CN102577006A - 用于保护电力系统的设备的装置 - Google Patents

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Abstract

一种用于保护AC电力系统的设备的装置，包括：第一装置(15)，配置成沿着在等效双电机系统的两个理论电机之间的互连在电力系统中的至少一个位置(16)测量电流和电压频率。第四装置(19)被配置成使用测量的电流和电压频率值来确定功率摆动是否已经出现于所述电力系统中并且如果已经确定出现功率摆动则确定测量位置(16)是否沿着所述互连位于潜在磁极滑动电中心的电动机侧或者发电机侧上，所述电中心限定为电压在磁极滑动期间变成零时所在的位置，并且进一步向第三装置(20)发送这一信息以便在用于保护电力系统的设备的控制中使用。

Description

用于保护电力系统的设备的装置
技术领域
本发明涉及一种用于保护AC电力系统的设备的装置，该装置包括：
●第一装置，配置成检测所述电力系统的电力参数，
●第二装置，配置成在将所述电力系统视为如下等效双电机系统之时使用检测的所述参数的值来提供与在电力系统中出现限定为如下条件的磁极滑动有关的信息，该等效双电机系统在其每个相对端具有一个具有电动势的理论电机和在其间的互连，在该条件下所述两个理论电机的电动势的相互角度经过180°，以及
●第三装置，配置成基于所述信息来执行用于保护所述电力系统的设备的控制，以及一种根据所附独立方法权利要求的前序部分所述的用于保护这样的电力系统的方法。
背景技术
包括对任何可设想类型的AC电力系统的保护，并且这样的系统通常但是未必包括发电机、变压器、转换器和用于传输电力的网络以及其它设备。另外，本发明并不限于这样的电力系统的任何特定电力、电压或者电流电平。
在这样的电力系统中扰动系统中的能量平衡的骤然事件(比如负载大幅跃升、出现故障或者缓慢故障清除)可能引起机械质体振动(比如在系统的电机中的电动机的转子加速)，并且这样的扰动所述平衡的振动称为并且这里限定为功率摆动。在可恢复情形中，这些振动将衰减，并且将恢复稳定操作，这可以借助电力系统的不同控制设备(比如用于发电机(该发电机为系统的部分)的控制系统)来获得。然而在不可恢复情形中，功率摆动变得如此严重以至于在系统的不同部分(比如其发电机)之间失去同步，这是一种在文献中称为磁极滑动或者失步(out-of-step)的条件。下文将“磁极滑动”用于这样的条件，该条件因而与“失步条件”相同。在磁极滑动的情况下，对电力系统的电机的励磁一般不受到损害，但是有由于涉及到的电机转子的不同旋转速度所致的对有功和无功功率的强振荡。除了电现象之外，机械质体的振荡也使电力系统的发电机和/或其它设备暴露于大量脉冲机械应力。即使现代电力系统被设计成在防范功率摆动并且甚至更防范磁极滑动的高程度安全性下操作，这两种现象仍然可能尤其在异常系统条件期间出现。如果允许磁极滑动在电力系统的一个部分中持续，则其它电机/设备可能跟随并且不仅有损坏转子的轴承和其它机械部分的直接风险而且可能失去整个电力系统的稳定性而且电力系统的完全断电可能是最终结果。
根据上文公开内容清楚的是，具有用于保护电力系统的设备以防功率摆动和磁极滑动的有害影响的装置是重要的，因为这些影响否则可能造成巨额成本。在严重故障的情况下，可能绝对有必要将电力系统的部分与它的其余部分隔离，但是能够确定功率摆动是否可恢复也是重要的，因为必须避免对这样的保护装置的错误断路，因为错误断路会造成浪费大量成本。出于这一考虑而已经提出这一类型将电机(比如发电机)与系统的其余部分隔离或者在预定点拆分系统的装置。
以往已经发现尝试将电力系统视为如下等效双电机系统是合适的，该双电机系统在其每个相对端具有一个具有电动势的理论电机和在其间的如下互连，该互连用于能够提供与磁极滑动的出现有关的信息、即磁极滑动可能或者将要或者已经出现。如果电力系统可以划分成由径向链接式功率流动路径互连的两个部分，则这一模型的应用是可能的。
现在将在参照附图1-3之时简洁说明用于获得对电力系统的保护的这一方式的理论。在图1中示出了将电力系统视为如下等效双电机系统1，该双电机系统在其每个相对端具有一个具有电动势的理论电机2、3和表示为阻抗的互连4。两个电机具有图2中所示并且这里具有相同量值的电动势E2和E3。另外这里假设电阻部分很小、因此可忽略不计。如果假设阻抗完全为电感，则在两个电机之间流动的电流I比矢量差E2-E3滞后恰好90°。在两个电动势E2与E3之间的角度为δ。
Figure BPA00001464472300031
是在给定位置的电压U与电流之间的角度并且沿着在两个电机2、3之间的连接变化，而
Figure BPA00001464472300032
沿着这一连接恒定。
在所述理论电机的电动势E2与E3之间的角度δ在功率摆动期间改变，并且如果功率摆动不可恢复，则这一角度将最终经过限定为磁极滑动的180°。图3是示出了相对于所述角度δ变化的电流I和
Figure BPA00001464472300033
可见当δ为180°时
Figure BPA00001464472300034
将在磁极滑动迫近零时减少，其中然后电流I最高，这可能很不利于电力系统的设备。
因此执行对这样的电力系统的测量以便检测感兴趣的电参数以便提供与磁极滑动的出现有关的信息是重要的，并且这迄今为止主要根据两种原理来完成。
这些原理之一是基于检测
Figure BPA00001464472300035
的改变速率，并且例如在F，IIar的″Innovations in the Detection of Power Swings in ElectricalNetworks″(Brown Boveri Review 1981年2月(BBC PublicationNumber CH-ES 35-30.10E))中进一步描述这一原理。在该文献中提到待满足的用于声明磁极滑动的不同条件、比如
Figure BPA00001464472300036
的改变速率，该改变速率对于磁极滑动条件而言通常为0.2-8Hz数量级并且经过
Figure BPA00001464472300037
的阈值。
另一原理是基于检测等效双电机系统的两个理论电机的互连阻抗的改变速率并且例如在IEEE PSRC Tutorial 95 TP 102的″IEEETutorial on the Protection of Synchronous Generators″中有所公开。这一原理除了其它因素之外还基于如下理解：当测量的阻抗点在阻抗平面中与线相交时，这将是磁极滑动出现时的确切瞬间。然而这一理论是基于对电力系统的阻抗的相当粗略估计。
当然正在尝试增加在引言中限定的类型的如下装置的可靠性，该装置用于仅在绝对必要时使设备断路、然后保证在损害系统的任何昂贵设备之前做到这一点。也希望增加恢复电力系统的平衡而未在将其任何部分从系统的其余部分断开完全不可行时这样做的可能性。
发明内容
本发明的目的在于提供一种在引言中限定的类型的如下装置，该装置在关于这样的装置的至少一些已知方面上有所改进。
这一目的根据本发明通过提供这样的具有以下附加特征的装置来实现：所述第一装置被配置成检测沿着在所述两个理论电机之间的所述互连在电力系统中的至少一个位置测量电流和电压频率，并且该装置包括：第四装置，配置成：使用由所述第一装置测量的电流和电压频率值来确定功率摆动是否已经出现于所述电力系统中，功率摆动限定为在所述电动势之间的所述角度由于出现所述电力系统的任何扰动而改变；并且如果已经确定出现功率摆动则确定所述测量位置是否沿着所述互连位于潜在磁极滑动电中心的电动机侧或者发电机侧上，所述中心限定为电压在所述磁极滑移期间变成零时所在的位置；并且进一步向所述第三装置发送这一信息以便在用于保护电力系统的所述控制中使用。
因此，本发明是基于如下新方式，该方式用于将沿着在所述两个理论电机之间的互连在电力系统中的至少一个位置的电流和电压频率测量结果用于确定潜在磁极滑动电中心位于何处。对潜在磁极滑动电中心的位置的这一确定将不依赖于对电力系统的阻抗的任何估计并且将很可靠。另外，可以通过很早进行的这一方式确定如果出现磁极滑动则应当以后在何处采取作为设备隔离的措施并且可以及早开始用于获得对任何失衡的恢复的控制过程以便在可能时避免对电力系统设备的隔离或断路。
根据本发明的一个实施例，所述第四装置被配置成如果所述第一装置递送的所述电流和电压频率值表明测量的电流相量开始比测量的电压相量更快/更慢旋转并且其相对角度持续增加/减少则确定出现功率摆动。因而可以用这一方式确定事实上出现功率摆动，从而可以判决测量位置位于所述潜在磁极滑动电中心的哪一侧(发电机侧或者电动机侧)上以用于在保护电力系统的设备时使用。
根据本发明的另一实施例，所述第四装置被配置成在确定出现所述功率摆动时如果所述第一装置测量的电流频率在所述位置高于电压频率则确定所述位置在所述双电机系统中位于所述潜在磁极滑动电中心的电动机侧上、而如果所述第一装置测量的电流频率在所述位置低于电压频率则确定所述位置在所述双电机系统中位于所述潜在磁极滑动电中心的发电机侧上。可以通过很简单和可靠的手段通过使用这些频率测量结果来判决所述测量位置位于潜在磁极滑动电中心的哪一侧上，从而可以采取适当动作用于保护电力系统。
因而，发明人已经借此提供一种用于针对AC电力系统确定潜在磁极滑动电中心的位置的方法，其中这一电力系统视为如下等效双电机系统，该等效双电机系统在其每个相对端具有一个具有电动势的理论电机和在其间的互连，测量沿着在所述两个理论电机之间的所述互连在电力系统中的至少一个位置的电流和电压频率，测量的电流和电压频率值用来确定功率摆动是否已经出现于所述电力系统中，并且如果已经确定出现功率摆动，则确定所述测量位置是否沿着所述互连在潜在磁极滑动电中心的电动机侧或者发电机侧上。
根据本发明的另一实施例，所述第一装置被配置成在又一所述位置测量电流和电压频率，并且所述第四装置被配置成在确定出现功率摆动时如果所述第一装置测量的电流频率在所述又一位置高于电压频率，则确定所述又一位置在所述双电机系统中位于所述潜在磁极滑动电中心的电动机侧上、而如果所述第一装置测量的电流频率在所述又一位置低于电压频率，则确定所述又一位置在所述双电机系统中位于所述潜在磁极滑动电中心的发电机侧上。通过在所述又一位置测量并且比较这一测量的结果与在先提到的位置的测量结果，可以确定所述潜在磁极滑动电中心位于这些位置的哪一侧上。
根据本发明的另一实施例，该装置被配置成保护电力系统，该电力系统具有发电机和变压器组成的块，该变压器经过高压电站连接到用于传输电力的高电压系统，该装置包括位于在所述发电机/变压器块与所述高压电站之间的互连中的所述第一装置，并且所述第三装置被配置成在从所述第二装置接收与出现磁极滑动有关的信息而从所述第四装置接收测量位置在双电机系统中位于所述电中心的电动机侧上这样的信息时在获得电力系统的稳定性的方向上影响控制所述发电机/变压器块的操作的设备和/或控制部件以将所述发电机从所述高电压电力系统断开或者停止所述发电机的操作。因此，等效双电机系统的两个理论电机这里一方面为所述发电机/变压器块而另一方面为所述高电压系统，并且将通过这一类型的装置及早和可靠地确定测量位置位于所述潜在磁极滑动电中心的哪一侧上。另外如果确定测量位置在电动机侧上，则可以先影响发电机的控制系统用于尝试获得发电机的适当操作以便恢复电力系统中的平衡，并且如果这未成功，则可以在出现任何磁极滑动之前将发电机断路并且从高电压系统断开。另一方面，当确定测量位置在双电机系统中位于所述电中心的发电机侧上时，可以在出现所述磁极滑动之后等待预定时间段，并且当电力系统然后仍然不稳定时将从高电压电力系统断开发电机/变压器块。因此可以等待在所述高电压电力系统中执行的任何纠正动作等的可能积极结果，从而在真正有必要为了保护所述发电机/变压器块而断开它之前不这样断开，从而如果这样的断开并非绝对必要则可以避免这样的断开。
根据本发明的另一实施例，该装置被配置成保护电力系统，该电力系统具有作为电动机来操作的同步电机，该电动机经过高压电站连接到用于传输电力的高电压系统，所述第一装置位于在所述同步电机与所述高压电站之间的互连中，并且所述第三装置被配置成在从所述第二装置接收与出现磁极滑动有关的信息而从所述第四装置接收测量位置在双电机系统中位于所述电中心的发电机侧上这样的信息时在获得电力系统的稳定性的方向上影响控制所述同步电机的操作的设备和/或控制部件以将所述同步电机从所述高电压电力系统断开或者停止所述同步电机的操作。根据本发明的装置针对同步电机作为电动机来操作的情况具有与针对发电机相同的有利特征。
根据本发明的另一实施例，该装置被配置成保护主电力系统这一形式的电力系统，该主电力系统包括第一和第二电力系统以及在其间的互连，所述第四装置位于所述互连的与所述第一电力系统连接的一端，该装置包括如下设备，该设备被配置成使用由所述第一装置在互连的所述一端测量的电流和电压频率值并且基于存储于存储器中的所述互连的性质信息来执行计算以便估计在所述互连的与第二电力系统连接的另一端的主导电压和电流相量，并且所述第四装置被配置成在确定出现所述功率摆动时a)如果电流频率在互连的一端高于电压频率并且同时电流频率在互连的另一端低于电压频率，则确定所述电中心位于所述互连内，并且b)如果电流频率在所述互连的两端同时高于或者低于电压频率，则确定所述电中心在电力系统中位于电流频率与电压频率之差最小的互连一端。可以这样通过简单手段可靠和及早获得(见上文)潜在磁极滑动电中心位于两个互连电力系统这一形式的电力系统的哪个部分，从而可以采取用于保护主电力系统的设备的相关措施。因此仅有必要在一个位置测量电压和电流频率，并且借助所述互连的性质信息确定所述电中心位于何处。
根据作为上述最后实施例的又一发展的本发明另一实施例，所述第三装置被配置成在从所述第二装置接收与出现磁极滑动有关的信息时针对所述第四装置根据a)的先前确定在出现磁极滑动之前或者之后控制部件以将所述互连从电力系统断开以便使它对所述两个电力系统的影响最小、而针对所述第四装置根据b)的先前确定在获得这一系统的稳定性的方向上影响对具有所述电中心的所述电力系统的组件的操作进行控制的设备和/或控制部件以将这一电力系统从所述互连断开。
根据本发明的又一实施例，该装置被配置成保护网状电力网络这一形式的电力系统，所述第一装置被配置成在所述网状电力系统中的至少两个位置测量电流和电压频率，并且所述测量位置被选择成使得所述第一装置在网络内的相同功率流动通道内执行测量从而使所述第二装置能够将所述网状电力网络系统视为等效双电机系统，并且所述第四装置被配置成在确定出现所述功率摆动时a)如果电流频率在一个所述测量位置高于电压频率并且同时电流频率在所述另一位置低于电压频率则确定所述电中心将在所述网状电力网络内的所述两个测量位置之间的某处并且b)如果电流在所述两个测量位置同时具有比电压更高或者更低的频率则确定所述电中心位于网状电力网络的由所述测量位置限制的部分以外并且相对于其而言在所述两个测量位置中的电流频率与电压频率之差最小的测量位置之后。电压和电流频率测量及其评估结果可以这样用于获得对网状电力网络的磁极滑动保护这样的主要任务、即确定潜在磁极滑动电中心是否位于电力网络的由测量位置限制的部分内。这一信息然后可以用于判决是否将断开所述网状电力网络的在所述测量位置之间的任何部分或者将采取其它类型的纠正措施。所述第四装置然后可以被配置成如果所述第一装置递送的所述电流和电压频率值表明测量的电流相量在所述两个测量位置中的任何位置开始比测量的电压相量更快/更慢旋转并且所述电流相量和电压相量的相对角度持续增加/减少则确定功率摆动出现于所述网状电力网络中。
根据本发明的另一实施例，该装置被配置成保护网状电力网络这一形式的电力系统，该网状电力网络在网状电力网络内的多个不同位置具有PMU(相量测量单元)，所述第二装置被配置成在PMU的每个所述位置将所述网状电力网络的在此处互连的两个部分视为所述等效双电机系统。通过使用来自适当数目的PMU的分布式测量并且将所述网状电力网络的在这样的位置互连的两个部分视为所述等效双电机系统，可以有可能检测潜在磁极滑动电中心位于所述网状电力网络的哪个部分中。然后重要的是为PMU恰当选择位置以便覆盖整个网络。所述第四装置然后被配置成使用由所述PMU在每个所述位置测量的电流和电压频率值来确定功率摆动是否已经出现于所述网状电力网络中并且如果已经确定出现功率摆动则确定在测量的电流频率高于测量的电压频率时所在PMU的位置在网状电力网络的电动机侧上而在测量电流频率低于测量的电压频率时所在PMU的位置在网状电力网络的发电机侧上，并且根据本发明的另一实施例，所述第四装置被配置成利用来自所述PMU的与在电动机侧或者发电机侧上的所述位置有关的信息来确定潜在磁极滑动电中心位于所述网状电力网络的哪个部分中。这样将有可能在出现第一磁极滑动之前采取任何可设想的纠正动作以便使它对所述网状电力网络的其余部分的影响最小。所述第四装置被配置成如果测量的电流相量在所述测量位置中的任何测量位置开始比测量的电压相量更快/更慢旋转并且电流相量和电压相量的相对角度持续增加/减少则确定功率摆动已经出现于所述网状电力网络中。
本发明也涉及一种根据所附独立方法权利要求的用于保护AC电力系统的方法。依照对根据本发明的装置的上文公开清楚地显现根据在从属权利要求中限定的所述方法发明的实施例的优点及其有利特征。
根据本发明的方法很好地适合于由计算机实现，因此本发明也涉及一种根据所附权利要求的计算机程序和计算机程序产品。
另外，本发明也涉及一种AC电力系统(该AC电力系统包括根据本发明的用于保护所述电力系统的设备的装置)以及一种将这样的装置用于保护AC电力系统的设备的用途。
根据下文描述将显现本发明的更多优点以及有利特征。
附图说明
下文参照附图具体描述作为示例而引用的本发明实施例。
在附图中：
图1是图示了等效双电机系统这一形式的AC电力系统的非常简化的视图，
图2是与根据图1的系统有关的矢量图，
图3是示出了图1中的两个电机的电动势产生的相对于角度δ变化的
Figure BPA00001464472300101
和I的图形，
图4是用于说明本发明的所述等效双电机系统的简化视图，
图5是在磁极滑动期间在图4中的不同位置的相对于时间的电压的简化视图形，
图6是相对于在图4中所示互连上的位置的电压频率的简化视图形，
图7是图示了在图4中所示双电机系统的两端的电压量值对潜在磁极滑动电中心位置的影响的非常简化的视图，
图8是图示了根据本发明第一实施例的如下装置的简化视图，该装置应用于如下电力系统，该电力系统具有发电机和如下变压器组成的块，该变压器经过高压电站连接到用于传输电力的高电压系统，
图9是根据本发明第二实施例的如下装置的与图8类似的视图，该装置用于保护如下主电力系统这一形式的电力系统，该主电力系统包括第一和第二电力系统和在其间的互连，
图10是图示了根据本发明第三实施例的装置如何可以应用于保护网状电力网络这一形式的电力系统的简化视图，
图11是图10中所示网络的等效双电机系统的与图8类似的视图，并且
图12是图示了根据本发明第四实施例的如下装置的与图10类似的视图，该装置用于保护如下网状电力网络这一形式的电力系统，该网状电力网络具有分布于广阔区域内的PMU。
具体实施方式
现在将在参照图4-图7之时说明本发明所基于的理论、即沿着在等效双电机系统的两个理论电机之间的互连在电力系统的至少一个位置测量电流和电压的频率用于确定潜在磁极滑动电中心的位置。图4图示了如下两个电机2、3这一形式的如图1中所示的双电机系统，这些电机由具有5表示的阻抗的互连4互连。6和7表示互连的两端，其中电压分别为U1和U2。用A、C和B标记此图和以下图中的沿着互连的被监视位置。位置C对应于系统的潜在磁极滑动电中心。图5示出了在不同位置的电压量值如何在磁极滑动期间相对于时间变化，并且清楚的是当磁极滑动出现时电压在位置C(即在所述电中心)为零。
限定如下：如果电流和电压的频率值表明电流相量开始比电压相量更快/更慢旋转并且其相对角度持续增加/减少，则出现功率摆动，并且这里假设在位置6的频率f1高于在位置7的频率f2以用于说明功率摆动和磁极滑动现象。电流fcu的频率如图6的图形中所示沿着径向系统相同并且与在6和7的两个电压的平均频率((f1+f2)/2)相同。
Figure BPA00001464472300111
沿着将位置6和7互连的径向链路在每个瞬间恒定。在潜在磁极滑动电中心测量的电流与电压之间的相角差几乎恒定，这意味着这两个数量具有相同旋转速度并且因而具有相同频率。这意味着所述电中心C位于电压的频率线与电流的频率线相交处(见图6)。这一理解可以用来确定用于测量电流和电压频率的位置将位于这样的电中心的哪一侧上。因此如果执行这样的测量并且电压相量在复平面中比电流相量更快旋转，则这一位置将在磁极滑动期间在电中心C左侧、即100这一侧(称为发电机操作模式)。这然后意味着：如果电流相量在复平面中比电压相量更快旋转，则测量位置将在磁极滑动期间在点C右侧、即200这一侧(称为电动机操作模式)。
图7图示了所述潜在磁极滑动电中心的位置如何依赖于在互连4的两端的电压的相对量值，并且示出了这一电中心将位置更接近电压量值最低的一端。
在图8中非常示意地图示了根据本发明第一实施例的装置。这一装置被配置成保护如下电力系统，该电力系统具有发电机11和变压器12组成的块10，该变压器经过高压电站13连接到用于传输电力的高电压系统14。这一高电压系统14可以视为等效双电机系统中的具有无穷功率的电机。该装置具有如下第一装置15，该第一装置位于发电机/变压器块10与高压电站13之间的互连中并且配置成测量在这一位置16的电流(15a)和电压(15b)的频率。该装置还包括智能电子设备IED 17这一形式的继电器，该装置具有如下第二装置18，该第二装置接收测量的电流和电压频率值并且配置成在将电力系统视为等效双电机系统(该等效双电机系统在其每个相对端具有一个具有电动势的理论电机和在其间的互连)之时使用这些值来提供与在电力系统中出现限定为如下条件的磁极滑动有关的信息，在该条件下如上文公开的那样所述两个理论电机的电动势的相互角度经过180°。该装置也包括如下第四装置19，该第四装置接收所述测量值并且配置成使用测量的这些电流和电压频率值来确定功率摆动是否已经出现于所述电力系统中(功率摆动限定为在所述电动势之间的角度δ由于出现电力系统的任何扰动而改变)，并且如果已经确定出现功率摆动，则确定所述位置16是否沿着所述互连位于所述潜在磁极滑动电中心(该中心限定为电压在所述磁极滑动期间变成零时所在的位置)的电动机侧或者发电机侧上。因而这通过利用上文具体参照图6呈现的理论来完成。第四装置将进一步向也包括在所述IED中的如下第三装置20发送这一信息，该第三装置被配置成基于来自第二和第四装置的信息来执行用于保护电力系统的设备的控制。当出现功率摆动并且确定测量位置16位于所述电中心设备的电动机侧时，可以在获得电力系统稳定性的方向上影响控制发电机/变压器块的操作的设备和/或可以控制部件21(比如断路器或者断开器)以将发电机从高电压电力系统断开或者可以停止发电机的操作。与此相反，如果确定测量位置16位于所述潜在磁极滑动电中心的发电机侧上，则将有可能在出现所述磁极滑动之后等待预定时间段可能直至已经出现2或者3个磁极滑动、然后如果电力系统仍然不稳定则将发电机/变压器块从高电压电力系统断开用于保护此块。这也意味着如果在第一磁极滑动之后恢复电力系统的平衡则永远不会断开所述块，因为这并非是保护它所必需的，从而造成相对于如下现有技术装置而言的明显成本节省，这些装置可能一旦已经确定磁极滑动出现就断开该块而未考虑磁极滑动电中心的位置。
图9图示了根据本发明第二实施例的如下装置，该装置被配置成保护如下主电力系统这一形式的电力系统，该主电力系统包括第一2’和第二3’电力系统以及在其间的互连4’。根据这一实施例的装置的与图8中所示实施例的部分对应的部分在这里具有附带单引号的相同标号。互连在这里由阻抗代表。因此两个电力系统和互连形成径向链路，从而两个电机理论完全适用。所述第一装置15’被配置成测量在互连4’的一侧上的位置16’的电流和电压频率。另外，该装置包括如下设备25，该设备被配置成使用测量的电流和电压频率值并且基于存储于存储器中的互连的性质信息来执行计算而又使用不同已知模型中的任何已知模型以便估计在互连4’的另一端的主导电压和电流相量。所述性质为图9中所示三个阻抗22、4’和23。然而在实践中，仅互连阻抗4’固定并且公知，而两个电源阻抗22、23可变并且非常依赖于两个电力系统的实际连接状态。在所述IED中包括的所述第四装置19’被配置成在确定所述功率摆动出现时a)如果电流频率在互连的一端高于电压频率而同时电流频率在互连的另一端低于电压频率，则确定所述电中心位于所述互连4’内，并且b)如果电流频率在所述互连的两端同时高于或者低于电压频率，则确定所述电中心在电力系统中位于电流频率与电压频率之差最小的互连端。通过获得对所述潜在磁极滑动电中心位于电力系统中的哪个部分中的了解，可以采取适当措施用于保护如上文公开的系统。
图10图示了网状电力网络30这一形式的电力系统(瑞典电力系统)，并且根据本发明第三实施例的装置被配置成通过选择用于通过第一装置34、35测量电流和电压频率的两个位置31、32使得将在网络内在相同功率流动通道中执行这些测量从而使所述第二装置能够将所述网状电力网络视为如图11中所示等效双电机系统来保护这一网状电力系统。因而图11中所示系统与图9中所示系统不同仅在于这里在两个不同位置(即在互连的每端)执行测量。这意味着不必知道两个电源或所述互连的任何阻抗的值，但是可以仅依赖于所述频率测量结果以确定潜在磁极滑动电中心位于图11中所示等效双电机系统的哪个部分中。这里需要通信链路33用于在两个位置31与32之间交换测量值。
最后，图12图示了在广阔区域内(这里在瑞典和邻国内)延伸的网状电力网络40这一形式的电力系统，该网状电力网络在网状电力网络内的多个不同位置具有PMU(相量测量单元)41-46。为PMU恰当选择位置以便覆盖整个网络是重要的。这些PMU使得有可能测量电流和电压频率并且参照GPS信号确定电流和电压相量在复平面中的位置，这意味着可以确定这些相量在一个位置相对于另一位置的相移。所述第二装置被配置成在PMU的每个所述位置将所述网状电力网络的在此处互连的两个部分视为所述等效双电机系统，并且第四装置被配置成使用在每个所述位置由PMU测量的电流和电压频率值来确定是否已经在所述网状电力网络中出现功率摆动并且如果已经确定出现功率摆动则确定在测量的电流频率高于测量的电压频率时所在PMU的位置在电力网络的电动机侧上而在测量电流频率低于测量的电压频率时所在PMU的位置在网状电力网络的发电机侧上。来自所有PMU的与在电动机侧或者发电机侧上的所述位置有关的这一信息然后可以用来确定潜在磁极滑动电中心位于所述网状电力网络的哪个部分中。计算机47可以通过适当计算机程序来执行用于确定所述潜在磁极滑动电中心的位置的计算，从而可以在第一磁极滑动出现之前采取任何可能纠正动作以便使它对电力网络的其余部分的影响最小。这样的动作可以是断开网络的部分或者其任何设备。
本发明当然不以任何方式限于上文描述的实施例，但是本领域技术人员将清楚其许多修改可能性而未脱离如在所附权利要求中限定的本发明范围。
如上文已经提到的那样，根据本发明的装置可以被配置成保护除了上文描述的电力系统类型之外的电力系统类型，并且可以在数目与图中所示位置数目不同的位置执行频率测量。
该装置可以被设计用于保护如下AC电力系统的设备，该电力系统也具有经过换流站连接到电力系统的DC链路。
指出在根据本发明的装置中的第二、第三和第四装置并非必须为物理上分离的部分，但是它们可以集中于单个物体(比如适当编程的计算机)中。

Claims (22)

1.一种用于保护AC电力系统的设备的装置，包括：
●第一装置(15，15’，34，35，41-46)，配置成检测所述电力系统的电力参数，
●第二装置(18，18’)，配置成在将所述电力系统视为如下等效双电机系统之时使用检测的所述参数的值来提供与在所述电力系统中出现限定为如下条件的磁极滑动有关的信息，所述等效双电机系统在其每个相对端具有一个具有电动势的理论电机(2，3，2’，3’)和在其间的互连(4，4’)，在所述条件下所述两个理论电机的所述电动势的相互角度经过180°，以及
●第三装置(20，20’)，配置成基于所述信息来执行用于保护所述电力系统的设备的控制，
其特征在于所述第一装置被配置成沿着在所述两个理论电机之间的所述互连在所述电力系统中的至少一个位置(16，16’，31，32)测量电流和电压频率，并且所述装置包括：第四装置(19，19’)，配置成：使用由所述第一装置测量的电流和电压频率值来确定功率摆动是否已经出现于所述电力系统中，功率摆动限定为在所述电动势之间的所述角度由于出现所述电力系统的任何扰动而改变；并且如果已经确定出现功率摆动，则确定所述测量位置是否沿着所述互连位于潜在磁极滑动电中心的电动机侧或者发电机侧上，所述中心限定为电压在所述磁极滑动期间变成零时所在的位置；并且进一步向所述第三装置(20，20’)发送这一信息以便在用于保护所述电力系统的所述控制中使用。
2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于所述第四装置(19，19’)被配置成如果所述第一装置递送的所述电流和电压频率值表明测量的电流相量开始比测量的电压相量更快/更慢旋转并且其相对角度持续增加/减少，则确定出现功率摆动。
3.根据权利要求1或者2所述的装置，其特征在于所述第四装置(19，19’)被配置成在确定出现所述功率摆动时如果所述第一装置(15，15’，34，35，41-46)测量的电流频率在所述位置(16，16’，31，32)高于电压频率，则确定所述位置在所述双电机系统中位于所述潜在磁极滑动电中心的电动机侧上、而如果所述第一装置测量的电流频率在所述位置低于电压频率，则确定所述位置在所述双电机系统中位于所述潜在磁极滑动电中心的发电机侧上。
4.根据权利要求3所述的装置，其特征在于所述第一装置(15)被配置成在又一所述位置测量电流和电压频率，并且所述第四装置(19)被配置成在确定出现功率摆动时如果所述第一装置测量的电流频率在所述又一位置高于电压频率，则确定所述又一位置在所述双电机系统中位于所述潜在磁极滑动电中心的电动机侧上、而如果所述第一装置测量的电流频率在所述又一位置低于电压频率，则确定所述又一位置在所述双电机系统中位于所述潜在磁极滑动电中心的发电机侧上。
5.根据权利要求3所述的装置，其特征在于所述装置被配置成保护电力系统，所述电力系统具有发电机(11)和变压器(12)组成的块(10)，所述变压器经过高压电站(13)连接到用于传输电力的高电压系统(14)，所述装置包括位于在所述发电机/变压器块与所述高压电站之间的互连中的所述第一装置(15)，并且所述第三装置(20)被配置成在从所述第二装置(18)接收与出现磁极滑动有关的信息而从所述第四装置(19)接收所述测量位置在所述双电机系统中位于所述电中心的电动机侧上这样的信息时在获得所述电力系统的稳定性的方向上影响控制所述发电机/变压器块的操作的设备和/或控制部件(21)以将所述发电机从所述高电压电力系统断开或者停止所述发电机的操作。
6.根据权利要求5所述的装置，其特征在于所述第三装置(20)被配置成在从所述第二装置(18)接收与出现磁极滑动有关的信息而从所述第四装置(19)接收所述测量位置在所述双电机系统中位于所述电中心的发电机侧上这样的信息时在出现所述磁极滑动之后等待预定时间段并且在所述第二装置然后仍然递送所述电力系统不稳定这样的信息时控制所述部件(21)以将所述发电机/变压器块从所述高电压电力系统断开。
7.根据权利要求3所述的装置，其特征在于所述装置被配置成保护电力系统，所述电力系统具有作为电动机来操作的同步电机，所述同步电机经过高压电站连接到用于传输电力的高电压系统，所述第一装置(15)位于在所述同步电机与所述高压电站(13)之间的互连中，并且所述第三装置(20)被配置成在从所述第二装置(18)接收与出现磁极滑动有关的信息而从所述第四装置接收所述测量位置在所述双电机系统中位于所述电中心的发电机侧上这样的信息时在获得所述电力系统的稳定性的方向上影响控制所述同步电机的操作的设备和/或控制部件(21)以将所述同步电机从所述高电压电力系统断开或者停止所述同步电机的操作。
8.根据权利要求1-3中的任一权利要求所述的装置，其特征在于所述装置被配置成保护主电力系统这一形式的电力系统，所述主电力系统包括第一(2’)和第二(3’)电力系统以及在其间的互连(4’)，所述第四装置(19’)位于所述互连的与所述第一电力系统(2’)连接的一端，所述装置包括如下设备(25)，所述设备被配置成使用由所述第一装置(15’)在所述互连的所述一端测量的电流和电压频率值并且基于存储于存储器中的所述互连的性质信息来执行计算以便估计在所述互连的与所述第二电力系统(3’)连接的另一端的主导电压和电流相量，并且所述第四装置(19’)被配置成在确定出现所述功率摆动时a)如果电流频率在所述互连的一端高于电压频率并且同时电流频率在所述互连的另一端低于电压频率则确定所述电中心位于所述互连(4’)内，并且b)如果电流频率在所述互连的两端同时高于或者低于电压频率则确定所述电中心在所述电力系统中位于电流频率与电压频率之差最小的所述互连一端。
9.根据权利要求8所述的装置，其特征在于所述第三装置(20’)被配置成基于来自所述第二装置(18’)的与出现磁极滑动有关的信息，针对所述第四装置(19’)根据a)的先前确定在出现磁极滑动之前或者之后控制部件(21’)以将所述互连从所述电力系统断开以便使它对所述两个电力系统的影响最小、而针对所述第四装置根据b)的先前确定在获得这一系统的稳定性的方向上影响对具有所述电中心的所述电力系统的组件的操作进行控制的设备和/或控制部件以将这一电力系统从所述互连断开。
10.根据权利要求1-3中的任一权利要求所述的装置，其特征在于所述装置被配置成保护网状电力网络(30)这一形式的电力系统，所述第一装置(34，35)被配置成在所述网状电力系统中的至少两个位置(31，32)测量电流和电压频率，并且所述测量位置被选择成使得所述第一装置在所述网络内的相同功率流动通道内执行测量从而使所述第二装置能够将所述网状电力网络系统视为等效双电机系统，并且所述第四装置被配置成在确定出现所述功率摆动时a)如果电流频率在一个所述测量位置高于电压频率并且同时电流频率在所述另一位置低于电压频率则确定所述电中心将在所述网状电力网络内的所述两个测量位置(31，32)之间的某处并且b)如果电流在所述两个测量位置同时具有比电压更高或者更低的频率则确定所述电中心位于所述网状电力网络的由所述测量位置限制的部分以外并且相对于其而言在所述两个测量位置中的电流频率与电压频率之差最小的测量位置之后。
11.根据权利要求10所述的装置，其特征在于所述第四装置被配置成如果所述第一装置(34，35)递送的所述电流和电压频率值表明测量的电流相量开始在所述两个测量位置中的任何测量位置比测量的电压相量更快/更慢旋转并且所述电流相量和电压相量的相对角度持续增加/减少则确定功率摆动出现于所述网状电力网络中。
12.根据权利要求1-3中的任一权利要求所述的装置，其特征在于所述装置被配置成保护网状电力网络(40)这一形式的电力系统，所述网状电力网络在所述网状电力网络内的多个不同位置具有PMU(41-46)(相量测量单元)，并且所述第二装置被配置成在PMU的每个所述位置将所述网状电力网络的在此处互连的两个部分视为所述等效双电机系统。
13.根据权利要求12所述的装置，其特征在于所述第四装置被配置成使用由所述PMU(41-46)在每个所述位置测量的电流和电压频率值来确定功率摆动是否已经出现于所述网状电力网络中并且如果已经确定出现功率摆动则确定在测量的电流频率高于测量的电压频率时所在PMU的位置在所述网状电力网络的电动机侧上而在测量电流频率低于测量的电压频率时所在PMU的位置在所述网状电力网络的发电机侧上。
14.根据权利要求13所述的装置，其特征在于所述第四装置被配置成利用来自所有所述PMU(41-46)的与在电动机侧或者发电机侧上的所述位置有关的信息来确定潜在磁极滑动电中心位于所述网状电力网络(40)的哪个部分中。
15.根据权利要求12-14中的任一权利要求所述的装置，其特征在于所述第四装置被配置成如果测量的电流相量在所述测量位置中的任何测量位置开始比测量的电压相量更快/更慢旋转并且电流相量和电压相量的相对角度持续增加/减少则确定功率摆动已经出现于所述网状电力网络(40)中。
16.一种用于保护AC电力系统的方法，包括以下步骤：
a)检测所述电力系统的电力参数，
b)将所述电力系统视为如下等效双电机系统并且使用检测的所述参数来提供与在所述电力系统中出现限定为如下条件的磁极滑动有关的信息，所述等效双电机系统在其每个相对端具有一个具有电动势的理论电机(2，3，2’，3’)和在其间的互连(4，4’)，在所述条件下所述两个理论电机的所述电动势的相互角度经过180°，并且
c)基于所述信息，执行用于保护所述电力系统的设备的控制，
其特征在于步骤a)中的所述检测包括沿着在所述两个理论电机之间的所述互连在所述电力系统中的至少一个位置测量电流和电压频率，所述方法还包括在步骤a)与b)之间或者在步骤b)与c)之间执行的又一步骤d)，所述步骤d)包括在使用测量的电流和电压频率值之时确定功率摆动是否已经出现于所述电力系统中，功率摆动限定为在所述电动势之间的所述角度由于出现所述电力系统的任何扰动而改变，并且如果在步骤d)中已经确定出现功率摆动，则所述方法执行步骤e)，所述步骤e)包括确定所述测量位置是否沿着所述互连位于潜在磁极滑动电中心的电动机侧或者发电机侧上，所述电中心限定为电压在所述磁极滑动期间变成零时所在的位置，并且在步骤c)在用于保护所述电力系统的所述控制中使用与这样确定的所述潜在磁极滑动电中心的位置有关的信息。
17.根据权利要求16所述的方法，其特征在于在步骤e)中如果测量的所述电流和电压频率值表明测量的电流相量开始比测量的电压相量更快/更慢旋转并且其相对角度持续增加/减少则确定出现功率摆动。
18.根据权利要求16或者17所述的方法，其特征在于在步骤d)中确定出现所述功率摆动时在步骤e)中如果测量的电流频率在所述测量位置(16，16’)高于电压频率则确定所述位置在所述双电机系统中位于所述潜在磁极滑动电中心的电动机侧上、而如果测量的电流频率在所述位置低于电压频率则确定所述测量位置在所述双电机系统中在所述潜在磁极滑动电中心的发电机侧上。
19.一种可直接加载到计算机的内部存储器中的计算机程序，所述计算机程序包括用于使所述计算机针对AC电力系统执行以下操作的计算机程序代码：
-获得对所述电力系统的电力参数的检测，
-在将所述电力系统视为如下等效双电机系统之时计算与在所述电力系统中出现限定为如下条件的磁极滑动有关的数据，所述等效双电机系统在其每个相对端具有一个具有电动势的理论电机和在其间的互连，在所述条件下所述两个理论电机的所述电动势的相互角度经过180°，
-基于所述数据获得用于保护所述电力系统的设备的控制，
-通过沿着在所述两个理论电机之间的所述互连在所述电力系统中的至少一个位置获得对电流和电压频率的测量来获得所述检测，
-在使用测量的电流和电压频率值之时获得确定功率摆动是否已经出现于所述电力系统中，功率摆动限定为在所述电动势之间的所述角度由于出现所述电力系统的任何扰动而改变，
-获得确定所述测量位置是否沿着所述互连位于潜在磁极滑动电中心的电动机侧或者发电机侧上，所述中心限定为电压在所述磁极滑动期间变成零时所在的位置，并且
-通过使用与这样确定的所述潜在磁极滑动电中心的位置有关的信息来获得用于保护所述电力系统的所述控制。
20.一种计算机程序产品，包括电子单元可读的数据存储介质，根据权利要求19所述的计算机程序存储于所述数据存储介质上。
21.一种AC电力系统，其特征在于所述AC电力系统包括根据权利要求1-15中的任一权利要求所述的用于保护所述电力系统的设备的装置。
22.一种将根据权利要求1-15中的任一权利要求所述的装置用于保护AC电力系统的设备的用途。
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