專利名稱：用于監(jiān)視發(fā)電單元的電力阻尼順應(yīng)的系統(tǒng)和方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明主要涉及電力發(fā)電及其后續(xù)傳輸和配送。本發(fā)明特別涉及一種估計(jì)由發(fā)電單元提供的機(jī)電阻尼的量值的系統(tǒng)。具體地，本發(fā)明涉及一種估計(jì)由發(fā)電單元保持的機(jī)電阻尼的當(dāng)前水平以用于使用統(tǒng)計(jì)分析技術(shù)來與歷史值比較的系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
發(fā)電單元一般由電機(jī)(比如由蒸汽渦輪驅(qū)動(dòng)的同步發(fā)電機(jī))或者機(jī)械力發(fā)電設(shè)備構(gòu)成，該電機(jī)通過電力傳輸線的網(wǎng)絡(luò)連接到消耗發(fā)電的各種電負(fù)載。為了實(shí)現(xiàn)這樣的結(jié)果，由發(fā)電機(jī)保持的轉(zhuǎn)子耦合到由蒸汽渦輪驅(qū)動(dòng)的旋轉(zhuǎn)輸出軸或者原動(dòng)機(jī)，從而進(jìn)行發(fā)電。 向下文稱為供電網(wǎng)絡(luò)的電力輸配網(wǎng)絡(luò)遞送生成的電力，該網(wǎng)絡(luò)向各種電負(fù)載供應(yīng)生成的電力。因此，將發(fā)電單元與傳輸網(wǎng)絡(luò)的發(fā)電單元組合的集成電力系統(tǒng)形成機(jī)電系統(tǒng)，其中在將渦輪供應(yīng)的機(jī)械能轉(zhuǎn)換成發(fā)電機(jī)的發(fā)電期間所形成的機(jī)電振蕩按照牛頓第二運(yùn)動(dòng)定律以旋轉(zhuǎn)形式來表征。這樣，包括發(fā)電機(jī)(進(jìn)行對(duì)來自驅(qū)動(dòng)發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子的渦輪軸的輸入機(jī)械功率的機(jī)電轉(zhuǎn)換)的發(fā)電單元由歸結(jié)于發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子的慣量(質(zhì)量)表征，而供電網(wǎng)絡(luò)可以視為非線性彈簧。因此，在原動(dòng)機(jī)向發(fā)電機(jī)供應(yīng)的機(jī)械功率與發(fā)電機(jī)向供電網(wǎng)絡(luò)供應(yīng)的電力之間的任何失配造成原動(dòng)機(jī)的旋轉(zhuǎn)速度的可變增加或者減少。原動(dòng)機(jī)的旋轉(zhuǎn)中的這樣的可變性也表征為在包括發(fā)電單元和供電網(wǎng)絡(luò)的整個(gè)集成電力系統(tǒng)內(nèi)傳播的機(jī)電擾動(dòng)或者電力振蕩。一般而言，向電力系統(tǒng)賦予的機(jī)電擾動(dòng)或者振蕩往往降低由發(fā)電系統(tǒng)供應(yīng)的電力的總質(zhì)量，并且經(jīng)常危及發(fā)電單元和供電網(wǎng)絡(luò)的穩(wěn)定性和可靠性。這樣的振蕩也致使形成發(fā)電單元和供電網(wǎng)絡(luò)的關(guān)聯(lián)設(shè)備和部件的不必要退化。此外，振蕩可能造成破壞性的發(fā)電機(jī)斷路從而引起為了保護(hù)發(fā)電機(jī)的昂貴部件免受振蕩而進(jìn)行的斷電。為了限制或者減少這樣的振蕩，并入發(fā)電機(jī)和供電網(wǎng)絡(luò)的集成電力系統(tǒng)具有與系統(tǒng)的物理機(jī)電現(xiàn)象關(guān)聯(lián)的固有或者自然阻尼特性。自然阻尼的程度主要依賴于發(fā)電的具體方式、被供電的負(fù)載的電特性以及發(fā)電系統(tǒng)和關(guān)聯(lián)負(fù)載的相對(duì)地理位置。然而自然機(jī)電阻尼的程度對(duì)于這樣的集成電力系統(tǒng)而言一般極小，因此為了實(shí)現(xiàn)在整個(gè)集成電力系統(tǒng)內(nèi)提供適當(dāng)穩(wěn)定水平的可接受阻尼性能，安裝單獨(dú)控制系統(tǒng)如電力系統(tǒng)穩(wěn)定器(PSS)以向發(fā)電機(jī)貢獻(xiàn)附加水平的機(jī)電阻尼。 換而言之，需要形式為電力系統(tǒng)穩(wěn)定器(PSS)的補(bǔ)充控制系統(tǒng)以保證即刻消除由發(fā)電系統(tǒng)產(chǎn)生的振蕩擾動(dòng)，從而以防止電力輸配系統(tǒng)部件的退化。因此，監(jiān)督或者管理供電網(wǎng)絡(luò)操作的多數(shù)運(yùn)營商要求在發(fā)電單元安裝電力系統(tǒng)穩(wěn)定器(PSS)以提高集成電力系統(tǒng)的操作穩(wěn)定性以防止出現(xiàn)這樣的振蕩事件。具體而言，電力系統(tǒng)穩(wěn)定器(PSS)包括可以用軟件、硬件或者二者的組合來實(shí)現(xiàn)的反饋控制器，該控制器向發(fā)電機(jī)保持的激勵(lì)器提供控制輸入。例如在同步發(fā)電單元的情況下，向其供應(yīng)控制輸入的激勵(lì)器包括自動(dòng)電壓調(diào)節(jié)器(AVR)和與發(fā)電機(jī)關(guān)聯(lián)的場電路。 通過由于PSS的操作而向AVR提供適當(dāng)控制輸入，經(jīng)由場電路與發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子的速度同相地供應(yīng)適量的阻尼。因此PSS能夠在出現(xiàn)對(duì)發(fā)電單元或者供電網(wǎng)絡(luò)的損壞之前保持適當(dāng)系統(tǒng)穩(wěn)定性。另外，為了最大化發(fā)電和傳輸容量而對(duì)集成電力系統(tǒng)的操作以及對(duì)替代發(fā)電技術(shù)的開發(fā)也產(chǎn)生有助于生成機(jī)電振蕩的條件。例如，下一代發(fā)電機(jī)設(shè)計(jì)有更低H因子(兆瓦每單位兆伏安)以實(shí)現(xiàn)更高效的操作，而對(duì)于諸如風(fēng)力發(fā)電的非常規(guī)能量生成方法的開發(fā)有利于增加這樣的機(jī)電振蕩的頻率和嚴(yán)重性。此外，用于增加對(duì)現(xiàn)有發(fā)電網(wǎng)絡(luò)的使用的操作策略使這樣的系統(tǒng)面臨更多壓力，并且因此增加了這樣的系統(tǒng)面臨在已經(jīng)遭遇送電網(wǎng)絡(luò)故障狀況之后造成的機(jī)電振蕩的頻率。因此，由于電力消耗的持續(xù)增長，電力系統(tǒng)可能繼續(xù)以使它們的電力傳輸容量最大化的方式來操作。另外，新的發(fā)電機(jī)設(shè)計(jì)減少在發(fā)電機(jī)和驅(qū)動(dòng)它們的關(guān)聯(lián)渦輪中保持的存儲(chǔ)動(dòng)能，因此造成更嚴(yán)重的機(jī)電振蕩。同時(shí)，如風(fēng)力發(fā)電的替代發(fā)電系統(tǒng)所提供的機(jī)電輸出的不可預(yù)測性質(zhì)使得對(duì)由此生成的機(jī)電振蕩的管理成為一個(gè)重大挑戰(zhàn)。除了對(duì)管理這樣的機(jī)電振蕩的挑戰(zhàn)之外，對(duì)這樣的振蕩進(jìn)行監(jiān)視和報(bào)告的方式也給負(fù)責(zé)保證供電網(wǎng)絡(luò)的完整性和穩(wěn)定性的各方帶來障礙。例如，對(duì)發(fā)電單元的操作進(jìn)行管理的發(fā)電事業(yè)公司和對(duì)供電網(wǎng)絡(luò)的操作進(jìn)行管理的供電事業(yè)公司通常包括可以具有不同操作日程和協(xié)議的單獨(dú)無關(guān)實(shí)體。這樣，供電事業(yè)公司依賴于發(fā)電系統(tǒng)運(yùn)營商或者發(fā)電事業(yè)公司以經(jīng)由電力系統(tǒng)穩(wěn)定器(PSS)向發(fā)電系統(tǒng)提供充分的機(jī)電阻尼以防止供電網(wǎng)絡(luò)的各種部件的退化以及保留或者以別的方式保持供電網(wǎng)絡(luò)的穩(wěn)定性和完整性。遺憾的是，由于產(chǎn)業(yè)的性質(zhì)，發(fā)電事業(yè)公司經(jīng)常禁用向發(fā)電系統(tǒng)供應(yīng)阻尼的電力系統(tǒng)穩(wěn)定器(PSS)。例如發(fā)電事業(yè)公司由于不良的控制器參數(shù)設(shè)計(jì)和設(shè)置而去激活電力系統(tǒng)穩(wěn)定器(PSS)。取而代之，發(fā)電系統(tǒng)的運(yùn)營商可以進(jìn)行對(duì)PSS的自適應(yīng)調(diào)節(jié)以發(fā)現(xiàn)它的增益，該增益然后可以針對(duì)所有操作點(diǎn)或者發(fā)電輸出水平或者量值保持固定。因此，在發(fā)電系統(tǒng)操作于適當(dāng)阻尼水平所沒有設(shè)想的電力輸出電平時(shí)，所選增益可能使整個(gè)發(fā)電和供電系統(tǒng)不穩(wěn)定，或者可能造成整個(gè)系統(tǒng)的阻尼減少，這使系統(tǒng)更容易受到機(jī)電振蕩。另外，電力系統(tǒng)穩(wěn)定器(PSS)可以簡單地由于對(duì)PSS的不良調(diào)節(jié)而被監(jiān)督發(fā)電事業(yè)公司操作的各方禁用。這可能造成發(fā)電機(jī)在視為發(fā)電機(jī)“正?！辈僮鞯牟僮鬟^程期間使供電系統(tǒng)振蕩，這根據(jù)產(chǎn)業(yè)報(bào)告已經(jīng)出現(xiàn)于全世界(包括印度和墨西哥)。遺憾的是，系統(tǒng)運(yùn)營商或者負(fù)責(zé)監(jiān)督供電事業(yè)公司操作的其它監(jiān)管實(shí)體具有有限的手段來識(shí)別發(fā)電單元是否在提供適當(dāng)水平的阻尼以有效地有利于供電系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)穩(wěn)定性。除了經(jīng)由PSS向發(fā)電系統(tǒng)提供適量的阻尼之外，還要求發(fā)電事業(yè)公司向各種監(jiān)管和管制主體(比如 North American Electric Reliability Corporation(NERC))定期報(bào)告它們的PSS操作以確認(rèn)它們順應(yīng)阻尼方針。在報(bào)告過程的一種實(shí)現(xiàn)方式中，要求具有電力系統(tǒng)穩(wěn)定器(PSS)功能的發(fā)電事業(yè)公司以季度為基礎(chǔ)報(bào)告PSS的操作時(shí)數(shù)，而要求對(duì)無 PSS操作的操作時(shí)數(shù)加注有關(guān)于PSS停用、激勵(lì)系統(tǒng)停用、發(fā)電機(jī)維護(hù)等的充分信息。然而遺憾的是，這樣的報(bào)告措施的主要弊端在于PSS報(bào)告本身易于受到簡單更改，因?yàn)橐话銢]有驗(yàn)證報(bào)告中所含數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性的機(jī)制。雖然離線PSS順應(yīng)監(jiān)視系統(tǒng)或者其中在繼不利振蕩出現(xiàn)之后的分析期間評(píng)估順應(yīng)的系統(tǒng)可用于確定對(duì)發(fā)生的PSS操作的準(zhǔn)確報(bào)告，但是這樣的監(jiān)視系統(tǒng)僅由大的和/或不規(guī)律的系統(tǒng)擾動(dòng)(比如電故障或者被供電的負(fù)載的量值或者其它屬性的改變)觸發(fā)。另外，這樣的離線分析耗費(fèi)時(shí)間并且由于供電網(wǎng)絡(luò)的操作性質(zhì)而通常在大量時(shí)間(比如數(shù)周)之后被啟動(dòng)。因此這樣的擾動(dòng)后PSS分析并未提供一種實(shí)現(xiàn)對(duì)非順應(yīng)PSS操作的快速響應(yīng)的主動(dòng)系統(tǒng)，該系統(tǒng)將有利于提高發(fā)電和供電的穩(wěn)定性。此外，即使在發(fā)電事業(yè)公司進(jìn)行這樣的擾動(dòng)后PSS順應(yīng)分析之后，供電事業(yè)公司必須依賴于發(fā)電事業(yè)公司準(zhǔn)確地報(bào)告它的順應(yīng)分析的結(jié)果這一前提。因此，需要一種收集在線(實(shí)時(shí))和/或離線數(shù)據(jù)以確定是否根據(jù)用于機(jī)電阻尼的具體方針來操作由發(fā)電單元保持的電力系統(tǒng)穩(wěn)定器(PSS)的系統(tǒng)。此外，需要一種允許個(gè)人按照基準(zhǔn)來檢測實(shí)際和歷史機(jī)電阻力值以用于使用統(tǒng)計(jì)技術(shù)進(jìn)行后續(xù)比較的系統(tǒng)。另外，還需要一種配置成電耦合到供電母線以收集與發(fā)電單元關(guān)聯(lián)的在線和/或離線機(jī)電阻尼數(shù)據(jù)的獨(dú)立或者自治系統(tǒng)。

發(fā)明內(nèi)容
鑒于前文，本發(fā)明的第一方面提供一種用于監(jiān)視向供電網(wǎng)絡(luò)供應(yīng)的發(fā)電單元所生成的電力的機(jī)電阻尼順應(yīng)的系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括測量單元，適合于耦合到供電網(wǎng)絡(luò)，所述測量單元被配置成識(shí)別由發(fā)電單元輸出的電壓值和電流值；數(shù)據(jù)庫，適合于保持與發(fā)電單元的操作關(guān)聯(lián)的至少一個(gè)先前電力阻尼值；以及處理系統(tǒng)，耦合到所述測量單元和所述數(shù)據(jù)庫，所述處理系統(tǒng)保持至少一個(gè)濾波器，該濾波器被配置成基于所述識(shí)別的電壓值和電流值來估計(jì)與發(fā)電單元輸出的電力關(guān)聯(lián)的電力阻尼值，其中所述處理系統(tǒng)比較所述估計(jì)的電力阻尼值與所述至少一個(gè)先前電力阻尼值以確定所述估計(jì)的電力阻尼值相對(duì)于所述至少一個(gè)先前電力阻尼值是否變化。本發(fā)明的另一方面提供一種用于監(jiān)視向供電網(wǎng)絡(luò)供應(yīng)的發(fā)電單元所生成的電力的機(jī)電阻尼順應(yīng)的系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括測量單元，適合于耦合到供電網(wǎng)絡(luò)，所述測量單元被配置成識(shí)別與發(fā)電單元生成的電力關(guān)聯(lián)的操作頻率；數(shù)據(jù)庫，適合于保持與發(fā)電單元的操作關(guān)聯(lián)的至少一個(gè)先前電力阻尼值；以及處理系統(tǒng)，耦合到所述測量單元和所述數(shù)據(jù)庫，所述處理系統(tǒng)保持至少一個(gè)濾波器，該濾波器被配置成基于由所述測量單元識(shí)別的操作頻率來估計(jì)與發(fā)電單元輸出的電力關(guān)聯(lián)的電力阻尼值，其中所述處理系統(tǒng)比較所述估計(jì)的電力阻尼值與所述至少一個(gè)先前電力阻尼值以確定所述估計(jì)的電力阻尼值相對(duì)于所述至少一個(gè)先前電力阻尼值是否變化。本發(fā)明的又一方面提供一種用于監(jiān)視配置成向供電母線分配電力的發(fā)電單元的機(jī)電阻尼順應(yīng)的方法，該方法包括提供配置成測量發(fā)電單元的操作頻率的測量單元；提供與所述測量單元關(guān)聯(lián)的至少一個(gè)先前阻尼值的數(shù)據(jù)庫；將所述電力測量單元耦合到供電網(wǎng)絡(luò)；測量發(fā)電單元的操作頻率；基于發(fā)電單元的操作頻率來估計(jì)與發(fā)電單元輸出的電力關(guān)聯(lián)的阻尼值；并且比較所述估計(jì)的電力阻尼值與所述至少一個(gè)先前電力阻尼值。


本發(fā)明的這些和其它特征及優(yōu)點(diǎn)將參照下文描述、所附權(quán)利要求書和以下附圖變
得更好理解，其中圖1是示出了根據(jù)本發(fā)明概念的用于監(jiān)視發(fā)電單元的電力阻尼順應(yīng)的系統(tǒng)的框圖；并且圖2是示出了根據(jù)本發(fā)明概念的圖1中所示電力阻尼順應(yīng)系統(tǒng)保持的處理系統(tǒng)所利用的基于模型的濾波器和估計(jì)部件的框圖。
具體實(shí)施例方式一種用于監(jiān)視發(fā)電系統(tǒng)10的機(jī)電阻尼順應(yīng)的系統(tǒng)如附圖的圖1中所示由標(biāo)號(hào)12 大體地指代。然而在討論阻尼順應(yīng)監(jiān)視器12的部件之前將呈現(xiàn)對(duì)發(fā)電系統(tǒng)10的簡潔討論， 因?yàn)樗鼘椭x者理解阻尼順應(yīng)監(jiān)視器12的操作。具體而言，發(fā)電系統(tǒng)10包括發(fā)電單元20，該單元包括渦輪22如蒸汽渦輪或者驅(qū)動(dòng)旋轉(zhuǎn)原動(dòng)機(jī)M的其它設(shè)備。原動(dòng)機(jī)M經(jīng)由旋轉(zhuǎn)發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子32耦合到發(fā)電機(jī)30，該轉(zhuǎn)子與場電路34和發(fā)電機(jī)定子36在操作上關(guān)聯(lián)，使得當(dāng)轉(zhuǎn)子32旋轉(zhuǎn)時(shí)電力由發(fā)電機(jī)30輸出。然后向供電母線50供應(yīng)生成的電力以經(jīng)由供電網(wǎng)絡(luò)60向任何數(shù)目的各種負(fù)載70a、 70b、70c*"70X遞送。也就是說，原動(dòng)機(jī)M的旋轉(zhuǎn)機(jī)械移動(dòng)由發(fā)電機(jī)30轉(zhuǎn)換成電力，然后經(jīng)由供電網(wǎng)絡(luò)60向連接到發(fā)電機(jī)30的負(fù)載70遞送電力。這樣，由于發(fā)電單元20的性質(zhì)， 有如下實(shí)例，其中原動(dòng)機(jī)對(duì)遞送的向發(fā)電機(jī)30的輸入未匹配于用于向供電網(wǎng)絡(luò)60和所附負(fù)載70供應(yīng)的發(fā)電機(jī)30輸出的電力。由于在向發(fā)電機(jī)30遞送的電力與供電網(wǎng)絡(luò)60需要的電力之間的這一失衡，原動(dòng)機(jī)M的速度可能波動(dòng)以便渦輪22嘗試精確地匹配于供電網(wǎng)絡(luò)60和所附負(fù)載70的電力需求。然而為了防止原動(dòng)機(jī)M的旋轉(zhuǎn)速度的這些波動(dòng)發(fā)展成可能在發(fā)電機(jī)30和供電網(wǎng)絡(luò)60造成損壞或者不穩(wěn)定的機(jī)電振蕩，電力系統(tǒng)穩(wěn)定器(PSS)SO 耦合到發(fā)電機(jī)30。另外，原動(dòng)機(jī)M的速度輸出可能由于用來監(jiān)視它的操作的時(shí)標(biāo)而保持恒定。這樣，附加控制輸入可以用來按照更慢的時(shí)標(biāo)修改原動(dòng)機(jī)M的輸出以便阻尼由此生成的任何電磁振蕩。PSS 80被配置成監(jiān)視轉(zhuǎn)子32的速度并且向其提供反饋信號(hào)，以便將速度保持于恒定或者接近恒定的水平。具體而言，為了完成反饋回路，電力系統(tǒng)穩(wěn)定器(PSQ 80經(jīng)由自動(dòng)電壓調(diào)節(jié)器(AVR)90耦合到發(fā)電機(jī)30的場電路34。AVR 90被配置成監(jiān)視發(fā)電機(jī)輸出的電壓并且經(jīng)由場電路34控制發(fā)電機(jī)30，以便保持恒定或者接近恒定的參考電壓。這樣，在發(fā)電系統(tǒng)10的操作期間，PSS 80監(jiān)視轉(zhuǎn)子32的速度并且在速度改變的情況下向AVR 90供應(yīng)適當(dāng)控制信號(hào)。這樣，AVR 90然后向場電路34供應(yīng)適當(dāng)反饋信號(hào)以便增加或者減少與發(fā)電機(jī)30的轉(zhuǎn)子32的速度同相施加的機(jī)電阻尼的量，由此調(diào)節(jié)它的速度以便保持由發(fā)電機(jī)30輸出的參考電壓。這樣，電力系統(tǒng)穩(wěn)定器(PSS)SO的一致操作對(duì)于保持整個(gè)發(fā)電系統(tǒng) 10、具體為供電網(wǎng)絡(luò)60的穩(wěn)定性至關(guān)重要。這樣，順應(yīng)監(jiān)視系統(tǒng)12的目標(biāo)在于提供如下工具，在該工具中可以對(duì)關(guān)于PSS 80是否提供順應(yīng)操作方針的阻尼水平進(jìn)行確定而不直接訪問特定PSS 80本身。闡述了發(fā)電系統(tǒng)10的部件，現(xiàn)在將呈現(xiàn)順應(yīng)監(jiān)視系統(tǒng)12的細(xì)節(jié)。具體而言，阻尼順應(yīng)監(jiān)視系統(tǒng)12包括測量單元100如相量測量單元(PMU)或者耦合到供電母線50的其它電力質(zhì)量(PQ)計(jì)量器或者監(jiān)視器，盡管測量單元100可以耦合到供電網(wǎng)絡(luò)60上的任何希望點(diǎn)或者節(jié)點(diǎn)。因此，順應(yīng)監(jiān)視系統(tǒng)12使管理供電母線50和供電網(wǎng)絡(luò)60的電力分配或者供電事業(yè)公司能夠遠(yuǎn)程監(jiān)視由在發(fā)電事業(yè)公司控制之下的PSS 80和發(fā)電單元30的其它部件所提供的阻尼水平，而不物理上訪問發(fā)電單元30。具體而言，測量單元100可以用硬件、 軟件或者二者的組合來實(shí)現(xiàn)，并且配置成測量發(fā)電機(jī)30向供電母線50供應(yīng)的模擬電壓和電流。在一個(gè)方面中，測量單元100被配置成按照尼奎斯特采樣速率生成電壓和電流波形的數(shù)字采樣，以便充分地監(jiān)視在電壓和電流波形中明顯的機(jī)電動(dòng)態(tài)。此外，也可以根據(jù)這些電壓和電流測量來導(dǎo)出發(fā)電機(jī)30的操作頻率，以有助于監(jiān)視系統(tǒng)12以將討論的方式操作。 也就是說，測量單元100能夠計(jì)算發(fā)電機(jī)30輸出的主導(dǎo)正弦電壓和電流信號(hào)相對(duì)于通用定時(shí)坐標(biāo)或者測量的相量?？蛇x地，雖然可以使用提供定時(shí)測量的其它設(shè)備，但是如果測量單元100不能提供定時(shí)測量，則GPS (全球定位系統(tǒng))接收器102可以耦合到測量單元100。 另外由于監(jiān)督供電網(wǎng)絡(luò)60操作的實(shí)體如供電事業(yè)公司通常不能直接訪問發(fā)電單元20，所以配置監(jiān)視系統(tǒng)12使得可以用將討論的方式經(jīng)由在測量單元100測量的電壓值和電流值來間接估計(jì)發(fā)電單元20的總阻尼。觸發(fā)系統(tǒng)120耦合到測量單元100以選擇性地啟用測量單元100的操作以及順應(yīng)監(jiān)視系統(tǒng)12的監(jiān)視功能部件。在一個(gè)方面中，觸發(fā)系統(tǒng)120包括如下算法的軟件實(shí)現(xiàn)，該算法適合于在適于檢測在發(fā)電系統(tǒng)10中存在機(jī)電振蕩的任何通用或者專用處理設(shè)備上執(zhí)行。具體而言，觸發(fā)系統(tǒng)120經(jīng)由測量單元100分析在這樣的振蕩期間輸出的電力的測量信號(hào)內(nèi)容以確定是否持久地激勵(lì)發(fā)電機(jī)30，這意味著在分析的信號(hào)中有充分信息用來進(jìn)行參數(shù)估計(jì)分析以識(shí)別由發(fā)電單元20提供的阻尼的量。在另一方面中，觸發(fā)系統(tǒng)120可以配置為硬件實(shí)現(xiàn)方式，其中觸發(fā)信號(hào)可以是向測量單元100傳送的二進(jìn)制信號(hào)以便啟動(dòng)對(duì)測量單元100測量的電流和電壓信號(hào)的記錄。在又一方面中，觸發(fā)系統(tǒng)120可以與測量單元100 的部件一起保持和/或集成，因此要求計(jì)算機(jī)軟件啟動(dòng)觸發(fā)過程。另外，觸發(fā)系統(tǒng)120可以包括本地或者遠(yuǎn)程的傳感器集合，這些傳感器發(fā)送對(duì)電力系統(tǒng)設(shè)備(包括發(fā)電單元12，這可以例如包括斷路器或者斷開開關(guān))的狀態(tài)改變的指示。順應(yīng)監(jiān)視系統(tǒng)12也包括處理系統(tǒng)130，該處理系統(tǒng)保持多個(gè)基于模型的濾波器或者觀測器140a、140b和140c，這些濾波器或者觀測器經(jīng)由適當(dāng)軟件來實(shí)現(xiàn)并且配置成并行操作以估計(jì)代表發(fā)電機(jī)30的數(shù)學(xué)模型的各種參數(shù)。這樣的系統(tǒng)之所以有益是因?yàn)轫槕?yīng)監(jiān)視系統(tǒng)12實(shí)現(xiàn)了對(duì)通過發(fā)電單元20與供電網(wǎng)絡(luò)60的交互來提供的總機(jī)電阻尼水平或者合計(jì)機(jī)電阻尼水平(包括由發(fā)電機(jī)30的自然阻尼和電力系統(tǒng)穩(wěn)定器(PSS)SO貢獻(xiàn)的阻尼)的估計(jì)。在一個(gè)方面中，處理系統(tǒng)130可以包括適合于完成基于模型的濾波器的操作和將討論的由順應(yīng)監(jiān)視系統(tǒng)12進(jìn)行的各種其它功能的任何適當(dāng)通用或者專用處理系統(tǒng)。例如雖然可以利用任何其它適當(dāng)?shù)幕谀Ｐ偷臑V波器，但是可以用卡爾曼濾波器的形式實(shí)現(xiàn)觀測器或者基于模型的濾波器140a-140c。此外，按照并聯(lián)定向來耦合各觀測器140，使得它們可以在各個(gè)微處理器上或者相同微處理器的不同線程上執(zhí)行。在一個(gè)方面中，處理系統(tǒng)130可以使用發(fā)電機(jī)模型來估計(jì)總阻尼參數(shù)或者合計(jì)阻尼參數(shù)，該模型使用如下方法來實(shí)現(xiàn)，其中使用多個(gè)并行觀測器來估計(jì)參數(shù)，比如在通過引用將內(nèi)容結(jié)合于此、于2007年 7月在瑞士洛桑召開的IEEE Power Tech Conference學(xué)報(bào)中發(fā)表的、標(biāo)題為“Real-time Parameter Estimation of Dynamic Power Systems using Multiple Observers，，白勺出片反物中闡述的方法。這樣，基于模型的濾波器實(shí)現(xiàn)了對(duì)各種與操作有關(guān)的物理參數(shù)(包括但不限于發(fā)電單元20提供的阻尼的合計(jì)或者總量、發(fā)電機(jī)30保持的轉(zhuǎn)子32的慣量和原動(dòng)機(jī) 24從渦輪22供應(yīng)的機(jī)械功率)的估計(jì)。數(shù)據(jù)庫150耦合到處理系統(tǒng)130，該數(shù)據(jù)庫被配置成存儲(chǔ)或者保持由順應(yīng)系統(tǒng)12 估計(jì)的先前總阻尼值或者合計(jì)阻尼值的歷史值。數(shù)據(jù)庫150可以包括任何適當(dāng)?shù)娜缦孪到y(tǒng)，該系統(tǒng)被配置成歸檔收集的阻尼值以用于經(jīng)由處理系統(tǒng)130或者其它設(shè)備的后續(xù)分析，以使用將討論的各種統(tǒng)計(jì)方法來確定估計(jì)的阻尼值是否順應(yīng)預(yù)定方針。監(jiān)視系統(tǒng)10可以實(shí)現(xiàn)為實(shí)時(shí)(或者接近實(shí)時(shí))監(jiān)視的在線軟件算法，或者可以實(shí)現(xiàn)為可以在機(jī)電振蕩已經(jīng)出現(xiàn)之后用于后分析的離線系統(tǒng)，其中采樣的電壓和電流波形存儲(chǔ)于數(shù)據(jù)庫150以用于后處理。處理系統(tǒng)130經(jīng)由測量單元100識(shí)別發(fā)電機(jī)30輸出的電壓值和電流值，于是基于模型的濾波器140a-140c實(shí)現(xiàn)定義如下的數(shù)學(xué)模型2H dw/dt = (Pm-Pelec)-D (Xrest) (Wis) (1)該模型表征同步發(fā)電機(jī)30的操作。具體而言，變量H定義發(fā)電機(jī)30的慣量，PmS 義為原動(dòng)機(jī)M向發(fā)電機(jī)30的轉(zhuǎn)子32遞送的機(jī)械功率；Pele。定義為發(fā)電機(jī)30輸出的電力； D(Xrest)定義為發(fā)電單元20提供的機(jī)械阻尼的總量，其包括開環(huán)機(jī)電系統(tǒng)的固有阻尼(即發(fā)電機(jī)30所提供的阻尼加上它與供電網(wǎng)絡(luò)60和負(fù)載70的交互)和PSS80提供的補(bǔ)充阻尼；并且(W-Ws)定義為在發(fā)電機(jī)30的速度與討論的發(fā)電系統(tǒng)10(保持經(jīng)由討論的供電網(wǎng)絡(luò)60互連的發(fā)電機(jī)30和負(fù)載70a-70x)的同步頻率(例如60Hz)之間的頻率差(弧度/ 秒)。這樣，基于模型的濾波器140a-140c利用數(shù)學(xué)模型(1)以生成由估計(jì)部件200 (由處理系統(tǒng)130執(zhí)行)處理和分析的輸出值。具體而言，來自基于模型的濾波器140a-140c 的輸出在由包括估計(jì)部件200的最小平方參數(shù)估計(jì)單元270分析之前由構(gòu)造單元250處理。因此，基于模型的濾波器140a-140c和估計(jì)部件200被配置成與發(fā)電單元20交互以便估計(jì)由發(fā)電機(jī)模型(1)定義的若干參數(shù)(包括參數(shù)D (xrest)，該參數(shù)識(shí)別由發(fā)電單元20提供的阻尼的總量或者合計(jì)量)。具體而言，執(zhí)行這樣的估計(jì)過程，其中處理由測量單元100 識(shí)別的電壓值和電流值以確定參數(shù)Pele。，該參數(shù)定義發(fā)電機(jī)30輸出的電力并且允許確定發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子32的操作頻率或者速度(W-Ws)。作為一種測量發(fā)電機(jī)30輸出的電壓和電流的替代方式，測量單元100可以被配置成直接測量發(fā)電單元20的操作頻率，該操作頻率由于測量單元100與發(fā)電機(jī)30的接近電鄰近而適于作為對(duì)發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子32的速度(W-Ws)的充分反映。在確定P&。和W-Ws時(shí)，處理系統(tǒng)130、具體為動(dòng)態(tài)發(fā)電機(jī)模型(1)、基于模型的濾波器140a-140c和估計(jì)部件200能夠識(shí)別變量H和Pm，這實(shí)現(xiàn)經(jīng)由估計(jì)部件200進(jìn)行的最小平方分析來估計(jì)變量D (Xrest)，該變量定義由發(fā)電單元20提供的總阻尼水平。通過由多個(gè)并聯(lián)的基于模型的濾波器140a-140c和估計(jì)部件200運(yùn)用的估計(jì)過程來估計(jì)總阻尼值D(x_t)，可以使用將討論的各種統(tǒng)計(jì)技術(shù)來估測當(dāng)前估計(jì)的總阻尼值 [D(Xrest)]相對(duì)于先前收集的歷史總阻尼值[D(XmJ ]是否變化。例如，如果發(fā)現(xiàn)并聯(lián)觀測器或者基于模型的濾波器140確立的當(dāng)前或者最近總阻尼估計(jì)D (x,est)偏離以往已經(jīng)估計(jì)的歷史總阻尼值，則將向輸電系統(tǒng)運(yùn)營商(TSO)如供電事業(yè)公司提示已經(jīng)出現(xiàn)與電力系統(tǒng)穩(wěn)定器(PSS)SO的操作有關(guān)的一些改變。具體而言，總阻尼值[D(XMSt)]的改變表明如下事實(shí)與發(fā)電機(jī)30關(guān)聯(lián)的PSS 80可能未被恰當(dāng)操作或者PSS 80已經(jīng)關(guān)斷。為了估計(jì)希望的參數(shù)IP1^O(Xrest),使用基于模型的估計(jì)系統(tǒng)，基于模型的濾波器140a-140c實(shí)現(xiàn)發(fā)電機(jī)30的動(dòng)態(tài)模型(1)，其中變量ai、b」和mk是未知參數(shù)并且一般是考慮的動(dòng)態(tài)發(fā)電單元20的物理參數(shù)的非線性函數(shù)。具體而言，可以用線性形式實(shí)現(xiàn)上文闡述的定義發(fā)電機(jī)30的數(shù)學(xué)模型(1)，從而使它適合于由基于模型的濾波器140a-140c實(shí)現(xiàn)。 這樣，實(shí)現(xiàn)由基于模型的濾波器140a-140c用來估計(jì)參數(shù)HJ1^nD(Xrest)的發(fā)電機(jī)模型⑴
9的方程以線性形式描述如下
權(quán)利要求
1.一種用于監(jiān)視向供電網(wǎng)絡(luò)供應(yīng)的發(fā)電單元所生成的電力的機(jī)電阻尼順應(yīng)的系統(tǒng)，所述系統(tǒng)包括測量單元，適合于耦合到所述供電網(wǎng)絡(luò)，所述測量單元被配置成識(shí)別由所述發(fā)電單元輸出的電壓值和電流值；數(shù)據(jù)庫，適合于保持與所述發(fā)電單元的操作關(guān)聯(lián)的至少一個(gè)先前電力阻尼值；以及處理系統(tǒng)，耦合到所述測量單元和所述數(shù)據(jù)庫，所述處理系統(tǒng)保持至少一個(gè)濾波器，所述濾波器被配置成基于所識(shí)別的電壓值和電流值來估計(jì)與所述發(fā)電單元輸出的電力關(guān)聯(lián)的電力阻尼值，其中所述處理系統(tǒng)比較估計(jì)的電力阻尼值與所述至少一個(gè)先前電力阻尼值以確定所述估計(jì)的電力阻尼值相對(duì)于所述至少一個(gè)先前電力阻尼值是否變化。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其中所述測量單元包括相量測量單元(PMU)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其中所述測量單元包括電力質(zhì)量(PQ)計(jì)量器。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其中所述處理系統(tǒng)被配置成基于所述估計(jì)的電力阻尼值與所述至少一個(gè)先前電力阻尼值的比較來生成報(bào)告。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，還包括耦合到所述測量單元的觸發(fā)系統(tǒng)，所述觸發(fā)系統(tǒng)被配置成識(shí)別是否持久地激勵(lì)由所述發(fā)電單元輸出的電力。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的系統(tǒng)，其中如果所述觸發(fā)系統(tǒng)識(shí)別持久地激勵(lì)所述發(fā)電單元，則所述處理系統(tǒng)比較所述估計(jì)的電力阻尼值與所述先前電力阻尼值。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其中所述處理系統(tǒng)保持多個(gè)并聯(lián)的基于模型的濾波器，所述濾波器耦合到估計(jì)單元，以估計(jì)所述電力阻尼值。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的系統(tǒng)，其中所述估計(jì)單元運(yùn)用最小平方過程以估計(jì)所述電力阻尼值。
9.一種用于監(jiān)視向供電網(wǎng)絡(luò)供應(yīng)的發(fā)電單元所生成的電力的機(jī)電阻尼順應(yīng)的系統(tǒng)，所述系統(tǒng)包括測量單元，適于耦合到所述供電網(wǎng)絡(luò)，所述測量單元被配置成識(shí)別與由所述發(fā)電單元生成的電力關(guān)聯(lián)的操作頻率；數(shù)據(jù)庫，適合于保持與所述發(fā)電單元的操作關(guān)聯(lián)的至少一個(gè)先前電力阻尼值；以及處理系統(tǒng)，耦合到所述測量單元和所述數(shù)據(jù)庫，所述處理系統(tǒng)保持至少一個(gè)濾波器，所述濾波器被配置成基于由所述測量單元識(shí)別的所述操作頻率來估計(jì)與由所述發(fā)電單元輸出的電力關(guān)聯(lián)的電力阻尼值，其中所述處理系統(tǒng)比較估計(jì)的所述電力阻尼值與所述至少一個(gè)先前電力阻尼值以確定所述估計(jì)的電力阻尼值相對(duì)于所述至少一個(gè)先前電力阻尼值是否變化。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的系統(tǒng)，其中所述測量單元包括相量測量單元(PMU)。
11.根據(jù)權(quán)利要求9所述的系統(tǒng)，其中所述測量單元包括電力質(zhì)量(PQ)計(jì)量器。
12.根據(jù)權(quán)利要求9所述的系統(tǒng)，其中所述處理系統(tǒng)被配置成基于所述估計(jì)的電力阻尼值與所述至少一個(gè)先前電力阻尼值的比較來生成報(bào)告。
13.根據(jù)權(quán)利要求9所述的系統(tǒng)，還包括耦合到所述測量單元的觸發(fā)系統(tǒng)，所述觸發(fā)系統(tǒng)被配置成識(shí)別是否持久地激勵(lì)由所述發(fā)電單元輸出的電力。
14.根據(jù)權(quán)利要求13所述的系統(tǒng)，其中如果所述觸發(fā)系統(tǒng)識(shí)別持久地激勵(lì)所述發(fā)電單元，則所述處理系統(tǒng)比較所述估計(jì)的電力阻尼值與所述先前電力阻尼值。
15.根據(jù)權(quán)利要求9所述的系統(tǒng)，其中所述處理系統(tǒng)保持多個(gè)并聯(lián)的基于模型的濾波器，所述濾波器耦合到估計(jì)單元，以估計(jì)所述電力阻尼值。
16.根據(jù)權(quán)利要求15所述的系統(tǒng)，其中所述估計(jì)單元運(yùn)用最小平方過程以估計(jì)所述電力阻尼值。
17.一種用于監(jiān)視配置成向供電母線分配電力的發(fā)電單元的機(jī)電阻尼順應(yīng)的方法，所述方法包括提供配置成測量所述發(fā)電單元的操作頻率的測量單元； 提供與所述測量單元關(guān)聯(lián)的至少一個(gè)先前阻尼值的數(shù)據(jù)庫； 將所述電力測量單元耦合到所述供電網(wǎng)絡(luò)； 測量所述發(fā)電單元的操作頻率；基于所述發(fā)電單元的操作頻率來估計(jì)與由所述發(fā)電單元輸出的電力關(guān)聯(lián)的阻尼值；以及比較所述估計(jì)的電力阻尼值與所述至少一個(gè)先前電力阻尼值。
18.根據(jù)權(quán)利要求17所述的方法，還包括比較所述先前電力阻尼值的標(biāo)準(zhǔn)差與所述估計(jì)的電力阻尼值。
19.根據(jù)權(quán)利要求17所述的方法，還包括比較所述先前電力阻尼值的平均值與所述估計(jì)的電力阻尼值。
20.根據(jù)權(quán)利要求17所述的方法，還包括生成比較所述估計(jì)的電力阻尼值與先前電力阻尼值的報(bào)告。
全文摘要
一種用于監(jiān)視發(fā)電單元的電力阻尼順應(yīng)的系統(tǒng)和方法，包括測量單元，該測量單元被配置成耦合到發(fā)電單元以識(shí)別與從其的電壓輸出關(guān)聯(lián)的電壓值、電流值和頻率值。保持基于模型的濾波器的處理系統(tǒng)處理電壓值、電流值和頻率值，以估計(jì)由發(fā)電單元提供的阻尼的總量。使用各種統(tǒng)計(jì)技術(shù)來比較估計(jì)的總阻尼與數(shù)據(jù)庫中保持的先前歷史值，以確定是否以順應(yīng)預(yù)定方針的方式來操作由發(fā)電單元提供的電力系統(tǒng)穩(wěn)定器(PSS)。
文檔編號(hào)G05B17/02GK102239631SQ200980132285
公開日2011年11月9日 申請日期2009年8月20日 優(yōu)先權(quán)日2008年8月21日
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