使用实时保护设置更新的动态补救动作方案的瞬态仿真建模的制作方法

本公开涉及电力输送系统的分布式协调广域控制。更具体地，本公开涉及接收实时保护设置更新以允许基于更新的瞬态仿真建模的动态补救动作方案的保护继电器和/或其他控制装置。

附图简述

本公开包括非限制性且非穷尽性的说明性实施例。参考在下面描述的各图中所描绘的某些这样的说明性实施例。

图1是电力输送系统的一个实施例的简化单线图。

图2是具有分布式协调广域控制的电力输送系统的实施例的简化单线图。

图3是用于分布式协调广域控制的通信系统的实施例的图示。

图4是根据一个实施例的分布式控制器的功能框图。

图5是根据一个实施例的协调控制器的功能框图。

图6示出了一种向协调控制器提供实时更新的保护设置以及测量数据、状态数据等的方法。

图7示出了协调控制器使用基于多个分布式控制器的实时保护设置的更新的瞬态仿真模型来保持动态补救动作方案的一种方法。

详细描述

发电和电力输送系统生成电能，传输电能，并将电能分配给负载。发电和电力输送系统可以包括诸如发电机、电动机、电力变压器、输电线和配电线路、断路器、开关、母线、电压调节器、电容器组等的设备。这种设备可以使用智能电子装置(ied)来监测、控制、自动化和/或保护，该智能电子装置从设备接收电力输送系统信息，基于该信息做出决策，并向该设备提供监测、控制、保护和/或自动化输出。

电力系统可以包括用于保护电力系统的本地组件和部分的本地保护装置。在某些情况下，本地保护装置可以保护单个组件，例如发电机，或者可以与特定的馈线或配电支路相关联。本地保护装置可以向区域或分布式保护装置提供测量数据，该区域或分布式保护装置可以保护电力系统的多个本地组件或更大部分。这些区域或分布式保护装置可以被称为广域保护装置，因为它们与本地保护组件相比提供对更广阔的区域的保护。区域或分布式保护装置可以与本地保护装置通信，并控制本地保护装置，以保护其权限范围内的广阔区域。更高级别的保护装置可以从多个区域或分布式保护装置接收测量数据和/或计算结果，以对多个区域和/或分布式保护装置做出广域控制决策。保护装置的级数可取决于特定的应用，但不限于两个或三个。每一级保护可以控制一个或更多个子级的保护装置。

每个保护装置(例如断路器或开关)可以由外部ied控制或包括集成ied。例如，保护装置可以直接结合到电力系统设备中。例如，发电机可以包括ied(其可以实施为简单的电子电路，或者可以包括用于更复杂操作的处理器和存储器)，以控制集成保护装置，例如断路器、电压调节器、电流调节器、频率控制装置等。断路器可以具有集成ied来确定何时断开，也可以与更高级别的ied通信，该ied也可以指示断路器断开。每个保护装置、多组保护装置和/或控制保护装置的ied可以具有可调整的保护设置。

在一些实施例中，保护ied的保护设置是用户可选的。如本文所述，协调控制器可以利用电力系统的状态、电流测量值和下游ied(例如分布式控制器)的保护设置，来确定补救动作方案(ras)。ras可以定义响应电力系统的各种潜在的未来条件或事件而采取的动作。

例如，站控制器可以为多个发电机、断路器、配电线路和各种负载确定ras。ras可以定义在发电机将断电或以其他方式离线时所要执行的动作。ras可以使用瞬态仿真模型来确定各种事件和动作的后果。例如，瞬态仿真模型可以指示，如果发电机之一离线，则只要总负载不超过预定阈值，其他发电机就可以继续向连接到系统的所有负载供电。高于该阈值时，瞬态仿真模型可以指示可能有必要进行减载(loadshedding)以避免级联故障。ras不限于上述示例，而是可以包括用于保护电力系统的各种组件和部分的各种动作中的任何一种。

例如，ras可以定义响应于预定系统条件而要采取的动作。ras定义的动作可包括但不限于：削减或切断发电或其他源；削减或切断负载；重新配置系统以满足特定的可靠性标准；修改拓扑结构(包括增加发电、移除发电、增加负载和移除负载)，以保持稳定性、系统电压和/或可接受的功率流水平；防止级联故障；保护系统的关键组件；保护和/或维持关键负载的电力；和/或类似动作。ras的许多方面可以基于电力系统的行为的瞬态建模。电力系统的瞬态模型可能高度依赖于系统内各种保护ied和/或保护装置的保护设置(例如，设定点)。在保护设置可以由用户选择和/或更新的系统中，可以向实施ras的站控制器、区域控制器、集中控制器或协调控制器通知更新的保护设置。区域控制器可以为一区域提供协调的保护。集中控制器或多区域控制器可以通过多个区域协调控制器向多个区域提供更高级别的协调保护。控制器可以使用更新的保护设置来更新瞬态模型仿真。更新后的瞬态模型仿真可以批准(warrant)对ras的修改或更新。

在一些实施例中，可以在电力系统内使用自适应保护系统。例如，断路器、发电机、开关等可以用保护ied来保护，该保护ied基于当前系统条件来调整或修改它们的保护设置。在一些实施例中，自适应保护ied可以基于电力系统的瞬时状态来实时调整保护设置。

使用更新的保护设置进行瞬态建模可以允许增强的ras更好地保护电力系统。作为简化的示例，广域控制器可以定义ras，其包括在馈电给微电网的50hz传输线路断电时要采取的动作。ras可以基于潜在事件的瞬态建模。可选动作可包括削减负载或使发电机加速(rampup)。基于实时系统条件和现有拓扑结构的关于系统的瞬态建模可能揭示，如果使发电机加速，将导致51.5hz的过频条件。发电机的ied保护设置可指定52hz的过频上限设置。因此，ras可以指示在传输线路断电时要采取的动作是使发电机加速。

然而，发电机的保护ied可以基于系统条件来动态更新发电机的保护设置。例如，保护ied可以将过频上限更新为51hz。保护ied可以通知广域控制器，广域控制器继而可以更新其瞬态模型仿真。基于新的仿真，广域控制器可以确定，在传输线路断电时要采取的动作是削减系统上的一些负载。在没有对广域控制器的连续或周期性的保护设置更新的情况下，广域控制器可能基于错误保护设置来定义和实施ras，其可能导致级联故障或其他问题。

例如，在上面的示例中，如果发电机将要加速并被驱动到51.5hz，则发电机的保护ied将断开断路器以使发电机与电力系统断开连接。因此，根据ras对基于错误保护设置的瞬态仿真的依赖，输电线路的故障可能导致发电机级联故障。

随着电力系统越来越多地利用可再生电源，自适应保护设置可能变得越来越普遍，特别是考虑到某些类型的可再生电源的功率输出的变化。通过向广域控制器提供实时或周期性保护设置更新，广域控制器可以基于更新的保护设置进行动态瞬态仿真，以确保ras定义将导致预期结果的动作。

在本文描述的系统和方法的各种实施例中，保护ied可以(例如，连续地、周期性地或响应于变化)将实时保护设置传送给实施ras的广域控制器。广域控制器可以利用来自多个保护ied的实时保护设置信息，以基于(1)电力系统的当前拓扑结构、(2)来自系统的实时测量结果、以及(3)系统内各种ied的更新的实时保护设置来执行动态瞬态模型仿真。

短语“与...连接”和“与...进行通信”指在两个或更多个组件之间的任何形式的交互，包括机械、电、磁和电磁交互。即使两个组件彼此没有直接的接触，以及即使在两个组件之间可能存在中间装置，但这两个组件也可以彼此连接。

如本文中所使用的，术语“ied”可指任何监测、控制、自动化和/或保护系统内的受监测设备的基于微处理器的装置。例如，这样的装置可包括远程终端单元、差动继电器、距离继电器、方向继电器、馈线继电器、过流继电器、电压调节器控制装置、电压继电器、断路器故障继电器、发电机继电器、电机继电器、自动化控制器、间隔控制器(baycontroller)、计量表、重合器控制装置(reclosercontrol)、通信处理器、计算平台、可编程逻辑控制器(plc)、可编程自动化控制器、输入和输出模块、电机驱动器等等。ied可连接到网络，且可通过联网装置来促成网络通信，联网装置包括但不限于多路复用器、路由器、集线器、网关、防火墙和交换机。此外，联网和通信装置可并入ied中或与ied进行通信。术语“ied”可以可交换地用来描述单独ied或包括多个ied的系统。

可与本文中所公开的实施例一起使用的一些基础设施已经是可用的，诸如：通用计算机、计算机编程工具和技术、数字储存介质以及通信网络。计算机可包括处理器，诸如微处理器、微控制器、逻辑电路等等。处理器可包括专用处理装置，诸如asic、pal、pla、pld、现场可编程门阵列或其他定制的装置或可编程装置。计算机还可包括计算机可读储存装置，诸如非易失性存储器、静态ram、动态ram、rom、cd-rom、磁盘、磁带、磁存储器、光存储器、闪存、或其他计算机可读储存介质。

如本文所述，用于配置和/或使用的合适网络包括多种多样的网络基础设施中的任何一种。具体而言，网络可以包括陆地线路、无线通信、光连接、各种调制器、解调器、小型化可插拔(sfp)收发器、路由器、集线器、交换机和/或其他联网设备。

网络可以包括通信或联网软件，例如可从novell、microsoft、artisoft和其他供应商获得的软件，并且可以通过以下传输线路来使用tcp/ip、spx、ipx、sonet以及其他协议进行操作：双绞线、同轴电缆或光缆、电话线、卫星、微波中继器、调制ac电力线、物理媒体传输、无线无线电链路和/或其他数据传输“线路”。该网络可以包括更小的网络和/或通过网关或类似机构可连接到其他网络。

本文中所描述的某些实施例的各方面可被实施为软件模块或组件。如本文中所使用的，软件模块或组件可包括位于计算机可读储存介质内或上的任意类型的计算机指令或计算机可执行代码。例如，软件模块可包括计算机指令的一个或更多个物理块或逻辑块，其可被组织为执行一个或更多个任务或实施抽象数据类型的例程、程序、对象、组件、数据结构等。

软件模块可包括被储存在计算机可读储存介质的不同位置中的不同指令，其共同实施所描述的模块功能。事实上，模块可包括单个指令或许多指令，并且可以被分布在几个不同的代码段内、不同的程序之中、以及几个计算机可读储存介质上。一些实施例可在分布式计算环境中实践，在分布式计算环境中，任务由通过通信网络链接的远程处理装置执行。在分布式计算环境中，软件模块可位于本地和/或远程计算机可读储存介质中。另外，在数据库记录中捆绑或呈现在一起的数据可驻留在相同的计算机可读储存介质中、或驻留在几个计算机可读储存介质上，并且可在网络中在数据库中的记录字段中链接在一起。

通过参照附图可以理解本公开的一些实施例，其中相似的部分通常由相似的数字表示。如在本文中的附图中一般性地描述和图示的，所公开的实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。因此，对本公开的系统和方法的实施例的以下详细描述不旨在限制本公开所要求保护的范围，而是仅代表可能的实施例。未详细示出或描述众所周知的结构、材料或操作，以避免模糊本公开的各方面。另外，除非另有说明，否则方法的步骤不一定需要按照任何特定的顺序或甚至依次序地执行，这些步骤也不需要仅执行一次。

图1示出了电力输送系统100的示例的简化图。本文描述的系统和方法可以在图1中所示的系统电力输送系统100中应用和/或实施。虽然为了简单起见示出为单线图，但是电力输送系统100也可以被配置为三相电力系统。除其它之外，电力输送系统100可包括发电机130和131，其被配置成产生电力输出，在一些实施例中，电力输出可以是正弦波形。

发电机130和131可以分别使用开关或断路器111和171选择性地连接到电力输送系统。升压变压器114和115可以被配置成将发电机130和131的输出增加到更高电压的正弦波形。母线122和123可以将更高电压的正弦波形分配到母线122和123之间的传输线路120。降压变压器146可以将来自母线123的正弦波形的电压降低到适合在线路142上进行电力分配的较低电压。配电线路142还经由断路器或开关144选择性地连接到母线123，并且可以将电力分配到配电母线140。可以使用开关或断路器170将负载141(诸如，工厂、住宅负载、电动机等)选择性地连接到配电母线140。可以使用额外的变压器或其他设备来进一步降低从配电母线140到负载141的电压。

在电力输送系统中可以包括各种其他设备。还示出了开关电容器组(“scb”)174，其可以使用断路器或开关172选择性地连接到传输母线123。在电力输送系统中可以包括的其他设备可以包括例如静态var补偿器、电抗器、有载抽头变换器(loadtapchanger)、电压调节器、自耦变压器等。这些设备中的一些被认为是被包括在电力系统100中，诸如，例如，有载抽头变换器可以被认为是负载141的一部分。发电机130和131可以是能够向电力输送系统提供电力的任何发电机，并且可以包括例如同步发电机、涡轮机(诸如，水电涡轮机、风力涡轮机、燃气、燃煤等等)、光伏发电机、潮汐发电机、波力发电机等。这种发电机器可以包括多个组件，诸如，电力电子耦合接口(power-electronicallycoupledinterface)，例如双馈感应电机、直接耦合的ac-dc/dc-ac转换装置等等。如本领域技术人员所理解的，也可以包括其他设备、机器和连接的装置。

通常，电力输送系统是可靠的。然而，有可能发生会驱动电力输送系统进入不稳定状态的事件。通常，不稳定包括例如转子角度不稳定、电压崩溃、频率偏移、设备故障、缺陷以及由于电力输送系统的结构限制而导致的不稳定。

现代电力输送系统(其可包括发电系统、输电系统、配电系统和消耗系统)使用ied进行控制。图1示出了可以控制电力输送系统的一个或更多个保护装置(例如，保护元件)的几个ied160-167。如上所述，ied可以是控制电力输送系统(例如，系统100)内受监测设备的任何基于处理器的装置，或者可以是集成在设备内的电路。ied可以获得和/或导出电力输送系统的状态。状态可以包括设备状态、测量结果和/或导出值或计算值。在一些实施例中，ied160-167可以从一个或更多个受监测的设备(例如，发电机130)收集设备状态。

设备状态可能与受监测设备的状态相关，并且可包括例如断路器或开关断开或闭合、阀位置、抽头位置、设备故障、转子角度、转子电流、输入功率、自动电压调节器状态、电机转差率(motorslip)、无功功率控制设定点、发电机励磁机设置等。此外，ied160-167可以使用传感器、换能器、致动器等接收关于受监测的机器或设备的测量结果。测量结果可以涉及机器或设备的所测量的状态，并且可以包括例如电压、电流、温度、压力、密度、红外吸收、粘度、速度、旋转速度、质量等。

利用设备状态和/或测量结果，ied可以被配置成导出或计算导出值。这种导出值可以是从测量结果和/或设备状态中导出或计算出的任意值，并且可以包括例如功率(有功功率和无功功率)、电压和电流的幅值和角度、频率、频率的变化率、相量、同步相量、故障距离、差分、阻抗、电抗、对称分量、α(alpha)分量、clarke分量、警报等。

ied还可以使用应用于ied模型的设备状态、测量结果和/或导出值来确定保护或控制器条件。保护或控制器条件可取决于ied和/或相关保护装置的保护设置。控制器条件可以包括例如ied保护、自动化、控制或计量元件的状态、侵入计时器(encroachmenttimer)、积分过电流积分位置、用于实现跳闸信号的释放的拾取计数等。

ied可用于控制电力输送系统的各个方面。为此，它们可以包括保护元件，诸如例如瞬时过电流元件；反时限过电流元件；热元件；无功功率阈值；距离元件；电流差分元件；负载侵入元件；阻抗特性；伏特/赫兹特性；欠压元件；定向元件；负序电流元件；失磁(lossofexcitation)元件；负序电压元件；过电压元件；接地故障元件；高阻抗故障元件；低频元件；过频元件等等。

此外，ied可以包括与电力输送系统设备相关的控制元件。因此，ied可以被配置为无功功率控制器、电容器组控制器、变压器抽头变换控制器、发电机过励磁限制控制器、调速器控制器、电力系统稳定器控制器、并联电抗器(shuntreactor)控制器、dc线路控制器、逆变器控制器等。应当注意，单个ied可以包括一个或更多个保护元件和/或控制元件。

根据某些实施例，ied160-167可以向受监测的设备发出控制指令，以便控制与受监测的设备相关的各个方面。典型的控制动作可以描述为两类之一：即不连续控制和连续控制。保护控制指令可以基于ied的保护设置。ied的保护设置可以基于故障电流研究进行手动输入，和/或基于瞬时系统条件(例如，根据测量数据)进行动态调整。

不连续控制动作可以被描述为修改电力输送系统的拓扑结构。不连续控制动作的一些示例包括：断开断路器，这使发电机断开连接；断开断路器，这削减负载；当组件(例如线路或变压器)超过其安全操作极限时，断开断路器以移除该组件；断开断路器，削减导致系统频率下降以致其超过预定义的操作极限的负载；插入并联电容，其作用是增加电力线上的电压，从而不超过对发电机的无功要求，因此预先防止发电机因无功功率控制而停止工作；启动动态制动器来抵消机器转子的加速度。

连续控制动作可以描述为不修改电力输送系统的拓扑结构的控制动作。连续控制动作的示例包括：调整调速器上的设定点，以限制同步电机的功率输出，使其不超过安全操作极限；同时调整其他同步电机的设定点，以便它们拾取新负载；以及调节自动电压调节器的电压调节设定点，使得电力系统中更远点的电压不超过其最大或最小电压阈值。

如上所述，广域控制器可以利用瞬态模型仿真，来建立响应系统事件而实施的ras。上述任何不连续或连续的控制动作都可以是广域控制器建立的ras的一部分。由广域控制器控制的区域内的ied可以连续地、在被改变时、周期性地或根据需要向广域控制器提供更新的保护设置。

如上所述，ied可以包括ied模型，该模型可以包括例如保护和/或控制逻辑、ied特征、元件、阈值、设置等。ied可将设备状态、测量结果和/或导出值应用于ied模型，以确定控制器条件和/或控制指令。如上所述，控制指令可以是连续的或不连续的，并且可以包括诸如断路器跳闸、断路器闭合、重合器断开或闭合、抽头升压(tapup)、抽头降压(tapdown)、励磁机电压控制、逆变器控制等命令。

例如，ied可以包括反时限过电流元件，并且可以从其电流测量结果导出导体的电流幅值。ied可以将电流幅值施加到反时限过电流元件，以确定在向断路器发出断开(或跳闸)命令之前一定幅值的电流必须持续存在的时间。因此，ied可以将设备状态、测量结果和/或导出值应用于ied模型，以确定控制器条件和/或控制指令。

ied(例如，ied160)可以与断路器(例如，断路器111)通信，并且可以发送指令以断开和/或闭合断路器，从而使电力系统的一部分连接或断开连接。在另一示例中，ied可以与重合器通信，并且控制重合操作。在另一示例中，ied可以与电压调节器通信，并且指示电压调节器抽头升压和/或抽头降压。以上列出的类型的信息，或更一般地，指示ied或其他装置或设备执行某动作的信息或指令，通常可以被称为定义将要实施的保护动作的控制指令或保护指令。

ied160-167可以使用数据通信网络通信地链接，并且还可以通信地链接到中央监测系统，诸如，监视控制和数据采集(scada)系统182、和/或广域控制和势态感知(wacsa)系统180。scada系统182、自动化控制器168和/或wacsa系统180可以利用基于电力系统的拓扑结构、测量数据和各种ied的更新保护设置的瞬态模型仿真来建立动态ras。ras可用于保护整个电力系统，保护其中的特定组件，和/或最小化或消除潜在的级联故障。

所示的实施例以星形拓扑结构配置，其中自动化控制器168在其中心，然而，也设想了其他拓扑结构。例如，ied160-167可以直接通信耦合到scada系统182和/或wacsa系统180。某些ied(诸如ied163和164)可以彼此直接通信以实现例如传输线路120的线路差动保护。系统100的数据通信网络可以利用各种网络技术，并且可以包括诸如调制解调器、路由器、防火墙、虚拟专用网络服务器等的网络装置。

ied160-167可以与电力输送系统100的各种点通信地耦合。例如，ied163和164可以监测传输线路120上的状况。ied160可以被配置成向相关联的断路器111发出控制指令。ied163和167可监测母线122和123上的状况。ied161可以监测发电机130，并且向发电机130发出控制指令。ied162可以监测变压器114，并且向变压器114发出控制指令。ied166可以控制断路器172的操作，以连接或断开连接scb174。ied165可以与负载中心141通信，并且可以被配置成对负载中心的电力进行计量。ied165可以被配置为电压调节器控制装置，用于使用(未单独示出的)电压调节器来调节负载中心的电压。

在某些实施例中，可以通过自动化控制器168促进各个ied160-167和/或更高级系统(例如，scada系统182或wacsa系统180)之间的通信和/或其操作。自动化控制器168也可以被称为中央ied、通信处理器、广域控制器或接入控制器。在各种实施例中，自动化控制器168可以体现为可从华盛顿州普尔曼市的schweitzerengineeringlaboratories公司获得的sel-2020、sel-2030、sel-2032、sel-2240、sel-3332、sel-3378、sel-3530、sel-3505或sel-3555rtac。自动化控制器的示例也在美国专利号5,680,324、美国专利号7,630,863和美国专利号9,401,839中进行描述，这些专利的全部内容通过引用并入本文。

ied160-167可以向自动化控制器168传递各种类型的信息，包括但不限于关于各个ied160-167的运行状况、状态和控制信息、事件(例如，故障)报告、通信网络信息、网络安全事件等。在一些实施例中，自动化控制器168可以直接连接到一件或更多件受监测的设备(例如，发电机130或断路器111或172)。

自动化控制器168还可以包括本地人机接口(hmi)186。在一些实施例中，本地hmi186可以与自动化控制器168位于同一变电站。本地hmi186可用于改变设置、发布控制指令、获取事件报告(其可源自指定的ied)、获取数据等。自动化控制器168还可以包括可使用本地hmi186访问的可编程逻辑控制器。

自动化控制器168还可以通信地耦合到公共时间源(例如，时钟)188。在某些实施例中，自动化控制器168可以基于公共时间源188生成时间信号，其可分配给通信耦合的ied160-167。可替代地，ied可以单独地连接到公共时间源。基于时间信号，各种ied160-167可以被配置成收集和/或计算时间对准的操作条件，包括例如同步向量，并且以时间协调的方式实施控制指令。ied可以使用时间信息来对操作条件和/或通信施加时间戳。在一些实施例中，wacsa系统180可以接收和处理时间对准的数据，并且可以协调发电和电力输送系统100的最高级别的控制动作。在其他实施例中，自动化控制器168可以不接收时间信号，但公共时间信号可以被分配给ied160-167。

公共时间源188也可以由自动化控制器168用来对信息和数据加时间戳。时间同步可能有助于数据组织、实时决策制定以及事后分析。时间同步还可以应用于网络通信。公共时间源188可以是作为时间同步的可接受形式的任何时间源，包括但不限于压控温度补偿晶体振荡器、具有或不具有数字锁相环的铷和铯振荡器、将谐振电路从电子转换到机械域的微机电系统(mems)技术、或者具有时间解码的全球导航卫星系统(gnss)(诸如全球定位系统(gps)接收机)。在没有离散公共时间源188的情况下，自动化控制器168可以通过分配时间同步信号而用作公共时间源188。

图2示出了类似于图1的电力输送系统的示例的简化单线图，该电力输送系统具有用于对其进行保护、监测、自动化及控制的分布式协调广域控制系统。通常，操作条件和控制器条件在整个系统的分布式控制器和协调控制器之间共享，从而为每个控制器提供改善电力输送系统的自动化、保护和控制所需的信息。如前所述，协调的广域控制器可以使用基于保护ied(例如，分布式控制器)的实时保护设置更新的瞬态仿真模型以生成动态ras。

图2包括发电机130和131、变压器114、115和146、母线122、123和140、传输线路120、配电线路142、负载141、scb174和断路器111、144、170、171和172。图2还示出了在某些区域218和217中可以包括某些设备，这些区域可以在地理上相距很远。第一区域218可以包括发电机130、变压器114、传输母线122、传输线路120的一端以及各种断路器。第二区域217可以包括传输线路120的另一端、传输母线123、变压器115和146、配电母线140、发电机131、scb174和各种断路器。

可以使用分布式控制器260-267来控制各种类型的设备。分布式控制器可以包括如上所述的ied的功能。也就是说，分布式控制器通常可以获得设备状态和/或测量结果，从中导出或计算出导出值，并通过包括ied功能来确定控制器条件和控制指令。作为集成模块的一部分，ied功能可以包括例如保护和/或控制逻辑、ied特征、元件、阈值、设置等。如上所述，控制指令可以包括诸如断路器跳闸、断路器闭合、重合器断开或闭合、抽头升压、抽头降压、励磁机电压控制、逆变器控制等命令。

如上结合ied功能所述，分布式控制器可以包括反时限过电流元件作为其ied模块一部分，并且可以从其电流测量结果中导出导体的电流幅值。分布式控制器可以将该电流幅值施加到反时限过电流元件。ied的保护设置可以确定在向断路器发出断开(或跳闸)命令以保护电力输送系统之前一定幅值的电流必须持续存在的持续时间。因此，分布式控制器可以将操作条件施加于ied模块，以确定主要基于保护设置的设定点的控制器条件和控制指令。

图2示出了用于控制电力输送系统200的分布式控制器260-267(例如ied)的几个示例。分布式控制器260-267可以与电力输送系统200的设备通信，可以从中获得设备状态和测量结果，可以导出或计算出导出值，并将其施加于它们的ied模块。例如，分布式控制器261可以与发电机130通信，以从发电机130接收测量结果，例如电流、电压、温度、旋转信号等，并从发电机130接收设备状态，例如励磁机电压等。分布式控制器261可以导出或计算出导出值，例如电压幅值和角度、电流幅值和角度、轴旋转位置、轴转速、相位角、功率角、频率、频率变化率等。分布式控制器261可以将某些操作条件施加于ied模块。例如，分布式控制器261可以将计算出的频率施加于作为ied模块的一部分的过频元件，并且基于分布式控制器的保护设置，确定响应于特定的系统状态和/或事件而要采取的动作，例如断路器断开、励磁机电压变化等。

类似地，分布式控制器262可以与变压器114通信，并且可以从获得的电压和电流测量结果中计算出或导出关于变压器高侧绕组、低侧绕组、第三绕组(tertiarywinding)等的电流和电压的幅值和角度，并且可以从变压器114获得油温。分布式控制器262可以将这种操作条件应用于例如具有保护设置的ied模块，以确定变压器114是否应该在某些条件下(例如绝缘子击穿、油温超过阈值等)停止工作。ied模块可以包括例如穿越故障(through-fault)元件、过载元件、差动元件、接地故障保护元件等。用于断开断路器或以其他方式使变压器114停止工作的设定点可以在用户可调节和/或自动调节的保护设置中定义。

分布式控制器263和264可以与传输线路120通信，并且可以从中获得电压和/或电流测量结果，并且可以从中导出或计算出电压和/或电流幅值和/或角度、功率流、对称分量、α分量、clarke分量等。分布式控制器263和264可以被配置为向传输线路120施加差动保护，因此，ied模块可以包括例如差动保护元件。差动保护可以基于可根据系统条件、拓扑结构变化、设备退化等进行动态更新的保护设置。

分布式控制器265可以与负载中心141通信。在一个实施例中，分布式控制器265可以是被配置为计量到负载中心141的功率的计量表。在该实施例中，分布式控制器265可以获得电压和/或电流测量结果，并且从中导出或计算出例如电压和/或电流的幅值和/或角度、功率流、对称分量、α分量、clarke分量等。分布式控制器265的ied模块可以包括用于计量到负载141的功率流的计量算法。

在另一个实施例中，分布式控制器265可以是与电压调节器通信的电压调节器控制装置，该电压调节器被配置为调节到负载141的电压。在该实施例中，分布式控制器265可以获得电压测量结果、电流测量结果和电压调节器状态(例如，来自电压调节器的抽头位置)。然后，分布式控制器265可以从中导出或计算出电压调节器处的电压和/或电流的幅值和/或角度、负载中心处的电压和/或电流的幅值和/或角度、功率流、对称分量、α分量、clarke分量等。分布式控制器265可以包括ied模块，该ied模块包括被配置成将电功率控制在到负载中心141的特定电压带内的电压调节模块。分布式控制器265可以将设备状态、测量结果和导出值应用于ied模块，以确定电压调节器的适当抽头位置或抽头变化。然后，分布式控制器265可以根据该确定，向电压调节器发出抽头变换命令。命令、抽头位置和其他变化可以基于分布式控制器265的ied模块的保护设置，该保护设置可以自动地动态更新和/或由用户/操作者改变。

分布式控制器266可以被配置成通过控制scb174来控制电力输送系统200。在该实施例中，分布式控制器266可以获得电压测量结果、电流测量结果和断路器状态(例如，来自断路器172)。然后，分布式控制器266可以从中导出或计算出电压和/或电流的幅值和/或角度、负载中心处的电压和/或电流的幅值和/或角度、有功功率、无功功率、对称分量、α分量、clarke分量等。基于可动态调节的保护设置，分布式控制器266可以潜在地经由ied模块来控制电力输送系统上的无功功率，以在无功功率下降到预定阈值以下时通过接通scb174来将其维持在可接受的范围内。分布式控制器266可以将设备状态、测量结果和导出值应用于ied模块，以确定是否连接scb174。分布式控制器266然后可以向断路器172发出命令。

图2还提供了包括在相同地理位置或变电站中的某些电力输送系统设备的指示。例如，第一区域218可以包括发电机130、断路器111、升压变压器114、母线122和部分传输线路120。第一区域218可以被认为是发电变电站。第二区域217可以包括部分传输线路120、母线123、升压变压器115、降压变压器146、断路器144、170、171和172、scb174、发电机131和母线140。第一区域218和第二区域217可以进一步包括用于电力输送系统的保护、控制、自动化和/或计量的装置。例如，第一区域218可以包括分布式控制器260-263。第二区域217可以包括不同的分布式控制器264、266和267。

如上结合图1所述，电力输送系统可以使用ied和更高级别的控制器(例如自动化控制器、wacsa系统、scada系统等)来控制。图2还示出了用于给电力输送系统200提供分布式协调控制的更高级别的控制器。第一区域218包括站控制器280，第二区域217包括站控制器282。站控制器280可与分布式控制器260-263通信。站控制器282可与分布式控制器264、266和267进行通信。区域控制器290可以与站控制器280和282以及分布式控制器265通信。集中控制器295可以与区域控制器290通信。出于本说明书的目的，每个更高级别的控制器(站控制器、区域控制器和集中控制器)可以被认为是“协调控制器”。

协调控制器和分布式控制器被配置成允许在分布式控制器和协调控制器之间进行状态和控制器条件的快速通信。利用来自其他分布式控制器和/或协调控制器的状态和控制器条件，每个控制器然后更好地适合于积极影响电力输送系统200的分布式和协调的控制。如下文将更详细描述的，每个控制器使用接收到的状态和控制器条件来影响其控制指令。

例如，站控制器280和282、区域控制器290和/或集中控制器295可以利用系统拓扑结构、系统测量结果和/或相关分布式控制器的更新的实时保护设置，来执行瞬态模型仿真。站控制器280和282、区域控制器290和/或集中控制器295可以利用基于更新的实时保护设置的瞬态模型仿真来建立动态ras。与传统ras相比，所设想的ras得到了增强，因为它们考虑了各种分布式控制器的自适应保护设置。相比之下，传统的ras使用可能是陈旧或过时的保护装置的静态保护设置来执行瞬态模型仿真。

图3示出了用于在控制器之间分发信息的通信系统300的一个示例。

图3的通信系统300包括几个协调控制器304、306、308，每个协调控制器使用广域网(wan)318进行通信，广域网318可以包括一个或更多个物理连接和协议。每个协调控制器304、306和320可以与一个或更多个分布式控制器通信。例如，协调控制器304使用lan310与分布式控制器312通信，协调控制器306使用lan310与分布式控制器314通信，以及协调控制器308使用lan310与分布式控制器316通信。

来自任何控制器的每个通信都可以包括时间戳。此外，设备状态和测量结果可以包括时间戳。状态条件还可以包括与进行测量或获得设备状态的时刻对应的时间戳。此外，某些分布式控制器可依赖于用于对电力输送系统进行采样的公共时间。因此，公共时间基准可以被分配给本文的控制器。在一个实施例中，可以使用wan318，使公共时间基准对每个控制器可用。每个协调控制器304、306和308可以被配置成接收时间信号。例如，协调控制器304包括天线320，以便从gnss中继器或卫星302接收gnss信号。协调控制器304可被配置为从外部时间源301接收另一个时间信号321。

外部时间源可包括一个或更多个vctcxo、锁相环振荡器、时间锁定环振荡器、铷振荡器、铯振荡器、nist广播(例如，wwv和wwvb)和/或能够生成精确时间信号的其他装置。在所图示的实施例中，协调控制器308包括天线320，其被配置为从gnss中继器或卫星302接收gnss信号。如图所示，协调控制器306不直接接收外部时间信号，而是根据替代的实施例，任意数量和种类的外部时间信号都可提供给任一个时间分配装置。

根据一个实施例，wan318包括sonet，其被配置为在传输期间将精确时间基准嵌入sonet帧的报头或开销部分(overheadportion)中。可替代地，精确时间基准可使用任意数量的时间通信方法来传递，包括irig协议、ntp、sntp、同步传输协议(stp)和/或ieee1588协议。根据各个实施例，包括经由sonet的传输，精确时间基准可与wan网络流量(networktraffic)的剩余部分中分离出来并受保护免受剩余部分的影响，从而创建安全的时间分配基础设施。

分布式控制器312、314和316可以从协调控制器304接收公共时间信号。在另一个实施例中，分布式控制器312、314和316可以从gnss中继器或卫星302接收公共时间信号。

图4示出了根据一个实施例的分布式控制器400的简化框图。根据特定的实施例和应用，并不需要分布式控制器400的每个模块。分布式控制器400包括网络接口432，其被配置为与通信网络进行通信。分布式控制器400还包括时间输入440，其可用于接收时间信号。在某些实施例中，公共时间基准可经由网络接口432来接收，因此，单独的时间输入和/或gnss输入436将不是必要的。一个这样的实施例可采用ieee1588协议。可替代地，除了时间输入440之外还可提供gnss输入436或者可提供gnss输入436来代替时间输入440。

受监测的机器或设备接口429可被配置为从一件受监测的设备(譬如发电机、断路器、电压调节器控件等)接收设备状态信息，并向其发出控制指令。根据某些实施例，受监测的设备接口429可以被配置成与电力输送系统的各种设备接口连接。在某些实施例中，设备状态信息和控制指令可以通过通信网络接口432传送。

计算机可读储存介质426可以是被配置为实施本文中所描述的任一个过程的一个或更多个模块和/或可执行指令的储存库。数据总线442可将受监测的设备接口429、时间输入440、网络接口432、时间信号输入436、以及计算机可读储存介质426链接到处理器424。

处理器424可被配置为处理经由网络接口432、时间输入440、gnss输入436和/或受监测的设备接口429所接收的通信。处理器424可使用任意数量的处理速率和架构来操作。处理器424可被配置为利用储存在计算机可读储存介质426上的计算机可执行指令，来执行本文中所描述的各种算法和计算。处理器424可被实施为通用集成电路、专用集成电路、现场可编程门阵列以及其他可编程逻辑装置。

在某些实施例中，分布式控制器400可包括传感器组件420。在所图示的实施例中，传感器组件420被配置为利用电流互感器402和/或电压互感器414，从电力输送系统的一部分(未示出)收集数据。电压互感器414可被配置为将电力系统的电压(v)降低为二次电压波形412，其具有可容易地由分布式控制器400监测和测量的幅值。类似地，电流互感器402可被配置为将电力系统的线路电流(i)成比例地降低为二次电流波形404，其具有可容易地由分布式控制器400监测和测量的幅值。

虽然没有单独示出，但是电压信号v和电流信号i可以是从被设计成从一次设备获得信号的设备仪器获得的二次信号。例如，二次电压信号v可以从与导体电通信的电压互感器(“pt(potentialtransformer)”)获得。二次电流信号i可以从与导体电通信的电流互感器(“ct”)获得。可以使用各种其它仪器来从电力输送系统获得信号，该其它仪器包括例如rogowski线圈、光学互感器等。模数转换器418可对经滤波的波形进行多路复用、采样和/或数字化，以形成相应的数字化的电流信号和数字化的电压信号。也可以从其他分布式控制器、站控制器、区域控制器或集中控制器接收类似的值。这些值可以是数字格式或其他格式。

如以上所描述的，某些实施例可监测由发电机生成的电力的一相或更多相的端子电压。传感器组件420可被配置为执行该任务。另外，传感器组件420可被配置为监测与受监测的设备相关联的广泛范围的特征，包括设备状态、温度、频率、压力、密度、红外吸收、射频信息、分压、粘度、速度、转速、质量、开关状态、阀状态、断路器状态、抽头状态、计量表读数等等。

a/d转换器418可通过总线442连接到处理器424，电流信号和电压信号的数字化表示可通过该总线被传输到处理器424。如上所述，处理器424可用于将设备状态、测量结果和导出值应用于ied模块。处理器424可用于确定和发布控制指令。

应当注意，可以使用单独的装置来代替传感器组件，用于将来自电力输送系统的信号提供给分布式控制器400。实际上，单独的装置可以被配置成从电力输送系统获得信号(例如电压和/或电流信号)，并且创建信号(例如电流和电压信号)的数字化表示，应用时间戳，和/或向分布式控制器400提供这样的信息。此外，单独的装置可以被配置为将设备状态和/或测量结果例如电压和/或电流的幅值和/或角度连同时间戳一起提供给分布式控制器400。在某些实施例中，已经被描述为从传感器组件420接收的信息替代地从通信网络接口432接收。

受监测的设备接口429可被配置为从一件受监测的设备接收状态信息，并向其发出控制指令。受监测的设备接口429可被配置为向一件或更多件受监测的设备发出控制指令。根据一些实施例，控制指令也可经由网络接口432发出。经由网络接口432所发出的控制指令可被传输到例如其他分布式控制器、协调控制器、ied等等(未示出)，这些控制器又可将控制指令发出到一件受监测的设备。可替代地，该件受监测的设备可直接经由其自己的网络接口接收控制指令。

计算机可读储存介质426可以是被配置为实施本文中所描述的某些功能的一个或更多个模块和/或可执行指令的储存库。例如，计算机可读储存介质426可以包括ied模块450，其可以包括ied的模块和/或可执行指令。如上所述，ied模块450可以包括保护算法、元件、设置、阈值、定时器等。ied模块450可以包括用于导出或计算出导出值的指令、用于获得设备状态的指令、用于获得测量结果的指令、以及用于将这样的信息应用于ied模块450的指令。ied模块450可以确定控制器条件、控制指令、通信状态、存储状态等。

ied模块450可以利用保护设置471来确定控制指令。保护设置471可以基于先前的状态、系统测量结果、计算值等进行动态地更新和修改。在一些实施例中，保护设置471可以最初由用户设置和/或一系列保护设置471可以由用户设置。然而，保护设置471可以根据用户提供的原始设置来动态地改变。例如，用户可以基于特定的测量值，将保护设置471编程为具有各种值。因此，保护设置471可以是用户指定的，但仍然持续地适应系统条件。更新的保护设置471的设定点可以通过通信网络接口432传送到更高级别的监测和保护设备。

基于保护设置的控制指令可以使用受监测的设备接口429传送到受监测的设备。ied模块450还可包括以下用途的指令：当获得设备状态时对设备状态施加时间戳，当获得测量结果时对测量结果施加时间戳，当获得导出值和/或控制器条件时或者与获得导致导出值和/或控制器条件的测量结果的时间相对应地对导出值和/或控制器条件施加时间戳，当给出控制指令时对控制指令施加时间戳，等等。

计算机可读储存介质426还可以包括分布式控制器模块460，分布式控制器模块460可以是被配置为实施分布式控制器400的分布式控制器功能的模块和/或可执行指令的储存库。分布式控制器模块460除其他之外还可以包括用于处理状态的状态模块461、拓扑模块462、评估模块463、组件模型模块464、控制模块465以及可选的ras模块466。分布式控制器模块460内的每个模块都可以使用来自ied模块450的状态、来自传感器组件420的状态、来自受监测的设备接口429的状态、来自时间输入440的状态、和/或使用通信网络接口432而利用来自其他分布式控制器、受监测的设备或协调控制器的状态。在一些实施例中，可以使用可选的ras模块466，来定义响应于特定事件而应由分布式控制器400实施的补救动作。如果分布式控制器400监测具有它们自己的自适应保护设置的多件设备，则ras模块466可以基于受分布式控制器保护的设备的更新的实时保护设置来建立ras。

状态模块461可以包括用于确定电力输送系统状态的指令，该电力输送系统状态可以包括受监测的设备的状态和控制器条件。也就是说，状态可以包括用于定义受监测的设备的状态的数据(例如测量结果(电压、电流等))、设备状态(断路器断开/闭合等)、导出值和/或控制器条件。测量结果、设备状态和导出值可以从传感器组件420、通信网络接口432和/或受监测的设备接口429接收。如前所述，可以通过使用时间信号输入436或者使用从通信网络接口432接收的时间来接收带有时间戳的测量结果或者发布带有相应的时间戳的测量结果。可以使用传感器组件420、或通信网络接口432或受监测的设备接口429，从外部ied装置接收保护或控制器条件。

状态模块461还可以包括用于从ied模块450获得这种状态信息的指令，并且ied模块450还可以包括计算保护或控制器条件的指令。状态模块461可以包括基于来自组件模型模块464的模型来导出这种状态信息的指令，该组件模型模块将在下面更详细地描述。状态模块461还可以包括基于来自组件模型模块464的模型来提炼来自ied模块450的信息的指令。状态模块461可以使用滤波器诸如低通滤波器来提炼数值。状态模块461可以通过将数值与预期范围和/或其他最近的测量结果进行比较来提炼数值。当基于预期范围和/或其他最近的测量结果，这些数值不可接受时，这些数值可能被指示为是潜在不准确的。如下文更详细描述的，通信模块470可以包括用于将来自状态模块461的信息发送到其他分布式控制器和/或协调控制器的指令，并且包括该信息以及这种信息可能不准确的指示。

拓扑模块462可以包括用于确定电力输送系统的至少一部分的拓扑结构的指令。拓扑模块462可以从例如用户、其他分布式控制器或协调控制器等接收关于电力输送系统的拓扑结构的信息。拓扑信息可以被用户限制为包括电力输送系统拓扑结构的一部分。拓扑模块462可以包括基于状态而修改所存储的拓扑信息的指令。

例如，如果分布式控制器400接收到关于开关断开或闭合状态的信息，则拓扑模块462可以基于接收到的信息更新其拓扑结构。此外，拓扑模块462可以使用诸如电流和/或电压的值来确定拓扑结构。例如，可以使用基尔霍夫定律(kirchhoff’slaw)来确定将拓扑结构的哪些节点连接到该拓扑结构的哪些其他节点，因此，可以使用这样的信息来更新拓扑结构。在标题为“stateandtopologyprocessor”的美国专利号7,856,327中发现了用于确定拓扑结构的附加方法，该专利由此通过引用以其整体并入。

评估模块463包括用于指示与边界的接近度的指令，其可以指示分布式控制器400或诸如外部ied的其他控制器(其可包括本文所述的任何组件)的ied模块450离达到可发出控制指令的条件有多接近。评估模块463可以利用来自外部ied的实时更新的保护设置，来确定外部ied离达到可发出控制指令的条件有多接近。

控制指令定义操作，例如保护控制操作，并且可以与连续或不连续的控制操作相关。不连续的控制操作可能改变电力输送系统的拓扑结构，或者导致达到设备或控制器的容量极限。例如，评估模块463可以使用实时保护设置和状态以及模型信息作为ied模块450的一部分，以确定在过电流条件持续存在(并且没有采取任何其他动作来校正过电流条件)的情况下断路器应该在一定量的时间内由于过电流条件而断开。

在另一个示例中，评估模块463可以确定控制器(例如分布式控制器或外部ied，其也可以包括保护或控制器条件)将向同步电机发出减少该同步电机产生的无功功率量的命令之前的时间，这是因为同步电机的转子磁场由于该同步电机提供的过量的无功功率而达到热极限。这种信息可以使用如下面更详细描述的通信模块470传送到其他分布式控制器和/或协调控制器。

因此，关于分布式控制器400未来将要采取的动作和/或将要采取这些动作之前的时间的信息可以被传送给其他分布式控制器和/或协调控制器。然后，其他分布式控制器和/或协调控制器的状态模块和组件模型模块可以使用该信息来确定电力输送系统的状态和/或模型。通过向其他分布式控制器和/或协调控制器提供该信息，可以减少建模误差和/或其复杂性。保护设置471可以基于测量数据、拓扑结构变化和系统状态来动态地更新。因此，保护设置471的实时更新可以在分布式控制器和/或更高级控制器之间共享。

组件模型模块464可以包括用于确定电力输送系统的模型的指令。组件模型模块464可以包括用于解译由状态模块461确定的状态和/或由拓扑模块462确定的拓扑结构的指令。例如，组件模块464可以基于来自拓扑模块462的拓扑结构、来自传感器420的测量数据、分布式控制器400的保护设置471以及潜在地来自其他分布式控制器的那些信息来执行瞬态模型仿真。可以使用替代的模型仿真来代替瞬态模型仿真。可以通过在定义的系统条件下计算电力系统内特定位置的电压、电流和/或频率来包含基本瞬态模型仿真。在电力输送系统的保护、自动化、控制和/或计量中，可以获得来自不同装置的不同信息。也就是说，装置可以由不同的实体制造，包括不同的设置或阈值等，并且因此可以提供不同的信息。组件模型模块464可以包括用于改进该不同信息的指令。

组件模型模块464可以包括用于当某个状态信息不可用时提供估计的指令。例如，如果传感器正常提供的测量结果不可用，则组件模型模块464可以使用来自状态模块461的状态和/或来自拓扑模块462的拓扑结构，来提供缺失测量结果的估计。在另一个示例中，如果分布式控制器或ied没有被设置为提供导出值，则组件模型模块464可以使用来自状态模块461的状态和/或来自拓扑模块462的拓扑结构，来提供对缺失导出值的估计。在又一示例中，如果设备状态缺失，组件模型模块464可以使用来自状态模块461的状态和/或来自拓扑模块462的拓扑结构，来提供缺失设备状态的估计。组件模型模块464可以包括用于向该估计提供时间戳的指令。此外，与状态模块461一样，组件模型模块464可以被配置为指示该信息是估计的。

此外，组件模型模块464可以包括确定ied模型的指令。组件模型模块464可以例如对ied模型(ied450或外部ied)的保护算法建模，并且使用与保护算法所使用的输入相同的输入(从分布式控制器提供的或由组件模型模块464估计的设备状态、测量结果和/或导出值)来执行保护算法。然后，组件模型模块464可以使用该执行来确定ied模型的状态。可以由评估模块463使用这种状态。

组件模型模块464还可以用于计算未来状态。因此，组件模型模块464可以包括负载潮流(load-flow)级仿真引擎和/或瞬态级仿真引擎。负载潮流引擎可用于计算动态参数，诸如例如与电压崩溃和由于过载导致的资产移除(assetremoval)相关的那些动态参数。瞬态级仿真引擎可用于计算动态参数，诸如例如与转子角度不稳定相关的那些动态参数。这种仿真可以应用于从状态模块461接收的初始状态测量和/或控制器条件，以确定电力输送系统的未来状态。组件模型模块464进行的建模可以基于分布式控制器400、相关联的分布式控制器、和低级ied、和/或系统设备的保护装置的保护元件的动态自适应保护设置。

分布式控制器和/或协调控制器可利用状态数据和保护装置设置在通常信息仅当被测量时才可用的系统中做出控制决策之前做出这种控制决策。例如，ras模块466可以针对各种可能的场景建立ras。因此，每次接收到一组新的状态、测量结果和/或保护设置时，仿真(例如瞬态仿真模型)可以提供另一组未来状态信息。

如下文更详细描述的，组件模型模块464可以从其他分布式控制器和/或协调控制器接收控制指令建议。组件模型模块464可以在其对电力输送系统的可能未来状态的确定中使用这样的指令。

控制模块465可以包括用于基于组件模型模块464、评估模块463、拓扑模块462、状态模块461、ras模块466和/或ied模块450的输出来确定控制指令的指令。来自控制模块465的控制指令可以旨在作为供其他分布式控制器和/或协调控制器采用的控制指令，并且可以与同其他分布式控制器通信的机器或设备相关。在一些情况下，控制指令本质上可能只是信息性的或建议性的，因为接收的分布式控制器不被强制执行该控制指令，而是可以结合其自身的确定以及来自其他控制器的那些确定来使用建议的控制指令，以确定其是否将执行该控制指令。

接收的分布式控制器可以使用建议的控制指令以利用其组件模型模块来确定电力输送系统的未来状态，并且使用其组件模型模块的结果来向其受监测的设备发出控制指令。在其他情况下，控制指令可能是指令性的，因为它们是要求的动作。这些情况之间的区别可能包含在控制指令中。

通信模块470可以包括关于从ied模块450、分布式控制器模块460、状态模块461、拓扑模块462、评估模块463、组件模型模块464和/或控制模块465到其他控制器的信息传递的指令。通信模块470可以包括关于根据预定协议对通信进行格式化的指令。例如，分布式控制器和控制器可以被配置成根据iec61850协议进行通信，其中通信模块470可以被配置成根据该协议格式化通信，根据该协议接收通信，并且使来自其的信息对其他模块可用。通信模块470可以配置有针对特定信息的订户，并且根据这种订阅信息来格式化消息头(messageheader)。通信模块470可以被配置成根据分组结构来格式化通信，诸如图6所示并且在下面进行更详细的描述的。

分布式控制器模块460的各种模块可以使用来自其他分布式控制器和/或其他协调控制器的状态、控制器条件和/或保护设置。如这里所描述的，状态、控制器条件和/或保护设置可以在分布式控制器和/或协调控制器之间传送，并在它们的各种模块中使用。例如，分布式控制器可以使用由其评估模块中的另一个分布式控制器确定的拓扑结构，来确定其缺失的状态信息。作为另一个示例，分布式控制器可以使用与其评估模块和/或ras模块中的另一个分布式控制器或相关联的保护继电器相关联的保护设置，来确定响应于特定事件或系统条件将要采取的动作。术语“事件”和“条件”可以同义地用来描述电力系统的状况、条件、事件、状态或其他特征。

图5示出了协调控制器500的示例的功能框图。在一些实施例中，可以省略一个或更多个组件和/或模块。如上结合图2所述，分布式控制器可以与电力输送系统的设备通信。分布式控制器可以将信息直接传送给其他分布式控制器和/或协调控制器，例如站控制器、区域控制器和/或集中控制器，例如协调控制器500。站控制器、区域控制器和集中控制器中的每一个可以执行类似的功能，但是包括不同级别的控制和/或数据粒度。例如，区域控制器可以包括拓扑模块，其确定电力输送系统的由每个分布式控制器监测的部分的拓扑结构，该分布式控制器向特定区域控制器发送信息，而站控制器可以包括拓扑模块，其确定由向特定站控制器发送信息的每个分布式控制器监测的电力输送系统的拓扑结构。

类似于图4所示的分布式控制器400，图5的协调控制器500可以包括时间信号输入536、时间输入540、通信网络接口532和处理器524。在一些实施例中，协调控制器500不直接从机器或设备接收测量结果或设备状态，因此不包括受监测的设备接口。在其他实施例中，协调控制器可以包括受监测的设备接口。数据总线542可将时间输入540、网络接口532、时间信号输入536、以及计算机可读储存介质526链接到处理器524。

计算机可读储存介质526可以包括类似于图4的分布式控制器400的模块。计算机可读储存介质526可以包括协调控制器模块560，其可以是被配置为实施协调控制器500的协调控制器功能的模块和/或可执行指令的储存库。协调控制器模块560可以包括状态模块561、拓扑模块562、评估模块563、组件模型模块564、控制模块565和/或ras模块566等。协调控制器模块560内的每个模块都可以使用来自分布式控制器和/或其他协调控制器的信息。例如，协调控制器模块560内的模块可以使用通过通信网络接口532从分布式控制器和/或其他协调控制器传送的状态、保护设置和/或控制器条件。协调控制器模块560内的模块还可以使用来自时间输入540的时间信息。

状态模块561可以包括用于确定电力输送系统状态的指令，该电力输送系统状态可以包括受监测设备的状态和控制器条件。也就是说，该状态可以包括用于定义受监测设备的状态的数据(例如测量结果(电压、电流等))、设备状态(断路器断开/闭合等)、导出值和/或控制器条件，这些源自分布式控制器的数据可以提供给协调控制器。状态模块561可以包括用于从通信模块570获得这种状态信息的指令。

状态模块561可以包括用于基于来自组件模型模块564的模型而导出这种状态信息的指令，该组件模型模块将在下面更详细地描述。状态模块561还可以包括用于从由组件模型模块564生成的模型中提炼信息的指令。状态模块561可以使用诸如低通滤波器的滤波器来提炼数值。状态模块561可以通过将数值与预期范围和/或其他最近的测量结果进行比较来提炼数值。当基于预期范围和/或其他最近的测量结果，这些数值不可接受时，这些数值可能被指示为潜在的不准确。如下文更详细描述的，通信模块570可以包括用于将信息从状态模块561发送到分布式控制器和/或其他协调控制器的指令，并且包括该信息以及这种信息可能不准确的指示。

拓扑模块562可以包括用于确定电力输送系统的至少一部分的拓扑结构的指令。拓扑模块562可以从例如用户、分布式控制器或其他协调控制器等接收关于电力输送系统的拓扑结构的信息。拓扑信息可以被用户限制为包括电力输送系统拓扑结构的一部分。拓扑模块562可以包括基于状态来修改存储的拓扑信息的指令。例如，如果分布式控制器接收到关于开关断开或闭合状态的信息，拓扑模块562可以被配置为基于接收到的关于开关断开或闭合状态的信息来更新其拓扑结构。此外，拓扑处理器562可以被配置成使用诸如电流和/或电压的数值来确定拓扑结构。例如，基尔霍夫定律可以用于确定该拓扑结构的哪些节点连接到该拓扑结构的哪些其他节点，因此，可以使用这样的信息来更新拓扑结构。

评估模块563包括用于指示与边界的接近度的指令，其可以指示ied模型(例如，来自分布式控制器、组件模型模块564或另一协调控制器)达到可基于相关ied的实时保护设置而发出控制指令的条件有多接近。该控制可以与连续或不连续的控制操作(统称为“保护控制操作”)相关。不连续的控制操作可改变电力输送系统的拓扑结构，或者导致达到设备或控制器的容量极限。例如，评估模块563可以使用ied模型、保护装置设置(即，保护设置)和/或状态，来确定在过电流条件持续存在(并且没有采取任何其他动作来校正过电流条件)的情况下，由于该过电流条件而将会发出控制指令以在一定量的时间内断开断路器。在另一个示例中，评估模块563可以确定控制器(例如分布式控制器)将向同步电机发出减少该同步电机产生的无功功率量的命令之前的时间，这是因为同步电机的转子磁场由于该同步电机提供的过量的无功功率而达到热极限。可以使用通信模块570将这样的信息传送给分布式控制器和/或其他协调控制器，其示例在标题为“distributedcoordinatedelectricpowerdeliverycontrolsystemusingcomponentmodels”的美国专利号9,383,735号中描述，该专利由此通过引用以其整体并入。

因此，关于分布式控制器将来要采取的动作和/或在采取这样的动作之前的时间的信息可以被传送给分布式控制器和/或其他协调控制器。然后，分布式控制器和/或其他协调控制器的状态模块和组件模型模块可以使用该信息，来确定电力输送系统的状态和/或模型。通过向分布式控制器和/或其他协调控制器提供该信息，可以减少建模误差和/或其复杂性。

组件模型模块564可以包括用于确定电力输送系统的模型的指令。组件模型模块564可以包括用于解译由状态模块561确定的状态和/或由拓扑模块562确定的拓扑结构的指令。在电力输送系统的保护、自动化、控制和/或计量中，可以获得来自不同装置的不同信息。装置可以由不同的实体制造，包括不同的设置或阈值等，因此可以提供不同的信息。组件模型模块564可以包括用于改善该不同信息的指令。组件模型模块564可以实施为组件建模系统(例如，过程、电子电路、存储器、指令等)，以提供瞬态模型仿真的结果。组件建模系统可以包含在组件模型模块564内，或者可以是与组件模型模块564通信的外部系统。

组件模型模块564可以包括用于当某个状态信息不可用时提供估计的指令。例如，如果传感器通常提供的测量结果不可用，组件模型模块564可以使用来自状态模块561的状态和/或来自拓扑模块562的拓扑结构，来提供对缺失的设备状态测量结果的估计。在另一个示例中，如果分布式控制器或ied没有被设置为提供导出值，则组件模型模块564可以使用来自状态模块561的状态和/或来自拓扑模块562的拓扑结构，来提供对缺失的导出值的估计。在又一示例中，如果设备状态缺失，组件模型模块564可以使用来自状态模块561的状态和/或来自拓扑模块562的拓扑结构，来提供对缺失的设备状态的估计。组件模型模块564可以包括用于向估计提供时间戳的指令。

此外，组件模型模块564可以包括确定ied模型的指令。组件模型模块564可以例如对ied模型的保护算法建模，并且使用与保护算法将使用的输入相同的输入(从分布式控制器提供的或由组件模型模块564估计的设备状态、测量结果和/或导出值)来执行保护算法。然后，组件模型模块564可以使用该执行来确定ied模型的状态。可以由评估模块563使用这种状态。

组件模型模块564还可以用于计算未来状态。因此，组件模型模块564可以包括负载潮流级仿真引擎和/或瞬态级仿真引擎。瞬态级仿真引擎可以使用来自下游保护ied(例如，分布式控制器和其他ied)的实时保护设置，来实时更新瞬态仿真模型。在各种实施例中，“实时”可以意味着保护设置被连续地提供给更高级别ied。在其他实施例中，“实时”可以意味着仅当保护设置改变时，才将它们发送到更高级别ied的组件模型模块564。在又一些实施例中，“实时”可以意味着周期性地(例如，每小时、每天、每月等)接收下游保护ied(例如，分布式控制器)的保护设置。

负载潮流引擎可用于计算动态参数，诸如例如与电压崩溃和由于过载导致的资产移除相关的动态参数。瞬态级仿真引擎可用于计算动态参数，诸如例如与转子角度不稳定相关的动态参数。这种仿真可以应用于初始状态测量，以确定电力输送系统的未来状态。这种未来状态可由分布式控制器和/或协调控制器使用以在通常在信息仅当被测量时才可用的系统中做出控制决策之前做出这种控制决策。预测间隔可以基于分组传输间隔或间隔子集。因此，每次接收到新的一组状态、保护设置和/或测量结果时，仿真可以基于新的初始化信息提供另一组未来状态信息。组件模型模块564可以从其他分布式控制器和/或协调控制器接收控制指令建议。组件模型模块564可以在其确定电力输送系统的可能未来状态时使用这样的指令。

控制模块565可以包括用于基于组件模型模块564、评估模块563、拓扑模块562、ras模块566和/或状态模块561的输出来确定控制指令的指令。来自控制模块565的控制指令可以旨在作为分布式控制器和/或其他协调控制器发布的控制指令，并且可以和与分布式控制器通信的机器或设备相关。在一些情况下，控制指令本质上可能只是信息性的或建议性的，因为接收的分布式控制器不被强制执行该控制指令，而是可以结合其自身的确定以及来自其他控制器的确定来使用所建议的控制指令，以确定其是否将执行该控制指令。

接收的分布式控制器可以使用所建议的控制指令来利用其组件模型模块确定电力输送系统的未来状态，并且使用其组件模型模块的结果来向其受监测的设备发出控制指令。在其他情况下，控制指令可能是指令性的，因为它们可以是要求的动作。这些情况之间的区别可能包含在控制指令中。

通信模块570可以包括关于从协调控制器模块560、状态模块561、拓扑模块562、评估模块563、组件模型模块564、ras模块566和/或控制模块565到其他控制器的信息传递的指令。通信模块570可以包括关于根据预定协议来格式化通信的指令。

例如，分布式控制器和控制器可以被配置成根据iec61850协议进行通信，其中通信模块570可以被配置成根据该协议格式化通信，根据该协议接收通信，并且使来自其的信息可用于其他模块。通信模块570可以配置有针对特定信息的订户，并且根据这种订阅信息来格式化消息头。通信模块570可以被配置成根据各种分组结构来格式化通信。

更高级控制器可以包括比低级控制器更稀疏的信息和模块。例如，中央控制器可以包括针对广泛区域内主要电力路径的拓扑结构和状态信息，而站控制器可以包括针对特定变电站内每一个导体和受监测设备的特定拓扑结构和状态信息。

此外，更低级别的控制器可以被配置成向更高级别的控制装置传送较少的数据。例如，站控制器可以被配置为不向区域或中央控制器发送所有测量结果。

分布式协调广域控制系统可用于解决电力输送系统中的不稳定。控制动作是由分布式控制器执行的，因为这些控制器被连接到设备，该设备包括断路器、场限制器、电容器组、并联电抗器、通用负载、电动机、发电机等。

关于所需控制动作的方向源是来自分布式协调广域控制系统中的任何控制器：分布式控制器、站控制器、区域控制器或中央控制器。关于如何传送这些命令的具体细节可以根据可用于传送电力输送系统信息的任何协议，诸如例如，iec-61850、mirrored快速操作协议等。

传送控制的一种方式是通过配方(recipe)。配方可用于传送特定设备在特定时间将要执行的一系列动作。这种动作和相关联的时间或延迟时间可以从协调控制器传送到分布式控制器。这些通信可以包括将要执行的具体动作以及执行这些动作的具体时间，或者在执行第一个动作或前一个的动作之后等待的时间。关于配方的另外信息包括在美国专利申请公开号2011/0035065、2011/0035066和2011/0035076中，这些专利申请中的每个都以其整体并入本文。

每个控制器，无论是分布式控制器还是协调控制器，都可以从网络中的其他控制器收集它已经订阅的信息。因此，订阅来自另一控制器的信息的控制器可以是订阅控制器。任何控制器(分布式控制器或协调控制器)都可以是与其通信的任何其他控制器的订阅控制器。然后，控制器可以将该信息与某些信息(诸如例如其设备状态、测量结果、导出值、状态、模型和/或拓扑状态信息)相结合。然后，控制器根据适用的保护设置来基于系统的当前状态或基于系统的未来状态的预测执行动作。

ied和/或分布式控制器可以定期应用不连续和连续的控制。本公开提供了新的信息和用于以可以改善不连续和连续控制的性能的方式收集、分发和简化该新信息的装置。状态和控制器条件的结合可以用于预测电力系统的即将到来的状态，这可使得分布式协调广域控制系统中的分布式控制器有可能比现有方法可能实现的采取更低成本的控制动作并且按照更及时的方式来这样做。具体而言，可以根据ras来实施控制动作，该ras基于最佳的、最新的可用信息，特别包括分布式控制器的实时保护设置。

分布式协调广域控制系统实现的附加控制是通过间接控制。状态信息和控制器条件可以由分布式协调广域控制系统测量和/或建模，并且用于在执行动作之前校正轨迹，如果这种校正提供了比现有的不连续或连续控制动作更好的控制电力系统的手段的话。

图6示出了向协调控制器提供实时更新的保护设置以及测量数据、状态数据等的一种方法600。如图所示，在604，分布式控制器可以从受监测的设备接收测量结果和/或设备状态信息。为了执行它自己的保护功能，在606，分布式控制器可以从测量结果和设备状态计算导出值。在612，分布式控制器可以确定状态、拓扑结构、评估模型信息和建议的控制指令。分布式控制器可以向协调控制器传输一些或所有这些信息。

例如，在908，分布式控制器可以向协调控制器传输状态数据、拓扑数据、评估模型信息和/或测量值。继续其保护功能，在614，分布式控制器可以将设备状态、测量结果和导出值应用于ied模型。在616，基于该信息、用户指定的指令和/或更高级别的控制器，分布式控制器可以确定更新的保护设置。在610，更新的保护设置可以实时地(即，在被改变时，连续地，周期性地等等)传送到协调控制器。

在618，分布式控制器可以基于更新的保护设置(或者可替换地，不按图示顺序并使用先前的保护设置)，确定并可选地实施控制指令或将控制指令传输给受保护设备。当收集到新的测量数据时，在604重复该过程。一些或所有步骤可以周期性地实施，尽管它们不需要都在同一周期内实施。例如，在610，向协调控制器传输实时更新的保护设置可以每分钟、每小时、每天、每周等执行，而在618，用于保护设备的控制指令可以每分钟执行多次或者甚至每秒执行多次。

图7示出了协调控制器使用基于多个分布式控制器的实时保护设置而更新的瞬态仿真模型来保持动态补救动作方案的一种方法700。在702，协调控制器可以从多个分布式控制器中的每一个接收状态、拓扑结构、评估模型信息、测量值等。在704，协调控制器还可以从多个分布式控制器中的每一个接收实时更新的保护设置。步骤702和704不需要以相同的周期或所示的顺序按顺序发生。

然后，在706，协调控制器可以基于从多个分布式控制器接收的数据——包括一个或更多个分布式控制器的更新的测量值和/或保护设置——来执行(例如，计算或处理)更新的瞬态模型仿真。在708，协调控制器可以使用瞬态模型仿真的结果来建立ras，该ras定义了响应于系统事件而要执行的一个或更多个保护动作。

在706，协调控制器可以基于在710从多个分布式控制器中的一个或更多个接收到的更新的实时保护设置和/或基于在712从多个分布式控制器中的一个或更多个接收到的更新的状态、拓扑结构、评估模型信息、测量值等，来更新瞬态模型仿真。基于在706的新的瞬态模型仿真，可动态地更新ras以便反映变化。具体而言，ras可被动态更新，以便实时或接近实时地反映一个或更多个分布式控制器的保护设置的变化。“实时”调整可以基于特定的应用，并且可以是接近瞬时的、周期性的(例如，每秒、每分钟、每小时、每天、每周、每月等)，或者仅当对保护设置进行实际更改时。

所提供的示例和图示涉及许多可能变型中的一些变型的特定实施例和实现。应理解，本公开并不限于本文所公开的精确配置和组件。因此，在不脱离本公开的基本原理的情况下，可以对上述实施例的细节做出许多改变。因此，本发明的范围应该在本公开可支持的可能的权利要求的上下文中确定，该权利要求包括所附的内容。