电功率网络的控制的制作方法
本发明涉及一种与易于导致电功率网络或者电功率网络的部分内的发电或负载的进一步损失或过量的诸如传输线、发电机或负载的丢失的突发事件有关地控制电功率网络的方法。本发明还涉及用于与易于导致电功率网络或者电功率网络的部分内的发电或负载的进一步丢失或过量的突发事件有关地控制电功率网络的设备。本发明还涉及一种配置用于与易于导致电功率网络或者电功率网络的部分内的发电或负载的进一步丢失或过量的突发事件有关地控制的电功率网络。
背景技术：
电功率网络因稳定性问题而易遭受级联断电和停电的影响。大型广泛地理分布的电功率网络在某些情况下能够更易遭受稳定性问题，但是应当领会，问题能够在更适度规模的电功率网络中发生。此外，再生发电的不断增加使用降低电功率网络内的惯性（inertia），并且由此增加对断电和停电的易感性。
人们早就知道使用分布式控制方式来减轻稳定性问题的结果。这类分布式控制方式涉及与本地测量有关的本地控制、例如调节器频率响应和频率下甩负载。但是，这类分布式控制方式变得过慢而无法对电功率网络扰动起反应或者它们不相称地起反应。本地分布式控制涉及通过设置区分本地效应和影响更广电功率网络的事件的阈值的固有延迟。此外，这类分布式控制方式常常不能进行操作以便有助于快速动作控制设备、例如最近开发的功率电子器件。
还知道使用系统完整性保护方案(sips)来减轻稳定性问题的结果。sips包括一系列保护方案，其操作以便与网络故障有关地发起被控发电和负载跳闸(其否则将会导致诸如同步性丢失、级联断电和停电)中的至少一个。sips可采取网络电路与发电机之间的比较简单联锁跳闸的形式，以考虑配置用于特定操作情形的事件的复杂逻辑组合。sips的执行识别为混合的。sips涉及与预编程意外事故有关地实行控制，而实际电功率网络扰动涉及事件和不确定动态响应的复杂序列。因此，sips在某些情况下易于不正确地响应扰动，并且由此允许更大问题形成。sips配置成过度响应扰动，并且由此引起更大成本。此外，除了来自引起sips响应的初始事件的扰动之外，过度响应还使电功率网络遭遇来自sips响应的扰动。另外缺点是sips的集中性质。集中系统易受到单点失效。多个sips的部署可解决单点失效的问题。但是，在扰动期间多个sips之间的非预计交互不是未知的。
本发明人已领会对于电功率网络的控制的已知方式的上述缺点，其中本发明根据这种领会来设计。因此，本发明的目的是提供一种与易于导致电功率网络或者电功率网络的部分内的发电或负载的进一步丢失或过量的诸如传输线、发电机或负载的丢失的突发事件有关地控制电功率网络的改进方法。
本发明的另外目的是提供一种用于与易于导致电功率网络或者电功率网络的部分内的发电或负载的进一步丢失或过量的突发事件有关地控制电功率网络的改进设备。
本发明的还有另外目的是提供一种配置用于与易于导致电功率网络或者电功率网络的部分内的发电或负载的进一步丢失或过量的突发事件有关的控制的电功率网络。
技术实现要素：
按照本发明的第一方面，提供一种用于与易于导致发电或负载的进一步丢失或过量的突发事件有关地控制电功率网络的方法，电功率网络包括多个控制器，其中每个控制器配置成提供在电功率网络中的不同相应位置处连接到电功率网络的可控设备的控制，该方法包括：
确定易于导致电功率网络或者电功率网络的部分中的发电或负载的进一步丢失或过量的突发事件的发生；
在多个控制器的每个中接收多个基本上同步的量，多个量的每个对应于在电功率网络中的多个不同位置的相应位置处的频率和角度中的至少一个；以及
与所接收的多个量有关地生成来自每个控制器的控制输出，每个控制输出用于其相应可控设备的控制，每个控制器操作以便与任何其他控制器的操作无关地并且在持续的基础上与多个量的持续接收有关地生成控制输出。
按照本发明的方法，与易于导致发电或负载的进一步丢失或过量的突发事件有关地控制电功率网络。发电或负载的丢失或过量可导致上述种类、即断电和停电的问题，并且因此通过本发明的负载和发电的重新平衡期望避免这类问题以及更具体来说至少限制发电或负载的丢失，如果没有实质上防止这种丢失的话。突发事件可包括下列至少一个：发电机的丢失；负载的丢失；以及传输线丢失。这种突发事件易于导致发电或负载的进一步丢失或过量。按照本发明的突发事件通常涉及供应的连续性的丢失，并且可与没有涉及连续性的这种丢失而是涉及稳态控制的较慢事件(例如，负载/发电机平衡，有功功率控制，振荡、例如频率的振荡的稳定化)形成对照。
按照该方法的电功率网络包括多个控制器，其中每个控制器配置成提供用于在电功率网络中的不同相应位置处连接到电功率网络的可控设备的控制。电功率网络中的不同位置可以在电功率网络的不同相应区域中。本发明的上下文中的区域可包括发电和负载中的至少一个，其充分强地耦合(分隔是不可能的)。区域可通过传输边界相互分隔。
该方法包括确定突发事件(其可具有上述形式，并且其易于导致电功率网络或者电功率网络的部分中的发电或负载的进一步丢失或过量)的发生。在某些情况下，突发事件可涉及传输线丢失，其导致具有功率不平衡的区域过大而不能被将该区域与另一个区域相连接的传输通道所适应的区域。于是在多个控制器的每个中接收多个基本上同步的量，其中多个量对应于在电功率网络中的多个不同位置的相应位置处的频率和角度以及更具体来说是电压相位角中的至少一个。与频率对应的量可以是如以下更详细描述的频率的变化率。与角度对应的量可以是如以下更详细描述的从突发事件之前的角度的变化。更具体来说，多个量可对应于在电功率网络中的多个不同位置的每个处的频率和角度。所接收的量、例如与频率对应的量可基于另外的对应量的聚合。这种量可从聚合设备(其操作以聚合特定区域中的量)来接收。因此，接收聚合量的控制器可以能够考虑整个电功率网络的情况适当地响应包含它的特定区域中的情况。多个基本上同步的量的至少一个可进一步对应于频率和角度中的至少一个以及对应于电压相量、电流相量、有功功率和无功功率中的至少一个。作为替代或补充，多个基本上同步的量的至少一个还可包括下列至少一个：电压幅值、电流相位角和电流幅值。至少一个量可通过相量测量单元(pmu)来提供。量源于其中的电功率网络中的不同位置可以在电功率网络的不同相应区域中。更具体来说，量源于其中的至少一个位置可与电功率网络中的控制器的位置相同。因此，测量和控制可基本上在同一位置处进行。
该方法还包括与所接收的多个量有关地生成来自每个控制器的控制输出，其中每个控制输出用于其相应可控设备的控制。此外，每个控制器操作以便与任何其他控制器的操作无关地并且在持续的基础上与多个量的持续接收有关地生成控制输出。为了补充多个基本上同步的量最初在每个控制器中被接收，每个控制器可以是与任何其他控制器的操作无关地操作的。更具体来说，每个控制器可以操作以生成控制输出，而无需取决于从多个控制器的另一个控制器所接收的信号。因此，每个控制器可以是操作的，而无需与任何其他控制器的直接交互。然而，控制器可以是与从中央控制器所接收的信号有关地操作的。如本文其他部分所述，中央控制器可以操作以提供协调并且施加监控。更具体来说，该方法可包括在每个控制器中从中央控制器接收数据、例如配置数据。这个步骤可在确定突发事件的发生的步骤之前执行。作为替代或补充，这个步骤可在至少一个时机以及更具体来说在确定突发事件的发生的步骤之前执行。然而应当领会，控制输出由控制器与任何其他控制器的操作无关地生成，如以上与来自中央控制器的这种数据的接收无关地定义。更具体来说，确定突发事件的发生并且与所接收的多个量有关地生成控制输出的步骤在无需与任何其他控制器或中央控制器的通信的情况下执行。
尽管在控制器之间不存在直接交互，但是在控制器之间可例如通过对电功率网络(其可能已经受到一个或多个控制器的动作所影响)的条件的共同或相继响应而存在间接交互。作为另外示例，间接交互可借助于由控制器从中央控制器所接收的信号。为了补充每个控制器的独立操作，每个控制器操作以便在持续的基础上与多个量的持续接收有关地生成控制输出。因此，该方法可包括与正进行测量有关地提供另外的多个量，另外的多个量在每个控制器中接收。因此并且按照本发明，可存在多个反馈环路，其中控制器包含在每个反馈环路中。因此，每个控制器可以具有独立控制的能力，这因此可提供对突发事件的自适应、成比例和快速响应，所述能力一直是现有技术方式缺乏的。因此，该方法提供全网络响应和控制，同时允许个别控制器在自主的基础上进行响应。此外，按照本发明的方法的分布性质提供单点失效的适应的适当措施。另外，该方法允许该方法中涉及的跨设备的数据的降低流，由此响应时间可被减少。
确定易于导致电功率网络中的发电或负载的进一步丢失或过量的突发事件的发生的步骤可包括分析与电功率网络中的不同位置的每个处的频率和角度中的至少一个对应的多个量。确定突发事件的发生的步骤可优先于至少一个本地量与多个量(即，广域量)有关地执行，如下文所述。以这种方式依靠来自不同位置的多个量可提供广域突发事件的正确检测。此外，多个量用于突发事件发生确定提供迅速确定。这种方式、即多个量优先于至少一个本地量的使用在存在低惯性的情况下可以是特别有利的，例如可在存在电功率网络中包含的再生发电的情况下发生。但是，在没有多个量的情况下，确定可与至少一个本地量有关地进行。多个控制器的每个可自然而然地操作以确定突发事件的发生。
控制器可以操作以确定突发事件是否具有例如相对于频率的大于预定值的变化率。例如，对于英国和考虑变化率的地方，预定值可能为每秒0.2hz。更具体来说，控制器可以操作以应用移动窗口方式，由此考虑先前事件值。窗口可具有变化宽度以及更具体来说具有增加宽度。例如，窗口可具有初始宽度，然后宽度可增加，直至达到阈值宽度，并且此后可具有基本上恒定的宽度。
与多个量有关的操作可能是不切实际的或者甚至也许是不可能的。例如，通信可能丢失，由此例如相对于一个或多个测量位置的多个量无法在控制器中接收。作为另外的示例，可存在有益于向至少一个控制器传递多个量所要求的带宽的不充分有益效果。因此，操作可与至少一个本地量、例如频率而不是多个量有关。操作可相对于下列至少一个：确定突发事件的发生的步骤；以及生成来自控制器的控制输出。因此，该方法可包括确定多个量的至少一个是否在控制器处存在。作为替代或补充，该方法可包括确定多个量的至少一个是否反映从测量位置的所测量信号可用性的缺乏。例如，多个量中的一个可具有空值，其反应在测量位置处的测量的缺乏或者从测量位置传递测量的缺乏。作为替代或补充，该方法还可包括分析控制器中接收的多个量。更具体来说，该方法可包括确定操作与至少一个本地量(其与分析有关)有关。此外，该方法可包括改变控制器的配置，由此突发事件的发生的确定与至少一个本地信号有关。作为替代或补充，该方法可包括改变控制器的配置，由此控制信号与至少一个本地信号有关地生成。该方法可包括与相对于一个控制器、一些控制器或者甚至也许所有多个控制器的至少一个本地量有关的这种操作。可过滤本地量，以衰减噪声、扰动和振荡。这种过滤可引入延迟，由此与至少一个本地量有关的操作可比与多个量有关的操作要慢。
控制器可以操作以监测按照本发明进行操作的设备中的故障。通常，故障可通过大电压降和频率中的增加来反映。控制器可配置成检测这种故障。更具体来说，控制器可以配置成不与故障的检测有关地确定是否存在突发事件。在故障的检测之后，控制器可以操作以恢复确定在某个时间周期之后以及更具体来说在所设置时间周期之后是否存在突发事件。这种时间周期应当满足故障测量以便经过按照本发明进行操作的设备正确传播并且满足加速设备减速。时间周期例如可设置在20ms与40ms之间。作为替代或补充，可改变时间周期。时间周期可取决于所确定的故障特性。
控制器可以操作以便除了所接收的多个量之外还与至少一个本地量有关地生成控制输出，本地量对应于与控制器相同的位置处的频率。至少一个本地量还可对应于与控制器相同的位置处的电压相量和电流相量中的至少一个。控制器可配置成与所接收的多个量和至少一个本地量有关地提供控制输出。
控制器可配置成与控制器本地的资源、例如发电的最大可用功率以及来自包括该控制器的区域的最大可用功率的比例有关地生成控制输出。因此，按照本发明的设备可包括中央控制器，其配置成这样向控制器传送数据。中央控制器还可配置成从控制器接收数据，并且也许还在数据被传送给控制器之前对所接收数据执行计算。控制器可配置成考虑电功率网络中包含的多个区域的每个的响应能力。这种区域数据可在中央控制器中接收以供在其上的计算。作为替代或补充，控制器可配置成考虑电功率网络的操作要求。情况可随时间例如相对于最大发电单元的身份或者估计惯性而变化。因此，控制器可配置成在持续的基础上考虑响应能力和操作要求等。作为替代或补充，控制器可配置成与从事件前状态的区域角或者与其对应的量、例如频率的变化以及从事件前状态的系统角或者与其对应的量、例如频率的变化之间的差有关地生成控制输出。作为替代或补充，控制器可配置成与系统频率和系统频率的变化率中的至少一个有关地生成控制输出。系统频率可与对应于频率的多个量的聚合有关地确定，多个量的每个基于在电功率网络中的不同位置处进行的测量。聚合可在多级中进行。例如，电功率网络可包括多个区域聚合器，其中每个区域聚合器操作以基于包括区域聚合器的电功率网络的区域中的测量来聚合多个量。此后，来自多个区域聚合器的聚合量本身可被聚合，以提供系统频率。更具体来说，控制输出可与为了补充系统频率和系统频率的变化率中的至少一个的系统惯性有关地生成。可估计系统惯性。作为替代或补充，系统惯性可存储在电功率网络所包含的中央处理器中，并且从其中传送给控制器。
控制器可以操作以便与所接收的多个量有关地确定电功率网络内的事件的发生。控制器可以操作以便与所接收的多个量有关地确定下列至少一个：量中的变化、例如系统频率中的变化；量的扩展、例如频率扩展；以及负载流行为中的变化。在控制器操作以确定量中的变化和负载流行为中的变化中的至少一个的情况下，变化可与阈值进行比较。事件发生的确定可与比较有关。相对于该方法的另外步骤的控制器的操作可具有事件发生的确定的条件。
与控制输出有关地控制可控设备可与可控设备的性质有关。更具体来说，可选择三种形式的控制中的一个。三种形式的控制可包括：立即触发、例如断路器打开；例如变速驱动的连续响应；以及延迟响应、例如发电机或负载斜变。
控制器可以操作以便除了所接收的多个量之外还与事件量有关地生成控制输出。事件量可与电功率网络中包含的设备、例如可控设备的特性和行为有关地提供。
控制器可以操作以在多级中提供控制动作。包括多级的控制动作可与所要求的响应等级有关地优先于单级来实行。更具体来说，第一级可包括快速响应可控设备的控制、例如甩负载。第二后续级可包括较慢响应可控设备的控制、例如发电或负载斜变。
控制输出可由控制器与所接收的多个量有关地生成。控制输出可进一步与下列至少一个有关地生成：事件发生；本地量；以及事件量。控制目标可包括控制目标量。控制目标量可被改变以便具有增加效果，直到实现电功率网络的充分响应，如由在持续的基础上所接收的其他多个量所确定的。
如上所述，控制器可以操作以便与至少一个本地信号、例如频率有关地生成控制输出。更具体来说，控制器排除多个量对至少一个本地信号可以是操作的。控制器可被配置，使得与至少一个本地信号有关而在没有多个量情况下的控制可在与多个量有关的控制之后进行。如本文其他部分所述，这种本地信号控制实际上比基于多个量的控制要慢。因此，本地信号控制可适合于基于多个量的响应的初始快速阶段之后的响应的维持阶段。
在控制与至少一个本地信号有关的情况下，控制输出可取决于本地频率的变化率。作为替代或补充，控制输出可取决于从可控设备应当响应的本地频率的最坏情况变化率所得出的常数。作为替代或补充，控制输出可取决于可控设备的最大可用功率。作为替代或补充，控制输出可具有与频率和多个不同阈值的每个的比较有关地选取的多个等级中的一个。作为替代或补充，控制输出可具有与本地频率的变化率和多个不同阈值的每个的比较有关地选取的多个等级中的一个。例如，当频率低于第一下阈值时可选择控制输出的第一较低等级，而当频率低于第二上阈值时可选择控制输出的第二较高等级。
当电功率网络是完整无缺的时或者当电功率网络处于孤立状态中时，突发事件可能发生。此外，当电功率网络是完整无缺的但是可使电功率网络被孤立时，突发事件可能发生。当处于孤立状态中时，频率的变化率与从频率响应所要求的功率之间的关系与完整无缺的状态是不同的。因此，控制电功率网络的方法还可包括孤岛检测方法。
孤岛检测方法可包括下列至少一个：当前孤立状态的检测；以及迫近孤立状态的检测。当前孤立状态的检测可包括比较电功率网络的不同部分的所测量频率值，并且与例如所测量频率值的相互交叉的频率有关地确定孤岛状态。作为替代或补充，当前孤立状态的检测可包括与例如所测量频率值的相互交叉的频率有关地确定哪些部分处于同一孤岛之内。更具体来说，来自电功率网络的部分的所测量频率值的较高交叉率指示这些部分的连接，而来自电功率网络的所测量频率值的较低交叉率指示这些部分被断开、即孤立。迫近孤立状态的检测可包括使用频率差在时间上向前投射电功率网络的部分之间的当前测量角差。另外，所投射角差可与角差的预定阈值相比较。如果投射绝对角差大于预定阈值，则该部分朝向断开前进。
在当前孤立状态和迫近孤立状态中的一个的检测之后，控制电功率网络的方法还可包括识别被连接的电功率网络的部分，以及更具体来说是与本地控制器同步连接的部分。该方法还可进一步包括排除不是与下列至少一个同步的信号：本地控制器自己的测量；以及本地控制器所属的电功率网络的部分。因此，电功率网络的频率的变化率可相对于电功率网络的所连接部分来确定。
作为替代或补充，对突发事件的功率响应的性质和电功率网络的频率的变化率中的至少一个可与当前孤立状态和迫近孤立状态其中的一个的检测有关地改变。更具体来说，相对于完整无缺电功率网络所使用的因子可通过相对于整个电功率网络的所连接部分的惯性的比例来减少。
作为替代或补充，在检测当前孤立状态和迫近孤立状态的检测中的一个的情况下，本地控制器可以是操作的，使得不考虑电功率网络的断开部分中的资源。
所接收的多个量可通过操作以在不同位置处或者以来自这种设备的信号进行测量的设备的同步化来基本同步。例如并且在pmu操作以进行测量的情况下，pmu中的一个以及来自其中的信号可基本上同步，由此多个量可基本上同步。例如，pmu可通过时间戳、例如gps时间戳来同步。因此，在持续的基础上所接收的多个量可基本上同步。
按照本发明的第二方面，提供用于与易于导致发电或负载的进一步丢失或过量的突发事件有关地控制电功率网络的设备，该设备包括：
配置成确定易于导致电功率网络或者电功率网络的一部分中的发电或负载的进一步丢失或过量的突发事件的发生的布置；
多个控制器，其中每个控制器配置成提供用于与在多个控制器的每个中接收的多个基本上同步的量有关地在电功率网络中的不同相应位置处连接到电功率网络的可控设备的控制，其中多个量的每个对应于电功率网络中的多个不同位置的相应位置处的频率和角度中的至少一个，可控设备的控制借助于每个控制器与所接收的多个量有关地生成的控制输出进行，每个控制输出用于其相应可控设备的控制，并且每个控制器操作以便与任何其他控制器的操作无关地并且在与多个量的持续接收有关的持续的基础上生成控制输出。
本发明的第二方面的另外实施例可包括本发明的第一方面的一个或多个特征。
按照本发明的第三方面，提供一种包括按照本发明的第二方面的至少一个设备的电功率网络。
本发明的第三方面的实施例可包括本发明的第一或第二方面的一个或多个特征。
按照本发明的另一方面，提供一种控制电功率网络的方法，电功率网络包括多个控制器，其中每个控制器配置成提供在电功率网络中的不同相应位置处连接到电功率网络的可控设备的控制，该方法包括：
在多个控制器的每个中接收至少一个量，至少一个量对应于在电功率网络中的位置处进行的电气和机械测量中的一个；以及
与所接收的至少一个量有关地生成来自每个控制器的控制输出，每个控制输出用于其相应可控设备的控制。
本发明的另外方面的实施例可包括本发明的任何先前方面的一个或多个特征。
按照本发明的另外方面，提供一种用于控制电功率网络的设备，该设备包括：多个控制器，其中每个控制器配置成提供在电功率网络中的不同相应位置处连接到电功率网络的可控设备的控制，该设备被配置，使得在多个控制器的每个中接收至少一个量，至少一个量对应于在电功率网络中的位置处进行的电气和机械测量中的一个，每个控制器配置成与所接收的至少一个量有关地生成控制输出，每个控制输出用于其相应可控设备的控制。
本发明的还有另外方面的实施例可包括本发明的任何先前方面的一个或多个特征。
附图说明
从通过仅作为示例并且参照附图所给出的以下具体描述，本发明的另外特征和优点将变得显而易见，其中：
图1是按照本发明的设备的框图表示；
图2是分布式控制设备的框图表示；
图3是包括冗余度的按照本发明的设备的框图表示；
图4更详细地示出区域测量的聚合；
图5是配置用于冗余度的控制器本地的设备的框图表示；
图6示出发电机的丢失之后的行为；
图7a和图7b分别示出事件之后的角行为和跨网络的角差；
图8示出两个点之间的角差；
图9a和图9b分别示出跨网络的角差和控制的效果，以及图9c和图9d分别示出正控制和负控制动作；
图10示出增加角差的效果；以及
图11a至图11d图示窗口对事件检测以及对频率的变化率的确定的应用。
具体实施方式
图1中示出按照本发明的设备的框图表示。图1表示包括三个地区聚合器12的电功率网络10的三个区域，其中每个地区聚合器接收图1所示电功率网络10所包含的三个区域的相应区域中进行的测量。在某个区域中存在多个变电站14。相量测量单元(pmu)16存在于多个变电站14的每个处。每个pmu16操作以在其相应变电站14处测量频率和电压相位角18。pmu16通过gps时间戳来提供测量的同步化。由区域中的pmu16进行的测量在地区聚合器12中接收，其中多个频率和电压相位角测量聚合在其中。该设备还包括第一和第二分布式控制设备20、22。第一和第二分布式控制设备20、22的每个包括控制器24、pmu26、控制接口28和可控设备30。在第一分布式控制设备20中，可控设备30是风力发电机。在第二分布式控制设备22中，可控设备30是需求侧响应(dsr)设备。该设备还包括虚拟局域网(vlan)32，其提供地区聚合器12与第一和第二分布式控制设备20、22之间的通信。vlan32是按照ieeec37.11pmu协议操作的。
进一步考虑第一和第二分布式控制设备20、22，控制器24通过vlan32来接收数据以及由本地pmu26进行的测量。因此，第一和第二分布式控制设备20、22的每个接收在由地区聚合器12聚合之后的图1所示区域以及实际上如以下所述的还有另外些区域内进行的聚合形式的测量、例如实际测量的平均数，由此每个分布式控制设备20、22是与广域测量有关地操作的。第一和第二分布式控制设备20、22的每个还从本地pmu26接收本地测量，并且因而是与本地测量以及广域测量有关地操作的。控制器24操作以生成控制信号，其由控制接口28来接收。控制接口28操作以基于所接收控制信号来控制可控设备30，并且还操作以便向控制器24传送与可控设备30的状态和操作相关的数据。控制器24与控制接口28以及控制接口28与可控设备30之间的数据的通信按照iec61850goose协议进行。作为替代或补充，在遗留设备存在的情况下，附加协议可用来控制这种遗留设备。这类附加协议的创建将落入熟悉这种遗留设备的本领域的技术人员的普通设计能力之内。
如上所述，图1示出电功率网络的三个区域。虽然图1中未示出，但是电功率网络包括又一些区域，其具有与图1所示区域相同的形式和功能。因此，每个另外区域包括地区聚合器12。该设备还包括中央控制器34，其配置用于与图1所示区域以及又一些区域的通信。更具体来说，中央控制器34配置成并且操作以提供与电功率网络的各种区域中的地区聚合器12的通信。中央控制器34操作以提供监督和协调动作，包括如以下进一步描述对多个区域的测量的收集和分配。要注意，没有控制器取决于中央控制器34以用于检测突发事件的发生或者用于响应突发事件。
进一步考虑通信，该设备具有包括两个等级的分层通信架构。第一等级通过从广域pmu16到控制器24的快速通信层来组成，这通过用于新资源的连接的即插即用配置为灵活性而设计。快速通信层对50hz系统具有20ms的更新时间。第二等级通过操作以在控制器24与中央控制器34之间来回发送数据的较慢通信层来组成，其中具有比快速通信层要慢许多的更新速率。分层通信架构提供给予突发事件检测和响应所要求的测量的优先级。中央控制器34专用于操控来往于控制器24的较慢更新数据。要注意，将来自地区聚合器12的测量直接向控制器24提供减少通信延迟。此外，在每个控制器24内体现与对突发事件的响应有关的决策并且使得决策与其他控制器无关减少响应时间。
每个控制器24没有接收相对于其他控制器24的操作的直接信息。即使是这样，每个控制器24也知道它自己在更广设备内的状态，并且利用来自地区聚合器12的数据。通过将它自己的数据与广域数据进行比较，区域中的控制器各确定：本地可控设备的比例响应；以及要求响应的时间。来自区域的所要求的响应的比例取决于从中央控制器34所接收的数据。这个数据基于每个控制器24可自行支配的响应量以及控制器能够传递的总区域响应的比例的计算。中央控制器34核对来自所有控制器24的资源可用性，并且生成区域中可用的资源量的总值。每个控制器然后把来自区域的所要求的响应与区域中的可用响应进行比较，以确定其对响应的贡献。本地频率控制是可选能力。在广域数据的接收丢失或者这种接收例如因成本而是不切实际的情况下，控制器24是与由相应本地pmu26进行的本地测量有关地操作的。在本地控制预计与广域测量无关地操作的情况下，仅使用本地频率测量。在这类情况下，现货销售(cots)频率测量继电器可用来代替全pmu。要注意，本地控制应当比广域控制要慢，以确保本地控制不会有损广域响应，而是将改为在采取无论什么广域动作之后被要求时提供响应，如下文更详细地描述。
图2中示出分布式控制设备的框图表示。图2的分布式控制设备50包括控制器52和控制接口54。控制接口54示为包括本地pmu56和本地资源58。控制器52根据其配置来接收输入信号。对控制器52存在两种可能配置，即本地控制模式和广域控制模式。两种配置均为图2所示分布式控制设备50来提供。控制器52接收ieeec37.118数据流，其包含至少广域性质的电压相量和频率信息或者处于本地模式时的至少本地频率测量。控制器52还经过控制协议直接地或者经由本地pmu56间接地接收来自资源58的数据。在来自资源58的数据是按照控制器52能够接收的协议(例如iec60870-5-104或者iec61850(goose))的情况下，数据通信通过它们之间的直接适当链路来实现。在来自资源58的数据是按照例外协议的情况下，在控制器52与资源58之间采用接口、例如modbus到iec61850(goose)。在来自资源58的数据采取模拟或数字数据的情况下，这种数据直接发送给本地pmu56，并且经过本地ieeec37.118传回给控制器52。
图3中示出涉及冗余度的按照本发明的设备的框图表示。图3的设备包括相对于电功率网络的第一区域的图1详细所示种类的第一组设备70以及相对于电功率网络的第二区域的图1详细所示种类的第二组设备72。读者针对图1以及以上用于描述每组设备中包含的组件的所附描述。如由与其相应控制接口一致的第一和第二组设备70、72之间延伸的虚线所示，图3的设备包括多个另外的组设备，但是这类多个另外的组设备为了清楚起见而在图3中未示出。图3的设备还包括主中央控制器74和冗余中央控制器76。每组设备70、72除了已经描述的主地区聚合器之外还包括冗余地区聚合器78。主地区聚合器的丢失通过冗余地区聚合器78的存在来解决。而且，主中央控制器74的丢失通过冗余中央控制器76的存在来解决。这种配置解决所感知的主要失效点。
区域测量的聚合在图4中详细示出。图4的布置90包括主和辅助地区聚合器92、94和多个pmu96，其中它们之间的通信通过两个虚拟局域网(vlan)流98、100进行，其中每个vlan流是按照ieeec37.118pmu协议操作的。pmu96的每个配置成将多播通信协议用于两个地区聚合器92、94，由此每个地区聚合器接收相同数据并且因此产生相同输出数据。每个聚合器92、94将其输出传递给vlan流，使得每个控制器(未示出)看到区域中的两种聚合器。如果到主地区聚合器的连接丢失但是到辅助聚合器的连接保持为良好，则控制器决定切换到辅助地区聚合器。
图5中示出配置用于冗余度的控制器本地的设备110的框图表示。图5的设备110包括多个控制接口112，其各如以上参照图1所述与相应可控资源114一起操作。此外，图5的设备包括多个控制器116，其如以上参照图1所述与控制接口112一起操作。另外，图5的设备110包括主地区聚合器118和辅助地区聚合器120，其均与控制器116进行数据通信，以便由此提供如上所述的冗余度。
如上所述，每个控制器配置成操作在本地控制模式和广域控制模式。更详细考虑操作的这个方面，控制器在处于本地控制模式时没有广域测量的可观测性，并且因而只依靠频率的本地pmu测量。本地频率测量没有获益于地区聚合器的滤波或求平均效果，并且因此可包含振荡。要防止控制器响应这种振荡(其可引起假跳闸)，频率信号使用低通滤波器来滤波，以去除来自区域间振荡的影响。因此，突发事件的发生以及对其的响应的检测基于本地滤波频率测量数据。现在来看广域模式，控制器除了本地测量之外还接收广域测量。每个控制器发现每个地区聚合器。来自地区聚合器的数据流通过控制器中包含的相量数据集中器(pdc)来操纵，以创建系统等效值。此外，每个地区聚合器使用专用id/ip地址来传递其输出流。控制器中包含的pdc配置成接收多个数据流的每个以及来自本地pmu的数据流。pdc操作以将pmu数据流时间对齐。应当注意，由于对响应速度的正常需要，与所接收分组关联的等待时间可明显少于监测系统中的等待时间。pdc还操作以组合来自地区聚合器的数据流，以便形成系统等效数据以及更具体来说是角度和频率数据的系统、区域和本地集合。
现在将描述突发事件的发生的检测以及与这种发生的检测有关的控制。目标是：尽可能快地暂停快速频移；以及在适当位置并且成比例地进行响应，以便使通过功率流模式恢复到事件前状态的不稳定性为最小。
主题电功率网络分为多个区域，以便具有对响应的位置特定元件，由此目的是使对稳定性的影响为最小并且防止系统分隔。这些区域基于相干性来形成，其中地区内的一切应当紧密耦合(即，很难拉开)。地区之间的耦合易变弱，以便由此呈现分隔的增加风险。区域之间的分隔的风险由于较弱区域间耦合而比区域内的分隔更受关注，并且因而形成当前位置特定响应的目标。在分隔的风险在地区内较低的情况下，通常存在关于位置的较少关注。此外，区域内的资源通常不要求对响应的位置特定元件，因为通常角差在地区内的位置之间比较小，因此不易受到不稳定性。
区域中的组件之间的耦合能够在不同情形下发生变化；考虑这类变化。要注意，在存在更相干地区的情况下存在较低风险。通过执行多种不同系统情形的研究来考虑各种类型的耦合。例如，如果紧密耦合的区域在某种系统情形中形成两个弱耦合区域，则它们应当始终被看作是两个区域。通过查找最坏情况数量的相干区域，形成弱耦合的区域的风险显著降低。
区域内的pmu信号具有对其指配的权重，其基于惯性。作为示例，考虑两个pmu信号，其中一个pmu连接到大发电机，而第二pmu连接到较小发电机。在某种情况下，小发电机将相对于较大发电机更快并且更远地移动，但是总体行为将通过惯性(其在本例中来自较大发电机)来支配。简单求平均对两种pmu均匀加权，从而给出总体行为的错误表示。如果将权重指配给每个信号，则使用加权平均，由此与较大发电机对应的信号对求平均输出具有更大影响，以便由此更好地表示总体行为。将权重指配给进入地区聚合器的每个pmu信号。这通过将地区聚合器本身配置用于来自pmu的每个入局信号来实现。惯性值使用模型离线计算。
图6示出电功率网络响应于发电的丢失的行为。由于网络中的能量的不平衡，其余发电机减速，并且频率下降。频率下降的总速率取决于网络的惯性。同样的原理在区域级适用。考虑发电的丢失之后的初力矩，并且如从图表能够看到，由于区域惯性但是也与事件的接近性而存在不同位置之间的频率趋势间的扩展。对事件的接近性经过角度的变化来反映，其中更靠近事件的角度比更远离的那些角度更大地变化。在斯伯丁北附近的发电机丢失的情况下，此图示出可能的角行为，其中角度因其余发电机的增加负载而相对于其故障前状态回移，如图7a所示。比较网络周围的这些变化提供跨网络的角差，其紧密链接到两个测量点之间的应力和功率流。在斯伯丁北和斯特雷文取测量点，事件之后的这些位置之间的角差增加，如图7b所示。这个行为能够从图8看到，其涉及跨边界的两个位置处的测量。这两个位置之间的角差的增加暗示边界上的增加应力。在事件本身增加跨边界的应力的情况下，为了稳定性，重要的是控制器的动作不增加应力。
在负载或发电事件的丢失之后，能量不平衡存在于网络中。目标是控制跨网络所分布的资源，以有助于解决不平衡。当新资源开始解决不平衡时，这些位置处的角度将开始发生变化，从而在增加输出的情况下相对控制前状态前移，如图9a所示。这是因为现有设备上的电负载的降低，从而允许角度恢复并且使故障前角度前移。但是，考虑这些控制动作进行的位置对网络稳定性是至关重要的。考虑两个位置之间的角差，其因图9b所示事件而增加。对于在斯伯丁北附近(事件附近)进行的控制动作，在斯伯丁北的角度相对于故障后状态前移，以及跨系统的角差减小，如图9c所示。但是，如果控制动作在斯特雷文附近进行，则角度相对于斯特雷文故障后状态前移，并且增加跨系统的总角差，如图9d所示。如果角差变得过大，则系统可超过稳定性极限，其中系统分离的风险极大增加。因此，对控制重要的是，任何动作没有用来进一步危及网络，而是按照减轻网络应力的方式来提供动作。虽然两种控制动作将使能量不平衡为最小，但是还应当考虑采取动作的位置。增加角差的影响在图10中示出。
现在将更详细描述突发事件的发生的检测。如上所述，每个控制器操作以便与广域测量的接收有关地检测突发事件。操作的这个方面是特别重要的，其中降低惯性的效果引起本地级的更大频率移动，而不存在对更广网络的显著事件。例如，主要从风力生成功率的区域可遭遇频率的更大变化。但是，可存在细微变化，以保证全网络响应。本地控制和/或保护、例如干线丢失(其依靠频率的变化率(rocof))可能不按预计操作。更广系统的可视化在确定对这类波动是否要求响应方面具有有益效果。而且，当网络的频率变成更为移动时，具有基于本地信号的检测仅可使频率响应从可控资源相当规则地触发，并且由此降低可控资源的使用期限。因此，更有效的是使这类可控资源仅当事件被认为是广域事件时才起反应。
每个控制器操作以使用来自地区聚合器的数据无关地检测广域事件。在控制器上操作的事件检测算法能够从本地pmu测量并且从广域pmu测量来触发，这取决于如上所述的广域信号的可用性。广域检测模式因其与本地模式相比(其因本地信号的滤波而涉及延迟)在更早期阶段识别事件的能力而优先化。但是，如果广域信号不是控制器可用的，则控制器操作以利用本地pmu测量来检测和发起控制。由本地pmu所要求的频率数据经过低通滤波器，以便去除区域间和本地振荡以及故障相关动态。当广域和本地事件检测均为活动时并且当广域事件检测被触发时，本地事件检测不操作以改变控制器的操作模式。但是，在广域信号不可用的情况下或者在广域事件检测无法操作时，本地事件检测用作备用。
事件检测算法配置用于快速检测事件，其中频率的变化率比所定义极限、例如基于预计将来行为的uk系统的每秒0.2hz要大。对于广域事件检测，事件检测算法使用移动窗口，其存储系统频率的先前值和相应时间戳。图11a示出事件检测中使用的移动窗口。对于具有时间戳tnew的每一个新系统频率测量fnew，事件检测算法检查哪一个时间戳
相同方式用于得出频率变化率值。由于频率变化率值应当仅与事件的周期相关，所以使用预定义窗口将会要求等待窗口仅填充有事件数据，因此延迟频率的变化率的确定。将频率变化率值与从事件之前的窗口中的数据一起使用将不会表明事件的频率的真实变化率。上述窗口用来给出频率的变化率计算的初始窗口。然后应用增长窗口方法，其中窗口对所捕获的每个新样本增长，以便由此在事件的过程期间进一步细化频率变化率值，如图11c所示。当窗口增长到其所定义限定的极限时，它变成固定大小的移动窗口，如图11d所示。
当故障在系统中发生时，其特征在于具有增加频率的大电压降。这不是真实过频事件，而是在故障行为期间看到。控制器配置成不对这种行为起反应。虽然故障保持在系统中，但是控制器配置成阻塞事件检测。在清除故障之后，事件检测算法配置成在清除事件阻塞检测之前等待所设置时间，其大约为20至40ms。因此，允许故障测量值完全经过pmu，并且允许加速单元减速。
本方式使用上述分层数据拓扑，即基于快速pmu的网络级和较慢中央监督网络级。两级共同用来实现对突发事件的成比例目标响应。广域响应的目的是获取响应的总体系统要求，并且根据位置并且与突发事件成比例地跨系统来部署它。因此，来自每个控制器的响应量取决于下列项。
来自系统的总所要求的响应ps是用于使用频率的变化率和系统的惯性来查找突发事件之后的功率的变化的一般特性。惯性值h将使用中央控制器来设置并且向下传递给每个控制器。因此，每个控制器能够计算ps值。
其中
h是系统惯性(估计)，以及
来自系统的所要求的总响应根据角指示符分布在区域之间。这被进行以便尽可能接近事件前模式来恢复角度和功率流，以使不稳定性的风险为最小。这使用区域与系统角之间的差的函数来实现，以创建区域权重：
其中
该方式涉及具有与区域中的可用响应有关的信息。因此，每个控制器向中央控制器传递与其本地资源有关的信息，其中确定个别能力之和，以形成区域能力：
对于n个控制器，
其中
在资源全部共有相似特性的一个实现中，来自每个控制器的输出因而是角差、所要求的响应和基于
对于m个区域，
要实现上述公式，控制器依靠中央控制器的值、例如rk和h。这些值无需以快速率来更新，并且因此能够以慢许多的速率来更新。与来自中央控制器的数据的这种降低相关性提供网络上的较少数据并且因此提供较小延迟。诸如wr和ps之类的值在每个控制器中使用聚合信号本地计算，并且用于快速检测。
下面描述中央资源分配器的算法的一个实现。可用资源与资源响应时间(即，将作为资源类型的特性的快速、较慢和离散响应中的一个)有关地进一步分类。给定资源的典型分集，资源按照类型来分类，其中类型数据由中央控制器用于发起下列阶段中的控制：
·立即触发—例如断路器打开。
·连续响应—例如变速驱动。
·延迟响应—例如负载斜变。
用于中央资源分配器的算法的备选实现能够与更大数量和更大分集的资源配合使用。按照这个实现，将资源分配给不同组的资源，其中每组资源基于组中的资源的响应分布（profile）来提供特定响应分布。资源的响应剖面可包括响应速度、时长和延迟中的一个或多个。作为示例，资源组可包括多个资源，其各提供不同响应速度、响应时长和响应之前的延迟。
控制器直接传递其所连接装置的响应特性，由此中央控制器则可操作以基于这些特性来执行分类。因此，最少通常要求下列资源数据：
1.可用能力。
2.响应时间。
3.响应/能量时长。
4.可用性(启用/禁用)。
在本发明的某些形式中，广域控制动作根据所要求响应等级在两个阶段中部署。这类形式的目的是提供快速初始响应，其对严重事件是特别重要的，之后接着附加动作(在必要时)。在一种形式中，资源根据其响应速度来指配给两个不同阶段。快速资源、例如甩负载是立即的，但是连续资源的一部分也可具有快速响应时间、例如电池存储。具有立即触发的资源将因其快速响应而优先化。在中央控制器中，通过定义快速响应的阈值时间，在少于这个时间进行响应的资源被指配给第一阶段，而具有超过阈值的响应时间的资源被指配给第二阶段。如果中央控制器确定任一阶段中存在过多响应，则中央控制器配置用于阈值的调整。
在备选形式中，资源按照资源特性来分配给多于两个资源组。然后通过按照这些资源组的优先级、开始于提供最快响应的资源组以请求功率，来部署响应。在要求附加响应的情况下，调用来自较慢资源组的资源。这种方式仍然使用如上所述的两个阶段来应用，但是提供两个阶段中的资源应用的更大灵活性。与慢更新数据有关，各控制器向中央控制器回传其所连接资源的具体细节，例如：
·资源的类别。
·可用响应。
·响应时间。
·响应时长。
·资源的可用性。
中央控制器最少向全部已连接控制器传递下列项：
·被指配资源的阶段或频带。
·区域中的总响应。
·系统的估计惯性。
·资源是否被方案所要求。
现在来考虑本地控制，在广域控制有时间起作用之后，控制器改变成本地控制模式，其中本地要求用来恢复频率。这类本地测量信号因本地测量信号的滤波而比广域信号要慢。控制器配置成使得本地控制不可操作，直到较快广域控制有时间起作用，以便由此使增加对系统的应力的控制动作为最少。这种形式的本地控制与广域控制进行协调，由此存在从广域控制到本地控制状态的平滑转变。
控制器还能够配置成工作在独立本地模式。当这样配置时，控制器不依靠与中央控制器的通信，并且仅基于本地测量信号来发起控制。在这种方式的一个实现中，控制器在这样配置时的输出通过下式定义：
其中，kl是对于系统中的最大可能事件、对系统必须响应的最坏情况
在独立本地模式的备选实现中，指定一系列频率和频率变化率阈值，其提供与违反哪一个阈值有关地从多个不同响应等级所选的响应等级的部署。对于连续资源，控制输出是其最大可用性的比例。对于离散资源，控制输出按照用户定义频带，其链接到阈值中的一个。
现在来考虑事件响应控制，存在响应驱动方式是适当的情况，例如在冰岛，其中从最大熔炉直接测量的功率用来加速特定控制。通过将δp3项引入算法来适应这种情况，其例如通过功率丢失的直接测量对特定事件来计算。δp3表示在某些发电或负载跳闸发生时所指示的功率变化。如果例如300mw熔炉跳闸，则因该事件而在特定控制器所请求的响应δp可以是比如300mw的40%，并且这可在事件的检测时立即发起，而不是引入角度和频率测量中固有的延迟。实际上，这提供通过广域动作所补充的初始跳闸间动作，其调谐对突发事件的响应，并且覆盖扰动的更一般集合。
现在来看不同响应类型的协调，各控制器配置成在广域响应δp1与本地响应δp2之间进行协调。但是，一些控制器还配置用于基于事件的控制，并且因此提供广域、本地和基于事件之间的附加协调。这种方式使用能够基于时间的优先级方法。基于事件的控制在直接测量功率的变化时是最准确的，并且因此应当获得优先级。由于功率的变化能够几乎立即检测，所以如果检测要通过广域信号进行，则会延迟响应。对于广域控制，关键目标是避免引入不稳定性，其中前0.5s至1s至关重要。因此，广域响应模式应当首先起作用或者至少在切换到本地响应模式之前有机会起作用。由控制器所部署的功率δpc在控制级之间协调，并且作为示例如下所述(对于δp1以1s为例)：δpc值根据事件类型能够为正或负：低频或过频。
上式中，δp3在作为直接测量值时立即起作用。如果事件使用广域信号来检测，则它固有地将花费比基于事件的方式要长的时间，并且因此控制输出在δp1>δp3时应当发生变化，否则保持δp3。在广域控制有机会起作用(例如对1s)之后，控制器可操作以切换到本地测量，其中在δp2>δp1或δp3时改变输出。
协调的备选实现涉及包括本地协调模式，其按照下式在广域模式之后立即起作用
在上式中，基于事件的检测δp3保持最快形式的控制，之后接着广域响应，其仅当检测到全系统事件时才起作用。在前1s周期期间，控制器按照广域模式起作用。在1s周期之后，控制输出转变成本地协调模式，其使用本地测量来继续控制。这后一阶段允许附加地区促进响应并且在需要时提供附加响应。在这个实现中，δp2仅当广域信号不存在时才可操作。
协调的最后元件涉及控制器在响应事件的同时不改变其输出信号的方向，例如，如果控制方案部署附加功率，则控制器只能增加其输出，而不能降低输出，直到清除事件。这称作‘齿合’机制。这个机制的意图是通过允许资源跟随振荡信号来防止系统振荡和阻尼的进一步加剧。
在另一个实施例中，该方法适应孤岛，而不管突发事件是在孤岛状态期间发生还是突发事件引起孤岛。这个实施例包括检测当前孤岛。检测当前孤岛基于如下原理：当电功率网络被连接时，与频率值来自电功率网络的断开(孤立)部分时相比，来自电功率网络的已连接地区的频率测量值对给定时间周期经常相互交叉。这个实施例还包括检测迫近孤岛。检测迫近孤岛包括确定使用频率差在时间上向前投射的地区之间的当前测量角差，并且将所投射角差与角差的预定义阈值进行比较。如果投射绝对角差大于预定阈值，则这些地区朝向断开前进。
孤岛检测方法在本地控制器使用来自地区聚合器的共享数据来应用。如上所述，孤岛检测方法识别系统是否被孤立，以及如果是的话，则地区的哪些与本地控制器同步连接。本地控制器则使用与如上所述系统被连接时相同的原理。但是，要求下列特征以适应孤岛：
1.编程为排除所有地区聚合信号(其没有与本地控制器自己的测量和/或它进行操作的区域同步)的系统聚合。因此，系统频率变化率值仅对其余已连接区域来计算。
2.与所需功率响应和系统频率变化率值相关的参数的修订。这通过将完整无缺系统中使用的因子减小相对于总体系统的其余已连接地区的惯性的比例来实现。
3.从本地控制器的响应预测中排除断开区域的资源的响应。
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