用于非侵入式發電機阻尼轉矩估計的系統和方法技術方案

本發明專利技術題為用于非侵入式發電機阻尼轉矩估計的系統和方法。用于與電功率網絡中的發電機關聯的阻尼轉矩的非侵入式估計的穩定性分析系統(SAS)包括處理器，其與關聯發電機的PMU進行通信。處理器配置成接收來自PMU的第一數據樣本集合。第一數據集基本上表示發電機的至少一個測量。處理器還配置成至少部分基于第一數據集來確定發電機的估計轉矩。處理器還配置成至少部分基于估計轉矩來確定估計平均轉矩和一個或多個估計轉矩分量。處理器還配置成向操作員輸出估計平均轉矩和一個或多個估計轉矩分量，供發電機和網絡的一個或多個的穩定性分析中使用。

【技術實現步驟摘要】

本公開一般涉及電力網中的電力生成和穩定性，以及更具體來說涉及用于電力網中的發電機的阻尼轉矩的非侵入式估計的系統和方法。
技術介紹
一些已知電力系統基于系統的靜態視圖來分析系統穩定性，這可能不考慮發電機、負載和控制裝置之間的機電交互。隨著可再生發電(例如太陽能和風力發電機)的廣泛部署，可控負載、能量儲存裝置和插入式混合電動車輛預計網絡基礎設施(例如通信、計算和控制)的更大集成，實時地監測和控制電力網的動態性能變得越來越重要。當分析電力系統時，電力系統狀態(例如變量)可分類為兩類，即，靜態類和動態類。靜態類包括各種母線電壓幅值和相位角。這些測量可對某個時間期間緩慢地變化。但是，變化將是較小并且短暫的。在一些已知系統中，這些靜態變量使用利用來自監控和數據獲取(SCADA)系統的遙測數據的狀態估計器(SE)來估計。動態狀態包括發電機轉子速度和轉子角、與發電機、激勵器、電力系統穩定器、渦輪調速器、風力發電系統和系統中的其他動態組件(例如電動機負載)關聯的內部差異變量。雖然這些狀態類均對時間連續改變，但是動態狀態是主要變量類，其支配系統的瞬態響應。在許多情況下，可能不存在從電網可用的這些動態狀態的直接測量。許多現代電力系統包括多個發電裝置，其在使用中基本上相互同步。各發電機在物理配置以及操作性能特性和限制方面具有至少部分細微差異，因此各發電機將針對負荷與其他所連接發電機略微有偏差。由于電力系統上的總負載在添加和去除負載時將隨時間而連續改變，所以各同步發電機將以不同方式對變化起反應。雖然基本上保持發電機的電磁和機械轉矩之間的均衡，但是電力系統的負荷中的小擾動將在同步發電機基于其結構以及操作配置和限制對這些變化進行調整時對短時間期間發起電力系統中的電力需求與電力可用性之間的平衡的偏移。跟隨擾動的各同步發電機的電磁轉矩的變化分解為兩個分量，即，與轉子角偏差同相的同步轉矩分量以及與角速度偏差同相的阻尼轉矩分量。缺乏充分同步轉矩與非振蕩不穩定性關聯，以及缺乏阻尼轉矩引起低頻振蕩。更多相異的電力生成源的電網集成中固有的增加難題是表征單獨發電機對較高級全系統目標、例如電網穩定性的貢獻。一些已知穩定性分析工具通過定義與各發電機關聯的阻尼轉矩來針對振蕩的阻尼。但是，使用例如經過相量測量單元(PMU)所提供的電壓和電流樣本的外圍測量的阻尼轉矩估計按傳統完全是具有有限成功的概念工具。因此，為了執行單獨發電機的阻尼轉矩評估，發電機必須經受侵入式測試，也就是說，發電機對測試和分析的時長必須停止使用，或者在使用中經過人為擾動。但是，這種侵入式測試不提供跨不同操作條件實時地估計來自各發電機的阻尼轉矩貢獻。
技術實現思路
在一個方面，提供一種用于與電功率網絡中的發電機關聯的阻尼轉矩的非侵入式估計的穩定性分析系統(SAS)。該SAS包括處理器，其與關聯發電機的相量測量單元(PMU)進行通信。處理器配置成接收來自PMU的第一數據樣本集合。第一數據樣本集合基本上表示發電機的至少一個測量。處理器還配置成至少部分基于第一數據樣本集合來確定發電機的估計轉矩。處理器還配置成至少部分基于估計轉矩來確定估計平均轉矩和一個或多個估計轉矩分量。處理器還配置成向操作員輸出估計平均轉矩和一個或多個估計轉矩分量，供發電機和電功率網絡的一個或多個的穩定性分析中使用。在另一方面，提供一種用于與功率網絡中的發電機關聯的阻尼轉矩的非侵入式估計的基于計算機的方法。該方法使用包括至少一個處理器的計算裝置，至少一個處理器與關聯發電機的相量測量單元(PMU)進行通信。該方法包括接收來自PMU的第一數據樣本集合。第一數據樣本集合基本上表示發電機的至少一個測量。該方法還包括至少部分基于第一數據樣本集合來確定發電機的估計轉矩。該方法還包括至少部分基于估計轉矩來確定估計平均轉矩和一個或多個估計轉矩分量。該方法還包括向操作員輸出估計平均轉矩和一個或多個估計轉矩分量，供發電機和功率網絡的一個或多個的穩定性分析中使用。在另一方面，提供一種其上包含了計算機可執行指令的至少一個非暫時計算機可讀存儲介質。在由至少一個處理器運行時，計算機可執行指令使處理器接收來自相量測量單元(PMU)(其與處理器進行通信并且與功率網絡中的發電機關聯)的第一數據樣本集合。第一數據樣本集合基本上表示發電機的至少一個測量。另外，在由至少一個處理器運行時，計算機可執行指令使處理器至少部分基于第一數據樣本集合來確定發電機的估計轉矩。此外，在由至少一個處理器運行時，計算機可執行指令使處理器至少部分基于估計轉矩來確定估計平均轉矩和一個或多個估計轉矩分量。此外，在由至少一個處理器運行時，計算機可執行指令使處理器向操作員輸出估計平均轉矩和一個或多個估計轉矩分量，供發電機和功率網絡的一個或多個的穩定性分析中使用。技術方案1：一種用于與電功率網絡中的發電機關聯的阻尼轉矩的非侵入式估計的穩定性分析系統，所述穩定性分析系統包括與關聯所述發電機的相量測量單元(PMU)進行通信的處理器，所述處理器編程為：接收來自所述PMU的第一數據樣本集合，所述第一數據樣本集合基本上表示所述發電機的至少一個測量；至少部分基于所述第一數據樣本集合來確定所述發電機的估計轉矩；至少部分基于所述估計轉矩來確定估計平均轉矩和一個或多個估計轉矩分量；以及向操作員輸出所述估計平均轉矩和所述一個或多個估計轉矩分量，供所述發電機和所述電功率網絡的一個或多個的穩定性分析中使用。技術方案2：如權利要求１所述的穩定性分析系統，其中，所述一個或多個估計轉矩分量的各轉矩分量與模態角頻率所表征的振蕩模式關聯。技術方案3：如權利要求１所述的穩定性分析系統，其中，確定估計平均轉矩和一個或多個估計轉矩分量包括使用系統識別技術來估計所述平均轉矩和所述一個或多個估計轉矩分量。技術方案4：如權利要求３所述的穩定性分析系統，其中，所述系統識別技術是卡爾曼濾波器、粒子濾波器、龍伯格觀測器和自適應向量量化(AVQ)其中之一。技術方案5：如權利要求１所述的穩定性分析系統，其中，確定估計平均轉矩和一個或多個估計轉矩分量還至少部分基于確定在時間t的所述估計平均轉矩Teavg(t)的值和d-q參考系中的m個估計轉矩分量Ted(i)和Teq(i)，其中i=1至m，使得在時間t的所述估計轉矩Te(t)基本上等于：，其中，是所估計角，其中ωi是第i模態角頻率的所述估計速度，以及是所估計空間相量對其d-q參考系被鎖定的角度。技術方案6：如權利要求1所述的穩定性分析系統，其中，所述第一數據樣本包括在時間t的功率Pe的樣本的離散值，其中所述估計轉矩計算為所述功率Pe與所述發電機的估計速度和測量速度中的一個速度ω的比率。技術方案7：如權利要求1所述的穩定性分析系統，其中，所述處理器還編程為：使用與所述發電機關聯的環境條件數據來初始化與所述一個或多個轉矩分量關聯的多個頻率；以及使用比例-積分補償器來更新所述多個頻率，以使連續樣本中的相位角之間的誤差為最小。技術方案8：一種用于與功率網絡中的發電機關聯的阻尼轉矩的非侵入式估計的基于計算機的方法，所述方法使用包括與關聯所述發電機的相量測量單元(PMU)進行通信的至少一個處理器的計算裝置，所述方法包括：接收來自所述PMU的第一數據樣本集合，所述第一數據樣本集合基本上表示所述發電機的至少本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種用于與電功率網絡中的發電機關聯的阻尼轉矩的非侵入式估計的穩定性分析系統，所述穩定性分析系統包括與關聯所述發電機的相量測量單元(PMU)進行通信的處理器，所述處理器編程為：接收來自所述PMU的第一數據樣本集合，所述第一數據樣本集合基本上表示所述發電機的至少一個測量；至少部分基于所述第一數據樣本集合來確定所述發電機的估計轉矩；至少部分基于所述估計轉矩來確定估計平均轉矩和一個或多個估計轉矩分量；以及向操作員輸出所述估計平均轉矩和所述一個或多個估計轉矩分量，供所述發電機和所述電功率網絡的一個或多個的穩定性分析中使用。

【技術特征摘要】
2015.04.27 US 14/6972841. 一種用于與電功率網絡中的發電機關聯的阻尼轉矩的非侵入式估計的穩定性分析系統，所述穩定性分析系統包括與關聯所述發電機的相量測量單元(PMU)進行通信的處理器，所述處理器編程為：接收來自所述PMU的第一數據樣本集合，所述第一數據樣本集合基本上表示所述發電機的至少一個測量；至少部分基于所述第一數據樣本集合來確定所述發電機的估計轉矩；至少部分基于所述估計轉矩來確定估計平均轉矩和一個或多個估計轉矩分量；以及向操作員輸出所述估計平均轉矩和所述一個或多個估計轉矩分量，供所述發電機和所述電功率網絡的一個或多個的穩定性分析中使用。2. 如權利要求１所述的穩定性分析系統，其中，所述一個或多個估計轉矩分量的各轉矩分量與模態角頻率所表征的振蕩模式關聯。3. 如權利要求１所述的穩定性分析系統，其中，確定估計平均轉矩和一個或多個估計轉矩分量包括使用系統識別技術來估計所述平均轉矩和所述一個或多個估計轉矩分量。4. 如權利要求３所述的穩定性分析系統，其中，所述系統識別技術是卡爾曼濾波器、粒子濾波器、龍伯格觀測器和自適應向量量化(AVQ)其中之一。5. 如權利要求１所述的穩定性分析系統，其中，確定估計平均轉矩和一個或多個估計轉矩分量還至少部分基于確定在時間t的所述估計平均轉矩Teavg(t)的值和d-q參考系中的m個估計轉矩分量Ted(i)和Teq(i)，其中i=1至m，使得在時間t的所述估計轉矩Te(t)基本上等于：，其中...

【專利技術屬性】
技術研發人員：N阿查亞，NR喬扈里，CA鮑內，
申請(專利權)人：通用電氣公司，
類型：發明
國別省市：美國;US