微电网功率潮流监测与控制的制作方法

本公开涉及用于监测电力输送系统中的功率潮流的系统和方法。更具体地，本公开涉及在各种操作状态下以并网和孤岛模式监测电力输送系统的总线上的功率潮流。附图简述本公开包括非限制性且非穷尽性的说明性实施例。参考在下面描述的附图中描绘的某些这样的说明性实施例。图1示出了电力输送系统的简化单线图的实施例。图2示出了根据各种实施例的用于功率潮流监测、建模和/或控制的方法的流程图。图3示出了根据各种实施例的用于功率潮流监测、建模和/或控制的方法的另一示例的流程图。图4示出了可操作来管理电力系统的系统的功能框图的实施例。图5示出了具有六个发电机和四十一条线路的ieee30总线系统的简化示例。图6包括示出根据一个实施例的用于仿真的图5的30总线系统的发电容量和下垂值(droopvalue)的表格。图7示出了根据一个实施例的对于具有一个大岛和一个小岛的30总线系统的多岛模式的发电结果。图8示出了根据结合图7描述的实施例的对于具有一个大岛和一个小岛的30总线系统的多岛模式的电压结果。图9示出了根据一个实施例的对于连接到60hz电网以提供无限有功和无功功率支持的30总线系统的发电结果。图10示出了根据结合图9描述的实施例的对于连接到60hz电网以提供无限有功和无功功率支持的30总线系统的电压结果。图11示出了根据一个实施例的对于在下垂模式下(其中发电机3提供50mw)的30总线系统的发电结果。图12示出了根据结合图11描述的实施例的对于在下垂模式下的30总线系统的电压结果。图13示出了根据一个实施例的对于下垂模式的另一个实施例(其中发电机2提供10.97mw)中的30总线系统的发电结果。图14示出了根据一个实施例的对于图13的下垂模式下的30总线系统的电压结果。图15示出了根据一个实施例的对于其中发电机2的无功功率极限降低到25mvar的30总线系统的发电结果。图16示出了根据一个实施例的对于其中发电机2处于其最大无功功率极限的30总线系统的电压结果。详细描述电力发电和输电系统被设计以生成电能、传输电能，并将电能分配给负载。电力发电和输电系统包括各种设备，例如发电机、电动机、电力变压器、用于配电和/或通信的导电电缆(本文通常称为“传输线”)、断路器、开关、总线、传输和/或馈线、调压器、电容器组等。这种设备可以使用智能电子设备(ied)来监测、控制、自动化和/或保护，智能电子设备从设备接收电力系统信息，基于该信息做出决策，并向设备提供监测、控制、保护和/或自动化输出。电力输送系统用于将电力从发电传输到负载，并被监测和控制以平衡发电和消耗。如下文更详细描述的，电力输送控制和监测系统通常关于来自提供给微电网的较大公用设施的可用电力做出某些假设。这样的假设可能导致微电网和孤岛电力输送系统的不良或不正确的建模。本文描述的系统和方法提供了一种替代的、并且潜在地更精确的方法，其用于确定、监测和/或控制任何电力输送系统中(但是特别是在微电网和孤岛系统中)的总线之间的功率潮流。对于输电和配电系统的现有的功率潮流算法(如牛顿拉夫森法和其他算法)假设松弛总线(slackbus)的可用性，松弛总线可以提供无限的有功功率和无功功率以维持系统的电压幅度、频率和功率平衡。例如，在这些算法中，发电机的有功功率和系统的频率通常被建模为常数。这些假设可能适用于大规模区域间电力系统和连接到稳定电网的小型系统。然而，在隔离的工业系统和微电网中，传统功率潮流算法中进行的假设经常导致错误的计算。一些隔离系统可能只有一个或几个容量有限的分布式发电系统((例如发电机或发电机机组)。隔离的系统可能没有强大的源，其可以被逼真地建模为具有无限的容量来充当松弛总线。此外，基于发电和负载，工业和微电网系统的频率可能会在标称频率附近变化。例如，多个分布式发电机可以以下垂模式来控制，并且负载的变化可能影响系统的频率。此外，工业或微电网系统内的分布式发电的有功功率输出可被控制为常数或以同步共享模式(iso模式)进行控制，除非它们达到其最大或最小极限。在这些情况下，控制器可以以下垂模式控制一些分布式发电机，其中它们的有功功率基于系统的频率值来调节，除非发电机达到它们的最大或最小极限。系统中感应电机和/或同步电机上的负载可能是频率相关的，并且由于系统中的频率可能略有变化，因此负载频率特性可能变得与系统评估相关。此外，工业系统或微电网中的分布式发电机的无功功率控制可以处于各种模式，例如电压控制模式、恒定mvar模式、功率因数模式或电压下垂模式。因此，诸如工业和微电网系统的隔离系统不同于传统系统，这是由于以下特性中的一个或更多个特性：隔离系统可能缺少具有无限容量的松弛总线；隔离系统可能会经历频率变化；隔离系统可以利用多发电机iso共享模式；并且隔离系统可以具有有功的频率相关负载值。系统还可以具有有功的电压相关负载值。因此，无论相关性是基于电压和/或频率，某些负载值可能是功率特性相关的(例如，频率相关、电压相关、或频率相关和电压相关)。在许多情况下，微电网和相对小的电网可能没有强电压分布，因此无功负载电压特性可能比在大电网中更有影响。传统的功率潮流算法不适于精确计算包括上述特性中的一个或更多个特性的输电和/或配电系统的功率潮流。替换或修改传统功率潮流算法的先前尝试包括一个或更多个缺点(例如处理速度)，和/或仅适用于一些而不是全部或许多功率系统配置。本公开提供了一种通用功率潮流(upf)算法，其：(i)可以说明孤岛系统、标称频率的并网系统和非标称频率的并网系统；(ii)可以结合分布式发电的主动控制策略，包括iso控制、下垂控制、恒定功率控制、电压调节等；(iii)可以说明各种无功功率发电控制策略，包括mvar控制、功率因数控制、电压控制和电压下垂控制；(iv)可以说明分布式发电的限制，包括is机组和下垂机组的有功功率和无功功率发电限制；(v)可以评估系统频率；(vi)可以解释频率相关的有功功率负载；(vii)可以解释频率相关的无功功率负载；和(viii)可用于检测电压崩溃。在一些实施例中，可以利用结合了上述所有功能的系统和方法。在其他实施例中，某个变量可以安全地或合理地假设为常数，因此可以采用仅结合上述功能子集的系统和方法。因此，下面描述的各种实施例的各种部分中的任何部分可以以多种多样的排列或组合进行组合。输电和配电系统(如微电网和工业系统)可以在并网模式或孤岛模式下运行。在并网模式中，电网可被建模为无限电压源以将连接到电网的总线的电压和频率两者维持在恒定值(例如，60hz或50hz)。在这种配置中，可以防止系统的分布式发电机以iso控制模式运行，以避免与连接的电网的潜在冲突。然而，在孤岛模式下，具有iso控制或下垂控制的分布式发电机可以参与频率控制和/或调节其有功功率输出以控制频率。在并网模式下，电网可以被视为具有无限容量的iso机组。因此，输出功率可以建模为：在方程1中，表示由电网k提供的有功功率，表示由电网k提供的参考功率，是电网k的共享系数，并且ps是系统中的功率缺额。并网模式下的分布式发电机可以在下垂模式或恒定功率模式下运行。在这些模式中，有功功率输出的变化受到频率偏差的影响。因此，下垂机组k的有功功率的变化δpdroop是每机组频率值fpu、下垂机组的mw基数sdroop和下垂值r的函数。机组的有功功率的变化k可以表示为：在许多实施例中，有功功率的变化与发电机容量或涡轮机极限相关联。在这样的实施例中，下垂机组k的输出功率可以表示为：在方程3中，pdroop_k是下垂机组k的输出功率；是下垂机组k的参考功率值(可能在非标称频率下)。当电网的频率处于标称频率时，下垂机组以标称频率操作，使得对于具有恒定功率控制的分布式发电机机组，其输出功率不受电网频率的影响，并且其非标称频率下的功率参考值等于标称频率下的值：作为另一个示例，下垂机组非标称频率下的参考功率值可以表示为：在方程5中，δf是频率偏差，单位为hz，mvadroop_k是下垂机组k的容量，fn是系统的标称频率，rk是下垂机组k的下垂值。在孤岛模式下，分布式发电机可以iso模式、下垂模式或恒定功率模式运行。当负载值改变时，iso模式下的发电机将首先做出反应，调节其有功功率输出以维持功率平衡和系统频率。在iso模式，机组的输出功率可以描述为：或者，机组的输出功率可以描述为：在方程6和6.1中，piso_k是单个iso机组k的发电输出，是iso机组k的发电输出的参考点，αiso_k是iso机组k的iso共享因数，δp(或者可选地，ps)是系统的有功功率缺额。系统的有功功率缺额可能等于总有功负载加上总有功功率消耗减去发电参考值之和，表示为：如上所述，在孤岛模式下，发电机可反而在下垂模式下运行。在下垂模式下，发电机可以基于系统的频率修改其有功功率输出。在下垂模式下，对于发电机机组k的功率输出的数学表达式可以使用上述方程3或方程5来表示。在方程5中，δf是以hz为单位的频率偏差，并且可以根据系统的有功功率缺额δp(或者可选地ps)表示表示为如下文方程8所示：将方程8并入方程5，下垂机组的非标称频率下的参考功率值可以表示为：最后，如上所述，发电机可以以恒定模式运行，在该恒定模式中非标称频率下的功率参考值等于标称频率下的值，如方程4所示。在隔离系统(例如微电网和工业系统)中，系统频率可能影响负载的有功功耗。当系统包括感应电机和/或同步电机时，这尤其如此。负载频率特性在a.r.khatib、m.appannagaris.manson和s.goodall在2016年3月的ieeetrans.ind.app.第52卷、编号4、第3611-3619页中出版的题为“loadmodelingassumptions:whatisaccurateenough？”的出版物中描述，该出版物据此通过引用以其整体并入。如其中所述，当感应电机和同步电机的负载转矩恒定时，感应电机和同步电机可以具有是频率的线性函数的有功功率消耗。对于风扇负载，有功功率可能与系统频率的二次函数有关。各种形式的负载可以使用下面的二次形式来建模：在方程10中，c1i表示总线上负载i的百分比，其相对于频率呈二次变化；c2i表示总线上负载i的百分比，其相对于频率呈线性变化；c3i表示总线上负载i的百分比，其与频率无关；fpu是每机组中的频率值；并且是总线上的负载i在标称频率下的有功功率值。标称负载值可以基于频率来调整，以计算对于连接到每个总线的负载的基于频率的负载值。负载可以可选地如下面方程10.1中提供的那样建模，其中函数指示频率对有功功率负载i的影响，并且是标称频率下负载i的有功功率值。微电网(例如工业电网)可能受益于通用功率潮流模型，该模型针对分布式发电机的无功控制策略建模。这种无功控制策略可以包括mvar控制、功率因数控制和/或电压下垂控制。总线电压控制模式可以具有维持一个或更多个总线的电压幅值的目的，除非或直到一个或更多个分布式发电机的无功功率输出达到最大或最小极限。与其他总线不同，电压控制总线的电压幅值是等于总线电压控制的参考值的已知量。在总线电压控制模式下，该总线的无功功率发电可在每次迭代中评估如下：在上面的方程11中，是在迭代t+1次处的总线i的无功功率发电；上标t表示迭代次数；和是迭代t次时总线i和总线n的电压幅值评估；和是迭代t次时总线i和总线n的电压角评估；并且yin和θin是与总线i和总线n相关的y总线矩阵元素的幅值和角度。在总线电压控制模式中，无功功率发电大于发电机的最大能力的确定可导致转换到mvar控制模式，其中无功功率固定在最大发电值。相反，无功功率发电小于发电机的最小能力的确定可导致转换到mvar控制模式，其中无功功率固定在最小发电值。mvar控制模式用于控制分布式发电机以产生预设量的无功功率，使得无功功率输出设置为已知的参考量。通用功率潮流模型可以额外地(或替代地)用于评估功率因数控制模式中的无功功率。功率因数控制模式下的分布式发电机可产生满足如下建模的功率因数控制要求的无功功率：在方程12中，是迭代t+1次处的分布式发电机机组k的无功功率输出，是对于分布式发电机机组k的参考功率因数控制，并且是迭代t次处的分布式发电机机组k的有功功率输出的评估。通用功率潮流模型可以额外地(或替代地)用于评估电压下垂控制模式中的无功功率。电压下垂控制模式下的分布式发电机可以产生无功功率，其建模如下：在方程13中，qgen_k是分布式发电机机组k的无功功率输出，是对于分布式发电机机组k的参考无功功率参考，是电压参考和测量电压值之间的差值，rq_k是分布式发电机机组k的无功功率下垂值。基于上述方程，对于连接到总线的多个分布式发电机的无功功率潮流模型可以建模为：在方程14中，m表示无功下垂控制中的分布式发电机的数量，是连接到总线i的分布式发电机机组k的无功功率参考，并且rk,i表示连接到总线i的分布式发电机k的无功功率下垂值。qload_i表示无功功率负载。然而，应当认识到，无功功率负载消耗受电压幅值的影响。例如，对于大型感应电机(如工业系统中发现的感应电机)，无功功率消耗与电压幅值呈二次关系，并且可建模为：在方程15中，表示电压幅值对无功负载i的影响，并且是标称电压幅值下的无功功率负载消耗。上述方程适用于每个不同的系统配置和模式，但是彼此相关，使得它们可以被组合为通用功率潮流算法的一部分，该算法适用于各种模式或状态下的不同电力输送系统。通用功率潮流算法适用于各种工业级系统(包括微电网、隔离系统、船舶、海洋平台等)。通过考虑电力输送系统的独特特性、操作模式(例如，标称频率下的并网、非标称频率下并网或孤岛)、分布式发电的控制策略(例如，下垂控制、同步控制或恒定功率控制等)以及分布式发电的有限的有功和无功功率容量，通用功率潮流算法可用于计算和/或控制隔离系统内的电力流。该算法可用于计算、测量、评估和/或控制系统频率，并提供频率偏差或电压风险的指示。因此，本文描述的通用功率潮流模型定义了对于并网模式和孤岛模式(其可以组合为对于有功功率和无功功率两者的单个表示)的发电的关系。假设特定的角度参考，对于牛顿拉夫森法的更新方程可以被表达，其定义了对于输电和配电系统中一条或更多条总线的有功功率发电矢量和无功功率发电矢量，而不管该系统是并网还是孤岛，或者在iso模式、下垂模式还是恒定功率模式下运行。从上述方程导出的对于并网总线的通用功率潮流模型可以表示为：在方程16中，是连接到总线i的电网的参考功率。αgrid_ips是电网的总线i的共享系数。pload_i是连接到电网的总线i的有功负载。ps是系统中的功率缺额。vi和vn分别是总线i和总线n的电压幅值。yin和θin是与总线i和n相关的y总线矩阵元素的幅值和角度。δi和δn是总线i和n的角度。n是系统中总线的总数。方程16的最后一部分(或加数)可以被称为“共享值”，因为它涉及系统内各种总线的相互关系或共享关系。如果没有电网连接到总线i，则和αgrid_i两者将都等于零。是由发电机提供给总线i的参考功率。如果分布式发电机处于下垂控制模式，则使用方程3计算如果分布式发电机处于恒定功率控制模式，则使用方程4计算如果总线i没有分布式发电机，则等于零。从上述方程导出的对于非并网总线的通用功率潮流模型可以表示为：在方程17中，是总线i处的有功功率发电的参考。如果相关发电机处于下垂控制模式，则方程3可用于计算或者，如果相关发电机处于恒定控制模式，则方程4可用于计算如果总线i不具有发电机，则等于0。如前所述，pload_i是连接到总线i的有功负载，并且其他变量与方程10中的相同。具体地，vi和vn分别是总线i和总线n的电压幅值。yin和θin是与总线i和n相关的y总线矩阵元素的幅值和角度。δi和δn是总线i和n的角度。最后，n是系统中总线的总数。对于具有iso发电的总线，总线i处的有功功率发电的参考可表示为：求解并使用ps符号代替δp，对于iso发电的总线i处的有功功率发电的参考如下：如果没有调节系统频率的iso发电机(例如，没有发电机在iso模式下运行，或者在iso模式下运行的发电机已经达到最大或最小极限)，下垂控制中的分布式发电机将有助于频率控制。对于发电机处于下垂控制的总线的功率潮流方程可以表示为：再次，求解有功功率发电并使用来自方程3的符号，对于发电机处于下垂控制的总线i的有功功率发电可以表示为：如果存在调节系统频率的发电机机组(例如，到标称60hz或50hz频率)，则具有下垂发电机总线的功率潮流方程可以表示为：对于具有恒定发电的总线，功率潮流方程可以表示为：对于总线i的有功功率发电的通用方程可以使用上述方程形成为：在上面的方程24中，是发电参考值和来自电网的在总线i处的电力输入值之和。βi是基于分布式发电机的控制模式和系统的操作模式确定的x的系数。如果系统与iso发电并网或孤立，则x是系统的功率缺额ps。如果系统是孤立的而没有iso发电，则x等于fpu。βi和x的乘积可以被称为控制操作值，因为它取决于发电机和/或整个系统的控制和/或操作模式。对于有功发电的通用方程可替换地表示为：在方程25中，该函数指示频率对有功功率负载i的影响，并且其它项类似于结合方程24描述的那些项。系统的无功功率可以类似地概括如下：或者，来自发电机的无功功率可以表示为：对于不同的电压控制策略，qgen_i基于方程11-13之一。假设δ1是系统的角度参考，使用牛顿拉夫森法的更新方程可以表示为：在方程28中，δpref(n*1)是总线有功功率发电矢量，其中n是系统中总线的数量。δqref(npqbus*1)是pq总线的无功功率发电矢量，其中npqbus是系统中pq总线的数量。γ(n*1)是x的系数矢量。和类似于传统功率潮流分析的雅可比(jacobian)系数。γ矢量基于操作模式，并相应地共享发电。γ条件矢量可以被定义成：如果系统是连接有公用设施的，并且总线i是非公用设施总线，则γi＝0。如果总线i是公用设施总线，那么γi它将是不大于1的非负系数。具体来说，如果总系统负载和损耗增加了1mv，则γi将等于连接到总线i的公用设施电力的增加的兆瓦(mw)输入值。如果总线i是系统中唯一的公用设施总线，那么γi＝1。如果系统没有连接到公用设施，并且具有iso发电机机组，但是总线i本身不具有发电机机组，那么γi＝0。如果系统没有连接到公用设施，并且总线i具有iso发电机机组，那么γi将是非负的且不大于1。具体来说，其中是连接到总线i的iso机组的iso共享系数。如果总系统负载和损耗增加1mw，则γi将等于连接到总线i的iso发电的增加的mw发电值。如果总线i在系统中只有iso发电机机组，那么γi＝1。如果系统是孤立的且有下垂机组，但是没有iso发电机机组，那么x等于fpu。因此，对于没有下垂机组连接到其的总线i，βi＝0并且因此：对于具有下垂机组的总线i，并且因此γi可以表示为：在方程31中，是连接到总线i的下垂机组k的mv基数。m是连接到总线i的下垂机组的数量。是连接到总线i的下垂机组k的下垂值。如果系统是孤立的，并且只有恒定的功率机组，那么βi＝0的并且γi的表达式与上述方程30中的相同。在一些实施例中，本文描述的通用功率潮流模型可以用于已经被分成多个岛的系统。在这样的实施例中，ied可以检测和识别(例如，通过监测输电线和/或配电线路和/或断路器上的功率)由系统的一个或更多个馈电线的故障产生的每个岛。在一些实施例中，ied可以包括例如远程终端单元、差动继电器、距离继电器、方向继电器、馈电线继电器、过电流继电器、电压调节器控件、电压继电器、断路器故障继电器、发电机继电器、电机继电器、自动化控制器、间隔控制器、计量表、自动开关控件、通信处理器、计算平台、可编程逻辑控制器(plc)、可编程自动化控制器、输入和输出模块、调速器、激励器、静止同步补偿器控制器、svc控制器、oltc控制器等等。此外，在一些实施例中，ied可以经由网络通信地连接(该网络包括例如多路复用器、路由器、集线器、网关、防火墙和/或交换机)以促进网络上的通信，每个网络还可以用作ied。联网和通信设备还可集成到ied中和/或与ied进行通信。如本文所使用的，ied可以包括单个离散ied或者多个ied一起工作的系统。本文描述的系统和方法可以被结合在ied内、由ied实现或体现为ied。ied可以被配置为执行为了执行本文描述的通用功率潮流建模和/或计算所必需的计算和/或测量。在一些实施例中，ied可以利用使用本文描述的通用功率潮流建模和/或计算创建的计算和/或模型来执行保护或监测功能。类似地，ied可以利用或执行基于通用功率潮流建模的计算和/或模型以修改或更新监测或保护模式。短语“连接到”和“与...进行通信”指在两个或多于两个部件之间的任何形式的交互(包括机械、电、磁和电磁交互)。两个部件可彼此连接，即使它们彼此没有直接的接触，以及即使在两个部件之间可能存在中间设备。如本文中所使用的，术语ied可指监测、控制、使之自动化和/或保护系统内的受监测的装备的任何基于微处理器的设备。这样的设备可包括例如远程终端单元、差动继电器、距离继电器、方向继电器、馈电线继电器、过电流继电器、电压调节器控件、电压继电器、断路器故障继电器、发电机继电器、电机继电器、自动化控制器、间隔控制器、计量表、自动开关控件、通信处理器、计算平台、可编程逻辑控制器(plc)、可编程自动化控制器、输入和输出模块、电机驱动器等等。ied可连接到网络，且网络上的通信可通过包括但不限于多路复用器、路由器、集线器、网关、防火墙和交换机的联网设备来促进。此外，联网和通信设备可并入ied中或与ied进行通信。术语“ied”可以可交换地使用来描述单个ied或包括多个ied的系统。可与本文中所公开的实施例一起使用的基础设施中的一些已经是可用的，诸如：通用计算机、计算机编程工具和技术、数字储存介质以及通信网络。计算机可包括处理器，诸如微处理器、微控制器、逻辑电路等等。处理器可包括专用处理设备，诸如asic、pal、pla、pld、现场可编程门阵列或其他定制的设备或可编程设备。计算机还可包括计算机可读储存设备，诸如非易失性存储器、静态ram、动态ram、rom、cd-rom、磁盘、磁带、磁存储器、光存储器、闪存、或其他计算机可读存储介质。如本文所述，用于配置和/或使用的合适网络包括多种多样的网络基础设施中的任何一种。具体而言，网络可以包括陆地线路、无线通信、光学连接、各种调制器、解调器、小型可插拔(sfp)收发器、路由器、集线器、交换机和/或其他联网设备。网络可以包括通信或网络软件，例如可从novell、微软、artisoft和其他供应商获得的软件，并且可以在双绞线、同轴电缆或光缆、电话线、卫星、微波中继器、调制ac电力线、物理媒体传输、无线无线电链路和/或其他数据传输“线”上使用tcp/ip、spx、ipx、sonet以及其他协议进行操作。该网络可以包括较小的网络和/或通过网关或类似机构可连接到其他网络。本文中所描述的某些实施例的多个方面可被实现作为软件模块或部件。如本文中所使用的，软件模块或部件可包括位于计算机可读储存介质内的任意类型的计算机指令或计算机可执行代码。例如，软件模块可包括计算机指令的一个或更多个物理块或逻辑块，其可被组织为例程、程序、对象、部件、数据结构等，其执行一个或更多个任务或实施特定的抽象数据类型。特定的软件模块可包括被储存在计算机可读储存介质的不同位置中的不同指令，其共同实施所描述的模块功能。事实上，模块可包括单指令或许多指令，并且可以被分布在在不同的程序之中的几个不同的代码段内以及分布在几个计算机可读储存介质上。一些实施例可在分布式计算环境中实践，其中任务由通过通信网络链接的远程处理设备执行。在分布式计算环境中，软件模块可位于本地和/或远程计算机可读储存介质中。另外，在数据库记录中绑定或呈现在一起的数据可驻留在相同的计算机可读储存介质中，或在几个计算机可读储存介质上，以及可在网络上共同链接在数据库中的记录字段中。通过参照附图可以理解本公开的实施例中的一些实施例，其中相似的部分通常由相似的数字表示。如在本文中的附图中一般性地描述和图示的，所公开的实施例的部件可以以各种不同的配置来布置和设计。因此，本公开的系统和方法的实施例的以下详细描述不旨在限制本公开所要求保护的范围，而是仅代表可能的实施例。未详细示出或描述已知的结构、材料或操作以避免模糊本公开的各方面。另外，除非另有说明，方法的步骤不一定需要按照任何特定的顺序或甚至依次序地执行，也不需要步骤仅执行一次。图1示出了根据一个实施例的电力输送系统的简化单线图。示出的图类似于ieee9-总线系统。该系统包括与第一发电机122电通信的第一总线102，该第一总线102通过第一变压器142与第四总线108电通信。第二发电机124与第二总线104电通信，该第二总线104通过第二变压器144与第七总线114电通信。第三发电机126与第三总线106电连接，该第三总线106通过第三变压器146与第九总线118电通信。第七总线114经由第八总线116与第九总线118电通信。第七总线114与第五总线110电通信。第九总线118与第六总线112电通信。第九总线118和第六总线112两者都与第四总线108电通信。第五总线110与第一负载130电通信。第六总线112与第二负载132电通信。第八总线116与第三负载134电通信。为了便于下文描述的负载流计算中的讨论，表a显示了图1所示的元件编号和根据ieee9-总线系统的元件名称的转换：表a图1元件编号ieee9-总线系统元件102总线1104总线2106总线3108总线4110总线5112总线6114总线7116总线8118总线9122发电机1124发电机2126发电机3130负载a132负载b134负载c142变压器1144变压器2146变压器3图1所示的简化电力系统可以是孤岛系统，例如工业系统或微电网。在这样的实施例中，发电机122、124和126向负载130、132和134提供电力。通用功率潮流算法的各种实施例可用于监测类似于图1所示的系统的系统。然而，将认识到，本文描述的通用功率潮流系统和方法可以如所描述的那样应用和/或稍微适应各种电气系统配置(包括但不限于微电网、工业设施、石油平台等)。图2示出了根据各种实施例的用于功率潮流建模、监测和/或控制的方法200的流程图。如所示，在201处可以输入系统数据，该系统数据识别各种总线、互连、负载和/或发电机机组。输入的系统数据可以提供电力输送系统的拓扑结构，并且可以包括各种测量数据，例如电压、电流、频率、同步相量等。在203处，可以基于测量或报告的频率值计算对于电力输送系统上的一个或更多个总线的总线注入功率pinj。在205处，如果该值超过系统极限，则控制器可以将这些值设置为极限。在207处计算ybus，在210处的基于系统是否连接到公用设施，如果不是并网的则在212处包括iso发电，或者如果不是并网的则在214处包括下垂发电。如果系统被确定为不是并网的，但是没有iso或下垂发电，则在290处可以报告频率崩溃，并且在280处建模可能无法提供结果，直到存在发电模式改变。如果在210处系统是并网的，则在215处可以计算βi系数。在220处可以建立雅可比(jacobian)矩阵，并且在222处可以计算注入功率pinj和无功功率的变化。如上所述，βi是x的系数，并且基于分布式发电机的控制模式和系统的操作模式。如果系统是并网的或孤立(在有iso发电的情况下)，则x是系统的功率缺额ps。如果系统是孤立的(在没有iso发电的情况下)，则x等于fpu。在224处可以计算x的变化，然后在226处可以评估总线的无功功率q，就像它是pv或发电机总线一样。再次，如果计算的无功功率q违反了极限，则在230处，总线可以被设置为极限，并且被识别为pq或负载总线。如果在240处没有pv或发电机总线，则在241处可以发出电压警报。如果在240处有pv总线，并且在242处迭代计算已经达到最大值，则在243处没有收敛并且可以发出电压警报。否则，如果在244处x的变化小于ε，则可以评估系统以确定在250处是否存在iso发电，或者在255处是否存在下垂发电。如果在250处存在iso发电，则在260处可以评估iso发电机的发电，并且如果发电超过极限，则在270处控制器可以将其设置为极限并切换到恒定功率。如果在255处存在下垂发电，则在265处可以评估下垂发电的发电。如果下垂发动机的发电超过极限，则在275处控制器可以将其设置为极限并切换到恒定功率。在280处，如果存在模式改变，则可以重新评估系统，否则在295处分析完成。图3提供了根据各种实施例的用于功率潮流监测、建模和/或控制的方法300的另一示例的流程图。图3利用了前面方程中的符号中的许多符号。然而，将认识到，可以调整或修改特定的方程。此外，图2中的方法200和图3中的方法300中呈现的变化在许多情况下可以是可互换的。此外，将认识到，并非每次都可需要执行所有步骤，这取决于期望的结果、监测功能和系统的已知状态。作为简单的示例，如果已知系统由于其是隔离的系统(例如石油平台)而从未与公用设施连接，那么可以跳过步骤中的许多步骤。类似地，如果发电机报告以下垂模式运行，则可以跳过步骤，以便基于发电机的已知状态进行更快的评估。如图3所示，在301处，可以提供系统的拓扑结构和/或其他输入系统数据。输入系统数据可以包括断路器状态、电压测量结果、电流测量结果、频率测量结果、总线状态等。在302处，诸如ied的控制器可以确定系统中的岛的数量。在310处，可以计算孤岛系统i内的下垂机组的发电。在312处可以基于系统的频率更新频率相关的负载值，并且在314处可以计算ybus。如果在320处系统是连接公用设施的，那么在325处可以基于操作模式来构建γ-矢量。如果在330处系统包括iso发电，则在335处计算iso共享并且基于操作模式构建γ-矢量。如果系统包括下垂发电，则在345处，计算下垂共享并且基于操作模式构建γ-矢量。否则，在350处，基于恒定功率操作模式构建γ-矢量。在360处，可以基于本文描述的原理和方法来构建修改的雅可比矩阵。在360处，也可以基于操作模式来计算系统的功率缺额、有功功率发电、参考角度、系数、电压幅值和/或无功功率发电。如果在362处分析迭代大于m，其中m是连接到总线的发电机机组的数量，则在364处可以评估pv总线的无功功率。如果无功功率q超过极限，那么q可以被设置为极限，并且总线可以被识别为pq总线。在370处，如果总线的系数、电压和角度的变化大于ε，则可以对下一总线重复该过程。否则，在372处，可以评估系统以确定它是在iso模式还是在公用设施连接模式下运行。在这些模式中的任一种中，在380处，如果iso发电机的发电超过阈值，则iso发电机的发电可被评估并切换到恒定功率模式。在372处，如果它不处于iso或公用设施连接模式，则可以在373处评估频率，以在375处确定系统是否处于下垂模式。如果在375处系统处于下垂模式，则在385处可以评估下垂发动机的发电。如果在390处改变了发电模式，则在390处可以重复分析。如果在393处已经评估了所有总线，则在395处分析结束。否则，在394处，针对系统中的下一总线重复分析。图4示出了可操作以管理与本公开一致的电力系统的系统400的功能框图。在某些实施例中，系统400可以包括或甚至体现为ied、ied系统或多个ied，其被配置为在其它事物之间使用行波检测故障并估计故障的位置。系统400可使用硬件、软件、固件和/或它们的任意组合来实现。此外，本文描述的某些部件或功能可以与其他设备相关联或由其他设备执行。具体图示的配置仅代表与本公开一致的一个实施例。系统400包括被配置为与其他ied和/或系统设备进行通信的通信接口416。在某些实施例中，通信接口416可促进与另一ied的直接通信或通过通信网络与另一ied进行通信。通信接口416可促进与多个ied进行通信。ied400还可包括时间输入端412，其可用于接收时间信号(例如，公共时间基准)，允许ied400将时间戳施加到所获得的样本。在某些实施例中，可经由通信接口416来接收公共时间基准，因此，对于加时间戳和/或同步操作可以不需要单独的时间输入端。一个这样的实施例可采用ieee1588协议。受监测的装备接口408可被配置为从一件受监测的装备(譬如电路断路器、导体、变压器等)接收状态信息，并向其发出控制指令。处理器424可被配置为对经由通信接口416、时间输入端412和/或受监测的装备接口408接收的通信进行处理。处理器424可使用任意数量的处理速率和架构来操作。处理器424可以被配置为执行本文描述的各种算法和计算，例如执行与本文描述的通用功率潮流算法相关联的各种计算。处理器424可被体现为通用集成电路、专用集成电路、现场可编程门阵列和/或任何其他合适的可编程逻辑设备。在某些实施例中，系统400可包括传感器部件410。在所示的实施例中，传感器部件410被配置为从导体(未示出)直接收集数据，并且可使用例如变压器402和414以及a/d转换器418，其可对经滤波的波形进行采样和/或数字化，以形成被提供给数据总线422的相应数字化的电流信号和电压信号。a/d转换器418可以包括用于每个传入信号的单个a/d转换器或单独的a/d转换器。电流信号可以包括来自三相电力系统的每一相的单独的电流信号。a/d转换器418可通过数据总线422连接到处理器424，电流信号和电压信号的数字化表示可通过该数据总线422被传输到处理器424。在各种实施例中，数字化的电流信号和电压信号可用于计算电力线路上的故障的位置，如本文所述。计算机可读储存介质430可以是被配置为执行方法中的任何方法和/或实施本文描述的算法中的任何算法的各个软件模块的存储库。数据总线442可将受监测的装备接口408、时间输入端412、通信接口416以及计算机可读储存介质426和430链接到处理器424。减载模块440可被配置成识别其中负载的削减适于维持发电和需求之间的平衡的情况。拓扑模块442可以被配置为确定发电和配电系统的拓扑。此外，电力系统监测模块443可以与拓扑模块442结合操作，以识别发电和配电系统中的事件，并确定系统拓扑的变化。拓扑模块442可以被配置为识别发电和配电系统中的节点、操作模式、孤岛系统、并网等。根据一些实施例，拓扑模块442可以实现用于识别与孤岛相关联的节点的其他算法。此外，电力系统监测模块443可以实现结合本文中的图2和图3描述的方法中所描述的步骤中的一个或更多个步骤。系统400经由处理器424、电力系统监测模块443、拓扑模块442和/或任何其他数量的附加模块可以将本文描述的各种计算、估计、评估和/或确定中的任何一种实现为用于监测、建模和/或控制输电和/或配电系统的通用功率潮流算法的一部分。电力系统监测模块443可以包括任意数量的模块或子模块，每个模块或子模块被配置为实现通用功率潮流算法的一部分。例如，根据图3中的步骤302，用于检测孤岛的子模块可以被称为孤岛检测模块。类似地，频率评估模块可以如此命名，因为它通过评估频率来实现图3的步骤373。为了简洁起见，没有详尽列出用于实现本文描述的通用功率潮流算法的各种实施例的每个可能步骤或部分的模块或子模块的所有可能名称。图5-16涉及用于确认本文描述的通用功率潮流算法的功能而执行的验证测试。通用功率潮流算法在中实现，并使用ieee30总线系统进行验证，其简化版本在图5中示出。表6-16显示了与通过实时数字系统(rtds)集成方法获得的进行比较的设置和系统状态的结果。表中的数据以每个机组表示，并且对于有功功率和无功功率的基数为100mw和100mvar，其中对于电压的基数为总线的额定电压值。图5示出了具有六个发电机和四十一条线路的ieee30总线系统的简化示例。图6包括表i，其示出了根据一个实施例的对于30总线系统的图5中的六个发电机中的每一个发动机的发电机容量和下垂值。图7包括表ii，其具有根据一个实施例的对于具有一个大岛和一个小岛的30总线系统的多岛模式的发电结果。参考图5所示的30总线系统，表ii所示的结果来自仿真，其中连接总线24和总线25的线路以及连接总线27和总线28的线路跳闸。在这种情况下，系统被分成两个隔离的岛，期包括具有五个分布式发电机(dg)的第一岛和具有一个dg的第二岛。在仿真中，dg1和dg3在iso模式下运行，并且其他dg在下垂模式下运行。图8包括表iii，其显示了对于结合图7描述的30总线系统的多岛模式的电压结果，其中第一岛具有五个dg，并且第二岛具有一个dg。图9包括表iv，其显示了根据一个实施例的对于连接到60hz电网以提供无限有功功率和无功功率支持的30总线系统的发电结果。在这种情况下，所有的dg产生等于其参考设定点的有功功率。图10包括表v，其显示了根据结合图9描述的实施例的对于连接到60hz电网以提供无限有功功率和无功功率支持的30总线系统的电压结果。图11包括表vi，其显示了根据一个实施例的对于其中dg3从提供21.59mw修改为50mw的下垂模式下的30总线系统的发电结果。表vi显示了下垂共享的发电结果，并将其与从rtds获得的结果进行比较。图12包括表vii，其示出了根据结合图11描述的实施例的对于在下垂模式下的30总线系统的电压结果。具体而言，表vii显示了关键总线的电压结果，并确认了由通用功率潮流算法获得的结果与使用rtds获得的结果相匹配。图13包括表viii并且示出了对于在其中dg2从60.97mw降低到10.97mw并且dg6的涡轮机极限从80mw修改到40mw的下垂模式的另一个实施例中的30总线系统的发电结果。如表viii和图14所示的表ix所示，dg6达到其最大有功功率极限，并且dg1-5共享剩余功率。如本文所述，通用功率潮流算法的结果相对于rtds方法再次被确认为准确的。图15包括表x，其显示了对于其中dg2的最大无功功率极限从60mvar降低到25mvar的30总线系统的发电结果。图16包括表xi，其显示了对于30总线系统的电压结果，包括处于其最大无功功率极限的dg2，此时总线2的电压放宽到0.997pu。在上述示例中的每个示例中，rtds结果确认本文描述的通用功率潮流算法的准确性。本文描述的通用功率潮流算法能够考虑到系统的操作模式、控制策略、dg机组的有功功率极限、dg机组的无功功率极限等精确地评估功率潮流状态和系统频率。如本文通过验证所描述和显示的，通用功率潮流算法和相关联的分析方法独特地能够计算具有各种控制策略(包括iso、下垂和恒定功率控制模式)的并网系统和孤岛系统两者的功率潮流。dg的有功功率极限和无功功率极限被考虑，并且评估可以提供关于电压和/或频率不规则或偏差的警报、警告和/或其他通知。在各种实施例中，通用功率潮流算法可用于监测、建模和/或控制配电系统内的一个或更多个部件。所提供的示例和图示涉及许多可能变化中的一些可能变化的特定实施例和实现。应理解，本公开并不限于本文所公开的精确配置和部件。因此，可以对上述实施例的细节做出许多改变，而不脱离本公开的基本原理。因此，本发明的范围应该在本公开可支持的可能的权利要求的上下文中确定，其包括以下内容。当前第1页12