輸電線路中的電力潮流的控制的製作方法

2023-06-05 20:46:56

專利名稱：輸電線路中的電力潮流的控制的製作方法
技術領域：
本發明涉及高壓交流傳輸系統中的電力潮流的控制，該高壓交流傳輸 系統包括動態輔助移相變壓器。
背景技術：
移相變壓器(PST )先前已知為用於控制交流輸電線路中的電力潮流。 這種PST包括用於串聯地連接或斷開變壓器的附加繞組的抽頭變換器。 通過這樣做來控制相量方向。然後，通過由>^路的不同部分所勵磁的繞組 之間的連接來將電力^M目鄰相位轉移到單個相位。在純移相變壓器中，與 源電壓正交的電壓被注入線路。
移相變壓器可用於控制並行線漆t間的分布荷載，以增加總的電力傳 輸。移相變壓器的優點是的阻塞饋電網絡中的相角差所導致的寄生電力潮 流的能力。電力可以以規定方式被分配給用電設備，並且可以避免循環的 電力潮流。
使用PST的好處是PST具有相對低的無功功率消耗。不存在次同步 諧振(SSR)的風險，且在低電流條件下也有效。
然而，使用PST呈現出慢的控制速度。抽頭變換器必須順序地經過 每個抽頭位置。每次抽頭變換是在約3-5秒內實現的。因此，PST不能在 電力擾動之後的短暫時間內以確定方式參與進來。此夕卜，頻繁的抽頭變換， 特別是在高電流務fr下，增加了對維護的需要。
抽頭變換器是機械裝置，因此慢且是M磨損的對象。其具有150kV 的最大調節電壓範圍，最大操作步驟數小於35。兩個抽頭位置之間的最 大抽頭電壓約為4000-5000V,最大額定吞吐電流約為3000-4500A。最大 功率處理能力是6000-8000kVA/抽頭，並且存在短路熱約束。小的電壓階 (voltage step )導致了較大數量的^操作。
另 一種用於控制交流輸電線路中的電力潮流的方法是使用受控串聯 補償器(CSC)。這種CSC包括一個或複數個晶閘管開關感性裝置。CSC
還可包括一個或複數個通常與電感器組合的晶閘管開關容性裝置。容性裝 置或感性裝置以並聯支路的形式與晶閘管開關連接。通過控制晶閘管開 關，將感性裝置或容性裝置與輸電線路連接或斷開。這樣，通過連接或斷 開期望數量的電感或電容或其組合來控制相量方向。由於不涉及機械開關 裝置，因此該調節是快速的。
在若干基頻周期內，csc是從全感性到全容性調節以及從全容性到
全感性調節可控的，因此其能夠作為電力擾動之後的短暫時間內的有效控
制裝置。與PST的^抽頭變換器相比，對晶閘管控制的CSC的維護的 需求並未由於頻繁的控制動作而增加。因此，CSC適用於閉環控制。
人口稠密的城市通常具有這樣的特徵有功功率和無功功率的消擬艮 大，而生產源位於遠處。這經常導致為城市饋電的傳輸線路負荷很重，並 且缺乏動態無功功率資源。

發明內容
本發明的目的3_提供一種對交流電力傳輸的電力潮流控制，該電力潮 流控制是快速的，並且不具有單獨使用PST或CSC的缺點。
本發明的另 一 目的是提供一種對交流電力傳輸的電力潮流控制，其中 克服或至少減輕了通常在城市饋電應用中發現的、具有熱約束和電壓約束 的組合的瓶頸。
本發明是基於對應用於電壓恢復支持和熱約束的不同時間尺度的認識。
根據本發明的第一個方面，拔:供了 一種用於控制高壓交流傳輸系統中 的電力潮流的方法，該高壓交流傳輸系統包括具有抽頭變換裝置的移相變 壓器，其特徵在於具有可控電抗裝置的受控串聯補償器，包括一個或若 幹個容抗階；以及控制裝置，用於協調地控制移相變壓器和受控串聯補償 器，該方法包括以下步驟在擾動之前，操作移相變壓器和受控串聯補償 器以實現系統損耗最小化；在擾動之後，操作受控串聯補償器以實現電壓 恢復支持；以及在電壓恢復之後，操作移相變壓器和受控串聯補償器中的 至少一個，以處理熱約束。
在優選實施例中，操作受控串聯補償器以實現電壓恢復支持的步驟包 括接通容抗階，這提供快速的電壓恢復，特別是在城市區域中，傳輸線路 通常負荷很重並且缺乏動態無功功率資源。
根據本發明的另 一個方面，提供了使用根據本發明的方法的一種用於 控制高壓網絡中的電力潮流的i更備、 一種電力系統、 一種計算積4呈序產品 以及一種計算機可讀介質。
通it^屬權利要求限定了另外的優選實施例。


根據以下結合附圖的詳細描述，本發明的其它特性和優點對於本領域
技術人員而言將變得更明顯，其中
圖l是根據本發明的控制設備的主電路；
圖2示出了根據本發明的設備的容性形式；
圖3是對為城市饋電的電力系統的圖示；
圖4是電壓控制邏輯的實例；
圖5是熱控制邏輯的實例；以及
圖6《—說明正常工作期間的系統損耗最小化的圖。
具體實施例方式
在下文中，將給出對本發明的優選實施例的詳細描述。
在圖1中示出了根據本發明的用於控制電力潮流的設備，其總體上表 示為10。該設備包括受抽頭變換器控制的移相變壓器(PST) 1、受控 串聯補償器(CSC) 2和控制單元3。該控制單元^l:執行計算^^呈序產品 的、基於計算機的裝置。
CSC包括第一電抗單元5，該第一電抗單元5包括容性單元8以及用 於連接和斷開該容性單元的晶閘管開關7。在圖l所示的實施例中，第一 電抗單元5還包括與晶閘管開關7串聯連接的感性單元9。感性單元9具 有改進第一電抗單元的開關性能的功能。
CSC 2還包括第二電抗單元4，該第二電抗單元4包括感性單元6以 及用於連接和斷開該感性單元的晶閘管開關7。以實例的方式示出了單個 容抗單元或感抗單元。組合任何數量的容性階(capacitive step)和感性 階(inductivestep)落入本發明的範圍之內。因此，受控串聯補償裝置可 包括複數個容性和感性電路，該容性和感性電路包括僅有容性電路和僅有
感性電路的情況。
因此認識到，可以通過不同的配置來實現csc。 csc可以包括可開 關的容性單元，通過該可開關的容性單元可以以離散的階來控制csc。
csc還可包括容性單元和感性單元的組合，因此可以以離散的階來控制
csc。可替選地，csc可以包括使得csc持續可控的複數個可升壓容性 階以及複數個感性階。因此， 一個或若干個容性階將具有低升壓能力，使 得該裝備的總體特性在次同步頻率範圍內是感性的。這減輕了次同步諧振
的風險。
在本發明的針對該應用的優選實施例中，如圖2所示，設備10包括 PST1和CSC2， CSC 2包括由JVTc7, XC2、 Xo表示的、受晶閘管控制的 容抗階。
圖3以單線線路圖的方式示出了通過許多並行路徑來為城市饋電的 電力系統。在這種情況下，設備10被安裝在具有最大剩餘熱餘量的路徑 上。該路徑通常是在遠程生產源與負載如城市之間的傳輸接口中具有最大 感抗的線路，即，自然地獲得最低負載的線路。該接口中的每個關鍵線路 配備有電流測量裝置(A， /3， /4)，通過例如光纖通信將每個電流測 量值傳送^H殳備10的控制系統。此外，可以本地或遠程地應用電壓測量 裝置(K )，並且電壓測量值可用於i殳備10的控制系統。
典型的關鍵幹擾是線路故障，然後是故障線路的永久斷開。假設電力 潮流不均衡地分配在剩餘傳輸路徑上，並且設備10安裝在^i更計成用於 獲得更多負載以避免並行路徑過載的路徑上，則控制目標的順序如下
在預擾動(pre-disturbance)期間，集中於最小化系統損耗，特別是 有功系統損耗。通常可能基於最優的電力潮流計算來從控制中心獲得設置 點。
緊接著在故障之後，為了支持電壓恢復而接通所有容性階。通過電壓 測量獲得低電壓指示和支持電壓恢復的需求。這對於具有相當大數量的例 如空調單元形式的電機負載的城市而言尤為重要。在沒有電壓恢復支持的 情況下，這些單元將趨向於停止運轉，因而變得顯著消耗無功功率，進而 可能導致局部電壓崩潰和,斷電。
當電壓被恢復時，控制目標將轉變為集中於熱約束。通過對兩個並行 線路以及安裝有設備10的,進行電流測量來獲得熱約束的ii^指示。 通過將PST的能力與容性階相組合，或者可替選地通過使用PST或容性
階的能力，來控制電力潮流，以避免安裝有設備IO的遊4聖或並行#中
的過載。此外，如果起始事件嚴重到使得不能完全消除過載，則電力潮流 可被分配以向操作員提供儘可能多的時間來採取補救動作。這通常暗示過 載被均衡地分配於並行路徑之間。
根據本發明的方法是基於對應用於電壓恢復支持和熱約束的不同時 間尺度的認識。雖然在緊接著故障清除之後的幾秒後電壓恢復是關鍵的，
但是在約數分鐘之後，通常是約20分鐘之後，熱約束成為問題。因此， 最初在故障清除之後，在應當已經提供了電壓恢復支持時，安裝有設備 10的路徑中幾秒鐘的適度過載不會導致對該路徑中的設備的破壞性溫 度。因此在大於1分鐘的時段期間，優選地是在約15-30分鐘的時段期間， 執行用於處理熱約束的操作，直到操作返回到系統損耗最小化。
圖4和圖5示出了控制邏輯的實現。在預擾動期間，即在約99%的 時間內的情況下，集中於最小化系統損耗。系統控制中心發布用於PST 的抽頭變換器的設置值(to/")以及用於可控容抗的設置值(JT"),以使 得系統損耗最小化。假i更並行路徑中的電流在限制內，則可以在圖6的圖 中指示的區域內執行系統損耗最小化，圖6示出了 X軸上的電壓K以及 Y軸上的電流的絕對值。在該上下文中，系統損耗最小化應被解釋為藉助 於例如最優電力潮流計算的、傳輸系統中的損耗最小化。
現在假設在低電壓的情況下發生線路故障，所測量的電壓量值V！降 到圖6中的閾值K曲以下，這導致信號AV2變為正，並產生信號五2，該 信號五2在故障之前為零，假設值五2= - AV2。該信號被饋給PI塊，使得 產生了信號AXy，該信號被加到設置值JT"上以使得更多的、優選為所有 的容抗RH^接通，以支持電壓恢復。在這種情況下，使得可實現快速晶閘 管開關電容是很有利的，這是因為，這樣使得能夠在幾分之一秒內實現快 速電壓恢復支持。在信號W變為負以指示低電壓的同時，閉塞信號& 變為零，以防止熱控制起作用。當電壓再次處於限制以內時，閉塞信號 fir再次變為1，從而能夠進行熱控制。如果在電壓恢復後經歷過高的電壓， 則將正信號加到AXv上以斷開容抗階，使得電壓返回到限制以內。
如果假設原始故障發生在並行線路上，並且通過永久斷開該線路而清 除了該故障，則可能需要注意熱約束。熱控制邏輯將在並行線路上測量的 電流量值U， /3, /4)以及自身路徑上的電流量值(/2)作為輸入。 將這些電流量值與以熱的方式確定的電流量值閾值進行比較。如果所有的 電流量值均在閾值之下，即，所有的Mp AI2、 M3、 ALi均是負的，則信
號E3=E4=E5=E6=0，且不再採取進一步的動作。類似地，如果閉塞信號 5產0，則不再採取進一步的動作。現在，如果超過了一個或若干個閾值， 則對應的信號￡3，五4，五5， ￡6將取正值。將這些信號相加，其中對應 於並行路徑的五3， ￡5，五6為正號，對應於自身路徑的五4為負號。通過 常量&， K4來調整這些信號相對於過載的權重。如果總和￡7 為正，則指示應該增加經過i殳備10的電力潮流(電流)，>^之，如果該總 和為負，則應當減小電力潮流(電流)。假設閉塞信號5產1，則對信號 五7求積分並與增益-《x相乘，使得產生信號AXT,並將該信號AXi加到 設置值JT"上，以減輕過載。現在，只要實際電抗JT"""處於其物理最大 限制和物理最小限制的範圍之內(與這些限制之間具有一定的小裕度S )， 則閉塞信號醜鄉=0就可以防止任何抽頭變換器動作。當可控電抗處於限制 處時，則閉塞信號5岬=1，抽頭變換器開始起作用，以減輕剩餘的過載。
當操作員對狀況進行了評估，並使系統返回到安全狀態以使得系統可 以重新承受擾動而不發生級聯斷電時，信號AXv、 AXT和AtapT被手動地 (但是遠程地)復位為零，使得可以通過發布設置值JT"、 to/"而再繼續 系統損耗最小化模式。
已經描述了根據本發明的方法和設備的優選實施例。應當理解，可以 對這些實施例進行變化，而不背離本發明的構思。因此，可以在沒有與晶 閘管橋串聯連接的電感器的情況下實現容抗階。
應當強調的是，參照圖4和圖5所描述的控制邏輯的實例並不是限制 性的。例如，當處理熱約束時，可以首先控制PST，並在其達到其限制時 轉而控制可控電抗。類似地，可以設計熱控制邏輯，使得PST和可控電 抗共同負責熱控制，而不需要在其中一個開始起作用之前另 一個處於限制 內。
權利要求
1. 一種用於控制高壓交流傳輸系統中的電力潮流的方法，該交流傳輸系統包括具有抽頭變換裝置的移相變壓器(1)，其特徵在於:具有可控電抗裝置的受控串聯補償器(2)，包括一個或若干個容抗階；以及控制裝置(3)，用於協調地控制移相變壓器和受控串聯補償器，所述方法包括以下步驟:-在擾動之前，操作移相變壓器和受控串聯補償器以實現系統損耗最小化；-在擾動之後，操作受控串聯補償器以實現電壓恢復支持；以及-在電壓恢復之後，操作移相變壓器和受控串聯補償器中的至少一個，以處理熱約束。
2. 根據權利要求1所述的方法，其中操作受控串聯補償器以實現電 壓恢復支持的步驟包括接通容抗階。
3. 根據權利要求1或2所述的方法，其中操作移相變壓器和受控串 聯補償器以處理熱約束的步驟是在發起所述操作受控串聯補償器以實現 電壓恢復支持的步驟之後直到操作返回到系統損耗最小化，在大於一分鐘 的時段期間、優選地在約15至30分鐘的時段期間執行的。
4. 根據權利要求l-3中任一項所述的方法，其中操作受控串聯補償器 以實現電壓恢復支持的步驟是在擾動之後的幾分之一秒內^的。
5. —種用於控制高壓交流傳輸系統中的電力潮流的設備，包括具有 抽頭變換裝置的移相變壓器(1)，其特徵在於-具有可控電抗裝置的受控串聯補償器(2)，包括一個或若干個容性階；-控制裝置(3)，用於協調地控制移相變壓器和受控串聯補償器； 其中，所述控制裝置被設置成執行根據權利要求1所述的方法。
6. 根據權利要求5所述的設備，其中一個或若干個容性階具有低升 壓能力。
7. —種高壓交流傳輸系統，具有至少兩個並行線路，其特徵在於根據權利要求5所述的設備(10 )，其被設置在所述至少兩個並行線 粒一中。
8. 根據權利要求7所述的系統，其中所述設備(10)被安裝在具有 最大剩餘發熱餘量的線路中。
9. 根據權利要求8所述的系統，其中所述設備(10)被安^4遠程 生產源與負載如城市之間的傳輸接口中具有最大感抗的線路中。
10. —種可存儲在計算機可讀介質上的計算枳4呈序產品，用於執行根 據權利要求1所述的方法。
11. 一種計算機可讀介質，具有根據權利要求10所述的電腦程式產品。
全文摘要
一種用於控制交流傳輸線路中的電力潮流的方法，該方法包括迅速處理電壓恢復、以及僅在該電壓恢復之後進行熱約束。
文檔編號H02J3/18GK101390267SQ200780006237
公開日2009年3月18日 申請日期2007年2月22日 優先權日2006年2月23日
發明者倫納特·昂奎斯特, 貝蒂爾·貝裡格倫 申請人:Abb研究有限公司