CN104126261A - 操控输电系统中的谐振 - Google Patents

操控输电系统中的谐振 Download PDF

Info

Publication number
CN104126261A
CN104126261A CN201280070171.0A CN201280070171A CN104126261A CN 104126261 A CN104126261 A CN 104126261A CN 201280070171 A CN201280070171 A CN 201280070171A CN 104126261 A CN104126261 A CN 104126261A
Authority
CN
China
Prior art keywords
state
resonance
space model
activity
mode
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
CN201280070171.0A
Other languages
English (en)
Other versions
CN104126261B (zh
Inventor
M.拉斯森
P.奧文
M.盖格
V.贝格勒
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Hitachi Energy Co ltd
Original Assignee
ABB Research Ltd Switzerland
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by ABB Research Ltd Switzerland filed Critical ABB Research Ltd Switzerland
Publication of CN104126261A publication Critical patent/CN104126261A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN104126261B publication Critical patent/CN104126261B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02J—CIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
    • H02J3/00—Circuit arrangements for ac mains or ac distribution networks
    • H02J3/24—Arrangements for preventing or reducing oscillations of power in networks
    • H02J3/241—The oscillation concerning frequency
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01R—MEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
    • G01R23/00—Arrangements for measuring frequencies; Arrangements for analysing frequency spectra
    • G01R23/02—Arrangements for measuring frequency, e.g. pulse repetition rate; Arrangements for measuring period of current or voltage
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02J—CIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
    • H02J2203/00—Indexing scheme relating to details of circuit arrangements for AC mains or AC distribution networks
    • H02J2203/20—Simulating, e g planning, reliability check, modelling or computer assisted design [CAD]
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y04—INFORMATION OR COMMUNICATION TECHNOLOGIES HAVING AN IMPACT ON OTHER TECHNOLOGY AREAS
    • Y04S—SYSTEMS INTEGRATING TECHNOLOGIES RELATED TO POWER NETWORK OPERATION, COMMUNICATION OR INFORMATION TECHNOLOGIES FOR IMPROVING THE ELECTRICAL POWER GENERATION, TRANSMISSION, DISTRIBUTION, MANAGEMENT OR USAGE, i.e. SMART GRIDS
    • Y04S40/00—Systems for electrical power generation, transmission, distribution or end-user application management characterised by the use of communication or information technologies, or communication or information technology specific aspects supporting them
    • Y04S40/20—Information technology specific aspects, e.g. CAD, simulation, modelling, system security

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Measurement Of Mechanical Vibrations Or Ultrasonic Waves (AREA)
  • Measurement Of Resistance Or Impedance (AREA)
  • General Factory Administration (AREA)

Abstract

本发明涉及用于操控输电系统中的谐振的方法、谐振操控装置和计算机程序产品。谐振操控装置(28)包括频率确定单元(22)，其配置成从输电系统的测量装置(12，14，16)得到测量(y1，y2，yr)，在至少一个状态空间模型(M1，M2)中应用测量，并且基于所述状态空间模型中的系统测量的应用来确定系统中的模态谐振频率(ωj)，以及活动确定单元(24)，其配置成确定谐振频率的至少一个的模态活动。

Description

操控输电系统中的谐振
技术领域
本发明涉及输电系统的广域监测和控制的领域。更具体来说，本发明涉及用于操控输电系统中的谐振的方法、谐振操控装置和计算机程序产品。
背景技术
机电振荡是AC传输系统的固有性质，并且无法完全消除。在许多情况下，区域间机电振荡的阻尼设置电力传输容量的极限。另外，振荡在没有适当控制时可引起对系统安全性的严重威胁。从操作观点来看，能够可靠地实时估计振荡的阻尼、以便采取适当和及时措施来保持系统稳定具有高优先级。
ABB具有系统中实现的第一代机电振荡检测软件(命名为PSGuard)。在PSGuard中，存在用于检测高压电力系统中的电力摆动的功能、即电力振荡监测(POM)。POM功能处理来自相量测量单元(PMU)的单个输入信号，并且检测各种电力摆动模式，其能够用来检测扰动。
POM迅速检测在来自例如广域测量系统(WAAMS)的测量中是可观测的摆动模式的活动。另外，POM指示振荡的频率，其然后可与电力系统的现有已知模式进行比较，即，操作人员可区分是激励本地还是区域间模式。
PSGuard系统现在还具有另一功能、即电力阻尼监测(PDM)，其使用与POM相似的方式，但差别在于能够同时使用来自不同位置的多个测量以及数据的一般更长时间窗口。在POM能够更快地检测产生于电力系统中的扰动或开关事件的振荡、而PDM能够更好地估计正常操作条件期间的阻尼等级的意义上，PDM是对POM的补充。
PDM基于来自系统的模型中的多个PMU的测量值的应用，以便确定系统谐振。
与PDM相似的一种类型的功能是所谓的Prony分析，其在US 7987059中描述。在这里，在第一和第二状态空间模型中应用测量，以便得到系统的谐振频率，其中第二模型是第一状态空间模型的形态变换变化。
由Jaime Quintero等人在“An Oscillation Monitoring System for Real-time Detection of Small-Signal Instability in Large Electric Power Systems”(2007 IEEE Power Engineering Society General Meeting，2007年6月24-28日，Tampa，Florida，USA)中也论述了Prony分析的使用。
因此，有可能找出系统中存在哪些谐振频率。但是，在电力振荡阻尼（power oscillations damping）领域存在改进的空间，特别是涉及这些振荡相对系统稳定性的严重程度。
因此，需要对这种状况的改进。
发明内容
因此本发明一个目的是实现输电系统中的阻尼的改进。
按照本发明的第一方面，提供一种用于操控输电系统中的谐振的方法，该方法包括下列步骤：
从输电系统中的测量装置得到系统测量，
在系统的至少一个状态空间模型中应用测量，
基于所述状态空间模型中的系统测量的应用来确定系统中的模态谐振频率，以及
确定谐振频率的至少一个的模态活动。
按照本发明的第二方面，提供一种用于操控输电系统中的谐振模式的谐振操控装置，该装置包括：
谐振频率确定单元，配置成从输电系统的测量装置得到测量，在至少一个状态空间模型中应用测量，并且基于所述状态空间模型中的系统测量的应用来确定系统中的模态谐振频率，以及
活动确定单元，配置成确定谐振频率的至少一个的模态活动。
按照本发明的第三方面，提供一种用于操控输电系统中的谐振模式的计算机程序，该计算机程序可加载到计算机的内部存储器中，并且包括计算机程序代码部件，以便在所述内部存储器中加载所述程序时使计算机：
从输电系统中的测量装置得到系统测量，
在系统的至少一个状态空间模型中应用测量，
基于所述状态空间模型中的系统测量的应用来确定系统中的模态谐振频率，以及
确定谐振频率的至少一个的模态活动。
按照这些方面的本发明具有提供采取与输电系统的谐振频率相关的活动的形式的附加数据的优点。这允许进行关于应当阻尼哪些谐振频率的更好判定。
在本发明的一个变化中，谐振频率的模态活动基于链接到对应谐振频率的系统模型变量的一组时间值来确定。
还可存在第一和第二状态空间模型，其中第二状态空间模型是第一状态空间模型的模态变换变化。
在本发明的另一个变化中，模态活动的确定包括估计第一状态空间模型中的系统的初始状态，模拟第一或第二状态空间模型中的状态的时间系列，并且经过处理与第二状态空间模型中的谐振频率对应的状态的时间变化来确定模态活动。模拟可在第一状态空间模型中执行，以及模拟状态变换成第二状态空间模型中的对应状态。备选地，初始状态可变换成第二状态空间模型中的初始状态，以及模拟在第二状态空间模型中执行。
在本发明的另一个变化中，模态活动基于经过下列而对测量值进行处理来确定：将在时间点所得到的测量值的相位偏移取决于谐振频率和时间的相位，以及组合该时间间隔中的这类相移测量值，并且与不同测量位置相关，以便得到活动的值。
在本发明的另一个变化中，存在按照评级方案对谐振频率所执行的评级，其评级可由谐振操控装置的评级单元来执行。
测量还可包括频率测量。频率数据可在电压角或功率流或电压测量中提供。
按照本发明的另一个变化，该方法还包括在各取样时刻确定不同源的测量的平均频率，经过从频率测量中减去平均频率来得到每个源和取样时刻的振荡分量，以及提供振荡分量以用于确定谐振频率和模态活动。
该方法还可包括使用所确定模态谐振频率的数据以及与这个谐振频率的模态活动有关的数据来计算电力振荡阻尼装置的校正信号或配置参数，目的是降低活动或者改进所确定模态谐振中的阻尼。
谐振操控装置可包括用于执行上述预处理的预处理单元。
谐振操控装置还可包括探测信号生成单元，其配置成将探测信号注入输电系统，以协助谐振的检测。
附图说明
下文中将参照附图示出的优选示范实施例更详细地说明本发明主题，附图包括：
图1示意示出输电系统中的多个测量提供装置经由测量对齐装置连接到电力控制布置，
图2示意示出概述在用于操控谐振的方法中执行的多个方法步骤的流程图，
图3示意示出用于预处理从系统所得到的测量的多个步骤，
图4示意示出按照本发明的第一实施例、用于确定谐振频率的活动的多个方法步骤，以及
图5示意示出按照本发明的第二实施例、用于确定谐振频率的活动的多个方法步骤。
具体实施方式
图1示意示出连接到输电系统中的多个测量装置12、14、16的电力控制布置10。输电系统优选是AC输电系统，并且然后工作在诸如50或60 Hz的网络频率。
输电系统可设置在多个地理区域中。这些区域通常设置成彼此相距较大距离，其中一个可例如设置在芬兰南部，而另一个设置在挪威南部。地理区域能够被认为是相干区域。相干区域是其中一组电机、例如同步发电机相干地移动、即它们共同振荡的区域。这种区域还可被认为是电区域，因为机器在电方面来说相互接近。在这些地理区域中，存在用于连接地理分隔区域的高压联结线、中压线、在这些线路之间变换电压和切换连接的变电站以及局域中的各种母线。测量装置还连接至这类电力线和母线。测量装置在这里可连接至测量提供装置12、14和16，其可以是相量测量单元(PMU)。PMU提供与系统有关的加时间戳的本地数据，例如电流和电压相量以及频率测量。频率数据可存在于来自除了PMU之外的其它源的电压角或功率流或电压测量中。因此，由PMU在整个网络所收集并且集中处理的多个测量能够提供输电系统的总体电所状态的快照。这类PMU通常还配备有GPS时钟，其自身与采取GPS卫星形式的参考时钟装置同步，并且将在等距时间点、例如每隔20 ms发送测量值。这些测量包括加时间戳的相量的测量值，并且时间戳可表示在系统中测量相量时的时间点。
图1中，一般存在各提供测量的r个这类测量提供装置12、14和16，其中示出三个测量y1、y2、…yr。这些测量提供装置12、14和16在这个示例中全部是PMU，其与时间生成装置、例如GPS卫星(未示出)进行联络。它们还测量诸如电压、电流和频率之类的网络性质，对测量加时间戳，并且将其发送，以便使这些测量由电力控制布置10来处理。这里应当知道，在不同地理区域的系统中可存在更加多的不同测量提供装置，其中地理区域通常对应于相对另一个地理区域的一组机器摆动的独立的一组机器。
图1中，第一测量提供装置12示为发送第一测量y1，第二测量提供装置14示为发送第二测量y2，以及第r测量提供装置16示为发送第r测量yr。所有这些测量均在线测量，并且为电力控制布置10来提供。因此，测量y1、y2、…yr在远处地理位置来得到，并且可由测量提供装置12、14和16通常使用GPS时钟来加时间戳，以及经由潜在地为数千公里长的通信通道发送给测量对齐装置18。
测量对齐装置18可以是相量数据集中器（PDC），以及接收上述测量并且将其同步，即，采用同一时间戳来封装相量。
测量对齐装置18监听定期(例如每隔20 ms)发送加时间戳测量的测量提供装置。测量对齐装置18按照时间戳来对齐测量，从而预期在每个时隙来自各测量提供装置的一个测量，并且在与给定时隙对应的测量可用时转发所有测量。
测量对齐装置18向电力控制布置10提供时间对齐测量。应当知道，测量对齐装置不是发明概念的中心。因此，它是可选的，并且还可省略。
测量y1、y2、…yr更具体来说提供给电力振荡阻尼装置30以及谐振操控装置28，其两者均设置在布置10中。电力振荡阻尼装置可以是广域电力振荡阻尼装置。
谐振操控装置28在这里包括可选预处理单元20，其预处理测量y1、y2、…yr，并且向谐振频率确定单元22(其确定系统的谐振频率ω1、ω2、ωj)提供预处理数据ωosc,1、ωosc,2、ωosc,r。模态谐振频率确定单元22连接到活动确定单元24，其确定谐振频率中的活动。活动确定单元24又连接到可选评级单元26，其对谐振进行评级。活动确定单元24以及可选的评级单元26连接到电力振荡阻尼装置30，其生成控制信号、例如广域控制信号。谐振操控装置28还包括可选探测信号生成单元27，其连接到电力振荡阻尼装置30和谐振频率确定单元22。电力振荡阻尼装置30可基于一个或多个频率、优选地为所激活或激励的频率来生成调制信号，并且将这个调制信号或控制信号提供给致动器控制装置32，其又连接到输电系统的致动器、即其中提供测量装置12、14和16的输电系统的控制中涉及的元件。致动器例如可以是FACTS系统中的变压器或者HVDC系统中的电压源转换器。当电力振荡阻尼装置30为活动、即对系统的测量起作用时，它为闭环电力振荡阻尼(POD)(其与上述摆动所引起的机电振荡的阻尼相同)提供反馈环路。因此，电力振荡阻尼装置30将调制信号提供给致动器控制装置32，其又将这个调制信号加入致动器控制信号，以便抵消电力振荡。致动器控制信号然后提供给输电系统中的上述致动器(未示出)。
在这里还应当知道，谐振模式操控装置28无需设置在布置10中，而是可单独设置以用于仅提供将要用于分析谐振模式和活动的谐振数据。因此，能够看到，本发明能够无需依靠广域电力振荡阻尼装置30和致动器控制装置32来实现。
如在图1中能够看到，谐振操控装置28从系统接收测量。下文中，这些测量描述为直接从系统来收集或接收。但是，作为备选方案，有可能的是，来自系统、例如从测量对齐装置18所接收的测量存储在与谐振操控装置28关联的数据存储元件中。在这里还应当知道，电力振荡阻尼装置30和可选探测信号生成单元27可将控制信号和探测信号提供给控制输电系统中的其它致动器的若干致动控制单元。
现在将参照图2来描述谐振模式操控装置28的一般操作，图2示出用于操控谐振的方法中的多个方法步骤的流程图。
如果例如在两个区域之间的电力的传输通过一组机器相对另一组的振荡的不充分阻尼而受到限制，则谐振操控装置28能够通过提供比经由离线动态模拟能够得到的更快和更准确的电流状况的视图，来协助使电力传输为最大。这归因于如下事实：PMU测量没有遭受潜在地存在于离线模拟模型中的建模误差。
谐振操控装置28还使得有可能经过提供模态可观测性信息来识别系统的哪些部分参与所检测振荡。这种信息能够用来识别问题的根本原因。
因此，重要的是找出任何谐振频率是否存在于输电系统中。但是，为了能够确定适当校正活动，这也许不是全部。还可存在对确定谐振频率的活动的需要，例如以便执行电力振荡阻尼装置的调谐。
因为输电系统不是固定实体，所以可能需要调谐。它随时间而变化。这意味着，对特定工作条件具有有效性能的电力振荡阻尼装置在新工作条件下可能不太有效。为了当存在新工作条件时改变阻尼装置以用于促成系统稳定性，它们可需要经过调谐。新工作条件能够涉及电力生成的变化和/或负载的变化(性质和模式)。但是，它也可涉及网络配置的变化。
本发明针对允许例如调谐等活动基于比谐振的存在要多的信息来更有效进行。本发明针对确定输电系统中已经识别的谐振频率的活动。与谐振频率及其活动有关的信息然后能够用于电力振荡阻尼装置的校正动作、例如调谐。现在将主要相对广域电力振荡阻尼来描述这种调谐。但是，应当知道，它也可相对本地电力振荡阻尼来使用。它还可用于将信息提供给操作人员，其又可确定必要的动作。
谐振频率及其活动的确定可经过人工激活、例如经过操作人员推送按钮来发起或开始。操作人员还可执行其它选择，例如哪些测量用作输入、其中将要进行测量的滑动窗口的长度以及谐振操控装置将要被激活并且产生输出的频度。例如有可能的是，测量包括电压角差测量和频率测量，滑动窗口为大约10-15分钟长，以及谐振操控装置每隔10-30秒一次被激活或自动运行并且产生输出。还有可能判定要检测的谐振模式的最大数量以及用于输出信号的分类的策略。不同策略可包括根据对某些预定义频率的最低阻尼接近性的评级或者根据绝对频率的分类。
操作还可例如在重复出现间隔或者基于系统测量差异的检测来自动发起或开始。在发起方法时，具有电力振荡阻尼装置的输电系统还可处于操作中。因此，该系统可处于输送电力的过程中，并且电力振荡阻尼装置处于检测和阻尼振荡的过程中。
探测信号由先前所述的探测信号生成单元27来生成并且注入输电系统中，以便协助谐振的检测。这种信号可能是重复出现的探测信号。它还可作为具有设置成对应于在区域间模式振荡所预计的频率的脉冲重复频率的脉冲串来提供。探测信号的优点在于，与在没有的情况下相比，能够实现谐振模式频率和阻尼的更准确确定。这是为了能够激励区域间振荡模式可发生的频率。这些振荡对于工作在50-60 Hz的频率的系统常常以1 Hz或者低于1 Hz的频率发生。因此，这种脉冲重复频率可有利地设置在大约1 Hz，其处于或者略高于待激励频率。因此，这个串可包括例如在与先前所述滑动窗口(其中得到测量)关联的预定探测信号窗口期间所提供的脉冲。探测信号还可包括白噪声。
探测信号还可从探测信号生成单元27提供给致动器控制装置32，其将探测信号调制到用来控制致动器的控制信号上。这样，探测信号可发送到输电系统中。因此，探测信号可从输电系统中的同一位置(从其中，由电力振荡阻尼装置30来执行电力振荡阻尼控制)来发送。提供探测信号的目的是将它用作状态空间模型中使用的输入信号。作为对探测信号的一个备选方案，有可能的是，电力振荡阻尼装置的控制信号用作这种输入信号。由于这类控制信号能够很少使用，所以不存在输入信号是可能的。
该方法更具体来说涉及谐振操控装置28从设置在输电系统中的各种位置的测量装置来得到系统测量。这更具体来说涉及谐振操控装置28的预处理单元20从测量装置12、14和16接收测量y1、y2、…yr，步骤34，其测量装置因而是在执行电力振荡阻尼时通常使用的那些装置。因此，这些测量装置是用于电力振荡阻尼的系统框架的一部分。测量在这里可包括相量、电压和/或电流相量，即，其中具有与也许采取相位角差形式的幅度和相位以及频率有关的信息。测量还可在先前所述滑动窗口中得到。在预处理单元20中，确定各测量y1、y2、…yr的振荡分量ωosc,1、ωosc,2、ωosc,r，步骤36。振荡分量ωosc,r是与所有测量的平均频率的特定测量的频率偏差。稍后将更详细描述可如何得到这种振荡分量。预处理测量然后转发到谐振频率确定单元22。如果使用探测信号，则谐振频率确定单元22还接收探测信号。然后，谐振频率确定单元22继续进行，并且在系统的至少一个状态空间模型中应用测量。在这里，这涉及谐振频率确定单元22在第一和第二动态状态空间系统模型M1和M2的等式中应用预处理测量，步骤38，其中第二系统模型M2是第一系统模型M1的模态变换变化。第二系统模型M2更具体来说是其中第一模型中的一个参数的本征向量的矩阵用于变换的系统模型。
更具体来说，该方法基于采取所谓的创新形式的第一模型M1中的电力系统动态学的一般状态空间描述
                             (1)
其中，第一模型M1中的系统矩阵A、B、C和D包括描述系统动态学的参数，以及矩阵K包括描述噪声影响系统的方式的参数。向量x(k)和y(k)表示在时刻k的模型的估计内部状态和测量输出。用于识别的数据序列中的样本的数量表示为N，以及所识别模型的阶数表示为n。向量u(k)能够用来对外部探测信号输入(其被应用以协助系统动态学的识别)进行建模。与等式(1)中的形式相关的系统识别问题通常包括查找系统阶数和系统矩阵的估计。离散时间创新形式模型能够转换成对应连续时间，并且然后使用模态分解来变换，从而产生第二模型M2：
                                    (2)
这个模态变换，其中表示矩阵A的右本征向量将模式相互分离，以及各模式的性质能够从系统矩阵元素来确定。从与模式j相关的本征值，对应模态频率是显然的，并且其阻尼比率能够易于计算。因此，能够看到，模态谐振频率基于状态空间模型M2中的系统测量的应用来确定，步骤40。
此外，模态可观测性矩阵由下式给出
               (3)
其元素O(r,j)描述模式j如何从输出r是可观测的。复合元素的幅值表明模态活动处于特定输出中是如何可观测的以及复自变量表明那个活动的相位。模式形状分析能够用来区分本地模式与区域间模式，以及识别系统的哪些部分按照相干方式摆动。
在已经确定模态谐振时，活动确定单元24则继续进行并且确定至少一个谐振频率的模态活动。因此，它确定谐振模式的活动，步骤42。这更具体来说基于链接到被研究的谐振频率的模型变量的一组时间值进行。所使用的模态变量可以是第一模型M1中的变量，但是优选地是第二模型M2中的变量。模态活动可包括处理模态变量的这类时间值，其处理可包括求和。模型变量的时间值也可经过处理、例如相移或模态变换。
由等式(3)所给出的模态分解可包含相当多数量的模式，其中只有几个可能是电力系统操作人员感兴趣的。这意味着，可期望执行评级，以便找出最相干模式。
因此，在已经确定活动之后，评级单元26按照评级方案对谐振进行评级，步骤44。
评级可按照如下三种选择方案的任一种进行：
1. 阻尼等级
2. 对一定数量K个先验选择的预期频率的接近性，以及
3. 模态活动
对于基于阻尼的选择，可创建所有模式的列表。该列表然后可按照增加频率被分类，并且可选择分类列表中的第一批模式。
对于基于频率的选择，模式列表需要按照对预期频率的每个的接近性来分类K次。在各迭代中，这种模式移动到所选模式列表。
对于基于阻尼的选择，列表可按照例如按照以下更详细描述的等式(7)或(8)所确定的活动的增加幅值以来分类，并且选择分类列表中首先出现的多个模式。
在这里还可提到，采用三种方案的组合也是可能的。
最后，谐振和活动数据用于执行校正动作，步骤46，例如对电力振荡阻尼装置30进行调谐。因此，所确定模态谐振频率的数据以及与这个谐振频率的模态活动有关的数据可用来计算电力振荡阻尼装置(30)的校正信号或配置参数，目的是降低活动或者改进所确定模态谐振中的阻尼。
如果活动是调谐，则有可能对电力振荡阻尼装置进行调谐，以获得振荡的区域间模式的更有效阻尼。这还在无需真实或实际系统参数的任何知识的情况下进行。调谐可经过所检测调谐开始条件来开始。这个条件可以是操作人员选择开始调谐。该条件也可以是时间条件；例如自上一次调谐以来经过了某个时间。因此，调谐可在系统中、在给定时间周期循环地执行。另一种可能的谐调开始条件在于，上述系统参数已经改变过多。另一种条件可以是已知系统变化。有可能将测量提供装置所进行的测量与给定探测脉冲的预测测量值进行比较，并且在它们之间的差高于差阈值时执行再调谐。还有可能的是，差的这种比较与基于时间的调谐相结合，因为比较仅在特定重复出现时间进行。
以上给出的描述是用于在谐振操控装置28中操控谐振的一般操作的描述。现在将接着本发明特定的一些方面的更详细描述。这些方面之一是在预处理单元20中执行的预处理，其将也参照图3来描述。
测量的预处理支持谐振频率和活动的确定。这个预处理具有将感兴趣振荡与所有频率的刚性体运动隔离的优点，如下所述。
由PMU 12、14或16在每一个时间样本k、在任何特定电网位置所记录的频率包括与中所有发电机的相干移动对应的分量以及包含将要确定的振荡的振荡分量。因此，由PMU所得到的频率测量可表达为：
                               (4)
因此，预处理单元20确定平均频率，步骤48，其可经过估计作为来自所有N个位置的频率测量的平均值、在每一个时刻k的平均频率进行
                                    (5)
此后，预处理单元20得到振荡分量，步骤50。频率测量的振荡分量通过从频率测量中减去所估计平均频率来隔离
                               (6)
最后，各测量的所估计振荡部分用于谐振频率确定单元22和活动确定单元24所执行的模态谐振和模型活动的确定中。
所提出的预处理的一个优点在于，它没有引入任何时间延迟，因为只有来自单个时刻的测量是必要的。它还不会破坏经过滤波的振荡分量。与系统识别中的标准实践、例如通过减去时间平均数或者经过测量的高通或带通滤波来消除趋势相比，这要更为有效。关于标准实践的一个示例能够见于http://www.amazon.com/System-Identification-Theory-User-2nd/dp/0136566952。
基于如上所述的系统模型M1和M2的系统中存在的谐振模式的确定对于确定哪些振荡模式可能是危险的(若它们被激励)是有用的，但是没有提供与模式是否实际被激励、即它们是否具有任何活动有关的任何信息。
模态活动的确定可按照两个不同实施例来执行。
现在将参照图4来描述按照本发明的第一实施例的模态活动的确定，图4示出在活动确定单元24中执行的多个方法步骤。
在第一实施例中，活动确定在这里开始于在第一系统模型M1中估计系统的初始状态x(0)，其最佳地再现用来进行识别的测量的时间系列，步骤54。这个初始状态可易于使用第一模型M1中的等式的向量的参数来估计。
基于这个初始状态估计，能够模拟系统模型，从而产生第一模型M1中的状态的模拟时间系列，步骤56。这个时间系列能够经过变换来变换成模态坐标，步骤58。各模式j中的活动aj然后能够例如使用均方根从时间变化的处理直接评估，步骤60。
                                            (7)
其中，N表示模拟时间系列中的样本的数量。对于更快带响应，还有可能仅使用时间系列的一部分来计算模态活动。因此，能够看到，这种方式的活动基于与链接到所研究响应频率ωj的模态变量(在这里为)、变换状态x关联的一组时间值k来得到。在这里，还有可能使用另一种类型的时间变化确定，例如最小平方确定。
在这个第一实施例的变化中，初始状态x(0)首先使用、之后接着在第二模型M2的这些模态坐标中模拟估计系统，并且通过使用等式(7)评估模态活动，来变换成模态坐标。这个变化在计算上比第一实施例更为有效。
按照第二实施例，活动可基于测量序列的频率分解来确定。
现在将参照图5来描述这个第二实施例，图5示出由活动确定单元24所执行的多个备选方案步骤。
在确定系统的谐振时，振荡行为能够分别通过与频率对应的n个模态变化来描述。各模式j中的模态活动然后能够经过下式、使用测量输出时间系列y(k)来计算
                                       (7)
其中，M是所使用的测量系列的数量，以及N是各测量系列中的样本的数量。
在这里能够看到，将在滑动窗口中的各个时间点中从某个位置或PMU所得到的测量yi偏移取决于谐振频率和测量的时间的某个相位，步骤62。滑动窗口的时间间隔中并且与不同测量位置相关的相移测量然后相结合，以用于得到活动的值。更具体来说对滑动窗口、即对于所有值k的位置的相移测量求和，步骤64。提供所有位置的这种和数，以及相加所有位置的和数，步骤66，以便提供频率的活动aj，步骤68。
在这里还能够看到，这种方式的活动基于与模态变量(与所研究响应频率ωj相关，在这里为y)关联的一组时间值k来得到。按照第二实施例的活动的确定还证明是极为可靠的。
对于两种实施例，活动是复量，其绝对值表示特定模式中的活动量，以及其自变量对应于用以在各测量中能够看到活动的相对相位。
按照本发明的谐振操控装置可用于多种不同的上下文中。它例如能够用于广域测量系统(WAMS)、例如PSGuard中。它还能够用于网络管理系统、例如ABB网络管理器中。还有可能将它用于独立项目、保护继电器、具有相量数据收集能力的远程终端单元(RTU)、灵活交流传输系统(FACTS)或者例如MACH2等高压直流(HVDC)控制系统或者例如UNITROL6000等发电机励磁系统控制器中。
在这里还应当提到，有可能从谐振确定装置中省略预处理单元、控制信号生成单元以及评级单元。因此，这些是可选的。谐振频率确定单元和活动确定单元能够按照与这些单元的任何组合来提供。
根据本发明的谐振操控装置及其所在的布置可有利地采取一个或多个处理器连同包括计算机程序代码的内部存储器的形式来提供，计算机程序代码在由处理器运行时执行上述电力控制装置功能性。因此，本领域的技术人员将会清楚地知道，本发明的谐振操控装置可以是硬连线的、如采取提供图1所示功能块的分立组件的形式来提供，或者实现为计算机程序。这种计算机程序也可在携带上述计算机程序代码的计算机程序产品上提供，例如一个或多个数据载体，如存储棒或CD ROM光盘。
应当知道，本发明能够按照除了以上所述之外的多种方式来改变。因此，本发明仅由随附权利要求书来限制。

Claims (19)

1.一种用于操控输电系统中的谐振的方法，所述方法包括下列步骤：
从所述输电系统中的测量装置(12，14，16)得到(34)系统测量(y1，y2，yr)，
在所述系统的至少一个状态空间模型(M1，M2)中应用(38)所述测量，
基于所述状态空间模型中的所述系统测量的所述应用来确定(40)所述系统中的模态谐振频率(ωj)，以及
确定(42)谐振频率的至少一个的所述模态活动。
2.如权利要求1所述的方法，其中，确定谐振频率的所述模态活动的所述步骤基于链接到对应谐振频率的系统模型变量的一组时间值来确定。
3.如权利要求1或2所述的方法，其中，存在第一和第二状态空间模型(M1，M2)，其中所述第二状态空间模型是所述第一状态空间模型的模态变换变化，确定所述模态活动的所述步骤包括估计(54)所述第一状态空间模型中的所述系统的初始状态，模拟(56)所述第一或者所述第二状态空间模型中的所述状态的时间系列，以及经过处理(60)与所述第二状态空间模型中的所述谐振频率对应的所述状态的时间变化来确定所述模态活动。
4.如权利要求3所述的方法，其中，所述模拟在所述第一状态空间模型中执行，并且还包括将所述模拟状态变换成所述第二状态空间模型中的对应状态。
5.如权利要求3所述的方法，还包括将所述初始状态变换成所述第二状态空间模型中的初始状态，并且执行所述第二状态空间模型中的模拟的所述步骤。
6.如权利要求1或2所述的方法，其中，所述模态活动基于经过下列而对测量值进行处理来确定：将在时间点所得到的测量值的所述相位偏移(62)取决于所述谐振频率和所述时间的相位，以及组合(64，66)时间间隔中的这类相移测量值，并且与不同测量位置相关，以便得到所述活动的值。
7.如以上权利要求中的任一项所述的方法，还包括按照评级方案对所述谐振频率进行评级(44)。
8.如以上权利要求中的任一项所述的方法，其中，所述测量包括频率测量，并且还包括在各取样时刻确定(48)不同源的所述测量的平均频率，经过从所述频率测量中减去所述平均频率来得到(50)每个源和取样时刻的振荡分量，以及提供(52)所述振荡分量以用于确定谐振频率和模态活动。
9.如以上权利要求中的任一项所述的方法，还包括使用(46)所确定模态谐振频率的数据以及与这个谐振频率的所述模态活动有关的数据来计算电力振荡阻尼装置(30)的校正信号或配置参数，目的是降低所述活动或者改进所述所确定模态谐振中的所述阻尼。
10.一种用于操控输电系统中的谐振模式的谐振操控装置(28)，所述装置包括：
谐振频率确定单元(22)，配置成从所述输电系统中的测量装置(12，14，16)得到测量(y1，y2，yr)，在至少一个状态空间模型(M1，M2)中应用所述测量，并且基于所述状态空间模型中的所述系统测量的所述应用来确定所述系统中的模态谐振频率(ωj)，以及
活动确定单元(24)，配置成确定所述谐振频率的至少一个的所述模态活动。
11.如权利要求10所述的谐振操控装置，其中，所述活动确定单元配置成基于链接到对应谐振频率的系统模型变量的一组时间值来确定所述模态活动。
12.如权利要求10或11所述的谐振操控装置，其中，存在第一和第二状态空间模型(M1，M2)，其中所述第二状态空间模型是所述第一状态空间模型的模态变换变化，以及所述活动确定单元在确定所述模态活动时配置成估计所述第一状态空间模型中的所述系统的初始状态，模拟所述第一或者所述第二状态空间模型中的所述状态的时间系列，以及基于与所述对应谐振频率相关的系统模型参数的一组时间值、经过处理与所述第二状态空间模型中的所述谐振频率对应的所述状态的时间变化来确定所述模态活动。
13.如权利要求12所述的谐振操控装置，其中，所述模拟在所述第一状态空间模型中执行，以及所述活动确定单元还配置成将所述模拟状态变换成所述第二状态空间模型中的对应状态。
14.如权利要求12所述的谐振操控装置，其中，所述活动确定单元还配置成将所述初始状态变换成所述第二状态空间模型中的初始状态，并且执行所述第二状态空间模型中的所述模拟。
15.如权利要求10或11所述的谐振操控装置，其中，所述活动确定单元配置成基于经过下列而对测量值进行处理来确定所述模态活动：将在时间点所得到的测量值的所述相位偏移取决于所述谐振频率和所述时间的相位，以及组合时间间隔中的这类相移测量值，并且与不同测量位置相关，以便得到所述活动的值。
16.如权利要求10-15中的任一项所述的谐振操控装置，还包括配置成按照评级方案对所述谐振频率进行评级的评级单元(26)。
17.如权利要求10-16中的任一项所述的谐振操控装置，其中，所述测量包括频率测量，并且还包括预处理单元(20)，其配置成在各取样时刻确定不同源的所述测量的平均频率，经过从所述频率测量中减去所述平均频率来得到每个源和取样时刻的振荡分量，以便以及提供所述振荡分量以用于确定谐振频率和模态活动。
18.如权利要求10-17中的任一项所述的谐振操控装置，还包括配置成将探测信号注入所述输电系统以协助所述谐振的检测的探测信号生成单元(27)。
19.一种用于操控输电系统中的谐振模式的计算机程序，所述计算机程序可加载到计算机的内部存储器中，并且包括计算机程序代码部件，以便在所述内部存储器中加载所述程序时使计算机：
从所述输电系统中的测量装置(12，14，16)得到系统测量(y1，y2，yr)，
在所述系统的至少一个状态空间模型(M1，M2)中应用所述测量，
基于所述状态空间模型中的所述系统测量的所述应用来确定所述系统中的模态谐振频率   (ωj)，以及
确定所述谐振频率的至少一个的模态活动。
CN201280070171.0A 2011-12-20 2012-12-12 操控输电系统中的谐振 Active CN104126261B (zh)

Applications Claiming Priority (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
EP11194436.9 2011-12-20
EP11194436.9A EP2608351A1 (en) 2011-12-20 2011-12-20 Handling resonances in a power transmission system
PCT/EP2012/075267 WO2013092349A2 (en) 2011-12-20 2012-12-12 Handling resonances in a power transmission system

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN104126261A true CN104126261A (zh) 2014-10-29
CN104126261B CN104126261B (zh) 2017-10-13

Family

ID=47458912

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201280070171.0A Active CN104126261B (zh) 2011-12-20 2012-12-12 操控输电系统中的谐振

Country Status (5)

Country Link
US (1) US9500685B2 (zh)
EP (2) EP2608351A1 (zh)
CN (1) CN104126261B (zh)
IN (1) IN2014CN04508A (zh)
WO (1) WO2013092349A2 (zh)

Families Citing this family (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP2688191A1 (en) * 2012-07-17 2014-01-22 ABB Research Ltd. Multi terminal HVDC control
CN105807132B (zh) * 2016-03-07 2018-10-26 东莞中子科学中心 一种检测加速器射频谐振腔失谐频率的方法及装置
US11801004B2 (en) * 2017-10-31 2023-10-31 Stimscience, Inc. Systems, methods, and devices for intracranial measurement, stimulation, and generation of brain state models
CN108110751B (zh) * 2017-12-08 2020-02-07 囯网河北省电力有限公司电力科学研究院 应急控制电力系统稳定方法

Family Cites Families (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
GB2245398A (en) * 1990-06-20 1992-01-02 Glazertron Ltd Detector and signalling system
SE517714C2 (sv) * 2000-05-31 2002-07-09 Abb Ab Nätvärnssystem för skydd av ett totalt elkraftsystems integritet mot svagt dämpade effektsvängningar, elkraftsystem innefattande ett nätvärn, systemskyddssystemförfarande, systemskyddsterminal, datorprogramprodukt samt datorläsbart medium
US6931374B2 (en) * 2003-04-01 2005-08-16 Microsoft Corporation Method of speech recognition using variational inference with switching state space models
US7454336B2 (en) * 2003-06-20 2008-11-18 Microsoft Corporation Variational inference and learning for segmental switching state space models of hidden speech dynamics
US7987059B2 (en) 2007-10-09 2011-07-26 Schweitzer Engineering Laboratories, Inc Real-time power system oscillation detection using modal analysis
US8368286B2 (en) * 2008-02-15 2013-02-05 Noliac A/S Resonant power converter comprising a matched piezoelectric transformer
US8063515B2 (en) * 2008-10-10 2011-11-22 General Electric Company Compensation system for power transmission
FR2948787B1 (fr) * 2009-07-29 2011-09-09 Commissariat Energie Atomique Dispositif et procede de localisation d'un contact localement deformant sur une surface tactile deformable d'un objet
JP5499358B2 (ja) * 2010-03-24 2014-05-21 独立行政法人産業技術総合研究所 認証処理方法及び装置
US9448849B2 (en) * 2011-08-31 2016-09-20 Oracle International Corporation Preventing oscillatory load behavior in a multi-node distributed system

Non-Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
D. J. TRUDNOWSKI等: "《Overview of Algorithms for Estimating Swing Modes from Measured Responses》", 《POWER&ENERGY SOCIETY GENERAL MEETING》 *
JUKKA TURUNEN等: "《Comparison of Three Electromechanical Oscillation Damping Estimation Methods》", 《IEEE TRANSACTIONS ON POWER SYSTEMS》 *
MATS LARSSON等: "《Monitoring of Inter-Area Oscillations under Ambient Conditions using Subspace Identification》", 《POWER&ENERGY SOCIETY GENERAL MEETING》 *

Also Published As

Publication number Publication date
EP2608351A1 (en) 2013-06-26
CN104126261B (zh) 2017-10-13
US20140303918A1 (en) 2014-10-09
WO2013092349A2 (en) 2013-06-27
IN2014CN04508A (zh) 2015-09-11
EP2795759B1 (en) 2018-10-03
EP2795759A2 (en) 2014-10-29
US9500685B2 (en) 2016-11-22
WO2013092349A3 (en) 2013-08-22

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Yan et al. PMU-based monitoring of rotor angle dynamics
Scholtz Observer-based monitors and distributed wave controllers for electromechanical disturbances in power systems
Bai et al. Design and implementation of a measurement-based adaptive wide-area damping controller considering time delays
Singh et al. Decentralized control of oscillatory dynamics in power systems using an extended LQR
Chompoobutrgool et al. Identification of power system dominant inter-area oscillation paths
Zhao et al. Power system fault diagnosis based on history driven differential evolution and stochastic time domain simulation
Wang et al. Formulation and characterization of power system electromechanical oscillations
Daigle et al. A comprehensive diagnosis methodology for complex hybrid systems: A case study on spacecraft power distribution systems
CN103582852A (zh) 海底测量和监视
Nugroho et al. Robust dynamic state estimation of synchronous machines with asymptotic state estimation error performance guarantees
Cai et al. Wide area inter-area oscillation monitoring using fast nonlinear estimation algorithm
Ravikumar et al. Anomaly detection and mitigation for wide-area damping control using machine learning
CN100379121C (zh) 在电力输送系统中确定电力输送限制的方法
Decker et al. System wide model validation of the Brazilian interconnected power system
Xie et al. Distinguishing features of natural and forced oscillations
CN104126261A (zh) 操控输电系统中的谐振
Thakallapelli et al. Measurement‐based wide‐area damping of inter‐area oscillations based on MIMO identification
Pantoja et al. Simultaneous estimation of exciter, governor and synchronous generator parameters using phasor measurements
Wang et al. Estimating participation factors and mode shapes for electromechanical oscillations in ambient conditions
Lin et al. Experience with synchronous generator parameter identification using a Kalman filter
CN108089095A (zh) 一种电网低频振荡参数预测方法及装置
Al Hasnain et al. A novel hybrid deterministic-stochastic recursive subspace identification for electromechanical mode estimation, classification, and control
Patidar et al. Optimized design of wide-area PSS for damping of inter-area oscillations
Li et al. Measurement based power system dynamics prediction with multivariate autoregressive model
Khov et al. Monitoring of turn short-circuit faults in stator of PMSM in closed loop by on-line parameter estimation

Legal Events

Date Code Title Description
C06 Publication
PB01 Publication
C10 Entry into substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant
TR01 Transfer of patent right
TR01 Transfer of patent right

Effective date of registration: 20191126

Address after: Baden, Switzerland

Patentee after: ABB Switzerland Co.,Ltd.

Address before: Zurich

Patentee before: ABB RESEARCH Ltd.

TR01 Transfer of patent right

Effective date of registration: 20210628

Address after: Baden, Switzerland

Patentee after: ABB grid Switzerland AG

Address before: Baden, Switzerland

Patentee before: ABB Switzerland Co.,Ltd.

TR01 Transfer of patent right
CP01 Change in the name or title of a patent holder

Address after: Swiss Baden

Patentee after: Hitachi energy Switzerland AG

Address before: Swiss Baden

Patentee before: ABB grid Switzerland AG

CP01 Change in the name or title of a patent holder
TR01 Transfer of patent right

Effective date of registration: 20240119

Address after: Zurich, SUI

Patentee after: Hitachi Energy Co.,Ltd.

Address before: Swiss Baden

Patentee before: Hitachi energy Switzerland AG

TR01 Transfer of patent right