CN102099982A - 电力系统控制中的时延补偿 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及在电力系统控制中补偿在远程反馈信号中的时延。描述了一种方法,方法包括将时延转换成相移,并且根据相移计算四个补偿角。最佳补偿角得以确定并应用到远程反馈信号。也公开了为控制器配备全局时钟的技术。

Description

电力系统控制中的时延补偿
技术领域
本发明涉及在将多个发电机和消费者互连的电力系统中控制可控制装置的领域。具体而言,考虑了多模式电动机械振荡的控制,其中,控制器利用反馈信号。
背景技术
随着对电力市场的管制不断放宽,电力从远距离发电机到本地消费者的负载传输和转运已成了惯例。由于发电公司之间的竞争与优化资产的新兴需求,通过现有电网传送增大的电力量,由于传输瓶颈原因而不断造成拥塞。传输瓶颈一般通过在传输接口上引入传送极限来处理。这改进了系统安全性,然而,它也暗示在更低成本生产从高压输电网(grid)断开时要连接更高成本电力生产。因此,传输瓶颈对社会有相当大的成本。如果传送极限未得到遵守,则系统安全性降低,这可暗示在发生可接受意外事故的情况下大量客户的断开或甚至完全停电。
传输瓶颈的基础物理原因经常与电力系统的动态特性有关。多种动态现象需要避免以便充分保证安全系统操作,例如同步损失、电压骤降和增长的电动机械振荡。在此方面,电气传输网络是高度动态的,并且采用控制系统和反馈以改进性能和增大传送极限。
具体参照在部分电力网中发生的不希望的电动机械振荡,它们一般具有不到几赫兹的频率,并且只要它们衰减足够快,它们便被认为是可接受的。它们由例如可能在故障后网络中的切换事件或系统负载的正常变化启动,并且它们是任何电力系统的特征。然而,在例如由于在发电机、负载和/或传输线路的连接或断开后电力流(power flow)的新分配原因,电力系统的操作点变化时,可发生不充分的阻尼振荡。在这些情况下,几毫瓦的传送功率的增大可形成在稳定振荡与不稳定振荡之间的差别,不稳定振荡可能造成系统崩溃或导致同步损失、互连丢失,并最终不能供应电力到客户。电力系统的适当监视和控制能够帮助网络运营商准确地评估电力系统状态,并通过采取适当动作(例如特别设计的振荡阻尼设备的连接)来避免完全停电。
人们已发现,电力网中电动机械振荡也采取多个振荡模式的叠加形式。这些多振荡模式形成与单模式振荡类似的问题,并因此可能造成电力网的崩溃。此外,在功率振荡阻尼(POD)控制器用于稳定单个选定振荡模式的情况下,这经常可具有使存在的其它振荡模式(例如随后比第一主要模式阻尼更少的第二主要模式)不稳定的效应。
通常,电力网利用所谓的超前滞后控制器来改进不合需要的频率响应。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,均将极点-零点对引入开环传递函数中。传递函数能够在拉普拉斯域中表示为:
Y X = s - z s - p
其中,X是补偿器的输入,Y是输出,s是复拉普拉斯变换变量,z是零点频率,以及p是极点频率。极点和零点一般均是负值。在超前控制器中,极点在复数平面(Argand plane)中是在零点左侧,|z|<|p|,而在滞后控制器中,|z|>|p|。超前滞后控制器包括超前控制器与滞后控制器级联。总体传递函数能够表示为:
Y X = ( s - z 1 ) ( s - z 2 ) ( s - p 1 ) ( s - p 2 )
一般情况下,|p1|>|z1|>|z2|>|p2|,其中,z1和p1是超前控制器的零点和极点,并且z2和p2是滞后控制器的零点和极点。超前控制器在高频率处提供相位超前。这使极点向左位移,这增强了系统的响应性和稳定性。滞后控制器在低频率处提供相位滞后,这减少了稳态误差。
极点和零点的准确位置取决于闭环响应的所需特征和正被控制的系统的特征。然而,滞后控制器的极点和零点应靠近以便不造成极点右移,这能够造成不稳定性或慢速收敛。由于其目的是影响低频行为,因此,它们应在原点附近。
电力传输和配电系统或电网包括用于连接地理上分开的区域的高压连接线(tie lines)、中压线路及用于变换电压和在线路之间切换连接的变电站。为管理电网,本技术领域中利用相量测量单元(PMU)是为人所熟知的。PMU提供有关电网的加时戳本地信息,具体而言是电流、电压和负载流。在整个网络内由PMU收集并在中央数据处理器处处理的多个相量测量提供了电力系统的总体电气状态的快照。
文章“用于电力系统振荡的阻尼的FACTS的应用”(Application of FACTS Devices for Damping of Power System Oscillations,by R.Sadikovic等人,proceedings of the Power Tech conference 2005,June 27-30,St.Petersburg RU),其公开内容通过引用结合于本文中以满足所有目的。该文讲述了在操作条件更改的情况下适当反馈信号的选择和功率振荡阻尼(POD)控制器参数的随后适应性调谐。它基于线性系统模型,其传递函数G(s)被扩展为N个留数(residue)的和。
G ( s ) = Σ i = 1 N R i ( s - λ i )
N个特征值λi对应于系统的N个振荡模式,而特定模式的留数Ri提供了该模式的本征值对系统的输出与输入之间反馈的灵敏度。应注意的是,在复合分析中,“留数”是描述在奇点(singularity)周围亚纯函数的线积分的行为的复数。留数可也用于计算实积分并允许利用留数定理确定更复杂的路径积分。每个留数表示模态可观测性和可控性的积(a product of modal observability and controllability)。图1提供POD控制器为了实现选定/关键模式k的所需位移λk=αk+j·ωk而造成的s平面中相位补偿角φc的图示,其中,αk是模态阻尼,并且ωk是模态频率。作为从全部采用了(低通和高通)预滤波器的模式λk、输入I和输出j的复留数Resjik)开始,在频率ωk处获得的所有部分角成分(angle contributions)之和的分别到+π和-π的余角而得到结果相位补偿角φc。φR是留数角,并且φF是预滤波器造成的相移。
因此,在电力网控制系统中利用本地反馈信号已为人所熟知。然而,基于远程反馈信号的电力网控制系统被认为可在阻尼不希望的电动机械振荡方面产生相当大的改进。然而,存在与远程反馈信号相关联的缺点。具体而言,远程信号由在远距离地理位置的PMU获得并经可能几千公里长的通信信道发送到控制器。远程信号也可通过广域数据集中平台。因此,产生了反馈回路中的持久时延。众所周知,此类时延可使反馈回路变得不稳定。
图2示出不同时延可源于何处。从PMU1到PMUn的PMU(其中每个配有GPS同步时钟)将在等距时间点发送正序相量,例如每20毫秒。因此以高准确度对这些相量加时戳,并且时戳可表示它在系统中被测量的时间点。然而,PMU具有处理时间以便确立相量,一般涉及傅立叶分析,这将包含时延Δt1。在PMU与相量数据集中器PDC 10之间的通信信道可包含时延Δt2。同步相量、即用相同的时戳封装相量,并将它们发送到控制系统12上的PDC可包含时延Δt3。虽然在PMU处用相同时戳对相量加时戳,但它们可在稍微不同的时间点到达PDC 10。由于PDC在能够发送数据前要等待最后相量,因此,带有同步相量的封装不能比任何单个相量的最大时延具有更小的时延。在PDC 10与控制系统12之间的通信可包含时延Δt4。很明显,如果PDC与控制系统集成,则此时延能够被忽略。在远程测量执行的时间点与在控制系统中测量可用的时间点之间的总时延可以是随机性质,即,可根据某一分配在预期值周围变化。这可降低控制系统的性能,并且可能比没有控制信号更具危害性。
发明内容
因此,本发明的目的是允许使用远程反馈信号来以灵活的方式和通过最小的附加复杂性来改进电力传输网络的性能。这些目的通过如权利要求1和6所述在电力系统控制中用于补偿远程反馈信号中时延的方法和控制器及如权利要求8所述的电力控制系统而得以实现。从从属权利要求可明白其它优选实施例。
根据本发明的第一方面,提供了一种用于在电力系统控制中补偿远程反馈信号中时延的方法。所述方法包括确定远程反馈信号的时延、将时延转换为相移、根据相移计算四个补偿角、构建每个补偿角的奈奎斯特图、通过分析四个奈奎斯特图来确定优选补偿角以及将优选补偿角应用到远程反馈信号。有利的是,实现本发明的此方面不需另外的硬件,只修改现有控制器的参数。
优选的是,该方法还包括构建四个补偿角中的至少两个角的伯德图,并且通过分析伯德图确定优选补偿角。
此外,通过分析伯德图确定优选补偿角的步骤还包括分别在较高和/或较低频率处评估控制器的增益衰减。
此外,该方法还包括构建四个补偿角中的至少两个角的复频域图,并且通过分析复频域图来确定优选补偿角。
同样地,通过分析复频域图来确定优选补偿角的步骤还包括评估相对于其它系统本征值的本征值位移。
优选的是,将时延转换成相移的步骤在主要频率处发生。
在本发明的方法中,四个补偿角是相移信号到+1的超前补偿、到-1的滞后补偿、到-1的超前补偿及到+1的滞后补偿。
根据本发明的第二方面,提供了一种用于电力系统的控制器,所述控制器用于执行本发明第一方面的用于补偿在远程反馈信号中时延的方法。此外,公开了用于同步控制器和预确定相量测量单元的全局时钟布置;全局时钟经布置以便持续地确定时延。
本发明的控制器可实现为在数字计算机上运行的软件,或实现为使用诸如EPROM等技术的硬连线实现。
根据本发明的第三方面,提供了一种电力控制系统。该系统包括配有收发信机部件的至少一个相量测量单元(PMU)、配有收发信机部件的控制器及用于利用收发信机部件同步控制器和至少一个相量测量单元的全局时钟,其中,全局时钟经布置以便持续地确定系统的时延。
优选的是,估计系统的时延,并且利用估计的时延进行相位补偿。此外,基于估计的时延,在线地调适控制器的至少一个参数。
备选,可在控制器中确定时延的移动平均值,并且利用移动平均值进行相位补偿。
此外,在时延太大时可使基于PMU的控制回路不活动以实现控制。
附图说明
参照在附图中示出的优选示范实施例,在下文中更详细解释本发明的主题,其中:
图1以图形方式示出在已知POD控制器的复频域中的理论极点位移。
图2示出总时延的不同成分可源于何处。
图3a以图形方式示出根据本发明在POD控制器的复频域中的极点位移。
图3b以图形方式示出根据本发明用于补偿时延的延迟测量信号和四个可能解(A、B、C和D)。
图4a-4d示出四个可能解的奈奎斯特图。
图5a-5d示出四个可能解的伯德图。
图6是本发明的POD控制器设计的操作方法的流程图。
图7以示意图方式示出集成全局时钟的电力系统控制环境。
图8示出集成全局时钟的功率控制系统的框图。
图形中使用的标号及其含意在标号列表中以概括形式列出。大体上,在图形中为相同的部分提供相同的标号。
具体实施方式
电力网控制器的反馈回路中的时延不能消除。因此,本发明补偿这些延迟。已知控制器能够得到有效地使用而无需修改其结构。为补偿时延,根据本发明,适当地调整控制器参数。
图3a以图形方式示出为了实现关注模式k的所需位移λk=αk+j·ωk而在POD控制器的s平面中进行的极点位移,其中,αk是模态阻尼,并且ωk是模态频率。作为从全部采用了(低通和高通)预滤波器的模式λk、输入i和输出j的复留数Resjik)开始,在频率ωk处获得的所有部分角成分之和的分别到+π和-π的余角而得到结果相位补偿角φc。φR是留数角(the angle of residue),并且φF是预滤波器造成的相移。φTd是表示频率ωk处时延Td的相移。
通过以下方式确定控制器参数的调整。参照图3b,反馈信号表示为虚振荡线。为简明起见,示出了无阻尼正弦波。反馈信号与实线表示的振荡信号有相移。在信号与反馈信号之间的相移是(ωk·Td),其中,ωk是正被阻尼的模式的频率,以及Td是时延。因此,时延可描述为关注的振荡频率处的相移。在图3b中,能够看到时延对应于在主要频率ω处的滞后60°。相关修改的补偿角根据留数计算得出,phi。在此示例中,phi为80°。补偿相移的修改的补偿角的四个解被描述为:滞后到+1、滞后到-1、超前到+1、超前到-1。参照图3b,四个解由分别表示为A、B、C、D的波上的四个点以图形方式示出。在此示例中,实际值能够视为分别是-280°、-100°、80°、260°。
本发明的控制器参数的调整中的下一步骤利用奈奎斯特图。奈奎斯特图在自动控制和信号处理中用于评估带有反馈的系统的稳定性。它由绘出频率响应的增益和相位的图表示。这些相量的图将相位和幅度示为离源点的距离和角度。奈奎斯特稳定性标准通过检查开环系统(即,包括设计的控制器的相同系统,但未闭合反馈回路)的奈奎斯特图来提供对闭环控制系统的稳定性的简单测试。在本发明中,四个解在四个奈奎斯特图上绘出以便能容易确定最佳解。图4a-4d示出四个此类控制解的示例。
在图4a和4b中,由于图的路线环绕稳定点-1,0,因此控制解不稳定。图4b示出基于远程反馈信号的第一稳定控制解的奈奎斯特图。在实轴附近的黑点14表示增益稳定性余量(margin),并且在单位圆上的黑点16指示相位稳定性余量。图的路线形成一个明显的回路,这示出控制系统将具有较高稳定性余量。图4c示出在图3a和3b中示例的第二稳定控制解的奈奎斯特图。实轴附近的黑点18表示增益稳定性余量。由于与单位圆没有相交,因此,相位稳定性余量在此情况下是无限的。图的路线形成一个明显的回路,这示出控制系统也将具有高稳定性余量。零点周围的点虚线表示单位圆。
比较四个解的奈奎斯特图以便确定具有控制系统的最高稳定性的单个解。应注意的是,所有四个角在补偿同一模式,并且它们设计为在s平面中实现关键振荡模式的相同本征值/极点位移。然而,由于控制器的本征动态特性原因,每个结果闭环解具有完全不同的属性,这在图4a-4d所示的奈奎斯特图中可看到。因此,对闭环系统行为的影响对于每个解能够是不同的,并且可能可清晰识别具有控制系统的最高稳定性的单个解。因此,如果利用奈奎斯特图没有一个解能被清晰地识别为最佳解,则进行分析的第二阶段。
在此第二阶段中,构建每个解的伯德图。伯德图是伯德幅度图在伯德相位图上的组合。伯德幅度图是对数幅度与(用对数频率轴绘出的)频率的图形,用于示出线性非时变系统的传递函数或频率响应。伯德图的幅度轴通常表示为分贝,即,幅度增益的常用对数的20倍。在幅度增益是对数的情况下,由于log(a.b)=log(a)+(b),因此,伯德图使幅度的相乘变成在图(以分贝表示)上将距离相加的简单事项。伯德相位图是相位与(也在对数频率轴上绘出的)频率的图,其通常结合幅度图使用以评估频率将进行的相移量。例如,描述为Asin(ωt)的信号可以被衰减,但也可被相移。如果系统将它衰减到x分之一,并且将它相移-Φ,则离开系统的信号将为(A/x)sin(ωt-Φ)。相移Φ通常是频率的函数。相位也能直接从图形值添加,在相位被视为是复增益的复对数的虚部时在数学上明显的一个事实。
因此,四个解的伯德图在图5a-5d中示出,并且进行比较以便确定具有最优选增益特征的单个解。图5a示出基于远程反馈信号的第一控制解的伯德图。能够观察到在高频率处的衰减增益。图5b示出基于远程反馈信号的第二控制解的伯德图,并且能够观察到在高频率处的高增益。因此,测量噪声和/或与其它模式的交互对闭环系统行为造成的影响对于每个解将是不同的,并且可能可清晰地识别具有最优选增益特征的单个解。然而,如果利用所设计控制器的伯德图没有任何一个解能被清晰地识别为最佳解,则进行分析的第三阶段。
在第三阶段,可构建控制解的复频域图。在此类复频域图中,x轴表示s的实部,这是绝对模态阻尼,并且y轴表示s的虚部,这是以每秒弧度表示的模态频率。s平面变换通常称为拉普拉斯变换,因此,在s平面中,乘以s具有在对应实时域中差分的效应,并且除以s具有积分的效应。s平面上的每个点表示本征值或传递函数极点。
参照图1和3a,示出了控制解。示为λk的叉号表示无任何阻尼控制器的情况,示为λk,des的叉号示出由于本征值位置朝向s平面的左半部的变化,选定控制器造成的阻尼方面的改进。
技术人员将明白的是,在大部分情况下,其中在四个奈奎斯特图上绘出四个解的分析第一阶段将足以区分哪个是最佳解。在此类情况下,不执行第二和第三阶段。然而,如果奈奎斯特图的比较不显露单个最佳解,则能够进行第二阶段。例如,如果四个解中的三个解显示可接受程度相同的解,则构建并分析用于仅那三个解的所获得控制器的伯德图。此外,如果伯德图的比较不显露单个最佳解,则能够进行第三阶段。例如,如果三个比较解中的两个解显示可接受程度相同的解,则构建s平面中的仅那两个解的复频域图,并分析本征值的位置。这允许确定单个最佳解。
一旦已确定用于补偿角的单个最佳解,便能够纠正相移(代表时延)。因此,闭环控制提供与其中反馈回路中不存在时延的系统类似的性能。
总之,在操作中时,控制器执行图6所述的方法步骤。在第一步骤20中,获得四个参数:要阻尼的振荡模式频率ωk、预滤波器造成的相移φF、留数角造成的相移φR及控制回路中的时延Td。在第二步骤22中,通过以下方式计算考虑了时延造成的效应的总补偿角φc
φTd=rem(ωk.Td,2π)
φ=φFRTd
φc=rem(φ,2π)
其中rem(x,y)是除x/y后(after dividion x/y)的余数。
在第三步骤24中,在所述控制器设计过程中计算四个可能补偿角(相对于的正反馈和负反馈的超前和滞后解,表示为解A、B、C和D)。流程图的第四步骤26示出使用超前滞后方案相量POD或其它根据四个补偿角设计四个可能POD控制器。在第五步骤28中,为四个解的每个解评估闭环稳定性和稳定性余量。通过使用例如奈奎斯特图选择具有最高稳定性余量的控制器。在第六步骤30中,此选择可与POD控制器本身的动态行为的评估组合。根据其与其它模式或控制器的可能交互,选择在高频范围带有衰减增益(滞后)或在低频范围带有衰减增益(超前)的可能控制器解。这通过创建例如伯德图等增益特征的图来确定。在最后步骤32中,选择带有最高稳定性余量的可能控制器解。
通过根据在预确定时间段内的测量数据(根据该数据创建了模型)或根据现有电力系统模型进行电力系统的重复分析而获得用于此方法的原始输入数据,并且图6的流程图中描述的进程在此模型上执行。也就是说,在模型上要执行的第一动作包括获得参数ωk、φF、φR及Td。
在本发明的过程结束时,选择最佳补偿角,并且通过调整超前滞后控制器的参数,将此最佳补偿角应用到反馈信号。
在一个优选实施例中,本发明的控制器可在广域监视和控制平台上运行。在又一优选实施例中,本发明的控制器可在PMU上运行。
在又一优选实施例中,本发明的控制器可在FACTS装置上运行,具体而言在用于FACTS装置的低电平功率电子控制平台上运行,或备选在诸如AVR或直接负载调制器等快速作用(fast acting)装置上运行。
技术人员将明白的是,本发明的控制器可以是硬连线或实现为计算机程序。
图7以示意图方式示出集成全局时钟的电力系统控制环境。通过以下方式,可能估计运行时间中的总时延。PMU1到PMUn的多个PMU和控制系统全部配有收发信机部件34。此外,每个PMU具有到相量数据集中PDC平台36的标准耦合。PDC又耦合到控制系统38。卫星40提供GPS同步时钟系统以同步PMU和控制系统38。通过在硬件平台上提供全局时钟,持续地确定时延。在第一实施例中,加时戳的相量数据在远程PMU以规则的时间间隔记录,并且传送到控制系统38。每次控制系统38收到加时戳的相量数据时,确定远程反馈信号的时延。在第二实施例中,在远程PMU处持续地记录加时戳的相量数据,并且将其传送到控制系统。由控制系统收到的加时戳的相量数据被过滤,并且远程反馈信号的时延被确定为移动平均值(running mean value)。
图8示出用于电力系统中可控装置的控制系统38的一个优选实施例。它包括用于与电动机械振荡的阻尼相同的功率振荡阻尼(POD)的两个反馈回路。在顶部的反馈回路对应于标准配置,其中,输入信号是在本地测量的量,例如,在本地传输线路上的电力流,或者是在本地得出的频率。在底部,指示了根据本发明的反馈POD回路。它从相量数据集中器PDC接收同步的并且在测量时加时戳的相量42。相量在到达时被再次加时戳44。估计最近收到的相量的年龄,并且估计时延的移动平均值46。相量和时延的移动平均值被传送到POD 48,以便确立适当的控制信号。然而,如果最近收到的相量的年龄太老,则实现基于本地测量的、到常规POD回路的切换。
总之,如控制系统确定的时延的大小产生了以下结果其中之一:
·振荡信号周期的大约10%或更小的时延意味着控制系统继续控制算法,好象不存在时延一样。
·相当大但不到振荡信号周期的100%的时延意味着控制系统继续补偿时延的控制算法。
·振荡信号周期的100%或更大的时延导致控制算法的取消以确保避免对电力系统的不利影响。
重要的是,控制系统最初确定50远程测量是否要用于控制或仅用于标准本地POD设置52。
此外,本发明的控制系统可有意将测量延迟到预确定的更大时延。
技术人员将注意到,此类加时戳的相量数据和相关联计算得出的补偿的控制器参数可存储在控制器的存储器中。如果实际时延由控制器确定,则可能是相关联补偿的控制器参数已经计算得出,并且只需从存储器中检索,由此将控制器中的处理降到最少。
虽然本发明的以上描述描述了用于在POD控制领域中补偿时延的系统,但技术人员将明白可设想其它实施例。具体而言,用于远程电压控制的控制方案和/或用于避免同步丢失的控制方案。

Claims (12)

1.一种在电力系统控制中用于补偿远程反馈信号中时延的方法,包括:
-确定所述远程反馈信号的时延,
-将所述时延转换成相移,
-根据所述相移计算(24)四个补偿角,
-构建每个补偿角的奈奎斯特图,
-通过分析所述四个奈奎斯特图,确定(28)优选补偿角,以及
-将所述优选补偿角应用到所述远程反馈信号。
2.如权利要求1所述的方法,其中所述方法还包括:
-构建所述四个补偿角中的至少两个角的伯德图,
-通过分析所述伯德图,具体而言,评估在较高频率处的增益衰减,确定(30)优选补偿角。
3.如权利要求1或权利要求2所述的方法,其中所述方法还包括:
-构建所述四个补偿角中的至少两个角的复频域图,
-通过分析所述复频域图,具体而言,评估相对于其它系统本征值的本征值位移,确定优选补偿角。
4.如前面权利要求任一项所述的方法,其中将所述时延转换成相移的所述步骤在主要频率处发生。
5.如前面权利要求任一项所述的方法,其中所述四个补偿角(24)是所述相移信号到+1的超前补偿及到-1的滞后补偿及到-1的超前补偿及到+1的滞后补偿。
6.一种用于电力系统的控制器(38),所述控制器(38)执行如前面权利要求任一项所述用于补偿远程反馈信号中时延的方法。
7.一种用于在电力系统控制中补偿远程反馈信号中时延的计算机程序,所述计算机程序可加载到数字计算机的内部存储器中并且包括当所述程序在所述内部存储器中加载时使所述计算机执行如权利要求6所述控制器的功能的计算机程序代码部件。
8.一种电力控制系统,所述系统包括:
配有收发部件(34)的至少一个相量测量单元(PMU),
配有收发部件(35)的控制器,以及
全局时钟(43),用于利用所述收发部件同步所述控制器(38)与所述至少一个相量测量单元,其中所述全局时钟经布置以便持续地确定所述系统的时延。
9.如权利要求8所述的电力控制系统,其中估计所述时延以及利用所述估计的时延进行相位补偿。
10.如权利要求9所述的电力控制系统,其中基于所述估计的时延,在线地调适所述控制器(38)的至少一个参数。
11.如权利要求8所述的电力控制系统,其中确定所述时延的移动平均值并将所述移动平均值用于相位补偿。
12.如权利要求8所述的电力控制系统,其中所述至少一个PMU支持远程控制回路,在所述时延太大时使所述回路不活动以实现所述控制。
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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN107065519A (zh) * 2016-12-08 2017-08-18 浙江工业大学 一种pmu反馈控制信号预处理方法
CN109964383A (zh) * 2016-08-24 2019-07-02 通用电器技术有限公司 使用相量测量单元数据的主电力网频率响应特性化
CN110492483A (zh) * 2019-09-17 2019-11-22 华北电力大学 一种一次调频反馈通道非线性环节参数配置方法和系统

Families Citing this family (13)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP2299555A1 (en) 2009-09-21 2011-03-23 ABB Research Ltd. Fault tolerant damping of electromechanical oscillations in power systems
EP2312719B1 (en) * 2009-10-16 2012-08-01 ABB Research Ltd. Investigating timing reliability in relation to control of a power transmission system
CN102870308B (zh) * 2010-03-17 2016-01-20 Abb研究有限公司 增强输电系统的广域控制可靠性
KR101504234B1 (ko) * 2011-08-31 2015-03-19 삼성전자 주식회사 냉장고 및 그 제어 방법
US20130073108A1 (en) * 2011-09-21 2013-03-21 General Electric Company System and method for real-time monitoring of power system
US9006933B2 (en) * 2011-10-21 2015-04-14 General Electric Company Power system stabilization
US9043040B2 (en) 2012-01-31 2015-05-26 General Electric Company Power system stabilization
US9385533B2 (en) * 2013-05-30 2016-07-05 General Electric Company Power system stabilization
US9252823B2 (en) * 2013-08-06 2016-02-02 Purdue Research Foundation Phase compensation filtering for multipath wireless systems
US10483758B2 (en) * 2014-01-08 2019-11-19 Abb Research Ltd. Method and apparatus for controlling a hybrid energy storage system
US9964572B2 (en) * 2015-02-12 2018-05-08 Nec Corporation Wide-area measurement system based control of grid-scale storage for power system stability enhancement
DK3814785T1 (da) * 2018-06-28 2022-12-19 Synaptec Ltd Fremgangsmåde og apparat til at foretage en tidssynkroniseret fasevektormåling
CN113241779B (zh) * 2021-05-26 2022-10-28 广东电网有限责任公司 一种直驱风电场并网系统的稳定分析方法及装置

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2001093405A1 (en) * 2000-05-31 2001-12-06 Abb Ab System protection scheme
EP1416603A1 (en) * 2002-11-01 2004-05-06 Abb Research Ltd. Protection of an electric power transmission network
CN101242231A (zh) * 2008-03-03 2008-08-13 电子科技大学 面向电力系统同步相量测量的时钟同步装置

Family Cites Families (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH0691711B2 (ja) * 1988-03-04 1994-11-14 三菱電機株式会社 アクテイブフイルタ装置
US20040010350A1 (en) * 2000-05-31 2004-01-15 Per-Anders Lof Distributed power generation system protection scheme
US6657322B2 (en) * 2001-10-01 2003-12-02 Rockwell Automation Technologies, Inc. Control system for active power filters

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2001093405A1 (en) * 2000-05-31 2001-12-06 Abb Ab System protection scheme
EP1416603A1 (en) * 2002-11-01 2004-05-06 Abb Research Ltd. Protection of an electric power transmission network
CN101242231A (zh) * 2008-03-03 2008-08-13 电子科技大学 面向电力系统同步相量测量的时钟同步装置

Non-Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
王志军: ""基于广域测量系统的电力系统稳定器研究"", 《中国优秀硕士学位论文全文数据库 工程科技Ⅱ辑》 *
袁野等: ""广域阻尼控制的时滞影响分析及时滞补偿设计"", 《电力系统自动化》 *

Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN109964383A (zh) * 2016-08-24 2019-07-02 通用电器技术有限公司 使用相量测量单元数据的主电力网频率响应特性化
CN107065519A (zh) * 2016-12-08 2017-08-18 浙江工业大学 一种pmu反馈控制信号预处理方法
CN107065519B (zh) * 2016-12-08 2020-01-14 浙江工业大学 一种pmu反馈控制信号预处理方法
CN110492483A (zh) * 2019-09-17 2019-11-22 华北电力大学 一种一次调频反馈通道非线性环节参数配置方法和系统
CN110492483B (zh) * 2019-09-17 2021-10-08 华北电力大学 一种一次调频反馈通道非线性环节参数配置方法和系统

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