[发明专利]输电系统的改善的控制

说明书

技术领域

本发明涉及输电系统中的功率振荡阻尼领域。本发明更特别地涉及用于提供输电系统的改善的控制的方法、功率控制设备和计算机程序产品。

背景技术

随着电力市场正在发生的撤销管制(deregulation)，从远处发电机至本地消耗者的负载传输和功率过网(wheeling of power)已经变成常例。由于电力生产公司之间的竞争和显现出来的使资产最优化的需要，通过现有网络来传送增加的电功率量，常常导致由于输电瓶颈而引起的拥塞。通常通过引入对输电接口的传输极限来处理输电瓶颈。这改善了系统安全性。

然而，这还意味着在使不那么昂贵的电力生产从电网断开连接的同时，必须连接更加昂贵的电力生产。因此，输电瓶颈对社会具有相当可观的成本。如果不遵守传输极限，则降低了系统安全性，这可能意味着在发生可能的偶发事故的情况下将许多顾客断开连接或者甚至完全断电(blackout)。

输电瓶颈的底层物理原因常常与电力系统的动态有关。许多动态现象(诸如失去同步、电压崩溃和增加的机电振荡)需要避免，以便保证足够安全的系统操作。在这方面，输电系统是高度动态的且要求控制和反馈以改善性能并增加传输极限。

特别地参考在电力网的各部分中发生的不期望的机电振荡，其通常具有小于几Hz的频率且被认为是可接受的，只要其足够快的衰减即可。其由例如系统负载的正常改变或可能在故障之后的网络中的开关事件启动，并且其是任何电力系统的特性。上述振荡还常常称为振荡的区域间模式，因为其通常是由系统的一个地理区域中的一组机器相对于系统的另一地理区域中的一组机器摇摆而引起的。当电力系统的工作点改变时(例如由于在发电机、负载和/或输电线路的连接或断开连接之后的功率流的新分布而引起的)，可能发生未充分阻尼的振荡。在这些情况下，几MW的传送功率的增加可能产生稳定振荡与不稳定振荡之间的差别，这具有引起系统崩溃或导致失去同步、失去互连且最终不能向顾客供应电力的潜在可能。输电系统的适当监视和控制能够帮助网络运营商准确地评估输电系统状态并通过采取适当动作来避免总体断电，所述适当动作诸如是连接特别设计的振荡阻尼设备。

因此需要对此类区域间模式振荡进行阻尼。执行功率振荡阻尼(POD)的常规方式是通过向致动器的控制信号添加调制信号，其抵消功率振荡。可以执行POD的典型致动器包括同步发电机、HVDC和FACTS装置。通常在实时环境中实现致动器的控制系统，其中，时延是小的且确定性的。通常从在其中安装了致动器的变电站中本地可用的测量结果导出调制信号。本地信号通常包括电压、频率、线电流和功率流。然而，感兴趣的区域间模式的可观察性在本地可用的信号中可能不够好。因此在文献中提出从不同的地理区域收集诸如电压或电流相量的相量。这里，可以使用两个母线电压，从每个区域来一个。用于此选择的动机将是这两个电压实现两个等效机器的特性，其中，每个机器表示这些相干机器组中的一个(即，系统的地理区域中的一个)。为了对振荡进行阻尼，因此例如使用相量测量单元(PMU)来收集来自不同地理区域的相量。PMU通常在指定时间间隔内从电压和/或电流测量变压器获取许多样本并计算对应于测量结果的正序相量。然后根据通常通过GPS系统的使用提供的准确的公共时间参考系对该相量加时间戳。通常通过使用标准协议的通信网络使得相量在PMU外面可用。

然而，为了施加适当的修正动作，需要使来自两个地理区域的相量在时间上对准。这意味着控制机制需要对在时间上相互对准(即，具有相同的生成时间)的相量进行操作。

因此，常见的是提供相量数据集中器(PDU)，其使相量同步，即用相同的时间戳将相量打包并将其发送到执行阻尼控制的功率控制设备上。

然而，存在与上述阻尼方案相关联的许多问题。相干组常常未被非常好地定义，特别是当考虑到某些机器在给定时间点可能不能工作且因此所选母线电压可能不是地理区域的良好表示时。

母线电压的相角还可能由于母线附近的开关事件而跳跃，这跟与惯性(时间)常数相关联的内部机器角相反。因此，被选用于表示地理区域中的系统的一部分的给定电压可能也因此而不可靠。

此外，如果一个测量结果在其在致动器的控制系统处被接收到之前经历太长的时间延迟或者其完全丢失，则功率振荡阻尼算法的性能将退化且甚至可能使情况恶化，至少暂时地直至数据开始再次以及时的方式到达。

因此，需要解决某些或所有这些问题。

发明内容