估计电力系统的稳定性的方法
【专利摘要】一种管理电力系统的方法，该电力系统包含发电单元(1)、耗电单元(2)、和将该发电单元(1)与该耗电单元(2)连接的配电网络(3)，该方法的特征在于包含如下步骤：估计基于累积的磁能储备和/或动能储备的电力系统的至少一个稳定性参数。
【专利说明】估计电力系统的稳定性的方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及管理电力系统的方法、计算机程序以及实现这样方法的管理单元。本 发明还涉及实现这样管理方法的电力系统本身。
【背景技术】
[0002] 电力系统包含像燃煤发电厂和天然气发电厂、核能发电厂、允许使用水力发电的 水坝、像太阳能源或风能源那样的补充可再生能源那样的发电单元。这些发电单元可以聚 集成同一个系统。接着，电力系统包含可以是房屋、工厂、车辆等的耗电单元。最后，电力系 统包含连接发电单元和耗电单元，以便将电力输送给这些耗电单元的配电网络。
[0003] 管理电力系统的复杂性源于所述系统不断地经历发电和/或耗电的难以预测变 化，然而需要无时无刻保证供需平衡一这在现有技术中未必做得到的事实。
[0004] 为了满足这种约束，在现有技术中调节配电网络的电压和频率，以便使分配的 电压围绕预定设定值保持在正或负5%或10%之间，以及使频率保持在预定设定值（在 欧洲，50赫兹）的正或负1 %上。在实际中，将配电网络表示成其电行为通过基尔霍夫 (Kirchhoff)方程模拟的一组节点和网格。另一方面，网络的频率从存在于发电单元的交流 发电机之中的机电耦合中得出。由于这些交流发电机的数量很多，所以它们的每一台都受 所有其它交流发电机和设定的行为影响，仿佛配电网络将它的频率强加给每台交流发电机 似的，因此受网络的频率影响。这种现象常称为"同步"。
[0005] 最后，配电网络的实际管理基于测量网络中的一些点上，尤其每个发电单元上的 频率、和所有或一些节点上的电压的方法，以及网络的调节试图根据对基尔霍夫方程的求 解以便了解整个网络，使电压和频率的值保持在它们的设定值上。为了优化这种手段，像描 述在文献EP2330525中的那种那样的解决方案提出了加速这些方程的求解的方法。
[0006] 文献EP2224570描绘了为与配电网络连接的电力储存设备提供的另一种解决方 案。目前，这些手段由于发电单元的总发电量一般是高于耗电单元的总耗电量的数量而可 以获得适当结果。因此，由于这种有利状况，配电网络无需特别调整或优化地仍然适用。
[0007] 如果发电单元就耗电单元的需要而言越来越不重要，则这些耗电单元的需求的突 然增加或发电单元中的偶发故障的状况会导致电压下降和/或频率崩溃在整个配电网络 上传播的风险。这样的状况可以导致整个或一些电力系统中的配电切断。因此，重要的是， 通过处置任何偶发事件和特别不利状况，保证配电系统的稳定性，以便尽可能减少配电切 断的情况。
[0008] 另一方面，目前，电力系统还在发展之中，其发电单元正在多样化、甚至更大份额 地包括往往断断续续和更难以管理的可再生能源。同时，耗电单元的需要也不断增加。在 这种背景下，还没有可以评估配电网络的未来架构的可靠水平以及保证其管理与现有手段 相关的方法。
[0009] 总而言之，现有技术的手段无法面对最佳管理电力系统的问题。尤其，基于电力模 拟一基于基尔霍夫定律的求解、试图实时确定系统的状态的计算手段碰到如下局限性：
[0010]-由于配电网络的极大量节点，这些方程求解起来很复杂；
[0011]-以光速运动、在网络上的电力系统的组件之间行进的通信数据无法快到足以作 出足够快的反应来处置故障在网络上的传播同样以极高速度进行的偶发事件。为此，强制 配备专用部件，以便在有故障的情况下争取时间。考虑到物理局限性，实时管理在现实中是 不可能的。
[0012] 最后，需要的是可以最佳地管理电力系统的配电的解决方案。
[0013] 更精确地说，目的是定义可以提高电力系统的管理，尤其它的稳定性的解决方案。
【发明内容】
[0014] 为此，本发明基于一种管理电力系统的方法，该电力系统包含发电单兀、耗电单 元、和将该发电单元与该耗电单元连接的配电网络，该方法的特征在于包含如下步骤：根据 通过电力系统的管理单元的至少一个软件和/或硬件组件实现的计算，估计基于累积的磁 能和/或动能储备的电力系统的至少一个稳定性参数。
[0015] 该管理电力系统的方法可以考虑电力系统的两个稳定性参数，其分别代表电力系 统的磁能和动能储备完全或部分耗尽的持续时间、电力系统的整个发电网是否停止或与电 力系统断开或电力系统是否正经历波动。
[0016] 可以按如下定义电力系统的两个稳定性参数HeiI^PHmag :
【权利要求】
1. 一种管理电力系统的方法，该电力系统包含发电单兀（1)、耗电单兀（2)、和将该发 电单元（1)与该耗电单元（2)连接的配电网络（3)，该方法的特征在于包含如下步骤： -通过至少一个传感器和/或软件和/或硬件组件测量和/或估计电力系统的工作物 理量，譬如，像频率和电压那样的电力系统的电物理量；以及 -根据通过电力系统的管理单元（4)的至少一个软件和/或硬件组件考虑到电力系统 的工作物理量的至少一个测量值和/或估计值实现的计算，估计基于累积的磁能储备和/ 或动能储备的电力系统的至少一个稳定性参数。
2. 按照前一项权利要求所述的管理电力系统的方法，其特征在于包含实现根据基于累 积的磁能和/或动能储备的电力系统的至少一个稳定性参数自动调节电力系统的配电网 络的步骤。
3. 按照前面权利要求的任何一项所述的管理电力系统的方法，其特征在于包含根据基 于累积的磁能和/或动能储备的电力系统的至少一个稳定性参数，由电力系统的管理单元 (4)的至少一个软件和/或硬件组件通过通信设备（5)发送指令自动实现所有或一些如下 动作： -降低总耗电量； -提高总发电量；以及 -启动或停止一个或多个磁能和/或动能累积设备。
4. 按照前面权利要求之一所述的管理电力系统的方法，其特征在于考虑电力系统的两 个稳定性参数，其分别代表电力系统的磁能和动能储备完全或部分耗尽的持续时间、电力 系统的整个发电网是否停止或与电力系统断开或电力系统是否正经历波动。
6. 按照权利要求4或5所述的管理电力系统的方法，其特征在于电力系统的两个稳定 性参数根据电力系统的发电单元的交流发电机的特征来定义，该交流发电机与电力系统连 接。
7. 按照前面权利要求之一所述的管理电力系统的方法，其特征在于包含通过至少一个 传感器和/或软件和/或硬件组件从电力系统的功率平衡中计算电力系统的多个稳定性参 数的步骤，然后其特征在于包含如下步骤：分析两个独立瞬变区，即，功率平衡在考虑动能 恒定的情况下考虑电力系统的磁能的变化的一个瞬变区、和功率平衡在考虑磁能恒定的情 况下考虑电力系统的动能的变化的另一个瞬变区。
8. 按照前一项权利要求所述的管理电力系统的方法，其特征在于电力系统的功率平衡 根据电力系统的热力学模拟来计算，并通过如下方程来定义：
9. 按照前面权利要求之一所述的管理电力系统的方法，其特征在于包含通过传感器测 量电力系统的工作物理量，譬如，像频率和电压那样的电力系统的电物理量的步骤，以及其 特征在于估计基于累积的磁能和/或动能储备的电力系统的至少一个稳定性参数的步骤 考虑电力系统的所测量工作物理量的至少一个测量值，以及/或者估计基于累积的磁能和 /或动能储备的电力系统的至少一个稳定性参数的步骤考虑电力系统的一个或多个分部上 的磁能和/或动能储备的至少一个估计值，以便最终从中导出电力系统的总累积磁能和/ 或动能储备。
10. 按照前面权利要求之一所述的管理电力系统的方法，其特征在于包含将基于累积 的磁能和/或动能储备的电力系统的多个稳定性参数与阈值相比较，以便确定电力系统是 否足够稳定的步骤。
11. 按照前一项权利要求所述的管理电力系统的方法，其特征在于通过将如果在强加 的最短持续时间内，其磁能和/或动能储备使其频率和/或电压，或一个或多个其它电物理 量的变化最小，则电力系统是可靠的当作一种假设，在理论上计算该阈值，或其特征在于， 从认为可靠的、多个稳定性参数已知的和用作参考的电力系统中凭经验确定这个阈值。
12. 按照前面权利要求之一所述的管理电力系统的方法，其特征在于包含根据基于将 累积的磁能和/或动能储备的电力系统的至少一个稳定性参数的估计值，定义新电力系统 的架构或修改现有电力系统。
13. 按照前一项权利要求所述的管理电力系统的方法，其特征在于根据基于将累积的 磁能和/或动能储备的电力系统的至少一个稳定性参数的估计值，确定像基于风能和/或 太阳能那样的断续可再生发电单元（7)的最高可接受水平。
14. 按照前一项权利要求所述的管理电力系统的方法，其特征在于包含规划电力系统 的发展，以便使基于将累积的磁能和/或动能储备的电力系统的至少一个稳定性参数在阈 值之上的步骤。
15. -种包含代码部件的计算机程序，该代码部件适用于当在计算机上执行该计算机 程序时，实现按照前面权利要求之一所述的管理电力系统的方法的步骤。
16. -种电力系统的管理单元（4)，其特征在于包含实现按照权利要求1到14之一所 述的管理电力系统的方法的计算机。
17. -种包含发电单元（1)、耗电单元（2)、和将该发电单元（1)与该耗电单元（2)连接 的配电网络（3)的电力系统，其特征在于包含实现按照权利要求1到14之一所述的管理电 力系统的方法的管理单元（4)，该管理电力系统的方法包括估计基于电力系统的至少一个 储能单元累积的磁能储备和/或动能储备的电力系统的至少一个稳定性参数。
18. 按照前一项权利要求所述的电力系统，其特征在于包含将电物理量的测量值从该 电力系统的传感器发送到该管理单元（4)以及将命令从该管理单元（4)发送到该电力系统 的致动器的通信设备（5)。
【文档编号】G06Q10/04GK104094296SQ201280068864
【公开日】2014年10月8日 申请日期:2012年11月30日 优先权日:2011年12月2日
【发明者】N.梅兹, M.德鲁因厄, V.马扎里克, S.鲍克尔特 申请人:施耐德电器工业公司, 工业方法及处理研究发展协会