专利名称：用于在时域中预测电力系统的状态的方法和设备的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种方法和设备，其用于通过对周期性波形信号的 样本进行快速傅里叶变换以便确定周期'性波形信号的频谱来预测电 力系统的状态，其中周期性波形信号根据电力系统的至少 一 个可观'J 量电量来导出，并且代表电力系统的状态。在该设备中，快速傅里 叶变换由从至少 一个存储单元接收周期性波形信号的样本的至少一 个处理单元来执行。
背景技术：
术语电力系统包括发电以及输电和配电系统及其与电力相关 的部件，比如发电机、电力变压器、断路器、输电和配电线等。如 今，持续地监视电力系统的操作以便搜集与该系统的操作状态相关 的数据并且能够在偏离正常操作状态时且尤其在故障时快速地做出 反应。还可以附加地存储搜集的数据以在随后时间将它们用于评估
目的。该监4见通常基于对电力系统的电量(electric quantity )的测量。 因而，监视如今意味着仅在事件已经出现之后才检测到它们。
在近来的发展中，监视通过如下方面得到补充，即为预测电力 系统中的故障以便克服常规监视仅在故障已经发生并且可能的损坏 已造成之后才允许对故障做出反应这一问题。在美国6,917,888 B2 中，描述了一种用于检测电力线网络中的故障的方法，其中基于频 率数据来预计故障。在US 2007/0052426 Al中，描述了一种用于电 力变压器的故障预测方法，该方法使用变压器的频域传递函数来估 计变压器的完好状况。可以使用对变压器的测量的输入和输出波形 形式的快速傅里叶变换(FFT)，来计算频域传递函数。
在两篇文献中均仅解决故障预测方面，并且在两种方法中均在频域中进行故障检测。
发明内容
本发明的一个目的在于提供一种上述类型的方法和设备，该方 法和设备允许将对电力系统的状态的预测用于包括故障预测目的的 多个目的。
这一目的通过根据权利要求1所述的方法和根据权利要求19 所述的用于执行该方法的设备来实现。
根据本发明，周期性波形信号的频谱用来确定在频谱中的所选 峰值处的频率和相关复数幅值。频率和对应复数幅值与时间戳 一 起 存储。对于理想正弦信号，将仅确定一个频率和复数幅值，而对于 电力系统的现实周期性波形信号，比如电压、电流、有功功率或者 无功功率，可导出数个频率和对应复数幅值的列表。该频率和复数 幅值的列表在下 一 步骤中用来确定周期性波形信号在时域中的预测 值。因此，选择预测时间并且计算该预测时间处的正弦信号之和， 其中各正弦信号的特征在于确定的频率之一及其相关复数幅值以及 时间戳。
在一个优选实施方式中，基于以下等式来确定预测值
其中(t)p是预测值，i是用于对确定的频率fi及其对应复数幅值Aj连续 编号的索引，to是确定频率fi和幅值Ai时的时间戳，而tp是预测时 间。
在一个实施方式中，根据频谱中幅值超过预定幅值限制的那些 峰值确定频率和相关复数幅值。除此之外或者取而代之，可以在用 频率滤波器对频谱滤波之后确定频率和相关复数幅值。
通过在时域中预测周期性波形信号的值，使得可以确定周期'性
波形信号在正常操作条件之下何时正好达到某一幅值或者相角。这 样的信息可以用来在电力系统中触发某 一 控制动作。
7由于控制动作通常要求可靠地并且可能延迟时间最短地确定 控制决策所基于的信息，所以在一个实施方式中提出在具有实时操 作系统的计算设备上执行该方法并且与进行快速傅里叶变换以及确 定频率和相关复数幅值的步骤同时执行确定预测值的步骤。
为了确定周期性波形信号达到某一预定幅值或者相角时的时 间点，在一个实朝 序列，
相角时一个预测时间。
然后可以在最合适的时间,泉，例如当控制动作的负面作用为最 小时或者当控制动作的影响处于最大时，在电力系统中启动控制动 作。根据电力系统对控制动作的反应时间，可以在实际时间精确地 达到预定时间点时启动控制动作，或者可以在预定时间点之前的某 一时间启动它，其中根据电力系统对控制动作做出反应的预期延迟 来选择某一时间。
对周期性波形信号的幅值或者相角的预测可以例如应用于对 电力断路器的切换。理想地，应当在零电流经过断路器时切换断路 器，从而在切换操作期间没有原本导致增加断路器触点磨损的电流 断续。
因而，有利的是，通过确定认为断路器电流达到零安培时的时 间点来预测断路器电流的零电流交叉，以及启动断路器的切换以'除 好在零电流交又时进行切换，从而减少断路器磨损。
目前为止，描述了周期性波形信号的预测值可以如何用来预测 在正常操作条件下达到预定幅值或者相角时的时间点以及这 一 预烦'J 时间点如何可以用来提高控制动作初始化的准确度。
根据另一实施方式，用于在时域中预测周期性波形信号的值的 方法用来检测电力系统中的故障。因此，将预测值与对根据电力系 统的至少 一 个电量的测糞而导出的测量值进行比较，其中预领'J时间 等于进行该测量时的时间点。由于常常可能难以在精确给定的时间 点测量，所以就首先预测值、然后尝试恰好在预测时间测量被视为一种较差方案。 一种更佳方式是第一步根据频谱确定频率和相关复 数幅值的列表、第二步测量至少一个电量、第三步确定实际进行测 量时的时间点、第四步预测在与测量瞬间相等的预测时间的值而第 五步是比较测量值与预测值。如果预测值与测量值之差超过预定限 制，通知电力系统状态的非预期改变，以便启动更多动作。更多动 作可以根据电量的种类和电力系统的特征而不同。在最简单的情况 下，如果预测值与测量值之差超过预定限制，则可以立即通知电力 系统的故障状态。例如，如果预测电压值与测量电压值之间的大差 值表明短路，则这一点是可能的。在更多其它情况下，将启动更多 分析。这样的分析可以包括搜寻至少 一 个电量在时间发展中的具体 模式，这要求更多测量，这些测量可以是在预测时间之前或者之后 导出的测量。可以在相同或者连接的处理单元上联机进行或者脱机 进行更多分析。由于预测方法不仅提供对电力系统状态的非预期改 变的指示而且提供状态改变时的确切时间点，所以可以存储来自事 件之前和之后的所有必秀数据以便用于更多分析。这允许用于电力 系统中的故障和状态检测,的高级算法的开发和使用。
除了偶发地比较预测值与测量值之外，在另一实施方式中还布 置成确定在多个预测时间的周期'I"生波形信号的多个预测值，并且将 多个预测值中的各预测值与根据对电力系统的至少 一 个电量的测量 而导出的测量值进行比较，其中多个预测时间每个均等于进行对应 测量时的时间点。如果多个预测值与对应测量值之间预定数目的差 值每个均超过预定限制，则通知电力系统状态的非预期改变。
可以联机执行根据这一 实施方式的方法，其中不断地测量电力 系统的至少一个电量，并且随着进行该测量，将其与预测值进行比 较。测量值被存储和用来持续地导出更新的频语以及根据频谱导出 频率和相关复数幅值的更新集合。
通知，比如将听觉、视觉或者触觉信号输出给操作者，或者生成消 息并且显示和存储该消息。然后可以自动或者由操作者人工进行对
9更多动作的启动。待预测的电力系统的状态可以例如是不存在短路、 电网中的输电线的可用性或者电力变压器的抽头变换器的操作质 量。状态的非预期改变在这些例子中将是对检烦'J到短路或者输电线 丟失或者抽头变换器没有恰当工作的指示。
在另一实施方式中，有意地引起周期性波形信号的改变，并且 通过存储在连续预测时间的预测值的连续序列来记录该改变。例如 可以通过在电力系统中步进式改变用于控制单元的参考信号来引起 周期性波形信号的改变，该控制单元例如连接到电力系统中的转换 器或者滤波器单元。用于引起改变的另一例子是步进操作电力变压 器的抽头变换器。
在本发明的又 一 发展中，将记录的预测值的序列与周期性波形 信号的预期序列进行比较，并且该比较的结果用来评估电力系统的 状态。
在根据本发明的设备中，至少一个处理单元被布置成确定在 频i普中的所选峰值处的频率和相关复数幅值；将频率和幅值与时间 戳一起存储于存储单元中；通过计算预测时间处的正弦信号之和来 确定在该预测时间周期性波形信号在时域中的预测值，各正弦信号 的特征在于确定的频率之一及其相关复数幅值以及时间戳，以及在 存储单元中存储预测值。存储单元可以是临时存储单元，比如RAM, 数据以后可以从该临时存储单元发送到持久存储单元，或者存储单 元可以是持久存储单元，比如ROM、硬盘、存储器或者闪存卡等。 处理单元可以是能够接收、处理和输出数字信息的任何单元，比如 CPU、微控制器、数字信号处理器、ASIC、 FPGA或者高级处理设 备如嵌入式计算机。
在一个具体实施方式
中，处理单元是在实时操作系统之下运行 的数字处理单元，其中处理单元在具有高优先级的线程中确定预测 值并且进行快速傅里叶变换而在具有低优先级的线程中确定频率和 相关复数幅值。
该设备例如可以是保护继电器或者广域分布的监视系统的一部分。
现在参照以下附图通过例子描述本发明
图1示出了其中在预定时间点切换电力断路器的方法的流程
图2a示出了方法的第一例程，其中该方法包括相互并行运行 的两个例程；
图2b示出了具有两个并行例程的方法的第二例程； 图3示出了其中对抽头转换器的操作质量进行评估的方法的 流程储单元的设备；
图5示出了其中用于在时域中预测状态的方法应用于检测电 力线丢失的电力系统；
图6示出了周期性波形信号的频谱；
图7示出了周期性电压信号的连续预测值和测量值及其差值 的时间图8示出了在步进操作抽头转换器时周期性电压信号的连续
预须'H直和测量值及其差值的时间图9示出了在步进操作抽头转换器并且在抽头转换器操作期 间出现电弧时周期性电压信号的连续预测值和测量值及其差值的时 间图。
具体实施例方式
图1示出了用于预测经过断路器的电流i与零交叉时的将来时 间点的方法的流程图。在步骤1中，在始于时间to的连续时间点t 记录周期性波形信号小的样本，其中波形信号(()等于经过断路器的电 流i。此后，在步骤2中对周期性波形信号(j)的样本进行FFT以便生
ii成频谱S(()))。在图6中示出了频谱的例子。通过比较频谱中的幅值
A(S)与预定幅值限制Aliril，从频谱S(小)选择某些峰值。幅值A(S)超
过预定幅值限制A,im的那些峰值被选择并且与时间戳to—起存储(步
骤3)，其中时间戳to表明对用于确定频率fj和对应复数幅值Aj的 测量样本进行记录时的时间点。在图6的例子中，确定了五个频率 fi及其相关复数幅值Ai。在接下来的步骤4至7中循环执行，以通过 计算在连续预测时间tpj处的正弦信号之和来确定在对应预测时间tPj 时周期性波形信号在时域中的预测值())pj,其中各正弦信号的特征在 于确定的频率fj之一及其相关复数幅值Aj以及时间戳t。。对于各预 测值())pj，在步骤6中检验该值是否最接近零、即预测值(j)pj是否表明 电流i的零交叉。如果预测值(()pj不等于或者不最接近零，则计算下 一预测值(()W+,)。否则，如果检测到预测值())pj是最接近零的预测值， 则将它的对应预测时间&保存为为零交叉时间tpa，并且将断路器待
切换的切换时间ts计算为'零交叉时间V与预定延迟时间tdelay (对应
于断路器对切换信号的反应时间)之差(步骤8)。在下一步骤9 中，比较实际时间点tn。w与切换时间ts,并且当达到切换时间ts时， 在步骤10中将切换信号发送到断路器。
图2a示出了其中两个例程并行运行的方法的第一例程。第一 例程对周期性波形信号(J)进行采样并且处理样本，以便提供频率fi和 相关复数幅值Ai的连续更新集合。第二例程使用相应最新集合以确 定预测值并且将它们与周期性波形信号的新测量值进行比较。图2a 的步骤11至13与图1的步骤1至3相同，仅有的不同在于根据电 力系统的至少 一 个可测量电量导出的任何周期性波形信号(()可以是 本方法的对象。将步骤11中待取得的样本数目预定为X。在确定频 谦S(()))和频率fi以及幅镇Aj的同时，对周期性波形信号(j)的采样在后 台继续。在步骤14中，检验当时是否取得周期性波形信号(j)的足够 新样本而再次达到预定数目X。如果不是，则等待直至达到预定数 目X。当取得足够新样本时，该方法返回到步骤12以便对新样本进 行FFT并且根据所得频谱S((j))生成频率fi和幅值Aj的更新集合。更新的频率fj和幅值Ai然后与它们的更新时间戳t。一起存储，从而改 写先前数据集。
第二例程与图2a的第一例程并行运行，该第二例程在图2b中 描绘。在步骤15中将计数器k设置成零而将索引j设置成一。在下
一步骤16中，取得周期性波形信号(j)的新样本(l)mj,新样本根据对电 力系统的至少一个电量的新测量而导出，其中在测量瞬间t—进行该 测量。即使样本(J) mj未必需要是测量本身而可以是对至少 一 个电量的 测量的数据处理结果，但是样本(()mj在下文中称为测量值(l)mj。对于与 取得测量值())mj相同的时间瞬间，现在将确定预测值(l)pj。这就是为何 将预测时间tpj设置成等于测量瞬间tm的原因。在步骤17中，以与 图1的步骤5类似的方式确定在预测时间tpj的预测值(()pj，其中该确
定是基于图2a的第一例程的最新结果，即频率fi及其相关复数幅值 Ai以及时间戳to的最新集合。在步骤18中计算预测值c()pj,p!与测量
值Ckj-L之差的绝对值。比较该差值与预定限制(j)lim 。
如果该差值没有超过预定限制(()Hm,则在步骤22中将索引j加
一，并且该方法返回到步,骤16，以便确定下一测量值())mj+尸(t)m2和下 一预测值小pj+产(j)p2并且比较它们。
如果差值超过预定限制(him，则将计数器k以及索引j加一 (步
骤19)。在下一步骤20中，比较计数器与计数器限制klim。如果没 有超过计数器限制klim，则该方法返回到步骤16以确定用于下一次 比较的值。否则，生成已经出现电力系统的状态改变这一通知，该 通知然后引起对更多分析或者动作的启动。超过计数器限制klim表明
预测值(j)pj与对应测量值())mj之间预定数目的差值每个均超过预定限
制(j)nm。在生成通知之后，该方法返回到步骤15以便使用频率fi和相 关复数幅值Ai的更新集合从头开始第二例程。
图7示出了以归 一化值给出的预测值())pj与对应测量值(j)mj的时
间图，其中对应周期性波形信号(j)是配电线的电压信号。此外还描绘
了预测值(()pj与对应测量值(l)mj之差((t)pH)mj)。在图9的例子中，该差值 总是小于0.02的预定限制(j)Hm。
13图3示出了其中对抽头变换器的操作质量进行评估的方法的 流程图。抽头变换器连接到电力变压器，而电力变压器是输电或者
配电系统的一部分。在该方法的第一步骤23中，开始对周期性波形 信号小的样本进行记录，其中根据对输电或者配电系统中的电压u进 行测量来导出周期性波形信号(t)。在下一步骤24中，通过步进操作 抽头变换器从而使得电力变压器的变压比改变来进行控制动作。因 而，输电或者配电系统中的电压也应当改变。接下来的步骤25和26 与图2a的步骤12和13'相同。在步骤27中，确定在连续预测时间 tpj的周期性波形信号())的数目为N的预测值(j)pj。在步骤28中，确定 周期性波形信号())的预期值(l)ej序列，其中假设没有出现抽头变换器步 进操作。因而，预期值(()ej反映变压比不变情况下的输电或者配电系 统的预期电压。在下一步骤29中，比较预测值(()pj和预期值(t)ej,并且
使用该比较的结果来评估抽头变换器操作的质量。由于预测值和预 期值均与时间相关，所以不仅可以评估是否实现电压改变预期幅值
而且可以检验电压改变是否在预期时间帧(timeframe)内出现以及 对电压的扰动是否保持于要求的限制内。
为了表明根据图3的方法的适用性，如下图8和图9包括有在 步进操作抽头变换器时周期性电压信号的归 一 化连续预测值和测量 值及其差值((()pH)mj)的时l司图。在这两种情况下，当确定预测值~时 没有考虑抽头变换器步进操作，而是以查看可以如何清楚地检测电 压改变以及是否可以区分有问题的抽头变换器步进操作与正常操作 为目标。正如在示出正常抽头变换器步进操作的图8中可见，电压 幅值明显地改变，并且此后保持于恒定电平，而电压频率在整个操 作期间保持不变。然而，图9描绘了其中出现电弧的抽头变换器步
进操作。在电弧期间达到的预测值与期望值之差((])pj-(l)mj)具有图8的
正常差值电平的多级量值。除此之外，也可以根据电压信号的高频 振荡来导出针对电弧的指示。因而，有问题的抽头变换器步进操作 显然不同于正常抽头变换器步进操作，因此在图9的情况下，通知 可以保存于日志文件中和/或以陈述出现电弧的文本消息这一形式发送给操作者，但是抽头变换器步进操作仍然成功，因为此后针对预 期电平和频率来调节电压。
在图4中示出了具有处理单元31和存储单元32的设备30。 设备30经由输入端口 33接收对电力系统的电量的测量值，比如测
量电压Um^和电流imeas。至少一个输出端口 34连接到可以是外部存
储设备、显示器、扬声器、遥控设备或者中央监视设备的外部单元。
至少一个输出端口 34用来将可能的通知信息发送到外部单元，以便 输出或者保存它，其中通知信息可以是文本、图形或者声信号的形 式。除此之外或者取而代之，至少一个输出端口 34还用来发送在执 行上文提供的方法之一期间导出的各种数据，以便存储、显示或者 以别的方式进一 步处理所述数据，其中所述数据可以例如是预测值 和预期值或者测量值及它们的比较结果。
图5示出了包括四个发电单元G的电力系统。该电力系统包 括电网，其中电能从发电单元G发送到箭头所示的负载35。电网包 括通过电力线连接的四个节点，第一节点36、第二节点37、第三节 点38和第四节点39。在第一节点36与第二节点37之间的第一电力 线[36， 37]中安装有源设备40，该有源设备由本地控制单元41控制 并且其功能在于调节电力系统的电量，比如沿着第一电力线[36， 37] 流动的电流或者有功或者无功功率。有源设备40中的每个控制动作 不仅影响第一电力线[36, 37]中的电量，而且影响第一节点与第二节 点之间所有其它电力线连接中的电量，其中各线路改变的量值依赖 于电网的整个拓朴结构。第一节点36与第二节点37之间的其它电 力线连接例如是沿着第一节点与第三节点之间的第二电力线[36， 38] 加上第三节点与第二节点之间的第三电力线[38, 37]的连接，以及沿 着第二电力线[36, 38]加上第三节点与第四节点之间的第四电力线 [38， 39]加上第四节点与第二节点之间的第五电力线[39, 37]的连接。 有源设备40中全部源自于和受控于本地控制单元41的控制动作被 盖上时间戳并且与时间戳一起存储于本地控制单元41中。在第四节 点39附近安装远程测执行根据本发明的预测方法的设备30。经由可以是有线或者无线的
通信信道43来连4妄本地控制单元41和远程测量单元42。
远程测量单元42通过基于第三电力线[38, 37]中进行的测量 来预测电力系统的至少二个电量的值并且通过比4交预测值与对应测 量值来监视电力系统的状态。如果远程测量单元42检测到电力系统 的状态改变，则单元42将通知与有时间戳的数据 一起发出到本地控 制单元41。取而代之，如果已经进行控制动作，则本地控制单元41 可以请求发送由远程测量单元42确定的最新数据。本地控制单元41 比较接收的有时间戳的数据与关于控制动作的本地存储的有时间戳 的信息，以便确定第四电力线[38， 39]是否能够受到有源设备40中 的控制动作的影响以及能够在什么程度上受其影响。如果假设电网 的特定拓朴结构和连接性，则某一量值的控制动作应当在安装远程 测量单元4 2的 一 点处引起电力系统状态的某 一 量值的改变。因此， 本地控制单元41尝试发现来自远程测量单元42的数据中时间戳与 控制动作之一的时间戳匹配的那些数据。对于这些数据，确定和分 析控制动作的量值与由远程测量单元42测量的所得电力系统状态改 变之比。
例如，如果第四电力线[38, 39]中的电流变得如此之高以至于 电力线达到热限制，则与第四电力线[38， 39]中的潮流是否仍然可以 由有源设备40影响以及如何能够影响更新的信息对于相应地调节接 下来的控制动作颇为有用。因此，在第四电力线[38, 39]中的问题出 现之后，本地控制单元41初始化有源设备40中的特殊控制动作并 且分析然后从远程测量单元42接收的数据，或者本地控制单元41 使用与最近刚发生的控制动作匹配的最新数据。关于控制动作的量 值与所得的电力系统状态改变之比的更新信息然后可以用来直接调 节接下来的控制动作或者启动更多分析。
一个特例是其中 一 条或者多条电力线从网络断开的情况。例 如，如果第二电力线[36, 38]断开，则有源设备40中的控制动作不 会引起可从远程测量单元42检测到的电力系统的任何状态改变。
16因此，用于预测电力系统的状态的设备30可以有利地用来确
定可以在什么程度上影响远程电力线的电流或者电力潮流，其中远
程电力线形成与具有有源设备40的电力线的并行连接。在第一特殊 实施方式中，与远程电力线中的潮流可控性相关的这一信息用来确 定电网的至少一部分的连接性。这在不清楚电网的实际状态和配置 时在电网的扰动后尤为有利。在第二特殊实施方式中，与远程电力 线中的潮流可控性相关的信息用于对电网中的至少 一条远程电力线 的热控制，即调节经过该线路的潮流以便遵循该线路的热限制。根 据电网的规模和结构，可以相对于有源设备4 0远程安装多个预测设 备30,其中所有设备30将与本地控制单元41通信。
权利要求
1.一种用于预测电力系统的状态的方法，包括以下步骤对周期性波形信号(φ)的样本进行快速傅里叶变换，以便确定所述周期性波形信号(φ)的频谱(S(φ))，其中所述周期性波形信号(φ)根据所述电力系统的至少一个可测量电量来导出，并且代表所述电力系统的状态，所述方法其特征在于·确定在所述频谱(S(φ))中的所选峰值处的频率(fi)和相关复数幅值(Ai)并且将所述频率(fi)和幅值(Ai)与时间戳(t0)一起存储，·通过计算预测时间(tp)处的正弦信号之和来确定和存储在所述预测时间(tp)处所述周期性波形信号(φ)在时域中的预测值(φp)，各所述正弦信号的特征在于所述确定的频率(fi)其中之一及其相关复数幅值(Ai)以及所述时间戳(t0)。
2. 根据权利要求1所述的方法，其中基于以下等式来确定所述z(w，厂"、预测值 =Re其中(j)p是所述预测值，i是用于对所述确定的频率(fi)及其对应复数幅值(Ai)连续编号的索引，t0是确定所述频率fj和幅值Ai时的所述时间戳，而tp是所述预测时间。
3. 根据权利要求1或者2所述的方法，其中根据所述频谱(S(小))中幅值超过预定幅值限制(Alim)的那些峰值确定所述频率(fi)和相关复数幅值(Aj)。
4. 根据权利要求1至3中的任一权利要求所述的方法，其中在用频率滤波器对所述频谱(S((j)))滤波之后确定所述频率(fi)和相关复数幅值(Ai)。
5. 根据权利要求1至4中的任一权利要求所述的方法，其中在具有实时操作系统的计算设备上执行所述方法，并且其中与所述进行快速傅里叶变换以及确定所述频率(fi)和相关复数幅值(Ai)的步骤同时进行所述确定所述预测值((|)p)的步骤。
6. 根据权利要求1至5中的任一权利要求所述的方法，还包括以下步骤 确定在连续预测时间(tpj)处的预测值((j)pj)的连续序列， 确定所述连续预测时间(tpa)中在所述预测值((j)pj)的序列达到预定幅值或者相角时的 一 个预测时间。
7. 根据权利要求6所述的方法，还包括以下步骤在所述连续预测时间(tpa)中的所述一个预测时间，在所述电力系统中启动控制动作。
8. 根据权利要求7所述的方法，其中在所述连续预测时间(tpa)中的所述一个预测时间之前的某一时间(ts)启动所述控制动作，其中根据所述电力系统对所述控制动作做出反应的预期延迟(tdelay)来选择所述某一时间(ts)。
9. 根据权利要求6至8中的任一权利要求所述的方法，其中所述周期性波形信号(小)是所述电力系统中的电流，所述控制动作是切换所述电力系统中的断路器，而所述预定幅值是零安培。
10. 根据权利要求1至5中的任一权利要求所述的方法，还包括以下步骤*将所述预测值((|)p)与根据对所述电力系统的所述至少一个电量的测量而导出的测量值((|)m)进行比较，其中所述预测时间(tp)等于进行所述测量时的时间点，以及 如果所述预测值(())p)与所述测量值((|)m)之差超过预定限制((()lim)，则通知所述电力系统状态的非预期改变。
11. 根据权利要求1至5中的任一权利要求所述的方法，还包括以下步骤.确定所述周期性波形信号(()))在多个预测时间(tpi)处的多个预测值((f)pj); 将所述多个预测值中的各预测值与根据对所述电力系统的所述至少一个电量的测量而导出的测量值((f)mj)进行比较，其中所述多个预测时间(tpj)每个均等于进行对应的所述测量时的时间点(tmj),以及 如果所述多个预测值((})pj)与所述对应测量值((J)—)之间预 定数目的差值每个均超过预定限制((j)lim),则通知所述电力系统状 态的非预期改变。
12. 根据权利要求11所述的方法，其中联机执行所述方法，并 且其中不断地导出测量值(U并且随着进行所述测量，将所述测 量值与所述多个预测值((j)pj)中的对应预测值进行比较。
13. 根据权利要求1至5中的任一权利要求所述的方法，还包 括以下步骤 有意地引起所述周期性波形信号((M的改变， 通过存储在连续预测时间(tpj)处的预测值的连续序列(c()pj) 来记录所述改变。
14. 根据权利要求13所述的方法，其中将所述记录的预测值序列((j)pj)与所述周期性波形信号的预期序列((()ej)进行比较，以便评估所述电力系统的状态。
15. 根据权利要求11至14中的任一权利要求所述的方法，其 中所述状态是所述电力系统中不存在短路。
16. 根据权利要求11至14中的任一权利要求所述的方法，其 中所述电力系统是电网，并且其中所述状态是所述电网中的输电线 的可用性。
17. 根据权利要求11至14中的任一权利要求所述的方法，其 中所述电力系统包括具有抽头变换器的电力变压器，并且其中所述 状态是所述抽头变换器的操作质量。
18. 根据权利要求13所述的方法，其中通过在电力系统中步进 式改变用于控制单元的参考信号来引起所述周期性波形信号((M的 所述改变。
19. 根据权利要求13所述的方法，其中通过步进式操作电力变 压器的抽头变换器来引起所述周期性波形信号(c)))的所述改变。
20. —种用于预测电力系统的状态的设备，包括至少一个处理单元和至少一个存储单元，其中所述至少一个处理单元被布置成对 周期性波形信号(小)的样本进行快速傅里叶变换，以便确定所述周期性波形信号(((>)的频谱(s((j))),其中所述周期性波形信号(小) 根据所述电力系统的至少 一 个可测量电量来导出并存储于所述存储 单元中，并且其中所述周期性波形信号(()>)代表所述电力系统的状态，所述设备其特征在于，所述至少一个处理单元还被布置成 确定在所述频谱(S(小))中的所选峰值处的频率(fi)和相关复数幅值(Ai)，并且将所述频率(fi)和幅值(Ai)与时间戳(t0)一起存储于所述存储单元中， 通过计算预测时间(tp)处的正弦信号之和来确定在所述预测时间(tp)所述周期性波形信号(()))在时域中的预测值((()p),各所述正弦信号的特征在于所述确定的频率(fi)之一及其相关复数幅值(Ai)以及所述时间戳(to),并且在所述存储单元中存储所述预测值((()p)。
21. 根据权利要求20所述的设备，其中所述处理单元是在实时 操作系统下运行的数字处理单元，并且其中所述处理单元与进行所 述快速傅里叶变换以及确定所述频率(fi)和相关复数幅值(Ai)同 时确定所述预测值((j)p)。
22. 根据权利要求2Q或者21所述的设备，其中所述设备是保 护继电器的部分。
23. 根据权利要求20或者21所述的设备，其中所述设备是广 域分布的监视系统的部分。
24. —种将根据权利要求20至23中的任一权利要求所述的设 备用于确定电网的至少 一 部分的连接性的用途。
25. —种将根据权利要求20至23中的任一权利要求所述的设 备用于对电网中的至少一个远程电力线的热控制的用途。
全文摘要
提供一种用于预测电力系统的状态的方法和一种用于执行该方法的设备，其中该方法包括以下步骤对周期性波形信号()的样本进行快速傅里叶变换，以便确定周期性波形信号()的频谱(S())，其中周期性波形信号()根据电力系统的至少一个可测量电量来导出，并且代表电力系统的状态。根据该方法，在频谱(S())中所选峰值处的频率(fi)和相关复数幅值(Ai)被确定，并且与时间戳(t0)一起存储。此后，通过计算预测时间(tp)处的正弦信号之和来在预测时间(tp)处确定周期性波形信号()在时域中的预测值(p)，其中各正弦信号的特征在于确定的频率(fi)其中之一及其相关复数幅值(Ai)以及时间戳(t0)。存储预测值(p)以供将来处理，比如比较预测值(p)与测量值(m)，该比较的结果可以引起对更多分析的初始化。
文档编号G01R19/25GK101688892SQ200780053099
公开日2010年3月31日 申请日期2007年6月8日 优先权日2007年6月8日
发明者B·伯格伦, S·罗克森伯格, T·本格特森 申请人:Abb研究有限公司