CN1136459C - 检测电力系统失调的方法和装置 - Google Patents

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Abstract

一种检测传输线两端连接有两个功率系统的电力系统失调的方法，包括：获取电压和电流的步骤，以固定间隔获取电力系统的电压和电流；计算相位角差的步骤，计算电压和电流获取步骤中获取的电压与电流间的相位角差；及判定失调的步骤，接收相位角差、获得每个测量间隔中相位角差的变化量、当相位角差的变化量低于检测相位角突然变化的预定阈值以及相位角差高于预定的失调判定相位角差时，判定在电力系统的两个功率系统之间出现失调。

Description

检测电力系统失调的方法和装置
本发明涉及检测电力系统失调的方法和装置，尤其涉及检测电力系统中发生在安装于一条互连线路两端的发电机组之间的失调的方法和装置。本发明还涉及预测电力系统中失调的方法和装置。
在检测电力系统中发生在安装于一条传输线两端的发电机组之间的失调时，提供一种如图20所示的失调检测装置101。在图20中，G表示发电机，BUS为母线，TL为传输线，TR为变压器，L为负载，102是电流变压器，103是电压变压器。
在利用上述失调检测装置101检测失调时，已知有几种失调检测方法。其中一种方法是将失调检测装置101安装在传输线的终端，利用该装置检测到的电力系统阻抗变化检测失调。另一种方法是根据传输线两端电压的相位差检测失调。以下将说明这两种失调检测方法。
(1)根据阻抗变化检测失调的方法。
这种失调检测方法可用于两种系统中：即双圆圈系统(参考图21(a))和三区域系统(参考图21(b))，
双圆圈系统是一种根据继电器阻抗特征检测失调的方法，继电器安装在传输线TL终端上的失调检测装置101中，如图20所示。具体地说，在图21(a)中，通过对进入圆圈A和B的接地点继电器所看到的阻抗进行划分，预先设定三个阻抗区Z1、Z2和Z3。区域Z1在圆圈A内，是系统出故障时继电器所看到的阻抗。区域Z2是圆圈A和B之间的阻抗。区域Z3在圆圈B之外，是系统正常工作时继电器所看到的阻抗。
通常，当电力系统失调时，继电器所看到的阻抗Z从区域Z3移到Z2再到Z1，同时相对缓慢变化。当在区域Z2中停留的时间超过规定时间后阻抗移到区域Z1时双圆圈系统判定电力系统失调。
在三区域的系统中，在图21(b)中，以与双圆圈系统相同的方式预先设置三个区域：Z11、Z12和Z13。在这种情况中继电器所看到的阻抗Z从区域Z13到区域Z12再到区域Z11，同时相对缓慢变化。如果停留在区域Z13中的时间超过规定时间后阻抗移到区域Z12，则三区域系统判定电力系统失调。
(2)根据传输线两端电压的相位差检测失调的方法。
在这种失调检测方法中，设置两个电压检测装置，检测传输线TL两端的各自电压。通过诸如微波电路这种传输装置交换这些检测到的电压，如果两端电压之间的相位角差超过180°，判定电力系统失调。
根据上述阻抗变化检测失调的方法是根据阻抗穿过不同区域的时间检测失调的。但是，当阻抗穿过不同区域缓慢变化时，如何确定区域宽度是极其困难的。换句话说，存在根据确定的区域宽度是否判定失调以及失调的检测不可靠的问题。此外，尽管预先确定阻抗Z穿过每个区域的时间，如果在特定的情况下，阻抗Z在高于这一预定时间的快速度下变化，就不能检测这种失调。
另一方面，在根据传输线两端电压之间的相位差检测失调的方法中，传输线两端的电压是利用诸如微波电路这类传输装置传输的，结果，存在这样的问题，即不可避免要增加成本，难以找到传输线上电压为0的失调轨迹的点。
于是，本发明的一个目的是提供一种在传输线两端连接有两个功率系统的电力系统中能够高准确度地检测失调而无需预先确定不同阻抗区的方法和装置。
本发明的另一个目的是提供一种在传输线两端连接有两个功率系统的电力系统中能够高准确度、低成本地检测失调而无需利用专门的传输装置的方法和装置。
本发明的进一步目的是提供一种在传输线两端连接有两个功率系统的电力系统中能够事先预测未来失调并防止同步损失扩展到其它发电机的方法和装置。
本发明的这些目的及其它目的可通过提供一种检测传输线两端连接有两个功率系统的电力系统失调的方法来实现。该方法包括下列步骤：电压和电流获取步骤，以固定间隔获取电力系统的电压和电流；相位角差计算步骤，计算电压和电流获取步骤中获取的电压与电流间的相位角差；以及失调判定步骤，接收相位角差、获得每个测量间隔中相位角差的变化量、当相位角差的变化量低于检测相位角突然变化的预定阈值以及相位角差高于预定的失调判定相位角差时判定在电力系统的两个功率系统之间出现失调。
根据本发明的一个方面，提供一种检测传输线两端连接有两个功率系统的电力系统失调的装置。该装置包括：电压和电流获取装置，以固定间隔获取电力系统的电压和电流；相位角差计算装置，计算电压和电流获取装置获取的电压与电流间的相位角差；以及失调判定装置，接收相位角差、获得每个测量间隔中相位角差的变化量、当相位角差的变化量低于检测相位角突然变化的预定阈值以及相位角差高于预定的失调判定相位角差时，判定在电力系统的两个功率系统之间出现失调。
根据本发明的另一个方面，提供一种检测传输线两端连接有两个功率系统的电力系统失调的装置。该装置包括：电压和电流获取装置，以固定间隔获取电力系统各相的电压和电流；电功率处理装置，利用电力系统各相的电压和电流计算各相的有功功率，通过将各相的有功功率相加计算总有功功率；以及失调判定装置，从电功率处理装置接收总有功功率和从电压和电流获取装置接收各相电流中的一个电流，当电流中的一个电流从上升趋势变为下降趋势并且总有功功率极性反转时判定在电力系统的两个功率系统之间出现失调。
根据本发明的又一个方面，提供一种预测传输线两端连接有两个功率系统的电力系统失调的方法。该方法包括下列步骤：电压和电流获取步骤，以固定间隔获取电力系统的电压和电流；相位角差计算步骤，计算电压和电流获取步骤中获取的电压与电流之间的相位角差；参数估计步骤，利用相位角差计算步骤中算出的多个相位角差，估计预计未来相位角差的预计方程式中的参数；相位角差预计步骤，利用参数估计步骤中估出的参数获得预计方程式，由此预计未来时间的未来相位角差；以及失调预计步骤，接收未来相位角差，当相位角差预计步骤中预计的未来相位角差达到预定失调判定相位角差时，预期未来预期的失调时间。
根据本发明的再一个方面，提供一种预测传输线两端连接有两个功率系统的电力系统失调的装置。该装置包括：电压和电流获取装置，以固定间隔获取电力系统的电压和电流；相位角差计算装置，计算电压和电流获取装置获取的电压与电流之间的相位角差；参数估计装置，利用相位角差计算装置算出的多个相位角差，估计预计未来相位角差的预计方程式中的参数；相位角差预计装置，利用参数估计装置估出的参数获得预计方程式，由此预计未来时间的未来相位角差；并连接着一个失调预计装置，接收未来相位角差，当相位角差预计装置所预计的未来相位角差达到预定失调判定相位角差时，预测未来预期的失调时间。
根据本发明的再一个方面，提供一种检测传输线两端连接有两个功率系统的电力系统失调的装置。该装置包括：电压和电流获取装置，以固定间隔获取电力系统的各相电压和电流；正相位分量转换装置，将电压和电流获取装置获取的电力系统各相电压和电流转换成正相位电压和正相位电流；相位角差计算装置，计算正相位电压与正相位电流之间的相位角差；失调判定装置，接收所述的相位角差、获得每个测量间隔中相位角差的变化量、当相位角差的变化量低于检测相位角突然变化的预定阈值以及相位角差高于预定的失调判定相位角差时，判定在电力系统的两个功率系统之间出现失调；阻抗计算装置，利用电力系统被判定为失调时的正相位电压和正相位电流，计算到达传输线上电压为0的点的阻抗，从而获得电力系统的失调轨迹；以及失调传输线指定装置，利用阻抗计算装置算出的阻抗和传输线单位长度阻抗计算距离，基于该距离指定含有失调轨迹的传输线。
参考以下的详细描述同时结合附图将能够更好地理解本发明以及便于获得对本发明及其优点的更全面的评价。其中：
图1是表明本发明的电力系统失调检测方法和电力系统失调检测装置的第一
实施例的方块图。
图2是说明对母线电压和传输线电流进行取样的取样周期图。
图3是说明根据相位角差和相位角差中变化量判定存在失调的图。
图4是说明发生失调前后发电机内电压、母线电压和传输电流矢量之间的关系图。
图5是考虑到传输线电阻时发电机内电压、母线电压和传输电流矢量之间的关系图。
图6是表明本发明的电力系统失调检测方法和电力系统失调检测装置的第二
实施例的方块图。
图7是判定为失调时为找出电压为0的点(失调轨迹)计算的阻抗图。
图8是表明本发明电力系统失调检测装置的第三实施例的方块图。
图9是说明传输线长度与从阻抗获得的距离之间的关系图。
图10是表明本发明的电力系统失调检测装置的第四实施例的方块图。
图11是说明系统变为失调时电流与电功率之间的关系图。
图12是表明电力系统失调检测装置的第五实施例的方块图。
图13是表明电力系统失调检测装置的第六实施例的方块图。
图14是表明本发明的电力系统失调预测方法和电力系统失调预测装置的第七实施例的方块图。
图15是说明根据多个时间点上的相位角差获得预计失调时间的图。
图16是表明本发明的电力系统失调检测装置的第八实施例的方块图。
图17是表明本发明的电力系统失调预测装置的第八实施例的方块图。
图18是说明根据多个时间点上的电压和电流预计未来失调时间点的图。
图19是根据预计的未来电压和电流预计电抗的图。
图20是表明电力系统与传统失调检测装置之间关系的方块图。
图21是说明传统失调检测方法的图。
现在将参考附图描述本发明的实施例，在整个附图中，相同的标号表示相同或相应的部分。
图1是表明本发明的电力系统失调检测方法和电力系统失调检测装置的第一实施例的方块图。图中所示的电力系统详细表示了位于图20中传输线附近的失调检测部分，其它部分采用简化形式表示。即在电力系统中，分别示出由传输线3相连的两个电力系统11、12，21和22分别为母线。给传输线3指定的符号a、b、c代表相名，换句话说，a、b和c分别表示a相、b相和c相。此外，分别从三相母线21和三相传输线3通过测量电压Va、Vb和Vc以及Ia、Ib和Ic来检测失调。以下为方便说明，仅对一个相进行说明。另外，在电力系统11和12中通常安装有多个发电机。但是，在图1所示的电力系统中分别仅示出一个发电机G和一个发电机S。
这里，本实施例的失调检测装置是由模数转换单元10和数字处理单元20组成的，模数转换单元为一个获取母线21电压和传输线3电流的电压和电流获取装置。
模数转换单元10是由滤波器12和滤波器14组成的，滤波器12通过滤除经过电压变压器11从母线21获取的电压中的噪声成分，输出电压中频率成分与电力系统频率相同的基本成分(例如，50Hz)，滤波器14通过滤除经过电流变压器13从传输线3获取的电流中的噪声成分，输出电流中的基本成分(例如，50Hz)。此外，设置取样保持装置15、16，在例如12倍于基本频率的频率(600Hz)的取样周期中，分别对通过滤波器12、14的基本成分的电压和电流进行高速取样并保持取样值。进一步设置多路传输器17和模数(A/D)转换器18，前者以固定间隔对取样电压和电流进行分类，后者对电压和电流进行数字化。
另一方面，上述数字处理单元20由取样数据存储装置21和相位角差计算装置22组成，前者存储经数字转换的电压和电流的取样值，后者以一定的时间间隔，例如约10毫秒从取样数据存储装置21中获取数据，计算电压和电流的有效值，以便根据这些电压和电流的有效值进一步计算相位角差。上述单元中进一步设置有存储相位角差计算装置22逐次输出的电压和电流有效值的有效值数据存储装置25、逐次存储相位角差的相位角差数据存储装置23、以及利用相位角差数据存储装置23中存储的相位角差数据判定失调的失调判定装置24。
此外，在中性接地或地线接地的情况下，尽管将相电压看作是电压变压器11输出的电压，从电压变压器11可输出相之间的线电压。在线电压的情况下，通过将线电压乘以一个规定的转换系数，能够将其等价地处理成相电压。从电流变压器13输入的电流表示传输线3的传输线电流。
取样保持装置15，16根据收到的振荡器(未示出)输出的取样信号在例如600Hz下分别对滤波器12，14输出的电压和电流以模拟量进行取样。因此，如果在600Hz下进行取样，那么能够每30°获取电压取样值Vm-3、Vm-2、Vm-1、Vm和电流取样值Im-3、Im-2、Im-1、Im，通过多路传输器17进入A/D转换器18。
此外，在图2中，m、m-1、m-2和m-3分别表示这一次取样数、上一次取样数、再上一次取样数、以及倒数第三次取样数。
相位角差计算装置22具有电压和电流计算功能，利用存储在取样数据存储装置21中电压和电流数据的多个电压，如Vm-3、Vm和多个电流，如Im-3、Im分别获得有效电压值V和有效电流值I。它还具有相位角差计算功能，根据上述有效电压值V和有效电流值I，在足够进行失调判定的时间，如每隔10-20ms时间获得相位角差θ。
在失调判定装置24中，根据每个测量间隔中相位角差θ的变化量Δθ预定检测相位角突然变化的阈值ε，为相位角差θ设定失调判定相位角差θc(以下简称为“判据θc”)。当依次获得的变化量Δθ小于检测相位角突然变化的阈值ε时，失调判定装置24通过将相位角差Δθ与判据θc进行比较，判定是否出现失调。
接着，将说明上述构造的失调检测装置的工作情况。
滤波器12经过变压器11从母线11获得电压，在滤除其谐波成分后将电压的基本成分送至取样保持装置15。同样，滤波器14经过电流变压器13从传输线3获得电流，在滤除其谐波成分后将电流的基本成分送至取样保持装置16。
取样保持装置15，16分别接收振荡器(未示出)的取样信号，在例如600Hz的频率下同时对电压和电流进行取样，然后由多路传输器17以规定间隔对取样值进行分类并将其送至A/D转换器18。A/D转换器18依次地把电压和电流的取样值(模拟量)转换成数字电压Vm-3、Vm-2、Vm-1、Vm和数字电流Im-3、Im-2、Im-1、Im，将其存储在取样数据存储装置21中。
这里，相位角差计算装置22从取样数据存储装置21中获取倒数第三次和本次电压Vm-3、Vm和电流Im-3、Im，根据下列方程计算有效电压值V和有效电流值I。即利用下列计算方程计算有效电压值V和有效电流值I并将它们存储到有效值数据存储装置25中：
2·V2＝Vm2+(Vm-3)2                          (1)
2·I2＝Im2+(Im-3)2                          (2)
此后，相位角差计算装置22利用存储在有效值数据存储装置25中的有效电压值V和有效电流值I计算相位角差θ。假设这个相位角差为θ，从下面的方程中能够获得相位角差θ：
2·V·I·cos(θ)＝Vm·Im+Vm-3·Im-3         (3)
即通过将方程(3)转变成以下方式能够获得相位角差θ：
θ＝arc cos{(Vm·Im+Vm-3·Im-3)/2·V·I}    (4)
以固定间隔依次将按照如上所述计算的相位角差θ存入到相位角差数据存储装置23中。
这里，将详细描述通过从相位角差数据存储装置23中获得相位角差θ数据，在失调判定装置24中判定是否存在失调。
当传输线中出现故障或者给电抗器负载充电时，在电力系统中电压与电流之间的相位差会瞬时突然改变近90°，因此，它可能不能区分这种相位差的突然变化与传输线两端发电机组之间出现的失调。
然而，在传输线两端发电机组之间出现失调的情况下，电压与电流之间的相位角差不是突然变化的而是连续变化的。于是，失调判定装置24利用这一特性按照如下所示才判定发电机组之间出现失调。
首先，以下示出这样的情况，如果相位角差θ在测量点上的变化量Δθ低于检测相位角突然变化的阈值ε，判定变化量Δθ不是由故障或是连接电抗器负载产生的。
如图3(a)所示，电压与电流之间的相位角差θ随发电机之间的相位角的扩大而扩大。如果在固定周期测得的电压与电流间相位角差的变化量为Δθ，它如图3(b)所示变化。所以，当变化量Δθ不是突然变化并且低于检测相位角突然变化的阈值ε时，如果相位角差θ超过判据θc，那么失调判定装置24判定电力系统处于失调状态。
这里，根据图3(c)说明处理步骤。
现在，假设在T-1和T时刻的相位角差为θT-1和θT，用以下方程(S1)可计算T-1和T时刻之间相位角差的变化量ΔθT：
ΔθT＝θT-θT-1                         (5)
区分失调变化与故障期间变化的条件是，当把检测相位角突然变化的阈值预定为ε时能很好地维持下列假设：
ΔθT-n的绝对值＜ε                      (6)
…
ΔθT-1的绝对值＜ε                      (7)
ΔθT的绝对值＜ε                        (8)
式中，n为判定的指定数。(S2)
如果未能很好地维持以上方式，把变化看作是故障等导致的相位角差的变化。
此外，考虑到间隔，如T-1与T时刻间的间隔约为1Hz-0.5Hz，判定数n约为3-10。
接着，示出电压与电流间相位角差θ超过判据θc的判定为失调的条件。
当相位角差θ按照如下所示的条件1和2变化时，则判定在T-1与T时刻之间出现失调(S2)：
条件1：在T-1时刻，θT-1＜θc             (9)
条件2：在T时刻，θT＜θc                 (10)
这里，如果传输线的电阻小到能够忽略不计，判据θc约为90°，例如，在500KV传输线的情况下，当传输线的电阻与电抗器的电阻相比很小时，合适的值在85°-90°的范围内。
接着，将说明失调前后的电压与电流间的矢量关系。
为了简化说明，采用一个由发电机G和S组成的两发电机系统，如图4(a)所示。这里，假设发电机G和S的内电压分别为EG和ES，母线N的电压为V，传输线TL的电流为I时，能很好地维持如图4(b)-(d)所示的电压与电流的矢量关系。
(1)有关失调前的电压与电流的矢量关系：
在失调之前或是处于稳定状态或是处于扰动后的过渡状态时，在发电机G、S中内电压EG、ES之间的相位角差小于180°，如图4(b)所示。此外，传输线TL的电阻值r通常比其电抗值X小得多，因此，在这里电阻可以忽略不计。在这种情况下，发电机G、S之间的电流和电压(EG-ES)几乎是相互正交的，此外，电压V与电流I之间的相位角差θ小于90°。
(2)有关失调时的电压和电流的矢量关系：
此外，如图4(c)所示，当两个发电机G、S的电压EG、ES之间的相位角差扩大到180°，电力系统处于失调状态时，母线电压V与传输线电流I变为相互正交。即电压V与电流I之间的相位角差θ变为90°。
(3)有关失调后的电压和电流的矢量关系：
此外，如图4(d)所示，如果两个发电机G、S的电压EG、ES之间的相位角差超过180°，电压V与电流I之间的相位角差θ变为大于90°，导致出现失调。
对于如图4所示的电压和电流的矢量关系，采用了发电机G、S的电压EG、ES。但是，如果采用传输线两端的母线的电压代替发电机G、S的电压EG、ES，在电压V和电流I之间能够很好地维持同样的矢量关系。
此外，以上说明是针对忽略电阻的情况而言的。当考虑传输线的电阻时，电压和电流之间的关系将变为如图5(a)和5(b)所示的电压和电流的矢量关系。即在发电机G电压EG与发电机S电压ES之间的相位角差变为180°的时刻，由下式可计算母线N电压V与传输线TL电流I之间的相位角差θ：
tanθ＝X·I/(r·I)＝X/r             (11)
由这个计算方程式能够计算出的θ值与90°不一致。然而，通常由于X＞＞r，θ接近90°。例如，如果X/r＝20，θ为87.1°。这个θ值在上述的85°-90°范围内，
因此，根据上述的实施例，例如，当测得母线的相电压和传输线的线电流并根据这些相电压和线电流计算电压与电流间的相位角差θ时，如果在每个测量间隔中这个相位角差θ的变化量Δθ低于检测相位角突然变化的预定阈值ε，并且相位角差θ变得大于判据θc，那么将电力系统判定为处于失调状态，因此，能够无疑地判定包含母线的传输线两端发电机组之间的失调，无需预先确定区域或者无需采用特定的数据通信传输装置。
图6是表明本发明的电力系统失调检测方法和电力系统失调检测装置的第二实施例的方块图。在图6中，用相同的标号表示与图1所示相同部分元件，省略对其描述，以下仅对其不同的部分进行描述。
在图6所示的实施例中，新设置了一个计算阻抗的阻抗计算装置26，当有效值数据存储装置25把电力系统判定为失调时读出此时的有效电压值V和有效电流值I，以及当数字处理单元20中的失调判定装置24将电力系统判定为失调时，确定从母线21到传输线上电压V为0点的距离，即，失调轨迹。
接着，在说明本实施例的失调检测装置的工作情况前先说明计算这个阻抗的原因。
在电力系统中，如果传输线两端的电压之间的相位角差θ超过180°，产生所谓的在一部分传输线上电压变为0的失调轨迹。
通过图7来说明这个失调轨迹。图7(a)是表明传输线上电压分布的图，A为电压变为0的点(失调轨迹)。图7(b)是表明电压与电流之间矢量关系的图。
现在，假设用母线M和N代替传输线两端的母线21和22，母线M和N的电压分别为VM和VN。当电压VM和VN之间的相位角差变为180°时，这里存在一个电压幅度为0的点，如图7(b)所示。由于传输线的阻抗值与其长度有关，根据电压VM和VN之间的相位角差为180°时测得的电压和电流，通过获取阻抗值，本发明有可能找到传输线上电压为0的失调轨迹中的一处。
在说明本实施例失调检测装置的工作情况时，略去对检测传输线两端发电机组之间失调之前的描述，仅描述失调判定装置24判定失调之后的工作情况，因为这部分的描述与上述实施例中参照图1-5的描述相同。
现在，用失调判定装置24来判定传输线两端发电机组之间的失调，将此判定信号送至阻抗计算装置26。如图7(b)所示，关于当电压V与电流I之间的相位角差为90°时产生失调轨迹的点，方程式(12)所示的关系能很好地表示。因此，阻抗计算装置26根据以下方程式(13)计算阻抗Z：
V-I·Z＝0                  (12)
Z＝V/I                     (13)
在这个方程式中，当传输线的电阻r小于其电抗X时，阻抗Z等于jX(Z＝jX)，上述方程式(12)可以用V-jI·X＝0来表示。所以，从下列方程式可获得电抗X：
X＝V/jI                          (14)
在获得有效电压值V与有效电流值1之间的相位角差θ后，当这个相位角差θ从方程式(9)的状况转移到方程式(10)的状况时，如θ为90°时，利用此时的电压V和电流I，根据方程式(13)或(14)可得到阻抗Z或电抗X。
计算传输线的阻抗Z或电抗X时，能够从算出的阻抗Z或电抗X找到产生失调轨迹的点，因为传输线单位长度的阻抗或电抗是已知的。
此外，当相位角差θ不仅恰好为90°而且它还在一定的宽度范围内，如上述的85°-90°时，也能够利用电压V和电流I。
所以，根据上述这个实施例，它具有与图1所示实施例相同的效果。此外，当电压V与电流I间的相位角差θ为90°时，利用此时的电压V和电流I，能够准确地计算阻抗和找到产生失调轨迹的点，在失调轨迹上传输线的电压为0。
图8是表明本发明的电力系统失调检测装置的第三实施例的方块图。
在这个实施例中，在图6所示的部分元件中增加了一个失调传输线指定装置27，它指定一条传输线，利用阻抗计算装置26算出的阻抗和已知的传输线单位距离的阻抗，通过计算距离寻找该传输线上的失调轨迹。此外，还增加了一个传输线指定数据存储装置28，存储指定传输线所需的数据，如传输线单位长度的阻抗值u，母线N与M间传输线的长度L。
其它部分元件完全与与图6所示的部分元件相同，因此这里省略对其描述。
接着，在描述本实施例装置的工作情况前先说明指定其上会出现失调轨迹的传输线的原因。
当传输线两端电压的相位角差变为180°时，电压为0的点，即失调轨迹出现在传输线的某处。图7(a)示出了当传输线两端电压VN与VM间的相位角差变为180°时的电压分布图，A为电压为0的失调点。图7(b)是表明电压与电流间的矢量关系图。现在，当传输线两端母线N与M的电压VN与VM间的相位角差变为180°时，将出现一个电压幅度为0的点。例如，根据上式(13)由母线N电压VN(VV＝V)和传输线3电流I计算达到失调轨迹的阻抗Z后，基于这个算出的阻抗能够获得母线N到失调轨迹的距离。另一方面，母线N与M间传输线的长度是事先已知的。于是，当将这个传输线长度与根据算出阻抗获得的距离进行比较时，能够判定在母线N与M间的传输线上是否存在失调轨迹。
在描述图8所示失调检测装置的工作情况中，省略检测发电机组之间失调之前的工作情况介绍，因为它们与参考图1-5的说明是相同的，下面将介绍失调判定装置24判定失调以后的工作情况。
现在，由失调判定装置24判定传输线两端发电机组之间的失调，将此判定信号送至阻抗计算装置26。如图7(b)所示，关于电压V与电流I之间的相位角差为90°时产生失调轨迹的点，方程式(12)所示的关系能很好地表示。因此，根据方程式(13)阻抗计算装置26能够计算阻抗Z。
如果传输线的电阻r小于其电抗X，阻抗Z等于jZ(Z＝jX)，上述方程式(12)变为V-jI·X＝0，根据方程式(14)能够获得电抗X。
此外，尽管以上假设相位角差为90°，但是当相位角差在规定的宽度范围内，如上述的85°-90°时也能够利用电压V和电流I。
获得上述的阻抗Z或电抗X后，将它们中任何一个送至失调传输线指定装置27。
这个失调传输线指定装置27指定失调轨迹是否出现在其上测量电压和电流的传输线的任何一点上。首先，将传输线的单位长度阻抗值u储存到传输线指定数据存储装置28中。假设这个阻抗值u为(r+jx)。利用这个单位长度阻抗值u和阻抗计算装置26算出的阻抗Z，根据下列方程式(15)能够计算母线N到如图9(a)所示出现失调轨迹的点的距离：
d＝Z/u                       (15)
所以，如果忽略传输线的电阻r，得到以下方程式：
d＝X/x                       (16)
这里，失调传输线指定装置27从传输线指定数据存储装置28中读出母线N与M间传输线的长度L，并将这个传输线的长度L与距离d比较。如果能够很好地维持以下关系，它表示距离d在传输线长度L内，这表明失调轨迹位于传输线TL中，如图9(b)所示：
d≤L                         (17)
如果相反，它们为以下所示的关系，
d＞L                         (18)
可以看出，失调轨迹远离传输线TL。
然而，考虑到误差的影响，如果它们为以下采用系数α表示的关系，那么判定失调轨迹存在于测量电压和电流的传输线中。
d≤αL(例如，α＝0.95)                       (19)
把这个判定结构输出到诸如阴极射线管CRT、打印机等输出装置29中。
所以，根据上述实施例，当电压V与电流I间的相位角差θ为90°时，利用此时的电压V和电流I，计算达到传输线上电压为0的指定点(失调轨迹)的阻抗。此后，根据这个计算阻抗和预计的传输线单位长度阻抗值，获得达到失调轨迹点的距离。然后，通过将这个距离与传输线的总长进行比较，能够判定失调轨迹是否在与母线M和N连接的规定传输线中。因此，利用包含母线的传输线的电压V和电流I，能够指定产生失调轨迹的传输线，无需事先划分区域也无需特定的数据通信装置，通过输出装置29可以把结果提供给操作者。
图10是表明本发明的电力系统失调检测装置的第四实施例的方块图。
这个失调检测装置是由模-数转换单元10和数字处理单元20组成的。
模-数转换单元10与图1所示的结构相同，因此这里略去对其的描述。数字处理单元20设有取样数据存储装置21和电功率处理装置33，它输入存储在取样数据存储装置21中的a-、b-、c-相的各个电压和电流取样值，即电压Va，Vb、Vc和电流Ia、Ib、Ic，通过乘以每个相的这些值计算每个相的有功功率Pa、Pb、Pc，通过使这些有功功率Pa、Pb、Pc相加得到一个总有功功率，把它们存储在电功率数据存储装置32中。数字处理单元进一步设有失调判定装置34，它利用这个总有功功率和存储在取样数据存储装置21中的电流判定失调。
接着，将描述上述装置的工作。
取样保持装置15对经过电压变压器11从各相母线21获得的各相电压进行取样和保持，并将它们送至多路传输器17。取样保持装置16对经过电流变压器13从各相的传输线3获得的电流进行取样和保持，并将它们送至多路传输器17。
多路传输器17获取各个规定周期内的各相的取样电压和电流并将它们送至A/D转换器18。这个A/D转换器18把各相的模拟取样电压和电流转变为数字电压Va、Vb、Vc和数字电流Ia、Ib、Ic，并将它们储存到取样数据存储装置21中。到这里的工作情况与图1和其它实施例中的描述是相类似的。
在这个实施例中，电功率处理装置33从取样数据存储装置21中读出各相的电压Va、Vb、Vc和电流Ia、Ib、Ic，根据以下所示的方程式计算各相的有功功率Pa、Pb、Pc。
Pa＝Va·Ia                          (20)
Pb＝Vb·Ib                          (21)
Pc＝Vc·Ic                          (22)
当按照如上所述获得各相的有功功率Pa、Pb、Pc时，通过将各相的有功功率Pa、Pb、Pc相加计算总有功功率P，并将其存储到电功率数据存储装置32中。
P＝Pa+Pb+Pc                         (23)
此后，失调判定装置34利用存储在电功率数据存储装置32中的总有功功率P和存储在取样数据存储装置21中的电流数据作出判定。
在这个失调判定中，当在规定周期内测量的电流Ia(或Ib，Ic)从上升趋势改变到下降趋势时，如图11所示，并且总有功功率的极性反转，也如图11所示，通过检测此时的时间点Tb，判定系统是在这个时间点Tb处于失调状态的。
即失调判定装置34检查在各个时间Δt获得的电功率Pt和电流It的变化趋势，当电流从上升趋势转变为下降趋势以及总有功功率P的极性反转时，在这个时间点上判定系统处于失调状态。在利用图11说明这一点时，如果维持下列方程式，那么判定失调在时刻t与时刻(t+Δt)之间出现：
It-Δt＜It，It＞It+Δt                  (24)
Pt·Pt+Δt＜0                           (25)
所以，根据上述的实施例，通过测量各相的电压和电流，当各相的有功功率相加而得到的总有功功率为0时，并且电流从上升趋势转变为下降趋势时，判定为失调。因此，仅通过测量各相的电压和电流便能够判定失调。
图12是表明电力系统失调检测装置的第五实施例的方块图。
这个电力系统失调检测装置应用于图1、6和8所示的所有实施例，但是为方便起见，将对应用于图1的例子进行描述。因此，在图12中，用相同的标号表示与图1所示相同的部分元件并省略对其的描述，以下仅对其不同的部分进行描述。
本失调检测装置的结构是这样的，在图1所示的失调判定装置24的输出系统上增加一个线路断电控制装置41，当失调判定装置24判定电力系统处于失调状态时断开在其上测量电压和电流的包含母线的传输线。
接着，在描述本实施例的上述装置的工作中，模-数转换单元10和数字处理单元20中检测传输线两端发电机之间失调之前的工作与利用图1-5进行的描述相同。因此，省略对其描述，以下将介绍失调判定装置24判定失调以后的工作。
现在，当用失调判定装置24判定传输线两端发电机之间的失调时，线路断电控制装置41断开设置在传输线3上的电路断路器42，断开传输线。
此外，当本实施例应用于图8所示的电力系统失调检测装置时，这个电力系统失调检测装置将变成这样的结构，即失调传输线指定装置27的输出系统上设置了线路断电控制装置41，当失调传输线指定装置27判定传输线包含失调轨迹时，该装置断开包含母线的传输线。
所以，根据上述实施例，当判定电力系统处于失调状态或者判定在传输线中检测到失调时，使传输线断开。因此，在发现失调时，能够高速断开传输线，无需如前设置区域以及无需特定的传输装置。
图13是表明电力系统失调检测装置的第六实施例的方块图。
在本实施例中，当发现失调时，分别通过图1或8所示结构与图10所示结构的组合，电力系统失调检测装置断开传输线。所以，在图13中，用相同的标号表示与图1和10所示相同的部分元件，其详细介绍从略。
本失调检测装置的模数转换单元10设有滤波器12、14；取样保持装置15、16；多路传输器17和A/D转换器18。
另一方面，本失调检测装的数字处理单元20设有取样数据存储装置21，存储经A/D转换器18转换的数字电压和数字电流数据；相位角差计算装置22；相位角差数据存储装置23；第一失调判定装置24；以及有效值数据存储装置25。此外，还设有电功率数据存储装置32、电功率处理装置33以及第二失调判定装置34。
另外，数字处理单元20设有失调状况形成判定装置43，判定第一失调判定装置24和第二失调判定装置34二者是否都判定失调，以及线路断电控制装置44，当失调状况形成判定装置43认定为失调状况并断开传输线的电路断路器42时，断开包含母线的传输线。
接着，将介绍这种装置的工作。
在例如600Hz频率下将多路传输器17获得的电压和电流数据送至A/D转换器18。在该A/D转换器18中，将取样的模拟电压和电流依次转变为数字电压...Vm-3、Vm-2、Vm-1、Vm和数字电流...Im-3、Im-2、Im-1、Im并存储到取样数据存储装置21中。
这里，相位角差计算装置22获取取样数据存储装置21中如倒数第三次和本次的电压Vm-3、Vm和电流Im-3、Im，根据式(1)和(2)计算有效电压值V和有效电流值I，还根据式(3)和(4)计算电压V和电流I的相位角差θ。
此外，第一失调判定装置24将相位角差θ与预定判据θc进行比较，当10-20ms内的相位角差的变化量Δθ小于检测相位角突然变化的阈值ε时，以及如果相位角差θ从θ＜θc变化到θ＞θc，那么判定为失调。
另一方面，电功率处理装置33从取样数据存储装置21中读出各相的电压Va、Vb、Vc和电流Ia、Ib、Ic，根据式(20)至(22)计算各相的有功功率Pa、Pb、Pc。
当按照如上所述得到各相的有功功率Pa、Pb、Pc时，根据式(23)通过将各相的有功功率Pa、Pb、Pc相加计算总有功功率P并将其存储到电功率数据存储装置32中。
此后，第二失调判定装置34按照如上所述检查在各个时刻Δt获得的电功率Pt和电流It的变化趋势，当电流It从上升趋势变化到下降趋势并且总有功功率P的极性反转时，判定此时系统处于失调状态。
然后，失调状况形成判定装置43判定第一失调判定装置24和第二失调判定装置34是否分别判定为失调，只有在第一和第二失调判定装置24、34二者都判定为失调时才判定电力系统处于失调状态并将此情况通知线路断电控制装置44。线路断电控制装置44断开安装在获取电压和电路的传输线上的电路断路器42，断开传输线。
此外，当本实施例应用于图8所示的电力系统失调检测装置时，本电力系统失调检测装置将变成这样的结构，即失调传输线指定装置27的输出系统设有线路断电控制装置44，当失调传输线指定装置27判定传输线包含失调轨迹时断开包含母线的传输线。在这种情况下，通过指定传输线中包含失调轨迹，将线路断电命令输出到被指定传输线的电路断路器。
所以，根据上述的实施例，当利用两个不同的失调判定装置24、34的判定结果判定存在失调时，能够十分准确地对失调作出判定，提高了可靠性。
图14是表明本发明的电力系统失调预测方法和电力系统失调预测装置的第七实施例的方块图。
本失调预测装置的模-数转换单元10设有滤波器12、14、取样保持装置15、16、多路传输器17和A/D转换器18，它将多路传输器17的模拟电压和电流转变为数字电压和电流并将其存储到数字处理单元20中的取样数据存储装置51中。
此外，失调预测装置中的数字处理单元20设有相位角差计算装置53，它根据式(1)和(2)利用存储在取样数据存储装置51中的电压Vm-3、Vm和电流Im-3、Im获得有效电压值V和有效电流值I并将它们存储到有效值数据存储装置25中；另一方面，它根据式(3)和(4)计算相位角差θ并将其存储到相位角差数据存储装置52中。数字处理单元20还设有参数估计装置54以及相位角差预计装置55，前者利用多个过去时刻，包括当前时刻的相位角差估计诸如二次预计方程式中的相位角差参数；后者利用诸如二次预计方程式(它有参数估计装置54估计的参数)预计未来的相位角差θ。数字处理单元20进一步设有失调预测装置56和显示单元29，其失调预测装置56中存有85°-90°的θc判据，它把θ≥θc时规定为未来时间，通过把相位角差预计装置55预计的相位角差θ与判据θc进行比较对失调作出预测，
接着，将描述上述这种装置的工作。
滤波器12、14、取样保持装置15、16、多路传输器17和A/D转换器18的工作如上所述，这里对其说明从略。
相位角差计算装置53利用顺次取样的电压Vm-3、Vm和电流Im-3、Im，根据式(1)和(2)获得有效电压值V和有效电流值I，然后利用式(3)和(4)计算相位角差θ并将其存储到相位角差数据存储装置52中。这里，由于相位角差θ能够用下面的方程式(26)表示，在这种情况下，二次预计方程式采用多个过去时刻，包括当前时刻，如t-2Δt、t-Δt、t的相位差θt-2Δt、θt-Δt、θt，如图15所示。
θ＝a·t2+b·t+c                                (26)
参数估计装置54估计这个二次预计方程式中的参数a、b、c并将估计的参数a、b、c存储到相位角差数据存储装52中。这个估计方法采用了最小二乘方法。
在按照如上所述估计参数a、b、c后，为了得到未来时间tf的相位角差θ，通过用时间tf代替方程式(26)中的t，利用方程式(26)，相位角差预计装置55能够计算出从当前时间经过时间T后的时刻tf的预计相位角差θf。因此，当预计相位角差θf达到判据θc85°-90°时，能够获得未来时刻tf。
这里，通过替换方程式(26)中的θ，得到方程式(27)。
θc＝a·t2+b·t+c                        (27)
通过对方程式(27)进行变形，将其表示为
0＝a·t2+b·t+(c-θc)                    (28)
当对这个二次方程求解时，得到方程(29)
t＝-b/2a±{b2-4a(c-θc)}1/2/2a           (29)
这里，如果
α2＝b2-4a(c-θc)                        (30)
那么得到预计相位角差θf为θc(＝90°)时的时间tf，为
tf＝(-b+α)/2a                           (31)
所以，假设当前时间为t，通过下式获得当前时间t与失调预计时间tf之间的时间差T，失调预测装置56能够预计发生失调时的时间tf：
T＝tf-t                                  (32)
因此，根据上述实施例，从取样电压和电流获得过去多个时刻的相位角差后，从这些相位角差可估计二次预计方程式中的参数，利用含有这些参数的这个二次方程式，预计未来发生失调的时间。因此，能够提早采取防范措施，从而事先防止同步损失延伸到其它发电机。
图16是表明本发明的电力系统失调检测装置的第八实施例的方块图。由于这一装置的结构与图8所示装置的结构相似，将采用相同的标号来表示与图8所示的相同部分。
这个实施例利用正相位电压和正相位电流判定失调，不管故障方面的情况。
这个失调检测装置的模-数转换单元10设有取样保持装置15，对经过电压变压器11和滤波器12的母线21的各相电压进行保持；取样保持装置16，对经过电流变压器13和滤波器14的传输线的各相电流进行保持；多路传输器17，获取这些经取样保持的电压和电流；以及A/D转换器18，将多路传输器17获取的各相的电压和电流转变为各相的数字电压Va、Vb、Vc和数字电流Ia、Ib、Ic，并将它们存储到数字处理单元20中的取样数据存储装置21中。
在本失调检测装置的数字处理单元20中，正相位分量转换器58利用各相的电压Va、Vb、Vc和电流Ia、Ib、Ic计算正相位电压和正相位电流并将其存储到正相位分量数据存储装置59中。
在正相位分量转换器58的输出端，设有相位角差计算装置22，它获得正相位电压与正相位电流之间的相位角差θ并将其存入相位角差数据存储装置23；以及失调判定装置24，当相位角差θ在各个测量间隔中的变化量Δθ低于检测相位角突然变化的预定阈值ε时，通过将相位角差θ与事先设定的判据θc进行比较，对失调作出判定。进一步设有阻抗计算装置26，当利用这个失调判定装置24判定失调时，它利用正相位电压和正相位电流计算确定传输线3中产生失调轨迹的地方的阻抗；失调传输线指定装置27，它利用阻抗计算装置26算出的阻抗和事先已知的传输线的单位距离阻抗，通过计算距离指定传输线包含失调轨迹；线路断电控制装置60，它通过断开被指定传输线上的电路断路器42断开传输线；以及传输线指定数据存储装置28，它存储指定其上产生失调轨迹的传输线所需的各种数据。
接着，将说明上述装置的工作情况。
多路传输器17依次地获取各相的电压和电流并将其送至A/D转换器18。A/D转换器18将多路传输器17获取的各相的电压和电流转变为各相的数字电压Va、Vb、Vc和数字电流Ia、Ib、Ic，并将它们存储到取样数据存储装置21中。
然后，利用存储在取样数据存储装置21中的各相电压Va、Vb、Vc，正相位分量转换器58根据下列计算方程式将其转换成正相位电压V1并将其存入正相位分量数据存储装置59中。
V1＝Va+α·Vb+β·Vc                          (33)
式中，系数α、β为：
α＝cos(2π/3)+j·sin(2π/3)                  (34)
β＝sin(-2π/3)+j·sin(2π/3)                 (35)
正相位分量转换器58还以类似的方式将各相的电流Ia、Ib、Ic转换成正相位电路I1并将其存入正相位分量数据存储装置59中。
按照如上所述转换成正相位电压V1和正相位电流I1后，相位角差计算装置22计算存储在正相位分量数据存储装置59中的正相位电压V1与和正相位电流I1之间的相位角差θ，并将其存入相位角差数据存储装置23。
此后，利用预定的判据θc，当存储在相位角差数据存储装置23中的相位角差θ从方程式(9)和(10)所示的条件1变为条件2时，失调判定装置24判定为失调。此外，在条件1的状态中，电力系统被判定为处于稳定状态，失调判定装置24利用从正相位电压V1和正相位电流I1获得的相位角差θ下一次重复判定存在失调。
当系统被判定为处于失调状态时，利用阻抗计算装置26和失调传输线指定装置27，指定包含失调轨迹的传输线。
由此，当传输线两端的电压之间的相位角差为180°时，在传输线的某处将出现电压为0的点，即失调轨迹。图7(a)示出传输线两端的电压VN与VM之间的相位角差为180°时的电压分布图，图中所示的A点为电压为0的失调轨迹点。图7(b)示出电压与电流之间的矢量关系图。现在，当传输线两端的电压VN与VM之间的相位角差为180°时，将会出现电压幅度为0的点。根据方程式(13)从例如传输线的电压VN和电流I计算到达失调轨迹的阻抗后，能够基于这一阻抗计算值获得从母线N到失调轨迹的距离。
由于方程式(12)所示的关系对有关传输线上产生失调轨迹的点能够满足，当正相位电压V1与正相位电流I1间的相位角差为90°时，如图7(b)所示，阻抗计算装置26能够根据式(13)计算阻抗Z。
此外，如果传输线的电阻r小于其电抗X，如方程式(14)所示，电抗X变为X＝V/jI。尽管如此，假设相位角差为90°，当其落在规定的范围内，如85°-90°时，也能够采用正相位电压V1和正相位电流I1。
在按照如上所述获得阻抗Z后，失调传输线指定装置27指定产生失调轨迹的点是否位于从它测量正相位电压和正相位电流的传输线上。首先，把传输线的单位长度阻抗值u存入传输线指定数据存储装置28中。假设这个阻抗值u为(r+jX)，利用这个单元长度阻抗值u和阻抗计算装置26算出的阻抗Z，根据计算式(15)，可计算从母线N到产生失调轨迹的点的距离。所以，当忽略传输线的电阻r时，得到方程式(16)中所示的d＝X/x。
这里，失调传输线指定装置27从传输线指定数据存储装置28中读出母线N、M之间的传输线长度L，并将传输线长度L与距离d进行比较。如果满足式(17)所示的关系d≤L，那么距离d在传输线长度L之内，因此判定失调轨迹的点处于传输线长度L之内。相反，满足式(18)所示的关系d＞L的话，显然，失调轨迹远离传输线长度L。
所以，当指定含有失调轨迹点的传输线时，线路断电控制装置60输出一条断开传输线的命令。
因此，根据上述实施例，当正相位电压与正相位电流间的相位角差θ为90°时，利用此时的正相位电压和电流，计算到达传输线上电压为0的特定点(失调轨迹)的阻抗。此后，根据这一阻抗计算值和预定的传输线单位长度阻抗值，获得到达失调轨迹点的距离。然后，将这一距离与传输线的总长进行比较，如果失调轨迹处于与母线连接的被指定传输线长度之内，那么断开传输线。因此，由于在解除非平衡故障后存在相位电流为0的传输线，能够利用正相位电压和正相位电流指定传输线含有失调轨迹并断开传输线，不管故障方面的情况。
图17是表明本发明的电功率失调预测装置的第八实施例的方块图。
在图17中，用相同的标号表示与图1和14所示的相同部分，对其详细描述从略。
本失调预测装置设有上述的以标号11-18、21-23和25表示的部分元件。此外，本失调预测装置的数字处理单元20还设有相位角差参数估计装置61，如果相位角差是由例如二次预计方程式表示的，基于方程式(26)和图15，它利用相位角差计算装置22获得的过去多个时刻的相位角差，估计二次预计方程式中的参数a、b、c；以及相位角差预计装置62，它利用例如由相位角差参数估计装置61估计的二次预计方程式中的参数a、b、c，预计未来时间的相位角差。数字处理单元20进一步设有电压幅度值估计装置63，它根据存储在有效值数据存储装置25中的电压而估计电压幅度值；电压幅度参数估计装置64，它根据由电压幅度值估计装置63在固定间隔上所估计的当前电压幅度值而估计电压参数；以及电压幅度值预计装置65，它利用电压幅度参数估计装置64所估计的电压参数而预计电压幅度值。数字处理单元20进一步还设有电流幅度值估计装置66，它根据存储在有效值数据存储装置25中的电流估计电流幅度值；电流幅度参数估计装置67，它根据由电流幅度值估计装置66在固定间隔上所估计的当前电流幅度值而估计电流参数；以及电流幅度值预计装置68，它利用电流幅度参数估计装置67所估计的电流参数而预计电流幅度值。
此外，本失调预测装置的数字处理单元20设有失调预计装置69，它利用相位角差预计装置62所预计的相位角差θ和预定在85°-90°范围内的判据θc预计失调；失调判定装置70，它根据失调预计装置69的预计值判定存在失调；失调轨迹估计装置71以及线路断电控制装置72，它断开包含失调轨迹的传输线。
接着，将说明上述装置的工作情况。
在利用取样保持装置15、16高速地对电压和电流进行取样后，通过多路传输器17，由A/D转换器18依次将经取样的电压和电流转变为数字电压和电流并存入取样数据存储装置21中。然后，相位角差计算装置22根据式(1)和(2)，利用在例如600Hz(30°)获取的电压Vm-3、Vm和电流Im-3、Im，获得有效电压值V和有效电流值I，并将其依次存入取样数据存储装置21以及将它们存入到有效值数据存储装置25中；另一方面，利用式(3)和(4)获得相位角差θ并将其存入相位角差存储装置23中。然后，由相位角差参数估计装置61估计相位角差参数。
在采用二次预计方程式的情况下，相位角差θ能够用下面的方程式(26)表示。利用多个过去时刻，包括当前时刻，如t-2Δt、t-Δt、t的相位差θt-2Δt、θt-Δt、θt，如图15所示，相位角差参数估计装置61估计这个二次预计方程式中的参数a、b、c。
θ＝a·t2+b·t+c                           (36)
这个估计方法采用了最小二乘方法。
在按照如上所述估计参数a、b、c后，相位角差预计装置62执行功能。为了获得未来时间tf的相位角差θ，相位角差预计装置62用时间tf替代方程式(36)中的t，并利用方程式(36)预计从当前时间t经过时间T后到时间tf时的相位角差θf是否达到判据θc为85°-90°。
另一方面，利用存储在有效值数据存储装置25中的有效电压值V，电压幅度值估计装置63根据下式估计电压幅度值Vm： Vm = 2 V - - - ( 37 )
此后，通过插入当前时间t之前在固定间隔上估计的电压幅度值Vm，如图18(a)所示，电压幅度参数估计装置64从下列预计方程式估计参数d、e、f。对于这种估算，采用诸如最小二乘方法的已知方法。此外，利用预计参数d、e、f，电压幅度值预计装置65根据下式预计电压幅度值Vm：
Vm＝d·t2+e·t+f                             (38)
此外，利用存储在有效值数据存储装置25中的有效电流值I，电流幅度值预计装置66以与方程式(37)相同的方式估计电流幅度值Im。然后，通过插入当前时间t之前在固定间隔上估计的电流幅度值Im，如图18(b)所示，电流幅度参数估计装置67从下列预计方程式估计参数g、h、i。对于这种估算，采用诸如最小二乘方法的已知方法。此外，利用预计参数g、h、i，电流幅度值预计装置68根据下式预计电流幅度值Im：
Im＝g·t2+h·t+i                               (39)
此外，失调预计装置69用θc替代式(36)中的相位角差θ，当利用式(27)-(31)能够预计失调时，在获得未来时间tf后，如果当前时间为t，当能够用下式预计失调时，得到当前时间t与未来时间tf之间的时间差T：
T＝tf-t                                        (40)
然后，失调判定装置70判定系统是否从预计的时间tf变为失调。如果判定系统在预计时间tf时不变为失调，根据下一次的取样数据再次重复进行一系列的过程。
另一方面，当失调判定装置70判定为失调时，如图18(a)所示，通过用tf替代含有参数d、e、f的方程式(38)中的t，失调轨迹估计装置71从电压幅度值预计装置65获得未来时间tf的电压幅度值Vp。此外，如图18(b)所示，通过用tf替代含有参数g、h、i的方程式(39)中的t，失调轨迹估计装置71还从电流幅度值预计装置68获得未来时间tf的电流幅度值Ip。
然后，利用预计电压Vp和预计电流Ip，失调轨迹估计装置71从下面的计算式中计算电抗X(见图19)：
Vp＝-Ip·X                                    (41)
此外，由于传输线的单位长度阻抗的电抗值u被存储在传输线指定数据存储装置73中，失调轨迹估计装置71利用电抗X和u，根据下式(42)获得从测量点的距离。
d＝X/u                                        (42)
所以，失调轨迹估计装置71从传输线指定数据存储装置73中读出母线N与M之间传输线的长度L，并将该传输线的长度L与距离d进行比较。如果满足d≤L的关系，它判定在传输线L中含有失调轨迹。如果处于d＞L的关系，可以看到，失调轨迹远离传输线L。
然而，当考虑到误差影响时，如果它们维持d≤αL(例如，α＝0.95)关系，那么，判定在测量电压和电流的传输线中存在失调轨迹。
因此，在指定含有失调轨迹的传输线时，线路断电控制装置72向安装在存在失调轨迹的传输线上的电路断路器42发出一条断开传输线的命令。
所以，根据上述实施例，利用未来时间点tf的相位角差、电压和电流，能够提早断开传输线，从而能够事先防止诸如负载下降导致电压下降的不利后果。
根据上述的本发明，可获得以下所述的各种效果。
根据权利要求1-3所述的本发明，通过测量电力系统中包含母线的传输线的电压和电流，无需如前设置不同的取样或者采用专门的数据通信装置，能够以高准确度对失调作出判定。
根据权利要求4和5所述的本发明，通过测量电力系统中包含母线的传输线的电压和电流，无需如前设置不同的取样或者采用专门的数据通信装置，能够获得到达传输线失调轨迹的的阻抗。
根据权利要求6所述的本发明，能够方便地判定在电力系统中在与母线连接的特定传输线上是否存在失调。
根据权利要求7所述的本发明，根据传输线连接母线电功率的极性反转，方便地判定电力系统中传输线两端发电机组的失调。
根据权利要求8和9所述的本发明，能够事先预计电力系统变为失调的时间，提早采取所需防范措施，预先防止同期损失延伸到其它发电机。
根据权利要求10所述的本发明，尽管在消除故障后传输线的相位电流可以变为0，利用正相位电压和电流，能够判定电力系统中的失调，与故障方面的情况无关。
根据权利要求11所述的本发明，由于预计方程式的参数是根据多个时间点上包含母线的传输线电压和电流估计的，失调是利用含有估计参数的预计方程式预计的，能够断开传输线并防止诸如电压下降导致负载下降的不利后果。
显然，借助于以上教导能够对本发明作出许多改进和改变。因此，应当明白，本发明在所附权利要求书的范围内，而不仅以此处具体说明的方式实施。

Claims (11)

1.一种检测传输线两端连接有两个功率系统的电力系统失调的方法，其特征在于所述的方法包括下列步骤：
获取电压和电流的步骤，以固定间隔获取所述电力系统的电压和电流；
计算相位角差的步骤，计算所述电压和电流获取步骤中获取的所述电压与所述电流之间的相位角差；及
判定失调的步骤，接收所述的相位角差、获得每个测量间隔中所述相位角差的变化量、当所述相位角差的所述变化量低于检测相位角突然变化的预定阈值以及所述相位角差高于预定的失调判定相位角差时判定在所述电力系统的所述两个功率系统之间出现失调。
2.一种检测传输线两端连接有两个功率系统的电力系统失调的装置，其特征在于所述的装置包括：
电压和电流获取装置，以固定间隔获取所述电力系统的电压和电流；
相位角差计算装置，计算所述电压和电流获取步骤中获取的所述电压与所述电流之间的相位角之差；及
失调判定装置，接收所述的相位角差、获得每个测量间隔中所述相位角差的变化量、当所述相位角差的所述变化量低于检测相位角突然变化的预定阈值以及所述相位角差高于预定的失调判定相位角差时判定在所述电力系统的所述两个功率系统之间出现失调。
3.一种检测传输线两端连接有两个功率系统的电力系统失调的装置，其特征在于所述的装置包括：
电压和电流获取装置，以固定间隔获取所述电力系统的电压和电流；
取样装置，以短于所述电压和电流基本周期的间隔对所述电压和电流获取装置获取的所述电压和所述电流进行取样；
相位角差计算装置，计算所述电压和电流获取步骤中获取的所述电压与所述电流之间的相位角之差；及
失调判定装置，接收所述的相位角差、获得每个测量间隔中所述相位角差的变化量、当所述相位角差的所述变化量低于检测相位角突然变化的预定阈值以及所述相位角差高于预定的失调判定相位角差时判定在所述电力系统的所述两个功率系统之间出现失调。
4.如权利要求3所述的装置，其特征在于进一步包括：
阻抗计算装置，利用所述电力系统被判定为失调时的所述有效电压值和所述有效电流值，计算到达所述传输线上所述电压为0的点的阻抗，从而获得所述电力系统的失调轨迹。
5.如权利要求4所述的装置，其特征在于进一步包括：
失调传输线指定装置，利用所述阻抗计算装置算出的所述阻抗和所述传输线的单位长度阻抗计算距离并基于所述距离指定所述传输线含有所述失调轨迹。
6.一种检测传输线两端连接有两个功率系统的电力系统失调的方法，其特征在于所述的方法包括下列步骤：
获取电压和电流的步骤，以固定间隔获取所述电力系统的电压和电流；
计算相位角差的步骤，计算所述电压和电流获取步骤中获取的所述电压与所述电流之间的相位角差；
判定失调的步骤，接收所述的相位角差、获得每个测量间隔中所述相位角差的变化量、当所述相位角差的所述变化量低于检测相位角突然变化的预定阈值以及所述相位角差高于预定的失调判定相位角差时判定在所述电力系统的所述两个功率系统之间出现失调；及
计算阻抗的步骤，利用所述电力系统被判定为失调时的所述电压和所述电流，计算到达所述传输线上所述电压为0的点的阻抗，从而获得所述电力系统的失调轨迹。
7.一种检测传输线两端连接有两个功率系统的电力系统失调的装置，其特征在于所述的装置包括：
电压和电流获取装置，以固定间隔获取所述电力系统的各相的电压和电流；
电功率处理装置，利用所述电力系统的各相的所述电压和所述电流计算各相有功功率，通过将各相的所述有功功率相加计算总有功功率；及
失调判定装置，从所述电功率处理装置接收所述总有功功率和从所述电压和电流获取装置接收所述各相电流中的一个相电流，当所述电流中的一个电流从上升趋势变为下降趋势并且所述总有功功率极性反转时判定在所述电力系统的所述两个功率系统之间出现失调。
8.一种预测传输线两端连接有两个功率系统的电力系统失调的方法，其特征在于所述的方法包括下列步骤：
获取电压和电流的步骤，以固定间隔获取所述电力系统的电压和电流；
计算相位角差的步骤，计算所述电压和电流获取步骤中获取的所述电压与所述电流之间的相位角差；
估计参数的步骤，利用所述相位角差计算步骤算出的多个所述相位角差，估计预计未来相位角差的预计方程式中的参数；
预计相位角差的步骤，利用所述参数估计步骤估出的所述参数获得预计方程式，由此预计未来时间的未来相位角差；及
预计失调的步骤，接收所述的未来相位角差，当所述相位角差预计步骤预计的所述未来相位角差达到预定失调判定相位角时，预测未来预期的失调时间。
9.一种预测传输线两端连接有两个功率系统的电力系统失调的装置，其特征在于所述的装置包括：
电压和电流获取装置，以固定间隔获取所述电力系统的电压和电流；
相位角差计算装置，计算所述电压和电流获取步骤中获取的所述电压与所述电流之间的相位角之差；
参数估计装置，利用所述相位角差计算步骤算出的多个所述相位角差，估计预计未来相位角差的预计方程式中的参数；
相位角差预计装置，利用所述参数估计装置估出的所述参数获得所述预计方程式，由此预计未来时间的相位角差；及
失调预计装置，接收所述的未来相位角差，预计所述相位角差预计装置预计的所述未来相位角差达到预定失调判定相位角时的未来预期的失调时间。
10.一种检测传输线两端连接有两个功率系统的电力系统失调的装置，其特征在于所述的装置包括：
电压和电流获取装置，以固定间隔获取所述电力系统的各相电压和电流；
正相位分量转换装置，将所述电压和电流获取装置获取的所述电力系统各相所述电压和所述电流转换成正相位电压和正相位电流；
相位角差计算装置，计算所述正相位电压与所述正相位电流之间的相位角差；
失调判定装置，接收所述的相位角差、获得每个测量间隔中所述相位角差的变化量、当所述相位角差的所述变化量低于检测相位角突然变化的预定阈值以及所述相位角差高于预定的失调判定相位角差时判定在所述电力系统的所述两个功率系统之间出现失调；
阻抗计算装置，利用所述电力系统被判定为失调时的所述正相位电压和所述正相位电流，计算到达所述传输线上所述电压为0的点的阻抗，从而获得所述电力系统的失调轨迹；及
失调传输线指定装置，利用所述阻抗计算装置算出的所述阻抗和所述传输线单位长度阻抗计算距离，基于所述距离指定含有所述失调轨迹的所述传输线。
11.一种预测传输线两端连接有两个功率系统的电力系统失调的装置，其特征在于所述的装置包括：
电压和电流获取装置，以固定间隔获取所述电力系统的电压和电流；
相位角差计算装置，计算所述电压和电流获取装置获取的所述电压与所述电流之间的相位角差；
相位角差参数估计装置，利用所述相位角差计算装置算出的多个所述相位角差，估计预计未来相位角差的相位角差预计方程式中的相位角差参数；
相位角差预计装置，利用所述相位角差参数估计装置估出的所述相位角差参数获得所述相位角差预计方程式，由此预计未来的相位角差；
失调预计装置，接收所述未来相位角差，当所述相位角差预计装置预计的所述未来相位角差达到预定失调判定相位角差时，预测未来预期的失调时间；
失调判定装置，基于所述的未来预期的失调时间，判定在所述电力系统的所述两个功率系统之间出现失调；
电压幅度值估计装置，估计所述电压和电流获取装置获取的所述电压的电压幅度值；
电压幅度值参数估计装置，利用所述电压幅度值估计装置估出的多个所述电压幅度值，估计预计未来电压幅度值的电压幅度值预计方程式中的电压幅度值参数；
电压幅度值预计装置，利用所述电压幅度值参数估计装置估出的所述电压幅度值参数获得所述电压幅度值预计方程式，由此预计未来时间的未来电压幅度值；
电流幅度值估计装置，估计所述电压和电流获取装置获取的所述电流的电流幅度值；
电流幅度值参数估计装置，利用所述电流幅度值估计装置估出的多个所述电流幅度值，估计预计未来电流幅度值的电流幅度值预计方程式中的电流幅度值参数；
电流幅度值预计装置，利用所述电流幅度值参数估计装置估出的所述电流幅度值参数，获得所述电流幅度值预计方程式，由此预计未来时间的未来电流幅度值；及
失调轨迹估计装置，利用所述电力系统被判定为失调时的所述未来电压幅度值和所述未来电流幅度值，估计失调轨迹是否包含在所述传输线中，从而获得所述电力系统的失调轨迹。
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