電力系統(tǒng)控制的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明設(shè)及一種用于監(jiān)控電力系統(tǒng)的裝置、方法和計(jì)算機(jī)程序。更具體地，本發(fā)明 設(shè)及在系統(tǒng)擾動(dòng)的情況下控制電力系統(tǒng)的電力潮流和電壓。
【背景技術(shù)】
[0002] 電力系統(tǒng)或電網(wǎng)通常包括通過傳輸線互連的多個(gè)電力總線。圖1示出了 IE邸14-總線系統(tǒng)10的示例，其中，總線Bus UBus 2、…、Bus 14通過傳輸線12互連。發(fā)電機(jī)G向一些 總線(諸如Bus巧郵US 2)提供電力，與此同時(shí)，負(fù)載L從一些總線汲取電力。另外，一些總線 具有同步調(diào)相機(jī)(Condenser)C,同步調(diào)相機(jī)C用于產(chǎn)生或吸收調(diào)節(jié)電壓或提高電網(wǎng)中的功 率因數(shù)所需的能量。此外，如圖1中所示，一些傳輸線12可W包括變壓器T，變壓器T用于降低 或增加總線之間的電壓。如圖1中所示，電網(wǎng)可W包括一個(gè)或多個(gè)變電站16。變電站16被示 為包括總線4、7、8和9W及相關(guān)聯(lián)的傳輸線12和運(yùn)些總線之間的變壓器T。
[0003] 期望電力系統(tǒng)在穩(wěn)定狀態(tài)下運(yùn)轉(zhuǎn)。然而，因?yàn)椴荒鼙苊庀到y(tǒng)擾動(dòng)，所W電力系統(tǒng)幾 乎總是不得不在瞬態(tài)條件下工作。當(dāng)發(fā)生系統(tǒng)擾動(dòng)時(shí)，系統(tǒng)中的電力潮流(power flow)、電 壓和電流會(huì)非?？斓刈兓?，電力系統(tǒng)可能不穩(wěn)定。在快速瞬態(tài)條件的情況下，必需進(jìn)行電力 系統(tǒng)的控制W使系統(tǒng)穩(wěn)定。運(yùn)種控制可W通過若干控制功能(諸如頻率穩(wěn)定控制、電壓穩(wěn)定 控制、瞬態(tài)穩(wěn)定控制和系統(tǒng)振蕩控制）W及電力系統(tǒng)元件保護(hù)方案和系統(tǒng)范圍自動(dòng)化保護(hù) 方案（叫做系統(tǒng)完整性保護(hù)方案(SIPS))和/或使用現(xiàn)代電力系統(tǒng)中的FACTS(靈活A(yù)C傳輸系 統(tǒng))設(shè)備和/或HVDC(高壓DC)和/或HVDC電網(wǎng)來進(jìn)行。FACTS通常是基于電力電子的系統(tǒng)，在 現(xiàn)代工業(yè)中廣泛地用于控制電網(wǎng)。
[0004] 然而，控制大的復(fù)雜的電網(wǎng)不是簡單的任務(wù)。在可W采用系統(tǒng)控制功能之前，應(yīng)當(dāng) 在電壓和電流方面對(duì)系統(tǒng)狀態(tài)進(jìn)行估計(jì)，W提供準(zhǔn)確的快照（snapshot)。使用原始測量系 統(tǒng)將需要過多的測量儀器/信號(hào)W及處理器需求。因此，電網(wǎng)控制功能使用電力系統(tǒng)狀態(tài)估 計(jì)，電力系統(tǒng)狀態(tài)估計(jì)包括根據(jù)更可管理數(shù)量的測量來估計(jì)電網(wǎng)的狀態(tài)。電力系統(tǒng)狀態(tài)估 計(jì)器將提供在給定時(shí)間點(diǎn)對(duì)在所有系統(tǒng)總線的電壓(和/或電流)和相位角的估計(jì)?？蒞在 電力系統(tǒng)的控制功能中使用運(yùn)種估計(jì)。
[0005] 穩(wěn)定狀態(tài)或條件變化相對(duì)緩慢的電網(wǎng)中的狀態(tài)估計(jì)已經(jīng)廣泛用于電網(wǎng)中。然而， 當(dāng)嘗試在瞬態(tài)條件(具體地，快速瞬態(tài)條件)期間執(zhí)行狀態(tài)估計(jì)時(shí)出現(xiàn)了問題，該問題也可 W在電網(wǎng)中存在擾動(dòng)時(shí)發(fā)生。在系統(tǒng)擾動(dòng)期間，當(dāng)電壓和電流波形不是正弦波(在50或60Hz 的基頻)時(shí)，用于穩(wěn)定狀態(tài)的狀態(tài)估計(jì)方法無效或者根本不工作。在運(yùn)些情況下，需要特殊 的瞬態(tài)估計(jì)。
[0006] 瞬態(tài)估計(jì)方法的一個(gè)示例已經(jīng)由Zima-Bockarjova等在2011年的IEEE IYans.Power Syst.的26(4)的第1866-1874 頁的"Analysis of the State Estimation Performance in Transient Conditions"中進(jìn)行了描述。其提出了通過調(diào)節(jié)系統(tǒng)擾動(dòng)來升 級(jí)正常狀態(tài)估計(jì)過程。然而，在運(yùn)種嘗試中不考慮非正弦的電壓和電流波形，因此，運(yùn)種方 法不能用于有效地處理系統(tǒng)擾動(dòng)期間的狀態(tài)估計(jì)。
[0007]由化和 Watson 在 2007 年的 IE 邸 Trans.Power Del.的 22(3)的第 1680-1687 頁的 ('An Approximate Method for Transient Sl:ate Estimation"中提出了另一種方法。運(yùn)種 方法基于單個(gè)、非常短的時(shí)間步長的測量。該方法的問題在于，它對(duì)測量儀器的性能和數(shù)據(jù) 通信速度具有不可接受的要求。
[000引本發(fā)明旨在緩解上述問題。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0009] 根據(jù)本發(fā)明的第一方面，提供了一種控制電力系統(tǒng)中的電力潮流和/或電壓的方 法。所述方法包括:針對(duì)同步測量的掃描周期，監(jiān)視在一組系統(tǒng)位置處的電壓和/或電流的 條件。所述掃描周期包括一系列時(shí)間步長，在所述一系列時(shí)間步長中，進(jìn)行電壓和/或電流 的瞬時(shí)樣本測量。所述監(jiān)視提供包括針對(duì)完整掃描周期的瞬時(shí)樣本測量的數(shù)據(jù)?；卺槍?duì) 兩個(gè)或更多個(gè)連續(xù)時(shí)間步長的數(shù)據(jù)來確定瞬態(tài)估計(jì)。所述瞬態(tài)估計(jì)包括對(duì)由對(duì)電力系統(tǒng)的 擾動(dòng)引起的非正弦電壓或電流波形的估計(jì)。所述方法還包括:形成包括電力系統(tǒng)的瞬時(shí)電 壓、電流和電力潮流的快照。所述方法還包括:進(jìn)行調(diào)節(jié)W減輕擾動(dòng)的影響。所述調(diào)節(jié)可W 是對(duì)提供給電力系統(tǒng)的電量和/或從電力系統(tǒng)汲取的電量的調(diào)節(jié)，和/或通過改變系統(tǒng)配置 來保護(hù)系統(tǒng)。
[0010] 同步測量可W是由多個(gè)時(shí)間同步測量儀器(諸如PMU)提供的?？蒞通過使用標(biāo)準(zhǔn) 時(shí)間信號(hào)(例如，全球定位系統(tǒng)GPS時(shí)間信號(hào))作為基準(zhǔn)來獲得同步測量。掃描周期可W按照 在電網(wǎng)運(yùn)行與控制中測量的傳輸數(shù)據(jù)的國際標(biāo)準(zhǔn)。
[0011] 確定瞬態(tài)估計(jì)可W包括:確定在與用于所述監(jiān)視的系統(tǒng)位置不同的系統(tǒng)位置處的 估計(jì)。所述瞬態(tài)估計(jì)基于狀態(tài)空間模型和離散模型，所述離散模型在估計(jì)中包括非正弦電 壓或電流波形。
[0012] 電力系統(tǒng)可W包括多個(gè)互連的總線，所述多個(gè)互連的總線包括能夠?qū)㈦娏μ峁┙o 電網(wǎng)的一個(gè)或多個(gè)總線W及能夠從電網(wǎng)汲取電力的一個(gè)或多個(gè)總線，所述方法包括:調(diào)節(jié) 提供給一個(gè)或多個(gè)總線的電量和/或從一個(gè)或多個(gè)總線汲取的電量。
[0013] 所述方法還可W包括:將電力系統(tǒng)劃分成多個(gè)子系統(tǒng)，每個(gè)子系統(tǒng)包括所述總線 中的一個(gè)或多個(gè)總線。優(yōu)選地，所述子系統(tǒng)中的一個(gè)或多個(gè)子系統(tǒng)包括一個(gè)或多個(gè)變電站， 每個(gè)變電站包括一個(gè)或多個(gè)總線、電力變壓器、用于切斷電力的開關(guān)設(shè)備(諸如電路斷路器 或切斷開關(guān)(disconnector))，其中，測量、保護(hù)和控制設(shè)備物理地位于變電站中。
[0014] 可W使用非重疊方法將電力系統(tǒng)劃分成通過連接線連接的多個(gè)子系統(tǒng)，所述連接 線包括傳輸線或變壓器?？蒞通過從每個(gè)子系統(tǒng)單獨(dú)進(jìn)行同步測量，來真的每個(gè)子系統(tǒng)進(jìn) 行瞬態(tài)估計(jì)。
[0015] 優(yōu)選地，對(duì)每個(gè)子系統(tǒng)的瞬態(tài)估計(jì)進(jìn)行合計(jì)，W提供對(duì)整個(gè)電網(wǎng)的瞬態(tài)估計(jì)。合計(jì) 的瞬態(tài)估計(jì)可W提供W下快照:所述快照包括整個(gè)電力系統(tǒng)的或者電力系統(tǒng)的一部分的電 壓、電流和電力潮流。
[0016] 所述方法還可W包括:在控制功能或FACTS設(shè)備或HVDC系統(tǒng)中使用快照數(shù)據(jù)，W保 護(hù)和控制電力系統(tǒng)。
[0017] 可W在變電站中實(shí)現(xiàn)所述方法。
[0018] 根據(jù)本發(fā)明的第二方面，提供了一種電力系統(tǒng)，所述電力系統(tǒng)包括位于電力系統(tǒng) 中的多個(gè)位置處的多個(gè)同步測量單元。每個(gè)測量單元被配置為在包括一系列時(shí)間步長的同 步掃描周期上獲得樣本數(shù)據(jù)，并且在周期結(jié)束之后發(fā)送針對(duì)完整掃描周期的瞬時(shí)樣本數(shù) 據(jù)，其中，在所述一系列時(shí)間步長中，進(jìn)行電壓和/或電流的瞬時(shí)樣本測量。瞬態(tài)估計(jì)器被配 置為接收和分析樣本數(shù)據(jù)W基于針對(duì)兩個(gè)或更多個(gè)連續(xù)時(shí)間步長的數(shù)據(jù)來確定瞬態(tài)估計(jì)。 所述瞬態(tài)估計(jì)包括對(duì)由對(duì)電力系統(tǒng)的擾動(dòng)引起的非正弦電壓或電流波形的估計(jì)。至少一個(gè) 電力設(shè)備調(diào)節(jié)提供給電力系統(tǒng)的電量和/或從電力系統(tǒng)汲取的電量，W減輕擾動(dòng)的影響。
[0019] 所述瞬態(tài)估計(jì)器可W被配置為分析樣本數(shù)據(jù)W提供對(duì)多個(gè)子系統(tǒng)中的每個(gè)子系 統(tǒng)的瞬態(tài)估計(jì)，其中，所述多個(gè)子系統(tǒng)組成整個(gè)電力系統(tǒng)或者電力系統(tǒng)的一部分。所述瞬態(tài) 估計(jì)器還可W被配置為對(duì)每個(gè)子系統(tǒng)的瞬態(tài)估計(jì)進(jìn)行合計(jì)，W提供對(duì)整個(gè)電力系統(tǒng)或電力 系統(tǒng)的一部分的瞬態(tài)估計(jì)。
[0020] 所述電力系統(tǒng)還可W包括:系統(tǒng)控制器，所述系統(tǒng)控制器被配置為接收瞬態(tài)估計(jì)， W及控制所述至少一個(gè)電力設(shè)備減輕擾動(dòng)的影響。
[0021]