CN108604794A

CN108604794A - 用于控制可调变压器的方法和用于耦合两个交流电网的电气设备

Info

Publication number: CN108604794A
Application number: CN201780009449.6A
Authority: CN
Inventors: 冯海军; A·巴比斯基
Original assignee: Maschinenfabrik Reinhausen GmbH
Current assignee: Maschinenfabrik Reinhausen GmbH
Priority date: 2016-02-15
Filing date: 2017-01-30
Publication date: 2018-09-28
Anticipated expiration: 2037-01-30
Also published as: DE102016102593B4; DE102016102593A1; EP3417523A1; BR112018013992A2; ES2779782T3; EP3417523B1; US10734808B2; US20190067944A1; WO2017140479A1; KR20180113524A; CN108604794B

Abstract

本发明涉及用于控制带有可调整的变压比的可调变压器(13)的方法，该可调变压器接在第一和第二交流电网(11、12)之间，其中，‑确定第一和/或第二交流电网的矢量的矢量数据；‑针对所述第一交流电网确定带有等效电路图参数的等效电路图；‑针对所述第二交流电网确定带有负载模型参数的负载模型；‑由所述矢量数据确定所述等效电路图参数和所述负载模型参数；‑当应当转换到期望的变压比时，‑针对期望的变压比预测所述第二交流电网的工作点(A′)；‑针对所预测的工作点检验在所述第二交流电网中的稳定性判据；‑倘若符合所述稳定性判据，就转换到期望的变压比，否则就不转换。

Description

用于控制可调变压器的方法和用于耦合两个交流电网的电气设备

技术领域

本发明涉及一种用于控制可调变压器的方法和一种用于耦合两个交流电网的电气设备。

背景技术

大型发电站的断电以及同时越来越多的可再生电厂的建立以及与之关联的波动馈电部分的增长，使得网络稳定性变得越来越糟并且加剧了停电的风险。这给配电网运营商和输电网运营商带来了严峻的挑战。这种因波动的馈电引起的配电网中的不稳定性可能通过将配电网和输电网进行耦合的可调变压器而侵入输电网，因此要尽量避免。

EP1134867B1描述了一种用于供电网的系统保护中心和一种用于评定供电网的稳定性的方法，其中，该网络包括多个变电站、总线和导线以及系统保护中心。该公知的方法包括下列步骤：

-将有关至少一个变电站的换流器的状态的变电站数据发送给系统保护中心；

-测量在所述网络的多个地点处的电压和电流的矢量数据；

-将所述矢量数据发送给系统保护中心，

-该系统保护中心由矢量数据和变电站数据确定至少一个功率稳定裕度值、电压稳定裕度值或阻抗稳定裕度值作为衡量所述供电网的稳定性的尺度；

-该系统保护中心确定一个或多个控制指令；

-该系统保护中心将所述控制指令发送给所述至少一个变电站；

-该变电站实施所述控制指令；

-该系统保护中心确定供电网状态信息；

-该系统保护中心将该供电网状态信息发送给能量控制系统；

-该能量控制系统按照所述供电网状态信息控制供电网中的发电和通过电流。

在该公知的方法中，能量控制系统收集多个变电站的变电站数据。该能量控制系统在所收集的数据的基础上通过将控制指令发送给变电站来控制供电网中的发电和通过电流。在该公知的方法中，系统保护中心接收处在多个变电站的馈电线上和/或沿输电线的分支点上的矢量测量单元的矢量数据。在该公知的方法中收集分布在几百公里的大区域内的矢量测量单元的矢量数据。在该公知的方法中，按照一种由VU,K.ET AL的《使用本地测量评估电压稳定裕度》(电力工业计算机应用(PICA)，IEEE，1997年5月12-16日)公开的方法来确定供电网的稳定性。

VU,K.ET AL的《使用本地测量评估电压稳定裕度》(电力工业计算机应用(PICA)，IEEE，1997年5月12-16日)描述了一种确定输电网的稳定性的方法。该公知的方法为输电网的负载母线(load bus)使用负载模型并且将输电网的其余部分视作戴维南等效。在该公知的方法中，负载模型通过Z _app＝u(t)/i(t)定义了负载阻抗并且将其用作稳定性判据|Z _app|>|Z _Thev|，其中，Z _Thev是戴维南阻抗。

发明内容

在这个背景下，本发明建议了独立权利要求的主题。本发明的有利的实施方式在从属权利要求中说明。

下文中，“A结合到B上”的表述相当于“A与B连接”的表述，“A与B连接”的表述包括了“A直接与B导电地连接”和“A间接地、亦即通过C与B导电地连接”的意思，并且“A连接在B上”的表述具有“A直接与B导电地连接”的意思。

按照第一个方面，本发明建议了一种用于控制有可调整的变压比的可调变压器的方法，该可调变压器接在第一和第二交流电网之间，其中，

-确定第一和/或第二交流电网的矢量的矢量数据；

-对于第一交流电网确定或选择带有等效电路图参数的等效电路图；

-对于第二交流电网确定或选择带有负载模型参数的负载模型；

-由矢量数据确定等效电路图参数和负载模型参数；

-当应当转换到期望的变压比时，

·对于期望的变压比预测第二交流电网的工作点；

·对于所预测的工作点检验在第二交流电网中的和/或针对第二交流电网的稳定性判据；

·倘若符合所述稳定性判据，那么就转换到期望的变压比，否则就不转换。

当例如违反了预定的电压范围时，那么通常应当转换到期望的变压比。

按照第二个方面，本发明建议了一种用于耦合两个交流电网的电气设备，该电气设备包括：

-带有可调整的变压比的可调变压器，该可调变压器接在或者可以接在第一和第二交流电网之间；

-测量装置，该测量装置可以检测交流电参量、特别是第一和/或第二交流电网的交流电参量，其中，所述交流电参量尤其表征矢量数据、特别是第一和/或第二交流电网的矢量数据和/或可以由所述矢量数据、特别是第一和/或第二交流电网的矢量数据确定；

-控制装置，该控制装置耦联到测量装置上并且为了控制可调变压器而耦联到可调变压器上；

其中，该控制装置被这样构造，使得该控制装置

-由交流电参量确定第一和/或第二交流电网的矢量的矢量数据；

-由矢量数据确定等效电路图参数和负载模型参数；

-监控矢量数据并且视监控结果而定借助矢量数据准备包含了期望的变压比的转换信号；

-当准备好转换信号时，

·对于期望的变压比预测第二交流电网的工作点；

·倘若符合所述稳定性判据，那么就将转换信号发送给可调变压器，否则就不发送。

本发明能够及时识别电网问题，而不必花费大量主要与所谓的“远程传感器”相关联的额外耗费，所述传感器按照EP1134867B1由公知的方法和公知的系统保护中心所使用并且在那里被称为矢量测量单元。因此本发明用所谓的“本地传感器”就满足了，所述传感器本来就已经在可调变压器上存在，因为所述传感器被用来调节可调变压器并且例如是简单和廉价的模数转换器。

此外，本发明还使得可调变压器的自给自足的响应成为可能，以避免或至少减小和延缓可能的稳定性问题，而不必将数据发送给在操控室中的远程控制装置并且从该远程控制装置接收控制信号。因此本发明防止了可调变压器转换到另一个变压比并且因此在第二交流电网由此处于不稳定的状态中时电压发生变化。

此外，本发明还实现一种矢量测量单元。

矢量数据已知代表了使用在复杂的交流电计算中的针对电压和电流强度的矢量并且可以例如以公知的方式通过对电压和电流强度的时间分辨的测量确定。已知由所述矢量数据可以计算所有所需的电参量，如电压、电流强度、相移角、功率因数、有效因数、视在功率、有功功率、无功功率、阻抗、视在电阻、有效电阻或电抗。矢量数据有利地综合在相应的矢量数据组中。

优选在所述可调变压器上确定矢量数据和/或在所述可调变压器上检测矢量数据所需的交流电参量。

已提到的对电压和电流强度的时间分辨的测量优选以公知的方式在所述可调变压器的输入端子上进行，在所述输入端子上，该可调变压器可以与第一交流电网连接，和/或在所述可调变压器的输出端子上进行，在所述输出端子上，该可调变压器可以与第二交流电网连接，和/或在导线上进行，所述导线结合或连接在所述端子上。

每个交流电网可以按照需求以任意方式构造。因此第一交流电网可以例如是一种输电网，其由输电网运营商在例如60kV至150kV或110kV的高压水平上运营，以及第二交流电网是一种配电网，其由配电网运营商在例如1kV至35kV或者20kV至25kV或10kV的中压水平上运营。或者第一交流电网可以例如是一种输电网，其由输电网运营商在例如230kV或400kV或735kV或765kV或750kV或者500kV的高压水平上运营，并且第二交流电网是一种输电网，其由输电网运营商在例如60kV至150kV或110kV的高压水平上运营。或者第一交流电网可以例如是一种配电网，其由配电网运营商在例如1kV至35kV或者20kV至25kV或10kV的中压水平上运营，并且第二交流电网可以是本地网或城市电力网，其由配电网运营商在例如230V或400V的低压水平上运营。

等效电路图可以按照需求以任意方式形成。

在一种实施方式中详细规定：

-按照戴维南定理或诺顿定理形成等效电路图。

可以按照需求以任意方式确定所述等效电路图参数。

在一种实施方式中详细规定：

-通过如下方式确定所述等效电路图参数，即，

·针对预先确定的M个时间点，确定并收集矢量数据以及必要时确定并收集变压比；

·在使用所收集的矢量数据以及必要时变压比的情况下确定或选择目标函数；

·通过最小化目标函数计算所述等效电路图参数。

优选仅当负载改变了一个预定的量时，才收集确定目标函数所需的矢量数据。

可以按照需求以任意方式确定和/或选择和/或构造目标函数。在一种实施方式中详细规定，

-针对戴维南定理，选择

作为目标函数，

带有约束条件

EU≤E_Th≤EO，其中，EU<1并且EO>1

Z>0

-ü是变压比，其优选是恒定不变的或者假定为恒定不变；

-ZDk是矢量数据组，其包含了在第k个时间点上(k＝1...M)收集的矢量数据；

-P_k是由所述矢量数据组ZDk计算出的有功功率；

-Q_k是由所述矢量数据组ZDk计算出的无功功率；

-i_k是由所述矢量数据组ZDk计算出的电流强度；

-u_k是由所述矢量数据组ZDk计算出的电压；

-E_Th是戴维南电压；

-由

定义了总阻抗，该总阻抗描述了第一交流电网(11)和可调变压器(13)，；

-Z _Th是戴维南阻抗；

-Z _Trf是可调变压器(13)的阻抗；

-Z是总阻抗的视在电阻；

-是总阻抗的相位角；

-Z、和E_Th是等效电路图参数；

-EU和EO是预先确定的下极限值和上极限值；

-TU和TO是预先确定的下极限值和上极限值。

在一种实施方式中详细规定，

-EU，特别是按照需求，被设置为0.6或0.7或0.8或0.9；和/或

-EO，特别是按照需求，被设置为1.1或1.15或1.2或1.25或1.3或1.4；和/或

-TU，特别是按照需求，设置为一个小于10的值或设置为9或8.5或8或7.5或7或6.5或6或5.5或5或4.5或4或3.5或3或2.5或2；和/或

-TO，特别是按照需求，设置为一个小于12的值或者设置为13或13.5或14或14.5或15或15.5或16或16.5或17或18或19或20。

在一种实施方式中详细规定，

-负载模型将第二交流电网建模成与电压相关的总负载；和/或

-负载模型根据所施加的电压描述了第二交流电网的有功功率和无功功率。

与此不同的是，VU,K.ET AL的《使用本地测量评估电压稳定裕度》(电力工业计算机应用(PICA)，IEEE，1997年5月12-16日)教导，负载模型描述了负载母线的与所施加的电压无关的功率。

负载模型可以按照需求以任意方式建模和/或构造。

在一种实施方式中详细规定，

-通过如下方式建立负载模型，即，

·针对预先确定的N次到期望的变压比的转换，在每一次所述转换之前和之后确定和收集矢量数据；

·在使用所收集的矢量数据的情况下确定或选择针对有功功率的第一目标函数和针对无功功率的第二目标函数；

·通过最小化所述目标函数计算负载模型参数。

可以按照需求以任意方式确定和/或选择和/或构造负载模型。

在一种实施方式中详细规定，

-所述负载模型是指数型负载模型或多项式负载模型或组合式负载模型。

两个目标函数中的每一个目标函数都可以按照需求以任意方式被确定和/或选择和/或构造。

在一种实施方式中详细规定，

-针对指数型负载模型，选择

作为第一目标函数，以及选择

作为第二目标函数，

带有约束条件0≤x≤2，0≤y≤YO；

-P_1,k是在第k次转换之前由所收集的矢量数据计算出的有功功率；

-P_2,k是在第k次转换之后由所收集的矢量数据计算出的有功功率；

-Q_1,k是在第k次转换之前由所收集的矢量数据计算出的无功功率；

-Q_2,k是在第k次转换之后由所收集的矢量数据计算出的无功功率；

-u_1,k是在第k次转换之前由所收集的矢量数据计算出的电压；

-u_2,k是在第k次转换之后由所收集的矢量数据计算出的电压；

-x、y是负载模型参数；

-YO是预先确定的上极限值。

在一种实施方式中详细规定，

-针对多项式负载模型，选择

作为第一目标函数，以及选择

作为第二目标函数，

带有约束条件0≤x_i≤1和0≤y_i≤1，i＝1...3

x₁+x₂+x₃＝y₁+y₂+y₃＝1；

-u_1,k是在第k次转换之前由所收集的矢量数据计算出的电压；

-u_2,k是在第k次转换之后由所收集的矢量数据计算出的电压；

-x_i、x_j、y_i、y_j是负载模型参数。

在一种实施方式中详细规定，

-针对组合式负载模型选择

作为第一目标函数，并且选择

作为第二目标函数，

带有约束条件0≤x_i≤1和0≤y_i≤1，i＝1...3

0≤x_i和0≤y_i，j＝4...6

x₁+x₂+x₃＝y₁+y₂+y₃＝1；

-u_1,k是在第k次转换之前由所收集的矢量数据计算出的电压；

-u_2,k是在第k次转换之后由所收集的矢量数据计算出的电压；

-x_i、x_j、y_i、y_j是负载模型参数。

在一种实施方式中详细规定，

-YO，特别是按照需求，被设置为一个大于3的值或设置为4或4.5或5或5.5或6或6.5或7或7.5或8或8.5或9或9.5或10或11。

可以按照需求以任意方式预测工作点。

在一种实施方式中详细规定，

-借助负载潮流计算预测工作点。

可以按照需求以任意方式确定和/或选择和/或检验和/或构造稳定性判据。

在一种实施方式中详细规定，

-借助负载潮流计算检验稳定性判据。

在一种实施方式中详细规定，

-通过如下方式来检验稳定性判据，即

·针对第二交流电网的当前的状态确定稳定裕度△P；

·对于所预测的工作点检验P_G-P′＞△P是否有效；

-P_G是P-U特性曲线的极限有功功率；

-P′是所预测的工作点的有功功率。

极限有功功率是P-U特性曲线的最大的有功功率且处在P-U特性曲线的极限点上，在该极限点上，第二交流电网过载。

在检验时评估有功功率P。备选或附加地例如也通过类似评估无功功率检验稳定性判据。

稳定裕度可以按照需求以任意方式确定和/或选择和/或构造。

在一种实施方式中详细规定，

-选择△P＝P_G-P_H作为稳定裕度；

-P_H是P-U特性曲线的霍普夫-有功功率。

该霍普夫-有功功率处在P-U特性曲线的霍普夫点上，在该霍普夫点上，第二交流电网变得不稳定。

该稳定裕度因此与有功功率P相关。但该稳定裕度也备选或附加地与无功功率Q和/或视在功率S和/或功率因数或有效因数相关。

在一种实施方式中详细规定，

-通过如下方式来检验稳定性判据，即，

·针对第二交流电网(12)的当前的状态(A)确定稳定裕度△P；

·对于所预测的工作点(A′)检验P_G-P′>△P是否有效；

-P_G是P-U特性曲线的极限有功功率；

-P′是所预测的工作点(A′)的有功功率；

-借助负载潮流计算确定稳定裕度；和/或

-根据P-U特性曲线的一阶导数U′(P)和/或该一阶导数的绝对值|U′(P)|和/或二阶导数U″(P)和/或该二阶导数的绝对值|U″(P)|检验稳定性判据。

在一种实施方式中详细规定，特别是在确定负载模型参数之前和/或每一次转换之后，

-检验针对第一交流电网的状态的状态变化判据；

-倘若符合该状态变化判据，重复或者重新进行对等效电路图参数的确定。

优选仅将在状态变化之后测得的矢量参数用于重新确定等效电路图参数。

状态变化判据可以按照需求以任意方式确定和/或选择和/或检验和/或构造。

在一种实施方式中详细规定，

-说明第一交流电网和可调变压器的总阻抗由

定义；

-Z _Th是戴维南阻抗；

-Z _Trf是可调变压器的阻抗；

-R是总阻抗的有效电阻；

-X是总阻抗的电抗；

-ZDi是矢量数据组，其包含了在第i个时间点收集的矢量数据；

-通过如下方式来检验状态变化判据，即，

·由最新的矢量数据组ZD1和三个过去的矢量数据组ZD2、ZD3、ZD4相应计算电压u_i、电流强度i_i、有功功率P_i和无功功率Q_i，i＝1...4；

·检验下列条件中的至少一个是否无效

E₁ ²-4D₁F₁≥0

△X<XO；

-使用下列定义：

-X₁是针对矢量数据组ZD1...ZD3的总阻抗的电抗，并且由和X₁>0计算得出；

-X₂是针对矢量数据组ZD2...ZD4的总阻抗的电抗，并且由和X₂>0计算得出；

-通过定义了所述电抗的相对变化；

-XO是预先确定的上极限值。

在一种实施方式中详细规定，

-XO尤其按照需求被设置为一个大于15％的值和/或小于60％的值或者设置为15％或18％或20％或22％或25％或30％或35％或40％或45％或50％或55％或60％。

在一种实施方式中详细规定，

-倘若不符合稳定性判据，那么确定，需要多少性容或感性的无功功率才得以符合稳定性判据，并且相应地操控与第二交流电网连接的、相应规格大小的无功功率补偿装置；和/或

-借助负载潮流计算或者以其它方式确定所需的容性的或感性的无功功率；和/或

-该无功功率补偿装置包括至少一个电容器组和/或至少一个线圈。

在一种实施方式中详细规定，

-负载潮流计算中的至少一种按照前推回代法或牛顿-拉夫森法或以其它方式进行；和/或

-借助最小二乘法或加权最小二乘法或以其它方式确定目标函数中的至少一个；和/或

-借助莱文贝格-马夸特法或以其它方式最小化目标函数中的至少一个；

-以预先确定的周期检测交流电参量和/或以预先确定的周期确定矢量数据组；和/或

-针对每一个周期，特别是按照需求将它的周期时间设置为一个大于10ms或100ms或120ms或150ms的值和/或设置为一个小于20s的值或者设置为10ms或20ms或50ms或100ms或120ms或150ms或200ms或500ms或1s或2s或5s或10s或15s或20s；和/或

-第一交流电网在时间上比第二交流电网更稳定；和/或

-第一交流电网处在第一电压水平上以及第二交流电网处在低于第一电压水平的第二电压水平上；和/或

-通过如下方式确定矢量数据，即，测量在可调变压器的初级侧的和/或次级侧的端子上或接头上的电流强度的和电压的时间变化。

在所述设备的一种实施方式中详细规定，

-该设备被这样构造，使得该设备实施或可以实施所建议的方法中的至少一种和/或所述方法的实施方式中的至少一种；和/或

-控制装置被这样构造，使得该控制装置实施或可以实施所建议的方法中的至少一种和/或所述方法的实施方式中的至少一种。

用每一种所建议的设备可以例如执行所建议的方法中的一种。每一种所建议的设备可以例如被构造用于和/或用于和/或适用于，使该设备实施和/或可以实施所建议的方法中的至少一种。

对本发明的其中一个方面的阐述、特别是对该方面的各个特征的阐述，相应地也适用于本发明的其它的方面。

附图说明

下文中示例性地借助附图详细阐述本发明的实施方式。但由此得出的各个特征并不局限于各个实施方式，而是可以与上文说明的各个特征和/或与其它实施方式的各个特征关联和/或组合。附图中的细节仅是阐述性的，但并不是限制性的。包含在权利要求中的附图标记不应限制本发明的保护范围，而是仅参考附图中示出的实施方式。

图中：

图1是用于耦合两个交流电网的电气设备的一种优选的实施方式，该电气设备包括带有可调整的变压比的可调变压器并且实施用于控制该可调变压器的方法的一种优选的实施方式；

图2是图1的方法的流程图；

图3是针对图1的第二交流电网的P-U特性曲线族。

具体实施方式

图1示意性示出了电气设备10的一种优选的实施方式，该电气设备将第一和第二交流电网11、12相互耦合。该设备10包括：带有可调整的变压比ü的可调变压器13，该可调变压器接在交流电网11、12之间；测量装置14，该测量装置例如包括电流传感器141和电压传感器142；控制装置15，该控制装置耦联到测量装置14和可调变压器13上；以及无功功率补偿装置16，其接在可调变压器13和第二交流电网12之间并且耦联到控制装置15上。

传感器141、142耦联在如下导线上，该导线在可调变压器的次级侧上连接到该可调变压器13的其中一个输出端子上，该次级侧与第二交流电网12连接。电流传感器141检测电流强度i的随时间的走向变化，电压传感器142则检测电压u的随时间的走向变化。测量装置14因此借助传感器141、142检测第二交流电网12的交流电参量，亦即i和u，所述交流电参量表征两个交流电网11、12的矢量数据并且由所述交流电参量可以确定所述矢量数据。但也可能的是，传感器141、142中的至少一个耦联在如下导线上，该导线在可调变压器的初级侧上连接到该可调变压器13的输入端子上，该初级侧与第一交流电网11连接。

无功功率补偿装置16包括三个规格不同的电容器组，所述电容器组按照需求可以相应地通过功率开关接入第二交流电网12并且可以与该第二交流电网分离。

所述设备10被构造成，使其可以实施用于控制可调变压器13和/或用于影响或控制两个交流电网11、12的方法的一种优选的实施方式。

在图2中示意性示出了所述方法的优选的实施方式。

在步骤a中，控制装置15由被测量装置14检测到的交流电参量i、u确定矢量数据。

在步骤b中，控制装置15监控所述矢量数据并且视监控结果而定借助所述矢量数据准备用于可调变压器13的转换信号，该转换信号包含了期望的变压比，该变压比对应期望的电压。倘若控制装置15不准备转换信号，那么该控制装置就跳到步骤a，否则就实施步骤c。

在步骤c中，该控制装置15为第一交流电网11确定带有等效电路图参数的等效电路图。

在步骤d中，该控制装置15为第二交流电网确定带有负载模型参数的负载模型。

在步骤e中，该控制装置15由所述矢量数据确定了等效电路图参数和负载模型参数。

在步骤f中，控制装置15为期望的变压比预测第二交流电网12的工作点A′。

在步骤g中，控制装置15为所预测的工作点A′检验在第二交流电网12中的稳定性判据。倘若符合所述稳定性判据，那么控制装置15就实施步骤h，否则就实施步骤i。

在步骤h中，所述控制装置15将准备好的转换信号发送给可调变压器13并且跳到步骤a。该可调变压器13在获得转换信号之后转换到期望的变压比。

在步骤i中，所述控制装置15确定需要多少无功功率才符合稳定性判据。

在步骤j中，所述控制装置15检验，无功功率补偿装置16是否可以提供所需的无功功率。倘若是，那么控制装置就实施步骤k，否则就实施步骤l。

在步骤k中，所述控制装置15将切断信号发送给无功功率补偿装置16，该切断信号包含期望的无功功率，该期望的无功功率取决于所需的无功功率并且可以由无功功率补偿装置16提供。该无功功率补偿装置16在获得切断信号之后将期望的无功功率所需的电容器组与第二交流电网12分离。容性的无功功率馈入由此变小并且在第二交流电网12上的电压U下降。所述变小的容性的无功功率馈入对应提高的感性的无功功率馈入，并且第二交流电网12的有效因数朝着方向“感性”移动。所述控制装置15紧接着由于下降的电压U而重新确定了矢量数据并且借助所述矢量数据准备一个用于可调变压器13的新的转换信号，该新的转换信号包含了新的期望的变压比，该新的期望的变压比对应期望的电压。控制装置然后跳到步骤h。

在步骤l中，控制装置15将切断信号发送给无功功率补偿装置16并且跳到步骤h，所述切断信号包含了可以由无功功率补偿装置16提供的最大的无功功率。该无功功率补偿装置16在获得切断信号之后将所有的电容器组与第二交流电网12分离。

在步骤m中，所述控制装置15生成一个警告信号并且跳到步骤a。

在所述控制装置15重新实施步骤e之前，该控制装置检验针对第一交流电网11的状态的状态变化判据。倘若符合该状态变化判据，那么控制装置就反复确定等效电路图参数，否则该控制装置就采用现有的等效电路图参数。

为了检验状态变化判据，控制装置15先通过

定义了总阻抗，该总阻抗描述第一交流电网11和可调变压器13，

其中：

Z _Th是戴维南阻抗，

Z _Trf是可调变压器13的阻抗，

R是总阻抗的有效电阻，

X是总阻抗的电抗。

控制装置15然后以如下方式检验状态变化判据，即，

·由最新的矢量数据组ZD1和三个过去的矢量数据组ZD2、ZD3、ZD4分别计算电压u_i、电流强度i_i、有功功率P_i和无功功率Q_i(i＝1...4)；

·检验下列条件中的至少一个是否无效：

E₁ ²-4D₁F₁≥0

△X<XO；

-使用下列定义：

其中：

X₁是针对矢量数据组ZD1...ZD3的总阻抗的电抗，并且其由和X₁>0计算得出，

X₂是针对矢量数据组ZD2...ZD4的总阻抗的电抗，并且其由和X₂>0计算得出；

△X是电抗的相对变化，其由

计算得出，

XO是预先确定的上极限值。

在步骤c中，所述控制装置15以如下方式确定等效电路图，即，该控制装置按照戴维南定理形成等效电路图。

在步骤e中，所述控制装置15以如下方式确定等效电路图参数，即，该控制装置

-确定和收集变压比和针对预先确定的M个时间点确定和收集矢量数据；

-针对戴维南定理选择

作为目标函数，带有约束条件

EU≤E_Th≤EO，EU<1并且EO>1

Z>0

其中：

ü是变压比，其被控制装置假设或假定为是恒定不变的，

ZDk是矢量数据组，其包含在第k个时间点上(k＝1...M)收集的矢量数据，

P_k是由矢量数据组ZDk计算出的有功功率，

Q_k是由矢量数据组ZDk计算出的无功功率，

i_k是由矢量数据组ZDk计算出的电流强度，该电流强度的参量值尤其用标幺制说明，

u_k是由矢量数据组计算出的电压，该电压的参量值尤其用标幺制说明，

E_Th是戴维南电压；

描述第一交流电网(11)和可调变压器(13)的总阻抗由

定义；

Z _Th是戴维南阻抗，

Z _Trf是可调变压器(13)的阻抗，

Z是总阻抗的视在电阻；

是总阻抗的相位角；

Z、和E_Th是等效电路图参数，

EU和EO是预先确定的下极限值和上极限值，

TU和TO是预先确定的下极限值和上极限值；

-EU设置为0.8，EO设置为1.2，TU设置为5且TO设置为20；

-通过借助莱文贝格-马夸特法最小化目标函数来计算所述等效电路图参数。

在步骤d中，所述控制装置15以如下方式确定负载模型，即，该控制装置选择组合式负载模型。

在步骤e中，所述控制装置15以如下方式确定负载模型参数，即，该控制装置

-针对预先确定的N次到期望的变压比的转换，在每一次所述转换之前和之后确定和收集矢量数据；

-针对组合式负载模型，选择

作为第一目标函数，以及选择

作为第二目标函数，带有约束条件

0≤x_i≤1和0≤y_i≤1，i＝1...3

0≤x_i和0≤y_i，j＝4...6

x₁+x₂+x₃＝y₁+y₂+y₃＝1，

其中：

P_1,k是在第k次转换之前由所收集的矢量数据计算出的有功功率，

P_2,k是在第k次转换之后由所收集的矢量数据计算出的有功功率，

Q_1,k是在第k次转换之前由所收集的矢量数据计算出的无功功率，

Q_2,k是在第k次转换之后由所收集的矢量数据计算出的无功功率，

u_1,k是在第k次转换之前由所收集的矢量数据计算出的电压，该电压的值用标幺制说明，

u_2,k是在第k次转换之后由所收集的矢量数据计算出的电压，该电压的值用标幺制说明，

x_i、x_j、y_i、y_j是相应的负载模型参数，

-通过借助莱文贝格-马夸特法最小化目标函数计算所述负载模型参数。

在所述实施方式中，当达到了预先确定的N次转换时并且因此存在足够的矢量数据时，才确定负载模型参数。所述控制装置15事先借助预先确定的负载模型参数执行所述确定。

在图3中绘出了针对第二交流电网12的P-U特性曲线族，该特性曲线族综合了针对不同的有效因数的P-U特性曲线。在此仅示出了三条特性曲线，即针对的实线的第一条特性曲线KL1、在容性负载下针对的虚线的第二条特性曲线KL2以及在感性负载下针对的点线的第三条特性曲线KL3。所述特性曲线中的每一条都具有两个表征性的点，即极限点G1、G2、G3和霍普夫点H1、H2、H3。极限有功功率P_G处在极限点G上，该极限有功功率是相应的特性曲线的最大的有功功率，第二交流电网12在那里过载。霍普夫-有功功率P_H处在霍普夫点H上，第二交流电网12在较小的有功功率下是稳定的，在较大的有功功率下则是不稳定的。

倘若现在第二交流电网12的当前的工作点A在第一特性曲线KL1上处在H1左边的稳定的区域中并且所述控制装置15本来可能将在第二交流电网12上的相应的当前的电压U通过将可调变压器13转换到期望的变压比而强烈地减小到期望的电压U′，使得由该控制装置与此对应地预测的工作点A1′处在H1右边的不稳定的区域中，那么控制装置就首先阻止所述转换。此外，所述控制装置还检验无功功率补偿装置16是否能够提供足够的无功功率，从而由此改变的有效因数定义了一条特性曲线，该特性曲线在此例如是第三条特性曲线KL3，它的霍普夫点H3处在期望的电压U′下方。因为在这种情况下，工作点A首先通过无功功率补偿装置16的转换按照箭头朝着在所述第三特性曲线KL3上的A3″转移。所述工作点从那里起通过将可调变压器13转换到一个新的期望的变压比而转移到一个新的工作点A3′，所述新的期望的变压比对应相比当前的电压U减小了的、相同的期望的电压U′，所述新的工作点处在H3左边的所述第三条特性曲线KL3的稳定的区域中。倘若对无功功率补偿装置16的检验是成功的，那么控制装置12相应地操控所述无功功率补偿装置16并且开启可调变压器13的转换，否则控制装置就阻止可调变压器13的转换。

所述控制装置15借助负载潮流计算按照前推回代法算出所述特性曲线族。

在步骤f中，控制装置15借助负载潮流计算预测工作点A′。

在步骤g中，控制装置15以如下方式检验稳定性判据，

-针对第二交流电网12的当前的状态，借助负载潮流计算确定稳定裕度△P＝P_G-P_H；

-针对所预测的工作点A′检验P_G-P′＞△P是否有效，其中：

P_G是P-U特性曲线的极限有功功率，

P′是所预测的工作点A′的有功功率，

P_H是P-U特性曲线的霍普夫-有功功率。

附图标记列表

10 电气设备

11 第一交流电网

12 第二交流电网

13 可调变压器

14 测量装置

141/142 14的电流传感器/电压传感器

15 控制装置

16 无功功率补偿装置

A 在P-U特性曲线上的当前的工作点

A′ 在P-U特性曲线上的所预测的工作点

E_Th 戴维南电压，等效电路图参数

G P-U特性曲线的极限点

H P-U特性曲线的霍普夫点

i_k 电流强度，由ZDk计算得出

M 用于确定矢量数据的时间点的数量

N 转换到期望的ü的转换的数量

P_k 有功功率，由ZDk计算得出

P_1,k 第k次转换前的有功功率

P_2,k 第k次转换后的有功功率

P_G P-U特性曲线的极限有功功率

P_H P-U特性曲线的霍普夫-有功功率

P′ A′的有功功率

△P 稳定裕度

Q_k 无功功率，由ZDk计算得出

Q_1,k 在第k次转换前的无功功率

Q_2,k 在第k次转换后的无功功率

R Z的有效电阻

u_k 电压，由ZDk计算得出

u_1,k 在第k次转换前的电压

u_2,k 在第k次转换后的电压

ü 13的变压比

x、x_i、x_j 负载模型参数

X Z的电抗

y、y_i、y_j 负载模型参数

ZDj 针对第j个时间点的矢量数据

Z 总阻抗

Z Z的视在电阻，等效电路图参数

Z _Th 戴维南阻抗

Z _Trf 可调变压器的阻抗

Z的相位角，等效电路图参数

12的有效因数

Claims

1.一种用于控制带有可调整的变压比的可调变压器(13)的方法，该可调变压器接在第一和第二交流电网(11、12)之间，其中，

-确定(a)第一和/或第二交流电网(11、12)的矢量的矢量数据；

-针对所述第一交流电网(11)确定(c)带有等效电路图参数的等效电路图；

-针对所述第二交流电网(12)确定(d)带有负载模型参数的负载模型；

-由所述矢量数据确定(e)所述等效电路图参数和所述负载模型参数；

-当应当转换(b)到期望的变压比时，

·针对所述期望的变压比预测(f)所述第二交流电网(12)的工作点(A′)；

·针对所预测的工作点(A′)检验(g)在所述第二交流电网(12)中的稳定性判据；

·倘若符合所述稳定性判据，就转换(h)到所述期望的变压比，否则就不转换。

2.按照前述权利要求任一项所述的方法，其中，按照戴维南定理或诺顿定理形成所述等效电路图。

3.按照前述权利要求任一项所述的方法，其中，

-通过如下方式确定所述等效电路图参数，即，

·针对预先确定的M个时间点，确定并且收集所述矢量数据；

·在使用所收集的矢量数据的情况下确定目标函数；

·通过最小化目标函数计算所述等效电路图参数。

4.按照前述权利要求任一项所述的方法，其中，

-针对所述戴维南定理，选择

作为目标函数，

带有如下约束条件

EU≤E_Th≤EO，其中，EU<1并且EO>1

Z>0

TU≤tanθ≤TO；

-ü是所述变压比；

-P_k是由所述矢量数据组ZDk计算出的有功功率；

-Q_k是由所述矢量数据组ZDk计算出的无功功率；

-i_k是由所述矢量数据组ZDk计算出的电流强度；

-u_k是由所述矢量数据组ZDk计算出的电压；

-E_Th是戴维南电压；

-总阻抗通过

定义，该总阻抗描述了所述第一交流电网(11)和所述可调变压器(13)；

-Z _Th是戴维南阻抗；

-Z _Trf是所述可调变压器(13)的阻抗；

-Z是所述总阻抗的视在电阻；

-θ是所述总阻抗的相位角；

-Z、θ和E_Th是所述等效电路图参数；

-EU和EO是预先确定的下极限值和上极限值；

-TU和TO是预先确定的下极限值和上极限值。

5.按照前述权利要求任一项所述的方法，其中，

-所述负载模型将所述第二交流电网(12)建模成与电压相关的总负载；和/或

-所述负载模型根据所施加的电压描述了所述第二交流电网(12)的有功功率和无功功率。

6.按照前述权利要求所述的方法，其中，

-通过如下方式建立负载模型，即，

·针对预先确定的N次转换，在每一次转换之前和之后确定和收集矢量数据；

·在使用所收集的矢量数据的情况下确定针对有功功率的第一目标函数和针对无功功率的第二目标函数；

·通过最小化所述目标函数计算所述负载模型参数。

7.按照前述权利要求任一项所述的方法，其中，所述负载模型是指数型负载模型或多项式负载模型或组合式负载模型。

8.按照前述权利要求任一项所述的方法，其中，

-针对所述指数型负载模型，选择

作为第一目标函数，以及选择

作为第二目标函数，

带有约束条件0≤x≤2，0≤y≤YO；

-针对所述多项式负载模型，选择

作为第一目标函数，以及选择

作为第二目标函数，

带有约束条件

0≤x_i≤1和0≤y_i≤1，i＝1...3

x₁+x₂+x₃＝y₁+y₂+y₃＝1；

-针对所述组合式负载模型，选择

作为第一目标函数，以及选择

作为第二目标函数，带有约束条件

0≤x_i≤1和0≤y_i≤1，i＝1...3

0≤x_i和0≤y_i，j＝4...6

x₁+x₂+x₃＝y₁+y₂+y₃＝1；

-u_1,k是在第k次转换之前由所收集的矢量数据计算出的电压；

-u_2,k是在第k次转换之后由所收集的矢量数据计算出的电压；

-x、x_i、x_j、y、y_i、y_j是相应的负载模型参数；

-YO是预先确定的上极限值。

9.按照前述权利要求任一项所述的方法，其中，

-借助负载潮流计算预测工作点(A′)；和/或

-借助负载潮流计算检验所述稳定性判据。

10.按照前述权利要求任一项所述的方法，其中，

-通过如下方式来检验所述稳定性判据，即

·针对所述第二交流电网(12)的当前的状态(A)确定稳定裕度△P；

·对于所预测的工作点(A′)检验P_G-P′＞△P是否有效；

-P_G是P-U特性曲线的极限有功功率；

-P′是所预测的工作点(A′)的有功功率；

-选择△P＝P_G-P_H作为稳定裕度；

-P_H是P-U特性曲线的霍普夫-有功功率。

11.按照前述权利要求任一项所述的方法，其中，

-通过如下方式来检验所述稳定性判据，即，

·针对所述第二交流电网(12)的所述当前的状态(A)确定稳定裕度△P；

·对于预测的工作点(A′)检验P_G-P′>△P是否有效；

-P_G是所述P-U特性曲线的极限有功功率；

-P′是所预测的工作点(A′)的有功功率；

-借助负载潮流计算确定所述稳定裕度；和/或

-根据所述P-U特性曲线的一阶导数U′(P)和/或该一阶导数的绝对值|U′(P)|和/或二阶导数U″(P)和/或该二阶导数的绝对值|U″(P)|检验所述稳定性判据。

12.按照前述权利要求任一项所述的方法，其中，

-检验针对所述第一交流电网(11)的状态的状态变化判据；

-倘若符合该状态变化判据，重复对等效电路图参数的确定；

-通过

定义了描述所述第一交流电网(11)和所述可调变压器(13)的总阻抗；

-Z _Th是戴维南阻抗；

-Z _Trf是所述可调变压器(13)的阻抗；

-R是所述总阻抗的有效电阻；

-X是所述总阻抗的电抗；

-通过如下方式来检验所述状态变化判据，即，

·由最新的矢量数据组ZD1和三个过去的矢量数据组ZD2、ZD3、ZD4相应地计算电压u_i、电流强度i_i、有功功率P_i和无功功率Q_i，i＝1...4；

·检验下列条件中的至少一个是否无效

E₁ ²-4D₁F₁≥0

△X<XO；

-使用下列定义：

-X₁是针对所述矢量数据组ZD1...ZD3的所述总阻抗的电抗，并且由和X₁>0计算得出；

-X₂是针对所述矢量数据组ZD2...ZD4的所述总阻抗的电抗，并且由和X₂>0计算得出；

-通过定义了所述电抗的相对变化；

-XO是预先确定的上极限值。

13.按照前述权利要求任一项所述的方法，其中，

-倘若不符合所述稳定性判据，那么确定，需要多少无功功率才得以符合所述稳定性判据，并且操控与所述第二交流电网连接的、相应规格大小的无功功率补偿装置(16)。

14.用于耦合两个交流电网(11、12)的电气设备(10)，该电气设备包括：

-带有可调整的变压比的可调变压器(13)，该可调变压器接在第一和第二交流电网(11、12)之间；

-测量装置(14)，该测量装置能够检测第一和/或第二交流电网(11、12)的交流电参量；

-控制装置(15)，该控制装置耦联到所述测量装置(14)上和所述可调变压器(13)上；

其中，该控制装置(15)被构造成，使得该控制装置

-由所述交流电参量确定第一和/或第二交流电网(11、12)的矢量的矢量数据；

-对于第一交流电网(11)确定带有等效电路图参数的等效电路图；

-对于第二交流电网(12)确定带有负载模型参数的负载模型；

-由所述矢量数据确定所述等效电路图参数和所述负载模型参数；

-监控所述矢量数据并且视监控结果而定借助所述矢量数据准备包含期望的变压比的转换信号；

-当准备好转换信号时，

·对于期望的变压比预测第二交流电网(12)的工作点(A′)；

·对于所预测的工作点(A′)检验在第二交流电网(12)中稳定性判据；

·倘若符合所述稳定性判据，那么就将转换信号发送给可调变压器(13)，否则就不发送。