專利名稱：具有超導(dǎo)磁能存儲(chǔ)器的公用電力系統(tǒng)的制作方法
交叉參考的相關(guān)申請(qǐng)本申請(qǐng)是1999年1月29日申請(qǐng)的美國申請(qǐng)?zhí)柕?9/240,751號(hào)專利申請(qǐng)的繼續(xù)部分，在此一并引用該專利申請(qǐng)的全部?jī)?nèi)容供參考。根據(jù)35 U.S.C.§119(e)(1)本申請(qǐng)也要求1999年1月29日申請(qǐng)的美國專利申請(qǐng)?zhí)柕?0/117,784號(hào)專利申請(qǐng)的有關(guān)優(yōu)先權(quán)。引用的參考申請(qǐng)本申請(qǐng)?jiān)诖艘徊⒁萌缦律暾?qǐng)供參考1999年11月24日提交的、名稱為“放電超導(dǎo)磁體”的、美國申請(qǐng)?zhí)枮?9/449,505號(hào)的專利申請(qǐng)；1999年11月24日提交的、名稱為“控制相角的方法和裝置”的、美國申請(qǐng)?zhí)枮?9/449,436號(hào)的專利申請(qǐng)；1999年11月24日申請(qǐng)的、名稱為“電容開關(guān)”的、美國申請(qǐng)?zhí)枮?9/449,378號(hào)的專利申請(qǐng)；1999年11月24日提交的、名稱為“公用電力網(wǎng)的電壓調(diào)節(jié)”的、美國申請(qǐng)?zhí)枮?0/167,377號(hào)的專利申請(qǐng)；和1999年11月24日申請(qǐng)的、名稱為“向公用電力網(wǎng)輸送電力的方法和裝置”的、美國申請(qǐng)?zhí)枮?9/449,375號(hào)的專利申請(qǐng)。
為了保持競(jìng)爭(zhēng)能力，電力公用事業(yè)公司在降低成本的同時(shí)，一直在努力改進(jìn)系統(tǒng)運(yùn)行的可靠性。為了迎接這些挑戰(zhàn)，公用電力公司不斷地開發(fā)新技術(shù)，以延長(zhǎng)所安裝設(shè)備的壽命并對(duì)其公用電力網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行診斷和監(jiān)視。由于對(duì)公用電力網(wǎng)的需求和公用電力網(wǎng)的大小不斷增加，開發(fā)這些技術(shù)變得日益重要。
一般認(rèn)為公用電力網(wǎng)包括分別攜帶大于和小于25kV電壓的輸電線網(wǎng)和配電線網(wǎng)。
參考圖1，所示的公用電力網(wǎng)的一部分包括輸電網(wǎng)10，輸電網(wǎng)10具有通過輸電線18相互連接的發(fā)電機(jī)12、變電站14和轉(zhuǎn)接站16。輸電線18一般攜帶超過25千伏(kV)的電壓。參考圖1，一個(gè)特定輸電線上的電壓與圖中相關(guān)的輸電線的粗細(xì)大致成正比。在右下角的附圖中指出了實(shí)際輸電系統(tǒng)電壓。
參考圖2，圖1所示的公用電力網(wǎng)的一個(gè)分解部分10a包括通過降壓變壓器22耦合到輸電線18的配電線20。每個(gè)配電線向負(fù)載24輸送低于相關(guān)輸電線電壓的電壓(例如，25kV或更低)。
公用電力網(wǎng)上的電壓不穩(wěn)定性是公用事業(yè)工業(yè)的一個(gè)關(guān)鍵問題。具體地講，當(dāng)在輸電線上發(fā)生故障時(shí)，將經(jīng)受瞬時(shí)電壓降低，這可能導(dǎo)致網(wǎng)上電壓崩潰或電壓不穩(wěn)定。
為了更好地理解公用電力網(wǎng)上的故障動(dòng)力學(xué)，現(xiàn)在說明由于輸電系統(tǒng)上3-相故障在系統(tǒng)上造成的事件序列。例如，參考圖1，假設(shè)故障發(fā)生在輸電網(wǎng)的遠(yuǎn)離片段70的部位。片段70位于輸電線網(wǎng)10的變電站14a和轉(zhuǎn)接站16a之間。參考圖3，示出了由于故障造成的變電站14a上的作為時(shí)間函數(shù)的電壓曲線圖。在這種特定情況下，電壓從標(biāo)稱電壓115kV降低到大約90kV。特別應(yīng)當(dāng)知道，如果故障發(fā)生在更靠近片段70的位置或發(fā)生在片段70本身上，那么壓降一般會(huì)更嚴(yán)重，并且線路上的電壓可能會(huì)接近零。
這種故障一般表現(xiàn)為在輸電系統(tǒng)上瞬間實(shí)現(xiàn)的極大負(fù)載。響應(yīng)這種極大負(fù)載的出現(xiàn)，輸電系統(tǒng)試圖將一個(gè)很大的電流輸送到負(fù)載(故障)。與輸電系統(tǒng)上電路斷路器相連的檢測(cè)電路立即(即，在數(shù)毫秒內(nèi))檢測(cè)到這種過電流情況。將啟動(dòng)信號(hào)從檢測(cè)電路發(fā)送到保護(hù)繼電器，保護(hù)繼電器啟動(dòng)電路斷開。繼電器特性一般需要3-6 AC線路周期(即，多達(dá)100毫秒)來斷開電路。當(dāng)斷路器打開時(shí)，故障消除。但是，斷路器的打開觸發(fā)了一系列的級(jí)聯(lián)事件，這種級(jí)聯(lián)事件在極端情況下可能導(dǎo)致這部分輸電和配電系統(tǒng)上電壓崩潰。具體地講，當(dāng)斷路器打開時(shí)，電壓仍然很低(即，幾乎為零)，并且由于一部分輸電系統(tǒng)實(shí)際上已經(jīng)被斷開，系統(tǒng)的阻抗急劇增高，造成出現(xiàn)人為的高負(fù)載。在這種狀態(tài)下，電壓降低，而提供到負(fù)載的電流急劇升高。急劇升高的電流在輸電系統(tǒng)和配電系統(tǒng)中造成極大的損失。在某些情況下，由于負(fù)載和阻抗如此之高，致使網(wǎng)上的電壓不能返回到正常，造成長(zhǎng)期的電壓降低，和整個(gè)系統(tǒng)的可能的電壓崩潰。隨網(wǎng)上負(fù)載需求的增大，使這些電壓出現(xiàn)不穩(wěn)定問題的可能性進(jìn)一步增大。
用VAR表示無功伏安；這是一個(gè)用“volt amperes reactive”三個(gè)字的第一個(gè)字母構(gòu)成的詞。在一個(gè)時(shí)間周期上考慮的無功伏安代表在電源和負(fù)載之間的能量振蕩。它們的功能是提供建立磁場(chǎng)和給電容器充電的能量，以及在磁場(chǎng)崩潰時(shí)或在電容器放電時(shí)將這種能量送回電源。
應(yīng)當(dāng)注意，無功功率是由于電壓和電流的正交分量，并且因而不代表平均有功功率。雖然無功伏安本身不需要輸入到發(fā)電機(jī)的平均能量，但它們的產(chǎn)生的確消耗了一定量的發(fā)電機(jī)伏安容量，并且因此限制了發(fā)電機(jī)的可用有功功率輸出。此外，存在與無功功率通過電網(wǎng)傳送相關(guān)的電阻損耗或I2R損耗。發(fā)電機(jī)也必須補(bǔ)償這個(gè)額外的損耗，因而進(jìn)一步限制了電網(wǎng)的可用有功功率。應(yīng)當(dāng)指出，盡管I2R損耗是由無功功率的傳送造成的，但它不是無功功率的一部分。
解決上面討論的電壓穩(wěn)定性問題的一種方法是構(gòu)造附加的輸電線，以減小系統(tǒng)阻抗，因而抵消由于斷路器打開造成的高損耗和電流急劇增大的效果。但是，提供這種附加線路是十分昂貴的，并且在某種設(shè)置情況下是極端困難的。
為了解決這些電壓不穩(wěn)定性問題也已經(jīng)開發(fā)出各種設(shè)備和裝置的解決方案。一般地講，這些裝置通過向系統(tǒng)輸入有功和/或無功功率而減緩問題。
一種叫作靜態(tài)VAR補(bǔ)償器(SVC)的這種裝置，在一個(gè)特定負(fù)載上遭受故障時(shí)，從一組電容器提供無功功率。具體地講，SVC迅速地傳送無功功率，由SVC傳送的無功功率移動(dòng)相角，從而提高電網(wǎng)的電壓。SVC響應(yīng)由于系統(tǒng)條件改變?cè)斐傻妮旊娋W(wǎng)上的動(dòng)態(tài)功率擺動(dòng)，連續(xù)地移動(dòng)相角。
另一種包括蓄電池和超導(dǎo)磁能存儲(chǔ)(SMES)的裝置與SVC的不同之處在于，它們能夠向負(fù)載提供有功功率和無功功率。例如，SMES將電網(wǎng)提供的電能存儲(chǔ)在一個(gè)DC電流流過超導(dǎo)導(dǎo)線纏繞的線圈產(chǎn)生的磁場(chǎng)中。一種利用SMES的方法是在負(fù)載與電網(wǎng)隔絕后，響應(yīng)檢測(cè)的故障，向負(fù)載提供功率。由于SMES，如同一個(gè)蓄電池是DC裝置，因此一般需要一個(gè)功率調(diào)節(jié)系統(tǒng)，以便將它連接到一個(gè)AC公用電力網(wǎng)。因此，功率調(diào)節(jié)系統(tǒng)一般包括DC/AC轉(zhuǎn)換器，以及其它濾波和控制電路系統(tǒng)。
發(fā)明綜述本發(fā)明的特征在于一種通過在故障恢復(fù)期間減小公用電力系統(tǒng)的總有功功率和總無功功率損失而穩(wěn)定公用電力系統(tǒng)或電網(wǎng)上的電壓的方法。用“公用電力系統(tǒng)或電網(wǎng)”表示，那些具有至少一個(gè)耦合到設(shè)計(jì)用于在正常操作條件下攜帶標(biāo)稱電壓的更高電壓的輸電線網(wǎng)的配電線網(wǎng)的系統(tǒng)或電網(wǎng)。配電線網(wǎng)一般至少包括一個(gè)具有負(fù)載的配電饋線，并且所攜帶的電壓電平低于輸電網(wǎng)的電壓電平。本發(fā)明通過從公用電力網(wǎng)上的一個(gè)或多個(gè)預(yù)定位置上的電壓恢復(fù)裝置傳送有功功率和無功功率而減小輸電損失。
本發(fā)明的一個(gè)一般方面涉及一種用于連接到攜帶標(biāo)稱電壓的公用電力網(wǎng)的電壓恢復(fù)裝置。在這個(gè)方面，電壓恢復(fù)裝置包括一個(gè)連接到公用電力網(wǎng)，并且配置成在檢測(cè)到公用電力網(wǎng)上的故障條件后以足夠高的量和足夠長(zhǎng)的持續(xù)時(shí)間在公用電力網(wǎng)和電壓恢復(fù)裝置之間輸送有功功率和無功功率將公用電力網(wǎng)上的電壓恢復(fù)到標(biāo)稱電壓的預(yù)定比例內(nèi)的能量存儲(chǔ)單元。
與現(xiàn)有的故障恢復(fù)方法不同，該電壓恢復(fù)裝置致力于保持公用電力系統(tǒng)上電壓的穩(wěn)定性，而不是保持一個(gè)特定負(fù)載的電壓。例如，通過減小公用電力系統(tǒng)的總體損失來達(dá)到穩(wěn)定輸電線上的電壓。更具體地講，減小了由于向造成異常大的電壓降和相角偏移的最終負(fù)載傳送有功和無功功率而產(chǎn)生的任何異常高的有功功率損失和無功功率損失。當(dāng)在配電網(wǎng)上而不是輸電網(wǎng)上注入或吸收有功功率和無功功率時(shí)，可以更經(jīng)濟(jì)有效地減小這些異常高的損失。
實(shí)質(zhì)上，本發(fā)明試圖減小公用電力系統(tǒng)上的損失，這種損失一般是完好的輸電系統(tǒng)(即，沒有除去或斷開部分的輸電系統(tǒng))遭受到損失的兩到三倍。通過消除這些大的損失，系統(tǒng)在剛好檢測(cè)到故障和輸電網(wǎng)上電路斷路器打開之后的周期中受到較小的沖擊。
此外，由于配電網(wǎng)上的電壓低于輸電網(wǎng)上的電壓，用于配電網(wǎng)的電壓恢復(fù)裝置的設(shè)計(jì)和安裝比較簡(jiǎn)單和容易。電壓恢復(fù)裝置的可靠性也比較高。
從配電網(wǎng)上而不是從輸電網(wǎng)上的電壓恢復(fù)裝置輸送和/或吸收有功功率和無功功率具有幾種優(yōu)點(diǎn)。第一個(gè)優(yōu)點(diǎn)，也是最一般的優(yōu)點(diǎn)，是配置電壓恢復(fù)裝置以向發(fā)生總損失的較大比例的公用電力網(wǎng)部分(即，配電線網(wǎng))提供有功功率和無功功率。第二個(gè)優(yōu)點(diǎn)是，在故障發(fā)生在與電壓恢復(fù)裝置相連的配電網(wǎng)上的特定情況下，電壓恢復(fù)裝置在處理故障時(shí)不對(duì)輸電網(wǎng)造成實(shí)際沖擊。因此，輸電網(wǎng)能夠更穩(wěn)定地操作。
本發(fā)明的實(shí)施例可以包括一個(gè)或多個(gè)以下特征。
在一個(gè)實(shí)施例中，能量存儲(chǔ)單元包括一個(gè)超導(dǎo)磁體，例如，一個(gè)SMES。由于SMES裝置具有迅速響應(yīng)檢測(cè)到的故障并且在隨后有選擇地向配電線輸送有功功率和無功功率的能力，所以它特別適合用作電壓恢復(fù)裝置。更具體地講，SMES裝置能夠在有限的時(shí)間周期中向連接到配電線的負(fù)載提供有功功率，以及無限地向電網(wǎng)提供無功功率。在一個(gè)替代實(shí)施例中，能量存儲(chǔ)單元是從由飛輪能量存儲(chǔ)裝置、蓄電池、電容能量存儲(chǔ)系統(tǒng)、壓縮氣體能量存儲(chǔ)單元、和燃料電池及其相關(guān)的能源構(gòu)成的組中選擇的。
配置電壓恢復(fù)裝置以把輸電線網(wǎng)上的電壓恢復(fù)到符合標(biāo)稱公用電力計(jì)劃標(biāo)準(zhǔn)的水平。典型的公用電力計(jì)劃標(biāo)準(zhǔn)，要求在消除故障的0.5秒內(nèi)，電網(wǎng)電壓在標(biāo)稱電壓的0.8至0.95P.U.(每單位)之間，和優(yōu)選是在0.9至0.95P.U.之間的范圍時(shí)恢復(fù)電網(wǎng)。
電壓恢復(fù)裝置進(jìn)一步包括一個(gè)電耦合在能量存儲(chǔ)單元和公用電力網(wǎng)之間的逆變器，和一個(gè)連接到逆變器和配置用于控制在能量存儲(chǔ)單元和公用電力網(wǎng)之間輸送的有功功率量和無功功率量的控制器。因此，逆變器允許能量向和從能量存儲(chǔ)單元的雙向流動(dòng)。在某些環(huán)境中，例如，當(dāng)能量存儲(chǔ)單元不能吸收能量(或額外能量)時(shí)，當(dāng)能量從公用電力網(wǎng)向逆變器傳送能量時(shí)，可以利用逆變器內(nèi)的電阻器耗散傳送的能量。
本發(fā)明進(jìn)一步包括一種對(duì)可以是SMES裝置的能量存儲(chǔ)單元有選擇地以基本上恒定的電壓或以基本上恒定的功率進(jìn)行放電的方法。以基本上恒定的電壓對(duì)能量存儲(chǔ)裝置放電的方法構(gòu)成了一種在放電周期的開始部分期間傳送能量存儲(chǔ)裝置的存儲(chǔ)能量的大部分的方式。這對(duì)公用配電網(wǎng)的重要有益效果是，在故障開始后的初始階段提供了大量有功功率。正是在這個(gè)階段中，公用配電網(wǎng)和公用輸電網(wǎng)經(jīng)受了由于故障造成的增大的損失的最大沖擊。通過在這個(gè)階段注入大部分存儲(chǔ)裝置存儲(chǔ)的能量，可以更有效地減輕這些損失。由于裝置中存儲(chǔ)的能量根據(jù)某個(gè)變量(在SMES情況下是電流，在飛輪的情況下是轉(zhuǎn)速)的二次方改變的事實(shí)，因而諸如SMES、飛輪或其它裝置之類的能量存儲(chǔ)裝置以恒壓放電是有利的。從這種類型的裝置釋放的功率與這個(gè)變量(例如，電流或轉(zhuǎn)速)的變化率乘該變量(例如，電流或轉(zhuǎn)速)的瞬時(shí)值成正比。當(dāng)裝置受到恒壓放電時(shí)，這兩個(gè)因數(shù)的乘積在放電的第一瞬間到達(dá)最大，并且隨后與逝去的放電時(shí)間的平方成正比地降低。這種方法在放電開始后的初始階段從裝置提供了最大量的功率，如前面所述，這對(duì)于減輕連接的公用輸電和配電網(wǎng)是有利的。此外，以基本上恒定的電壓給能量存儲(chǔ)裝置放電的方法使得能夠比實(shí)現(xiàn)以基本上恒定的功率給裝置放電的方法所需的更容易和更有效地實(shí)現(xiàn)能量存儲(chǔ)裝置與連接的逆變器之間的連接。
本發(fā)明的另一方面涉及一種穩(wěn)定公用電力網(wǎng)的方法。該方法包括把一個(gè)電壓恢復(fù)裝置電連接到配電網(wǎng)。一旦在公用電力網(wǎng)上檢測(cè)到故障條件，在故障后的預(yù)定時(shí)間周期內(nèi)啟動(dòng)電壓恢復(fù)裝置，并且以足夠高的量向輸電網(wǎng)提供有功功率和無功功率，以把公用電力網(wǎng)上的電壓恢復(fù)到標(biāo)稱電壓的預(yù)定比例。
在本發(fā)明的這個(gè)方面的一個(gè)應(yīng)用中，公用電力網(wǎng)包括輸電網(wǎng)和電連接到輸電網(wǎng)的配電網(wǎng)。配電網(wǎng)具有耦合到至少一個(gè)負(fù)載的配電線。該方法進(jìn)一步包括將電壓恢復(fù)裝置電連接到配電網(wǎng)。
該方法可以還包括一個(gè)或多個(gè)以下附加步驟。該方法可以進(jìn)一步包括將一個(gè)逆變器電耦合在能存儲(chǔ)單元和公用電力網(wǎng)之間。然后控制逆變器以控制在能量存儲(chǔ)單元和公用電力網(wǎng)之間輸送的有功功率的值和無功功率的值。配置電壓恢復(fù)裝置以提供有功功率和無功功率的組合。
在某些實(shí)施例中，電壓恢復(fù)裝置將有功功率輸送到輸電網(wǎng)，以促使電壓在0.5秒內(nèi)迅速恢復(fù)到可接受的公用標(biāo)準(zhǔn)。電壓恢復(fù)裝置將有功功率和無功功率輸送到輸電線網(wǎng)，以將電壓在5秒內(nèi)恢復(fù)到標(biāo)稱電壓的0.90P.U.內(nèi)。
本發(fā)明的再一個(gè)方面，控制系統(tǒng)包括至少含有一個(gè)用于存儲(chǔ)控制電耦合到公用電力網(wǎng)的電壓恢復(fù)裝置的計(jì)算機(jī)程序的部分的存儲(chǔ)器，執(zhí)行計(jì)算機(jī)可讀指令的處理器，和將存儲(chǔ)器連接到處理器的總線。存儲(chǔ)的程序包括計(jì)算機(jī)可讀指令，計(jì)算機(jī)可讀指令響應(yīng)檢測(cè)故障的指示，將控制信號(hào)輸送到電壓恢復(fù)裝置，以控制以足夠高的量和在足夠長(zhǎng)的持續(xù)時(shí)間向公用電力網(wǎng)傳送有功功率和無功功率，使輸電網(wǎng)上的電壓恢復(fù)到標(biāo)稱電壓的預(yù)定比例。
本發(fā)明的另一個(gè)方面涉及公用輸電網(wǎng)和配電網(wǎng)一般包括多條線路和多個(gè)負(fù)載，以及這些線路和負(fù)載中的任何一個(gè)都可能遭受故障的事實(shí)。因此，在一個(gè)特定公用電力網(wǎng)上安裝多個(gè)電壓恢復(fù)裝置是有利的。在本發(fā)明的這個(gè)實(shí)施例中，將包括電能存儲(chǔ)裝置、逆變器和如上所述的連接到配電線的相關(guān)控制器的單個(gè)的、齊備的電壓恢復(fù)裝置安裝在輸電網(wǎng)和配電網(wǎng)的多個(gè)點(diǎn)上。這些單個(gè)裝置中的每一個(gè)如下所述的那樣操作，以減輕輸電網(wǎng)和配電網(wǎng)上故障造成的后果。遍布電網(wǎng)的多個(gè)裝置提供了比具有等于多個(gè)裝置的總和的能量和功率容量的單一裝置所能提供的效果更好的效果。這種更好的效果在很大程度上是由于單個(gè)裝置的容量與它們所連接的輸電線和配電線的容量之間更接近匹配取得的。
從以下的優(yōu)選實(shí)施例的說明和權(quán)利要求中將能清楚地了解本發(fā)明的這些和其它特征和優(yōu)點(diǎn)。


圖1是部分輸電網(wǎng)的示意圖；圖2是包括配電線的圖1所示的部分輸電網(wǎng)的局部放大圖；圖3是故障期間圖2所示的輸電網(wǎng)部分的電壓特性的曲線圖；圖4是連接到圖2所示的配電線的SMES裝置的方框圖；圖4A是圖4所示的控制器的方框圖；圖5是連接到圖2所示的配電線的SMES裝置的示意圖；圖6是說明確定連接一個(gè)或多個(gè)電壓恢復(fù)裝置的優(yōu)選位置的一般步驟的流程圖；圖7是顯示對(duì)于圖1所示的部分輸電線網(wǎng)的帶和不帶D-SMES電壓恢復(fù)裝置的電壓恢復(fù)特征的曲線圖；和圖8是代表在公用電力網(wǎng)與D-SMES電壓恢復(fù)裝置之間傳送的功率的向量圖。
詳細(xì)說明參考圖4，示出了一個(gè)分布式SMES或D-SMES模塊30，它與配線網(wǎng)的配電線20并聯(lián)連接。D-SMES模塊30一般能夠?qū)⒂泄β屎蜔o功功率單獨(dú)地或組合地輸送到輸電線網(wǎng)。在本實(shí)施例中，D-SMES模塊30的容量設(shè)置為2.8MVA，并且能夠在400毫秒長(zhǎng)的周期輸送平均2MWatt，一秒輸送5.6MVA，和無限時(shí)間地輸送2.8MVAR的無功功率。
所示的配電線20顯示與通過第一變壓器22a連接到輸電線網(wǎng)的輸電線18相連，第一變壓器22a將輸電線18上攜帶的高電壓(例如，大于25kV)降低到較低的電壓，在這里是6kV。第二變壓器22b將6kV電壓降低到適合于負(fù)載24的電壓，在這里是480V。
D-SMES模塊30包括具有位于低溫制冷單元的密封容器36中的能量存儲(chǔ)磁線圈34的超導(dǎo)磁能存儲(chǔ)單元32。能量存儲(chǔ)單元32還包括一個(gè)磁體電源38。密封容器36將磁線圈34保持在液態(tài)氦中，并且是由兩個(gè)用真空隔絕空間隔離的奧氏體不銹鋼容器構(gòu)成的。在所示實(shí)施例中，低溫制冷單元包括一個(gè)或多個(gè)一同運(yùn)行的Gifford-McMahon型制冷器(未示出)，以保持容器36內(nèi)的運(yùn)行溫度，并重新液化容器內(nèi)積累的任何氦蒸氣。在正常操作條件下，沒有氦(液態(tài)或氣態(tài)的)在容器36外循環(huán)。外部的室溫制冷系統(tǒng)氣體不與內(nèi)部氦源相互交換。系統(tǒng)設(shè)計(jì)允許在一個(gè)或兩個(gè)制冷器不能工作時(shí)，繼續(xù)系統(tǒng)運(yùn)行最少48小時(shí)。
超導(dǎo)磁線圈34是由鈮-鈦銅基基質(zhì)導(dǎo)線形成的、纏繞為機(jī)械穩(wěn)定形式的、并且在纏繞前絕緣處理過的超導(dǎo)電纜制造的。AmericanSuperconductor Corporation，Westborough，MA.制造的一種超導(dǎo)磁線圈十分適用于D-SMES模塊30。能量存儲(chǔ)單元32還包括為給磁線圈充電的磁體電源38，隔離變壓器40和斷路器或接觸器42。電源38可以使用Dynapower Corporation of South Burlington，VT制造的電源。在本實(shí)施例中，電源38通過隔離變壓器40以及降壓變壓器50從配電線20接收AC功率，并且將DC功率輸送到磁能存儲(chǔ)單元32。斷路器42位于隔離變壓器40和降壓變壓器50之間，并且使電源38能夠容易地插入和分離，這樣有利于維護(hù)電源。超導(dǎo)磁能存儲(chǔ)單元32通過磁體接口48和一對(duì)導(dǎo)引二極管49與一個(gè)逆變器系統(tǒng)44相互連接。導(dǎo)引二極管49保證了電能僅從能量存儲(chǔ)單元32流向逆變器系統(tǒng)44，不會(huì)以相反的方向流動(dòng)。
參考圖5，逆變器系統(tǒng)44將D-SMES模塊30輸出的DC電壓轉(zhuǎn)換為AC電壓，并且，在本實(shí)施例中，逆變器系統(tǒng)44包括四個(gè)逆變器單元46(圖5)。逆變器44一般起到任意組合的有功功率和無功功率的源的作用。只有在能量存儲(chǔ)單元32能夠提供有功功率時(shí)，逆變器44才能夠發(fā)出有功功率。但是，假設(shè)逆變器工作在其標(biāo)稱額定容量，逆變器44可以無限地發(fā)出無功功率。更準(zhǔn)確地講，逆變器44可以接收來自包括公用電力網(wǎng)本身在內(nèi)的其它來源的無功功率，并且以要求振幅和相位將無功功率傳送回公用電力網(wǎng)。因此，逆變器44無需能量存儲(chǔ)單元32提供功率就可以提供或傳送無功功率。
實(shí)質(zhì)上，逆變器44是一個(gè)能夠提供和吸收具有有功功率分量和無功功率分量的功率的四象限裝置。參考圖8，具有有功功率軸82和無功功率軸84的座標(biāo)圖80可以用于說明電壓恢復(fù)裝置30傳送的功率的向量圖。具有振幅和相角的向量可以位于座標(biāo)圖80的四個(gè)象限的任何一個(gè)象限中。例如，根據(jù)系統(tǒng)控制單元60(以后將詳細(xì)說明)輸出的控制信號(hào)，逆變器44可以傳送由分別僅有一個(gè)正有功功率和負(fù)無功功率分量的向量85或86代表的功率。另一方面，在這里用向量88表示的功率可以具有有功功率分量88a和無功功率分量88b。因此，可以控制功率的振幅(向量的長(zhǎng)度)和相角(θ)，以定義一個(gè)預(yù)定的空間位置。在某些應(yīng)用中，使逆變器44以脈動(dòng)模式操作，以降低成本。
每個(gè)逆變器單元46能夠連續(xù)地提供700KVA，和提供過載的1.4MVA一秒鐘。在功率變壓器的中壓側(cè)組合每個(gè)逆變單元46的輸出，以產(chǎn)生根據(jù)下表的系統(tǒng)參量。

每個(gè)逆變器單元46包括三個(gè)逆變器模塊(未示出)。由于逆變器單元46具有模塊化形式，所以提供了一定程度的靈活性，為其它系統(tǒng)參量提供標(biāo)準(zhǔn)，逆變器模塊。利用這種模塊方法也可以提供一定量的故障容限，但是可能降低系統(tǒng)的能力。每個(gè)逆變器模塊裝備有一個(gè)管理包括諸如裝置保護(hù)、電流調(diào)節(jié)、熱保護(hù)、模塊之間的功率平衡、和診斷之類的局部功能的局部從屬控制器。逆變器單元和逆變器模塊安裝在帶有集成功率分配和冷卻系統(tǒng)的機(jī)架中。
逆變器系統(tǒng)44通過降壓變壓器50和開關(guān)設(shè)備單元52耦合到配電線20。每個(gè)電源變壓器50是一個(gè)具有基于其基本額定值的5.75％標(biāo)稱阻抗的、24.9kV/480V三相充油墊安裝變壓器。電源變壓器一般通過保護(hù)在封裝管(未示出)內(nèi)的電源電纜安裝在室外靠近系統(tǒng)外殼之處。如圖4所示，熔斷器53連接在降壓變壓器50和配電線20之間。
每個(gè)開關(guān)設(shè)備單元52提供電源變壓器50和逆變器單元46之間的過電流保護(hù)。四個(gè)主逆變器輸出中的每一個(gè)為額定電壓480V，每相900 A RMS直流的電路斷路提供45kA中斷容量。開關(guān)設(shè)備單元52還起到具有安全和維護(hù)作用的主斷路裝置的作用，并且可以具有電壓和接地故障監(jiān)視的作用。開關(guān)設(shè)備單元一般鄰近逆變器單元外殼安裝。
再參考圖4，系統(tǒng)控制單元60是一個(gè)使用適當(dāng)控制算法的多處理機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)。系統(tǒng)控制單元60如同用于處理來自配電線20和逆變系統(tǒng)44的逆變器單元46的輸入的多狀態(tài)機(jī)一樣地運(yùn)行。根據(jù)單元輸入和預(yù)定內(nèi)部控制規(guī)則，系統(tǒng)控制單元60動(dòng)態(tài)確定逆變器單元46的相位和振幅，以及D-SMES模塊30的有功功率輸出。在運(yùn)行過程中，系統(tǒng)控制單元60將實(shí)時(shí)電壓和電流波形數(shù)據(jù)傳遞到數(shù)據(jù)捕獲系統(tǒng)，以便處理和輸送到監(jiān)視地點(diǎn)。系統(tǒng)控制單元60也支持本地用戶接口和安全聯(lián)鎖。控制單元60必須具有足以保證以一定速度發(fā)生向或從電壓恢復(fù)裝置30傳送功率，處理公用電力系統(tǒng)上的故障或緊急事故的響應(yīng)時(shí)間。一般希望在1個(gè)線周期(即，對(duì)于60Hz是1/60秒，對(duì)于50Hz是1/50秒)內(nèi)檢測(cè)到故障。在一個(gè)實(shí)施例中，響應(yīng)時(shí)間小于500微秒。
如圖4A所示，系統(tǒng)控制單元60可以包括在一個(gè)單一電路板上的三個(gè)控制器60a，60b和60c(例如，微處理器)。此外，這種電路系統(tǒng)包括適當(dāng)?shù)尿?qū)動(dòng)電路和模/數(shù)(“A/D”)轉(zhuǎn)換器(未示出)。
控制器60a執(zhí)行計(jì)算機(jī)指令，以控制逆變器系統(tǒng)44的電路和電壓回路。(如上所述，為了在動(dòng)態(tài)改變逆變器系統(tǒng)44的輸出功率的振幅和相位時(shí)使用)?？刂破?0b發(fā)揮系統(tǒng)控制器的作用，即，它執(zhí)行計(jì)算機(jī)指令，以檢測(cè)公用電力網(wǎng)上的功率量，并把這種信息送到控制器60a?？刂破?0e記錄從控制器60a和60b獲得的信息，格式化這種信息，并對(duì)用戶顯示這些信息。盡管本實(shí)施例說明了三個(gè)控制器，但可以使用任意數(shù)量的控制器(例如，一個(gè)控制器)來執(zhí)行屬于控制器60a，60b和60c的功能?？梢园衙總€(gè)控制器中執(zhí)行的計(jì)算機(jī)指令存儲(chǔ)在控制器60中的一個(gè)或多個(gè)存儲(chǔ)器中，或每個(gè)控制器的內(nèi)部存儲(chǔ)器中。
參考圖6，說明確定把D-SMES模塊30連接到配電線20上的最佳位置的方法。首先，確定連接D-SMES模塊30的最佳位置十分有利于達(dá)到減小輸電系統(tǒng)中損失的目的。將D-SMES模塊30連接到配電線20，而不是連接到，例如，輸電線，因?yàn)榕潆娋€對(duì)整個(gè)公用電力網(wǎng)線路造成的損失更大，也就是說，相對(duì)輸電系統(tǒng)來說，配電線20造成了整個(gè)公用電力網(wǎng)的總體損失的更大比例部分。注意到D-SMES模塊30是可移動(dòng)的，從而便利了系統(tǒng)優(yōu)化，也是十分重要的。
確定適當(dāng)D-SMES模塊的連接位置的第一個(gè)重要步驟是確定輸電線網(wǎng)的關(guān)鍵線段(步驟200)。用“關(guān)鍵線段”表示當(dāng)遭受緊急事故或故障時(shí)導(dǎo)致輸電網(wǎng)上后事故電壓顯著降低的那些線段或其它輸電系統(tǒng)元件。例如，一個(gè)具有造成電壓降低到低于每單位電壓0.9以下(即，電壓小于輸電系統(tǒng)上標(biāo)稱電壓的90％)的故障的線段被認(rèn)為是關(guān)鍵線段。
為了確定多個(gè)線段中哪個(gè)是關(guān)鍵線段，在被分析的全部或部分輸電網(wǎng)上模擬一個(gè)或多個(gè)故障情況。例如，使用PSE/E(工程電力系統(tǒng)模擬器)動(dòng)態(tài)穩(wěn)定性模擬模型將輸電網(wǎng)模型化，PSE/E動(dòng)態(tài)穩(wěn)定性模擬模型是由Power Technology，Inc.，Schenectady，N.Y.推出的產(chǎn)品。模擬模型可以僅表示公用電力網(wǎng)的一部分，例如圖1中所示部分。另一方面，模擬模型可以表示更大的跨越幾個(gè)州的地理區(qū)域。
參考圖1，例如，在轉(zhuǎn)接站16a和變電站14a之間的輸電線段70代表這種關(guān)鍵線段。因?yàn)槿绻捎谠诰€路上檢測(cè)到故障而斷路，那么回路的東側(cè)(圖的右側(cè))上的所有負(fù)載必須通過回路西側(cè)(圖的左側(cè))上的發(fā)電機(jī)提供電力，所以將輸電線網(wǎng)10的這個(gè)近似10英里線段考慮為關(guān)鍵線段。
例如，假設(shè)線段70斷開，因而防止了電流在該段上繼續(xù)流動(dòng)。一旦發(fā)生這種情況，對(duì)輸電網(wǎng)或電網(wǎng)的特定地理區(qū)域進(jìn)行評(píng)估，以確定其它哪些線段受到線段70斷開造成的不利影響。例如，線段70斷開對(duì)變電站14b造成了嚴(yán)重不利影響。
一旦識(shí)別了所有關(guān)鍵線段(步驟200)，接下來分析連接到有關(guān)識(shí)別的關(guān)鍵線段的配電線的負(fù)載的大小和類型(步驟202)。特別是要進(jìn)行確定以保證要補(bǔ)償?shù)呢?fù)載至少要與D-SMES模塊30的有功功率輸出一樣大，在一個(gè)實(shí)施例中，它是3MW。在本例中，只有那些具有大于3MW負(fù)載的配電線被認(rèn)為是用于連接D-SMES模塊的候選者。盡管將一個(gè)D-SMES模塊連接到具有小于D-SMES模塊本身的輸出的負(fù)載的配電線可能仍舊是有利的，但這樣做不能經(jīng)濟(jì)有效使用D-SMES模塊。
認(rèn)識(shí)到在任何給定時(shí)間影響D-SMES定位的最佳位置的其它因素也是十分重要的。特定負(fù)載的特性可能在瞬時(shí)發(fā)生變化。具體地講，負(fù)載的大小和類型可能根據(jù)季節(jié)顯著改變。例如，在夏天，負(fù)載可能是一個(gè)散熱空調(diào)(HVAC)系統(tǒng)，即，一種電機(jī)驅(qū)動(dòng)型負(fù)載。相反，在冬天，負(fù)載可能是一個(gè)電阻加熱負(fù)載。電阻加熱負(fù)載與電機(jī)驅(qū)動(dòng)負(fù)載的重大不同在于，當(dāng)電壓在電阻負(fù)載上降低時(shí)，電阻負(fù)載所需的功率隨之降低。相反，電機(jī)驅(qū)動(dòng)負(fù)載一般是恒功率負(fù)載，并且在電壓降低時(shí)電流加大以保持恒定功率。反過來，如果電流增大，損失也增大，并且產(chǎn)生了電壓不穩(wěn)定問題。因此，在確定應(yīng)當(dāng)在何處將D-SMES模塊連接到電網(wǎng)上時(shí)，負(fù)載的“類型”總是重要的。在這些情況下，可以將D-SMES模塊容易而有利地移動(dòng)到最有效保持輸電系統(tǒng)的電壓穩(wěn)定的位置。
然后測(cè)量用于耦合輸電網(wǎng)的各個(gè)識(shí)別關(guān)鍵線段和配電線的所有降壓變壓器的阻抗(步驟204)。在一般情況下，阻抗是電抗性。由于降壓變壓器造成公用電力網(wǎng)中整體損失中的很大一部分損失，因而要對(duì)它們進(jìn)行評(píng)價(jià)。這些變壓器的電感可能造成總體損失的40％之多。因而選擇那些具有最高阻抗的變壓器作為連接到D-SMES模塊的候選變壓器。例如，如果有三個(gè)D-SMES模塊可用，那么三個(gè)識(shí)別的關(guān)鍵線段將是那些滿足最小負(fù)載要求的，并且選擇三個(gè)具有最高阻抗的降壓變壓器用于D-SMES裝置的安裝(步驟206)。
然后，再評(píng)價(jià)系統(tǒng)，以確定在選定的位置放置D-SMES模塊是否達(dá)到了要求效果(步驟208)?？梢栽囼?yàn)地移動(dòng)一個(gè)或多個(gè)D-SMES模塊，以觀察是否可以進(jìn)一步提高改進(jìn)。然后在實(shí)際操作中使用取得最佳效果的位置(即，輸電系統(tǒng)的最低輸電損失和最高穩(wěn)定性)。
再參考圖4，系統(tǒng)控制單元60經(jīng)過傳感線61監(jiān)視配電線20上的電壓。如果電壓降低到低于預(yù)定閾值(例如，標(biāo)稱電壓的0.9P.U.以下)，控制單元60向逆變器系統(tǒng)44發(fā)送一個(gè)信號(hào)，以使磁能存儲(chǔ)單元32向配電線20輸送全功率輸出。在運(yùn)行過程中，控制單元60在檢測(cè)到故障的近似500微秒之內(nèi)向逆變器44發(fā)送控制信號(hào)。重要地是要注意輸電網(wǎng)上的斷路器從故障開始到斷開大約需要60毫秒。因此，D-SMES模塊30在斷路器斷開之前開始提供有功功率和無功功率。
全功率輸出意味著將D-SMES模塊30產(chǎn)生的全部有功功率與逆變器單元44產(chǎn)生的無功功率疊加。在本實(shí)施例中，配置D-SMES模塊30以提供平均2MW的有功功率，以及2至5.6MVAR之間的無功功率。在檢測(cè)到故障的1毫秒之內(nèi)，D-SMES模塊30能夠輸送足夠的有功功率，以快速地(例如，一般在0.5秒之內(nèi))將線上的電壓提高到可接收的程度。此時(shí)，配電線上的任何負(fù)載成為工作的，因而在線上產(chǎn)生無功功率損失。然后，控制單元60終止有功功率的傳送，并且，如果需要，增加來自D-SMRS模塊30的無功功率的產(chǎn)生，以對(duì)抗無功功率不平衡，并且可以無限地這樣做。因此，在故障被檢測(cè)到并被消除的0.5秒之內(nèi)，磁能存儲(chǔ)單元32能夠通過傳送有功功率和無功功率將系統(tǒng)恢復(fù)到標(biāo)稱電壓的最低可接受程度(一般是0.9P.U.，——一個(gè)被接受的工業(yè)標(biāo)準(zhǔn))。并且在檢測(cè)到故障5秒之內(nèi)，通過產(chǎn)生無功功率，可以將系統(tǒng)恢復(fù)到正常長(zhǎng)期連續(xù)運(yùn)行的可接受程度(一般是0.95P.U.)。
參考圖7，例如，可以看到在故障消除之后大約0.1秒之內(nèi)系統(tǒng)電壓返回到大約0.7P.U.。此時(shí)，安裝、或不安裝D-SMES裝置系統(tǒng)電壓都是一樣的。圖7上的實(shí)線示出了沒有D-SMES裝置，電壓沒有恢復(fù)并且實(shí)際上將在故障消除后隨時(shí)間降低。但是，安裝了D-SMES裝置，電壓迅速地在0.5秒之內(nèi)恢復(fù)到0.90P.U.，并且在另一個(gè)0.1秒內(nèi)恢復(fù)到0.95P.U.。圖7上的虛線指示帶有安裝的D-SMES單元的電壓恢復(fù)過程。在與此類似的情況下，D-SMES系統(tǒng)的安裝將決定系統(tǒng)是趨向電壓崩潰，還是在規(guī)定的時(shí)間周期內(nèi)恢復(fù)。
其它實(shí)施例在權(quán)利要求的范圍內(nèi)。例如，在前面結(jié)合圖4-圖7說明的實(shí)施例中，將D-SMES單元用于提供恢復(fù)電壓或輸電網(wǎng)所需的有功功率和無功功率。但是，知道包括飛輪、蓄電池、電容能量存儲(chǔ)系統(tǒng)組、壓縮氣能源，和燃料電池系統(tǒng)(例如，那些將碳基燃料轉(zhuǎn)換成電及其相關(guān)的能源的系統(tǒng))在內(nèi)的能夠提供有功功率或無功功率或二者的其它電壓恢復(fù)裝置也包括在本發(fā)明的范圍內(nèi)是十分重要的。
權(quán)利要求
1.一種電壓恢復(fù)裝置，其連接到攜帶標(biāo)稱電壓的公用電力網(wǎng)，該電壓恢復(fù)裝置包括能量存儲(chǔ)單元，該能量存儲(chǔ)單元連接到公用電力網(wǎng)，并且配置成在檢測(cè)到公用電力網(wǎng)上的故障之后以足夠的量和足夠長(zhǎng)的持續(xù)時(shí)間在公用電力網(wǎng)和電壓恢復(fù)裝置之間傳送有功功率和無功功率以將公用電力網(wǎng)上的電壓恢復(fù)到標(biāo)稱電壓的預(yù)定比例內(nèi)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電壓恢復(fù)裝置，其中電壓恢復(fù)裝置用于傳送有功功率和無功功率的組合。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的電壓恢復(fù)裝置，其中電壓恢復(fù)裝置用于向輸電網(wǎng)提供有功功率，以促使在0.5秒之內(nèi)快速地將電壓恢復(fù)到可接受的公用標(biāo)準(zhǔn)內(nèi)。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的電壓恢復(fù)裝置，其中電壓恢復(fù)裝置用于向輸電線網(wǎng)提供有功功率和無功功率，以便在0.5秒內(nèi)將電壓恢復(fù)到標(biāo)稱電壓的0.9P.U.內(nèi)。
5.根據(jù)權(quán)利要求2所述的電壓恢復(fù)裝置，進(jìn)一步包括電耦合在電量存儲(chǔ)單元與公用電力網(wǎng)之間的逆變器；和連接到逆變器并且配置成控制在能量存儲(chǔ)單元和公用電力網(wǎng)之間傳送的有功功率和無功功率的值的控制器。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的電壓恢復(fù)裝置，其中能量存儲(chǔ)單元包括超導(dǎo)磁體。
7.根據(jù)權(quán)利要求5所述的電壓恢復(fù)裝置，其中能量存儲(chǔ)單元是從一個(gè)由飛輪、蓄電池、電容能量存儲(chǔ)系統(tǒng)組、壓縮氣體能源、和燃料電池系統(tǒng)構(gòu)成的組中選擇的。
8.根據(jù)權(quán)利要求5所述的電壓恢復(fù)裝置，進(jìn)一步包括連接在能量存儲(chǔ)單元和逆變器之間的磁體接口。
9.一種穩(wěn)定公用電力網(wǎng)的方法，該方法包括把具有能量存儲(chǔ)單元的電壓恢復(fù)裝置電連接到配電網(wǎng)，檢測(cè)公用電力網(wǎng)上的故障情況；和根據(jù)檢測(cè)到的故障情況，運(yùn)行電壓恢復(fù)裝置以足夠的量和足夠長(zhǎng)的持續(xù)時(shí)間把有功功率和無功功率輸送到公用電力網(wǎng)，以便把公用電力網(wǎng)上的電壓恢復(fù)到標(biāo)稱電壓的預(yù)定比例。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的方法，其中公用電力網(wǎng)包括輸電網(wǎng)和電連接到輸電網(wǎng)的配電網(wǎng)，配電網(wǎng)具有耦合到至少一個(gè)負(fù)載的配電線，該方法進(jìn)一步包括將電壓恢復(fù)裝置電連接到配電網(wǎng)。
11.根據(jù)權(quán)利要求9所述的方法，進(jìn)一步包括將一個(gè)逆變器電耦合在能量存儲(chǔ)單元和公用電力網(wǎng)之間，其中操作電壓恢復(fù)裝置包括控制逆變器以控制在能量存儲(chǔ)單元和公用電力網(wǎng)之間傳送的有功功率值和無功功率值。
12.根據(jù)權(quán)利要求9所述的方法，進(jìn)一步包括配置電壓恢復(fù)裝置以將有功功率送到輸電網(wǎng)，以便促使在0.5秒內(nèi)快速地將電壓恢復(fù)到可接受公用標(biāo)準(zhǔn)內(nèi)。
13.根據(jù)權(quán)利要求9所述的方法，進(jìn)一步包括配置電壓恢復(fù)裝置，以向輸電線網(wǎng)提供有功功率和無功功率，以便在0.5秒內(nèi)將電壓恢復(fù)到標(biāo)稱電壓的0.90P.U.內(nèi)。
14.根據(jù)權(quán)利要求9所述的方法，其中能量存儲(chǔ)單元包括超導(dǎo)磁體。
15.根據(jù)權(quán)利要求9所述的方法，其中能量存儲(chǔ)單元是從一個(gè)由飛輪、蓄電池、電容能量存儲(chǔ)系統(tǒng)組、壓縮氣體能源、和燃料電池系統(tǒng)構(gòu)成的組中選出的。
16.一種控制系統(tǒng)，包括存儲(chǔ)器，包括至少一部分用于存儲(chǔ)控制電耦合到一個(gè)公用電力網(wǎng)的電壓恢復(fù)裝置的計(jì)算機(jī)程序，所存儲(chǔ)的程序包括計(jì)算機(jī)可讀指令，其根據(jù)所檢測(cè)到的故障指示，向電壓恢復(fù)裝置提供控制信號(hào)，控制以足夠的量和足夠長(zhǎng)的持續(xù)時(shí)間向公用電力網(wǎng)提供有功功率和無功功率，以便將輸電網(wǎng)上的電壓恢復(fù)到標(biāo)稱電壓的預(yù)定比例內(nèi)；執(zhí)行計(jì)算機(jī)可讀指令的處理器；和將存儲(chǔ)器連接到處理器的總線。
17.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電壓恢復(fù)裝置，其中電壓恢復(fù)裝置以基本上恒定的電壓輸送有功功率預(yù)定時(shí)間周期。
18.根據(jù)權(quán)利要求17所述的電壓恢復(fù)裝置，其中在預(yù)定時(shí)間周期之后，以大體上恒定的速率從電壓恢復(fù)恢復(fù)裝置輸送有功功率。
19.根據(jù)權(quán)利要求9所述的方法，其中從電壓恢復(fù)裝置以基本上恒定的電壓輸送有功功率預(yù)定時(shí)間周期。
20.根據(jù)權(quán)利要求19所述的方法，其中在預(yù)定時(shí)間周期之后，以基本上恒定的速率從電壓恢復(fù)裝置輸送有功功率。
21.根據(jù)權(quán)利要求16所述的控制系統(tǒng)，其中計(jì)算機(jī)可讀指令適當(dāng)?shù)乜刂朴泄β实妮斔?，從而能夠從電壓恢?fù)裝置以基本上恒定的電壓輸送有功功率預(yù)定時(shí)間周期。
22.根據(jù)權(quán)利要求21所述的控制系統(tǒng)，其中計(jì)算機(jī)可讀指令這樣控制有功功率的輸送，以致在預(yù)定時(shí)間周期之后，能夠以基本上恒定的速率從電壓恢復(fù)裝置輸送有功功率。
23.一種穩(wěn)定公用電力網(wǎng)的方法，該方法包括將每個(gè)都具有一個(gè)能量存儲(chǔ)單元的多個(gè)電壓恢復(fù)裝置電連接到配電網(wǎng)，檢測(cè)公用電力網(wǎng)上的故障情況；和根據(jù)檢測(cè)到的故障情況，運(yùn)行一個(gè)或多個(gè)電壓恢復(fù)裝置，以足夠的量和足夠長(zhǎng)的持續(xù)時(shí)間將有功功率和無功功率輸送到公用電力網(wǎng)，以便把公用電力網(wǎng)上的電壓恢復(fù)到標(biāo)稱電壓的預(yù)定比例內(nèi)。
24.一個(gè)公用電力網(wǎng)，包括攜帶第一預(yù)定電壓范圍內(nèi)的標(biāo)稱電壓的輸電線網(wǎng)；電連接到輸電網(wǎng)、用于攜帶低于第一預(yù)定電壓范圍的第二預(yù)定電壓范圍內(nèi)的電壓的配電線網(wǎng)，配電網(wǎng)具有耦合到至少一個(gè)負(fù)載的配電線；和連接到配電網(wǎng)的電壓恢復(fù)裝置，配置電壓恢復(fù)裝置以便在檢測(cè)到公用電力網(wǎng)上的故障情況之后，以足夠的量和足夠長(zhǎng)的持續(xù)時(shí)間向配電線網(wǎng)提供有功功率和無功功率，把輸電線網(wǎng)上的電壓恢復(fù)到標(biāo)稱電壓的預(yù)定比例內(nèi)。
25.根據(jù)權(quán)利要求24所述的公用電力網(wǎng)，其中電壓恢復(fù)裝置用于提供有功功率和無功功率的組合。
26.根據(jù)權(quán)利要求25所述的公用電力網(wǎng)，其中電壓恢復(fù)裝置用于向輸電網(wǎng)提供有功功率，以促使在0.5秒內(nèi)將電壓快速恢復(fù)到可接受公用標(biāo)準(zhǔn)內(nèi)。
27.根據(jù)權(quán)利要求26所述的公用電力網(wǎng)，其中配置電壓恢復(fù)裝置，以向輸電線網(wǎng)提供有功功率和無功功率，以便在5秒內(nèi)將電壓恢復(fù)到標(biāo)稱電壓的0.90P.U.內(nèi)。
28.根據(jù)權(quán)利要求25所述的公用電力網(wǎng)，其中電壓恢復(fù)裝置是從由SMES、飛輪裝置、或蓄電池構(gòu)成的組中選出的。
29.一種確定將電壓恢復(fù)裝置電連接到公用電力網(wǎng)的位置的方法，上述公用電力網(wǎng)包括一個(gè)輸電線網(wǎng)和多個(gè)配電網(wǎng)，每個(gè)配電線網(wǎng)都經(jīng)過降壓變壓器耦合到輸電線網(wǎng)并且具有耦合到一個(gè)負(fù)載的配電線，該方法包括識(shí)別輸電線網(wǎng)的關(guān)鍵線段；確定連接到每個(gè)關(guān)鍵線段的負(fù)載的類型和大??；測(cè)量連接到每個(gè)關(guān)鍵線段的降壓變壓器的阻抗；和將一個(gè)電壓恢復(fù)裝置電連接到與識(shí)別的關(guān)鍵線段相關(guān)的至少一個(gè)配電網(wǎng)。
30.根據(jù)權(quán)利要求29所述的方法，其中識(shí)別關(guān)鍵線段包括模擬事故效果以觀察哪些線段受到最不利影響。
31.根據(jù)權(quán)利要求29所述的方法，其中確定負(fù)載的大小包括保證負(fù)載的大小大于電壓恢復(fù)裝置的有功功率輸出。
32.根據(jù)權(quán)利要求31所述的方法，其中電連接電壓恢復(fù)裝置包括將電壓恢復(fù)裝置連接到含有具有最大阻抗的降壓變壓器的關(guān)鍵線段。
33.一種控制系統(tǒng)包括存儲(chǔ)器，至少包括一部分用于存儲(chǔ)控制電耦合到一個(gè)公用電力網(wǎng)的配電網(wǎng)的一個(gè)電壓恢復(fù)裝置的計(jì)算機(jī)程序，所述公用電力網(wǎng)包括具有耦合到至少一個(gè)負(fù)載的配電線的配電網(wǎng)和電連接到配電網(wǎng)的輸電網(wǎng)，所存儲(chǔ)的程序包括計(jì)算機(jī)可讀指令，其根據(jù)檢測(cè)到的故障指示，將控制命令送到電壓恢復(fù)裝置，以便以足夠的量和足夠長(zhǎng)的持續(xù)時(shí)間向輸電網(wǎng)提供有功功率和無功功率，將輸電網(wǎng)上的電壓恢復(fù)到標(biāo)稱電壓的預(yù)定比例內(nèi)；執(zhí)行計(jì)算機(jī)可讀指令的處理器；和將存儲(chǔ)器連接到處理器的總線。
全文摘要
配置一種電壓恢復(fù)裝置(30),以便在檢測(cè)到公用電力網(wǎng)上的故障情況之后,用預(yù)定量和預(yù)定持續(xù)時(shí)間向公用電力網(wǎng)提供有功功率和無功功率,將公用電力網(wǎng)上的電壓恢復(fù)到標(biāo)稱電壓的預(yù)定比例內(nèi)。
文檔編號(hào)H02J3/32GK1338139SQ00803171
公開日2002年2月27日 申請(qǐng)日期2000年1月26日 優(yōu)先權(quán)日1999年1月29日
發(fā)明者波爾·弗雷德里克·克普, 阿諾德P·凱爾里, 唐納德L·布朗, 沃倫·埃利奧特·巴克爾斯, 約翰A·迪亞斯德里昂Ii, 道格拉斯C·福爾茨 申請(qǐng)人:美國超導(dǎo)體公司