专利名称：电力传输系统中的功率或电压振荡阻尼的制作方法
技术领域：
本发明涉及电力传输系统中的功率或电压振荡阻尼的领域。更具体地，本发明涉及用于提供电力传输系统中的功率或电压振荡阻尼的改进控制的方法、设备和计算机程序
女口
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背景技术：
区域间振荡模式典型地由在电力传输系统的一个地理区域中的一组机器相对于在电力传输系统的另一个地理区域中的一组机器摇摆(swing)而被表征。区域间振荡模式例如是在CN 101202451，US 6252753和EP 185四52中描述的。这些振荡是通过例如在系统负荷中的正常改变或可能在故障后在系统中的切换事件而被发起的。这些振荡可以典型地具有小于几Hz的频率，例如在0. 1-0. 8Hz的范围内， 以及只要它们衰减得足够快，这些振荡常常被认为是可接受的。当功率系统的工作点改变时，例如，由于在发电机、负荷和/或传输线的连接或断接后功率流的新的分布，可能出现不充分地阻尼的振荡。在这些情形下，几兆瓦的发送功率的增加可以造成在稳定的振荡与非稳定振荡之间的差别，这具有使得系统瘫痪或导致同步的丢失、互联的丢失和最终不能为消费者供应电功率的可能性。电力传输系统的适当的监视和控制可以帮助网络操作员精确地评估电力传输系统状态和通过采取适当的行动，诸如连接专门设计的振荡阻尼设备， 而避免全部断电。执行功率振荡阻尼(POD)的传统的方式是把调制信号加到对于功率振荡起反作用的致动器的控制信号。可以被控制来执行这样的阻尼的典型致动器包括同步发电机， HDVC 禾口 FACTS 设施。可以有阻尼这样的振荡的不同的方式。一个方式是通过使用利用超前-滞后补偿的POD设备。可以执行功率振荡阻尼的另一种方式是通过使用在所谓的相量POD中的基于相量的阻尼。相量POD是在US6559561中描述的。在相量POD中，将辅助信号提供到电力传输系统中用于致动器的功率流控制器或电压控制器，以便阻尼这样的振荡。相量POD使用一种方案，它表达在旋转坐标系统中有效功率、电压或电流振荡，以及控制动作被合成在另一相量形式中，以便对抗根振荡。在这个过程中，事先需要系统振荡频率、控制信号相对于测量信号的最佳相位差、以及适当的增益的知识。因此，使用这种技术，需要事先知道对于每种工作条件的适当的补偿角度。然而，存在有与以上述的方式使用固定的相位补偿角相关联的问题。电力传输系统的配置可以改变，例如因为在严重故障后的线路电力中断。这意味着，对于不同的条件需要不同的相位角。为了在故障后提供有效的阻尼，然后必须确定在故障后的工作条件。今天，还没有用于确定这样的扰动后工作条件的技术。所以，在这个技术领域中需要一种改进方案。
发明内容
所以，本发明的目的是能够进行可以不用确定扰动后工作条件而被应用的基于相量的功率或电压振荡阻尼。这个目的是通过根据本发明的方法和设备以及根据本发明的计算机程序产品达到的。另外的优选实施例基于从属权利要求是明显的。按照本发明的第一方面，提供了电力传输系统中的功率或电压振荡阻尼的改进控制方法，该方法包括以下步骤获得代表在电力传输系统的至少一个元件中偏离振荡的信号的瞬时幅度，确定信号的改变速率，利用基于所确定的改变速率的积分因子对瞬时幅度进行积分，以及根据积分的瞬时幅度形成相位补偿角，供阻尼控制信号生成单元使用，以便提供系统的功率或电压振荡阻尼。按照本发明的第二方面，提供了用于提供电力传输系统中的功率或电压振荡阻尼的改进控制的设备。功率或电压控制设备包括幅度获取元件，被配置成获得代表在电力传输系统的至少一个元件中偏离振荡的信号的瞬时幅度，斜率调查元件，被配置成确定信号的改变速率，以及第一处理块，包括积分元件，被配置成利用基于所确定的改变速率的积分因子对瞬时幅度进行积分，所述第一处理块还被配置成根据积分的瞬时幅度形成相位补偿角，供阻尼控制信号生成单元使用，以便提供系统的功率或电压振荡阻尼。按照本发明的第三方面，提供了用于提供电力传输系统中的功率或电压振荡阻尼的改进控制的计算机程序。计算机程序被装载在用于功率或电压振荡阻尼的设备的内部存储器中，以及包括计算机程序代码装置，它在程序被装载到内部存储器时使得设备获得代表在电力传输系统的至少一个元件中偏离振荡的信号的瞬时幅度，确定信号的改变速率， 利用基于所确定的改变速率的积分因子对瞬时幅度进行积分，以及根据积分的瞬时幅度形成相位补偿角，供阻尼控制信号生成单元使用，以便提供系统的功率或电压振荡阻尼。按照这些方面的本发明能够使用适配地改变的相位补偿角而抵消振荡。这可以不用事先知道故障后工作条件而被实施。本发明还是灵活的，在于具有振荡的高度可观察性的任何测量信号可被使用而不用作任何重大的修改。这也意味着本发明可与本地和广域阻尼有关地被使用。这是因为相位角补偿的自适应生成自动地考虑由于使用不同的测量信号所引起的不同的要求而成为可能。这样，可以避免用于本地和广域功率或电压振荡阻尼的复制的相量POD设备。在对于具有第一极性的瞬时幅度以及与第一极性并行地对于具有相反极性的瞬时幅度执行积分的一个变形中，信号的改变速率的方向被调查，并且在信号的改变速率的方向在第一时间范围内没有改变的情形下根据相反极性的积分的瞬时幅度进行切换，以形成相位补偿角。在另一个变形中，瞬时幅度被乘以比例因子，以及相位补偿角的形成也是基于相乘的瞬时幅度。偏离振荡将具有幅度，有可能最初按照这个幅度设置比例因子。信号的改变速率也可以被使用于调整比例因子。所述因子例如在信号的改变速率的方向在第二时间范围内没有被改变的情形下被减小。信号的改变速率也可以在它在第三时间范围内没有被改变的情形下被使用于禁止生成阻尼控制信号。
按照本发明的原理的相位补偿角的确定允许对于本地测量和远程测量的信号二者进行基于相量的功率或电压振荡阻尼。按照另一个变形，获得对应于至少一个系统元件的功率特性的系统运行反映信号，以及根据所述系统运行反映信号生成代表偏离振荡的至少一个信号。系统运行反映信号可以是多模式的，在这种情形下可以从这个信号中提取每个模式分量，对于每个模式可以生成代表偏离振荡的信号，并对于每个模式形成相位补偿角。每个这样的相位补偿角然后可以提供给对于该模式所提供的对应的阻尼控制信号生成单元。 对于诸如在系统中的AVR、PSS或FACTS设备那样的单个致动设备，通过相加来自各个阻尼控制单元的所有的单独阻尼控制信号而获得最后的阻尼控制信号。对于多个致动设备，如果一个致动设备被使用于阻尼一个特定的模式，则来自对应的阻尼控制信号生成单元的对应的阻尼控制信号被提供给各个致动设备。按照另一个变形，形成具有对应于信号幅度的振幅和对应于相位调节角度的相位的阻尼信号。
在以下的文本中，参照在附图上显示的优选的示范性实施例更详细地说明本发明的主题，其中图1示意地显示电力传输系统的两个地理区域以及按照本发明的第一实施例提供的相量POD设备和增益调度单元，图2显示在图1的相量POD设备中使用的、按照本发明的第一实施例的补偿角度确定单元的示意性框图，图3示意地显示概述在按照本发明的第一实施例的方法中执行的许多方法步骤的流程图，图4显示在发生三相故障后自适应功率振荡阻尼与具有固定相位角的功率振荡阻尼相比较的两个图，图5显示按照本发明的第一实施例的原理确定的相位补偿角的图，图6示意地显示电力传输系统的四个地理区域以及按照本发明的第二实施例提供的相量POD设备和增益调度单元，图7显示在图5的相量POD设备中使用的、按照本发明的第二实施例的补偿角度确定单元的示意性框图，以及图8示意地显示按照本发明的第三实施例的相量POD设备。
具体实施例方式图1示意地显示其中提供按照本发明的第一实施例的、用于提供功率或电压振荡阻尼的改进控制的设备的简化的电力传输系统。电力传输系统优选地是在诸如50或60Hz 的网络频率上运行的交流电力传输系统。电力传输系统包括许多地理区域，在这里是两个区域A_I和A_II。这些区域通过椭圆点线表示，它们典型地被提供成互相间隔大的距离，作为示例，其中一个可以被提供在芬兰的南部，另一个在挪威的南部。地理区域在这里是相干区域。相干区域是其中一组诸
7如同步发电机那样的机器相干地运行的区域，即，它们一起振荡。这样的区域也可以被称为电区域，因为机器在电的意义上是互相接近的。在这些地理区域，有用于连接地理上分开的区域的高压串接线路、中压线路、用于变换电压和切换在线之间的连接的子站，以及在本地区域中的各种母线。为了简化本发明的说明，第一地理区域A_I在这里被显示为仅仅包括一条第一电力线12或电力传输母线，一个第一电机10和一个致动设备11 (FACTS、HVDC、 PSS等)，以及第二地理区域A_II被显示为仅仅包括一条第二电力线16或电力传输母线， 和一个第二电机14。这些地理区域是同相同系统的一部分的事实，是通过将两条电力线12 和16互相连接的虚线表示的。这意味着，在这个简化的示例中，第一地理区域A_I仅仅包括第一机器10，而第二地理区域々_11仅仅包括第二机器14，因此，它们互相摇摆。致动设备11在本例中是可以被影响或被控制的、用于去除这样的摇摆的设备。在这个第一示例中，致动设备(FACTS，HVDC， PSS等)11因此是致动器，它通过使用本发明的用于提供功率或电压振荡阻尼的改进控制的设备而被控制。本发明的这个第一实施例针对基于相量的功率振荡阻尼设备，相量POD设备19， 它包括相量POD单元20和补偿角度确定单元26。相量POD单元20在这里进行本地测量， 艮口，在第一地理区域中本地地进行测量，并也在这个区域中执行控制。正如将从本发明的其它实施例看到的，本发明也可以应用于广域的功率或电压振荡阻尼。为了提供本地功率或电压振荡阻尼，这里有被连接到第一电力线的第一测量单元 18。这个测量单元又被连接到振荡估计单元22，这个振荡估计单元22被连接到阻尼控制信号生成单元24。振荡估计单元22连同阻尼控制信号生成单元M在这个第一实施例中一起组成相量POD单元20，正如在US 6559561中描述的，该文档在此引用以供参考。振荡估计单元22和阻尼控制信号生成单元M被连接到补偿角度确定单元沈以及增益调度单元观。补偿角度确定单元沈也被连接到增益调度单元观，该增益调度单元被连接到致动器和控制致动器。用于提供功率或电压振荡阻尼的改进控制的设备，按照本发明的第一实施例，仅仅由补偿角度确定单元26组成。然而，应当意识到，用于提供功率或电压振荡阻尼的改进控制的设备可以按照本发明的原理通过这个补偿角度确定单元26与相量POD设备19的其它单元(即，振荡估计单元22和阻尼控制信号生成单元24)的任何组合而被提供。很有可能在按照本发明的、用于提供功率或电压振荡阻尼的改进控制的设备的任何的变形中也包括增益调度单元观。图2示意地显示补偿角度确定单元沈的示意性框图。补偿角度确定单元沈包括以归一化元件32的形式的幅度获取元件，它接收信号|ΔΡ|。还有峰值检测元件30，它也接收这个信号I ΔΡ I，并且被连接到归一化元件32的调整端子。归一化元件32又被连接到第一处理块34、第一积分因子提供元件50、和倒相器元件Μ。另外，第一积分因子提供元件50被连接到第一处理块。倒相器元件M又被连接到第二积分因子提供元件52和第二处理块42，其中第二积分因子提供元件52被连接到第二处理块42。处理块34和42在这里执行比例和积分处理活动，所以在第一实施例中是PI块。每个PI块34和42包括被连接在对应的积分因子提供元件50和52与相加元件 40和48之间的积分器元件38和44。每个PI块还包括比例放大元件36和46，具有一个末端被连接到对应的相加元件40和48。第一 PI块34的比例放大元件36在这里以另一端连接到归一化元件32，而第二 PI块42的比例放大元件46被连接到倒相器元件M。第一 PI 块34的相加元件40连接到开关元件56的第一输入端子，而第二 PI块42的相加元件48 被连接到开关元件56的第二输入端子，该开关元件配备有一个输出端子，提供相位角Φ。。 这个输出端子在本实施例中也是相位补偿角输出。在补偿角度确定单元沈中，还有斜率调查元件58，它也接收信号I ΔΡ|。斜率调查元件58被连接到调节方向控制元件62，该调节方向控制元件62被连接到开关元件56的控制端子，用于控制哪个输入端子要被连接到输出端子。斜率调查元件58还被连接到积分因子调整元件60。现在参照图1和2以及图3，更详细地描述本发明的第一实施例，该图3示意地显示概述在按照本发明的第一实施例的方法中执行的许多方法步骤的流程图。如上所述，在第一和第二地理区域Α_Ι和A_II中的机器10和14互相相对摇摆， 这典型地在故障或扰动发生后发生。与系统的运行频率相比较，这个摇摆通常是低频摇摆。为了能够抵消这个摇摆，测量单元18提供测量结果，典型地，来自系统元件(在这里是到相量POD单元20的振荡估计单元22的第一电力线12)的电压或电流相量测量结果。这些测量结果在这个第一实施例中确实组成系统运行反映信号P。系统运行反映信号在这里是反映至少一个系统元件的测量的功率特性的信号。在这里，它反映在运行频率方面以及在振荡器分量一即引起摇摆的信号分量一方面的功率特性。在这个第一实施例中， 这个系统运行反映信号直接由测量结果(诸如由测量单元18作出的电压测量结果)组成。 振荡估计单元22然后继续进行和估计系统运行反映信号(即，这些测量结果)的振荡分量 Δ P。这个振荡分量△ P是系统元件中的偏离振荡，即，偏离系统稳态量的振荡。这个分量因此具有一定的振幅和频率。估计例如可以是按照在US 65598561中描述的原理的递归最小平方估计(RLQ。这个振荡分量的振幅A和相位Φ然后被提供到阻尼信号提供元件Μ，该阻尼信号提供单元24继续进行和生成阻尼控制信号VTOD，该阻尼控制信号被提供到增益调度单元观。相位和振幅在这里可被预先设置为缺省值，它可以是按照对于在扰动之前存在的对于工作条件所需要的增益和相位设置的任何一个或多个数值。阻尼控制信号可以按照 US 65598561中描述的原理根据振荡分量的幅度而被生成。振荡估计单元22还提供代表以这个分量的绝对值的形式的振荡分量以及这个感测的信号的可能的平均水平的信号I ΔP 给增益调度单元观。它也把这个分量的绝对值提供到补偿角度确定单元26。振荡分量△ P典型地是在系统元件中从所预期的量的、功率流的偏离或电压的偏离或电流的偏离，它典型地包括单个或多个阻尼的正弦分量。这个信号通常因为系统的工作条件的改变而出现。这意味着，信号I ΔΡ|在最大值与零之间变化，该最大值因此被检测。因为信号|ΔΡ|首先从振荡估计单元22被发射，在步骤64，启动由调节方向控制元件 62所操控的计数器。信号|ΔΡ|的出现还引起在步骤66，例如由调节方向控制元件62在补偿角度确定单元26中选择活跃的PI块。这是选择要提供相位补偿角的那个PI块。这个选择有利地可以是缺省选择，因此是第一 PI块；34的缺省选择。所述选择保证，通过元件 62，开关元件56连接第一 PI块34与调整角度输出。典型地，补偿角度确定单元沈被激活用于在一个振荡周期内的通常的运行。在补偿角度确定单元沈中，提供峰值检测元件30， 以便获得这个信号I ΔΡ|的瞬时幅度I八？^或峰值。被检测的第一个这样的峰值因此在
9这里是在一个振荡周期后的第一峰值。因此获得瞬时峰值幅度作为偏离ΔΡ的绝对值的峰值。首先检测的瞬时峰值幅度还被提供到归一化单元32，它使用这个瞬时峰值幅度来设置所检测的数值被归一化到的、1与0之间的范围。振荡分量的瞬时峰值幅度|ΔΡ|ρ可以通过由峰值检测元件30检测信号I ΔΡ|的峰值或RMS(均方根)而获得。此后，在步骤68，继续获得或接收信号I ΔΡ I，并把它提供到归一化元件32。峰值在这里因此被归一化元件32 使用来将信号I ΔΡ|归一化，该归一化的信号I ΔΡ|然后被提供到第一积分因子提供元件 50、第一比例放大元件36和倒相器元件Μ。倒相器元件M将归一化的信号I ΔΡ|倒相， 并把这个归一化的倒相的信号-I ΔΡ提供到第二 PI块42的第二积分因子提供元件52和第二比例放大元件46。在完成这些以后，在步骤70，由斜率调查元件58检测信号I ΔΡ|的改变速率d I AP|/dt。这个元件也形成改变速率或斜率的绝对值|d| AP|/dt|。这两个数值d| AP|/dt和|d| AP|/dt被提供到积分因子调整元件60，该积分因子调整元件又使用它们用于影响在两个积分因子提供元件50和52中的积分因子Ki的设置值。积分因子提供元件50和52又把这个因子Ki应用到积分元件38和44。积分元件因此通过使用积分因子Ki进行积分。在步骤72，信号|ΔΡ|的两个版本，它们是归一化的正的瞬时幅度和负的瞬时幅度，因此被并行地供应到两个PI块，这两个PI块对信号I ΔΡ|的绝对值(正的)瞬时幅度和信号I ΔΡ|的倒相的绝对值(负的)瞬时幅度执行PI活动。在第一实施例中，这意味着，瞬时幅度和倒相的瞬时幅度在元件36和46中被乘以比例因子Κρ，以及在积分元件38和44中通过积分因子Ki被积分。在这个第一实施例中， 比例因子Kp是静止或固定的，而积分因子是可变的，即，它是根据信号的改变速率d I Δ P I / dt或斜率而变化的。典型地，高的数值，S卩，陡的斜率导致使用高的因子，而低的数值或小的斜率导致使用低的因子。这意味着，瞬时幅度通过基于所确定的改变速率的积分因子Ki被积分。在每个PI块中的按比例控制的和积分的瞬时幅度和倒相的瞬时幅度然后在对应的相加元件40和48中被组合，用于形成两个候选的补偿角度，其中根据正的瞬时幅度作出的组合的结果经由开关元件56输出原先被提供为相位补偿角Φ。，以及基于负的瞬时幅度的组合最初没有被使用。因此，在步骤74，通过使用活跃的PI块一在这里是第一 PI块一， 根据信号I ΔΡ|的瞬时幅度形成补偿角度Φ。。补偿角度Φ。然后被提供到相量POD单元20的阻尼控制信号生成单元Μ，它继续进行和在形成阻尼控制信号Vtod中使用这个相位。这个阻尼控制信号Vtod然后被供应到调度单元观，作为平均值Pavg，以及偏离振荡的绝对值|ΔΡ|。补偿角度确定单元沈在这里也把振荡的峰值I斜率值d| AP|/dt供应到这个调度单元沘。这个数据然后连同被使用于生成特定的致动器控制信号的致动器的结构的知识一起被使用来控制致动器10。 阻尼控制信号Vroil然后有利地是调制信号，它可被加到由增益调度单元观生成的控制信号上，用于控制致动器11。相位调节角度此后以相同的方式持续地被确定，用于信号I ΔΡ|的以后检测的数值。这样，振荡借助于适配地改变的相位补偿角而被抵消。通过使用这样生成的相位补偿角，绝对振荡的幅度将被减小到零。这意味着，当绝对振荡幅度开始减小时，第一 PI块的输出慢慢地饱和到相位补偿角数值，该相位补偿角数值在工作条件改变后对系统振荡提供适当的阻尼。而且，这不用关于故障后工作条件的任何现有的知识而完成。这样，振荡被适配地阻尼掉。不需要知道关于在系统故障后的系统的任何预先的条件。而且，它是灵活的，在于它可以适配于任何情形。本发明为了获得相位补偿角不需要任何线性的系统模型。这意味着，可以使用任何具有振荡模式的高的观察性的测量信号而不用任何重大的修改。这也意味着，相量POD设备可以被使用于本地和广域阻尼。这是可能的，因为相位角度补偿的自适应生成自动考虑由使用不同的测量信号所引起的不同的要求。这样，因此可以避免用于本地和广域功率或电压振荡阻尼的复制的相量POD设备。图4显示在发生系统故障后自适应功率振荡阻尼与具有25度的固定相位角的功率振荡阻尼相比较的两个图。这里，上面的图显示角度差α随时间的变化。这个角度差α 在这里是来自图1的两个功率传输母线之间的在时间上的相位差，其中对于使用本发明的自适应方案的功率振荡阻尼的角度差用深的虚线曲线被示出，而对于使用具有固定的相位角的功率振荡阻尼的角度差用较浅的实线曲线被示出。图4的下面的图显示致动装置的归一化的电纳，该致动装置在本例中具有静态无功补偿器的形式。正如在上面的图上那样，使用固定相位角的控制用浅的实线代表，以及使用本发明的自适应方案的控制用深的虚线代表。正如在图上可以看到的，具有自适应地确定的补偿角度的功率振荡阻尼提供广域控制， 使得故障后的电力系统稳定，而使用固定补偿角度的控制导致不稳定的系统。在这里用的正相位补偿角，S卩，对于具有第一极性一正的极性一的瞬时幅度按角度地执行相位补偿。然而，相位补偿角有可能具有相反的符号，即，它是基于具有相反极性的瞬时幅度的、负的相位补偿角。为了操控这种情形，斜率调查元件58把斜率检测值持续地提供给调节方向控制元件62。这些数值可以是正的、负的、或零。最初，信号I ΔΡ|将具有正的斜率。如果在正确的角度方向上作出相位调节，则这个斜率在给定的时间间隔内将减小，变为零，并最终变为负的。然而，如果在给定的时间间隔内它没有做到这一点，则其上作出调节的角度方向是错误的，应当使用相反的方向。本发明的第一实施例通过接收来自斜率调查元件60的改变速率测量结果d I Δ P I /dt和调查这些改变速率或斜率的正负号的调节方向控制元件62而对付这种情形。如果在步骤76改变正负号，则在步骤78，调节方向控制元件62复位计数器，然后在步骤68，继续进行和获得幅度值。然而，如果在步骤76没有改变正负号，则调节方向控制元件60在步骤80继续进行和比较计数器的时间与第一时间阈值Tl。如果这个阈值Tl没有被超过，则在步骤68，如前面那样，继续进行生成相位补偿角，而如果这个阈值 T 1被超过，则在步骤80调节方向控制元件60致动开关元件56，以使得现在由第二 PI块 42提供相位补偿角Φ。。这样，调节方向控制元件60在步骤82，改变活跃的PI块，保证补偿角度Φ。代之以根据倒相的瞬时幅度而被形成。此后，继续根据倒相的瞬时幅度形成相位补偿角。这样，保证振荡被快速抵消，即使最初选择的是错误方向。按照本发明的第一实施例提供的、在故障发生后自适应地改变的补偿角度Φ。示意地显示于图5。从这个图上可以看到，相位补偿最初在正的方向上执行，该正的方向在故障后约5秒后被发现是错误的，该时间因此是示范性的第一阈值。因此，相位补偿此后在负的方向上执行。从该曲线可以看到，在约12秒后获得约-77度的稳定的相位补偿角。在这里应当提到，相对于本发明的第一实施例可以作出许多变形。有可能首先使用第二 PI块，如果第二 PI块提供错误方向上的相位补偿角，则使用第一 PI块。而且，有可能只调查一个方向，即，去除一个PI块。在这种情形下，也不需要调节方向控制元件和开关
11元件。也有可能省略PI块的比例的部分，即，只使用积分活动。也可以省略归一化。有可能在斜率调查元件58之前提供低通滤波器，以便在执行斜率检测之前滤除高频分量。负的方向因此不能被调查。这里有可能代替它或此外，如果幅度增长，则比例因子受到影响，以使得它减小。为此，补偿角度确定单元还可以包括比例因子调整元件，它改变比例因子。这个改变可以根据绝对振荡幅度的改变速率或斜率，即信号的改变速率，而被执行。也有可能完全禁止阻尼控制信号。因此，计数器的定时可以与第二阈值进行比较，如果它超过第二阈值，则减小比例因子。计数器的定时可以与第三阈值进行比较，如果它超过第三阈值，则禁止阻尼操作。在后者的情形下，补偿角度确定单元可包括操作中止元件，它将发送禁止信号到相量POD单元20的阻尼信号生成单元24，它作为应答，不再生成阻尼信号 VroD。这个第三阈值可以有利地是与第一阈值相同的。而且。有可能补偿角度确定单元接收信号ΔΡ的幅度。在这种情形下，有可能比例因子最初按照这个幅度被设置。最后，应当提出，补偿角度确定单元的操作的开始不限于在一个振荡周期后的第一个峰值。在第一实施例中显示的相量POD设备是本地运行的相量POD设备，即，在本地测量的数值上操作。然而，也有可能使用相量POD设备作为广域相量POD设备，即，用于远程测量的数值。相量POD设备因此可被使用于除了用于本地阻尼以外的其它的情形。它可以被使用于广域阻尼。这意味着，它可以接收来自除了本地区域以外的其它地理区域的测量结果。然后，有可能使用在本发明的第一实施例中描述的POD辅助单元。然而也有可能使用按照本发明的第二实施例的补偿角度确定单元，它而且也考虑这样的测量结果的延时。现在将参照图6和7描述按照本发明的第二实施例的相量POD设备，其中图6显示电力传输系统的四个地理区域以及相量POD设备和增益调度单元，以及图7显示按照第二实施例的补偿角度确定单元的示意性框图。在图6的系统中，有四个地理区域A_1, A_11,A_111和A_IV，每个地理区域相对其它的地理区域之一摇摆。每个区域配备有测量单元18、84、86和88。在这里应当意识到，在每个地理区域中可以有更多的测量单元。而且，测量单元通常被连接到电力线和母线。测量单元在这里可以是相量测量单元(PMU)。PMU以特定的电流和电压相量提供带时间戳的、 关于系统的本地信息。由PMU在网络上收集的和被集中处理的多个相量测量结果因此可以提供电力传输系统的总的电状态的快照。这样的PMU通常配备有GPS同步的时钟，将以相等量的时间点，例如，每20ms，发送诸如正顺序相量那样的相量。这些相量因此被加上具有高精确度的时间戳，时间戳可以代表相量在系统中被测量时的时间点。相量可以通过使用辅助GPS(A-GPS)被加上时间戳，即，接收时间指示符。为了执行这样的加时间戳，每个测量单元18、84、86和88因此配备有用于与GPS卫星通信的天线。相量因此在遥远的地理位置处获得，并且由测量单元通常使用GPS时钟而被加时间戳，并经由可能几千公里长的通信信道被发送到相量对准单元90。测量单元18、84、86和 88因此都被连接到相量对准单元90，它可以是相量数据集中器(PDC)。这个相量对准单元 90因此接收上述的相量，并同步它们，即打包具有相同的时间戳的相量。相量对准单元90收听正在定期地(例如，每20ms)发送加上带时间戳的相量的测量单元。相量对准单元90按照时间戳对准相量，预期每个时隙来自每个测量单元的一个相量，并当对应于给定的时隙的这些相量可用时转发所有的相量。相量对准单元90还被连接到组合单元91，它组合来自至少两个区域的相量，以便提供系统运行反映信号P(t)。在这个实施例中，系统运行反映信号因此是反映一个以上的系统元件--这里是两个系统元件--的测量的功率特性(如电压)的组合的信号。它在这里反映在工作频率和振荡分量方面的功率特性。这个组合单元91然后被连接到相量POD 单元，该相量POD单元20以与图1相同的方式被连接到补偿角度确定单元沈和增益调度单元观。增益调度单元观还被连接到致动器92，用于在系统中执行阻尼。在相量POD所位于的同一个地理区域中，或在另一个地理区域中，这可以是本地致动器。另外，补偿角度确定单元26以与图1所示的相同的方式被连接到增益调度单元观。然而，与补偿角度确定单元沈有一个差别，也就是它配备有天线。本发明的、用于提供功率或电压振荡阻尼的改进控制的设备在这里可以包括补偿角度确定单元与振荡估计单元、阻尼控制信号生成单元、增益调度单元、组合单元和相量对准单元的任何组合。正如可以在图7中看到的，按照第二实施例的补偿角度确定单元沈大部分部件是与第一实施例中的部件相同的。然而，它配备有被连接到开关元件56的输出的延迟补偿元件94。这个延迟补偿元件94配备有所述天线，用于与GPS卫星通信，例如使用A-GPS，以便获得精确的时间。它也接收与偏离振荡的样本相关联的时间戳，或宁可接收与这些样本所根据的测量值相关联的时间戳。相量POD单元20在本实施例中根据来自互相摇摆的两个区域和具有相同的时间戳的测量单元的相量，确定代表以振荡的绝对值形式的偏离振荡的信号，这是根据组合的信号p(t)完成的。该组合的信号在这里可以是基于具有相同的时间戳的、来自两个区域的相量之间的差值的差值信号。信号I ΔΡ」然后可以由相量POD单元20根据这样的组合的信号而生成。信号I APs |、摇摆的频率f和对应的样本的时间戳的数值％被提供给补偿角度确定单元沈，其中延迟补偿单元94接收这样的时间戳数值ts和摇摆频率f。延迟补偿单元94因此对于信号I ΔΡ」的特定的瞬时幅度，S卩，对于根据具有这些时间戳或时间数值的测量结果被确定的瞬时幅度，接收与在系统元件处的偏离振荡相关联的时间戳或时间数值。按照第二实施例的补偿角度确定单元26以与如在第一实施例中的相同的方式确定相位调节角度Φ。，该角度在开关元件56的输出处被提供。然而，这个角度还被调节，以便获得也考虑测量结果的延迟的正确的相位调节值。更具体地，延迟补偿单元94根据这个接收的时间值ts和本身的当前时间t。，按照下式确定延时Td Td = tc-ts.这个延时然后被使用来按照下式确定延时补偿因子φ d φ d = 2* π *f*Td这导致获得调节的相位补偿角φ/ = Φ^Φ,正如可以看到的，延迟补偿单元94因此根据时间值％、当前的时间t。和振荡的频率f确定延时补偿因子Φ d，并用这个延时补偿因子调节相位补偿角。这样，也有可能考虑测量信号的延时，这在这些信号远不是取自相量POD设备时是很重要的。这加速在广域功率或电压振荡阻尼情形下的阻尼过程。按照第二实施例的变形，也有可能系统运行反映信号是反映在仅仅一个元件一远离相量POD设备的远端元件一中的特性的信号。正如在图7中可以看到的，有可能几个区域可以互相摇摆。这个摇摆也可以同时发生。所以有可能组合单元91提供由几个这样的摇摆组成的一个系统运行反映信号。偏离振荡因此可以是多模式的。系统运行反映信号因此是反映一个以上的系统元件一这里是两个系统元件一的测量的功率特性(如电压)的组合信号。它在这里反映在工作频率和一个以上的振荡分量方面的功率特性。这样的组合信号在这里可以通过生成许多差值相量而被提供，每个差值相量被提供为在两个地理区域的相量之间的差值，然后相加这些差值相量，以便获得组合信号。作为替换例，有可能这个系统运行反映信号由来自仅仅一个系统元件的测量结果组成，该系统元件因此经历在两个地理区域之间的摇摆。为了操控这样的组合的或多模式信号P，可以提供如在图8上显示的相量POD设备 19。这里，有信号提取单元96，它按照估计的频率拆分组合的信号，S卩，它从组合信号P提取每个模式分量。在这个示例中，它通过把组合信号P拆分成第一、第二…和第η个信号P1, P2 和Ρη，其中每个这样的信号被提供到对应的相量POD单元20、98和102而做到这一点。连接到每个这些相量POD单元的是对应的补偿角度确定单元沈、100和104，这些补偿角度确定单元把相位调节角度Φ。1; 6。2和Φ。η提供到对应的相量POD单元20、98和102。然后， 每个相量POD单元提供对应的阻尼控制信号VroD1，Vpod2和VroD3。这里有可能这些阻尼控制信号被组合和被提供到连接到一个致动器的共同的增益调度单元。也有可能每个这样的阻尼控制信号被提供到控制致动器的对应的增益调度单元。所选择的增益调度单元通常依赖于互相摇摆的那些区域。在牵涉到一些这样的摇摆的区域中的致动器所以可以通过抵消这些摇摆的阻尼控制信号被控制。对于多个致动设备，如果一个致动器专用于阻尼一个特定的模式，则对应的Vtod信号可以从各个相量POD单元被直接馈送到对应的致动设备。在这里应当意识到，在本发明的这个变形中也可以施加延时补偿。有可能对于本发明作出许多另外的变形。在同一个实体中不一定必须一起提供振荡估计单元和阻尼信号生成单元，而它们可以是分开的。从其中进行测量的系统元件有利地是电力线。然而，应当意识到，也可以设想其它类型的系统元件，诸如变换器和变压器。按照本发明的设备，S卩，单独地或以任何以前描述的组合的补偿角度确定单元，可以有利地以具有处理器和包括计算机程序代码的内部存储器的控制器的形式被提供，该计算机程序代码当被处理器作用在其上时执行被包括在设备中的单元的上述的功能。程序代码也可以在数据载体上被提供。该数据载体在被装载在这样的存储器中时执行这个功能。 所以，本领域技术人员将看到，本发明的、用于提供功率或电压振荡阻尼的改进控制的设备可以作为计算机程序被硬连线或被实施。用于提供功率或电压振荡阻尼的改进控制的设备可以经由广域监视和控制平台而被提供。在另一个实施例中，本发明的、用于提供功率或电压振荡阻尼的改进控制的设备可以在FACTS设备上，具体地在用于FACTS设备的低级别功率电子控制平台上，或替换地在诸如AVR或直接负载调制器那样的快速动作设备上运行。所以，本发明仅仅由以下的权利要求书限定。
1权利要求
1.一种用于提供电力传输系统中功率或电压振荡阻尼的改进控制的方法，包括以下步骤获得(68)代表在电力传输系统的至少一个元件(12)中偏离振荡的信号的瞬时幅度 (I ΔΡ|),确定(70)信号的改变速率(d AP|/dt)，利用基于所确定的改变速率的积分因子(Ki)对瞬时幅度进行积分(72)，以及根据积分的瞬时幅度形成(74)相位补偿角(Φ。)，供在阻尼控制信号生成单元04)中使用，以便提供系统的功率或电压振荡阻尼。
2.按照权利要求1的方法，其中积分是在具有第一极性的瞬时幅度上执行的，并且还包括以下步骤与第一极性并行地对具有相反极性的瞬时幅度进行积分，调查(76)信号的改变速率的方向，以及在改变速率的方向在第一时间极限内没有改变的情形(80)下，根据相反极性的积分的瞬时幅度进行切换(82)以形成相位补偿角。
3.按照权利要求1或2的方法，还包括将瞬时幅度乘以比例因子(Ka)的步骤，其中形成相位补偿角的步骤包括也根据相乘的瞬时幅度形成相位补偿角。
4.按照权利要求3的方法，其中偏离振荡具有幅度，以及比例因子最初按照信号的这个幅度被设置。
5.按照权利要求3或4的方法，还包括根据信号的改变速率(d|AP|/dt)调整比例因子的步骤。
6.按照权利要求5的方法，还包括在改变速率的方向在第二时间极限内没有改变的情形下减小比例因子的步骤。
7.按照任何前述权利要求的方法，还包括在改变速率的方向在第三时间极限内没有改变的情形下禁止阻尼控制信号的生成的步骤。
8.按照任何前述权利要求的方法，还包括以下步骤对于被处理的所述信号的特定的瞬时幅度(I ΔΡ」)，获得与在所述至少一个系统元件处的偏离振荡相关联的时间值(ts)； 根据这个时间值、当前的时间和振荡的频率(f)确定延时补偿因子；以及用这个延时补偿因子调节相位补偿角。
9.按照任何前述权利要求的方法，其中所述方法可以被使用于本地测量的和远端测量的信号二者。
10.按照任何前述权利要求的方法，还包括以下步骤获得对应于所述至少一个系统元件的功率特性的系统运行反映信号(P)，以及根据所述系统运行反映信号，生成代表偏离振荡的至少一个信号。
11.按照权利要求10的方法，其中所述系统运行反映信号(P)是多模式的，生成代表偏离振荡的至少一个信号的步骤包括对于每个模式生成一个这样的信号，以及还包括以下步骤从所述运行反映信号提取每个模式分量(P” P2, Pn)；对于每个模式形成相位补偿角 (φε1，φ。2，φcn)；以及把每个相位补偿角供应到对于所述模式提供的对应的阻尼控制信号生成单元。
12.按照任何前述权利要求的方法，还包括形成具有对应于信号幅度的振幅和对应于所述相位调节角度的相位的阻尼信号(Vtod)。
13.一种用于提供电力传输系统中功率或电压振荡阻尼的改进控制的设备，包括幅度获取元件(32)，被配置成获得代表在电力传输系统的至少一个元件(1 中偏离振荡的信号的瞬时幅度(I ΔΡ|)，斜率调查元件(58)，被配置成确定信号的改变速率(d| AP|/dt)，以及第一处理块(34)，包括积分元件(38)，被配置成利用基于所确定的改变速率的积分因子(Ki)对瞬时幅度进行积分，所述第一处理块还被配置成根据积分的瞬时幅度形成相位补偿角(Φ c)，供在阻尼控制信号生成单元04)中使用，以便提供系统的功率或电压振荡阻尼。
14.按照权利要求13的设备，其中第一处理块被配置成在具有第一极性的瞬时幅度上操作，以及还包括第二处理块(42)，具有积分元件(44)，被配置成与在第一处理块中的处理并行地对具有相反极性的瞬时幅度进行积分，以及调节方向控制元件(62)，被配置成调查信号的改变速率的方向，以及在改变速率的方向在第一时间极限内没有改变的情形下， 在第二处理块中根据相反极性的积分的瞬时幅度进行切换(56)以形成相位补偿角。
15.按照权利要求13或14的设备，其中每个处理块还包括比例乘法元件(36，46)，被配置成将瞬时幅度与比例因子(Kp)相乘，以及组合元件G0，48)，被配置成根据相乘的和积分的瞬时幅度形成相位补偿角。
16.按照权利要求15的设备，还包括至少一个比例因子调整元件，被配置成调节比例因子。
17.按照权利要求16的设备，其中偏离振荡具有幅度，以及比例因子调整元件被配置成最初按照这个幅度设置每个比例乘法元件的比例因子。
18.按照权利要求16或17的设备，其中所述比例因子调整元件被配置成根据信号的改变速率(d AP|/dt)调整比例因子。
19.按照权利要求18的设备，其中比例因子调整元件被配置成在改变速率的方向在第二时间极限内没有改变的情形下，减小每个比例乘法元件的比例因子。
20.按照权利要求13-19的任一项的设备，还包括操作中止元件，被配置成在改变速率的方向在第三时间极限内没有改变的情形下，禁止阻尼控制信号的生成。
21.按照权利要求13-20的任一项的设备，还包括延迟补偿元件(94)，被配置成对于被处理的所述信号的特定的瞬时幅度(I ΔΡ」)，获得与在所述系统元件处的偏离振荡相关联的时间值(ts)；根据这个时间值、当前的时间和振荡的频率(f)，确定延时补偿因子；以及用这个延时补偿因子来调节相位补偿角。
22.按照权利要求13-21的任一项的设备，还包括至少一个振荡估计单元(22)，被配置成获得对应于所述至少一个系统元件的功率特性的系统运行反映信号(P)，以及根据所述系统运行反映信号，生成代表偏离振荡的信号。
23.按照权利要求22的设备，其中所述系统运行反映信号(P)是多模式的，对于每个模式有一个振荡估计单元，以及还包括信号提取单元(96)，被配置成从所述运行反映信号提取每个模式分量(P1, P2, Pn)；一组补偿角度确定单元(26，100，104)，每个包括幅度获取元件，斜率调查元件和第一处理块，用于形成对于一个模式的对应的相位补偿角(Φ。1; Φ。2， Φ。η)；以及把这个相位补偿角供应到对于模式提供的对应的阻尼控制信号生成单元。
24.按照权利要求13-23的任一项的设备，还包括阻尼控制信号生成单元(M)，被配置成形成具有对应于信号幅度的振幅和对应于所述相位调节角度的相位的阻尼信号。
25. 一种用于提供电力传输系统中功率或电压振荡阻尼的改进控制的计算机程序，计算机程序被装载在用于功率或电压振荡阻尼的设备的内部存储器中，并包括计算机程序代码装置，它在所述程序被装载在所述内部存储器中时使得设备获得代表在电力传输系统的至少一个元件(12)中的偏离振荡的信号的瞬时幅度 (I ΔΡ|)，确定信号的改变速率(d AP|/dt)，利用基于所确定的改变速率的积分因子(Ki)对瞬时幅度进行积分，以及根据积分的瞬时幅度形成相位补偿角(Φ c)，供在阻尼控制信号生成单元04)中使用，以便提供系统的功率或电压振荡阻尼。
全文摘要
本发明提供一种用于提供电力传输系统中功率或电压振荡阻尼的改进控制的方法、设备和计算机程序产品。设备包括幅度获取元件(30)，被配置成获得代表在电力传输系统的至少一个元件(12)中偏离振荡的信号(|ΔP|)的瞬时幅度，斜率调查元件(58)，被配置成确定信号的改变速率，以及第一处理块(34)，包括积分元件(38)，被配置成利用基于所确定的改变速率的积分因子(Ki)对瞬时幅度进行积分。第一处理块还被配置成根据积分的瞬时幅度形成相位补偿角(φc)，供在阻尼控制信号生成单元中使用，以便提供系统的功率或电压振荡阻尼。
文档编号H02J3/24GK102474100SQ200980160800
公开日2012年5月23日 申请日期2009年8月6日 优先权日2009年8月6日
发明者B·乔德休里, B·伯格伦, N·雷乔德休里, R·马朱姆德, S·雷 申请人:Abb研究有限公司