[发明专利]电力系统中的阻尼机电振荡

说明书

技术领域

本发明涉及与多个发电机和用户互连的电力系统中的阻尼机电振荡的领域。本发明从权利要求1的前序中所述的控制电力系统中功率流的方法出发。

背景技术

继现在正在进行中的对电力市场的解除管制之后，从远距离处的发电机向本地用户传输负荷和输送电力已成为通常的做法。由于电力公司之间的竞争和逐渐出现的对优化资产的需要，大量增加的电力通过现有电网传输，从而必然导致了部分电力传输系统的拥堵、传输瓶颈和/或振荡。从这方面说，电力传输网络是高度动态的，而响应于电网状态的改变，就需要重新分配由发电单元所注入的负载或电能、不同传输路径上的功率流。这样的调节根据传输电网的现有拓扑和电流情况而作出，优选地通过所谓的功率流控制装置(PFD，Power FlowControl Devices)而作出。这些装置被安装在输电线站以用于调节各条传输线中的功率流，从而导引电能以安全、稳定和均衡的方式在传输电网内的很多条输电线中传输。PFD一般可以包括机械构件且其设定值随小时时标来更新。

作为实例，未公布的国际专利申请PCT/CH2005/000125涉及传输电网中功率流管理的课题，其由横跨具有不同价格和/或需求等级的多个区域的电力系统的整合而引起。例如串联电容，相角调节器，移相变压器(PST)或柔性交流传输系统(FACTS)装置的PFD增进了传输电网的动态特性。这些设备被设计用来输出无功功率以保持电压和增强稳定性，从而使得传输线能够承担接近其临界热容量的负荷。

基于功率电子半导体器件且不含机械开关的快速网络控制器或功率流控制装置(PFD)使得响应时间可以在毫秒的范围以内。它们包括前述的柔性交流传输系统(FACTS)装置和高压直流(HVDC)装置，但除了这些装置还可包括其它装置。HVDC装置包括用于生成或消耗有源功率的功率转换器或电压源转换器，这些转换器基于由控制信号分别单独控制的众多半导体器件或模块而构成，其中控制信号由转换器控制单元的门极驱动或其它控制硬件而生成。

通常，互连数台交流发电机的传输电网中的机电振荡具有小于数赫兹的频率且只要其是衰减的就能被接受。其由系统负荷的正常小幅改变而起动，并且是任一电力系统都具有的特性。频繁的小幅振荡将导致发电厂设备特别是调速器伺服设备的磨损和破裂。当电力系统的运行点例如由于紧随发电机，负载和/或传输线的连接或断开的新功率流分配而改变时，可能会发生不充分的阻尼振荡。同样地，数个现有电网的互连也会引起不充分的阻尼振荡，即使在其互连之前后者未单独出现任何不好的阻尼振荡。在这些情况下，数MW的传输功率的增加都将导致稳态振荡和非稳态振荡之间的差别，该差别有可能引起系统崩溃或导致失步，失去关联并最终导致不能向用户供电。不断监视电力系统有助于电网运行人员准确评估电力系统状态并通过采取适当动作例如连接特殊设计的阻尼设备来避免全黑。

在专利申请EP-A 1 489 714中，系统量或信号例如电网选定节点处电压或电流的幅值或相角被采样，且代表电力传输系统行为或其特定方面的参数模型的参数被估算。该过程以适应方式执行，即，每次当检测到新的系统量的值时，该模型的参数就被回归(recursively)更新。最终，由估算得到的该模型的参数，计算振荡模式下的参数，并量化其振荡频率和阻尼特性，并将振荡频率和阻尼特性呈现给运行人员。与依赖于对在数分钟的时间窗口中所采集的并仅在该时间窗口结束时计算得到的采样数据的分析的非适应性识别过程相比，该过程能够几乎即时的分析电力系统的振荡状态。

在M.Larsson等人的文章“Improvement of Cross-border Trading Capabilitiesthrough Wide-area Control of FACTS(通过FACTS的广域控制提高跨界交易能力)”(Proceedings of Bulk Power System Dynamics and Control VI，22-27 August，Cortina D‘Ampezzo，Italy，2004)中，提出了多个FACTS装置的协同工作。次级控制环基于全局或广域信息生成用于初级FACTS控制器的设定值。后者包括来自包含较大数量的相量测量单元(PMU)的广域测量系统的状态快照(snapshot)。随后对FACTS设定值的数学优化相对于载荷能力标准，电压安全评估和/或精确稳定裕度而实时发生。