專利名稱：與電力輸送有關(guān)的改進(jìn)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及電力輸送系統(tǒng)，并更具體地涉及高壓、高功率電網(wǎng)系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
假設(shè)沒有熱限制，對(duì)電力系統(tǒng)的電力輸送限制經(jīng)常是因?yàn)橐馔馐录械乃矐B(tài)不穩(wěn)定性或電壓不穩(wěn)定性。還關(guān)心穩(wěn)態(tài)不穩(wěn)定性。為了對(duì)這些潛在的不穩(wěn)定性進(jìn)行量化，需要電力系統(tǒng)動(dòng)態(tài)特性的知識(shí)。用于提供對(duì)電力系統(tǒng)動(dòng)態(tài)特性的估計(jì)的現(xiàn)有技術(shù)，以及因此電力輸送限制，是基于數(shù)學(xué)動(dòng)態(tài)模型的研究，這些研究具有明顯的不確定性。迄今為止，系統(tǒng)工程師必須加入大量的安全因素，有效地對(duì)安全電力輸送容量打出較大的裕量，因而過度地限制可輸送的電力或在容量方向需要額外的投資。
以前已經(jīng)提出使用一種設(shè)定電力輸送限制的“信號(hào)能量”方法，此方法基于以下觀測隨著功率流增加，“信號(hào)能量”漸近地增加(并且阻尼惡化)。
然而，這些提議受制于以下事實(shí)(a)它們只依賴于數(shù)學(xué)動(dòng)態(tài)模型，伴隨有上述問題；(b)使用不把此數(shù)量分成頻率成分的“信號(hào)能量”使問題的本質(zhì)不明顯；(c)在實(shí)踐中，信號(hào)能量和/或阻尼與MW功率流之間的關(guān)系不完全一致。

發(fā)明內(nèi)容
根據(jù)本發(fā)明，提供一種監(jiān)測高壓電力系統(tǒng)的方法，包括以下步驟獲得電力系統(tǒng)的小信號(hào)動(dòng)態(tài)特性的測量結(jié)果，其中，在主流系統(tǒng)條件下獲得所述測量結(jié)果，所述系統(tǒng)條件由電力系統(tǒng)的操作參數(shù)確定；以及利用所述測量結(jié)果來確定電力系統(tǒng)的電力輸送限制。
眾所周知，電網(wǎng)系統(tǒng)受到連續(xù)的小擾動(dòng)。本發(fā)明提供一種確定電力輸送系統(tǒng)中電力輸送限制的方法，包括(a)在一段時(shí)間內(nèi)在電力系統(tǒng)的至少一部分線路上，基于對(duì)小擾動(dòng)的測量而測量電力系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)特性(包括模式阻尼)；(b)在所述時(shí)間段內(nèi)測量電力系統(tǒng)操作參數(shù)，包括功率流；(c)在每條所述線路中，使用在(a)和(b)中采集的數(shù)據(jù)來建立模式阻尼特性和電力系統(tǒng)操作參數(shù)之間的關(guān)系；以及(d)從所述關(guān)系計(jì)算功率流限制，為每條線路提供安全輸送所需的置信度。
優(yōu)選通過對(duì)系統(tǒng)中多個(gè)點(diǎn)的數(shù)據(jù)進(jìn)行多變量分析而執(zhí)行步驟(d)，以確定固定的電力系統(tǒng)操作參數(shù)/阻尼關(guān)系，并處理所述關(guān)系中其它未解釋的隨機(jī)變化。


現(xiàn)在結(jié)合附圖，并只借助實(shí)例來描述本發(fā)明的實(shí)施例，在附圖中圖1、2和3為示出功率流和模式阻尼比之間關(guān)系的圖形；圖4為示出功率流和模式衰減時(shí)間之間關(guān)系的圖形；以及圖5-7為與進(jìn)一步實(shí)施例有關(guān)的圖形。
具體實(shí)施例方式
本發(fā)明的方法包括測量電力系統(tǒng)的小信號(hào)或穩(wěn)態(tài)動(dòng)態(tài)特性。連續(xù)地在線測量，并且結(jié)合實(shí)際流行的系統(tǒng)條件進(jìn)行測量。
具體地，被測量的動(dòng)態(tài)特性是基于有功或無功功率流、電壓、系統(tǒng)頻率等的系統(tǒng)模式阻尼、模式頻率和模式振幅。
這些模式值又與實(shí)際流行的系統(tǒng)參數(shù)如有功和無功功率、電壓、系統(tǒng)頻率等相關(guān)。
另外，總是考慮測量的發(fā)生時(shí)間。這些測量接著用于確定系統(tǒng)的小信號(hào)電力輸送限制，并因而保證最有效的電力輸送操作條件。
所述測量優(yōu)選用根據(jù)以下確定的因素進(jìn)行修正對(duì)于第一階段，在限制從確定的意外事件得到的瞬態(tài)或電壓條件之前，從系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型獲得電力系統(tǒng)的一組小信號(hào)動(dòng)態(tài)特性值以及相應(yīng)的操作參數(shù)，所述動(dòng)態(tài)特性值優(yōu)選為模式阻尼特性。
從這組值得到在特定系統(tǒng)條件下小信號(hào)動(dòng)態(tài)特性和瞬態(tài)限制之間的關(guān)系。此關(guān)系接著與實(shí)際在線小信號(hào)測量一起使用，以確定系統(tǒng)的電力輸送限制。
該技術(shù)可對(duì)如何關(guān)閉電力系統(tǒng)提供在線信息，如電力系統(tǒng)的輸送限制。
用阻尼比、模式衰減時(shí)間、或任何其它適當(dāng)?shù)男问絹頊y量阻尼特性。
本發(fā)明進(jìn)一步包括對(duì)一個(gè)或多個(gè)意外條件進(jìn)行前述處理而計(jì)算得到安全限制。
本發(fā)明基于利用電力系統(tǒng)操作參數(shù)的實(shí)際發(fā)生的數(shù)據(jù)和感興趣系統(tǒng)中的模式阻尼。此數(shù)據(jù)可人工地或通過其它已知的手段從歷史數(shù)據(jù)得到。
(a)優(yōu)選利用已在可觀測條件下被連續(xù)直接動(dòng)態(tài)測量驗(yàn)證的電力系統(tǒng)動(dòng)態(tài)模型，從而，可在模型預(yù)測中加入所需的置信度。
通過在電網(wǎng)的一個(gè)或多個(gè)點(diǎn)上獲得電力系統(tǒng)操作參數(shù)并分析總是存在的小擾動(dòng)，根據(jù)模式頻率、振幅和阻尼得到電力系統(tǒng)動(dòng)態(tài)特性的在線估計(jì)。
從此數(shù)據(jù)可注意到大量的特征。例如，當(dāng)線路上的有功功率流增加時(shí)，在此線路上的模式阻尼惡化。而且，在許多情況下，模式阻尼比大致與被監(jiān)測線路上的MW功率流線性相關(guān)。例如，在圖3中，功率流和模式阻尼比之間的關(guān)系為阻尼比＝0.105-0.0005×功率流對(duì)于阻尼比為零的點(diǎn)建立小信號(hào)電力輸送限制，即功率流為0.105/0.0005＝210MW。
然而，此情形不總是適合。假設(shè)監(jiān)測電網(wǎng)中的兩條線路(Line 1和Line 2)，并且在這些線路上有兩種模式存在(Mode A和ModeB)。如圖1所示，在Line 1上，Mode A的阻尼比與Line 1上的有功功率流相關(guān)。然而，如圖2所示，在Line 2上，Mode A的阻尼比與Line 2上的有功功率流完全無關(guān)。同時(shí)，Mode B的阻尼比大致與Line 1和Line 2上的有功功率流線性相關(guān)。
乍看起來，阻尼和有功功率流之間沒有清晰的關(guān)系。
為了解決此問題，必需認(rèn)識(shí)到明顯缺乏相互關(guān)系是因?yàn)樵撉樾伪灰曌鲉巫兞繂栴}而引起的，然而事實(shí)上這是一個(gè)多變量問題。在線路上建立模式阻尼和MW功率流之間關(guān)系時(shí)，必須同時(shí)考慮在其它相關(guān)線路上的功率流和可能的阻尼。
通過使用多變量分析(或如果適當(dāng)?shù)脑捠褂蒙窠?jīng)網(wǎng)絡(luò))，在其模式具有電力系統(tǒng)操作參數(shù)和模式阻尼比之間固定關(guān)系的系統(tǒng)中，可對(duì)每條線路建立一個(gè)關(guān)系。這例如可通過形成觀測矩陣而建立，從此矩陣可得到用于多變量關(guān)系的參數(shù)。接著，可如上所述地使用固定的多變量關(guān)系，以計(jì)算每條線路的電力輸送限制。
認(rèn)識(shí)到在線路上的阻尼和MW功率流之間關(guān)系中的“未解釋”變量的另一來源起因于與各個(gè)發(fā)電機(jī)和電廠相關(guān)的無效或誤操作控制系統(tǒng)。
對(duì)于另外的好處，當(dāng)建立多變量關(guān)系時(shí)，通過包括對(duì)與各個(gè)發(fā)電機(jī)和其它相關(guān)電廠有關(guān)的電力系統(tǒng)操作參數(shù)的觀測，有可能識(shí)別哪個(gè)被觀測發(fā)電機(jī)/電廠作用于系統(tǒng)阻尼。
應(yīng)該指出，以此方式得到的輸送限制應(yīng)用于電壓和瞬態(tài)不穩(wěn)定性；以此方式，可估計(jì)電力系統(tǒng)承受任何特定意外事件的可能性。
重要的是意識(shí)到，此評(píng)估主要基于觀測數(shù)據(jù)，并且為了得到預(yù)先意外的小信號(hào)動(dòng)態(tài)特性和瞬態(tài)限制之間關(guān)系，只需要包括網(wǎng)絡(luò)模型。
該技術(shù)的另一重要特征是，通過使輸送限制基于主流電力系統(tǒng)動(dòng)態(tài)條件，使用“條件”概率而不是“邊緣”概率，并且此事實(shí)在輸送限制評(píng)估時(shí)導(dǎo)致附加的準(zhǔn)確度和靈活性。
在另一方面，在高壓輸電系統(tǒng)中有頻繁的意外事件，在此系統(tǒng)中，在輸電線路上的功率流中“自然地”出現(xiàn)不良阻尼振蕩。這些振蕩可持續(xù)幾分鐘或延長到幾個(gè)小時(shí)。在存在不良阻尼振蕩的時(shí)間內(nèi)，該電力系統(tǒng)容易發(fā)生電力系統(tǒng)供電安全風(fēng)險(xiǎn)，此風(fēng)險(xiǎn)通常為電壓或瞬態(tài)不穩(wěn)定性風(fēng)險(xiǎn)的形式。振蕩源經(jīng)常與后述控制系統(tǒng)的誤操作有關(guān)，所述控制系統(tǒng)與連接到輸電系統(tǒng)的發(fā)電機(jī)或其它電廠相關(guān)。
有許多連接到輸電系統(tǒng)的發(fā)電機(jī)和其它電廠單位，并且目前非常難以從這許多單位中確定哪個(gè)電廠單位出故障。在確定單個(gè)電廠單位時(shí)，可采取糾正措施，并因此減少供電損失風(fēng)險(xiǎn)。
本發(fā)明還提供基于對(duì)以下測量結(jié)果的模型分析來確定各個(gè)電廠單位的方法，所述測量結(jié)果為從電力系統(tǒng)采集的電壓、電流、有功功率流、無功功率流和系統(tǒng)頻率。
根據(jù)模式頻率、模式阻尼和模式振幅測量電力系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)特性。通過在電網(wǎng)上各個(gè)測量位置之間比較這些模式測量結(jié)果中的部分或全部，有可能確定不良阻尼源的位置。迄今為止，傳統(tǒng)上假設(shè)在輸電網(wǎng)絡(luò)上模式頻率和阻尼是恒定的，只有模式振幅隨著位置的不同而不同(即，在這方面，電力系統(tǒng)表現(xiàn)為線性方式)。
在對(duì)各個(gè)電廠附近獲得的信號(hào)進(jìn)行模型分析時(shí)，可利用電力系統(tǒng)的此種非線性特性來確定各個(gè)誤操作的電廠。
有可能檢測振蕩源的另一方面是通過檢查與電力系統(tǒng)頻率和有功(或無功)功率相關(guān)的模式相位關(guān)系。在振蕩源與測量點(diǎn)靠得很近的情況下，可期望模式之間的相位差比測量點(diǎn)遠(yuǎn)離振蕩源的情況更大。
現(xiàn)在結(jié)合圖5-7描述本發(fā)明此方面的應(yīng)用實(shí)例。
圖5示出在輸電系統(tǒng)中經(jīng)?？煽吹降牡湫偷摹白匀弧闭袷?。圖6示出當(dāng)在輸電網(wǎng)絡(luò)上的點(diǎn)A分析此事件的有功功率、無功功率和電壓信號(hào)時(shí)所獲得的結(jié)果，其中，點(diǎn)A在電學(xué)上遠(yuǎn)離振蕩源。圖7示出當(dāng)在輸電網(wǎng)絡(luò)上的點(diǎn)B分析此事件的有功功率、無功功率和電壓信號(hào)時(shí)所獲得的結(jié)果，其中，點(diǎn)B在電學(xué)上靠近振蕩源。
在這些示圖中可看到，在點(diǎn)B上對(duì)于無功功率信號(hào)恒定的模式延遲時(shí)間(a)在振蕩周期內(nèi)在平均值和最大值方面具有更高的水平(b)對(duì)于相應(yīng)信號(hào)，在點(diǎn)A之前的時(shí)間點(diǎn)上達(dá)到較高值。
也可看到，在振蕩周期中對(duì)有功功率和電壓信號(hào)實(shí)現(xiàn)的平均值和最大值一般在點(diǎn)B上比點(diǎn)A上更高。
在對(duì)各種信號(hào)的模型分析結(jié)果中的這些和其它的相似表示確定在電網(wǎng)上振蕩源比點(diǎn)A更靠近點(diǎn)B。在電網(wǎng)上，在電學(xué)上比點(diǎn)B更遠(yuǎn)的其它點(diǎn)上進(jìn)行相似的測量，確認(rèn)振蕩源靠近點(diǎn)B。
通過此方式，現(xiàn)在已經(jīng)定位/確定振蕩源，并且現(xiàn)在糾正措施可集中在單個(gè)電廠，因而排除此供電損失的風(fēng)險(xiǎn)。
在各種信號(hào)內(nèi)故障表現(xiàn)的具體形式取決于電廠故障或誤操作的類型。所述表現(xiàn)的準(zhǔn)確性質(zhì)可較好地用于對(duì)故障分類，并對(duì)應(yīng)該采取的補(bǔ)救措施的形式提供指南。
在本發(fā)明的范圍內(nèi)，可作出修改和改進(jìn)。
權(quán)利要求
1.一種監(jiān)測高壓電力系統(tǒng)的方法，所述方法包括以下步驟獲得電力系統(tǒng)的小信號(hào)動(dòng)態(tài)特性的測量結(jié)果，其中，在主流系統(tǒng)條件下獲得所述測量結(jié)果，所述系統(tǒng)條件由電力系統(tǒng)的操作參數(shù)確定；以及利用所述測量結(jié)果來確定電力系統(tǒng)的電力輸送限制。
2.如權(quán)利要求1所述的方法，其中，各個(gè)測量結(jié)果與各個(gè)主流系統(tǒng)條件相關(guān)聯(lián)。
3.如前面任一項(xiàng)權(quán)利要求所述的方法，其中，以預(yù)定的間隔執(zhí)行測量。
4.如權(quán)利要求3所述的方法，其中，預(yù)定間隔為有規(guī)律的間隔。
5.如前面任一項(xiàng)權(quán)利要求所述的方法，其中，基本連續(xù)地執(zhí)行測量。
6.如前面任一項(xiàng)權(quán)利要求所述的方法，其中，電力系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)特性包括系統(tǒng)的模式特性。
7.如權(quán)利要求6所述的方法，其中，模式特性包括系統(tǒng)的模式阻尼特性。
8.如權(quán)利要求6或7任一項(xiàng)所述的方法，其中，模式特性包括系統(tǒng)的模式頻率。
9.如權(quán)利要求6-8中任一項(xiàng)所述的方法，其中，模式特性包括系統(tǒng)的模式振幅。
10.如前面任一項(xiàng)權(quán)利要求所述的方法，其中，系統(tǒng)的操作特性包括一個(gè)或多個(gè)以下特性電壓相量、電流相量、電壓相角差、電流相角差、有功功率值、無功功率值、電壓值、電流值、系統(tǒng)頻率、這些值的發(fā)生時(shí)間。
11.如前面任一項(xiàng)權(quán)利要求所述的方法，進(jìn)一步包括以下步驟a)從電力系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型獲得電力系統(tǒng)的一組小信號(hào)動(dòng)態(tài)特性值；b)在限制瞬態(tài)或電壓條件之前，從電力系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型獲得電力系統(tǒng)的相應(yīng)操作參數(shù)；c)從所述小信號(hào)值和所述操作參數(shù)值獲得小信號(hào)值和操作參數(shù)值之間的關(guān)系值，以確定系統(tǒng)的電力輸送限制。
全文摘要
本發(fā)明涉及與電力輸送有關(guān)的改進(jìn)，其中描述了一種監(jiān)測高壓電力系統(tǒng)的方法。該方法包括在主流系統(tǒng)條件下測量小信號(hào)電力系統(tǒng)特性，并利用所述測量結(jié)果來確定電力輸送限制。
文檔編號(hào)H02J3/00GK1535494SQ02814678
公開日2004年10月6日 申請(qǐng)日期2002年6月14日 優(yōu)先權(quán)日2001年6月22日
發(fā)明者亞歷山大·古德爾, 亞歷山大 古德爾, 斯 H. 威爾遜, 道格拉斯·H.·威爾遜 申請(qǐng)人:普西梅特里克斯有限公司