CN101095270B - 用于断路器的受控重闭的方法和设备 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及用于已经遭受扰动的电力系统中的例如线路的分支单元的受控重闭的方法，所述电力系统包括至少一个分支单元和至少一个与其连接的断路器，并且其中，对所述断路器两侧或所述线路的两个端点的电压矢量之间的角差进行检测并将其与比较值比较，并且依赖于所述角差偏离所述比较值的量值来完成或阻止所述重闭。通过自动且定期地更新所述比较值以便获得自适应值来实现本发明。根据本发明的系统包括设置成自动且定期地更新所述比较值以便获得自适应值的装置。

Description

用于断路器的受控重闭的方法和设备
技术领域
本发明涉及用于已经遭受扰动的电力系统中诸如例如线路之类的分支单元(branch element)的受控自动重闭的方法和系统。本发明特别涉及这样一种方法，其中对断路器的两侧或线路的两个端点的电压矢量之间的角差进行检测并将其与比较值比较，并且依赖于所述角差偏离所述比较值的量值来完成或阻止所述重闭。所述系统包括意图用于电力系统的电子测量和控制设备。
背景技术
众所周知，电力系统是按照与系统量和电力传输相关的固定尺度设计标准针对正常运行以及遭受扰动的运行来计划和设计的。电力系统的各部分的电压矢量之间的角差就是一个这样的量。这种角差是所传输的有功功率的度量和系统的稳定性裕量的度量。
当电力系统中出现扰动时，例如导致一个或多个分支单元、例如线路断开而使在瞬时故障情况下故障点的电弧熄灭以及故障消失的短路或接地故障，经常结合对所涉及的断路器上的电压幅度、频率和角位置的控制来使用自动重闭[Kunder，Power System Stability and Control，ISBN0-07-035958-X，p.922]。为使重闭得以进行，断路器两侧的这些相应量的值之间的差必须小于某些预定值/标准。这种方法被称为利用同步控制的受控重闭。在电孤已经熄灭并且故障点已经消电离之后，迅速重闭线路的目的是提高稳定性并且减少出现失相状况的风险；作为选择，允许较高的稳态运行电力转移。如果断路器两侧的电压之间的幅度、频率或相位的差太大，并且执行了断路器的连接，则存在如下风险：如此高的瞬时应力使得设备可能被损坏和/或电力系统的运行被进一步扰动。在断路器两侧的电压在幅度、频率或相位方面的差超过某个值的那些情况下，使用同步控制来阻止重闭。
在当今的设备中，断路器两侧的电压矢量之间的角差仅与固定的设置值进行比较。在所考虑的线路出现故障和断开之前的大功率传输的情况中，线路端之间的角差在稳态运行期间也相对较大。在由继电保护设备启动的断路器已经将线路在其端点断开之后，掩蔽的系统中的电力潮流被迫采用其它方向，这进一步增加了转移角(transfer angle)。自动重闭系统通过释放的线路保护设备在线路的两端启动。其后，在检查出线路没电(dead)之后，首先在相对端重闭故障线路。于是，所考虑的断路器的断路器极柱(breaker pole)之间的角差将相对较大，因为该角沿着给电但未加载的线路没有改变。因此，很有可能在所考虑的断路器的极柱之间存在/测量出过大的角差，于是重闭操作将被阻止。
上面描述的一系列事件的最近的例子是2003年9月28日在意大利的大停电[Interim Report of the Investigation Committee on the 28September 2003 Blackout in Italy，UTCE报道-2003年10月27日]，那时，失败的重闭导致了失控的扰动延续和传播。允许重闭的断路器极柱间的角差的界限在当时被设置为30°，因而阻止了重闭，造成迄今为止世界上最广泛的电力中断。
发明内容
本发明的一个目的是提供一种用于重闭已经遭受扰动的电力系统中的线路的方法，该方法使运行的失败或对运行的连续严重扰动的风险最小化。
本发明的另一个目的是提供自适应的比较值或比较变量，在重闭之前将其与断路器极柱之间的角进行比较。自适应的比较变量是基于在重闭已经发生和任何瞬态已经衰退之后、在稳态运行期间对线路上的角差的估计。
根据本发明，提供了一种用于已经遭受扰动的电力系统中的分支单元的受控重闭的方法，所述电力系统包括至少一个分支单元和至少一个与其连接的断路器，并且其中，确定所述断路器两侧或所述分支单元的两个端点的电压矢量之间的角差并将其与比较值比较，并且依赖于所述角差偏离所述比较值的量值来完成或阻止所述重闭，其特征在于：基于在所述分支单元断开之前或重闭之后所述分支单元的两个端点的电压矢量之间的角差，定期计算/估计且自动地更新所述比较值以便获得自适应值，本发明还提供了一种用于已经遭受扰动的电力系统中的分支单元的受控重闭的系统，所述电力系统包括至少一个分支单元和至少一个与其连接的断路器，并且其中，确定所述断路器两侧或所述分支单元的两个端点的电压矢量之间的角差并将其与比较值比较，并且依赖于所述角差偏离所述比较值的量值来完成或阻止所述重闭，其特征在于：设置成基于在所述分支单元断开之前或重闭之后所述分支单元的两个端点的电压矢量之间的角差来自动且定期地计算和更新所述比较值以便获得自适应值的装置(E1)。通过上述方法和系统，可以实现上述和其它目的。
根据本发明的一个实施例，在所述方法中，基于所述分支单元的两个端点的电压矢量之间的估计的角差并且基于来自所述电力系统的其它部分的测量数据以及任何基于参数的信息来计算所述比较值。
根据本发明的一个实施例，在所述方法中，通过计算/估计预期在所述分支单元的重闭已经发生并且任何由切换引起的瞬态已经衰减之后产生的所述分支单元的端点的电压矢量之间的所述角差来确定估计的比较值。
根据本发明的一个实施例，在所述方法中，通过在所述分支单元断开之前所述分支单元的两个端点的电压矢量之间的角差来确定更新的比较值。
根据本发明的一个实施例，所述系统的特征还在于设置成基于在所述分支单元断开之前所述电力系统的运行状态来更新所述比较值的装置(E11，E12)。
根据本发明的一个实施例，所述系统的特征还在于设置成基于所述分支单元的两个端点的电压矢量之间的估计的角差并且基于来自所述电力系统的其它部分的测量数据以及任何基于参数的信息来计算所述比较值的装置。
根据本发明的一个实施例，所述系统的特征还在于设置成通过计算/估计预期在所述分支单元的重闭已经发生并且任何由切换引起的瞬态已经衰减之后产生的所述分支单元的端点的电压矢量之间的所述角差的计算/估计来确定更新的比较值的装置(E11，E12)。
根据本发明的一个实施例，所述系统的特征还在于设置成基于在所述分支单元断开之前所述分支单元的两个端点的电压矢量之间的角差来确定更新的比较值的的装置(E11，E12)。
根据本发明的一个优选实施例，重闭是这样实现的：所涉及的断路器两侧的电压矢量之间的测量的角差不但与固定的设置比较值进行比较，还与基于在线路已经重闭之后线路的两个端点之间在稳态运行中的未来角差而估计/计算的比较值进行比较。依赖于此角差偏离界限值/比较值的量值，当设备故障或运行扰动的风险小时，完成所述重闭，或者当设备故障或运行扰动的风险值得考虑时，阻止所述重闭，从而使所述比较值得以自动更新，以便提供比固定或人工更新的界限值更好的确定完成或阻止的基础。
在电力系统中产生并且可能以某些其它方式损坏设备和扰动运行的瞬态的程度由连接之前断路器极柱之间的角差以及线路已经连接且稳态运行已经开始之后线路上的角差来确定。
在本发明的另一个优选实施例中，在线路已经由于故障而断开、然后在对断路器两侧的电压进行幅度控制、频率控制和相位控制后被再次连接之后，对线路上的电压矢量之间的角差的估计值进行定期更新，例如每秒更新一次。在第一近似中，假定线路两个端点的电压矢量之间的角差在重闭之后与在故障之前相同。于是从下述已知关系获得如此估计的角[Kundur，Power System Stability and Control，ISBN 0-07-035958-X，p.251]：
P = RE [ V 1 · I 1 * ] = [ | V 1 | · | V 1 | X ] sin ( Ψ ) = [ | V 1 | · | ( V 1 - I 1 · X ) | X ] sin ( Ψ ) , 其中
P＝线路上传输的有功功率；
V1＝线路的发送端的复电压；
I1＝线路上的复电流输出；
|V1|＝发送端的电压的RMS值；
|V2|＝接收端的电压的RMS值；
X＝所考虑的线路的纵向电抗(阻抗被省略)；
Ψ＝线路两个端点的电压矢量之间的角。
让我们假定所考虑的自适应同步检查功能安装在线路的发送端(对于接收端，其推导完全相似)。线路电抗X是已知参数，而线路功率P是基于电压|V1|和线路上的电流输出|I1|的测量值以及电流与电压之间的相角
Figure GSB00000790323400042
根据
Figure GSB00000790323400043
来计算的。
根据另一个实施例，本发明包括计算机程序，其控制计算机或计算机过程，以便控制或仿真根据本发明的用于电力系统中的自适应同步检查的方法。
在本发明的另一个实施例中，设置成控制计算机或计算机过程、以便控制或仿真根据本发明的用于电力系统中的自适应同步检查的方法的计算机程序被记录或存储在一个或多个计算机可读介质上。
本发明的进一步的发展包括在下述说明、权利要求和摘要的范围中。
附图说明
下面将参考附图较为详细地描述本发明，在附图中：
图1示出了一个电力系统，其包括两个子系统以及子系统之间经由等效分支单元的连接；
图2示出了自动重闭系统的角感测部分的一个实施例，其包括用于计算断路器两侧的电压矢量的测量角之间的差值的差值单元；
图3以单线图和块图示出了本发明的一个实施例，其包括用于确定基准角的单元；以及
图4基于图3中的部件以流程图示出了本发明的一个实施例。
具体实施方式
在下面，将描述根据本发明的方法和设备二者。
根据本发明的设备包括多个组件/装置，在附图中以流程图和块图示出。所述块图可以以描述设备配置的块图和信号流程图两者来解释。在流程图中或通过块图中示出的块所实现的功能的适用部分可通过模拟和/或数字技术来实现，但有利的是作为微处理器中的程序来实现、在计算机程序中实现或以在计算机中或计算机过程中实现的计算机程序代码元素来实现。
应当理解，当附图中所示的流程和块在物理实现中被称为设备、装置等时，应当将其设想为用于实现期望功能的装置，尤其是当该功能以微处理器中的软件来实现时。因此，如本文中的情况，措辞“信号”也可以被解释为由计算机程序产生的值，并也仅以此形式出现。下面的块仅仅被描述为功能，因为它们可以由本领域技术人员以本身已知的方式容易地实现。
为了避免对那些对本领域中的技术人员来说不言自明的区别的描述，以下将同样的诸表示概括地用于出现在线路中、自动设备中和计算单元中的量，如对应于这些量且提供给下面描述的重闭设备并在其中处理的测量值和信号/-计算值。
图1示出了一个电力系统，其包括分别为D1和D2的两个子系统；所述子系统之间经由具有阻抗Zk的等效分支单元的连接；具有纵向阻抗Zl的线路L，其在相应的子系统中具有其端点；以及两个断路器B1和B2，分别位于所述线路的两个端点。而且，Pk、Qk、Ik和Pl、Ql、Il分别指所考虑的连接分支中和线路中的有功和无功功率流以及电流。V1/V2和Ψ1/Ψ2分别指分别在相应子系统中的线路端点处的电压和相角的量，这里，相角相关于任意的公共基准。断路器B1的线路侧的相应量分别标记为V1L和Ψ1L。断路器B1相应侧的电压分别用电压互感器E2和E3来测量，而线路电流用电流互感器E4来测量。上述仪表互感器的次级侧连接到用于计算基准角Ψref的单元E1。
图2以单线图和块图示出了根据现有技术的自动重闭系统A1的相角感测部分的一个实施例，其包括：差值单元A11，用于计算断路器B1两侧的电压矢量的测量的角Ψ1和Ψ1L之间的差ΔΨ；绝对值形成单元A12，另一个绝对值形成单元A13，其计算ΔΨ的绝对值和基准角Ψref之间的差；以及电平感测单元A14，其检查来自A13的输出值是否小于零。来自自动重闭系统的输出信号是二进制信号，如果ΔΨ的绝对值小于基准角Ψref，则所述输出信号为1，反之为0。来自自动重闭系统的二进制信号作为“与”条件S0进入重闭逻辑单元A2，以便进行重闭线路的断路器B1的ON操作。其它用于连接断路器B1的、到“与”条件A2的输入表示为S1....Sn。
图3以单线图和块图的形式示出了本发明的一个实施例，包括用于确定基准角Ψref的单元E1，其中，可以包括一个或多个组件E11、第一计算步骤E12、第二计算步骤和E13、界限值的选择。在第一计算步骤中，基于设置的线路电抗ZSet、断路器B1的线路侧的测量电流I1L和电压V1L以及连接到断路器的母线的任何测量电压V1来确定值ΨCalc1。计算可以在计算单元E12中进一步精确化，其中提供有来自电力系统其它部分的测量数据AddInf1以及任何基于参数的信息AddInf2。在最后的步骤E13中，在功能块Sel中选择应当将固定的设置值ΨRefSet还是计算值ΨCalc2提供给输出量ΨRef。
图4基于图3中的组件以流程图的形式示出了本发明的一个实施例。用于重闭的角界限值的自动更新以某种方式开始。此后，读取用于线路数据ZSet的参数、用于计算基准角ΨRef的采取参数形式的附加信息AddInf2以及用于选择确定ΨRef的方法的参数，即固定参数值ΨRefSet或计算值ΨCale2。此后，检测测量值V1、V1L、I1L和AddInf1。然后，基于任何下述标准来进行ΨCalc1和ΨCalc2的计算。
-在断路器B1重闭之后，电力系统的期望的运行状态；
-接通断路器B1之前电力系统的当前状态；或
-在断路器B1的重闭已经发生之后，线路端点的电压矢量之间的估计的或实际产生的角差。
最后，确定基准角ΨRef。在已经以此方式确定了基准角之后，将ΨRef的更新值传递到图2中的计算单元A1。之后，从检测测量值V1、V1L和I1L开始重复执行该序列。
以上已经参考几个不同的优选实施例描述了本发明。本发明当然不限于这些实施例，相反，在本发明的保护范围之内，实施例的多个其它变型是完全可行的。

Claims (16)

1.一种用于已经遭受扰动的电力系统中的分支单元的受控重闭的方法，所述电力系统包括至少一个分支单元和至少一个与其连接的断路器，并且其中，确定所述断路器两侧或所述分支单元的两个端点的电压矢量之间的角差并将其与比较值比较，并且依赖于所述角差偏离所述比较值的量值来完成或阻止所述重闭，其特征在于：
基于在所述分支单元断开之前或重闭之后所述分支单元的两个端点的电压矢量之间的角差，定期计算/估计且自动地更新所述比较值以便获得自适应值。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于：基于在断开的分支单元重闭之后所述电力系统的期望的运行状态来估计所述比较值。
3.如权利要求1所述的方法，其特征在于：基于在所述分支单元已经重闭之后所估计/计算的角差来确定所述比较值。
4.如权利要求1所述的方法，其特征在于：基于在所述分支单元断开之前所述电力系统的运行状态来更新所述比较值。
5.如权利要求1所述的方法，其特征在于：基于所述分支单元的两个端点的电压矢量之间的估计的角差并且基于来自所述电力系统的其它部分的测量数据以及任何基于参数的信息来计算所述比较值。
6.如权利要求2、3和5中的任一项所述的方法，其特征在于：通过计算/估计预期在所述分支单元的重闭已经发生之后产生的所述分支单元的端点的电压矢量之间的所述角差来确定所估计/计算的比较值。
7.如权利要求2、3和5中的任一项所述的方法，其特征在于：通过计算/估计预期在所述分支单元的重闭已经发生并且任何由切换引起的瞬态已经衰减之后产生的所述分支单元的端点的电压矢量之间的所述角差来确定估计的比较值。
8.如权利要求1、4和5中的任一项所述的方法，其特征在于：通过在所述分支单元断开之前所述分支单元的两个端点的电压矢量之间的角差来确定更新的比较值。
9.一种用于已经遭受扰动的电力系统中的分支单元的受控重闭的系统，所述电力系统包括至少一个分支单元和至少一个与其连接的断路器，并且其中，确定所述断路器两侧或所述分支单元的两个端点的电压矢量之间的角差并将其与比较值比较，并且依赖于所述角差偏离所述比较值的量值来完成或阻止所述重闭，其特征在于：
设置成基于在所述分支单元断开之前或重闭之后所述分支单元的两个端点的电压矢量之间的角差来自动且定期地计算和更新所述比较值以便获得自适应值的装置(E1)。
10.如权利要求9所述的系统，其特征在于：设置成基于在断开的分支单元重闭之后所述电力系统的期望的运行状态来确定所述比较值的装置(E11，E12)。
11.如权利要求9所述的系统，其特征在于：设置成基于在所述分支单元已经重闭之后所估计/计算的角差来确定所述比较值的装置(E11，E12)。
12.如权利要求9所述的系统，其特征在于：设置成基于在所述分支单元断开之前所述电力系统的运行状态来更新所述比较值的装置(E11，E12)。
13.如权利要求9所述的系统，其特征在于：设置成基于所述分支单元的两个端点的电压矢量之间的估计的角差并且基于来自所述电力系统的其它部分的测量数据以及任何基于参数的信息来计算所述比较值的装置。
14.如权利要求10、11和13中的任一项所述的系统，其特征在于：设置成通过计算/估计预期在所述分支单元的重闭已经发生之后产生的所述分支单元的端点的电压矢量之间的所述角差来确定更新的比较值的装置(E11，E12)。
15.如权利要求10、11和13中的任一项所述的系统，其特征在于：设置成通过计算/估计预期在所述分支单元的重闭已经发生并且任何由切换引起的瞬态已经衰减之后产生的所述分支单元的端点的电压矢量之间的所述角差的计算/估计来确定更新的比较值的装置(E11，E12)。
16.如权利要求9、12和13中的任一项所述的系统，其特征在于：设置成基于在所述分支单元断开之前所述分支单元的两个端点的电压矢量之间的角差来确定更新的比较值的装置(E11，E12)。
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