使用电网内的分布式阻抗注入模块和致动器设备对电力系统的控制的制作方法

本申请是2016年3月11日提交的美国专利申请no.15/068,397的继续部分，其要求2016年2月11日提交的美国临时专利申请no.62/294,230的权益，并且本申请还要求2016年6月22日提交的美国临时专利申请no.62/353,479的权益。

背景技术

1.本发明的技术领域

本发明涉及用于通过使用多个相互链接的致动器利用对总电力系统的监督从发电到配电的分布式控制的系统，所述多个相互链接的致动器包括每个都具有高速（子循环）相互通信能力和本地控制能力的自感知的分布式阻抗/电压注入模块、储能设备以及其他facts设备。

2.现有技术

大多数电力公共设施使用能量管理系统（ems）和监督控制与数据采集（scada）控制系统来控制hv电网。这些控制系统在变电站处的潮流（powerflow）控制单元之间连接和通信，所述潮流控制单元被用于限制在hv电网线路上的电流流动或负载不平衡，并提供对hv电网上的电力传输的交互式控制。使用自感知（具有用于识别问题/智能的内置能力）分布式阻抗（或等效电压）注入模块（diim）102对高压传输线路上的潮流的分布式和本地化控制已经被提出并且正被本申请的发明人实现，如在图1和图2中示出的那样。这些diim102能够识别这些diim102被附接到其的高压线路上的线路电流中的变化，并将适当的电感性或电容性阻抗注入（替代地注入等效电压分量）到线路上以本地地平衡用于电力传输的线路。

参考图1，这些自感知（具有用于识别问题/智能的内置能力）分布式阻抗注入模块（diim）102被分布在由发电站104与配电点106之间的塔110支撑但是与所述塔110绝缘的高压（hv）传输线路108的段上。这些diim102为这些diim102被附接到其的本地hv传输线路段提供本地化控制线路电流和线路平衡的能力。

图2提供了通过diim102将阻抗或等效电压注入到这些diim102被悬挂到其上的高压电力传输线路108的段上对hv电网的分布式控制的更详细框图200。hv电力传输线路本身由塔201支撑。还示出了具有发电能力203和负载205的变电站204。对在发电机与负载之间的电力的传输的总体控制由公共设施监督206监视和控制，该公共设施监督206经由正常通信信道207与变电站通信以用于监视和控制。

图2a是使用变电站204处的静态同步串联补偿器（sssc）来控制hv电网的现有技术实现的框图200a，该静态同步串联补偿器将信息发送到公共设施206并从公共设施206接收控制指令。数据和控制通过正常有线或无线通信链路207从变电站204处的sssc传输到公共设施206和从公共设施206传输。发电能力203和配电点205通过变电站204被连接到hv电网。变电站204本身被使能用于通过悬挂于传输塔201的高压（hv）传输线路108进行电力传输。

图2b示出了由所识别的现有技术cherian申请和专利所提出的使用现有资源对hv电网的现有技术（美国专利no.8,401,709）本地控制的框图200b。这些实现用于通过本地控制模块215-1和215-2对从主发电203和分布式发电机213-1和213-2（风、太阳能等）到由本地配电线路109连接的配电负载205-1至205-3的统一电力系统控制。电力系统的控制通过经过使用变电站204-1和204-2处的区域控制模块225、使用企业控制模块206处的集中计算机程序，与到hv电网系统的发电和配电连接来控制变电站204-1和204-2处的现有资产来提出。这样的系统已经由cherian的申请提出，其中数据可视化程序280与智能电网控制程序285使用企业206处的系统建模和仿真能力290。所提出的控制的电力系统使用现有无线局域网（wan）连接230来与各种变电站通信和用于在变电站204-1与204-2和企业控制之间的通信。

为了改进现有hv电网的性能，在hv电网的边缘内、在hv电网的边缘处和在hv电网的边缘外部正采用灵活交流传输系统（facts）设备。这些facts设备通常是被直接耦合到hv电网的高压兼容子系统，即使在某些情况下物理连接可能处于mv（中压）电平。设备和系统包括静态同步串联补偿器（sssc）]、静态同步补偿器（statcom）、统一潮流控制器（upfc）、线路间潮流控制器（ipfc）和用于监视和控制的其他电子系统，其通常在变电站处连接并且通过正常通信信道与公共设施通信以发送数据和接收控制指令。所有这些现有技术实现通过对现有技术hv电网的本地var支持和潮流控制来帮助维持和增强电网恢复力和电力系统稳定性。

分布式非常规发电（诸如风能和太阳能系统）中的最新进展，由于它们相应的不确定性，结合对电力的消费需求的循环性，已经使从发电到配电的hv电网上的潮流的优化困难。到hv电网的这些随机输入和输出以及来自hv电网的输出也已经使hv电网更易于受到干扰，所述干扰由可以中断hv电网的操作的供电或负载中的突然变化产生。除了其他之外，这些干扰还包括小信号不稳定性、功率振荡和次同步谐振。如果听任不校正，则这些可以发展并影响hv电网和总电力系统的总体操作稳定性。因此，新hv电网和总电力系统需要不同的和更快的能力，用于线路平衡和用于克服由发电和负载变化的分布式性质引入的干扰。改进hv电网控制的响应能力以便对付hv电网和总电力系统及其特性的变化性质是必要的。

在这方面中要解决的问题包括当新分布式发电系统或负载上线并响应于干扰时线路的平衡。由于hv电网的新性质，诸如响应于小信号稳定性问题，hv电网上的功率振荡阻尼（pod）和次同步谐振（ssr）阻尼需要以较快的速度响应以克服更多的这些问题。被耦合到hv电网的分布式储能能力的实现也将必须被引入和集成以帮助改进hv电网和总电力系统的稳定性，因为其被使得对hv电网上的电力变化更敏感。因此，如果能力被建立从而对hv电网上的变化或干扰的响应可以以分层和集成的方式以适当的速度来本地地解决并且使用存在的所有可用能力和资源协同工作来解决，则这将是有用的。如果从发电到配电的总电力系统可以在集成和动态的通信和控制能力下被集合在一起以增强总电力系统的稳定性和对干扰的响应，则这将是甚至更有利的。

附图说明

使附图指出本发明和区分本发明与现有技术。在描述中结合附图详细描述了本发明的目的、特征和优点。

图1是直接附接到hv传输线路的现有技术分布式控制模块的示例性框图（现有技术）。

图2是利用通过公共设施的集中监督的电网系统的分布式控制的示例性框图（现有技术）。

图2a是位于具有用于电网控制的静态同步串联补偿器（sssc）的变电站中的非分布式控制系统的方框示意图（现有技术）。

图2b是使用变电站处的现有资源的电网控制系统的方框示意图（现有技术）。

图3是用于hv电网的电力传输和线路平衡的分布式智能控制系统的示例性示意图，其具有用于高速通信能力使能的自感知的分布式阻抗注入模块（cdiim）的相互通信和控制的本地智能中心（linc）。

图4是按照本发明的与智能本地控制能力和高速通信能力一起使用的分布式致动器模块或自感知的分布式阻抗注入模块（cdiim）102的框图表示。

图5是其他致动器设备的框图表示，所述其他致动器设备是使能用基于facts的高速控制能力和高速通信能力耦合到hv电网以用于监视和控制hv电网的facts控制设备或者电子设备。

图6是用基于facts的控制能力和高速通信能力耦合到hv电网的分布式发电的框图表示。

图7是具有使用基于facts的控制能力和高速通信能力耦合到hv电网的需求响应（dr）单元的分布式负载的框图表示。

图8是使能通常在电网的边缘内或在电网的边缘处用基于facts的控制能力和高速通信能力来耦合的储能设备的框图表示。

图9是按照本发明的实施例的具有分布式本地子循环响应能力和分层监视和监督能力的从发电到配电的总电力系统的示例性框图。

具体实施方式

以下术语和首字母缩写被专门定义以仅增强本公开的清楚性。

1.高压（hv）电网——是将高压下的电力从发电机输送到变电站或其他分布式负载的hv电力传输系统。

2.总电力系统——该术语在其中包括发电能力、hv电网、变电站、配电能力、与发电、hv电网和配电相关联的任何和所有电力稳定和控制能力，包括任何储能能力。

3.diim——自感知（具有用于识别问题/智能的内置能力）分布式阻抗注入模块，其被附接到hv电网以控制hv传输线路上的潮流。

4.分布式阻抗注入模块——在本公开中，该术语是指高速通信能力使能diim。在说明书中也可以被称为cdiim，或者单独地被称为注入模块。

5.cdiim——用于分布式阻抗注入模块的替代名称，所述分布式阻抗注入模块是高速通信能力使能diim。

6.linc——在本公开中，该首字母缩写是指连接到多个本地cdiim的本地智能中心，用于使能高速通信和协同的本地监督控制。

7.高速通信能力——在本公开中是指使得诸如linc和自感知分布式阻抗注入模块（cdiim）的系统部件能够彼此通信以便以子循环速度来响应于本地问题的通信速度。（参见例如于2016年3月11日提交的题为“systemandmethodfordistributedgridcontrolwithsub-cycliclocalresponsecapability”的原申请no.15/068,397中的图6。）

8.其他致动器设备——在本公开中，其他致动器模块是指连接到hv电网的灵活ac传输系统（facts）设备，其被使能具有高速（子循环）通信能力和基于facts的控制能力——也被称为facts控制设备。包括以下各项中的任何和所有：静态同步串联补偿器（sssc）、静态同步补偿器（statcom）、统一潮流控制器（upfc）、线路间潮流控制器（ipfc）以及用于监视和控制hv电网上的潮流的其他电子系统。

9.facts控制设备——用于其他致动器设备的替代名称。

10.分布式发电机——在本申请中，这是指分布式发电能力（除了大型常规发电站之外），其可以在hv电网的边缘内部、在hv电网的边缘处或在hv电网的边缘外部但是被耦合到hv电网，其具有基于facts的控制能力并且被使能具有高速通信能力。这些包括：通常是非常规的能量的生产者的风力发电场、太阳能发电场、生物能单元、波浪能单元等。这还包括所有常规分布式发电源但不包括诸如由监督公共设施直接控制的预先存在的火力发电厂、核电发电厂、水力发电厂等的传统大型发电能力。

11.储能设备——在本申请中，分布式储能能力通常在hv电网的边缘内部、在hv电网的边缘处或在hv电网的边缘外部但是被耦合到hv电网，其具有或不具有基于facts的控制并且被使能具有高速通信。

12.分布式负载需求响应——在本申请中，分布式负载需求响应单元意指在hv电网的边缘内部、在hv电网的边缘处或在hv电网的边缘外部但是被耦合到hv电网的配电系统，其具有或不具有基于facts的控制并且被使能具有高速通信。

13.其他（miscellaneous）facts耦合的致动器设备——是指其在以上被描述的通常在hv电网的边缘内部、在hv电网的边缘处或在hv电网的边缘外部但是被耦合到hv电网的系统和子系统的组，其具有基于facts的控制能力和高速通信能力的。这些包括分布式发电机、分布式储能设备以及分布式负载需求响应（dr）设备。

14.致动器设备——如在本公开中所使用的那样，是指在hv电网的边缘内部、在hv电网的边缘处或在hv电网的边缘外部的电子控制设备的所有组，其被使能具有基于facts的控制能力和高速通信能力，并且被耦合或连接到hv电网。该组包括其他致动器设备和其他facts耦合的致动器设备中的所有或任何动器设备。

15.hv电网的边缘——如在本公开中所使用的那样，是描述hv电网的边界的术语，其具有在公共设施和配电运营商的直接控制之外的一些时间和/或空间功能。

16.监督公共设施或公共设施——在本公开中，监督公共设施是指使能用于总电力系统的中央监视、建模和控制的监督实体，其具有到linc的通信链路以用于数据收集和提供系统控制。

所公开的本发明一般地涉及集成和使用分布式阻抗注入模块、其他致动器模块和其他facts耦合的致动器设备的能力以用于向总电力系统提供非常高的可靠性、基于facts的标准化主动控制能力。总电力系统通常包括常规的和分布式发电单元、hv电力传输网、电力存储/储能单元、在hv电网的边缘内部、在hv电网的边缘处或在hv电网的边缘外部的facts和非facts控制设备以及将配电系统耦合到hv电网的分布式负载需求响应单元。由本发明公开提出的使用分布式阻抗注入模块、其他致动器模块和其他facts耦合的致动器设备的集成和分层控制能力是一般概念并且可以与使用linc以分层方式相互链接的任何分布式阻抗注入模块、其他致动器设备和其他facts控制的致动器设备一起应用，用于使用适当的速度通信能力传输数据。控制分层使用cdiim、linc和监督公共设施用于提供总电力系统控制。为了清楚，现在使用具体实现细节来公开这些一般概念。

所公开的本发明的细节涉及使用具有由本地智能中心（linc）提供的本地高速（使能子循环响应的速度）通信和控制能力的诸如cdiim的分布式阻抗注入模块，所述分布式阻抗注入模块与在hv电力传输网边缘处和外部的其他致动器设备和其他facts耦合的致动器设备高速通信。这样的集成本地通信和控制能够向总电力系统提供非常高的可靠性、集成和分层管理的且标准化的主动控制能力。如先前所描述的那样，总电力系统包括分布式发电单元、hv电力传输网、储能单元、其他致动器设备和配电系统。由本发明公开的使用分布式阻抗注入模块、其他致动器设备和其他facts耦合的致动器设备的集成控制能力是一般概念，其并不意指是限制性的或者适用于仅使用分布式阻抗注入模块和其他致动器设备的具体集合。本发明可以完全地或部分地使用在hv电网的边缘内、在hv电网的边缘处或在hv电网的边缘外部的任何适当的分布式阻抗注入模块、其他致动器设备和其他facts耦合的致动器设备来实现，只要这些具有用于向包括发电、传输和配电系统的总电力系统提供控制和稳定性的能力。实际上，这样的所提出的集成控制能力可以被有效地使用用于包括所有微电网概念和实现的传输系统和配电系统。

图3是共同未决专利申请（针对于2016年3月11日提交的“systemandmethodfordistributedgridcontrolwithsub-cycliclocalresponsecapability”的美国申请no.15/068,397，其是本申请的原申请，通过引用将其全文包括在本文中）的框图300。图3示出了用于hv电网的分布式和分层智能控制系统。子循环控制已经被确定为对具有稳定和动态hv电网和总电力系统的基本需求。hv电网和总电力系统应当能够处理稳定性、间歇性和瞬态的问题，所述问题是正被耦合到hv电网的新分布式或本地化可再生发电和分布式负载中所固有的。为了使hv电网和总电力系统在这些条件下是稳定的，对电网上的干扰的响应在毫秒（子循环）内是有必要的，以防止它们发展成主要的电力输送和质量问题，甚至限制用电（brownout）。

在过去和当前，由于与检测、通信、以相关联的延迟做出的集中决策以及动作固有地相关联的时间延迟，因此使用用于hv电网控制的高级算法和建模对电网的集中控制在以上描述的条件下实现需要的响应方面是不高效的。对该问题的解决方案是基于本地分布式控制模块的分布式控制，所述本地分布式控制模块诸如附接到悬挂于塔201的hv传输线路108的智能和自感知的分布式阻抗（或等效电压）注入模块，诸如耦合到高压（hv）电力线108的cdiim301。这些cdiim301或分布式阻抗注入模块被使得自感知并且具有足够的智能、计算能力、通信能力和控制能力以本地地响应于在子循环时间表中的任何感测到的干扰。为了进一步改进hv电网的操作效率并提供快速响应能力来克服由cdiim301本地地识别的任何干扰，已经在相邻cdiim301以及还有cdiim301与本地监督实体、本地化智能中心（linc）302之间建立了快速通信能力303。每个linc302提供覆盖本地区域的多个cdiim301的操作的通信和协同并且还在对于具有扩散到hv电网的相邻linc302控制的段的可能性的干扰需要协同和快速响应时提供到其他linc302的高速通信303。还使用正常通信信道建立从linc302到公共设施监督206和来自公共设施监督206的通信305。还建立到变电站204和从变电站204到公共设施监督206的这样的通信207。这些正常速度通信信道被用于监视和监督控制电网以及收集关于电网操作的数据，用于hv电网操作的仿真和优化。在图3中，发电机203和负载205被示出为连接到变电站204，其在当前正在演进的分布式发电系统中不再是这种情况。

所公开的发明的目的是通过向hv传输电网和总电力系统的本地段中的部件和子系统提供标准化高速本地控制能力和高速本地通信（子循环速度）能力来扩展分布式阻抗注入模块cdiim、linc的操作以优化总电力系统的操作。当前，影响总电力系统的从发电到配电的操作的多个基于facts的监视和控制能力和facts耦合的子系统正在总电力系统的边缘内、在总电力系统的边缘处以及在总电力系统的边缘外部实现。本发明的目的是将所有这些子系统的能力本地地与cdiim和linc集成以提供标准化本地控制能力。该标准化本地控制能力通过互连的分布式阻抗（或等效电压）注入模块、linc、其他致动器设备以及其他facts耦合的致动器设备来建立。所有的这些被使能具有高速通信能力和基于facts的控制能力以允许总电力系统的这些部件和子系统在本地级别下以子循环方式对总电力系统的电力输入和输出中的干扰和变化做出反应。分布式阻抗注入模块cdiim仍然被用于在本地级别下识别hv电网的干扰和问题，并且通过连接的linc，能够与其他致动器设备和其他facts耦合的致动器设备本地地协同以提供对识别的干扰和问题的最佳响应。这有助于防止在包括总电力系统的hv电网和相关联的子系统中的问题的累积。本发明使用cdiim的内置的高速的基于facts的控制能力和高速通信能力，其当前用于快速识别和校正本地化潮流不平衡或其他不稳定性或替代状况以便还识别hv电网的本地连接的部分的任何干扰。本发明将该类型的控制能力和通信能力标准化并将其扩展到耦合的可控制设备（其是在高压电网的边缘内部、在高压电网的边缘处以及在高压电网的边缘外部的其他致动器设备和其他facts耦合的致动器设备）以实现针对总电力系统的集成和协同的潮流控制和干扰恢复能力。为了减少成本并提供与现有diim一起使用的附加的灵活性，还实现了标准化高速通信模块的插件版本，其将当前使用的自感知智能分布式阻抗（或等效电压）注入器diim102改变成分布式阻抗注入模块cdiim301。通过向diim102提供增加的高速通信能力，将它们改变成连接到linc302的分布式阻抗注入模块cdiim301，cdiim301和linc302能够协同这些cdiim和其他致动器设备以及其他facts耦合的致动器设备的动作以在本地级别下并且还在总电力系统级别上以协同方式响应于总电力系统的需求，从而增加系统稳定性和安全性。通过在总电力系统上使用所有这些互连的致动器，包括cdiim和其他致动器设备以及连接的其他facts耦合的致动器设备，诸如在hv电网的边缘内部和外部的具有基于facts的控制的分布式发电系统、储能系统、分布式负载需求响应（dr）设备等，实现从发电到配电的对电力的传输的平滑和最佳控制。

主要来自可再生资源的新分布式发电源的变化的性质产生总电力系统上的不可控制的电力波动的问题。由于这是所有可再生能源的性质，因此总电力系统能够对付引起的电力波动是必要的。与传统大型常规发电源相比，这与这些新的发电源的减少的惯性和减少的阻尼一起是为什么对于总电力系统的控制而言需要不同的分布式和灵活的解决方案的原因。通常由分布式阻抗注入模块协同使用用于信息传输和协同控制的高速通信能力的通过这些cdiim和linc相互链接的其他致动器设备和其他facts耦合的设备（包括耦合到hv电网的分布式发电源和储能设备）提供的控制能力提供了减轻传输电网和总电力系统上的变化和波动的影响的能力。按照本公开发明，高效地克服总电力系统上的变化和波动的唯一方式是使用内置到总电力系统的部件和子系统中的基于facts控制和高速通信能力同时提供对总电力系统的多个点的本地控制。

在本发明的所公开的实施例中，具有内置的智能和自感知的分布式阻抗（或等效电压）注入模块能够更新针对其本身和通过linc本地地连接到其的其他致动器设备和其他facts耦合的设备的参考设置。当总电力系统在操作时，在本地电力系统操作条件改变时（特别是由于可再生能源和负载的分布式性质），动态地调整这些设置的该能力在过去尚未尝试或考虑。这是当前公开的本发明的关键区别特征。该特征适用于具有所公开的特征的传输以及配电系统两者。

作为本发明的实施例，所提出的总电力系统控制的另一重要特征是将在电网边缘内部或外部的分布式储能设备集成到总电力系统中，使得能够作为总电力系统的系统和子系统的集成和标准化控制的部分以分布式和分层方式来控制。hv电网的不稳定性的原因（特别是在干扰和故障条件下）是在通过分布式发电和分布式加载的电力注入或负载变化期间的相角中的突然变化。通过具有用于由分布式本地控制的储能设备存储任何附加的电力和为任何附加的负载供电的快速响应能力，可以减少或消除针对电网的不稳定性和振荡的倾向。按照本发明的实施例，通过由具有基于facts的控制的分布式负载需求响应单元提供的对配电的本地控制来进一步改进该能力。

用于实现以上目的的系统的主要部件包括：

1.第一个是具有附接到电力线的分布式阻抗（或等效电压）注入模块，其是智能的、自感知的，并且可以对电网的本地化部分上的干扰独立地做出反应。

由本发明人开发并且转让给本发明人的母组织（parentorganization）的cdiim满足针对分布式电网控制的要求。

2.第二个需求是在电网内、在电网的边缘处以及在电网的外部具有其他facts耦合的致动器设备，诸如分布式发电机（风力发电场、太阳能发电场等）、储能设备（抽水储能、电池储能、飞轮储能、超导储能等）以及其他致动器设备（诸如提供需求响应（dr）能力的设备，以及在发电和配电中使得能够监视的电力系统部件与电力电子部件的组合等），其全部使用基于facts的控制连接到至总电力系统并且被使能具有标准化高速通信和控制能力，使得它们能够与指定为本地化智能中心（linc）的监督控制器通信和交互。

3.第三个需求是在分布式阻抗注入模块或cdiim和linc以及其他连接的致动器设备和其他facts耦合的致动器设备与在hv电网内和在hv电网的边缘处的指定为linc的本地监督控制器之间建立高速互连和通信能力，所述分布式阻抗注入模块或cdiim和linc以及其他连接的致动器设备和其他facts耦合的致动器设备包括在hv电网边缘处和在hv电网边缘外部、耦合到hv电网的分布式发电机和储能设备以及其他facts控制设备。这使得总电力系统中的分布式阻抗注入模块和所有其他连接的致动器设备的协同动作能够经由以分层方式建立的控制能力来克服和/或限制本地控制区域和总电力系统内的干扰。通信能力使得能够分层控制，所述分层控制是由cdiim301对hv电网段的分布式控制、由linc302提供对本地区域中的所有连接的和耦合的设备和系统的本地控制、到由公共设施监督206以该顺序的总电力系统控制。

4.经由将本地监督模块互连并且与公共设施中央监督控制通信的相当快的并且安全的通信链路建立的通信能力形成了用于针对仿真的数据编译和在总电力系统内的本地级别下的分布式阻抗注入模块和互连的linc监督无法解决问题的情况下用于主要补救动作的使能器。

图4示出了分布式阻抗（或等效电压）注入模块（cdiim301），其包括具有智能控制能力402和高速通信能力410（通常是高速收发器）的分布式阻抗（或等效电压）注入模块102，其具有通过高速链路303的连接性以提供子循环本地响应能力。

图5是facts监视和控制模块500的示例性框图，该模块500形成其他致动器设备，所述其他致动器设备为连接到总电力系统的facts电子设备501提供能力，用于使用基于facts的控制能力502与通过高速链路303使能的高速通信能力410来控制和分析其操作。

图6是示出了使用基于facts的控制能力602耦合到总电力系统的诸如风力发电设施、太阳能发电设施、沼气发电设施或一个或多个其他分布式发电设施的分布式发电能力601的修改的框图600。这利用高速通信能力410使能对发电和到hv电网中的输入的基于facts的控制602并且经由用于本地通信的高速链路303连接到在电网的边缘处的linc，用于建立集成本地控制能力。这使得电力输入变化能够被本地地识别并且校正动作被本地地采取以防止不想要的干扰被引入。

图7是分布式负载205的框图700，其包括基于facts的需求响应（dr）控制能力702和经由高速通信链路303的高速通信能力410，使得负载变化能够被本地地识别并发起校正动作。

图8是示出了使得在电网300的边缘外部的储能设备801能够耦合到hv电网的修改的框图800。控制器802（在该情况下示出的是基于facts的控制器）和具有使用高速链路303的互连的高速通信能力410形成用于总电力系统的控制能力的部分。

图9是按照本发明的总电力系统的方框示意图900，其具有两个hv电网910和920以及被使能具有分布式标准化控制和通信能力的相关联的分布式阻抗注入模块301、其他致动器设备500。本发明使用针对在电网300的边缘内部、在该电网300的边缘处和在该电网300的边缘外部的所有分布式阻抗注入模块301、其他致动器设备500和其他facts耦合的设备（诸如分布式发电机600、储能设备800等）建立的用于子循环控制和适当的通信的能力，以向总电力系统900提供分布式但集成的子循环控制和响应能力。这些使得能够优化从发电到配电的总电力系统900的操作。在所公开的示例性实现中，cdiim301、linc302、其他致动器设备500、储能设备800和分布式发电能力600以及具有dr能力700的分布式负载全部都具有通常是基于facts的控制能力，并且使用由与如在图4至图8中所示出和描述的设备中的每个设备相关联的高速通信链路303提供的高速通信能力410来本地地互连，该通信能力通过在图9中示出的最近的linc302来提供，用于本地化通信和控制监督。linc302还与高速链路连接303互连，用于在相邻本地区域之间的高速linc间通信。使用可以比高速连接链路303慢的通信连接305将linc302进一步连接到公共设施监督206，以使能总电力系统的数据传输和总体监督控制。

在电网300的边缘内、在该电网300的边缘处和在该电网300的边缘外部实现的总电力系统900的控制和通信能力通常使用在致动器模块、其他致动器设备和其他facts耦合的致动器设备中的每个处的基于facts的控制以及高速通信来集成，并且覆盖从发电到配电的总电力系统。这样的系统可以通过基于系统约束和负载要求调整hv传输电网的发电输出和线路电流来提供对从发电机到负载的潮流的优化的、动态的、本地化控制。将cdiim301、linc302与facts耦合的发电机600、dr控制的负载700、其他致动器设备500以及facts耦合的储能设备800链接的高速通信能力提供用于总电力系统900内的所有连接的子系统和设备的本地化的、智能的和能够子循环控制的系统级别能力。

典型的示例是当分布式负载突然上线时。由于系统的惯性，主发电机需要时间来加速并增加供电电流。负载中的突然增加可能导致hv电网上的振荡和电压中的下降并且因此导致在连接的负载处的振荡和电压中的下降。在所公开的系统中，在负载处的电压中的下降和振荡由cdiim301的分布式监视和控制设施来感测。本地cdiim301通过在线路上产生和注入阻尼电压来响应于振荡，如已经在原申请中描述的那样。在这种情况下，cdiim301的监视和控制能力使用高速通信链路直接或者通过linc302链接到其他cdiim301，链接到facts耦合的发电机600和facts耦合的储能设备800的分布式本地监视和控制能力。从cdiim301提供的控制信息/指令使得任何本地连接的facts耦合的储能设备800能够被接入以提供必要的负载电流，同时在监督控制下的本地分布式facts耦合的发电机或主要常规发电机被加速和上线以满足负载，因此使能比利用当前发电机-配电系统可能的快得多和平滑得多的对附加负载的响应。在本地级别下一起工作的分布式发电机、负载和储能设备处的本地监视和控制能力可以解决在分布式负载处的振荡和下垂（sagging）电压的问题。识别的问题和校正动作的收集的信息也通过标准通信链路305被通知给监督公共设施206。监督公共设施206然后可以决定为了总电力系统900的最佳操作效率是否批准用于重新平衡从发电机到配电的hv电网和总电力系统的任何进一步动作。

第二示例将是当诸如风力发电或太阳能发电的分布式发电能力突然上线时。由于与这些发电系统相关联的低惯性，它们可以被接通并连接到电网以将能量泵送到稳定操作的hv电网中。该低惯性输入可能导致hv电网和总电力系统的振荡和不平衡。cdiim301的本地感测和监视能力感测振荡和不平衡的hv电网状况，并且控制元件通过生成和注入必要的阻抗/电压来抑制振荡和重新平衡hv电网来做出反应。同时，cdiim301通过高速链路与linc302通信来向分布式facts耦合的发电机600处的facts控制通知和提供控制指令以控制将电力注入到hv电网上的速率。linc302还指示facts耦合的储能设备800处的facts控制器以使能存储泵送到hv电网中的过量能量，直到hv电网被恢复到平衡。因此，通过使用在全部都具有高速通信能力的分布式阻抗注入模块301linc302、facts耦合的分布式发电机600和facts耦合的储能设备800处的本地监视、控制和通信能力，即使在这些不利条件下也保持了hv电网和总电力系统稳定性。还由linc302通过通信链路305将所识别的hv电网干扰的原因和解决方案通知给监督公共设施206。监督公共设施206然后可以决定从发电机到传输到配电的总电力系统的所有部件是否都需要被最佳地重新平衡。

所公开的总电力系统900因此能够以高速、（以子循环速度）最佳地和本地地响应于总电力系统900上的干扰中的任何干扰。总电力系统900还能够优化从发电、通过hv电网的高压传输线路的电力的传输、到在适当的电压电平和相位下需要的配电的总电力系统900的操作。所公开的发明还提供用于监视和控制hv电网和总电力系统900的一般操作，用于诸如但不限于线路平衡、谐波减少或消除以及监视和控制所有其他重要系统特性的操作。总电力系统900的监视和控制使用由当前公开的发明建立的分层控制能力。以上内容中的所有被统称为“条件”——关于包括随后的权利要求中的hv电网的的高压传输线路的总电力系统的条件。

尽管使用具体实现、示例、电路和部件来描述所公开的发明，但是其仅旨在是示例性的而非限制性的。本领域从业者将能够基于新的创新和构思来理解和修改同样的内容，因为它们被使得可用。本发明旨在包含这些修改。

权利要求书(按照条约第19条的修改)

1.一种高压电网，包括：

传输线路，其用于将高压下的电力从发电机输送到变电站或其他分布式负载；

多个阻抗注入模块，每个阻抗注入模块耦合到传输线路并且沿着传输线路共同地分布，并且每个阻抗注入模块具有传输线路电流测量能力和高速通信能力；

多个本地智能中心，每个本地智能中心具有高速通信能力，每个阻抗注入模块与至少一个本地智能中心通信；

公共设施监督，其具有与发电、变电站和本地智能中心的通信能力；

由此建立分层控制能力，其中，分布式阻抗注入模块本身将本地地响应以倾向于减少本地干扰，一个或多个本地智能中心将根据需要协同多个分布式阻抗注入模块的响应和相应的分布式阻抗注入模块以响应于较大的干扰，并且公共设施监督将通过对变电站、本地智能中心和发电的控制来平衡和控制电网。

2.如权利要求1所述的高压电网，进一步包括分布式发电单元，每个分布式发电单元具有基于facts的控制与高速通信能力，每个分布式发电单元与用于控制相应分布式发电单元的至少一个本地智能中心进行高速通信。

3.如权利要求2所述的高压电网，其中，分布式发电单元包括以下各项中的至少一项：风力发电单元、太阳能发电单元、生物能发电单元或波浪发电单元。

4.如权利要求1所述的高压电网，进一步包括分布式储能设备，每个分布式储能设备具有基于facts的控制与高速通信能力，每个分布式发电单元与用于控制分布式储能设备的至少一个本地智能中心进行高速通信。

5.如权利要求4所述的高压电网，其中，分布式储能设备包括以下各项中的至少一项：抽水储能、电池储能、飞轮储能或超导储能。

6.如权利要求1所述的高压电网，进一步包括用于监视和控制高压电网上的潮流的至少一个电子系统，所述至少一个电子系统具有基于facts的控制与高速通信能力，用于监视和控制高压电网上的潮流的每个电子系统与至少一个本地智能中心进行高速通信，所述至少一个本地智能中心用于与电子系统通信和控制电子系统，所述电子系统用于监视和控制高压电网上的潮流。

7.如权利要求6所述的高压电网，其中，用于监视和控制高压电网上的潮流的所述至少一个电子系统包括以下各项中的至少一项：静态同步串联补偿器、静态同步补偿器、统一潮流控制器或线路间潮流控制器。

8.如权利要求7所述的高压电网，其中，静态同步串联补偿器、静态同步补偿器、统一潮流控制器或线路间潮流控制器中的至少一个是基于facts的补偿器或控制器。

9.如权利要求1所述的高压电网，其中，在本地智能中心之间以及在本地智能中心与分布式阻抗注入模块之间的高速通信能力允许对电网上的干扰的响应是子循环的，以防止这样的干扰发展成电力输送和质量问题。

10.如权利要求9所述的高压电网，其中，电网上的干扰包括以下各项中的一个或多个：小信号不稳定性、功率振荡、次同步谐振或谐波减少或消除。

11.一种具有用于对总电力系统的分层控制的能力的控制装置，所述控制装置包括：

多个高速通信使能的分布式阻抗注入模块，其被分布在高压电网的多个传输线路上；

使得高速通信使能的分布式阻抗注入模块能够感测所述高速通信使能的分布式阻抗注入模块被分布在其上的高压电网的高压电力线上的高压传输线路电流中的不想要的变化并注入阻抗以补偿不想要的变化；

其他致动器设备，其是连接到高压传输电网并且被使能具有使能用于监视和控制高压电网的高速通信能力的电子facts控制设备；其他facts耦合的致动器设备，其是通过基于facts的控制能力耦合到高压传输电网的边缘内部、高压传输电网的边缘处或高压传输电网的边缘外部的系统和子系统的组；

多个本地智能中心，所述本地智能中心中的每个具有高速通信能力，使得所述多个本地智能中心能够以高速向在可通信地链接到本地智能中心中的每个的本地区域中的高速通信使能的分布式阻抗注入模块、其他致动器设备和其他facts耦合的致动器设备提供本地监督协同；

本地智能中心中的每个进一步通过高速通信能力与相邻本地智能中心链接以提供跨相邻本地区域的集成控制能力；

至少公共设施监督，其与传统大型常规发电系统、变电站通信，并且可通信地链接到所述多个本地智能中心；

其中，实现的通信能力和控制能力向总电力系统提供从发电到配电的分层控制能力。

12.如权利要求11所述的控制装置，其中，高速通信使能的分布式阻抗注入模块是具有内置智能的自感知的。

13.如权利要求12所述的控制装置，其中，内置的智能使得高速通信使能的分布式阻抗注入模块能够在总电力系统在操作中时基于对系统操作条件的变化来修改和更新针对其本身和针对通过本地智能中心本地地连接到所述分布式阻抗注入模块的其他致动器设备和其他facts耦合的致动器设备的参考设置。

14.如权利要求11所述的控制装置，其中，其他致动器设备包括被使能具有高速（子循环）通信能力和基于facts的控制能力的电子控制设备中的任何和所有电子控制设备，所述电子控制设备包括：静态同步串联补偿器（sssc）、静态同步补偿器（statcom）、统一潮流控制器（upfc）、线路间潮流控制器（ipfc）以及用于监视和控制潮流的其他电子系统。

15.如权利要求11所述的控制装置，其中，其他facts耦合的致动器设备包括：具有基于facts的控制能力和高速通信能力的被耦合到高压电网的分布式发电机、储能设备、分布式需求响应单元。

16.一种控制具有用于将高压下的电力从发电机输送到变电站或其他分布式负载的传输线路的高压电网的方法，包括：

将多个阻抗注入模块耦合到传输线路并且沿着传输线路分布，每个阻抗注入模块用于将阻抗/电压注入到相应传输线路中，每个阻抗注入模块具有传输线路电流测量能力和高速通信能力；

提供多个本地智能中心，每个本地智能中心具有高速通信能力，每个本地智能中心与多个分布式阻抗注入模块进行高速通信；

从本地智能中心处的相应分布式阻抗注入模块中的至少一个传输和从本地智能中心处的相应分布式阻抗注入模块中的至少一个接收指示相应传输线路上的不想要的干扰的电流测量结果；以及

将指令从相应本地智能中心传输到一个或多个分布式阻抗注入模块以使得那些分布式阻抗注入模块将阻抗/电压注入到相应传输线路上，倾向于校正干扰。

17.如权利要求16所述的方法，进一步包括：

当干扰大于可以由一个本地智能中心校正的干扰时，从相应本地智能中心传输到至少一个附加的本地智能中心，以使得那些本地智能中心将指令传输到相应分布式阻抗注入模块，以使得那些分布式阻抗注入模块也将阻抗/电压注入到相应传输线路上，倾向于校正干扰。

18.如权利要求17所述的方法，其中，倾向于校正电网上的干扰的注入是子循环的，以防止这样的干扰发展。

19.如权利要求17所述的方法，其中，高压电网进一步包括公共设施监督，所述公共设施监督具有与发电、变电站和本地智能中心的通信能力，并且其中，公共设施监督通过控制变电站、本地智能中心和发电来平衡和控制电网。

20.如权利要求19所述的方法，其中，高压电网进一步包括分布式发电单元，每个分布式发电单元具有基于facts的控制与高速通信能力，并且其中，每个分布式发电单元与用于控制分布式发电单元的至少一个本地智能中心高速通信。

21.如权利要求20所述的方法，其中，分布式发电单元包括以下各项中的至少一项：风力发电单元、太阳能发电单元、生物能发电单元或波浪发电单元。

22.如权利要求20所述的方法，其中，高压电网进一步包括分布式储能设备，每个分布式储能设备具有基于facts的控制与高速通信能力，每个分布式发电单元与用于控制分布式储能设备的至少一个本地智能中心进行高速通信。

23.如权利要求22所述的方法，其中，分布式储能设备包括以下各项中的至少一项：抽水储能、电池储能、飞轮储能或超导储能。

24.如权利要求20所述的方法，其中，高压电网进一步包括用于监视和控制高压电网上的潮流的至少一个电子系统，所述至少一个电子系统具有基于facts的控制与高速通信能力，用于监视和控制高压电网上的潮流的每个电子系统与至少一个本地智能中心进行高速通信，所述至少一个本地智能中心用于与电子系统通信和控制电子系统，所述电子系统用于监视和控制高压电网上的潮流。

25.如权利要求24所述的方法，其中，用于监视和控制高压电网上的潮流的所述至少一个电子系统包括以下各项中的至少一项：静态同步串联补偿器、静态同步补偿器、统一潮流控制器或线路间潮流控制器。

26.如权利要求25所述的方法，其中，静态同步串联补偿器、静态同步补偿器、统一潮流控制器或线路间潮流控制器中的至少一项是基于facts的补偿器或控制器。

27.如权利要求16所述的方法，其中，对电网上的干扰的响应是子循环的，以防止干扰由于在本地智能中心之间以及在本地智能中心与分布式阻抗注入模块之间的高速通信能力而发展成电力输送和质量问题。

28.如权利要求27所述的方法，其中，电网上的干扰包括以下各项中的一个或多个：小信号不稳定性、功率振荡、次同步谐振或谐波振荡减少或消除。