信號(hào)，當(dāng)沒有檢測(cè)到電力振蕩時(shí)，所述死區(qū)濾波器的輸出實(shí)際上為零。
23.根據(jù)權(quán)利要求22所述的方法，其中，所述發(fā)生所述切換控制信號(hào)，決定所述切換瞬間以及驅(qū)動(dòng)所述機(jī)械開關(guān)的步驟包括下列步驟根據(jù)所述調(diào)制信號(hào)選擇多個(gè)電抗性阻抗中的一個(gè)，并確定與所述所選擇的電抗性阻抗相同；產(chǎn)生一個(gè)電抗信號(hào)，該電抗信號(hào)識(shí)別所選擇的電抗性阻抗和一個(gè)對(duì)應(yīng)于用于切換所述所選擇電抗頻率的調(diào)制頻率；根據(jù)所述所選擇的電抗性阻抗識(shí)別多個(gè)機(jī)械開關(guān)中所要?jiǎng)幼鞯哪莻€(gè)，并確定與所選擇的開關(guān)相同；識(shí)別用于每個(gè)所選擇的開關(guān)的所述切換瞬間，以使每個(gè)所述所選擇的開關(guān)同步動(dòng)作；建立一個(gè)與每個(gè)所述所選擇的開關(guān)相關(guān)的切換延遲；根據(jù)為所對(duì)應(yīng)的開關(guān)所建立的所述切換延遲而在一個(gè)瞬間產(chǎn)生一個(gè)用于每個(gè)所選擇的開關(guān)的切換控制信號(hào)。
24.根據(jù)權(quán)利要求17所述的方法，其中，所述機(jī)械開關(guān)能夠在少于大約2.5秒中產(chǎn)生連續(xù)動(dòng)作。
25.根據(jù)權(quán)利要求24所述的方法，其中，所述電抗性阻抗是一個(gè)并聯(lián)電容器，所述檢測(cè)用于一個(gè)閉合動(dòng)作的切換瞬間的步驟包括下列步驟識(shí)別所述機(jī)械開關(guān)的最先斷開動(dòng)作是否發(fā)生在正向電流上，如果是，則確定閉合瞬間為一個(gè)母線電壓的負(fù)峰值；和別所述機(jī)械開關(guān)的最先斷開動(dòng)作是否發(fā)生在負(fù)向電流上，如果是，則確定閉合瞬間為所述母線電壓的正峰值。
全文摘要
一種動(dòng)態(tài)機(jī)械切換阻尼系統(tǒng)(DMSD),使用一個(gè)或多個(gè)機(jī)械開關(guān)和適當(dāng)?shù)目刂?來切換串聯(lián)或并聯(lián)的電抗性阻抗(14),以便于在電力系統(tǒng)中提供電力振蕩阻尼。該DMSD系統(tǒng)具有一個(gè)控制器(16),該控制器(16)能夠根據(jù)DMSD系統(tǒng)中的機(jī)械開關(guān)的數(shù)量、通過每個(gè)開關(guān)連接到電力系統(tǒng)上的電抗性阻抗的類型和每個(gè)電抗性阻抗的大小來構(gòu)成。該DMSD系統(tǒng)監(jiān)測(cè)電力系統(tǒng)(17、18)的參數(shù),控制器根據(jù)所監(jiān)測(cè)的參數(shù)而產(chǎn)生一個(gè)調(diào)制信號(hào)。該調(diào)制信號(hào)被進(jìn)行處理以識(shí)別阻尼電力振蕩所需要的DMSD系統(tǒng)電抗性阻抗的電抗性阻抗。選擇適當(dāng)?shù)拈_關(guān)(32)來提供所需要的電抗性阻抗。發(fā)生一個(gè)切換控制信號(hào),并輸出給每個(gè)所選擇的開關(guān)而在一個(gè)預(yù)定的瞬間同步地?cái)嚅_或閉合。
文檔編號(hào)H02K11/00GK1178610SQ96191649
公開日1998年4月8日 申請(qǐng)日期1996年1月29日 優(yōu)先權(quán)日1996年1月29日
發(fā)明者阿夫特布·H·汗, 威利·K·翁, 凱文·J·蒂姆科, 約翰·G·雷克萊夫 申請(qǐng)人:Abbt & D動(dòng)力有限公司