專利名稱：用于電力潮流控制的電力系統(tǒng)靈敏度的確定和使用的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及包括互連不同區(qū)域的多個輸電通道的電力系統(tǒng)中的電
力潮流4空制(power flow control)4頁:t或。
背景技術(shù)：
隨著電力市場正進(jìn)行的非管制化，從遙遠(yuǎn)的發(fā)電機(jī)到本地消費(fèi)者 的電力的負(fù)荷轉(zhuǎn)移和轉(zhuǎn)運(yùn)已經(jīng)成為一般慣例。由于電力企業(yè)與優(yōu)化資 產(chǎn)的新需求之間的竟?fàn)?，?shí)質(zhì)增加的電量通過現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)傳送，從而有 時引起阻塞、輸電瓶頸和/或輸電系統(tǒng)的部分的振蕩。在這方面，輸電 網(wǎng)是高度動態(tài)的，并且響應(yīng)變化的網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)、發(fā)電單元所注入的負(fù)荷 或功率，備選傳輸路徑上的電力潮流可能需要再分配。
因此，在沒有發(fā)電重新調(diào)度或拓樸結(jié)構(gòu)變化的傳輸系統(tǒng)中的電力 潮流的重定向和均勻再分配的基于網(wǎng)絡(luò)的控制成為獨(dú)立輸電系統(tǒng)運(yùn)營 機(jī)構(gòu)(TSO)掌握的非常重要的手段。按照輸電網(wǎng)的當(dāng)前拓樸結(jié)構(gòu)和電力 流情況進(jìn)行變更，優(yōu)選地通過用于控制母線電壓(busvoltage)、線路電
網(wǎng)絡(luò)控制器或電力潮流控制裝置(PFQ。這些裝置安裝在輸電線站 (transmission line station),以便調(diào)整各輸電線中的電力潮流，使得可引 導(dǎo)電力在輸電網(wǎng)的大量線路中以安全穩(wěn)定且平^f紆的方式流動。
例如移相變壓器(PST)、柔性交流輸電系統(tǒng)(FACTS)裝置或高壓直 流(HVDC)裝置等PFC改進(jìn)輸電網(wǎng)的動態(tài)性能?？蓤?zhí)行電力潮流控制 的FACTS裝置的示例是統(tǒng)一電力潮流控制器(UPFC)、靜態(tài)同步串聯(lián) 補(bǔ)償器(SSSC)、晶閘管控制串聯(lián)補(bǔ)償器(TCSC)和晶閘管開關(guān)串聯(lián)補(bǔ)償 器(TSSC)。 PFC經(jīng)由控制或操作參數(shù)來控制，從而產(chǎn)生來自PFC裝置的離散(例如PST和TSSC)或連續(xù)響應(yīng)，視其性質(zhì)而定。
常規(guī)慣例是以相當(dāng)靜態(tài)的方式來改變PFC的控制或操作參數(shù)，和 /或基于在其中安裝了 PFC裝置的變電站中執(zhí)行的局部測量來使用閉 環(huán)控制。例如，在PST的情況下，分接開關(guān)(tapchanger)的位置基于將 各種組件的傳輸極限考慮在內(nèi)的全局損失最小化或最佳電力潮流計算 以及由操作員手動設(shè)置并且通常以小時為單位的時標(biāo)進(jìn)行更新的位置 來計算。這樣，也可考慮在與直接控制下的路徑不同的路徑上的傳輸 極限。典型操作慣例意味著，在任一個網(wǎng)絡(luò)組件因故障而斷開連接時， PFC設(shè)置成使得也滿足傳輸極限而無需附加電力潮流控制工作。通常 稱作N-l安全性限制的這種安全性限制構(gòu)成在擾動的情況下傳輸網(wǎng)絡(luò) 的有效操作與網(wǎng)絡(luò)的安全性之間的折衷。因此，在擾動之前的時間周 期中，網(wǎng)絡(luò)因安全性限制而不太有效地進(jìn)行操作。此外，在更嚴(yán)重擾 動、即安全性限制中沒有包含的擾動的情況下，響應(yīng)很慢，因?yàn)樵谘?環(huán)中存在操作人員，以及通常通過SCADA系統(tǒng)得到的狀態(tài)快照和狀 態(tài)估計可能沒有足夠可靠或快速更新以確保遵守傳輸極限。這又可導(dǎo) 致逐級線路跳閘，因?yàn)槿绻鸖CADA/EMS系統(tǒng)和操作人員的組合響應(yīng) 時間過長，則過載線路通過局部保護(hù)斷開連接。
基于功率電子半導(dǎo)體組件并且其主要功能性不依靠機(jī)械開關(guān)的快 速網(wǎng)絡(luò)控制器或電力潮流控制裝置(PFC)實(shí)現(xiàn)毫秒范圍的響應(yīng)時間。它 們其中還包括上述柔性交流輸電系統(tǒng)(FACTS)裝置以及高電壓 DC(HVDC)裝置。HVDC裝置包括用于將AC有功功率整流為DC功 率以及將DC功率又轉(zhuǎn)換回AC有功功率的線路換相換流器(line commutated converter)或電壓源換流器(voltage source converter),其中換 流器基于由換流器控制器的柵極驅(qū)動或其它控制硬件所產(chǎn)生的控制信 號單獨(dú)控制的大量半導(dǎo)體組件或一莫塊。
舉例來說，嵌入FACTS裝置的主控制器通常屬于P或PI類型， 其中具有臨時補(bǔ)充控制器(occasional supplementary controller)，如阻尼 控制器。FACTS裝置的設(shè)定點(diǎn)通常保持為恒定或者基于市場活動或最佳電力潮流計算以慢時標(biāo)手動改變。典型FACTS裝置控制器完全基于
相當(dāng)簡單的局部目標(biāo)進(jìn)行操作，例如保持恒定或者盡可能接近指定參 考值、某個線路上的電力潮流或者網(wǎng)絡(luò)的一個點(diǎn)的電壓、或者改進(jìn)輸 電通道的傳輸能力。
通過這種快速但局部的控制，可防止控制路徑過載，因?yàn)榱髁靠?br> 由PFC轉(zhuǎn)移，但是沒有考慮對網(wǎng)絡(luò)的其它部分的影響。在擾動情況下， 對某些路徑的局部控制可促成其它電路的過載和跳閘，其結(jié)果是逐級 線路跳閘。為此，電力潮流控制對整體系統(tǒng)穩(wěn)定性可具有決定性影響， 并且因此電力公司在為PFC裝備自動控制時特別謹(jǐn)慎。
電力系統(tǒng)在一個特定時間點(diǎn)的狀態(tài)或狀況可>^人對于電力系統(tǒng)或輸 電網(wǎng)所采集的多個同步相量測量或快照得到。相量是例如電流、電壓 和負(fù)載流量(load flow)等局部電量(local electric quantity)的經(jīng)過時間標(biāo) 記的復(fù)值、如幅度和相位，并且可通過獨(dú)立相量測量單元(PMU)來提 供。這些單元涉及例如通過使用全球定位衛(wèi)星(GPS)系統(tǒng)或者任何其它 相似部件并且允許來自不同位置的時間標(biāo)記值的同步所得到的非常準(zhǔn) 確的全局時間參考。相量以20至60Hz的速率來取樣，并且因此可提 供關(guān)于超出如SCADA/EMS所提供的相當(dāng)靜態(tài)視圖的瞬態(tài)或次瞬態(tài)狀 態(tài)的視圖。按常規(guī)，PMU將其測量相量值轉(zhuǎn)發(fā)給控制級的系統(tǒng)保護(hù)中 心或者備選地轉(zhuǎn)發(fā)給充當(dāng)主控的PMU。數(shù)據(jù)交換還可在系統(tǒng)保護(hù)中心 與其它控制和保護(hù)系統(tǒng)之間來建立，以便允許基于振蕩檢測和頻率偏 移的最佳數(shù)據(jù)共享和控制動作。
EP1134867公開一種評估輸電網(wǎng)的穩(wěn)定性的方法。它包括測量 網(wǎng)絡(luò)的多個位置處的電壓和電流；將后者以及與至少一個變電站的開 關(guān)狀態(tài)有關(guān)的信息傳送給系統(tǒng)保護(hù)中心，以及從其中生成輸電網(wǎng)的至 少一個穩(wěn)定性余量值。這樣，與網(wǎng)絡(luò)的狀態(tài)有關(guān)的詳細(xì)實(shí)時信息在網(wǎng) 絡(luò)的系統(tǒng)級來收集，由此允許對信息的相應(yīng)全局分析。
由于管理輸電網(wǎng)或電網(wǎng)中的流量的物理法則，電力潮流按照"最 小阻力法則(law of least resistance)"分布。其結(jié)果是，并非網(wǎng)絡(luò)中的所有組件均同時達(dá)到其極限(可以是熱過載或者基于例如電壓或瞬時穩(wěn) 定性等的其它考慮因素的極限)。因此，如果將流量從過載的線路轉(zhuǎn)移 到具有更高熱余量或穩(wěn)定性極限的線路上，則可允許電網(wǎng)的增加的利用率。
在M丄arsson等人的論文"Improvement of Cross-border Trading Capabilities through Wide-area Control of FACTS" (Proceedings of Bulk Power System Dynamics and Control VI, 22-27 August, Corina D' Ampezzo, Italy, 2004)中，提出多個FACTS裝置的協(xié)調(diào)。輔助控制回路 基于全局或廣域信息來產(chǎn)生主FACTS控制器的設(shè)定點(diǎn)。后者包括來自 包括相對大數(shù)量的相量測量單元(PMU)的廣域測量系統(tǒng)的狀態(tài)快照。 FACTS設(shè)定點(diǎn)的后續(xù)數(shù)學(xué)優(yōu)化針對例如避免過載通道、將電力潮流控 制到預(yù)定義參考、電壓安全性評估和/或準(zhǔn)確的穩(wěn)定性余量來實(shí)時進(jìn) 行。輔助廣域控制器邏輯的設(shè)計依靠網(wǎng)絡(luò)拓樸結(jié)構(gòu)的詳細(xì)檢查和各種 控制目標(biāo)的優(yōu)先化。必須至少在每次更新基礎(chǔ)信息時運(yùn)行基于與拓樸 結(jié)構(gòu)和系統(tǒng)狀態(tài)相關(guān)的信息的計算量大的優(yōu)化過程。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是實(shí)現(xiàn)包括具有連接兩個區(qū)域或子系統(tǒng)的兩個平行 流;咯或通道的網(wǎng)狀電力網(wǎng)(meshed power network)的電力系統(tǒng)中改進(jìn) 的、快速和可靠的電力潮流控制。這個目的通過根據(jù)權(quán)利要求I和IO 所述的確定電力系統(tǒng)靈敏度及其使用的方法來實(shí)現(xiàn)。其它優(yōu)選實(shí)施例 通過從屬專利權(quán)利要求是顯而易見的。
根據(jù)本發(fā)明，電力系統(tǒng)靈敏度或歸一化電力潮流響應(yīng)將特定流路 的電力潮流響應(yīng)與不同流路中的電力潮流控制裝置(PFC)的控制參數(shù) 相關(guān)。為此，控制參數(shù)的變化以及對所述控制參數(shù)的變化敏感的電力 潮流響應(yīng)的變化以充分同步和/或相關(guān)的方式來確定，以便允許建立釆 取電力系統(tǒng)靈敏度形式的明確因果關(guān)系。電力系統(tǒng)靈敏度可通過有限 的計算工作來實(shí)時更新，并且隨后可用于控制或重新分配具有至少兩個平行電力潮流或傳輸路徑的網(wǎng)狀電力網(wǎng)中的電力潮流。
電力潮流響應(yīng)可以是通過適當(dāng)?shù)碾娏Τ绷黜憫?yīng)測量單元或傳感器 所測量的實(shí)際有功或視在電力潮流或電流。但是，根據(jù)本發(fā)明的第一 優(yōu)選變體，電力潮流響應(yīng)可以是隨相應(yīng)的特定線路中的實(shí)際電力潮流
而定的推導(dǎo)或診斷量、如線3各導(dǎo)體溫度(line conductor temperature)或線 路垂度Gine sag)。
在第二優(yōu)選實(shí)施例中，PFC的控制參數(shù)是PFC的局部或內(nèi)部控制 量，其任何瞬時或瞬態(tài)值確實(shí)與電力潮流響應(yīng)的瞬時值相關(guān)，并且它 響應(yīng)但不同于如人類操作員或分級上級控制器所指定的PFC的全局或 外部控制輸入。因此，這種控制輸入的變化與電力潮流響應(yīng)的相關(guān)變 化之間可能的PFC固有時間延遲不需要考慮或補(bǔ)償。
具體來說，PFC的所述局部或內(nèi)部控制量可以是由控制輸入直接 設(shè)置或定義的控制工作(control effort)或控制輸出，即局部正控制量 (local controlling quantity),例如注入串聯(lián)電壓、插入串聯(lián)電抗、發(fā)射功 率或分接位置。另一方面，如果PFC配備了具有作為設(shè)定點(diǎn)或參考的 控制輸入的局部或主控制器，則PFC的局部或內(nèi)部控制量可以是PFC 的控制作用(control effect),即局部已4空制量(local controlled quantity), 例如電力潮流、有功功率傳輸、通過PST的移相或者在PFC處或在 PFC附近所測量的電流。這種控制作用顯然受到控制工作影響，并且 按照本發(fā)明的第三優(yōu)選實(shí)施例可用作控制器的反饋量。在這種情況下， 提供用于測量反饋量的控制作用測量單元同時可以為了電力系統(tǒng)靈敏 度而確定控制作用的變化。
在一個有利實(shí)施例中，通過由系統(tǒng)控制單元產(chǎn)生控制輸入的變化，
并且通過將后者應(yīng)用于PFC,來特意引起PFC的控制量的變化，以便 探測電力潮流響應(yīng)。另一方面，控制量的變化可作為PFC所發(fā)起的常 規(guī)校正動作的部分并且響應(yīng)電力系統(tǒng)狀態(tài)或拓樸結(jié)構(gòu)的變化來產(chǎn)生， 或者通過時間安排來觸發(fā)?？赏瑯釉u估在沒有控制輸入的變化的情況 下發(fā)生的這后一種變化連同電力潮流響應(yīng)的對應(yīng)變化，以便計算電力系統(tǒng)靈敏度。
在另 一個有利實(shí)施例中，靈敏度不只是計算為近似導(dǎo)數(shù)的兩個相 關(guān)變化之比，而是通過回復(fù)到復(fù)雜的參數(shù)估計或相關(guān)性分析技術(shù)來計算。
在本發(fā)明的又一個有利變體中，電力潮流響應(yīng)在遠(yuǎn)離PFC的位置 的多個位置以及對于與PFC所控制的不同流路來測量。為了滿足同步 要求，利用相量測量單元(PMU)所提供的同步時標(biāo)，即使實(shí)際電力潮 流響應(yīng)為均方根(RMS)值而不是相量。
與基于SCADA的優(yōu)化過程相比，根據(jù)本發(fā)明的基于電力系統(tǒng)靈 敏度的電力潮流控制更為準(zhǔn)確并且需要較少處理能力，特別在后者在 線修改以連續(xù)反映電力系統(tǒng)行為的更新方面時。這又允許在擾動之前 更有效地使用電力網(wǎng)，從而減輕因熱限制引起的阻塞，以及此外對不 在"N-1意外事故列表"中的更嚴(yán)重擾動的快速和準(zhǔn)確的響應(yīng)。因此， 靈敏度優(yōu)選地或者以范圍從數(shù)秒至數(shù)分鐘的固定取樣時間定期地修改 或更新，或者在檢測到電力系統(tǒng)的拓樸結(jié)構(gòu)的變化之后、或者在已經(jīng) 實(shí)現(xiàn)PFC控制參數(shù)變化以便修改控制路徑之一上的流量之后、或者所 述方法的任何組合來修改或更新。與常規(guī)慣例相比，可在一天的每個 小時中可優(yōu)化電力潮流的所提出的主動和自動控制策略更好地利用提 供昂貴的PFC的可能性。


下文中參照附圖示出的優(yōu)選示范實(shí)施例更詳細(xì)地說明本發(fā)明主 題，附圖包括
圖1示出具有電力潮流控制裝置(PFC)的網(wǎng)狀電力網(wǎng)， 圖2描繪了一種確定電力系統(tǒng)靈敏度的方法的流程圖， 圖3示出另一個網(wǎng)狀電力網(wǎng)，以及
圖4描繪了 一種控制電力系統(tǒng)中的電力潮流的方法的流程圖。 附圖中所使用的參考標(biāo)號及其含義在參考標(biāo)號的列表中以概括形式列出。附圖中，基本上對相同的部分提供相同的參考標(biāo)號。
具體實(shí)施例方式
圖1示出具有多個平行流路或輸電通道的網(wǎng)狀電力網(wǎng)10。下文中， 術(shù)語"平行流路"表示互連網(wǎng)絡(luò)IO中的兩個節(jié)點(diǎn)或區(qū)域ll、 12、 13、 14的任何兩個流路。舉例來說，圖1中，節(jié)點(diǎn)11和12通過平行流路 11-12、 11-13-12和11-13-14-12來連接。電力網(wǎng)是具有以環(huán)狀配置互 連的多個電源G和負(fù)載(示為箭頭)的AC網(wǎng)絡(luò)。電力潮流控制裝置 (PFC)20設(shè)置成控制流路11-12中的電力的流量，但是還將影響通過節(jié) 點(diǎn)11與12之間的上述備選平行流路的流量。
在本發(fā)明的意義上，存在控制電力潮流可用的許多不同類型的 PFC，其中不同類型的PFC經(jīng)由不同的控制工作以不同方式來控制流 量。舉例來說，PFC通過注入串聯(lián)電壓(例如PST、 UPFC和SSSC)、 通過插入串聯(lián)電抗元件(例如TCSC和TSSC)或者通過直接控制發(fā)射功 率(例如HVDC)進(jìn)行操作。因此，其中安裝了 PFC的線路與平行流路 之間的功率和/或電流分配可在PFC的額定值所設(shè)置的極限內(nèi)控制。
按常規(guī)，上面提到的控制工作e(即注入串聯(lián)電壓、插入串聯(lián)電抗 或發(fā)射功率)或者施加到PFC的相應(yīng)控制輸入u的值作為日前離線規(guī)劃 過程的一部分、通過以小時為單位的時標(biāo)的時間分辨率來確定?？刂?輸入可以是PFC的內(nèi)部反饋控制器的設(shè)定點(diǎn)，或者在這種控制器不存 在或者極快的情況下分別是裝置或者其控制工作的顯式設(shè)定。任何控 制輸入變化Au引起PFC裝置的控制工作的變化Ae，以及最終引起整 個網(wǎng)絡(luò)的電力潮流響應(yīng)的變化Afi。系統(tǒng)控制單元30設(shè)置成計算和饋 送對PFC 20的控制輸入的值。系統(tǒng)控制單元30可集成在PFC 20中， 或者作為 一個或多個獨(dú)立模塊來提供，或者實(shí)現(xiàn)為網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)中的 軟件功能。如果附加PFC設(shè)置在環(huán)狀網(wǎng)絡(luò)10中以便獲得對電力潮流 增加的控制，則系統(tǒng)控制單元30可優(yōu)選地協(xié)調(diào)所有PFC。
一個或多個電力潮流響應(yīng)測量單元40優(yōu)選地在線if各11-12、 12-13 和13-14上提供，為了便于本示例，假定這些線路從熱的角度來看是"臨界的，，并且在擾動的情況下存在過載的風(fēng)險。電力潮流響應(yīng)的示 例是電流I、有功功率P和視在功率S。類似地，隨電力潮流而定的診 斷量、如線路垂度或線路導(dǎo)體溫度可通過適當(dāng)?shù)臏y量單元或傳感器40 來測量以及通過系統(tǒng)來評估。以下步驟的電力潮流響應(yīng)的特定選擇取 決于網(wǎng)絡(luò)的特性，因?yàn)樵谕ㄟ^電力線的電力的流動的限制中存在若干 可能的原因。限制因素的一個示例是與電流I直接相關(guān)的熱過載。相 應(yīng)地，雖然假定只要操作是按照規(guī)劃進(jìn)行則沒有違反熱限制，但是在 擾動之后，線路和/或變壓器的一個或多個可能熱過載。
圖2描繪了根據(jù)本發(fā)明的一種確定電力系統(tǒng)靈敏度的方法的結(jié)構(gòu)
或流程圖，包括以下步驟
210:通過例如使系統(tǒng)控制單元30調(diào)制控制輸入u,人為地干擾作 為示范的第一控制參數(shù)的PFC20的控制工作e，以便隨電力的電流或 流量的變化而引起電力潮流響應(yīng)f的變化，
220:對系統(tǒng)控制單元30檢索從PFC的局部控制系統(tǒng)所得到的控 制工作的變化△ e的時間同步值以及由電力潮流響應(yīng)測量單元40所測
量的電力潮流響應(yīng)的變化Af的時間同步值，以及
230:對于其中已經(jīng)登記(register)電力潮流響應(yīng)變化△ f的各流路， 從時間同步電力潮流響應(yīng)變化△ f和關(guān)聯(lián)控制工作變化△ e、優(yōu)選地以 △ P △ e之比來確定電力潮流靈敏度或歸 一化電力潮流響應(yīng)s 。
在一個實(shí)施例中，對于m個電力潮流響應(yīng)和n個控制參數(shù)的相互 靈敏度可寫成矩陣形式，從而產(chǎn)生靈敏度矩陣
A/;/Aei…
不采用簡單比率Af/Ae,而可采用更復(fù)雜的技術(shù)，包括例如最小 平方技術(shù)或其它標(biāo)準(zhǔn)系統(tǒng)標(biāo)識方法，用于識別電力潮流變化與控制參 數(shù)變化之間的相關(guān)性，并且在下列形式的基礎(chǔ)模型中結(jié)合噪聲項n Af= S(s)*Au + n在這里，靈敏度矩陣S(S)為增益矩陣，或者，如果還將包含PFC的局 部或內(nèi)部控制器的動態(tài)，則為對應(yīng)于微分方程或差分方程的傳遞函數(shù) 的矩陣。如果控制輸入U用作控制參數(shù)，以及如果內(nèi)部控制器很慢和/
或包含如PST情況中一樣的機(jī)械執(zhí)行器，則后者特別適合。在影響控
制量和電力潮流響應(yīng)的未知擾動(例如線路跳閘)的情況下，上述^^莫型
顯然必須通過包含△ e或△ q的附加項來擴(kuò)展。
當(dāng)網(wǎng)狀電力網(wǎng)的流路中的電力的流量為高度動態(tài)時，控制工作變 化必須足夠大，使得對應(yīng)流量參數(shù)響應(yīng)相對于流量的其它變化非常明 顯?？刂乒ぷ髯兓舍娙》至⒉襟E或連續(xù)變化的形式。特別是在擾動 條件時，可能激活相當(dāng)多的不協(xié)調(diào)校正動作，這使對測量進(jìn)行時間標(biāo) 記有價值，因?yàn)樗峁┛刂乒ぷ鞯淖兓c流量參數(shù)響應(yīng)之間的可利用 匹配的可能性。
至少一個電力潮流響應(yīng)的時間同步登記的步驟220可通過任何適 當(dāng)方式進(jìn)行，例如通過網(wǎng)絡(luò)中的現(xiàn)有測量單元或者通過特殊適配的測 量單元40。非限制性示例是例如電壓互感器、電流互感器、來自繼電 器的雙態(tài)信號、有功和無功功率換能器、發(fā)電機(jī)速度換能器和溫度換 能器。也可使用在一些情況下作為廣域監(jiān)測系統(tǒng)的部分已經(jīng)安裝的更 特定的換能器、如相量測量單元(PMU)。
電力系統(tǒng)的拓樸結(jié)構(gòu)的任何變化或者在平行于PFC的路徑上因擾
及如上所述，電力系統(tǒng)的拓樸結(jié)構(gòu)的任何變化或者在平行于PFC的路 徑上的網(wǎng)絡(luò)元件的損耗可引起控制工作和/或作用的變化，以便滿足局 部反饋回路，盡管與控制參數(shù)u對應(yīng)的局部設(shè)定點(diǎn)未改變。因此，靈 敏度在每個控制周期至少更新一次，并且優(yōu)選地遵照并甚至利用作為 預(yù)計校正動作的部分的控制工作和/或作用的變化。備選地，確定靈敏 度的方法可按照固定時間安排、如每秒鐘一次重復(fù)執(zhí)行。
本發(fā)明所確定的靈敏度的精度在很大程度上取決于控制參數(shù)的變 化和電力潮流響應(yīng)的變化的登記的時間同步的精度。因此，PFC20的
13任何局部控制系統(tǒng)配備了時間同步登記，使得控制工作或控制作用的 變化可經(jīng)過時間標(biāo)記。由于網(wǎng)狀電力網(wǎng)的流路之間的大距離，時間同
步對測量單元40、 PFC和系統(tǒng)控制單元30之間的同步和通信施加高 要求，并因此促進(jìn)使用PMU所提供的基于GPS的時間同步。
圖3示出另一個網(wǎng)狀電力網(wǎng)10，它包括三個區(qū)域A、 B、 C，各通 過兩個或更多平行電力輸送通道或流路連接，其中各個段(section)通過 標(biāo)號1至7來標(biāo)識。下面具體考慮區(qū)域A，圖3中將流路1至5編組 的由虛線所示的傳輸切口 ，通過其發(fā)生進(jìn)入或離開區(qū)域A的總電力潮 流Fa。在物理上，這些傳輸路徑可能是多電路電力線上的各個電力線 和電路。另一方面，這些區(qū)域不一定需要是地理上遠(yuǎn)離的區(qū)域，而是 可以在地理上重疊并且以網(wǎng)絡(luò)頻率和電壓電平唯一地區(qū)分。
對于所選路徑(標(biāo)號i),確定反映路徑的工作狀態(tài)的電力潮流響應(yīng) ft,以及指定按照那個電力潮流響應(yīng)的極限值Ci。如上所述，所述電力 潮流響應(yīng)可以是具有對應(yīng)最大容許操作值的有功電力潮流或RMS電 流，但也可能是例如導(dǎo)體溫度估計、電壓測量或最大線路垂度，它們 隨相應(yīng)線路上的電力潮流而定，并且它們是可分配的對應(yīng)預(yù)定義極限。 在這些所選路徑之中，電力潮流路徑1和5是控制路徑(標(biāo)號j)，各配 備了 PFC 20并且與優(yōu)先對應(yīng)于有功電力潮流的控制輸入Uj關(guān)聯(lián)。如圖 3對于電力潮流路徑1所示，這個控制輸入w充當(dāng)局部或主控制器21 的設(shè)定點(diǎn)或參考，它例如基于閉環(huán)流量控制，并且它影響PFC的控制 工作e^ PFC的控制作用屮、即由控制作用測量單元22在PFC處或 者附近所測量的例如電力潮流、有功功率傳輸或電流等局部已控制量 用作控制器21的反饋量。
問題是以如下方式設(shè)置控制輸入Uj:
-使多個PFC的交互為最少，
國沒有違反傳輸極限，也就是說，對于所有所選路徑考慮fi〈q, -各PFC的控制輸入的值Uj設(shè)置成盡可能接近參考時間安排Rj， 其中各裝置的參考時間安排Rj可先驗(yàn)地給出、由操作員手動設(shè)置或者從路徑中的 一條或多條上的電力潮流響應(yīng)fi的測量來計算。
因此，除了如上所述的局部或主控制器之外，根據(jù)本發(fā)明的電力 系統(tǒng)靈敏度的使用還針對要采用的自動輔助控制方案?？刂戚斎險j被 修改以確信不同的PFC進(jìn)行合作，以便優(yōu)化整個電網(wǎng)上的傳輸i^式而 不是僅單獨(dú)優(yōu)化每一條控制電力潮流路徑。圖3中，這例如將要求系 統(tǒng)控制單元與兩個PFC控制器20連接。
圖4描繪了輔助控制方案的結(jié)構(gòu)，即系統(tǒng)控制單元30的細(xì)節(jié)，其 中包括以下步驟
410:優(yōu)選地離線通過由操作員研究或者設(shè)置的最佳電力潮流(例 如按照通過預(yù)期通過各路徑的傳輸切口的總流量的百分比)來確定參 考時間安排Rj。在標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)中，只要不存在限制違反，則控制器基于 這個參考時間安排來選拷"沒定點(diǎn)，
420:使用時間同步測量作為通過傳輸切口的各路徑上的電力潮 流的函^t來測量通過傳輸切口的總電力潮流F,
430:基于總流量F的測量和預(yù)定義時間安排Rj來計算每個控制裝 置的標(biāo)稱設(shè)定點(diǎn)rj,
440:測量參與輔助控制方案的每個控制或無控制路徑上的電力 潮流響應(yīng)fl、如實(shí)際流量或線路溫度，并且提供各路徑的可容許電力 潮流響應(yīng)的量度、即極限值d。例如通過特定線路的熱能力、按照電 流、有功視在電力潮流或者與其相關(guān)的任何其它因素、如導(dǎo)體溫度或 最大線路跨距垂度來確定極限。 一般來說，極限Ci在規(guī)劃電力系統(tǒng)期 間來建立，并且實(shí)際上可按照預(yù)定義時間安排在一天或一星期改變。 電力潮流響應(yīng)及其極限用于通過比較來檢測過載情況或模式。
450:各PFC控制器設(shè)定點(diǎn)的校正項或校正因子△ rj根據(jù)來自前一 級并且涉及靈敏度sy的已識別過載^t式來計算。如果后者尚未相對控 制輸入u來定義，則在這個步驟中可需要從控制量e、 q映射回到控制 輸入u。過程可按照相反順序，從預(yù)計要減輕的已識別過度電力潮流 響應(yīng)開始，或者可涉及試探預(yù)測多個電力潮流情況以及隨后選擇優(yōu)選控制輸入設(shè)定。因此，為了避免在過載情況下使網(wǎng)狀電力網(wǎng)中的負(fù)荷 情況實(shí)際變壞的電力潮流響應(yīng)的校正，所得流量情況的在線預(yù)測可在 實(shí)際運(yùn)行PFC控制工作的任何校正之前調(diào)用。為了說明裝置限制，來
自各PFC的內(nèi)部信號可需要反饋到設(shè)定點(diǎn)校正級。
460:實(shí)際設(shè)定點(diǎn)Uj計算為在步驟430所計算的標(biāo)稱設(shè)定點(diǎn)r」以及 在步驟450所計算的校正項Arj的函數(shù)。這些設(shè)定點(diǎn)隨后以urTj+Arj 應(yīng)用于局部PFC控制器。
在一個實(shí)施例中，協(xié)調(diào)系統(tǒng)控制單元30對局部控制器21串行、 即一個接一個地進(jìn)行處理(address),并且保留相應(yīng)控制輸入u」的值的 變化之后的時隙。這防止將會使得很難區(qū)別各控制器對電力潮流響應(yīng) 的變化的影響的多個局部控制器同時動作。
電力潮流響應(yīng)的校正可在一個步驟或者通過多個較小步驟來執(zhí) 行，取決于所使用的PFC的類型。作為示例，具有分接開關(guān)的PST本 質(zhì)上將每5秒進(jìn)行一步，而功率電子裝置可根據(jù)需要在一個步驟進(jìn)行 整個改變。但是，為了避免電力網(wǎng)中的大波動，可能適合的是以已識 別方向進(jìn)行逐步改變，甚至在使用可在一個步驟進(jìn)行完全改變的PFC 時。此外，逐步改變準(zhǔn)許確定各步的更新電力潮流響應(yīng)、并因此控制 輸入的優(yōu)選變化的更新預(yù)測。具體來說，當(dāng)針對熱極限時，對于控制 的速度不存在過度需要。相反，可能適合的是具有PFC流量的相當(dāng)緩 慢變化，以便沒有超過所需地干擾系統(tǒng)。因此，即使最終設(shè)定點(diǎn)的估 計在擾動之后立即獲得，這個估計也將在朝最終操作點(diǎn)前進(jìn)期間;波多 次更新。
標(biāo)號列表
10 網(wǎng)爿犬電力網(wǎng) 11,12,13,14 節(jié)點(diǎn)
20 電力潮流控制裝置(PFC)
21 局部PFC控制器22 控制作用測量單元
30 系統(tǒng)控制單元
40 電力潮流響應(yīng)測量單元
權(quán)利要求
1. 一種確定具有兩個平行流路以及設(shè)置成基于第一控制參數(shù)u1、e1、q1來控制所述兩個平行流路的第一流路中的電力潮流f1的第一電力潮流控制裝置(PFC)(20)的網(wǎng)狀電力網(wǎng)(10)的電力系統(tǒng)靈敏度的方法，包括-確定所述第一控制參數(shù)的變化Δu1、Δe1、Δq1，-以與確定所述第一控制參數(shù)的所述變化Δu1、Δe1、Δq1適時同步的方式來確定所述兩個平行流路的第二流路中的電力潮流響應(yīng)fi的變化Δfi，以及-基于所述第一控制參數(shù)的所述變化Δu1、Δe1、Δq1和所述電力潮流響應(yīng)的時間同步變化Δfi來計算電力系統(tǒng)靈敏度si，1。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于它包括-確定電力潮流響應(yīng)t的變化，所述電力潮流響應(yīng)fi的變化是隨 所述網(wǎng)狀電力網(wǎng)(IO)的所述兩個平行流路的所述第二流路中的實(shí)際電 力潮流而定的推導(dǎo)量。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于它包括-確定作為與所述電力潮流響應(yīng)瞬時相關(guān)的所述PFC的控制量的 變化Ae!、 Aq!的所述第一控制參數(shù)的變化。
4. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的方法，其中，所述PFC(20)包括基于作 為控制作用測量單元(22)所測量的局部反饋量的控制作用q！的局部控 制器(21)，其特征在于它包括-通過所述控制作用測量單元來確定所述PFC的所述控制量的變 化，所述變化是所述控制作用的變化Aqj。
5. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的方法，其特征在于它包括-確定由所述第一PFC(20)響應(yīng)饋送到所述PFC的控制輸入變化 AiH而產(chǎn)生的所述控制量的變化Ae!、 A屮。
6. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的方法，其特征在于它包括-確定由所述第一 PFC(20)響應(yīng)所述兩個平行流路的所述第一流路中的所述電力潮流ft的變化而產(chǎn)生的所述控制量的變化Ae!、 Aqi。
7. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于它包括-通過參數(shù)估計或相關(guān)性分析技術(shù)來計算所述電力系統(tǒng)靈敏度Si,l。
8. 根據(jù)權(quán)利要求1至5中的任一項所述的方法，其特征在于它包括-確定遠(yuǎn)離所述PFC(20)的多個位置中的時間同步電力潮流響應(yīng) 變化Afl。
9. 根據(jù)權(quán)利要求6所述的方法，其特征在于它包括-通過相量測量單元(PMU)來確定所述時間同步電力潮流響應(yīng)變 化Af;。
10. 根據(jù)權(quán)利要求1至9中的任一項所計算的電力系統(tǒng)靈敏度su 的使用，用于控制包括由第一 PFC(20)所控制的第一傳輸路徑以及與 所述第一傳輸路徑平行的第二傳輸路徑互連的兩個區(qū)域的環(huán)狀電力系 統(tǒng)中的電力潮流，包括-基于所述電力系統(tǒng)靈敏度su和所述第二傳輸路徑中的電力潮 流響應(yīng)fi的預(yù)計變化Afi來計算對所述第一 PFC(20)的局部控制器(21) 的標(biāo)稱設(shè)定點(diǎn)n的校正A^，以及-將校正設(shè)定點(diǎn)m作為控制輸入應(yīng)用于所述第一 PFC(20)的所述 局部控制器(21)。
11. 根據(jù)權(quán)利要求10所述的使用，其特征在于它包括國對所述第二傳輸路徑中的所述電力潮流響應(yīng)fl指定極限值Ci， 國測量所述第二路徑中的電力潮流響應(yīng)fi,-通過比較所述極限值d與所測量的電力潮流響應(yīng)fi來檢測所述 第二路徑中的過載情況，以及-計算所述校正Ar!,以便緩解所述第二路徑中的所述過載情況。
12. 根據(jù)權(quán)利要求10所述的使用，其特征在于它包括-以串行方式將校正設(shè)定點(diǎn)IM、 U2作為控制輸入應(yīng)用于多個PFC(20)的所述局部控制器(21)。
全文摘要
本發(fā)明涉及從電力潮流控制裝置(PFC)的電力潮流參數(shù)和控制參數(shù)來計算電力系統(tǒng)靈敏度。為此，控制參數(shù)變化應(yīng)用于PFC(20)或由PFC(20)產(chǎn)生，并且包括控制輸入u、控制工作e(注入串聯(lián)電壓、插入串聯(lián)電抗)或者控制作用q(電力潮流、有功功率傳輸、移相、電流)的變化。電力潮流響應(yīng)測量單元(40)以與控制參數(shù)變化充分同步的方式來測量例如電流、有功或視在功率等的電力潮流響應(yīng)的變化，以便允許建立采取電力系統(tǒng)靈敏度形式的明確因果關(guān)系或?qū)?yīng)性。后者可以在線修改，以連續(xù)反映電力系統(tǒng)行為的更新方面，并且因此實(shí)現(xiàn)包括具有連接兩個區(qū)域或子系統(tǒng)的兩個平行流路或通道的網(wǎng)狀電力網(wǎng)的電力系統(tǒng)中改進(jìn)的快速和可靠的電力潮流控制。
文檔編號H02J3/24GK101548447SQ200780044540
公開日2009年9月30日 申請日期2007年10月2日 優(yōu)先權(quán)日2006年10月5日
發(fā)明者A·奧達(dá)洛夫, B·伯格倫, M·拉森, P·科巴, T·本格特森 申請人:Abb研究有限公司