用於斷路器的受控重閉的方法和設備的製作方法

2023-05-18 07:12:26

專利名稱：用於斷路器的受控重閉的方法和設備的製作方法
技術領域：
本發明涉及用於已經遭受擾動的電力系統中諸如例如線路之類的分支單元(branch element)的受控自動重閉的方法和系統。本發明特別涉及這樣一種方法，其中對斷路器的兩側或線路的兩個端點的電壓矢量之間的角差進行檢測並將其與比較值比較，並且依賴於所述角差偏離所述比較值的量值來完成或阻止所述重閉。所述系統包括意圖用於電力系統的電子測量和控制設備。
背景技術：
眾所周知，電力系統是按照與系統量和電力傳輸相關的固定尺度設計標準針對正常運行以及遭受擾動的運行來計劃和設計的。電力系統的各部分的電壓矢量之間的角差就是一個這樣的量。這種角差是所傳輸的有功功率的度量和系統的穩定性裕量的度量。
當電力系統中出現擾動時，例如導致一個或多個分支單元、例如線路斷開而使在瞬時故障情況下故障點的電弧熄滅以及故障消失的短路或接地故障，經常結合對所涉及的斷路器上的電壓幅度、頻率和角位置的控制來使用自動重閉[Kunder，Power System Stability and Control，ISBN0-07-035958-X，p.922]。為使重閉得以進行，斷路器兩側的這些相應量的值之間的差必須小於某些預定值/標準。這種方法被稱為利用同步控制的受控重閉。在電弧已經熄滅並且故障點已經消電離之後，迅速重閉線路的目的是提高穩定性並且減少出現失相狀況的風險；作為選擇，允許較高的穩態運行電力轉移。如果斷路器兩側的電壓之間的幅度、頻率或相位的差太大，並且執行了斷路器的連接，則存在如下風險如此高的瞬時應力使得設備可能被損壞和/或電力系統的運行被進一步擾動。在斷路器兩側的電壓在幅度、頻率或相位方面的差超過某個值的那些情況下，使用同步控制來阻止重閉。
在當今的設備中，斷路器兩側的電壓矢量之間的角差僅與固定的設置值進行比較。在所考慮的線路出現故障和斷開之前的大功率傳輸的情況中，線路端之間的角差在穩態運行期間也相對較大。在由繼電保護設備啟動的斷路器已經將線路在其端點斷開之後，掩蔽的系統中的電力潮流被迫採用其它方向，這進一步增加了轉移角(transfer angle)。自動重閉系統通過釋放的線路保護設備在線路的兩端啟動。其後，在檢查出線路沒電(dead)之後，首先在相對端重閉故障線路。於是，所考慮的斷路器的斷路器極柱(breaker pole)之間的角差將相對較大，因為該角沿著給電但未加載的線路沒有改變。因此，很有可能在所考慮的斷路器的極柱之間存在/測量出過大的角差，於是重閉操作將被阻止。
上面描述的一系列事件的最近的例子是2003年9月28日在義大利的大停電[Interim Report of the Investigation Committee on the 28September 2003 Blackout in Italy，UTCE報導-2003年10月27日]，那時，失敗的重閉導致了失控的擾動延續和傳播。允許重閉的斷路器極柱間的角差的界限在當時被設置為30°，因而阻止了重閉，造成迄今為止世界上最廣泛的電力中斷。

發明內容
本發明的一個目的是提供一種用於重閉已經遭受擾動的電力系統中的線路的方法，該方法使運行的失敗或對運行的連續嚴重擾動的風險最小化。
本發明的另一個目的是提供自適應的比較值或比較變量，在重閉之前將其與斷路器極柱之間的角進行比較。自適應的比較變量是基於在重閉已經發生和任何瞬態已經衰退之後、在穩態運行期間對線路上的角差的估計。
根據本發明，通過如權利要求1的方法、通過如權利要求9的系統以及通過如權利要求17到19的電腦程式，可以實現上述和其它目的。
根據本發明的一個優選實施例，重閉是這樣實現的所涉及的斷路器兩側的電壓矢量之間的測量的角差不但與固定的設置比較值進行比較，還與基於在線路已經重閉之後線路的兩個端點之間在穩態運行中的未來角差而估計/計算的比較值進行比較。依賴於此角差偏離界限值/比較值的量值，當設備故障或運行擾動的風險小時，完成所述重閉，或者當設備故障或運行擾動的風險值得考慮時，阻止所述重閉，從而使所述比較值得以自動更新，以便提供比固定或人工更新的界限值更好的確定完成或阻止的基礎。
在電力系統中產生並且可能以某些其它方式損壞設備和擾動運行的瞬態的程度由連接之前斷路器極柱之間的角差以及線路已經連接且穩態運行已經開始之後線路上的角差來確定。
在本發明的另一個優選實施例中，在線路已經由於故障而斷開、然後在對斷路器兩側的電壓進行幅度控制、頻率控制和相位控制後被再次連接之後，對線路上的電壓矢量之間的角差的估計值進行定期更新，例如每秒更新一次。在第一近似中，假定線路兩個端點的電壓矢量之間的角差在重閉之後與在故障之前相同。於是從下述已知關係獲得如此估計的角[Kundur，Power System Stability and Control，ISBN 0-07-035958-X，p.251]P=RE[V1I1*]=[|V1||V2|X]sin=[|V1||V1-I1X|X]sin,]]>其中P＝線路上傳輸的有功功率；V1＝線路的發送端的復電壓；I1＝線路上的復電流輸出；|V1|＝發送端的電壓的RMS值；|V2|＝接收端的電壓的RMS值；X＝所考慮的線路的縱向電抗(阻抗被省略)；Ψ＝線路兩個端點的電壓矢量之間的角。
讓我們假定所考慮的自適應同步檢查功能安裝在線路的發送端(對於接收端，其推導完全相似)。線路電抗X是已知參數，而線路功率P是基於電壓|V1|和線路上的電流輸出|I1|的測量值以及電流與電壓之間的相角、根據P＝|V1|·|I1|cos()來計算的。
根據另一個實施例，本發明包括電腦程式，其控制計算機或計算機過程，以便控制或仿真根據本發明的用於電力系統中的自適應同步檢查的方法。
在本發明的另一個實施例中，設置成控制計算機或計算機過程、以便控制或仿真根據本發明的用於電力系統中的自適應同步檢查的方法的電腦程式被記錄或存儲在一個或多個計算機可讀介質上。
本發明的進一步的發展包括在下述說明、權利要求和摘要的範圍中。


下面將參考附圖較為詳細地描述本發明，在附圖中圖1示出了一個電力系統，其包括兩個子系統以及子系統之間經由等效分支單元的連接；圖2示出了自動重閉系統的角感測部分的一個實施例，其包括用於計算斷路器兩側的電壓矢量的測量角之間的差值的差值單元；圖3以單線圖和塊圖示出了本發明的一個實施例，其包括用於確定基準角的單元；以及圖4基於圖3中的部件以流程圖示出了本發明的一個實施例。
具體實施例方式
在下面，將描述根據本發明的方法和設備二者。
根據本發明的設備包括多個組件/裝置，在附圖中以流程圖和塊圖示出。所述塊圖可以以描述設備配置的塊圖和信號流程圖兩者來解釋。在流程圖中或通過塊圖中示出的塊所實現的功能的適用部分可通過模擬和/或數位技術來實現，但有利的是作為微處理器中的程序來實現、在電腦程式中實現或以在計算機中或計算機過程中實現的電腦程式代碼元素來實現。
應當理解，當附圖中所示的流程和塊在物理實現中被稱為設備、裝置等時，應當將其設想為用於實現期望功能的裝置，尤其是當該功能以微處理器中的軟體來實現時。因此，如本文中的情況，措辭「信號」也可以被解釋為由電腦程式產生的值，並也僅以此形式出現。下面的塊僅僅被描述為功能，因為它們可以由本領域技術人員以本身已知的方式容易地實現。
為了避免對那些對本領域中的技術人員來說不言自明的區別的描述，以下將同樣的諸表示概括地用於出現在線路中、自動設備中和計算單元中的量，如對應於這些量且提供給下面描述的重閉設備並在其中處理的測量值和信號/-計算值。
圖1示出了一個電力系統，其包括分別為D1和D2的兩個子系統；所述子系統之間經由具有阻抗Zk的等效分支單元的連接；具有縱向阻抗Zl的線路L，其在相應的子系統中具有其端點；以及兩個斷路器B1和B2，分別位於所述線路的兩個端點。而且，Pk、Qk、Ik和Pl、Ql、Il分別指所考慮的連接分支中和線路中的有功和無功功率流以及電流。V1/V2和Ψ1/Ψ2分別指分別在相應子系統中的線路端點處的電壓和相角的量，這裡，相角相關於任意的公共基準。斷路器B1的線路側的相應量分別標記為V1L和Ψ1L。斷路器B1相應側的電壓分別用電壓互感器E2和E3來測量，而線路電流用電流互感器E4來測量。上述儀表互感器的次級側連接到用於計算基準角Ψref的單元E1。
圖2以單線圖和塊圖示出了根據現有技術的自動重閉系統A1的相角感測部分的一個實施例，其包括差值單元A11，用於計算斷路器B1兩側的電壓矢量的測量的角Ψ1和Ψ1L之間的差ΔΨ；絕對值形成單元A12，另一個絕對值形成單元A13，其計算ΔΨ的絕對值和基準角Ψref之間的差；以及電平感測單元A14，其檢查來自A13的輸出值是否小於零。來自自動重閉系統的輸出信號是二進位信號，如果ΔΨ的絕對值小於基準角Ψref，則所述輸出信號為1，反之為0。來自自動重閉系統的二進位信號作為「與」條件S0進入重閉邏輯單元A2，以便進行重閉線路的斷路器B1的ON操作。其它用於連接斷路器B1的、到「與」條件A2的輸入表示為S1....Sn。
圖3以單線圖和塊圖的形式示出了本發明的一個實施例，包括用於確定基準角Ψref的單元E1，其中，可以包括一個或多個組件E11、第一計算步驟E12、第二計算步驟和E13、界限值的選擇。在第一計算步驟中，基於設置的線路電抗ZSet、斷路器B1的線路側的測量電流I1L和電壓V1L以及連接到斷路器的母線的任何測量電壓V1來確定值ΨCalc1。計算可以在計算單元E12中進一步精確化，其中提供有來自電力系統其它部分的測量數據AddInf1以及任何基於參數的信息AddInf2。在最後的步驟E13中，在功能塊Sel中選擇應當將固定的設置值ΨRefSet還是計算值ΨCalc2提供給輸出量ΨRef。
圖4基於圖3中的組件以流程圖的形式示出了本發明的一個實施例。用於重閉的角界限值的自動更新以某種方式開始。此後，讀取用於線路數據ZSet的參數、用於計算基準角ΨRef的採取參數形式的附加信息AddInf2以及用於選擇確定ΨRef的方法的參數，即固定參數值ΨRefSet或計算值ΨCale2。此後，檢測測量值V1、V1L、I1L和AddInf1。然後，基於任何下述標準來進行ΨCalc1和ΨCalc2的計算。
-在斷路器B1重閉之後，電力系統的期望的運行狀態；-接通斷路器B1之前電力系統的當前狀態；或-在斷路器B1的重閉已經發生之後，線路端點的電壓矢量之間的估計的或實際產生的角差。
最後，確定基準角ΨRef。在已經以此方式確定了基準角之後，將ΨRef的更新值傳遞到圖2中的計算單元A1。之後，從檢測測量值V1、V1L和I1L開始重複執行該序列。
以上已經參考幾個不同的優選實施例描述了本發明。本發明當然不限於這些實施例，相反，在本發明的保護範圍之內，實施例的多個其它變型是完全可行的。
權利要求
1.一種用於已經遭受擾動的電力系統中的例如線路的分支單元的受控重閉的方法，所述電力系統包括至少一個分支單元和至少一個與其連接的斷路器，並且其中，確定所述斷路器兩側或所述線路的兩個端點的電壓矢量之間的角差並將其與比較值比較，並且依賴於所述角差偏離所述比較值的量值來完成或阻止所述重閉，其特徵在於定期且自動地更新所述比較值以便獲得自適應值。
2.如權利要求1所述的方法，其特徵在於基於在斷開的分支單元重閉之後所述電力系統的期望的運行狀態來確定所述比較值。
3.如權利要求1或2所述的方法，其特徵在於基於在所述分支單元已經重閉之後所估計/-計算的角差來確定所述比較值。
4.如一個或多個前述權利要求所述的方法，其特徵在於基於在所述分支單元斷開之前所述電力系統的運行狀態來更新所述比較值。
5.如一個或多個前述權利要求所述的方法，其特徵在於基於在所述分支單元斷開之前所述分支單元的兩個端點的電壓矢量之間的估計的角並且基於與引起所述分支單元斷開的擾動相關的所述電力系統中的變化的信息來計算所述比較值。
6.如一個或多個前述權利要求所述的方法，其特徵在於通過計算/估計預期在所述分支單元的重閉已經發生之後產生的所述分支單元的端點的電壓矢量之間的所述角差來確定估計的比較值。
7.如一個或多個前述權利要求所述的方法，其特徵在於通過計算/估計預期在所述分支單元的重閉已經發生並且任何由切換引起的瞬態已經衰減之後產生的所述分支單元的端點的電壓矢量之間的所述角差來確定估計的比較值。
8.如一個或多個前述權利要求的方法，其特徵在於通過在所述分支單元斷開之前所述分支單元的兩個端點的電壓矢量之間的角或可從其導出的量來確定更新的比較值。
9.一種用於已經遭受擾動的電力系統中的例如線路的分支單元的受控重閉的系統，包括至少一個分支單元和至少一個與其連接的斷路器，並且其中，確定所述斷路器兩側或所述分支單元的兩個端點的電壓矢量之間的角差並將其與比較值比較，並且依賴於所述角差偏離所述比較值的量值來完成或阻止所述重閉，其特徵在於設置成自動且定期地更新所述比較值以便獲得自適應值的裝置(E1)。
10.如權利要求9所述的系統，其特徵在於設置成基於在斷開的分支單元重閉之後所述電力系統的期望的運行狀態來確定所述比較值的裝置(E11，E12)。
11.如權利要求9或10所述的系統，其特徵在於設置成基於在所述分支單元已經重閉之後所估計/計算的角差來確定所述比較值的裝置(E11，E12)。
12.如權利要求9到11中的一個或多個權利要求所述的系統，其特徵在於設置成基於所述電力系統的運行狀態來更新所述比較值的裝置(E11，E12)。
13.如權利要求9到12中的一個或多個權利要求所述的系統，其特徵在於設置成基於在所述分支單元斷開之前所述分支單元的兩個端點的電壓矢量之間的估計的角並且基於與引起所述分支單元斷開的擾動相關的所述電力系統中的變化的信息來計算所述比較值的裝置(E11，E12)。
14.如權利要求9到13中的一個或多個權利要求所述的系統，其特徵在於設置成通過計算/估計預期在所述分支單元的重閉已經發生之後產生的所述分支單元的端點的電壓矢量之間的所述角差來確定更新的比較值的裝置(E11，E12)。
15.如權利要求9到14中的一個或多個權利要求所述的系統，其特徵在於設置成通過計算/估計預期在所述分支單元的重閉已經發生並且任何由切換引起的瞬態已經衰減之後產生的所述分支單元的端點的電壓矢量之間的所述角差的計算/估計來確定更新的比較值的裝置(E11，E12)。
16.如權利要求9到15中的一個或多個權利要求所述的系統，其特徵在於設置成基於在所述分支單元斷開之前所述分支單元的兩個端點的電壓矢量之間的角或可從其導出的量來確定更新的比較值的裝置(E11，E12)。
17.一種電腦程式，包括用於實現如權利要求1到8的任何一個權利要求所述的方法的程序指令。
18.如權利要求17所述的電腦程式，其至少部分地通過諸如例如內部網或網際網路之類的局部或全局網傳輸。
19.一種計算機可讀介質，包括至少部分的如權利要求17所述的程序指令。
全文摘要
本發明涉及用於已經遭受擾動的電力系統中的例如線路的分支單元的受控重閉的方法，所述電力系統包括至少一個分支單元和至少一個與其連接的斷路器，並且其中，對所述斷路器兩側或所述線路的兩個端點的電壓矢量之間的角差進行檢測並將其與比較值比較，並且依賴於所述角差偏離所述比較值的量值來完成或阻止所述重閉。通過自動且定期地更新所述比較值以便獲得自適應值來實現本發明。根據本發明的系統包括設置成自動且定期地更新所述比較值以便獲得自適應值的裝置。
文檔編號H02J13/00GK101095270SQ200580043737
公開日2007年12月26日 申請日期2005年12月22日 優先權日2004年12月22日
發明者丹尼爾·卡爾松, 戈蘭·倫維克 申請人:Abb公司