電力系統及控制電力系統中的電力潮流和/或電壓的方法技術方案

本發明專利技術涉及一種控制電力系統中的電力潮流和/或電壓的方法，包括：針對包括一系列時間步長的同步測量的掃描周期，監視在一組系統位置處的電壓和/或電流的條件；基于針對兩個或更多個連續時間步長的數據來確定瞬態估計；形成包括電力系統的瞬時電壓、電流和電力潮流的快照；以及進行調節以減輕擾動的影響。在一系列時間步長中，進行電壓和/或電流的瞬時樣本測量。監視提供包括針對完整掃描周期的瞬時樣本測量的數據。瞬態估計包括對由對電力系統的擾動引起的非正弦電壓或電流波形的估計。還公開了一種電力系統。上述分析提供了瞬態條件期間的電力系統的快照，并且該快照可以由控制功能或FACTS設備使用以保護和控制電網。

【技術實現步驟摘要】
【國外來華專利技術】
本專利技術涉及一種用于監控電力系統的裝置、方法和計算機程序。更具體地，本專利技術涉及在系統擾動的情況下控制電力系統的電力潮流和電壓。
技術介紹
電力系統或電網通常包括通過傳輸線互連的多個電力總線。圖1示出了IEEE14-總線系統10的示例，其中，總線Bus1、Bus2、…、Bus14通過傳輸線12互連。發電機G向一些總線(諸如Bus1和Bus2)提供電力，與此同時，負載L從一些總線汲取電力。另外，一些總線具有同步調相機(condenser)C，同步調相機C用于產生或吸收調節電壓或提高電網中的功率因數所需的能量。此外，如圖1中所示，一些傳輸線12可以包括變壓器T，變壓器T用于降低或增加總線之間的電壓。如圖1中所示，電網可以包括一個或多個變電站16。變電站16被示為包括總線4、7、8和9以及相關聯的傳輸線12和這些總線之間的變壓器T。期望電力系統在穩定狀態下運轉。然而，因為不能避免系統擾動，所以電力系統幾乎總是不得不在瞬態條件下工作。當發生系統擾動時，系統中的電力潮流(powerflow)、電壓和電流會非常快地變化，電力系統可能不穩定。在快速瞬態條件的情況下，必需進行電力系統的控制以使系統穩定。這種控制可以通過若干控制功能(諸如頻率穩定控制、電壓穩定控制、瞬態穩定控制和系統振蕩控制)以及電力系統元件保護方案和系統范圍自動化保護方案(叫做系統完整性保護方案(SIPS))和/或使用現代電力系統中的FACTS(靈活AC傳輸系統)設備和/或HVDC(高壓DC)和/或HVDC電網來進行。FACTS通常是基于電力電子的系統，在現代工業中廣泛地用于控制電網。然而，控制大的復雜的電網不是簡單的任務。在可以采用系統控制功能之前，應當在電壓和電流方面對系統狀態進行估計，以提供準確的快照(snapshot)。使用原始測量系統將需要過多的測量儀器/信號以及處理器需求。因此，電網控制功能使用電力系統狀態估計，電力系統狀態估計包括根據更可管理數量的測量來估計電網的狀態。電力系統狀態估計器將提供在給定時間點對在所有系統總線的電壓(和/或電流)和相位角的估計。可以在電力系統的控制功能中使用這種估計。穩定狀態或條件變化相對緩慢的電網中的狀態估計已經廣泛用于電網中。然而，當嘗試在瞬態條件(具體地，快速瞬態條件)期間執行狀態估計時出現了問題，該問題也可以在電網中存在擾動時發生。在系統擾動期間，當電壓和電流波形不是正弦波(在50或60Hz的基頻)時，用于穩定狀態的狀態估計方法無效或者根本不工作。在這些情況下，需要特殊的瞬態估計。瞬態估計方法的一個示例已經由Zima-Bockarjova等在2011年的IEEETrans.PowerSyst.的26(4)的第1866-1874頁的“AnalysisoftheStateEstimationPerformanceinTransientConditions”中進行了描述。其提出了通過調節系統擾動來升級正常狀態估計過程。然而，在這種嘗試中不考慮非正弦的電壓和電流波形，因此，這種方法不能用于有效地處理系統擾動期間的狀態估計。由Yu和Watson在2007年的IEEETrans.PowerDel.的22(3)的第1680-1687頁的“AnApproximateMethodforTransientStateEstimation”中提出了另一種方法。這種方法基于單個、非常短的時間步長的測量。該方法的問題在于，它對測量儀器的性能和數據通信速度具有不可接受的要求。本專利技術旨在緩解上述問題。
技術實現思路
根據本專利技術的第一方面，提供了一種控制電力系統中的電力潮流和/或電壓的方法。所述方法包括：針對同步測量的掃描周期，監視在一組系統位置處的電壓和/或電流的條件。所述掃描周期包括一系列時間步長，在所述一系列時間步長中，進行電壓和/或電流的瞬時樣本測量。所述監視提供包括針對完整掃描周期的瞬時樣本測量的數據。基于針對兩個或更多個連續時間步長的數據來確定瞬態估計。所述瞬態估計包括對由對電力系統的擾動引起的非正弦電壓或電流波形的估計。所述方法還包括：形成包括電力系統的瞬時電壓、電流和電力潮流的快照。所述方法還包括：進行調節以減輕擾動的影響。所述調節可以是對提供給電力系統的電量和/或從電力系統汲取的電量的調節，和/或通過改變系統配置來保護系統。同步測量可以是由多個時間同步測量儀器(諸如PMU)提供的。可以通過使用標準時間信號(例如，全球定位系統GPS時間信號)作為基準來獲得同步測量。掃描周期可以按照在電網運行與控制中測量的傳輸數據的國際標準。確定瞬態估計可以包括：確定在與用于所述監視的系統位置不同的系統位置處的估計。所述瞬態估計基于狀態空間模型和離散模型，所述離散模型在估計中包括非正弦電壓或電流波形。電力系統可以包括多個互連的總線，所述多個互連的總線包括能夠將電力提供給電網的一個或多個總線以及能夠從電網汲取電力的一個或多個總線，所述方法包括：調節提供給一個或多個總線的電量和/或從一個或多個總線汲取的電量。所述方法還可以包括：將電力系統劃分成多個子系統，每個子系統包括所述總線中的一個或多個總線。優選地，所述子系統中的一個或多個子系統包括一個或多個變電站，每個變電站包括一個或多個總線、電力變壓器、用于切斷電力的開關設備(諸如電路斷路器或切斷開關(disconnector))，其中，測量、保護和控制設備物理地位于變電站中。可以使用非重疊方法將電力系統劃分成通過連接線連接的多個子系統，所述連接線包括傳輸線或變壓器。可以通過從每個子系統單獨進行同步測量，來真的每個子系統進行瞬態估計。優選地，對每個子系統的瞬態估計進行合計，以提供對整個電網的瞬態估計。合計的瞬態估計可以提供以下快照：所述快照包括整個電力系統的或者電力系統的一部分的電壓、電流和電力潮流。所述方法還可以包括：在控制功能或FACTS設備或HVDC系統中使用快照數據，以保護和控制電力系統。可以在變電站中實現所述方法。根據本專利技術的第二方面，提供了一種電力系統，所述電力系統包括位于電力系統中的多個位置處的多個同步測量單元。每個測量單元被配置為在包括一系列時間步長的同步掃描周期上獲得樣本數據，并且在周期結束之后發送針對完整掃描周期的瞬時樣本數據，其中，在所述一系列時間步長中，進行電壓和/或電流的瞬時樣本測量。瞬態估計器被配置為接收和分析樣本數據以基于針對兩個或更多個連續時間步長的數據來確定瞬態估計。所述瞬態估計包括對由對電力系統的擾動引起的非正弦電壓或電流波形本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種控制電力系統中的電力潮流和/或電壓的方法，所述方法包括：針對包括一系列時間步長的同步測量的掃描周期，監視在一組系統位置處的電壓和/或電流的條件，其中，在所述一系列時間步長中，進行電壓和/或電流的瞬時樣本測量，所述監視提供包括針對完整掃描周期的瞬時樣本測量的數據；基于針對兩個或更多個連續時間步長的數據來確定瞬態估計，其中，所述瞬態估計包括對由對電力系統的擾動引起的非正弦電壓或電流波形的估計；形成包括電力系統的瞬時電壓、電流和電力潮流的快照；以及進行調節以減輕擾動的影響。

【技術特征摘要】
【國外來華專利技術】2013.08.15 GB 1314611.31.一種控制電力系統中的電力潮流和/或電壓的方法，所述方法包括：
針對包括一系列時間步長的同步測量的掃描周期，監視在一組系統位置處的電壓和/
或電流的條件，其中，在所述一系列時間步長中，進行電壓和/或電流的瞬時樣本測量，所述
監視提供包括針對完整掃描周期的瞬時樣本測量的數據；
基于針對兩個或更多個連續時間步長的數據來確定瞬態估計，其中，所述瞬態估計包
括對由對電力系統的擾動引起的非正弦電壓或電流波形的估計；
形成包括電力系統的瞬時電壓、電流和電力潮流的快照；以及
進行調節以減輕擾動的影響。
2.根據權利要求1所述的方法，其中，同步測量是從若干同步測量單元提供的，所述同
步測量單元是例如相量測量單元PMU。
3.根據權利要求1或權利要求2所述的方法，其中，確定瞬態估計包括：確定在與用于所
述監視的系統位置不同的系統位置處的估計。
4.根據任一前述權利要求所述的方法，其中，使用標準時間信號作為基準來獲得同步
測量，所述標準時間信號是例如全球定位系統GPS時間信號。
5.根據權利要求4所述的方法，其中，所述瞬態估計具有使用所述標準時間信號的相同
時間基準。
6.根據任一前述權利要求所述的方法，其中，掃描周期按照在電網運行與控制中測量
的傳輸數據的國際標準。
7.根據任一前述權利要求所述的方法，其中，所述瞬態估計基于狀態空間模型和離散
模型，所述離散模型在估計中包括非正弦電壓或電流波形。
8.根據任一前述權利要求所述的方法，其中，電力系統包括多個互連的總線，所述多個
互連的總線包括能夠將電力提供給電網的一個或多個總線以及能夠從電網汲取電力的一
個或多個總線，所述方法包括：調節提供給一個或多個總線的電量和/或從一個或多個總線
汲取的電量。
9.根據權利要求8所述的方法，還包括：將電力系統劃分成多個子系統，每個子系統包
括所述總線中的一個或多個，其中，所述監視包括：從每個子系統進行測量，其中，針對每個
子系統確定瞬態估計。
10.根據權利要求11所述的方法，其中，使用非重疊方法將電力系統劃分成通過連接線
連接的多個子系統，所述連接線包括傳輸線或變壓器。
11.根據權利要求9或權利要求10所述的方法，其中，對每個子系統的瞬態估計進行合
計，以提供對整個電力系統的瞬態估計。
12.根據權利要求11所述的方法，其中，經過合...

【專利技術屬性】
技術研發人員：張小平，楊翾，
申請(專利權)人：伯明翰大學，
類型：發明
國別省市：英國;GB