對電能供應網的監視的製作方法

2023-10-07 02:47:49

專利名稱：對電能供應網的監視的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種用於監視電能供應網的方法，其中在能量供應網中的至少兩個測量位置處檢測表徵該電能供應網的狀態的測量值並且向每個測量值分配說明檢測該測量值的時刻的時間戳。本發明還涉及一種相應的監視系統和一種用於在這樣的監視系統中使用的調度臺設備。
背景技術：
為了保證電能供應網的順利和安全的運行，在所謂的電網調度臺中針對電網狀態監視電能供應網的特徵測量值，以確定該能量供應網是處於其按規定的運行狀態還是處於臨界狀態。為此，藉助合適的互感器在電能供應網的選擇的測量位置處檢測電氣測量參數的測量值，所述電氣測量參數例如是電流，電壓，功率和頻率，並且通常將這些測量值以數字形式輸送給電網調度臺以進行分析和觀察。為了保證各個測量值相互之間的時間關係， 通常向記錄的測量值添加所謂的時間戳，即時刻信息數據，該時間戳例如說明檢測測量值的時刻。這樣的時間戳例如可以用毫秒的精度來分配。隨著在檢測測量值時測量位置的數量增加和採樣間隔的縮短，由電網調度臺中的操作人員監視的測量值的數量在最近幾年中快速增加，並且預期在將來還會經歷進一步的增加。尤其是在將能量供應網擴建為所謂的「智能網格」的情況下，測量值積累到比用於能量供應網的常規監視系統的測量值數量超出多個數量級的數量。在此，測量值例如用所謂的相量測量設備或Wiasor Measurement Units(PMU)檢測為複數的電流或電壓相量，其包括關於要在電能供應網的相應測量位置處測量的測量參數的幅度和相位角的說明。這樣的相量測量值用高的採樣速率檢測，以例如更精確地識別負荷流和可能的電網振蕩，並且必要時引入適用於預防預告的不穩定狀態的防範措施。如上所提到的，對電網調度臺中的操作人員來說一個很大的難題在於，在待了解的測量位置和所屬的測量值數量很大的情況下能關於電能供應網的當前穩定性給予可靠的說明。

發明內容
因此本發明基於以下任務，即提供一種用於監視電能供應網的方法，其中尤其是在電能供應網的待監視的測量位置的數量很大時以簡單的方式給出關於整個電能供應網的穩定性的說明。為了解決該任務，根據本發明提出一種開頭所述類型的方法，其中通過以下方式使得每個測量值與一個參考值相關，即確定相應測量值與參考值之商以形成歸一化測量值。此外，為每個測量值提供至少一個閾值，所述至少一個閾值說明這樣的閾值，從高於該閾值或低於該閾值開始就在相應測量位置處進入能量供應網的臨界狀態，並且通過以下方式使得每個閾值與所屬測量值的參考值相關，即確定相應的閾值與參考值之商以形成歸一化閾值。確定每個歸一化閾值與其所屬的歸一化測量值之差以形成歸一化差值，其中在將多個閾值用於單個測量值的情況下假設歸一化差值是所述差的最小絕對值。分別將以下對於相應測量位置確定的歸一化差值經歷統計分析，這些歸一化差值的測量值具有一致的時間戳。對於通過所述時間戳說明的每個時刻，形成值1與相應統計分析的結果之差以形成說明能量供應網的狀態的狀態函數的時間走向，並且在能量供應網的調度臺設備中顯示該狀態函數以監視能量供應網。因此，在本發明的方法中，首先以合適的方式進一步處理每個測量位置的測量值， 使得這些測量值可相互比較。為此一方面利用相應參考值執行歸一化，另一方面通過與相應的歸一化閾值形成差來確定可以說是在相應測量位置處的每個單獨的測量參數與能量供應網的臨界狀態之間的距離。在對測量值的進行準備的進一步處理之後，以有利的方式將所有具有一致的時間戳的測量值、也就是所有在相同時刻用不同的測量設備在能量供應網中記錄的測量值經歷統計分析，由該統計分析的結果推導出狀態函數的走向，電網調度臺的操作人員藉助該走向可以以有利的方式獲得關於整個電能供應網的穩定性的簡單概貌。本發明方法的另一個優點在於，通過所選擇的對各個測量值的預處理方式不僅能將同一個測量參數的測量值、即例如僅電壓測量值或僅電流測量值設置為相互相關；而且甚至可以將不同測量參數的測量值用於形成狀態函數。由此，為了形成狀態函數可以使用比較大的資料庫，該資料庫允許對電能供應網的總狀態進行可靠的說明。本發明方法的一種有利實施方式在於，作為統計分析執行最小值函數，該最小值函數輸出歸一化差值的最小值作為結果。通過使用這樣的統計分析，可以說識別了電能供應網的局部穩定性，因為通過選擇最小的歸一化差值總是精確地將其狀態是最臨界的那個測量值用於形成狀態函數。替換或附加的，根據另一有利的實施方式規定，作為統計分析執行平均值函數，該平均值函數輸出歸一化差值的平均值作為結果。通過這種方式可以說用狀態函數來映射能量供應網的全局穩定性，因為狀態函數說明在所有測量位置上平均的電能供應網的狀態。特別有利的是，在調度臺設備中確定和顯示針對兩種所述統計分析的狀態曲線，從而通過調度臺的操作人員既可以看到電能供應網的局部狀態又能看到全局狀態。本發明的另一種有利實施方式在於，利用相量測量設備在測量位置上檢測測量值。如開頭已經提到的，利用這樣的相量測量設備或相量測量單元(PMU)檢測大量的測量值並且轉發給電網調度臺，從而通過在本文中採用本發明的方法通過改善電能供應網的操作人員的縱覽給出了特別大的優點。此外在本文中可以規定，測量值是電流相量測量值、電壓相量測量值或從它們導出的測量值。本發明方法的另一有利實施方式規定，監視狀態函數的走向，並且當該走向超過值1時輸出報警信號。由此可以當狀態曲線超過值1時自動向操作人員報警，因為在這情況下可以推斷在電能供應網中的至少一個測量位置上存在臨界狀態。本發明方法的另一有利實施方式規定，監視狀態函數的走向，並且當所述走向接近值1時輸出警告信號。通過這種方式可以當狀態函數的走向接近值1時，提前警告操作人員。為此例如可以選擇具有值0.9的警告閾值，在超過該值時輸出警告信號。警告閾值的選擇可以任意進行，並且可以由電能供應網的操作者針對相應的使用目的來適配。通常，電能供應網中的負荷流不是隨時間恆定的，而是例如根據時亥lj、工作日和季節以顯著的程度變化。由此存在出現非常強烈的電能供應網的滿負荷的時間，因為在這些時間有特別多的耗電器在運行。在這樣的峰值負荷時間，相應的測量值與其所屬的極限值接近還不一定就意味著電網在不久的將來會轉換到臨界狀態。因此，根據本發明方法的另一有利實施方式提出，針對至少兩個測量位置還形成說明在相應測量位置處的測量值的預期將來走向的預測測量值。由相應的預測測量值以及屬於對應測量值的閾值，可以通過參考對應的參考值而形成歸一化預測測量值、歸一化閾值，並且通過形成歸一化閾值與歸一化預測測量值的差而形成歸一化預測差值。具有一致的時間戳的歸一化預測差值經歷與歸一化差值相同的統計分析。最後，通過形成值1與針對相應時刻的統計分析結果的差來形成預測狀態函數，並且預測狀態函數的時間走向除了狀態函數的走向之外也在調度臺設備中顯示。該實施方式的特殊優點在於，通過形成預測狀態函數說明在相應測量位置處的相應測量值的預期將來走向，從而電網調度臺的操作人員可以通過比較實際狀態函數與預測狀態函數而推斷出是否存在實際狀態函數的非臨界(因為是預期的)增大，或者狀態函數是否取非期望的高值。在本文中例如可以規定，藉助通過測量值的前面的走向學習的神經網絡來確定預測測量值。神經網絡已經在負荷流預測中使用並且提供能復原的結果。這樣的負荷流預測方法例如由歐洲專利文獻EP1478075B1已知。對此替換的可以規定，利用說明能量供應網中將來預期的負荷流的負荷流預測， 藉助能量供應網的模型映射來執行對能量供應網的特性的模擬，由該模擬推導出對相應於預期的負荷流的相應測量位置有效的測量值，並且將推導出的測量值用作預測測量值。在本文中為了進一步提高所計算的預測測量值的精度，還規定也將發電站使用規劃用於模擬電能供應網的特性，該發電站使用規劃基於負荷流預測說明了在將來的時間段期間對電能供應網的能量產生單元的調節。替換上面提到的兩種用於形成預測測量值的方法，還可以規定，確定預期的環境參數，這些預期的環境參數包含至少一條關於在將來的時間段期間預期的天氣條件的信息，從具有存檔的狀態函數走向的資料庫中選擇以下走向，分配給這些走向的環境參數最大程度地與預期的環境參數一致，並且將屬於選擇的狀態函數走向的測量值用作預測測量值。本發明的另一有利實施方式規定，通過形成差將狀態函數的當前值與預測狀態函數的針對當前時刻預測的值進行比較，並且當該差的絕對值超過預定的閾值時產生第二警告信號。通過這種方式，當狀態函數的實際走向明顯偏離其預期走向時，自動警告電網調度臺的操作人員。上述任務還通過一種用於電能供應網的監視系統解決，該監視系統具有用於在能量供應網的至少兩個測量位置處檢測說明該電能供應網的狀態的測量值的測量設備以及與測量設備通信連接以傳輸測量值的調度臺設備，其中所述監視系統被設計為為了監視能量供應網而執行根據上述實施方式的方法。此外該任務通過一種調度臺設備解決，該調度臺設備構成為在相應構成的監視系統中監視電能供應網。


下面應當藉助實施例詳細解釋本發明。為此圖1示出用於電能供應網的監視系統的示意性概貌，圖2示出用於解釋監視電能供應網的流程的示意性方法流圖，圖3示出在調度臺設備中顯示狀態函數的第一實施例，圖4示出在調度臺設備中顯示狀態函數的第二實施例，以及圖5示出在調度臺設備中顯示狀態函數的第三實施例。
具體實施例方式圖1示出用於為了清楚起見本身未示出的電能供應網的監視系統10。在此，在電能供應網的不同測量位置處設置了測量設備Ila至llh，利用這些測量設備可以記錄表徵在相應測量位置處的電能供應網狀態的測量值。但是在此，每個測量設備不必強迫地設置在電能供應網的不同測量位置處；而是也可以將兩個測量設備例如測量設備Ila和lib設置在相同的測量位置處，並且在那裡檢測不同的測量參數，例如一個是電流而另一個是電壓，並且輸出相應的測量值。其它可利用測量設備檢測的、表徵能量供應網狀態的測量參數例如可以是功率、頻率或溫度。通常，通過例如進行測量值的濾波和模擬數字轉換，測量設備Ila至Ilh已經進行了測量值的預處理。在這樣的模擬數字轉換時，也為相應的數位化的測量值分配數字時間戳，也就是說明表徵各個測量值的時間(例如相應測量值的檢測時刻的時間)的信息。測量設備Ila至Ilh例如可以是所謂的遠程測控終端(Remote Terminal Units, RTUs)。但是例如也可以是設計為檢測電能供應網中的相量大小的相量測量設備或相量測量單元(PMU)。例如，可以用具有高採樣率的相量測量設備測量電流相量測量值和電壓相量測量值，它們分別包含關於在相應檢測時刻的電流和電壓的幅度和相位角的信息。測量設備的數量當然不象圖1僅示例性示出的那樣限於8，而是下面描述的用於監視電能供應網的方法適用於任意多數量的測量設備，其中所述方法的優點尤其是在測量設備的高數量方面引人注目。測量設備Ila至Ilh通過通信網絡-例如通信總線13_與調度臺設備12連接，該調度臺設備例如是在用於監視電能供應網的電網調度臺中的專門設計的數據處理設備。通信總線13可以如圖1所示設計為將測量設備Ila至Ilh直接與調度臺設備12 連接。但是在本發明的範圍中完全還可以使用具有多個平面和連接在平面之間的具有通信能力的設備的通信總線。這樣的具有通信能力的設備例如可以是能量供應網的分站中的電氣保護設備或控制設備，是確定的、用於檢測和轉發測量值的檢測設備，例如所謂的「合併單元」或專用的通信設備，例如數據通信網中的交換機或集線器。下面應當藉助圖2解釋用於監視電能供應網的方法在第一步驟21a中首先利用測量設備-例如測量設備lla(參見圖1)-在電能供應網的測量位置處通過對測量參數(例如電流)的採樣來檢測被分配了說明相應檢測時刻的時間戳t的測量值序列。作為該步驟 21a的結果，輸出被分配了時間戳的測量值ma(t)，其中下標a表徵相應的測量設備。在已知電能供應網中的部件的拓撲結構的情況下，也就是在已知地理布置的情況下，每個測量設備以及由此每個測量值(例如測量值ma(t))都被分配電能供應網中的相應測量位置。在第二步驟22a中，通過形成測量值ma(t)與參考值Ra的商，由測量值ma (t)形成
歸一化測量值
權利要求
1.一種用於監視電能供應網的方法，其中-在能量供應網中的至少兩個測量位置處檢測表徵該電能供應網的狀態的測量值；並且-向每個測量值分配說明檢測該測量值的時刻的時間戳； 其特徵在於，-通過以下方式使得每個測量值與一個參考值相關，即確定相應測量值與參考值之商以形成歸一化測量值；-為每個測量值提供至少一個閾值，所述至少一個閾值說明這樣的閾值，從高於該閾值或低於該閾值開始就在相應測量位置處進入能量供應網的臨界狀態，-通過以下方式使得每個閾值與所屬測量值的參考值相關，即確定相應的閾值與參考值之商以形成歸一化閾值；-確定每個歸一化閾值與其所屬的歸一化測量值之差的絕對值以形成歸一化差值，其中在將多個閾值用於單個測量值的情況下假設歸一化差值是所述差的最小絕對值；-分別將對於相應測量位置確定的、具有一致的時間戳的那些歸一化差值進行統計分析；-對於通過所述時間戳說明的每個時刻，形成值1與相應統計分析的結果之差以形成說明能量供應網的狀態的狀態函數的時間走向；以及-在能量供應網的調度臺設備(1 中顯示該狀態函數以監視能量供應網。
2.根據權利要求1的方法，其特徵在於，-作為統計分析執行最小值函數，該最小值函數輸出歸一化差值的最小值作為結果。
3.根據權利要求1或2的方法，其特徵在於，-作為統計分析執行平均值函數，該平均值函數輸出歸一化差值的平均值作為結果。
4.根據上述權利要求之一的方法，其特徵在於， -利用相量測量設備在測量位置上檢測測量值。
5.根據權利要求4的方法，其特徵在於，-測量值是電流相量測量值、電壓相量測量值或從它們導出的測量值。
6.根據上述權利要求之一的方法，其特徵在於，-監視狀態函數的走向，並且當該走向超過值1時輸出報警信號。
7.根據上述權利要求之一的方法，其特徵在於，-監視狀態函數的走向，並且當所述走向接近值1時輸出警告信號。
8.根據上述權利要求之一的方法，其特徵在於，-針對至少兩個測量位置還形成說明在相應測量位置處的測量值的預期將來走向的預測測量值；-由相應的預測測量值以及屬於對應測量值的閾值，通過參照對應的參考值而形成歸一化預測測量值、歸一化閾值，並且通過形成歸一化閾值與歸一化預測測量值的差而形成歸一化預測差值；-具有一致的時間戳的歸一化預測差值經歷與歸一化差值相同的統計分析； -通過形成值1與針對相應時刻的統計分析結果的差來形成預測狀態函數；以及 -除了狀態函數的走向之外預測狀態函數的時間走向也在調度臺設備(12)中顯示。
9.根據權利要求8的方法，其特徵在於，-藉助通過測量值的前面的走向學習的神經網絡來確定預測測量值。
10.根據權利要求8的方法，其特徵在於，-利用說明能量供應網中將來預期的負荷流的負荷流預測，藉助能量供應網的模型映射來執行對能量供應網的特性的模擬；-由該模擬推導出對相應於預期的負荷流的相應測量位置有效的測量值；以及-將推導出的測量值用作預測測量值。
11.根據權利要求10的方法，其特徵在於，-也將發電站使用規劃用於模擬電能供應網的特性，該發電站使用規劃基於負荷流預測說明了在將來的時間段期間對電能供應網的能量產生單元的調節。
12.根據權利要求8的方法，其特徵在於，-確定預期的環境參數，這些預期的環境參數包含至少一條關於在將來的時間段期間預期的天氣條件的信息；-從具有存檔的狀態函數走向的資料庫中選擇以下走向，分配給這些走向的環境參數最大程度地與預期的環境參數一致；以及-將屬於選擇的狀態函數走向的測量值用作預測測量值。
13.根據權利要求8至12之一的方法，其特徵在於，-通過形成差將狀態函數的當前值與預測狀態函數的針對當前時刻預測的值進行比較；以及-當該差的絕對值超過預定的閾值時產生第二警告信號。
14.一種用於電能供應網的監視系統(10)，該監視系統包括-用於在能量供應網的至少兩個測量位置處檢測說明該電能供應網的狀態的測量值的測量設備(Ila-Ilh)；以及-與測量設備(Ila-Ilh)通信連接以傳輸測量值的調度臺設備(12)，-其中所述監視系統(10)被設計為為了監視能量供應網而執行根據權利要求1至13 之一的方法。
15.一種調度臺設備(12)，該調度臺設備構成為在根據權利要求14構成的監視系統 (10)中監視電能供應網。
全文摘要
為了尤其是在能量供應網的測量位置數量很大的情況下以簡單的方式提供關於能量供應網的穩定性的結論，提出使得每個測量值與一個參考值相關以形成歸一化測量值，為每個測量值提供閾值，所述閾值說明這樣的閾值，從該閾值開始就在相應測量位置處進入能量供應網的臨界狀態，使得每個閾值與參考值相關以形成歸一化閾值，確定每個歸一化閾值與其所屬的歸一化測量值的歸一化差值，將具有一致的時間戳的歸一化差值經歷統計分析，由該統計分析的結果形成狀態函數，以及在能量供應網的調度臺設備(12)中顯示該狀態函數。
文檔編號H02J3/24GK102498629SQ200980161460
公開日2012年6月13日 申請日期2009年9月15日 優先權日2009年9月15日
發明者A.裡特金格 申請人:西門子公司