专利名称：输电系统的改善的控制的制作方法
技术领域：
本发明涉及输电系统中的功率振荡阻尼领域。本发明更特别地涉及用于提供输电系统的改善的控制的方法、功率控制设备和计算机程序产品。
背景技术：
随着电力市场正在发生的撤销管制(deregulation)，从远处发电机至本地消耗者的负载传输和功率过网(wheeling of power)已经变成常例。由于电力生产公司之间的竞争和显现出来的使资产最优化的需要，通过现有网络来传送增加的电功率量，常常导致由于输电瓶颈而引起的拥塞。通常通过引入对输电接口的传输极限来处理输电瓶颈。这改善了系统安全性。然而，这还意味着在使不那么昂贵的电力生产从电网断开连接的同时，必须连接更加昂贵的电力生产。因此，输电瓶颈对社会具有相当可观的成本。如果不遵守传输极限， 则降低了系统安全性，这可能意味着在发生可能的偶发事故的情况下将许多顾客断开连接或者甚至完全断电(blackout)。输电瓶颈的底层物理原因常常与电力系统的动态有关。许多动态现象(诸如失去同步、电压崩溃和增加的机电振荡)需要避免，以便保证足够安全的系统操作。在这方面， 输电系统是高度动态的且要求控制和反馈以改善性能并增加传输极限。特别地参考在电力网的各部分中发生的不期望的机电振荡，其通常具有小于几Hz 的频率且被认为是可接受的，只要其足够快的衰减即可。其由例如系统负载的正常改变或可能在故障之后的网络中的开关事件启动，并且其是任何电力系统的特性。上述振荡还常常称为振荡的区域间模式，因为其通常是由系统的一个地理区域中的一组机器相对于系统的另一地理区域中的一组机器摇摆而引起的。当电力系统的工作点改变时(例如由于在发电机、负载和/或输电线路的连接或断开连接之后的功率流的新分布而引起的)，可能发生未充分阻尼的振荡。在这些情况下，几丽的传送功率的增加可能产生稳定振荡与不稳定振荡之间的差别，这具有引起系统崩溃或导致失去同步、失去互连且最终不能向顾客供应电力的潜在可能。输电系统的适当监视和控制能够帮助网络运营商准确地评估输电系统状态并通过采取适当动作来避免总体断电，所述适当动作诸如是连接特别设计的振荡阻尼设备。因此需要对此类区域间模式振荡进行阻尼。执行功率振荡阻尼(POD)的常规方式是通过向致动器的控制信号添加调制信号，其抵消功率振荡。可以执行POD的典型致动器包括同步发电机、HVDC和FACTS装置。通常在实时环境中实现致动器的控制系统，其中，时延是小的且确定性的。通常从在其中安装了致动器的变电站中本地可用的测量结果导出调制信号。本地信号通常包括电压、频率、线电流和功率流。然而，感兴趣的区域间模式的可观察性在本地可用的信号中可能不够好。因此在文献中提出从不同的地理区域收集诸如电压或电流相量的相量。这里，可以使用两个母线电压，从每个区域来一个。用于此选择的动机将是这两个电压实现两个等效机器的特性，其中，每个机器表示这些相干机器组中的一个(即，系统的地理区域中的一个)。为了对振荡进行阻尼，因此例如使用相量测量单元(PMU) 来收集来自不同地理区域的相量。PMU通常在指定时间间隔内从电压和/或电流测量变压器获取许多样本并计算对应于测量结果的正序相量。然后根据通常通过GPS系统的使用提供的准确的公共时间参考系对该相量加时间戳。通常通过使用标准协议的通信网络使得相量在PMU外面可用。然而，为了施加适当的修正动作，需要使来自两个地理区域的相量在时间上对准。 这意味着控制机制需要对在时间上相互对准(即，具有相同的生成时间)的相量进行操作。因此，常见的是提供相量数据集中器(PDU)，其使相量同步，即用相同的时间戳将相量打包并将其发送到执行阻尼控制的功率控制设备上。然而，存在与上述阻尼方案相关联的许多问题。相干组常常未被非常好地定义，特别是当考虑到某些机器在给定时间点可能不能工作且因此所选母线电压可能不是地理区域的良好表示时。母线电压的相角还可能由于母线附近的开关事件而跳跃，这跟与惯性(时间)常数相关联的内部机器角相反。因此，被选用于表示地理区域中的系统的一部分的给定电压可能也因此而不可靠。此外，如果一个测量结果在其在致动器的控制系统处被接收到之前经历太长的时间延迟或者其完全丢失，则功率振荡阻尼算法的性能将退化且甚至可能使情况恶化，至少暂时地直至数据开始再次以及时的方式到达。因此，需要解决某些或所有这些问题。
发明内容
因此本发明的目的是增加在输电系统中执行的功率振荡阻尼控制的稳健性和可靠性。由根据权利要求1和15的方法的功率控制设备和根据权利要求沈的计算机程序产品来实现这些目的。通过从属权利要求，其它优选实施例是显而易见的。根据本发明的第一方面，提供了一种用于提供输电系统的改善控制的方法，该输电系统具有在第一地理区域中且提供第一组在线测量相量的第一组测量单元和在第二地理区域中并提供第二组在线测量相量的第二组测量单元，其中，第一和第二组测量单元每个包括至少两个测量单元，并且第一和第二组中的相量是在相同时刻生成的，该方法包括步骤从第一组测量单元获得第一组相量并从第二组测量单元获得第二组相量，使第一和第二组相量在时间上相互对准，将每组相量与相应的相量数目阈值相比较，如果已经超过每个此类相量数目阈值，则确定满足第一控制条件，以及如果至少满足了第一控制条件，则启用公共信号的提供，其中，此公共信号是基于获得的第一和第二组中的相量，并且被提供用于在相对于第一和第二地理区域中的区域间振荡阻尼中使用。根据本发明的第二方面，提供了一种用于提供输电系统的改善控制的功率控制设备。该系统具有在第一地理区域中的提供第一组在线测量相量的第一组测量单元和在第二地理区域中的提供第二组在线测量相量的第二组测量单元，其中，第一和第二组测量单元每个包括至少两个测量单元且第一和第二组中的相量是在相同时刻生成的。功率控制设备包括使第一和第二组相量在时间上相互对准的相量对准单元和控制单元，该控制单元将每组相量与相应的相量数目阈值相比较，如果已超过每个此类相量数目阈值，则确定满足第一控制条件，并且如果满足了至少第一控制条件，则启用公共信号的提供，其中，此公共信号是基于获得的第一和第二组中的相量，并且被提供用于在相对于第一和第二地理区域中的区域间振荡阻尼中使用。根据本发明的第三方面，提供了一种用于提供输电系统的改善控制的计算机程序，其中，该系统具有在第一地理区域中的提供第一组在线测量相量的第一组测量单元和在第二地理区域中的提供第二组在线测量相量的第二组测量单元，其中，第一和第二组测量单元每个包括至少两个测量单元，并且第一和第二组中的相量是在相同时刻生成的。该计算机程序可加载到功率控制设备的内部存储器中且包括计算机程序代码装置以使得功率控制设备在程序被加载在内部存储器中时从第一组测量单元获得第一组相量并从第二组测量单元获得第二组相量，使第一和第二组相量在时间上相互对准，将每组相量与相应的相量数目阈值相比较，如果已经超过了每个此类相量数目阈值，则确定满足第一控制条件，并且如果满足了至少第一控制条件，则基于获得的第一和第二组中的相量来启用公共信号的提供。公共信号被提供用于在相对于第一和第二地理区域的区域间振荡阻尼中使用。可以在实时环境中实现相量在时间上的对准，并且使得在测量单元中使用的相同时间基准(例如通过使用GPQ可在实时环境中使用，使得在对准过程中能够在每个时刻估计时间延迟。根据这些方面的本发明具有使得能够进行更稳健且可靠的功率振荡阻尼，这在于阻尼不仅仅依赖于两个地理区域中的单个值。在本发明的一个变体中，一旦满足第一控制条件，就可以启用公共信号的提供。在另一变体中，当各组中相量生成的时间与当前时间之间的时间差的比较等于延迟时间极限，可以确定满足第二控制条件。一旦满足第一和第二控制条件，在这里就可以启用公共信号的提供。还可以比较各组中相量的生成时间与当前时间之间的时间差，并且如果此时间差等于最大延迟时间极限，则禁用公共信号的提供。根据本发明的另一变体，通过基于源自于第一和第二组中的相量的相量数据来形成至少一个差信号并将源自于第一组的相量和第二组的相量的相量数据组合而提供公共信号。根据另一变体，组合涉及提供相量数据的加权平均。根据另一变体，组合包括将来自第一组中的相量的相量数据组合以便形成第一组合信号并将来自第二组中的相量的相量数据组合以便形成第二组合信号，并且至少一个差信号的形成包括基于第一和第二组合信号来形成差信号，其中，所述公共信号是差信号。根据另一变体，至少一个差信号的形成包括形成第一和第二组的相量之间的差信号，并且所述组合包括将差信号组合。根据另一变体，将相量数据的相位调整至基准相位。在这里，相量数据可以是每组相量中的相量数据或两个不同相量组之间的差相量中的相量数据。CN 102549870 A两组中的测量单元可以一起形成许多相量源组合。每个相量源组合可以与相应的位置组合相关联，并且每个位置组合可以包括第一地理区域中的一个位置和第二地理区域中的一个位置，其中，第一和第二组中的测量单元可以位于由所选位置组合识别的位置处， 通过对具有在残余幅值阈值之上的残余幅值的差相量进行的预先执行残余分析来选择位置组合，其中，这些差相量中的每一个已被作为源自于相应位置组合处的一对离线测量相量之间的差获得。可以通过根据先验地可用的可用系统模型对测量相量执行的预先执行残余分析来选择位置组合。另外，可以将对于其的相应残余分析具有最高阈值的差向量表示为主差向量。可以为与此主差相量相关联的位置组合分配基准相位。可以将存在于主差相量和与相应所选位置组合相关联的其它差相量之间的每个相位差分配给相应的位置组合以便允许根据分配给相应位置组合的相位差来进行用于相量源组合的差信号的相位调整。此原理还可以应用于用于每个地理区域的相量源及其在此区域中的位置。此外，可以确定公共信号的时间延迟。然后可以将时间延迟转换成要阻尼的振荡模式的频率的相移、由该相移计算的四个补偿角、所构造的每个补偿角的尼奎斯特图、通过四个尼奎斯特图的分析确定的优选补偿角和施加于公共信号的优选补偿角。优选地，本发明还可以包括构造四个补偿角中的至少两个的波特图，并通过分析波特图、具体地评估较高频率下的增益的衰减来确定优选补偿角。本发明还可以包括构造四个补偿角中的至少两个的复频域图，通过分析复频域图并且具体地评估相对于其它系统本征值的本征值移位来确定优选补偿角。时间延迟到相移的转换还可以在主频率下发生。四个补偿角可以是相移信号的达到+1的超前补偿和达到-1的滞后补偿及达到-1 的超前补偿和达到+1的滞后补偿。还可能的是主差向量和与所选位置组合相关联的其它差相量之间的相位差小于一百八十度。根据另一变体，如果一组在线测量相量中的一个相量未被接收到或被延迟超过最大延迟，则从差信号的形成和组合中省略此相量和相应的相量源组合。
在下文中将参考在附图中举例说明的优选示例性实施例来更详细地解释本发明的主题，在附图中图1示意性地示出根据本发明的第一实施例的输电系统以及功率控制设备的四个地理区域，图2示意性地示出图1的输电系统中的第一和第二地理区域，图3示意性地示出概述在根据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示意性地示出在本发明的功率控制设备中使用的组合单元，图5示意性地示出功率控制设备的变体中的许多单元，图6示意性地示出根据本发明的第二实施例的包括功率控制设备的输电系统，图7示意性地示出根据本发明的第三实施例的包括功率控制设备的输电系统，
图8A以图形方式举例说明功率振荡阻尼单元的复频域中的极移。图8B以图形方式举例说明用于时间延迟的补偿的四个可能解决方案(A、B、C和 D)和延迟测量信号。图9A-9D示出四个可能解决方案的尼奎斯特图。图10A-10D示出四个可能解决方案的波特图，以及图11示出功率振荡阻尼单元的方框图。
具体实施例方式图1示意性地示出其中提供了根据本发明的第一实施例的功率控制设备32的输电系统。该输电系统优选地是AC输电系统，并且然后在诸如50或60Hz的网络频率下操作。输电系统包括许多地理区域，其在这里是四个区域4_14_114_111和4_1￥。这些区域通常在相互之间很大的距离上提供，其中，作为示例，可以在芬兰南部提供一个并在挪威南部提供另一个。地理区域在这里是相干区域。相干区域是其中诸如同步发电机的一组发电机相干地移动、即，其一起振荡的区域。还可以将此类区域视为电区域，因为机器在电学意义上相互接近。在这些地理区域中，存在用于连接地理上分离区域的高压连结线、中压线路、用于变换电压并切换线路之间的连接的变电站以及本地区域中的各种母线。此外，测量单元被连接到此类电力线和母线。在这里，可以将测量单元连接到相量测量单元(PMU)。 PMU提供关于系统的加时间戳的本地信息，特别是电流和电压相量。由PMU遍及网络收集并在中心处理的多个相量测量结果因此能够提供输电系统的总体电气状态的快照。此类PMU 通常还装配有GPS同步时钟并将在等距时间点(例如每20ms)发送诸如正序相量的相量。 因此以高准确度对这些相量加时间戳，并且该时间戳可以表示在系统中测量相量时的时间点。可以使用辅助GPS(A-GPS)对相量加时间戳，即，其接收时间指示符。在图1中，存在第一地理区域々_1中的第一组测量单元、第二地理区域々_11中的第二组测量单元、第三地理区域々_111中的第三组测量单元和第四地理区域々_1￥中的第四组测量单元。在第一组中，存在三个测量单元10、12和14。在第二组中，存在两个测量单元16和18。在第三组中，存在两个测量单元20和22且在第四组中也存在两个测量单元对和26。在本示例中，这些测量单元全部是测量相量、对相量加时间戳并将其发送以便由功率控制设备32来处理这些相量的PMU。在这里应认识到在不同的地理区域中可以存在很多更不同的测量单元。此外，在每个组中还可以存在更多的测量单元。这些地理区域每个对应于针对另一地理区域的一组机器摇摆的独立的一组机器。在这里，每组测量单元包括至少两个测量单元且其一起形成许多相量源组合。因此，第一地理区域中的测量单元形成与第二地理区域中的测量单元的相量源组合。以类似方式，第三地理区域中的测量单元形成与第四地理区域中的测量单元的相量源组合。此外， 每个相量源组合与相应的位置组合相关联。每个位置组合包括一个地理区域中的一个位置和相应地理区域中的另一位置。在这里，以这种方式将第一地理区域链接到第二地理区域并将第三地理区域链接到第四地理区域。在图1中，第一地理区域A_I中的第一位置LI-I处的第一测量单元10被示为发送第一相量P1，通常是电压相量，第一地理区域A_I中的第二位置LI-2处的第二测量单元 12被示为发送第二相量P2，第一地理区域A_I中的第三位置LI-3处的第三测量单元14被示为发送第三相量P3，第二地理区域A_II中的第一位置LII-I处的第四测量单元16被示为发送第四相量P4，并且第二地理区域A_II中的第二位置LII-2处的第五测量单元18被示为发送第五相量P5。在这里，第一、第二和第三相量P1、P2和P3是第一组在线测量相量， 而第四和第五相量P4和P5是第二组在线测量相量。这意味着每当功率控制设备且特别是功率控制设备的功率振荡阻尼功能运行时，优选地测量这些相量。在这里应认识到图1中的其它测量单元也发送将由功率控制设备32处理的相量。然而，在这里省略了这些相量以便提供本发明的更清楚的说明。因此所有这些相量是在线地测量的并为功率控制设备提供的。因此在远处地理位置处获得相量并由测量单元来加时间戳，通常是使用GPS时钟，并经由潜在地在长度上为几千米的通信信道来发送到功率控制设备32。功率控制设备32可以是为致动器103(其可以是同步发电机或FACTS或HVDC装置)提供的通用功率控制系统101的一部分。通用功率控制系统101在这里包括为致动器 103提供致动器控制信号的致动器控制单元102。在这方面，根据本第一实施例的功率控制设备32提供调制信号，该调制信号被添加到由致动器控制单元102生成的致动器控制信号以便抵消功率振荡。此调制信号在这里简称为控制信号。根据本第一实施例的功率控制设备32包括相量对准单元30，其可以是相量数据集中器(PDC) 30。此相量对准单元30接收上述相量并使其同步，即用相同的时间戳将其打包。相量对准单元30还被连接到GPS时钟28，出于在对准过程中建立时间延迟的目的，其可以是A-GPS时钟。根据本第一实施例，在功率控制设备32中也包括此时钟。相量对准单元30的正常操作是收听定期地(例如每20ms)发送加时间戳的相量的测量单元。相量对准单元30根据该时间戳使相量对准，每个时隙预期来自每个测量单元的一个相量，并在对应于给定时隙的这些可用时转送所有相量。如果一个相量迟到了，则相量对准单元30将等待直至其到达，因此引入时间延迟。虽然此类相量对准单元等待来自一个测量单元的迟到的相量，但来自其它测量单元的相量将被存储在堆栈上并在适当的时间进行处理。根据本发明的第一实施例，功率控制设备32包括被连接到相量对准单元30的差形成单元34。相位调整单元36又被连接到差形成单元34，而组合单元38被连接到相位调整单元36。还存在被连接到组合单元38的广域功率振荡阻尼单元40。该广域功率振荡阻尼单元40可以生成施加于控制系统以便对区域间功率振荡进行阻尼的控制信号，第一模式下的该振荡是由Ml指示的第一和第二地理区域A_I和A_II之间的区域间振荡。还可以存在由M2指示的第三和第四地理区域A_III和A_IV之间的第二模式区域间振荡。如何可以执行此类阻尼在本领域中同样是已知的，并且在这里将不会更详细地描述。在功率控制设备中，此外存在控制相量对准单元30何时将相量递送到差形成单元14的控制单元33。 在通用功率控制系统101中，还提供了切换单元41和本地功率振荡阻尼单元42。在这里与功率控制设备32并行地提供本地功率振荡阻尼单元42。此本地功率振荡阻尼单元42接收本地测量结果100并提供基于这些本地测量结果100确定的调制信号，可以将该调制信号添加到由致动器控制单元102生成的控制信号。广域功率振荡阻尼单元40和本地功率振荡阻尼单元42都被连接到切换单元41，其将来自这两个单元40和42中的任一个的信号传递至致动器控制单元102以便执行功率振荡阻尼。
现在将相对于分别由第一组测量单元和第二组测量单元收集的第一和第二组相量来描述根据本发明的第一实施例的致动器32的操作。为了简化本发明的说明，将不会描述关于第三和第四地理区域的操作，而是仅描述关于第一和第二地理区域、即关于第一模式Ml的操作。关于模式M2的操作与关于模式Ml的操作类似。此外，第一组相量P1、P2和 P3在这里仅包括由第一组测量单元10、12和14收集的被使用GPS时钟加时间戳的相量。 第二组相量P4和P5是由第二组测量单元16和18收集的，并且与第一组一样被加了时间戳。这意味着已使用GPS时钟对两组相量加时间戳。然而，这两组测量结果可以使用完全或部分地相同的卫星组或完全不同的卫星组。在这里，相量可以表示电压或电流的振幅和相位。在本发明的一个变体中，可以在两个地理区域中随机地进行测量单元的放置及相量源组合和位置组合的形成。根据本发明的另一变体，第一和第二组测量单元的放置可以根据两个区域中的放置方案是仔细考虑的。在这方面，第一组中的测量单元可以具有与第二组中的测量单元的特殊关系。第一和第二组中的测量单元每个形成相量源组合，并且可以放置在由所选位置组合识别的位置处。现在将对图2进行参考来描述这如何能够完成，图2示意性地示出已进行离线测量的第一和第二地理区域中的许多位置。在本发明的本变体中，通过对具有在残余幅值阈值之上的残余幅值的差相量进行的预先执行残余分析来选择位置组合。在这里，从先验地已知的线性化系统模型获得对应于每个差相量的残余。这意味着对于在考虑中的每个模式而言，在对应于两个机器组的每个地理区域中选择至少是两个的几个位置或母线。至少两个测量单元被基于残余分析放置在每个地理区域中，其中，残余幅值在阈值之上，并且地理区域内的每个残余的角度也在预定义范围内。作为示例，第一地理区域 A_I中的第一、第二、第三和第四位置LI-l、LI-2和LI-3及LI-4处的测量结果分别提供第一测量相量PMl、第二测量相量PM2、第三测量相量PM3和第四测量相量PM4，而第二地理区域中的第一、第二和第三位置LII-1、LII-2和LII-3处的测量结果分别提供第五测量相量 PM5、第六测量相量PM6和第七测量相量PM7。由细节系统数据创建单输入十二输出线性化系统模型。这十二个输出被如下形成为不同地理区域之间的电压角度差。在上文给出的示例中，确定在第一和第五相量PMl和 PM5之间的差上形成第一差相量DPl，在第一和第六相量DPl和DP6之间的差上形成第二差相量DP2，在第一和第七相量DPl和DP7之间的差上形成第三差相量DP3。并且，确定在第二和第五相量DP2和DP5之间的差上形成第四差相量DP4，在第二和第六相量DP2和DP6之间的差上形成第五差相量DP5，在第二和第七相量DP2和DP7之间的差上形成第六差相量 DP6。此外，确定在第三和第五相量DP3和DP5之间的差上形成第七差相量DP7，在第三和第六相量DP3和DP6之间的差上形成第八差相量DP8，在第三和第七相量DP3和DP7之间的差上形成第九差相量DP9。最后，确定在第四和第五相量PM4和PM5之间的差上形成第十差相量DP10，在第四和第六相量DP4和DP6之间的差上形成第i^一差相量DP11，并在第四和第七相量DP4和DP7之间的差上形成第十二差相量DP12。然后对这些差相量(即，对可用输出信号之间的差)运行残余分析作为完全离线程序。在这里，该残余分析可以基于两个区域之间的电压角。在这里以众所周知的方式执行残余分析。该残余分析提供残余幅值和残余角。然后将从残余分析获得的残余幅值与残余幅值阈值相比较。如果残余幅值足够高，即显示出区域间模式的良好可观察性，并因此在残余幅值阈值之上，则将这些差选择为候选相量，条件是那些相量残余的角停留在预定义极限内。这样要求是为了保证来自一个特定地理区域的所有测量相量不会在被加在一起的同时由于大的残余角差而相互抵消。然后将已从其获得提供这些候选相量的相量位置(例如母线)确定为用于放置测量单元的候选位置，即用于将被用作位置组合的候选。如果例如第一、第二、第四、第五、第七和第八差相量DP1、DP2、DP4、DP5、DP7和DP8 的残余分析提供在阈值之上且满足如上所述的相位角标准的阈值，而其它的没有这样，则将提供这些差相量的测量相量的位置选为位置组合，该位置组合识别将放置测量单元的位置。在本示例中，选择其中收集第一、第二、第三、第五和第六预测量相量PM1、PM2、PM3、PM5 和PM6的位置以提供用于放置相量源组合的位置组合，即用于选择识别将在哪里放置测量单元的位置的位置组合。因此选择这些位置用于放置第一、第二、第三、第四和第五测量单元10、12、14、16和18，这些位置在这里为第一地理区域中的第一、第二和第三位置LI-1、 LI-2和LI-3及第二地理区域中的第一和第二位置LII-I和LII-2。通过将测量单元放置在这些所选位置处，随后获得要求的相量源组合以供在在线功率振荡阻尼控制中使用。在本示例中，这些位置因此可以是母线位置。在这里还可以检查差相量之间的角(即来自两个区域的相位差)并选择至少两个相量(即两个区域之间的相位差)，使得该组合的角度的差是小的。这意味着即使超过了阈值，也可以拒绝在与另一差信号相距大角度处提供的差相量的残余分析。在以这种方式选择了第一和第二组测量单元之后，然后可以将其用于向致动器提供在线测量相量。关于这些测量相量，可以进行进一步分析。在这里，将在具有最高幅值的预先执行残余分析中使用的差相量表示为主差相量。如果例如第一差相量DPl是此主差相量，则针对此差相量，提供基准角偏移α 1，其在这种情况下为零。因此，这是基准相位。然后将此偏移分配给相应的所选位置组合。这意味着对提供最高幅值的相量差分析的差角给定基准相位，零角。然后将此零角分配给基于从同一测量单元组合(即，从放置在产生此差相量DPl 的位置处的测量单元)获得的相量确定的所有相位角差，其中，这种情况下的位置组合是第一和第二地理区域中的第一位置LI-I和LII-1。这意味着如果例如第一组中的测量单元10和第二组中的测量单元16将提供这些相量，则将向随后基于由这两个测量单元测量的相量确定的所有差信号分配此基准相位或零角。此外，在这里还可以预先确定主差相量和与其它差相量的所选位置组合相关联的其它差相量之间的相位差并分配给相应的位置组合。这意味着如果例如由于针对此位置组合进行的残余分析超过残余阈值，已经选择了第一和第二地理区域中的第二位置LI-2和LII-2，则然后设置、存储相应差相量DP5与主差相量DPl之间的相位差并将其分配给其它位置组合，即与第五差相量DP5相关联的位置组合。由于第二测量单元12和第五测量单元18被放置在这些位置LI-2和LII-2处，所以这意味着对从此位置组合或更确切地说从这两个测量单元获得的所有未来相量施加此相位差或角偏移。这样，针对从随后在这些位置上测量的相量获得的差信号的角相位调整施加相位偏移。以相同的方式对所选的所有其它差分配相对于此主差相量的角偏移。因此，对与第二差相量DP2相关联的位置组合分配第二角偏移α 2，其为第一和第二差相量之间的角度差。然后设置此偏移以便用于基于第一和第五测量单元10和18确定的差信号。对与第四差相量DP4相关联的位置组合分配第三角偏移α 3，其为第一和第四差相量之间的角度差。然后设置此偏移以便用于基于放置在由相应位置组合识别的位置处的第二和第四测量单元12和16确定的差信号。对与第五差相量DP5相关联的位置组合分配第四角偏移α4， 其为第一和第五差相量之间的角度差。然后设置此偏移以便用于基于第二和第五测量单元 12和18确定的差信号。对与第七差相量DP7相关联的位置组合分配第五角偏移α5，其为第一和第七差相量之间的角度差。然后设置此偏移以便用于基于第三和第四测量单元14 和16确定的差信号。最后，对与第八差相量DP8相关联的位置组合分配第六角偏移α6， 其为第一和第八差相量之间的角度差。然后设置此偏移以便用于基于第三和第五测量单元 14和18确定的差信号。因此分配这些角偏移或相位差以便用于从放置在所选位置组合的位置处的测量单元获得的差相量，即用于与所选位置组合相关联的相量源组合。然后针对第一和第二组测量单元的所有相量源组合重复这一操作。在这里还可以将位置省略，即使其提供良好的结果，因为差相量之间的相位差接近于一百八十度。因此可以将这些省略，尽管其具有高残余分析幅值。在本发明的另一变体中，可以针对一个地理区域中的位置施加上述方案。这意味着不存在相量源组合和位置组合，而是存在相量源和相应位置。然后对从地理区域中的相量源获得的相量进行残余分析，并仅对正在讨论中的地理区域中的位置施加角偏移。由于现在已描述了在系统中进行的不同设置，在这里，遵循关于本发明的第一实施例中的功率振荡阻尼的系统操作的描述，即，当致动器32正在操作且测量单元被放置在根据上述原理由系统中的位置组合所识别的位置处时。可以将本发明的功率控制设备的目的看作是针对每个地理区域确定一个角度，并且在对于特定区域而言存在不止一个的情况下通过使用所有可用信息来改善结果得到的角度的质量并将此信息合并到等价角中。然后在区域间振荡阻尼中使用两个区域之间的角度差。现在将还对图3进行参考来更详细地描述本发明的功率控制设备32的操作，图3 示出在图1中的功率控制设备32中执行的第一实施例的方法中的许多方法步骤的流程图。第一和第二组测量单元能够向相量对准单元30提供相量。更特别地，这些测量单元将第一和第二组相量中的相量提供给相量对准单元30。因此，相量对准单元30从第一组测量单元接收第一组相量并从第二组测量单元接收第二组相量，步骤43，并使两组的相量相互时间对准，步骤44。因此其使第一和第二组相量在时间上相互对准。从控制单元33控制该对准。相量对准单元30可以为控制单元33提供其在每个组中接收到多少相量的数据。然后将这些数目连同时间戳中的关联时间(即，相量生成时间)的数据一起传输。控制单元33然后控制对准单元30何时转送两组中的相量，即在什么时间点，此单元30将转送在一个特定时刻生成的所有相量。控制单元33在这里调查许多控制条件，步骤45，包括至少一个控制条件，并允许相量对准单元30在已经满足控制条件时释放两组中的时间对准值。这样，如果满足这些控制条件，控制单元33使得能够形成公共信号，步骤46。稍后将描述如何可以形成公共信号。控制单元33在这里可以首先采用最大延迟时间极限C,。在这里确定第一和第二组中的相量的时间戳与当前时间之间的时间差，其中，这些时间具有相同的时间基准系统，这可以使用A-GPS来完成。因此其将第一和第二组中的相量的时间戳与由时钟观提供的当前时间相比较，并且如果第一和第二组相量的时间戳已达到此最大延迟时间极限，则控制单元33中止控制操作。这可以意味着命令切换控制单元41将控制切换至本地功率振荡阻尼单元42，其为到回后备(或无)控制的切换。换言之，如果在此最大延迟时间极限之前未接收到足够的数据，则将要提供的广域控制视为不成功。然而，根据本发明，控制单元33确定是否满足第一控制条件。在这里可以通过将每组相量与相应的相量数目阈值相比较来确定此第一控制条件。此相量数目阈值可以指定相量的最小数目，并因此是指定必须从每个地理区域接收到的相量的最小数目的最小数目阈值。可以将其表示为《,min,i = 1，…，An。这是为了将同步和相量对准视为成功而至少需要从每个区域接收到的相量的最小数目。因此，当针对每个区域已接收到足够数目的相量 ,min时，即每个组中的相量的数目等于相应的相量数目阈值或在其之上，则控制单元33确定满足第一控制条件。在本发明的一个实施例中，控制单元33可以命令相量对准单元30以便在时间差在最大延迟时间以下时，一旦满足这些阈值，就转送第一和第二组相量。如果已经超过每个此类相量数目阈值，则相量对准单元因此将第一和第二组的相量发送到功率控制设备32，并继续前进至与随后的下一个时隙相对应的随后的相量组。由此可见，用《,min =1， i = l，…，An来获得最快且最可靠的系统(在避免到后备控制的切换方面)。因此，一旦针对每个区域获得了至少一个相量，则相量对准单元转送当前处理的时隙的相量并继续前进至下一个时隙。同样由此可见，用《,min= ,_，i = 1，…，An来获得在避免到后备控制的切换方面最慢且最不可靠的系统，即相量对准单元在继续前进之前等待直至已接收到对应于所有区域的所有相量。虽然降低了速度和可靠性，但可以通过稍后将描述的加权程序来改善数据的质量。在这里，丢弃未及时地接收到的数据。C,和《,min的选择是系统相关的，并且可以是可经由人机接口来设置的。自然地，可以针对不同的地理区域不同地设置相量数目阈值。还可以在同步程序中引入第三参数，即d <tZy。根据本实施例，控制单元33确定第二控制条件，这是通过比较各组中相量的生成时间与当前时间之间的时间差且一旦此时间差等于延迟时间极限、则确定满足第二条件来完成的。这里，控制单元33可以将两个控制条件组合并命令相量对准单元30以在满足两者时转送其结果。这意味着控制单元33 可以等待直至时间延迟等于^ 。如果这时nXin,i = 1，…，An，即用于每个区域的接收相量的数目是足够的，则命令相量对准单元30转送第一和第二组中的相量。如果对于某个区域而言n, <n,min ,则该过程将等待直至对应于该区域的足够数目的相量已到达，并且然后将数据发送到功率控制设备32，或者=tZy，在这种情况下，发起到后备控制的切换。这种方法将如前述实施例一样可靠(对于同一组n,min, i = 1，…，An而言)。然而，其通常将不会如此快，因为引入了保持时间。另一方面，通常可以改善数据的质量，因为大多数时间存在对附加相量到达的等待。时间延迟的变化也将减小并因此使得更容易进行补偿。在已经以上述方式之一控制相量对准单元30之后，其将第一和第二组中的相量提供给差形成单元34。此单元或链中的稍后的单元(例如组合单元)在其接收到第一和第二组的对准相量之前都不能操作。这意味着差形成单元和链中的稍后的单元(包括组合单元)的操作是通过上述控制来启用的，即当满足了第一且可能还有第二控制条件时。相量对准单元30然后针对来自第一和第二组测量单元的后续相量组以相同的方式继续操作。根据本发明的第一实施例，相量对准单元30将第一和第二组相量提供给差形成单元34。此单元34因此从第一组测量单元10、12和14接收第一组相量P1、P2和P3，并从第二组测量单元16和18接收第二组相量P4和P5，其在这里已被相互对准。其后，差形成单元34基于源自于第一和第二组的相量中的相量数据来形成至少一个差信号。在本第一实施例中，此相量数据是已经测量的相量。因此，差形成单元在这里根据相量源组合形成第一和第二组中的相量之间的多个差信号。在本第一实施例中，其根据所选相量源组合以第一和第二组相量的角之间的角度差的形式形成差信号，步骤47。其因此形成第一组中的第一相量Pl与第二组中的第四相量P4之间的第一角度差值D1、第一组中的第一相量Pl与第二组中的第五相量P5之间的第二角度差值D2、第一组中的第二相量P2与第二组中的第四相量P4之间的第三角度差值D3、第一组中的第二相量P2与第二组中的第五相量P5之间的第四角度差值D4、第一组中的第三相量P3与第二组中的第四相量P4之间的第五角度差值 D5、和最后的第一组中的第三相量P3与第二组中的第五相量P5之间的第六角度差值D6。这些差信号(在本实施例中其为角度差值D1、D2、D3、D4、D5和D6)随后被提供给相位调整单元36，其继续进行并将相量数据的相位调整至基准相位。在本实施例中，这意味着相位调整单元36根据分配给相应位置组合的相位差来调整用于相量源组合的差信号的相位。在本第一实施例中，其因此根据分配给相应位置组合的相位差来调整角度差值，步骤 48。这意味着对于以上给出的示例而言，以相位α 使第一差信号Dl移位，其为零且因此不涉及移位，以相位α 2使第二差信号D2移位，以相位α 3使第三差信号D3移位，以相位 α 4使第四差信号D4移位，以相位α 5使第五差信号D5移位，并以相位α 6使第六差信号移位。因此，如果在此类测量信号的每个相量之间存在相位差，则可以使用相位调整单元来向每个信号提供适当的相位补偿以使角度差对准，使得在稍后的处理步骤中可以没有相位相反或振幅减小。可以以超前滞后补偿器或用来使差信号的相位对准的任何其它类型来实现相位调整单元，使得所有角度差被对准。然后从相位调整单元36向组合单元38提供构成相量数据的经相位调整的差信号，组合单元38将源自于第一组的相量和第二组的相量中的相量数据组合以便提供基于所述至少一个差信号和所述组合相量数据的公共信号。在本实施例中，源自于第一组的相量和第二组中的相量的相量数据是差信号。因此这意味着组合单元将差信号组合以便获得公共信号，该公共信号在本第一实施例中是公共角度值，步骤49，并且其后将公共信号提供给广域功率振荡阻尼单元40作为供在相对于第一和第二地理区域中的区域间振荡阻尼中使用的公共信号。其后，广域功率振荡阻尼单元40基于公共信号来执行区域间振荡阻尼， 步骤50。所述组合可以是相量数据的加权平均，该相量数据在本第一实施例中是差信号 Dl-DB0图4示出在这方面可以使用的组合单元的方框示意图。在这里，存在六个放大器， 每个被布置为将具有相应权值Wl、W2、W3、W4、W5和W6的接收到的差信号Dl、D2、D3、D4、D5 和D6放大。然后将这些放大器并联地连接到加和单元，加和单元又将这样加权的差信号加和。最后，将和信号提供给除法单元，其被布置为将和信号除以权值W1、W2、W3、W4、W5和W6的和以便获得公共信号。这样，可以提供基于至少一个差信号和组合相量数据的公共信号，其考虑在两个地理区域中测量的多个相量之间的差，这增加了控制的稳健性。因此，加权和保证能够消除干扰期间的相量角中的单独相位跳跃。由相位调整单元执行的相位调整此外保证一个区域中的相量在被通过以代数方式加和来组合的情况下不减小公共信号的幅值。其还允许来自一组的一个或多个信号的丢失或遗漏并仍向功率振荡阻尼单元提供有效公共信号作为输入。这里，因此可能的是如果一组相量中的一个相量由于控制条件而被丢弃，则可以从组合省略此相量。相量对准单元可以为组合单元提供标志以指示遗漏了哪些涉及特定时间点的测量值。在接收到标志时，组合单元将把对应于那些相量的权值设置为零，使得用其余的可用相量，功率振荡阻尼单元能够执行其任务。这还可以对正在进行的相量调整有影响。例如相对于用于第三和第四地理区域的模式M2，还可以针对其它操作模式以类似方式来操作功率控制设备。可以以许多方式来改变功率控制设备。例如可以切换差形成单元和组合单元的位置。在图5中示意性地示出了根据此类变体的功率控制设备。这里，相量对准单元30 被连接到相位调整单元。在这里，相位调整单元包括两个相位调整元件36A和36B，其中，调整元件36A从第一地理区域接收相量P1、P2和P3，而第二相位调整元件36B从第二地理区域接收相量P4和P5。并且，组合单元在这里包括两个组合元件38A和38B，其每个可以根据图4所示的原理来实现。在这里，第一组合元件38A被连接到第一相位调整元件36A，而第二组合元件被连接到第二相位调整元件36B。然后将两个组合元件并联地连接到差形成单元34'，差形成单元34'又被连接到广域功率振荡阻尼单元40。如果在本发明的本变体中，从每个地理区域接收到不止一个相量且其在相位上未被适当地对准(即，如果该区域中的所有可用相量具有相同的振荡频率但相互之间并不同相)，则首先将每个区域中的角度从相量对准单元30传递至相应的相位调整元件36A和36B，其能够对相应的一组中的所有相量的相位进行相互调整或调整至基准相位。从相位调整单元，经相位调整的一组相量随后被传递至相应的组合元件38A和38B，每个组合元件38A和38B提供相应组的已调整相量角的平均加权和。然后将两个组的平均加权和发送至差形成单元34'，其形成两个组合相量之间的差相量，该差相量随后被作为组合信号提供给广域功率振荡阻尼单元40。相位补偿保证一个区域中的相量(如果其被以代数方式加和)不减小结果产生的信号的幅值。 其还允许来自一组的一个或多个信号的丢失或遗漏，同时仍向功率振荡阻尼单元提供有效平均信号作为输入。加权和保证能够消除干扰期间的角信号中的单独相位跳跃。并且，如果一个或多个相量在指定等待标准内未到达，则通过使相应遗漏相量角的适当权值为零， 使用其余可用相量来生成用于功率振荡阻尼单元的公共信号。在这里，还可以去除相位调整单元。这在第一实施例中也是可能的。广域功率振荡阻尼单元、相位和调整单元不是功率控制设备的一部分是可能的。 其示例在图6中示出，图6在其它方面与图1类似。在本发明的此型式中，将由功率控制设备32被连接到的广域功率振荡设备40来提供到本地后备控制的切换。还应认识到可以去除差形成单元和组合单元。在其最简单型式中，功率控制设备因此仅包括相位对准单元和控制单元。并且，可以将时钟观提供为外部实体。在图7中示出根据本发明的第三实施例的功率控制设备的另一变体。本图包括与在图1中相同的单元。然而，在这里，功率控制设备32与为致动器103提供的通用功率控制系统101分离。因此，功率控制设备32提供有一个时钟观，而通用功率控制系统101提供有第二时钟104、有利地还有GPS时钟。与图1所示的第一实施例的主要差别是在不同的计算机中实现功率控制设备32和通用功率控制系统101，其分离一定的距离，该距离可以是任意的且相当大的。因此，广域功率振荡阻尼单元40在这里通过通信网络来发送控制信号，优选地用与对应于已处理相量的测量时间的时间有关的时间戳。通用功率控制系统 101的时钟104在这里用来在控制信号到达通用功率控制系统101时再次对控制信号加时间戳。基于这些时间戳，然后能够估计时间延迟。如果时间延迟过大，则切换单元41执行到后备本地功率振荡阻尼42的切换。控制单元可以使得能够根据上述控制策略的任何组合来形成公共信号，然而正常地始终包括第一控制条件。本发明具有许多优点。功率振荡阻尼相对于改变系统配置是不敏感的。由于公共信号是基于不止一个相量，所以阻尼控制对改变系统配置不那么敏感。广域功率振荡阻尼单元针对信号丢失和不期望的信号延迟也是有弹性的。如果一个或多个相量在时间上被延迟超过可容许极限，则其余可用相量将被同步并由相量对准单元发送，其指示一个或多个信号的丢失。换言之，如果一组相量中的一个相量未及时地到达相量对准单元，则差形成单元将基于其具有的相量继续形成差信号，并且，组合单元将相量数据与被设置为等于零的遗漏相量数据相对应的权值组合。相量对准单元在这里被配置为使测量信号对准，使得在其中的某些被遗漏的情况下不降低有效性。本发明还提供了针对在任何时刻的信号的不可用测量、延迟或丢失的冗余。由相位调整单元提供的相位调整保证在被组合的信号之间不存在相位相反。这样，加权和提供比任何一个差更好的幅值。本发明因此改善了利用冗余测量值的稳健性。本发明允许获得对由相量对准单元引起的延迟的减少的显著贡献。然而，不能完全消除电力网控制器的反馈环路中的时间延迟。第一和第二实施例中的功率控制设备的前述单元通常是此类反馈环路的一部分。因此根据某些实施例的本发明能够用来去除这些延迟中的某些，因为根据控制省略迟到的相量。然而，可以补偿某些其它延迟。在这方面，在不需要修改其结构的情况下，能够高效地使用充当广域功率振荡阻尼单元的已知控制器。为了补偿时间延迟，依照本发明的以下变体来适当地调整控制器参数。通常，电力网利用所谓的超前滞后控制器来改善不期望的频率响应。此类控制器在任何给定时间点充当超前控制器或滞后控制器。在两种情况下，将极-零点对引入到开环传递函数中。可以在拉普拉斯域中将传递函数写为Y = s-zX s-p其中，X是到控制器的输入，Y是输出，s是复拉普拉斯变换变量，ζ是零频率且P 是极点频率。极点和零点两者通常都是负的。在超前控制器中，极点在复数平面中的零点的左侧，|z| < |p|，而在滞后控制器中，|z| > IPU超前滞后控制器由与滞后控制器级联的超前控制器组成。可以将总传递函数写为Y = (S-Z1) (s~zjX (S-P1)(S-P2)通常Ip1I > Z1 > Z2 > |p2|，其中， 和？1是超前控制器的零点和极点，并且 ^和P2是滞后控制器的零点和极点。超前控制器在高频下提供相位超前。这使极点向左移位，这增强系统的响应性和稳定性。滞后控制器在低频下提供相位滞后，这减少稳态误差。极点和零点的精确位置取决于闭环响应的期望特性和正在被控制的系统的特性二者。然而，滞后控制器的极点和零点应紧密地在一起，以免引起极点向右移位，这可能导致不稳定性或缓慢收敛。由于其目的是影响低频性质，所以其应在原点附近。R. Sadikovic 等人在 proceedings of the Power Tech conference 2005,6 月 27 日-30 日，St. Petersburg RU 中的论文“Application of FACTS Devices for Damping of Power System Oscillations”(其公开被出于一切目的通过引用结合到本文中)提出了改变操作条件的情况下的适当反馈信号的选择和功率振荡阻尼(POD)单元或控制器的参数的后续自适应调谐。其是基于线性化系统模型，其传递函数G(s)正在被扩展至N个残数 (residue)的禾口
N RG(s) = J^-—^—
tO-A)N个本征值λ i对应于系统的N个振荡模式，而用于特定模式的残数氏提供该模式的本征值对系统的输出和输入之间的反馈的敏感性。应注意的是，在复数分析中，“残数”是复数，其描述数学奇异点周围的亚纯函数的线积分的性质。残数可以用来同样地计算实积分，并允许经由残数定理来确定更复杂的路径积分。每个残数表示模态可观察性和可控制性的乘积。图8A提供了由广域功率振荡阻尼单元40引起以便实所选/临界模式k的期望移位Xk= ak+j. 0^的8面内相位补偿角φ。的图形说明，其中，ak是模态阻尼且、是模态频率。获得结果相位补偿角Φ。作为分别对+ η和-η的补充，对于所有部分角的和而言，从用于模式Xk、输入I和输出j的复残数开始在频率下获得的贡献是Rei^i Uk)， 全部采用(低通和高通)前置滤波器。Φκ是残数的角且ΦF是由前置滤波器引起的相移。图8Α还以图形方式举例说明用于功率振荡阻尼单元以便实现感兴趣模式k的期望移位Xk= a k+j. cok的s平面中的极移，其中，a k是模态阻尼且cok是模态频率。获得结果相位补偿角Φ。作为分别对+ η和-η的补充，对于所有部分角的和而言，从用于模式入k、输入i和输出j的复残数开始在频率ω k下获得的贡献是Resji (Ak),全部采用(低通和高通)前置滤波器。Φκ是残数的角且ΦF是由前置滤波器引起的相移。ΦΜ是表示频率 k下的时间延迟Td的相移。用以下方式来确定控制器的调整。参考图8Β，用振荡点线来表示公共信号。为了简单起见，示出了无阻尼正弦波。公共信号从振荡信号进行相移，用实线来表示。该信号与反馈信号之间的相移是(《k.Td)，其中，《&是正在被阻尼的模式的频率且Td是时间延迟。 因此，可以将时间延迟描述为感兴趣振荡频率下的相移。在图8B中可以看到时间延迟对应于主频率ω下的滞后60°。由残数phi来计算相关修改补偿角。在本示例中，phi是 80°。将用于补偿相移的修改补偿角的四个解决方案描述为滞后至+1、滞后至-1、超前至 +1、超前至-1。参考图8B，分别用表示为A、B、C、D的波上的四个点来以图形方式举例说明四个解决方案。在本示例中，可以将实际值分别看做-280°、-100°、80° ,260°。
本发明的控制器参数调整中的下一步骤使用尼奎斯特图。尼奎斯特图在自动控制和信号处理中被用于评估具有反馈的系统的稳定性。其用其中对频率响应的增益和相位进行绘图的图表来表示。这些相量的图示将相位和幅值示为与原点的距离和角度。尼奎斯特稳定度标准通过检验开环系统的尼奎斯特图(即，同一系统包括设计的控制器，虽然没有使反馈环路闭合)来提供用于闭环控制系统的稳定度的简单测试。在本发明的本变体中，在四个尼奎斯特图上对四个解决方案进行绘图以便能够容易地确定最佳解决方案。图 9A-9D示出四个此类控制解决方案的示例。在图9A和9D中，控制解决方案是不稳定的，因为图的路线环绕稳定度点_1，0。图 9B示出了基于远程反馈信号的第一稳定控制解决方案的尼奎斯特图。实轴附近的黑点52 表示增益稳定裕度且单位圆上的黑点M指示相位稳定裕度。图的路线形成清楚的环路，其显示控制系统将具有相对高的稳定裕度。图9C示出图8A和8B中的示例的第二稳定控制解决方案的尼奎斯特图。实轴附近的黑点56表示增益稳定裕度。相位稳定裕度在这种情况下是无限的，因为不存在与单位圆的交点。图的路线形成清楚的环路，其显示控制系统也将具有相对高的稳定裕度。零点周围的点划线表示单位圆。比较用于四个解决方案的尼奎斯特图以便确定用于控制系统的具有最高稳定度的单个解决方案。应注意的是全部的四个解决方案补偿同一模式，并且其被设计为实现s 平面中的临界振荡模式的相同本征值/极移。然而，由于控制器的本征动态性，每个结果得到的闭环解决方案具有完全不同的性质，其在图9A-9D所示的尼奎斯特图中是可见的。因此，对于每个解决方案而言对闭环系统表现的影响可以是不同的，并且可以清楚地识别用于控制系统的具有最高稳定度的单个解决方案。然而，如果利用尼奎斯特图，没有一个解决方案能够被识别为最佳解决方案，则继续分析中的第二阶段。在此第二阶段中，构造每个解决方案的波特图。波特图是波特幅值图在波特相位图上的组合。波特幅值图是对数幅值对比频率的图表，用对数(log)-频率轴来绘制，以示出线性时不变系统的传递函数或频率响应。通常将波特图的幅值轴表示为分贝，即，幅值增益的常用对数的20倍。在幅值增益是对数的情况下，波特图使幅值的乘法成为在图表上添加距离的简单事(以分贝为单位)，因为log(a，b) = log(a) + (b)。波特相位图是相位对比频率的图表，同样在对数-频率轴上绘制，通常与幅值图相结合地使用，以评估频率有多少将被相移。例如，可以使由Asin (ω t) 描述的信号衰减，并且进行相移。如果系统使其衰减了因数χ并使其相移了 -Φ，则从系统出来的信号将是(Α/χ) η(οη-Φ)。相移Φ通常是频率的函数。还可以从图形值直接添加相位，这是当将相位看做复增益的复对数的虚部时在数学上很清楚的事实。因此，在图10A-10D中示出了用于四个解决方案的波特图并进行比较以便确定具有最优选增益特性的单个解决方案。图IOA示出基于远程反馈信号的第一控制解决方案的波特图。能够观察到高频下的衰退增益。图IOB示出基于远程反馈信号的第二控制解决方案的波特图，并且能够观察到高频下的高增益。因此，对于每个解决方案而言，由测量噪声和/或与其它模式的交互引起的对闭环系统行为的影响将是不同的，并且可以清楚地识别具有最优选增益特性的单个解决方案。然而，如果利用设计控制器的波特图，没有一个解决方案能够被识别为最佳解决方案，则继续分析中的第三阶段。在此第三阶段中，可以构造控制解决方案的复频域图表。在此类复频域图表中，χCN 102549870 A
轴表示s的实部，其为绝对模态阻尼，并且y轴表示s的虚部，其为以每秒弧度为单位的模态频率。s平面变换被公知为拉普拉斯变换，因此，在s平面中，乘以s具有相应时域中的微分的效果，并且除以s具有积分的效果。s平面上的每个点表示本征值或传递函数极点。参考图8A，举例说明了控制解决方案。表示为十字表示没有任何阻尼控制器的情况，并且表示为xk,des的十字示出由所选控制器或功率振荡阻尼单元引起的阻尼中的改善，因为本征值位置的变化是朝向S平面的左半边。对于技术人员来说显而易见的是在大多数情况下，其中在四个尼奎斯特图上对四个解决方案进行绘图的分析的第一阶段将适用于辨别哪个是最佳解决方案。在这种情况下，不执行第二和第三阶段。然而，如果尼奎斯特图的比较未显示出单个最佳解决方案，则可以继续第二阶段。例如，如果四个解决方案之中的三个示出同样可接受的解决方案，则构造并分析仅用于那三个解决方案的获得的控制器的波特图。此外，如果波特图的比较未显示出单个最佳解决方案，则可以继续第三阶段。例如，如果三个被比较解决方案中的两个显示出同样可接受的解决方案，则仅在s平面中构造那两个解决方案的复频域图表，并分析本征值的位置。这使得能够确定单个最佳解决方案。一旦已经确定了用于补偿角的单个最佳解决方案，则能够对相移(表示时间延迟)进行修正。结果，闭环控制提供与其中在反馈环路中不存在时间延迟的系统类似的性能。总而言之，当在操作中时，功率震荡阻尼单元执行以下方法步骤。在第一步骤中， 获得四个参数要阻尼的振荡模式的频率《k、由前置滤波器引起的相移ΦΡ、由残数角引起的相移Φκ以及控制环路中的时间延迟Td。在第二步骤中，用以下方式来计算考虑由时间延迟引起的效应的总补偿角Φ。ΦΤ(1 = rem (cok. Td，2 π )φ = φ F+ φ Ε- φ TdΦε = γθι (Φ ,2 π )其中，rem(x，y)是除法x/y之后的余数。在第三步骤中，在提出的控制器设计程序中计算四个可能的补偿角(表示为解决方案A、B、C和D的相对于正和负反馈两者的超前和滞后解决方案)。根据第四步骤，使用超前滞后方法相量控制器由四个补偿角来设计四个潜在控制器。在第五步骤中，针对四个解决方案中的每一个评估闭环稳定度和稳定裕度。通过使用例如尼奎斯特图来选择具有最高稳定裕度的(多个)控制器。在第六步骤中，可以将此选择与控制器本身的动态表现的评估组合。根据其与其它模式或控制器的可能交互来选择在高频范围内具有衰退增益(滞后)或在低频范围内具有衰退增益(超前)的潜在控制器解决方案。这通过创建增益特性的图、例如波特图来确定。在最后步骤中，选择具有最高稳定裕度的潜在控制器解决方案。通过根据预定时间段内的测量数据(由此数据创建模型)或根据现有电力系统模型进行的电力系统反复分析来获得用于方法步骤的此序列的原始输入数据，并对此模型执行上述程序。即，要执行的第一动作包括获得参数《k、φρ> (^和丁(1。在程序结束时，选择最佳补偿角，并通过调整超前滞后控制器的参数来将此最佳补偿角应用于反馈信号。图11示出实现上述功率控制变化并被连接到时钟观且与本地功率振荡阻尼单元42并联至切换单元41的广域功率振荡阻尼单元40的方框示意图。广域功率振荡阻尼单元 40是一个反馈环路，而本地功率振荡阻尼单元42提供另一反馈环路，其中，两个环路都是为功率振荡阻尼(POD)提供的，其与机电振荡的阻尼相同。顶部的本地反馈环路42对应于标准配置，其中，输入信号是本地测量的量，例如本地输电线路上的功率流量或本地导出的频率。在底部处，指示了由根据本发明的变体的广域功率振荡阻尼单元40提供的广域反馈环路。此环路接收公共信号58。然后用其所基于的相应相量的生成时间对此值加时间戳。 在到达广域功率振荡阻尼单元时再次对公共信号加时间戳60。估计最新接收到的公共信号的年龄(age)并估计时间延迟的移动平均值62。将公共信号和时间延迟的移动平均值传送至POD单元64，使得建立适当的控制信号。然而，如果最近接收到的公共信号的年龄太老， 则执行基于本地测量的到常规本地功率振荡阻尼环路42的切换41。总而言之，由控制系统确定的时间延迟的大小导致以下后果中的一个 振荡信号周期的约10%或以下的时间延迟意味着控制系统继续进行控制算法， 如同不存在时间延迟一样。 相当大、但小于振荡信号周期的100%的时间延迟意味着控制系统继续进行补偿时间延迟的控制算法。 振荡信号周期的100%或以上的时间延迟导致控制算法的取消以保证避免对电力系统的不利影响。重要的是，控制系统最初确定41将远程测量用于控制还是仅标准本地POD建立 42。此外，本发明的控制系统可以故意使测量结果延迟至预定的较大时间延迟。可以有利地连同包括计算机程序代码的内部存储器一起以处理器的形式提供根据本发明的过程控制设备，其在被处理器操作时执行上述过程控制设备功能。对于技术人员来说显而易见的是本发明的控制器可以是硬接线的或被实现为计算机程序。在上文给出的示例中，将差信号的形成和组合描述为对角度执行。应认识到可以替代地在整个相量上、即通过还考虑幅值来使用相同的原理。还应认识到可以从功率控制设备省略相位调整单元。在其最简单形式中，设备可以仅包括相位差形成单元和组合单元， 其随后将与实现相量对准单元和功率振荡阻尼单元的其它设备通信。在一个变体中，可以在广域监视和控制平台上运行过程控制设备。在另一优选实施例中，可以在PMU上运行本发明的功率控制设备。在另一实施例中，可以在FACTS设备、具体地用于FACTS设备的低级功率电子控制平台上或替换地在诸如AVR或直接负载调制器的快速作用设备上运行本发明的功率控制设备。技术人员将认识到可以将此类加时间戳的相量数据和关联的计算的补偿控制器参数存储在控制器的存储器中。当由控制器来确定实际的时间延迟时，则可能的是已经计算了关联补偿控制器参数且只须从存储器检索，从而使控制器中的处理最小化。虽然本发明的变体的前述说明描述了一种在功率振荡阻尼控制的领域中进行时间延迟补偿的系统，但技术人员将认识到可以设想其它实施例。具体地，用于远程电压控制的控制方案和/或用于避免失去同步的控制方案。
权利要求
1.一种用于提供输电系统的改善控制的方法，该输电系统具有在第一地理区域(A_l) 中且提供第一组在线測量相量的第一组测量単元(10，12，14)和在第二地理区域(A_2)中并提供第二组在线測量相量的第二组测量単元(16，18)，其中，第一和第二组测量単元每个包括至少两个测量单元，并且第一和第二组中的相量是在相同时刻生成的，该方法包括步骤从第一组测量单元获得第一组相量并从第二组测量单元获得第二组相量，使第一和第二组相量在时间上相互对准G4)，将每组相量与相应的相量数目阈值相比较G5)，如果已经超过每个此类相量数目阈值，则确定0 满足第一控制条件，以及如果至少满足了所述第一控制条件，则启用G6)公共信号的提供，其中，此公共信号是基于获得的第一和第二组中的相量，并且被提供用于在相对于第一和第二地理区域中的区域间振荡阻尼中使用。
2.根据权利要求1所述的方法，其中，一旦满足第一控制条件，就执行启用公共信号的提供的步骤。
3.根据权利要求1或2所述的方法，还包括比较各组中的相量的生成时间与当前时间之间的时间差且一旦此时间差等于延迟时间极限就确定满足第二控制条件的步骤。
4.根据权利要求3所述的方法，其中，一旦也满足第二控制条件，就执行启用公共信号的提供的步骤。
5.根据任何前述权利要求所述的方法，还包括比较各组中的相量的生成时间与当前时间之间的时间差且如果此时间差等于最大延迟时间极限则禁用公共信号的提供的步骤。
6.根据权利要求3-5中的任一项所述的方法，其中，使用辅助全球定位系统来获得当前时间。
7.根据任何前述权利要求所述的方法，还包括步骤通过基于源自于第一和第二组的相量的相量数据来形成G7)至少ー个差信号并组合G9)源自于第一组的相量和第二组的相量的相量数据来提供公共信号。
8.根据权利要求7所述的方法，其中，組合的步骤包括提供相量数据的加权平均。
9.根据权利要求7或8所述的方法，其中，組合的步骤包括将来自第一组中的相量的相量数据组合以便形成第一組合信号并将来自第二组中的相量的相量数据组合以便形成第 ニ組合信号，形成至少ー个差信号的步骤包括基于第一和第二組合信号来形成差信号，其中，公共信号是所述差信号。
10.根据权利要求7或8所述的方法，其中，形成至少ー个差信号的步骤包括形成第一和第二组的相量之间的差信号的步骤且組合的步骤包括将差信号組合。
11.根据任何前述权利要求所述的方法，还包括将相量数据的相位调整G8)至基准相位的步骤。
12.根据任何前述权利要求所述的方法，其中，第一和第二组中的测量单元被放置在通过对离线测量相量进行的预先执行残数分析从具有在残数幅值阈值之上的残数幅值的这些位置中选择的位置处。
13.根据权利要求12所述的方法，其中，将与地理区域中的相应预先执行残数分析具有最高幅值的位置相关联的相量表示为主相量，该位置被分配基准相位。
14.根据任何前述权利要求所述的方法，还包括基于公共信号来执行(50)广域振荡阻尼的步骤。
15.一种用于提供输电系统的改善控制的功率控制设备(32)，所述系统具有在第一地理区域(A_l)中且提供第一组在线测量相量的第一组测量单元(10，12，14)和在第二地理区域(AJ)中并提供第二组在线测量相量的第二组测量单元(16，18)，其中，第一和第二组测量单元每个包括至少两个测量单元，并且第一和第二组中的相量是在相同时刻生成的， 所述功率控制设备被配置为从第一组测量单元获得第一组相量并从第二组测量单元获得第二组相量，该设备还包括相量对准单元(30)，其被配置为使得第一和第二组相量在时间上相互对准，以及控制单元(3 ，其被配置为将每组相量与相应的相量数目阈值相比较，如果已超过每个此类相量数目阈值，则确定满足第一控制条件，并且如果至少满足了所述第一控制条件， 则启用公共信号的提供，其中，此公共信号是基于第一和第二组中的所述获得相量，并且提供用于在相对于第一和第二地理区域中的区域间振荡阻尼中使用。
16.根据权利要求15所述的设备，其中，所述控制单元被配置为一旦满足第一控制条件，就启用公共信号的提供。
17.根据权利要求15或16所述的设备，其中，所述控制单元还被配置为比较各组中的相量的生成时间与当前时间之间的时间差，并且一旦此时间差等于延迟时间极限，则确定满足第二控制条件。
18.根据权利要求19所述的设备，所述控制单元被配置为一旦满足第一和第二控制条件，就启用公共信号的提供。
19.根据权利要求15-18中的任一项所述的设备，其中，所述控制单元被配置为比较各组中的相量的生成时间与当前时间之间的时间差，并且如果此时间差等于最大延迟时间极限，则禁用公共信号的提供。
20.根据权利要求15-19中的任一项所述的设备，还包括差形成单元(34；34’)和组合单元(38 ；38A，38B)，差形成单元(34 ；34')被配置为基于源自于第一和第二组的相量的相量数据来形成至少一个差信号，并且组合单元(38;38A，38B)被配置为将源自于第一组的相量和第二组的相量的相量数据组合以便提供所述组合信号。
21.根据权利要求20所述的设备，其中，所述组合单元被配置为提供相量数据的加权平均。
22.根据权利要求20或21所述的设备，其中，所述组合单元被布置为将来自第一组中的相量的相量数据组合以便形成第一组合信号并将来自第二组中的相量的相量数据组合以便形成第二组合信号，而所述差形成单元被布置为基于第一和第二差信号来形成差信号，其中，公共信号是所述差信号。
23.根据权利要求20或21所述的设备，其中，所述差形成单元被配置为形成第一和第二组的相量之间的差信号，并且所述组合单元被配置为将差信号组合。
24.根据权利要求20-23中的任一项所述的设备，还包括相位调整单元(36)，其被配置为将被组合的相量数据的相位调整至基准相位。
25.根据权利要求15-24中的任一项所述的设备，还包括被配置为基于公共信号来执行区域间振荡阻尼的广域功率振荡阻尼单元GO)。
26. 一种用于提供输电系统的改善控制的计算机程序，所述输电系统具有在第一地理区域(A_l)中且提供第一组在线测量相量的第一组测量单元(10，12，14)和在第二地理区域(AJ)中并提供第二组在线测量相量的第二组测量单元(16，18)，其中，第一和第二组测量单元每个包括至少两个测量单元，并且第一和第二组中的相量是在相同时刻生成的，所述计算机程序可加载到功率控制设备的内部存储器中并包括计算机程序代码装置以使得功率控制设备在所述程序被加载在所述内部存储器中时，获得在时间上相互对准的来自第一组测量单元的第一组相量和来自第二组测量单元的第二组相量，使第一和第二组相量在时间上相互对准， 将每组相量与相应的相量数目阈值相比较，如果已经超过每个此类相量数目阈值，则确定满足第一控制条件，以及如果至少满足所述至少所述第一控制条件，则基于第一和第二组中的所述获得相量来启用公共信号的提供，其中，此公共信号被提供用于在相对于第一和第二地理区域中的区域间振荡阻尼中使用。
全文摘要
本发明提供了输电系统的改善的控制，所述输电系统具有在第一地理区域(A_1)中的提供第一组相量的第一组测量单元(10，12，14)和在第二地理区域(A_2)中的提供第二组相量的第二组测量单元(16，18)，其中，各组中的相量是在相同时刻生成的。在此系统中，功率控制设备(32)包括使第一和第二组相量在时间上对准的相量对准单元(30)和控制单元(33)，控制单元(33)将每组相量与相应的相量数目阈值相比较，如果已经超过每个相量数目阈值，则确定满足第一控制条件，并且如果满足了第一控制条件，则启用公共信号的提供。公共信号是基于第一和第二组中的获得的相量。
文档编号H02J3/24GK102549870SQ200980159820
公开日2012年7月4日 申请日期2009年6月11日 优先权日2009年6月11日
发明者B·伯格尔恩, P·科尔巴, R·马叙姆德, S·雷 申请人:Abb研究有限公司