CN102870308A - 增强输电系统的广域控制可靠性 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及用于增强输电系统中广域控制可靠性的方法、装置和计算机程序产品，其中基于系统数据的测量在输电系统中执行广域控制。该装置包括估算单元(40)，其配置成基于被发送到系统的至少一个控制信号(CS)和系统模型(G)产生估算测量值(y1’，y2’，...yn’)，其中该估算测量值对应于由系统中的大量测量提供设备所提供的实际测量值(y1，y2，...，yn)的集合。该装置还包括控制单元(38)，其配置成在满足与至少一个实际测量值相关联的一个或多个偏差条件时，使用相应估算测量值(y1’)至少替换与该一个或多个偏差条件相关联的集合的实际测量值(y1)。

Description

增强输电系统的广域控制可靠性
技术领域
本发明涉及输电系统的广域控制领域。本发明尤其涉及用于增强输电系统中广域控制可靠性的方法、装置和计算机程序产品。
背景技术
随着电力市场不断放松管制，从远距离发电机到本地客户的负荷传输和电力运转换成常规惯例。因为电力公司之间的竞争且新兴国家需要优化资产，数量增加的电力通过现有网络传输，由于传输瓶颈，频繁地导致拥塞。传输瓶颈典型地通过在传输接口上引入传输限制处理。这改善了系统安全性。
然而，它也还意味着在较低成本的生产从电力线断开的同时必须连接到较高成本的生产。因而，传输瓶颈对于社会而言具有很大的成本。如果不希望有传输限制，则系统安全性会降低，这可能意味着大量客户的断开或甚至可信意外中的完全停电。
传输瓶颈的根本物理原因通常涉及电力系统的动力学。需要避免很多动力学现象以确保足够安全的系统操作，这些动力学现象诸如是同步性丢失、电压崩溃和增长的机电振荡。就这方面而言，输电系统是高度动态的，且需要控制和反馈以改善性能和增加传输限制。
例如，对于在输电系统的一部分中出现的不希望的机电振荡，这些振荡一般具有小于几Hz的频率，且只要它们足够快地衰减则被认为是可接受的。它们例如通过系统负荷中的常规变化或可能在故障之后出现的网络中的切换事件发起，且它们是任何电力系统的特征。上述振荡通常也被称为区域间振荡模式，因为它们典型地由系统的一个地理区域中的一组机器导致，该地理区域中的该组机器相对于系统的另一地理区域的一组机器摆动。当例如由于在发电机、负荷和/或传输线的连接或断开之后电力流的新分配，输电系统的操作点发生改变时，可能出现阻尼振荡不足。在这些情况中，传输电力中几MW的增加可能形成稳定振荡和不稳定振荡之间的差异，而该不稳定振荡可能潜在地导致系统崩溃或导致同步性丢失、互连丢失且最终导致不能向客户提供电力。对输电系统的适当监控和控制可以帮助网络操作人员精确地评估输电系统状态且通过采取诸如连接特别设计的振荡阻尼设备之类的适当措施来避免总照明不足。
抑制这种区域间模式振荡是已知的。电力振荡阻尼例如在文章“Application of FACTS Devices for Damping of Power SystemOscillations”(R.Sadikovic等，proceedings of the Power Techconference 2005，June 27-30，St.Petersburg RU上)中描述。
阻尼可以基于系统属性的局部测量值，即基于在确定所需阻尼且也执行所需阻尼的位置附近所测量的系统属性，或者基于系统的各个区域中的测量值。第一种类型的阻尼通常指示局部电力振荡阻尼，而后一种情况通常命名为广域电力振荡阻尼。
后一种类型的阻尼在很多方面是优选的，因为它是全局地而不是局部地考虑系统性能。在这种情况中，通常使用相量测量单元(PMU)收集测量值。然而，因为测量值是从这种系统的各个区域收集的，这些测量值可能在它们到达执行或控制广域电力振荡阻尼的电力振荡阻尼单元之前经历很长的路程。
因此，测量值可能在到达控制设备时经历延迟。这可能是严重的，因为如果延迟太长，在某些情形中可能不再能够基于这些测量抑制振荡。另外，延迟是对阻尼可能具有负面影响的测量的偏差的仅有的一种类型。它例如也可能是故障。
执行电力振荡阻尼的大多数系统还使用相量数据集中器(PDC)，该PDC收集测量值，且彼此在时间对准它们，且然后根据产生时间将对准的测量转发到电力振荡阻尼单元。在这样做时，PDC典型地一直等待，直到已经接收了具有相同产生时间(通常以显示产生时间的时间戳的形式)的所有收集的测量值。当接收了所有这种时间对准的测量值时，PDC然后将它们转发到电力振荡阻尼单元。然而，这意味着如果一个测量值被延迟，所有的测量值均被延迟。这因此可能停止有效的电力振荡阻尼。
因此，存在对于增强输电系统的控制可靠性且尤其是改善电力振荡阻尼的需求。
存在涉及电力振荡阻尼的一些现有技术。
Mekki等人的文章“Damping Controller Input-Signal Loss Effectson the Wide-Area Stability of an Interconnected Power System”(PowerEngineering Society Summer Meeting，2000.IEEE，第1015-1019页，vol.2)讨论了使用局部测量值替换广域控制系统中的远程测量信号。
Ghosh和Ledwich的文章“Opportunities in Wide Area Control andMeasurements(WACAM)”(Australasian Universities PowerEngineering Conference AUPEC 2006，2006年12月10-13日，Melbourne，Victoria，Australia)讨论了在控制设计中使用冗余远程测量值。其中，基于丢失的远程信号的检测来选择控制参数集。
Xue的文章“Some Viewpoints and Experiences on Wide AreaMeasurement Systems and Wide Area Control Systems”(Power andEnergy Society General Meeting-Conversion and Delivery of ElectricalEnergy in the 21st Century，2008 IEEE，2008年7月20-24日，第1-6页)讨论了提供一种统一信息平台，其中设置了监测系统和模拟系统。分析和控制停电的能力被描述为通过使用从PMU数据和模拟结果提取的知识而增强。
US 7,149,637讨论了检测振荡和使用线性模型来估算其参数。
Avila-Rosales和Giri的文章“Wide-Area Monitoring and Controlfor Power System Grid S ecurity”(15th Power Systems ComputationConference Proc，2005)论了使用PDC收集PMU测量值且在能量管理系统(EMS)应用中使用这些测量来预测控制行为。
进一步已知PDC除了输电系统中控制之外的其他领域中使用。在US2008/0189061中，PMU和PCD用于计算电力线的下垂。
然而，这些文档都没有提供上述问题的解决方案。因此，存在当执行电力振荡阻尼时改善可靠性的需要。
本发明因此针对的是增强输电系统的控制可靠性且尤其是增强输电系统中电力振荡阻尼的可靠性。
发明内容
因此，本发明的目的是改善当控制输电系统时的可靠性。该目的通过根据权利要求1和11的方法和装置以及根据权利要求17的计算机程序产品实现。其他的优选实施例从从属权利要求显而易见。
根据本发明的第一方面，提供一种改善输电系统中广域控制可靠性的方法，其中广域控制基于系统数据的测量在输电系统中执行。该方法包括以下步骤：
从在输电系统中进行的测量中获得实际测量值的集合，
基于被发送到系统的至少一个控制信号和系统模型产生对应于该集合的实际测量值的估算测量值，以及
如果满足与至少一个实际测量值相关联的一个或多个偏差条件，则使用相应估算测量值至少替换与该一个或多个偏差条件相关联的集合的实际测量值。
根据本发明的第二方面，提供一种改善输电系统中广域控制可靠性的装置，其中广域控制基于系统数据的测量在输电系统中执行。该装置包括：
估算单元，配置成基于被发送到系统的至少一个控制信号和系统模型产生估算测量值，其中该估算测量值对应于由系统中的大量测量提供设备所提供的实际测量值的集合，以及
控制单元，配置成在满足与至少一个实际测量值相关联的一个或多个偏差条件时，使用相应估算测量值至少替换与该一个或多个偏差条件相关联的集合的实际测量值。
根据本发明的第三方面，提供一种改善输电系统中广域控制可靠性的计算机程序，其中广域控制基于系统数据的测量在输电系统中执行。该计算机程序可以装载到一个或多个计算机的一个或多个内部存储器中且包括计算机程序代码装置以在程序被装载到一个或多个内部存储器时使得该一个和更多计算机：
基于被发送到系统的至少一个控制信号和系统模型产生估算测量值，其中该估算测量值对应于由系统中的很多测量提供设备所提供的实际测量值的集合，以及
如果满足与至少一个实际测量值相关联的一个或多个偏差条件，则使用相应估算测量值至少替换与该一个或多个偏差条件相关联的集合的实际测量值。
此处，在某些期望方面，测量值的偏差是测量值方面的偏差，该方面可能涉及测量值的内容，比如程度或类型。然而，它也可能涉及行为，比如诸如延迟的时间行为。如果测量值的一个方面从希望值偏差太大程度，则满足偏差条件。
根据这些方面的本发明具有这样的优点：即使一个或多个实际测量值满足通常需要其他类型控制(比如转换到局部电力振荡阻尼或电力振荡阻尼的吸收)的偏差条件，仍允许广域电力振荡阻尼的连续使用。因此，这增加了诸如广域电力振荡阻尼的控制的可靠性。由于使用可以十分接近地模拟实际系统的模型，所以进一步可能的是：执行的控制将非常接近普通控制。本发明进一步可以在仅涉及设备的简单修改的条件下实施，这种修改主要可能涉及软件的变化。
在本发明的一个变型中，系统模型也被调节，这种调节可以通过估算单元执行。调节进一步可以仅在不满足偏差条件时执行。
在本发明的另一变型中，以第一速率获得实际测量值且以第二较低速率调节系统模型，其中第一速率可以是第二速率的十倍。
根据本发明的另一变型，如果实际测量值具有超过时间延迟阈值的贯穿系统时间延迟，则对于实际测量值，可以满足一个偏差条件。这种时间延迟可以至少依赖于实际测量值的产生时间与系统的测量对准单元接收实际测量值的时间之间的差值。
还可以对是否满足与集合的实际测量值相关联的任意偏差条件做出调查。这种调查可以通过控制单元执行。它也可以通过测量对准单元执行。
根据另一变型，模型包括等式的集合，所述等式包括识别系统状态、控制信号和估算测量值之间的关系的函数。这些函数可以是线性或非线性函数。
附图说明
在下文中将参考在附图中说明的优选实施例，更详细地解释本发明的内容，附图中：
图1示意性示出经由测量对准设备连接到电力控制设备的输电系统中的多个测量提供设备，其中该测量对准设备是根据本发明的第一实施例用于增强可靠性的装置，
图2示出形成根据本发明的第一实施例的装置的测量对准设备的框图，
图3示出在图2测量对准设备中提供的测量对准单元的原理布局，
图4示意性示出在根据本发明的第一实施例的输电系统的模型中使用的数据，
图5示出概要说明在测量对准设备中执行的根据本发明的第一实施例的方法的多个方法步骤的流程图，
图6示意性示出经由测量对准设备连接到电力控制设备的输电系统中的多个测量提供设备，其中该电力控制设备是根据本发明的第二实施例用于增强可靠性的装置，以及
图7示意性示出在根据本发明的第二实施例的输电系统的模型中使用的数据。
具体实施方式
图1示意性示出了输电系统，其中提供有根据本发明的第一实施例的装置。输电系统优选地是AC输电系统，且在诸如50或60Hz的网络频率操作。
输电系统可以在很多地理区域中提供。这些区域典型地彼此大间隔地提供，其中作为示例，一个区域可以在芬兰的南部提供且另一区域可以在挪威的南部提供。地理区域可以被认为是相干区域。连贯区域是其中一组电机(诸如同步发电机)相干地运动即它们一同振荡的区域。这种区域还被称为电气区域，因为电机在电气方面彼此靠近。在这些地理区域中，存在用于连接地理分离的区域的高压联络电线、中压电线、用于变换电压和用于切换电线之间的连接的变电站以及局部区域中的各种总线。测量设备还例如以电压互感器和/或电流互感器的形式连接到这种电力线和总线。此处测量设备可以连接到测量提供设备12、14和16，这些测量提供设备可以是相量测量单元(PMU)。PMU提供关于系统的打有时间戳的局部数据，即，系统数据且尤其是电流和电压相量。通过PMU在整个系统收集且被集中处理的多个相量测量值因此可以提供输电系统的整体电气状态的快照。这种PMU通常还装配有GPS时钟，GPS时钟自身与GPS卫星20、22、24和26形式的参考时钟设备同步，且PMU通常在等距的时间点(例如每20ms)发送相量的形式(诸如正序相量)的测量值。这些测量包括打有时间戳的相量的测量值，其中时间戳代表在系统中测量该相量时的时间点。
在图1中，一般存在n个这种测量提供设备12、14和16，每一个均提供相应测量量值的测量相量y1、y2和yn。在该示例中，测量提供设备全都是提供测量相量、对相量打时间戳且发送这些相量以便这些相量被电力控制设备10处理的PMU。此处应当意识到，在不同地理区域中，系统中可以存在很多不同的测量提供设备，其中地理区域通常对应于的分离的一组机器，该组机器相对于另一地理区域中的一组机器摆动。
在图1中，第一测量提供设备12示出为发送第一测量值或相量y1，典型地为电压相量，第二测量提供设备14示为发送第二相量y2且第n测量提供设备16示为发送第n相量yn。所有这些相量y1、y2、yn被在线地测量且提供给电力控制设备10。相量因而在等距地理位置获得且通过通常使用GPS时钟的测量提供设备12、14和16来打时间戳，且经由可能数千公里长的通信信道发送到测量对准设备18。
测量对准设备18可以是相量数据集中器(PDC)且接收上述测量值且同步它们，即，来封装具有相同时间戳的相量。它因而在时间上彼此对准测量值。此处这些测量形成被发送到电力控制设备10的实际测量量值的集合。
测量对准设备18将监听定期地(例如每20ms)发送打有时间戳的相量的测量提供设备。常规的测量对准设备18根据时间戳对准相量，在每个时隙期望来自测量提供设备的一个测量或相量，且当对应于给定时隙的测量可用时，转发实际测量量值的集合中的所有测量。图1中的测量对准设备18具有一些其他功能性，这将在下面更详细地描述。因为这些附加功能性，图1中的测量对准设备18是根据本发明的第一实施例增强可靠性的装置。
测量对准设备18向电力控制设备10的广域控制单元提供时间对准的实际测量值y1，y2，...yn或实际测量量值的相量，该广域控制单元此处是电力振荡阻尼单元28。
可以以针对致动器提供的通用电力控制系统的形式来提供电力控制设备10，该致动器可以是同步发电机或FACTS或HVDC装置。电力控制设备10此处包括为致动器提供致动器控制信号的致动器控制单元34。就这方面而言，在电力控制设备10中产生调制信号，该调制信号被添加到致动器控制单元34产生的致动器控制信号以抵消电力振荡。该调制信号此处被简单地命名为控制信号CS。该控制信号CS因而通过广域电力振荡阻尼单元28产生且被提供到致动器控制单元34。控制信号CS还可以被提供到测量对准设备18。电力控制设备10还可以包括诸如GPS时钟的用于精确定时的时间保持电路。这通过提供有天线的电力控制设备10指示。
广域电力振荡阻尼单元28因而可以产生应用于致动器控制单元34的控制信号CS以执行诸如区域间电力振荡阻尼的广域控制。如何执行这种阻尼在本领域中是已知的且在此处不做更详细地描述。作为示例，它可以使用超前-滞后补偿执行。在电力控制设备10中，广域电力振荡阻尼单元28还连接到转换单元32，该转换单元32还连接到局域控制单元(此处为局部电力振荡阻尼单元30的形式)以及致动器控制单元34。此处与广域电力振荡阻尼单元28并行地提供局部电力振荡阻尼单元30。广域电力振荡阻尼单元28提供一个反馈回路，而局部电力振荡阻尼单元30提供另一反馈回路，两个回路均用于闭环电力振荡阻尼(POD)，这与机电振荡的阻尼相同。图顶端的局部反馈信号对应于标准配置，其中输入信号yL是局部测量的量值，例如，局部传输线上的电力流或局部导出的频率。该局部电力振荡阻尼单元30因而接收局部测量yL且提供基于这些局部测量yL确定的调制信号，该调制信号可以被添加到致动器控制单元34产生的控制信号。广域电力振荡阻尼单元28和局部电力振荡阻尼单元30因此均连接到转换单元32，该转换单元32将信号从这两个单元28和30其中任意一个传输到致动器控制单元34以执行电力振荡阻尼。
图2示意性概要说明当用作根据本发明的第一实施例的装置时测量对准设备18的一种实现方式。该测量对准设备18包括从测量提供设备接收实际测量的测量对准单元36。它进而连接到控制单元38。测量对准单元36向控制单元38提供实际测量(此处通过从第二和第三测量提供设备14和16获得的测量y2，...yn来示例)，且从该控制单元38接收时间延迟调查信号TDI。测量对准设备18还包括估算单元40，该估算单元包括测量估算提供元件42和减法元件44。测量估算提供元件42从电力控制设备的广域电力振荡阻尼单元接收控制信号CS且基于系统模型G提供估算测量量值EMQ集合的估算测量值y1′，y2′，...yn′的集合。估算量值EMQ的所述集合一方面被提供到减法元件44且另一方面被提供到控制单元38。减法单元44还接收实际测量量值AMQ的实际测量值y1，y2，...yn且向测量估算提供元件42提供两个量值集合之间的差值EMQ-AMQ。测量对准设备还装配有诸如GPS时钟的用于精确定时的时间保持电路。这通过提供有天线的测量对准设备指示。
控制单元38对它从测量对准单元36接收以及从估算单元40接收的值做出选择且，向电力控制设备中的广域电力振荡阻尼单元提供选择值。作为示例，此处它提供第一估算测量值y1′、第二实际测量值y2和第n实际测量值。将简短地详细描述如何执行这种选择。
测量对准单元36本质可以由很多缓存器组成，每个连接的测量提供设备一个。
在图3中示意性示出一个这种测量对准单元36的方框示意图。
测量对准单元36包括很多堆栈ST1、ST2，STn；每个测量提供设备12、14和16一个，其中根据测量被接收的时间戳或时隙将测量值放在堆栈中。每个堆栈底部的测量则是最新接收的测量，且每个堆栈顶部的测量是按次序下一个发送到控制单元38的测量。顶部堆栈位置此处被提供到图3的右边且底部堆栈位置被提供到图3的左边。
在图3中给出的示例中，在堆栈ST1、ST2和STn中，第一测量提供设备12的实际测量值相对于来自其他测量提供设备14和16的测量被延迟。因为测量堆栈单元36通常在他们转发测量之前等待将被接收的对应于相同时隙的所有测量，这意味着来自第二和第三测量提供设备14和16的测量被堆积，直到从第一测量提供设备12接收具有相同时间戳的测量。这在图3中通过在其堆栈中具有对应于时间tn、tn+1、tn+2、tn+3和tn+4的时间戳的测量的堆栈ST2和ST n示出，而堆栈ST 1仅有具有时间戳tn的一个测量。因此，如果来自第一测量提供设备2的测量相对于来自其他测量提供设备的测量被延迟，则将存在系统中经历的时间延迟。此处，图3的示例性时间延迟是4*Δt，其中Δt是时隙的长度，其典型地可以是20ms。此处应当意识到，选择示出的实际延迟仅是为了示例延迟对于测量堆栈单元的影响。实际延迟可能远大于图中指示的延迟。
这意味着，在上面针对常规测量对准设备描述的情形中，在实际测量从测量对准设备36被转发到电力控制设备中的广域电力振荡阻尼单元之前，将存在通过图3中的4*Δt示例的延迟。如果延迟太长，则不能执行广域电力振荡阻尼且在这种情况中必须使用局部电力振荡阻尼。
图4示意性示出系统模型G中使用的数据，其在估算单元40的测量估算提供元件42中存储且由其使用。
在本发明的第一实施例中，存在一个控制信号CS以及与控制信号相关联的很多估算测量量值EMQ1、EMQ2和EMQn。这些量值在各个时间点具有与控制信号的脉冲相关联的值。在测量估算提供元件42的操作期间，存储有对应于来自第一测量单元12的测量的第一估算测量量值EMQ1的值y′11、对应于来自第二测量单元14的测量的第二估算测量量值EMQ2的值y′21以及对应于来自第n测量单元16的第n个估算测量量值EMQn的值y′n1，其中所有这些值与在第一时间t1发送的控制信号CS的第一脉冲u1相关联。还存储有第一估算测量量值EMQ1的值y′12、第二估算测量量值EMQ2的值y′22以及第n个估算测量量值EMQn的值y′n2，其中所有这些值与在时间t2发送的控制信号CS的第二脉冲u2相关联。这一直继续，直到最终存在第一估算测量量值EMQ1的最近第m个值y′1m、第二估算测量量值EMQ2的值y′2m以及第n个估算测量量值的值y′nm，其中所有这些值与脉冲um和时间tm相关联。
现在将也参考图5描述作为根据本发明第一实施例的增强可靠性的装置的测量对准设备18的功能性，其中图5公开了测量对准设备中执行的多个方法步骤的流程图。
测量提供设备12、14、16用于基于整个系统上来自远程位置的测量获得复数电压和电流，即相量。测量提供设备设置有GPS时钟，即它们具有与GPS卫星20、22、24和26形式的参考时钟设备接触的时间保持电路以提供精确定时。由于该原因，所有测量提供设备12、14和16设置有天线，其中每个天线可以监听‘m’个卫星。这些测量然后获得时间保持电路所戳印的时间。来自所有测量提供设备12、14、16的数据(相量形式)y1、y2、yn然后被发送到测量对准设备18，该测量对准设备18因而可以是中央相量数据集中器(PDC)。该数据组成了实际测量量值AMQ的集合的实际测量值的集合。此处测量对准设备18从电力控制设备10是分离的。然而应当意识到，作为备选，测量对准设备可以作为一个单元包括在电力控制设备10中。该测量对准设备18负责同步从所有测量提供设备12、14、16接收的数据。同步的数据然后被递送到电力控制设备10且更具体而言被递送到广域电力振荡阻尼单元28，该广域电力振荡阻尼单元28产生控制信号CS，该控制信号CS用于通过致动器控制单元34提供电力振荡阻尼。该控制信号CS还从广域电力振荡阻尼单元28被提供到估算单元40的测量估算提供元件42。该控制信号此处可以是在测量对准设备中例如通过测量提供元件42所戳印的时间。以便被对准且与实际测量值一同使用。作为备选，控制信号可以是电力控制设备所戳印的时间，其中广域电力振荡阻尼单元可以控制这种时间戳印。
根据本发明的第一实施例，在步骤46，也在测量对准单元36中接收实际测量值y1、y2、yn的集合，其中在正常操作中，该集合的值在相应的缓存器ST1、ST2和ST n中缓存，直到具有相同时间戳的所有值都被接收。并行于实际测量值的这种接收，在步骤48，测量估算单元40基于控制信号CS提供相应的估算测量值y1′，y2′和yn。最初，该控制信号可以是零，这是不执行阻尼的情况。
通过使用输电系统的等效动态模型G且在该模型中应用控制信号CS来进行估算。
此处模型根据
Figure BPA00001624695100121
提供传递函数，其中G是包括多个传递函数的矩阵，
Figure BPA00001624695100122
是估算测量值的向量且
Figure BPA00001624695100123
是控制信号值的向量。
在通过输电系统的模型G提供的系统等式的集合中，应用控制信号CS。这通过使用q个状态x完成，其中作为示例，数字q可以是50。在依赖于状态数目的状态空间中提供等式。此处，这些等式可以是定义估算测量量值的值、系统的状态和控制信号的脉冲之间的关系的非线性等式或线性等式。这些函数因而限定了系统状态、控制信号值和估算测量值之间的关系。若干不同估算测量量值和若干不同控制信号的值可以被输入到这些等式。
如果存在n个输出或估算值、q个状态或p个输入或控制信号，则等式可以一般表达为：
x ^ k + 1 = F 1 ( x ^ k ) + F 2 ( u ^ k ) - - - ( 1 )
y ^ k + 1 ′ = F 3 ( x ^ k ) + F 4 ( u ^ k ) - - - ( 2 )
其中k是当前检查的时间点，是在时间点k+1的大小为n的估算测量值向量，
Figure BPA00001624695100134
是在时间点k的大小为q的状态向量，是在时间点k+1的大小为q的预测状态向量，
Figure BPA00001624695100136
是大小为p的控制信号脉冲向量，
Figure BPA00001624695100137
和
Figure BPA00001624695100138
分别是大小为q×q和n×q的矩阵，包括时间点k的状态x的函数，而
Figure BPA00001624695100139
和
Figure BPA000016246951001310
是大小为n×q和n×p的矩阵，具有在时间点k的控制信号脉冲u的函数。此处，这些矩阵的函数可以是非线性的，但是也可以是线性的。
在第一实施例中，p＝1，这实际使得控制信号脉冲向量
Figure BPA000016246951001311
成为变量且矩阵
Figure BPA000016246951001312
和
Figure BPA000016246951001313
成为向量。因此可以看出，在该特殊情况中，等式限定了单输入多输出(SIMO)系统。
如果函数是线性的，等式还可以简化为：
x ^ k + 1 = A * x ^ k + B * u ^ k - - - ( 3 )
y ^ k + 1 ′ = C * x ^ k + D * u ^ k
其中，A、B、C和D是具有模型的所需系统常量的矩阵。在本发明的第一实施例中，B和D实际是向量。
因而可以看出，基于前一时间点的状态和控制信号脉冲获得特定时间点的估算测量值。
控制信号CS的脉冲u此处被输入到用于每个时间k的这些等式中，且在每个后续时间点k+1，产生被提供到控制单元38的估算测量值y1′、y2′和yn″的集合。这些值的集合还被提供到减法单元44。
控制单元38还调查是否满足与至少一个实际测量值相关联的偏差条件中的一个或多个。此处偏差条件的这种调查涉及在测量对准单元中对实际测量值的时间延迟TD的调查，步骤50。如果控制单元未接收实际测量值达某一时间量，则可以执行这种调查。在本发明的一个变型中，这可能涉及调查堆栈ST1、ST2，...STn的顶部上实际测量的时间戳。可以通过控制单元38向测量对准单元36发送时间延迟调查信号TDI来执行该调查，该测量对准单元36使用堆栈顶部的值的时间戳答复。然后可以通过控制单元将这些时间戳与阈值TH进行比较，且如果堆栈顶部位置的时间戳超过该阈值TH，则满足这种特定偏差条件，因为实际测量中的至少一些具有超过阈值TH的时间延迟，步骤52。控制单元还可以比较从测量堆栈单元接收实际测量值的最后集合开始所消逝的时间，且如果该时间延迟超过时间延迟阈值，则直接命令测量对准单元转发这些测量的最早测量。另外，测量对准单元本身也可以将堆栈顶部的时间戳与阈值进行比较，且告知控制单元延迟(在这种情况中，控制单元可以命令测量对准单元发送堆栈顶部的测量)，或者测量对准单元本身转发实际测量信号的不完整集合。在后一种情况中，这种转发可以伴随有并不存在所有测量值且其中一些丢失的指示。控制单元还可以通过调查其自身接收的实际值查明其自身。这种调查可以通过偏差条件调查元件执行，该元件因而可以在控制单元中、测量对准单元中或二者中提供。与偏差条件调查元件因此将与涉及延迟方面的偏差条件相关调查该集合的实际测量值通过输电系统的时间延迟，其中时间延迟将至少依赖于实际测量值的产生时间和测量对准单元36接收实际测量值的时间之间的差值且在这种情况中也由该差值组成，并且然后将该延迟与阈值进行比较。在稍后例如在电力控制设备中做出调查的情况下，延迟将依赖于该差值。
如果延迟低于阈值TH，则不满足偏差条件，则使用估算测量量值EMQ和实际测量量值QAM之间的差值来调节模型G，步骤54。这意味着将针对某一时间点产生的控制信号的脉冲而估算的测量值与具有指示相同时间点的时间戳的实际测量值相比较。在从测量提供设备接收的实际测量值和作为该特定实际测量值估算的估算值之间进一步形成差异。还可以通过测量估算提供元件42向减法元件44提供估算量值EMQ和测量对准单元38向减法元件44提供相应实际测量量值AMQ来执行比较。这些量值然后在减法单元44中彼此相减且差值被提供到测量估算提供元件42。此后对模型G进行调节。这可以通过改变用于最小化量值的实际和估算值之间的差值的上述等式的系数完成。这意味着当执行广域控制时，表征输电系统的空间状态模型的系数被调节。这样，获得稳定的系数集合。
在这种情况中，包括集合的所有测量值的实际测量值的完整集合也被控制单元38从测量对准单元38接收，且被发送到电力控制设备10的广域电力振荡阻尼单元28，步骤56，该广域电力振荡阻尼单元将继续且产生控制信号CS的新脉冲，该脉冲被提供到致动器控制单元34和执行对转发到控制单元38的测量量值的新估算的测量估算提供元件42，而相应的实际测量被测量对准单元36接收，接着是对时间延迟的新调查。
然而，如果超过阈值TH，步骤52，即，延迟高于阈值，则满足偏差条件，控制单元38命令测量对准单元36转发它从讨论的时间戳接收的所有实际测量值，即，测量值的不完整集合。作为示例，此处测量对准单元36转发第二和第n实际测量y2和yn。在测量对准单元中不存在的实际测量，即未被接收的实际测量由控制单元38利用相应估算测量值替换。这意味着具有超过阈值TH的时间延迟TD的实际测量值将被相应估算测量值替换。在本示例中，第一测量值y1具有这种延迟且因此它被针对它所估算的相应值y1′替换。此后，控制单元38将测量值的修改集合转发到电力控制设备10中的广域电力振荡阻尼单元28，其将继续且基于这些值产生控制信号脉冲。
此后再次接收测量且针对下一后续时间戳执行调查。然后这继续并持续和实际测量被延迟一样长的时间。只要至少一个测量值被延迟，则不对系统模型进行调节。因此，只要存在延迟，调节因而被冻结。如果再次及时接收测量，正常操作可以在此后恢复。这样，不管延迟如何，延迟的测量被估算测量多替换，且广域电力振荡阻尼可以继续。不需要转换到局部电力振荡阻尼或中止电力振荡阻尼。
以第一速率接收测量，该第一速率通常由测量提供设备的采样速率决定。该第一速率典型地可以是每20ms接收一个采样。以第二速率做出调节。该第二速率可以与第一速率相同。然而，它也可以不同。在该第一实施例中，该第二速率低于第一速率。在本发明的该第一实施例中，第一速率进一步是第二速率的10倍高。这意味着在该第一实施例中，模型每200ms调节一次。然而，其他关系当然也是可行的。
关于模型的规定及其调节的更多信息可以在文章“TowardsReal-time Implementation of Adaptive Damping C ontrollers for FACTSDevices”(P.Korba、M.Larsson、B.Chaudhuri、B.Pal、R.Majumder、R.Sadikovic和G.Andersson，IEEE Power Engineering Society GeneralMeeting，2007)中找到，此处引用该文章以作参考。
结合本发明的第一实施例描述的电力控制设备10包括用于实现至局部电力振荡阻尼的转换的转换逻辑。例如如果测量值的集合的所有测量或大部分测量丢失，或者如果测量量值的值延迟很长时间，，则可以执行这种转换。然而应当意识到，可以在不使用这种局部电力振荡阻尼且因此不使用转换单元的条件下，执行本发明。
上述系统是SIMO系统。应当意识到它可以应用在MIMO系统上。这种情形是本发明的第二实施例中的情况。
图6示意性示出根据本发明的这种变型的系统。大多数设备与图1中的设备相同，且也包括相同的单元。然而，在图6中存在一些不同。
在图6的系统中，通过电力控制设备10′提供根据本发明的第二实施例用于增强可靠性的装置，和第一实施例中一样，该电力控制设备10′包括广域和局域控制单元28和30以及转换单元32。然而，在该第二实施例中，电力控制设备10′还包括控制单元38和估算单元40。还存在本质是常规PDC的测量对准设备18′，即测量对准设备本质上仅包括测量对准单元。但是存在一个主要不同。既使测量对准设备不具有所有测量，如果超过了时间延迟阈值，可能可以命令测量对准设备提交与某一时间戳相关联的测量。作为备选，测量对准设备18′可以配置成本身执行该行为。当接收这种命令或当以这种方式主动提交测量时，测量对准设备18′将转发测量对准单元的堆栈的顶部的实际测量，即它所具有的最早测量。
在该系统中，如前所述，以与第一实施例中相同的方式存在从卫星20、22、24和26接收精确定时且与测量堆栈设备18通信的多个测量提供设备12、14和16。测量对准设备18′还与形成根据本发明的第二实施例的装置的电力控制设备10′通信。如上所述，除了上述控制单元和估算单元40之外，根据该第二实施例的装置10′包括广域电力振荡阻尼单元28、转换单元32和局部电力振荡阻尼单元30。然而，它不包括任意致动器控制单元。转换单元28而是与第一、第二和第p致动器控制单元34-A、34-B和34-C通信，每个致动器控制单元与系统中分离的致动器相关。此处，广域电力振荡阻尼单元28提供意图分别用于致动器控制单元34-A、34-B和34-C的广域控制信号CS1、CS2和CSp。
在这种情况中，广域电力振荡阻尼单元28将控制信号CS1，CS2...CSp发送到致动器控制单元34-A、34-B和34-C控制的致动器。在图6中可以看出，因而从输电系统中的相同位置发送控制信号CS1、CS2和CSp，电力振荡阻尼控制单元28从该位置执行电力振荡控制。在本发明的这种变型中，估算单元40确定估算测量量值EMQ1、EMQ2...EMQn，且以和第一实施例相同的方式来调节模型。然而，此处估算量值依赖于多个控制信号CS1、CS2、...CSp。这可以在图7中看出，该图7示出控制信号CS1，CS2，...CSp以及估算量值EMQ1，EMQ2...EMQn。
在该第二实施例中，估算单元以上述更通用的形式应用系统等式。在这种情况中，等式因此限定了多输入多输出(MIMO)系统。因而，本发明的第二实施例允许当一个或多个实际测量在多致动器环境中延迟或丢失时连续使用广域电力振荡阻尼。
本发明具有很多优点。既使一个或多个实际测量值具有原本通常会导致到局部电力振荡阻尼的转换的延迟，它仍允许了广域电力振荡阻尼的连续使用。这因此增加了这种广域电力振荡阻尼的可靠性。因为使用可以十分接近地模拟实际系统的模型，执行的控制可以非常接近正常控制。这进一步可以在仅涉及设备的简单修改的条件下完成，主要通过软件的变化完成。
存在可以对本发明做出的很多变型。在描述的实施例中，一旦存在超过阈值的延迟，则停止模型的调节。也可以继续调节模型。当然多于一个测量值可能被延迟，在这种情况中所有延迟的测量使用估算值替换。还可以是：一旦集合的测量值其中之一被延迟，则该组所有测量值被估算值替换。还可以在该组的一个值被延迟时替换在集合中出现的一组实际测量值。该组然后可以与输电系统的某一地理区域相关。
当然还可以修改本发明的第一实施例以与若干控制信号一起使用，且修改本发明的第二实施例以仅与一个控制信号一起使用。还可以分离控制单元和估算单元且将它们放置在不同设备中。例如其中一个可以放置在测量对准设备中且另一个放置在电力控制设备中。这些单元进一步根本不必在这些设备中提供，而是可以作为一个或两个单独的设备提供。
上面针对延迟方面进一步描述了本发明。延迟仅是实际测量的一个方面，对于实际测量，在满足这方面的偏差调节时可以做出替换。应当意识到，本发明可以与测量值的其他方面结合使用，诸如它们是比如具有错误预测或错误的值范围故障，例如因为测量提供设备和GPS卫星之间的连接的缺失而造成测量提供设备使用的计时不可靠，或者测量值完全丢失。
根据本发明的装置可以具有这样的优点：其以一个或多个计算机中的一个或多个处理器以及包括计算机程序代码的内部存储器的形式提供，当被处理器操作时该代码执行上述装置功能性。因而，对于本领域技术人员很明显的是，本发明的装置可以是硬布线的，诸如以如图2中所示的分离组件的形式提供，或者实施为计算机程序。这种计算机程序可以在计算机程序产品上提供，该计算机程序产品诸如是携带上述计算机程序代码的一个或多个数据载体，比如存储棒或CD ROM盘。
如上所述，所述装置可以在广域监控和控制平台或PDC上提供。
本发明的装置因而可以在用于电力电子致动器(例如FACTS、HVC、PSS、发电机激励系统等)的控制系统中运行。
尽管本发明的上述说明描述了用于电力振荡阻尼的系统，本领域技术人员将意识到，可以预见不涉及电力振荡阻尼的其他实施例。尤其是，用于远程电压控制的控制方案和/或用于避免同步性丢失的控制方案。因此，本发明仅由下面的权利要求书来限定。

Claims (17)

1.一种用于增强输电系统中广域控制可靠性的方法，所述广域控制基于系统数据的测量在所述输电系统中执行，所述方法包括步骤：
从在所述输电系统中进行的测量(AMQ)中获得(46)实际测量值的集合，
基于被发送到所述系统的至少一个控制信号(CS；CS1，CS2，...CSp)和系统模型(G)产生(48)对应于该集合的实际测量值的估算测量值(y1’，y2’，...yn’)，以及
如果满足与至少一个实际测量值相关联的一个或多个偏差条件(52)，则使用相应估算测量值(y1′)至少替换(58)与该一个或多个偏差条件相关联的集合的实际测量值(y1)。
2.根据权利要求1所述的方法，还包括调节(54)所述系统模型的步骤。
3.根据权利要求2所述的方法，其中所述调节的步骤仅在不满足偏差时执行。
4.根据权利要求2或3所述的方法，其中以第一速率获得所述实际测量值，而以第二较低速率调节所述系统模型。
5.根据权利要求4所述的方法，其中所述第一速率是所述第二速率的10倍。
6.根据任一前述权利要求所述的方法，其中如果实际测量值具有超过时间延迟阈值(TH)的贯穿所述系统的时间延迟，则对于该实际测量值，满足一个偏差条件。
7.根据权利要求6所述的方法，其中所述时间延迟至少依赖于所述实际测量值的产生时间与所述系统的测量对准单元(36)接收到所述实际测量值的时间之间的差值。
8.根据任一前述权利要求所述的方法，还包括调查(50)是否满足与所述集合的实际测量值相关联的任意偏差条件的步骤。
9.根据任一前述权利要求所述的方法，其中所述模型包括等式的集合，该等式包括识别系统状态、控制信号和估算测量值之间的关系的函数。
10.根据权利要求9所述的方法，其中所述函数是线性或非线性函数。
11.一种用于增强输电系统中广域控制可靠性的装置(18；10’)，所述广域控制基于系统数据的测量在所述输电系统中执行，该装置还包括：
估算单元(40)，配置成基于被发送到所述系统的至少一个控制信号(CS；CS1，CS2，...CSp)和系统模型(G)产生估算测量值(y1’，y2’，...yn’)，所述估算测量值对应于由所述系统中的多个测量提供设备(12，14，16)所提供的实际测量值((y1，y2，...，yn)的集合，以及
控制单元(38)，配置成在满足与至少一个实际测量值相关联的一个或多个偏差条件时，使用相应估算测量值(y1’)至少替换与所述一个或多个偏差条件相关联的集合的实际测量值(y1)。
12.根据权利要求11所述的装置，其中所述估算单元还配置成调节所述系统模型。
13.根据权利要求12所述的装置，其中所述估算单元配置成仅在不满足偏差时执行调节。
14.根据权利要求11-13其中任一项所述的装置，其中通过所述测量提供设备以第一速率提供所述实际测量值，且所述估算单元配置成以第二较低速率调节所述系统模型。
15.根据权利要求11-14其中任一项所述的装置，还包括偏差条件调查元件，其配置成调查是否满足与所述集合的测量值相关联的任意偏差条件。
16.根据权利要求11-15其中任一项所述的装置，其中，所述偏差条件调查元件配置成调查实际测量值贯穿所述系统的时间延迟，且如果至少一个实际测量值具有超过时间延迟阈值(TH)的时间延迟，则确定偏差条件存在。
17.一种用于增强输电系统中广域控制可靠性的计算机程序，所述广域控制基于系统数据的测量在所述输电系统中执行，该计算机程序可被装载到一个或多个计算机的一个或多个内部存储器且包括计算机程序代码装置以使得当所述程序被装载到所述一个或多个内部存储器中时所述计算机：
基于被发送到系统的至少一个控制信号(CS；CS1，CS2，...CSp)和系统模型(G)产生估算测量值(y1’，y2’，...yn’)，所述估算测量值对应于由所述系统中的多个测量提供设备(12，14，16)提供的实际测量值((y1，y2，...，yn)的集合，以及
如果满足与至少一个实际测量值(y1)相关联的一个或多个偏差条件，使用相应估算测量值(y1’)至少替换与所述一个或多个偏差条件相关联的集合的实际测量值。
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