用于分析电力传输系统中的振荡稳定性的系统和方法
【专利说明】
[0001] 关于联邦资助研发声明 本发明根据合同号DE-0E0000626以美国能源部支持进行。政府在本发明中具有某些 权利。
技术领域
[0002] -般来说，本文所述的实施例涉及电力传输系统，以及更具体来说，涉及用于分析 在引起系统的摄动的多个假定故障条件、即"意外事故"的影响下的电力传输系统中的振荡 稳定性的系统和方法。
【背景技术】
[0003] 电力传输系统在例如线路故障、发电的变化或负载需求的变化等的事件期间经受 系统摄动。系统中的这类变化可引起许多不同方面的系统的稳定性问题，例如：电压稳定 性，即系统保持稳定电压的能力；频率稳定性，即系统保持稳定频率的能力；以及振荡稳定 性，即系统保持稳态工作点的能力。
[0004] 为了相对振荡稳定性来分析电力传输系统中的小摄动，一些已知方法创建系统的 数学模型，其表示系统的各种元件。通过数学模型，使用在意外事故的影响下的系统的时域 模拟来分析多个意外事故。但是，在大系统中，存在大量可能的意外事故。各意外事故的时 域分析是计算密集的，并且在例如实时操作管理期间可要求的短时间周期中不是可行的。 对意外事故分析的一种已知的一般方式涉及"筛选和分级"，其中滤出大量意外事故，而仅 详细分析所选几个意外事故。但是，为了通过对意外事故进行筛选和分级来生成充分结果， 必须识别大多数关键意外事故供全面分析。
【发明内容】
[0005] 在一个方面，提供一种用于电力传输系统中的振荡稳定性的意外事故分析的基于 计算机的方法。该方法使用至少一个处理器。该方法包括由至少一个处理器接收来自电力 传输系统中的多个组件的多个组件输入。该方法还包括生成电力传输系统的标称矩阵。标 称矩阵包括至少部分对电力传输系统进行建模的一组方程。该方法还包括计算标称矩阵的 本征值和本征向量。该方法还包括识别表示电力传输系统的假定扰动的意外事故。该方法 还包括使用标称矩阵的本征值和本征向量来估计意外事故的意外事故本征值。
[0006] 在另一方面，提供一种用于电力传输系统中的振荡稳定性的意外事故分析的计算 机系统。该系统至少包括处理器和存储器。处理器编程为接收来自电力传输系统中的多个 系统组件的多个组件输入。处理器还编程为生成电力传输系统的标称矩阵。标称矩阵包括 至少部分对电力传输系统进行建模的一组方程。处理器还编程为计算标称矩阵的本征值和 本征向量。处理器还编程为识别表示电力传输系统的假定扰动的意外事故。处理器还编程 为使用标称矩阵的本征值和本征向量来估计意外事故的意外事故本征值。
[0007] 在又一方面，提供其上包含计算机可执行指令的一个或多个计算机可读存储介 质。在由至少一个处理器来运行时，计算机可执行指令使处理器接收来自电力传输系统中 的多个系统组件的多个组件输入。计算机可执行指令还使处理器生成电力传输系统的标称 矩阵。标称矩阵包括至少部分对电力传输系统进行建模的一组方程。计算机可执行指令还 使处理器计算标称矩阵的本征值和本征向量。计算机可执行指令还使处理器识别表示电力 传输系统的假定扰动的意外事故。计算机可执行指令还使处理器使用标称矩阵的本征值和 本征向量来估计意外事故的意外事故本征值。
【附图说明】
[0008] 通过参照附图阅读以下详细描述，将会更好地了解本发明的这些及其它特征、方 面和优点，附图中，相似标号在附图中通篇表示相似部件，附图包括： 图1是包括发电系统、电力传输系统和电力分配系统的电力系统的一般示意图； 图2是用来分析图1所示的电力分配网、更具体来说分析图1所示的输电网的能量管 理系统（EMS)的示范计算装置的框图； 图3是图1所示电力系统中的示范电力传输系统的简图； 图4是用于使用图2所示计算装置来分析图3所示电力传输系统中的振荡稳定性的示 范过程的框图； 图5是用于使用图2所示计算装置来分析图3所示电力传输系统中的振荡稳定性的示 范方法的流程图；以及 图6示出计算装置中的数据库的示例配置连同如本文所述的数据流的分析和操作期 间可使用的其它相关计算组件。
[0009] 除非另加说明，否则本文所提供的附图意在示出本公开的实施例的特征。这些特 征被认为可适用于包括本公开的一个或多个实施例的大量系统。因此，附图不是意在包括 本领域的技术人员已知的、实施本文所公开实施例所需的所有常规特征。
【具体实施方式】
[0010] 在以下说明书和权利要求书中，将参照定义成具有下列含意的多个术语。
[0011] 单数形式"一"、"一个"和"该"包括复数引用，除非上下文另加明确规定。
[0012] "可选的"或"可选地"表示随后描述的事件或情况可能发生或者可能不发生，以及 本描述包括其中发生事件的实例以及其中没有发生事件的实例。
[0013] 如本文在本说明书和权利要求书中通篇使用的近似语言可适用于修改可准许改 变的任何定量表示，而没有引起与其相关的基本功能的变化。相应地，通过诸如"大约"和 "基本上"之类的（一个或多个）术语所修改的值并不局限于所指定的精确值。在至少一些 情况下，近似语言可对应于用于测量该值的仪器的准确度。在这里并且在整个说明书和权 利要求书中，范围限制可经过组合和/或互换，这类范围被标识，并且包括其中包含的所有 子范围，除非上下文或语言另加说明。
[0014] 如本文所使用的术语"非暂时计算机可读介质"意在表示按照任何方法或技术所 实现以用于信息（例如计算机可读指令、数据结构、程序模块和子模块或者任何装置中的 其它数据）的短期和长期存储的任何有形的基于计算机的装置。因此，本文所述的方法可 编码为包含在有形非暂时计算机可读介质（非限制性地包括存储装置和/或存储器装置） 中的可执行指令。这类指令在由处理器运行时使该处理器执行本文所述方法的至少一部 分。此外，如本文所使用的术语"非暂时计算机可读介质"包括所有有形计算机可读介质， 非限制性地包括：非暂时计算机存储装置，非限制性地包括易失性和非易失性介质；可拆 卸和不可拆卸介质，例如固件、物理和虚拟存储、CD-ROM、DVD和任何其它数字源，例如网络 或因特网；以及将要研制的数字部件，其中唯一例外是暂时的传播信号。
[0015] 如本文所使用的术语"电力系统稳定性"一般用来表示电力传输网在遭遇扰动之 后达到均衡状态的能力。又如本文所使用的术语"扰动"表示可被电力传输网遭遇的、影响 网络的均衡的事件。例如，网络上的负载变化、网络线路的断路、发电机的损耗以及网络上 的故障可引起网络上的扰动。这类扰动可引起各种系统稳定性问题，例如相对电压、频率和 /或转子角的稳定性。此外，如本文所使用的"振荡稳定性"表示电力传输网在遭遇扰动之 后保持稳定工作点的能力。
[0016] 又如本文所使用的术语"意外事故"表示一种情形，其因电力系统的配置和拓扑的 突然变化而引起工作条件的变化，这又可引起传输网的扰动，并且可影响振荡稳定性。例 如，这个扰动可归因于负载或发电机的大变化或者传输组件的故障或者因保护系统的动作 引起的传输组件的隔离。本文所述的系统和方法涉及分析一个或多个意外事故。例如，传 输网中的特定传输线可因例如雷击等事件而离线。这个事件可导致网络上的振荡稳定性问 题。相应地，这种一个传输线被移除服务可称作"意外事故"。
[0017] 如本文所使用的术语"本征值"和"本征向量"用于引用"本征值分解"的一般数学 领域，其在各种类型的系统的稳定性分析中具有已知应用。一般来说，本征值和本征向量用 来表征线性系统的动态响应。各本征值包括关联本征向量。因此，方程的给定矩阵A的本 征向量和本征值表示A的本征分解。如本文所使用的术语"标称矩阵"表示这个方程组A， 以及更具体来说表示对给定负荷情形下的特定电力传输系统进行建模的方程组。又如本文 所使用的术语"意外事故矩阵"表示采用给定扰动（即，意外事故）所调整的传输网的方程 组。这个意外事故矩阵在本文中表示为Ap()St。
[0018] 本文所述的系统和方法包括分析引起系统的大摄动的多个扰动的影响下的电力 传输系统中的振荡稳定性。更具体来说，