用於產生說明在供電網中的擺動的信號的方法
2024-02-11 00:48:15
用於產生說明在供電網中的擺動的信號的方法
【專利摘要】為了以合適的方式向供電網的控制中心的運行人員提供關於可能在供電網中出現的擺動的信息，建議一種用於產生說明在供電網中的電參數的擺動的信號的方法，其中根據電流和/或電壓相量測量值計算表徵電參數的擺動狀態的狀態參數。此外在出現擺動的情況下確定對狀態參數的變化的振幅進行說明的振幅特徵值(A)和對狀態參數的變化的振蕩的衰減進行說明的衰減特徵值(xi)。將由振幅特徵值和相關的衰減特徵值組成的各個值對的位置與在值域(44a-c)中存在的、對供電網中的擺動的各自的危險程度進行說明的危險區域相比較以確定危險特徵參數，並且依據各自的危險特徵參數輸出說明擺動的信號。
【專利說明】用於產生說明在供電網中的擺動的信號的方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及一種用於產生說明在供電網中的擺動(Pendelung)的信號的方法。
【背景技術】
[0002]為了確保順利地並且可靠地運行供電網，在所謂的電網控制中心中監視供電網的對於網絡狀態來說是特徵性的測量值，以便確定，供電網是處於其規定的運行狀態還是處於關鍵的運行狀態。為此在所選擇的供電網的測量位置藉助合適的互感器採集電測量參數的，諸如電流、電壓和功率的測量值，並且通常以數字的形式將其傳送到電網控制中心以用於分析和觀察。為了彼此確保各個測量值的時間上的關係，通常為所記錄的測量值補充所謂的時間戳，也就是時刻信息數據(Uhrzeitinformationsdaten),該時刻信息數據表明已經採集了測量值的那個時刻。這樣的時間戳例如可以以毫秒的精確性來安排。
[0003]供電網的關鍵的運行狀態的一個形式是所謂的「功率擺動」(下面簡稱為「擺動」)。這樣的擺動例如在突然改變負載或改變供電網的結構(例如通過接入或斷開較大的電源)的情況下產生。在此在供電網的饋入位置處的發電機必須調節到新的負載情況。這通常以具有幾赫茲的頻率的衰減的振蕩的形式發生，直至供電網的新的工作點已經穩定。由於發電機的瞬時特性在供電網中產生擺動的電流狀態和電壓狀態，其能夠對供電網及其電組件(例如導線、電纜、變壓器)產生不同影響。具有相對低的振幅的、衰減的擺動在供電網中相對快速地衰減並且由此可以被接受，而特別是微弱衰減的或甚至逐漸增長的擺動則表示供電網的最關鍵的狀態，其容易地導致中斷或斷開較大的網絡片段。此外，通過在中斷單個網絡片段的情況下跳躍式改變的網絡結構使得供電網的仍運行的片段過載，這可以導致級聯地斷開直至導致所謂的停電(Blackout)。因此，特別地要將這種要作為關鍵歸類的擺動立即發信號通知供電網的控制中心運行人員。
[0004]隨著在採集測量值的情況下測量位置數量的增加和採樣間隔的縮短，要由運行人員在電網控制中心監視的測量值的數量近年急劇增加並且預期在未來還將進一步提高。特別是在將供電網構造為所謂的「智能電網(Smart Grid) 」的情況下測量值按照如下的數量積累，所述數量超出了用於供電網的常規監視系統的測量值數量數個數量級。在此例如利用所謂的相量測量裝置或「相量測量單元(PhasorMeasurement Unit, PMU) 」作為複數的電流或電壓相量來採集測量值，該電流或電壓相量包括關於在供電網的各個測量位置處待測量的測量參數的振幅和相位角的結論。利用高的採樣率來採集這樣的相量測量值，以便例如可以更精確地識別負載流和可能的網絡擺動，並且必要時引入合適的對策來避免預告的不穩定的狀態。由歐洲專利申請EP1489714B1公知了一種示例性的方法，通過該方法根據相量測量值通過連續地調整數學計算模型的參數可以推斷出在供電網中的擺動的存在。
[0005]基於可示出的測量值的大的數量和由此得出的各種各樣的可能的由運行人員待展望的供電網的運行狀態提出如下問題，與穩定運行狀態的哪些偏差必須作為報警信號(例如以在電網控制中心的工作站上的消息的形式)顯示。在此存在如下要求，即，一方面對於任何時間都必須確保供電網的穩定和正常的運行，但另一方面也必須這樣選擇報警信號的頻度和內容，使得向運行人員給出關於各個網絡狀態的足夠的信息，而不會通過過頻繁的報警和/或與報警信號一起提供的信息的過高的細節性程度而苛求運行人員。
[0006]在迄今為止的用於識別在供電網中的擺動的系統大多利用簡單的閾值系統工作。在此關於閾值分析特定的測量參數(例如所測量的電流、電壓或功率變化的頻率或振幅)，並且在超過閾值的情況下觸發報警信號。然後留給工作人員將為評估危險狀態的相應的嚴重程度而所需的信息本身進行組合併判斷，是否需要各自的必要時穩定網絡的措施。
【發明內容】
[0007]因此，本發明要解決的技術問題是，以合適的方式向在供電網的控制中心裝置中的運行人員提供關於可能在供電網中出現的擺動的信息，並且由此由運行人員實現供電網的更可靠的運行。
[0008]按照本發明，上述技術問題通過用於產生到在供電網中的電參數(例如電流、電壓、功率、阻抗)的擺動進行說明的信號的方法來解決，其中藉助各自的相量測量裝置在時間上同步地採集在供電網中的至少一個測量位置處的電流和/或電壓相量測量值。電流和/或電壓相量測量值被傳輸到監視供電網的控制中心裝置；控制中心裝置根據彼此相關的電流和/或電壓相量測量值計算表徵電參數(例如電流、電壓、功率、阻抗)的擺動狀態的狀態參數，並且關於供電網中出現的擺動來檢查狀態參數的變化。在狀態參數的出現的擺動的情況下通過控制中心裝置確定對狀態參數的變化的振幅進行說明的振幅特徵值和對狀態參數的變化的振蕩的衰減進行說明的衰減特徵值。將由振幅特徵值和相關的衰減特徵值組成的值對與在值域中存在的、對供電網中的擺動的相應危險程度進行說明的危險區域相比較，以確定危險特徵參數，並且依據危險特徵參數輸出說明擺動的信號。
[0009]通過按照本發明的方法可以以相對簡單的方式實現多級的報警系統，因為依據各個識別的危險等級來輸出分別輸出的、說明擺動的信號。由此直接通過說明擺動的信號向運行人員給出關於與當前擺動相關的危險的區別的信息。
[0010]按照本發明的方法的優選的實施方式在於，狀態參數說明在供電網中的測量位置處存在的有效功率。作為對此的替換也設置，狀態參數說明相位角差，該相位角差是指由電壓相量測量值所包圍的相位角，其中已經在供電網中的兩個不同的測量位置處在時間上同步地採集了電壓相量測量值。所描述的實施方式示出了特別適用於評估可能存在的擺動的狀態參數。
[0011]此外根據按照本發明的方法的另一種優選的實施方式，依據狀態參數的當前頻率來確定衰減特徵值。
[0012]由此衰減特徵值可以特別良好地與各個存在的擺動狀態相匹配。衰減特徵值例如可以按照如下等式來確定:
[0013]卜-_,，.Va + ω~
[0014]其中ξ是按照白分比給出的衰減特徵值，a表示指數降低(或增長)的振蕩的按照Ι/s給出的衰減並且ω說明了按照Ι/s給出的角頻率。通過將角頻率ω容納到關於衰減特徵值的等式中得出與狀態參數的振蕩的當前頻率的依賴關係。
[0015]根據按照本發明的方法的另一種優選的實施方式，僅當振幅特徵值和/或相關的衰減特徵值分別超過預定的閾值時，才輸出說明擺動的信號。
[0016]由此，當通過擺動不影響供電網的狀態的穩定性時，總是抑制說明擺動的信號的輸出。然而關於隨後的值對，只要振幅特徵值和/或衰減特徵值超過其各自的閾值，就相應地輸出說明擺動的信號。
[0017]按照本發明的方法的另一種優選的實施方式在於，說明擺動的信號包含關於狀態參數的當前頻率、狀態參數的當前振幅特徵值、狀態參數的當前衰減特徵值和/或危險特徵參數的說明。
[0018]由此可以直接利用說明擺動的信號向在控制中心中的運行人員提供最重要的信息，以便評估供電網的當前狀態。在此，說明擺動的信號例如可以作為基於文本和/或圖形的消息在工作站的顯示裝置上輸出，該消息包含了各個必須的狀態信息。
[0019]根據按照本發明的方法的另一種優選的實施方式，依據危險特徵參數以不同的方式輸出說明擺動的信號。
[0020]通過這種方式在輸出信號時就已經可以指出各個不同的危險程度。由此信號例如可以在低危險級的情況下作為簡單的文本消息、在中危險級的情況下作為具有附加的報警功能(例如顏色標記、閃爍)的文本消息以及在高危險級的情況下作為具有附加的視覺和/或聲學的報警提示的文本消息輸出。
[0021 ] 按照本發明的方法的另一種優選的實施方式在於，僅當危險特徵參數在預定的延遲持續時間流逝之後也未低於預定的最小值時，才輸出說明擺動的信號。
[0022]由此可以首先通過控制中心裝置驗證，到底是否存在持續的擺動，並且在持續的擺動的情況下才輸出信號。通過這種方式不會以不需要的頻繁的報警來加重運行人員的負擔。在此，延遲持續時間可以固定地或作為取決於擺動頻率的值(例如在擺動的特定數量的振蕩持續時間流逝之後)預先給定。
[0023]此外根據按照本發明的方法的另一種優選的實施方式，將狀態參數的頻率的、狀態參數的振幅特徵值的、狀態參數的衰減特徵值的時間變化和/或對各自的危險特徵參數的說明存儲在控制中心裝置的存儲裝置中。
[0024]相應的時間變化的存儲也允許事後精確地分析供電網中的過程，從而可以追溯可能的幹擾。
[0025]最後根據按照本發明的方法的另一種優選的實施方式，根據危險特徵參數和與狀態參數的振幅特徵值有關的振幅參數以及與狀態參數的衰減特徵值有關的衰減參數計算危險參數，將其變化存儲到控制中心裝置的存儲裝置中。
[0026]通過這種方式，為了隨後的分析，擺動的各個危險程度不僅可以作為相應於各個危險區域的離散的值來說明，而且在使用振幅參數和衰減參數的條件下可以作為在各個危險區域內部的幾乎連續的值來存儲。在此優選這樣選擇振幅參數與衰減參數的關聯，使得可以實現處於O和I之間的值。如果將該值加到各個危險區域的值，則得出危險參數的幾乎連續的變化，該幾乎連續的變化僅在兩個危險區域之間的過渡位置處具有斷續的變化。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0027]下面應當對照實施例對本發明作進一步的說明。附圖中:
[0028]圖1示出了用於監視供電網的自動化系統的實施例；[0029]圖2示出了以有效功率形式的狀態參數的時間變化；
[0030]圖3示出了以相位角差的形式的狀態參數的時間變化；
[0031]圖4示出了用於確定擺動的各個危險級的示圖。
【具體實施方式】
[0032]在圖1中可以看出具有控制中心裝置10的布置，例如在電網控制中心的數據處理裝置，其經由數據傳輸網絡11與三個相量測量裝置12a、12b和12c相連。相量測量裝置12a-c例如是所謂的「相量測量單元(PMU) 」，其採集在圖1中未詳細示出的供電網的測量位置處的電流和/或電壓測量值，並且由此產生相應的電流和/或電壓相量測量值。相量測量值在此表示如下測量值，其可以在複數平面中描繪並且其包括關於各個測量參數(在此為電流或電壓)的當前振幅和當前相位角的說明。相量測量值與關於各個測量時間點的說明一起以數據組Da、Db和D。的形式經由數據傳輸網絡11被傳輸到控制中心裝置10。三個相量測裝置的數量在按照圖1的實施例中僅是示例性地選擇的，當然能夠配置具有任意多個相量測量裝置的布置。
[0033]下面示例性地假定，相量測量裝置12a被構造為用於測量電流相量測量值和電壓相量測量值，並且相應地按照其數據組Da分別將電壓相量測量值以及相關的電流相量測量值傳輸到控制中心裝置10。相量測量裝置12b和12c被構造為用於採集電壓相量測量值，並且相應地將分別包含電壓相量測量值的數據組Db和D。傳輸到控制中心裝置10。
[0034]控制中心裝置10包括分析裝置13，其在它那一側與配置裝置14以及存儲裝置15相連。此外，控制中心裝置經由信號輸出端16將說明擺動的信號輸出到在圖1中未示出的電網控制中心的操作裝置(例如具有顯示屏的工作站)。在此操作裝置可以是外部設備以及也可以是控制中心裝置10的集成部件。
[0035]按照圖1的布置例如可以如下運行:
[0036]控制中心裝置10分析由測量裝置12a_c接收的數據組Da、Db和D。並且由此處理傳輸的電流和電壓相量測量值。因為在數據組Da、Db和D。中也分別包含各自的測量時間點，所以控制中心裝置10也可以對於每個相量測量值規定各自的測量時間點。
[0037]控制中心裝置10向分析裝置13提供相應的相量測量值，從而該分析裝置13可以訪問相應的相量測量值。控制中心裝置10還將相量測量值存儲到存儲裝置15中，以便能夠在需要時為之後的分析提供該相量測量值。
[0038]分析裝置13根據時間上屬於彼此的電壓或電壓相量測量值確定表徵供電網的擺動狀態的狀態參數。狀態參數例如可以是有效功率或相位角差。對於有效功率使用在供電網中的測量位置處所測量的電流和電壓相量測量值；有效功率作為電壓相量測量值與時間上對應的電流相量測量值的乘積來確定。為此例如可以使用在數據組Da中包含的、相量測量裝置12a的電壓和電流相量測量值。對於相位角差，將在供電網中的兩個不同的測量位置處時間上同步地測量的電壓相量測量值關於其說明相位角的分量彼此比較，並且計算相位角差。為此例如可以使用電壓相量測量值，該電壓相量測量值由相量測量裝置12b和12c採集並且將其以數據組Db和D。傳輸到控制中心裝置10。
[0039]控制中心裝置10可以藉助分析裝置13計算兩個狀態參數中的一個、或者計算兩個狀態參數，並且關於在供電網中的擺動的存在來檢查該狀態參數。此外，將(例如以相位角差或有效功率的形式的)各個計算的狀態參數存儲在存儲裝置15中以用於之後的分析。
[0040]為了關於在供電網中存在的擺動來檢查狀態參數，將分別為計算狀態參數所需的電流或電壓相量測量值關於預選的時間範圍進行積累。這些值在數據完整的情況下例如在使用快速傅立葉變換(FFT)或離散傅立葉變換(DFT)的條件下被變換到頻域，以便必要時識別對於待識別的擺動過程特有的頻率。因為可以同時激勵多個頻率(「模式」)，所以分析裝置可以同時識別並計算多個模式。可以在配置裝置14中由運行人員來規定預計的模式的最大數量及其典型的頻域。
[0041]對於每個在檢查中識別的激勵的頻率，計算以振幅特徵值的形式的時間變化的振幅的當前值和以衰減特徵值形式的衰減係數的當前值。根據激勵的頻率在此必須關於較長的時間段進行測量，以便能夠唯一地確定振幅特徵值和衰減特徵值。為了確定衰減特徵值分析裝置引入如下關係式
【權利要求】
1.一種用於產生說明在供電網中的電參數的擺動的信號的方法，其中執行如下步驟: -藉助各自的相量測量裝置(12a-C)時間上同步地採集在供電網中的至少一個測量位置處的電流和/或電壓相量測量值； -將所述電流和/或電壓相量測量值傳輸到監視所述供電網的控制中心裝置(10)；-藉助所述控制中心裝置(10)根據彼此相關的電流和/或電壓相量測量值計算表徵電參數的擺動狀態的狀態參數； -通過所述控制中心裝置(10)關於供電網中出現的擺動來檢查狀態參數的變化，並且在出現擺動的情況下藉助所述控制中心裝置(10)執行如下步驟: -確定對狀態參數的變化的振幅進行說明的振幅特徵值； -確定對狀態參數的變化的振蕩的衰減進行說明的衰減特徵值； -將由振幅特徵值和相關的衰減特徵值組成的各個值對的位置與在值域中存在的、對供電網中的擺動的各自的危險程度進行說明的危險區域相比較，以確定危險特徵參數；和-依據各自的危險特徵參數輸出說明擺動的信號。
2.根據權利要求1所述的方法，其特徵在於， -所述狀態參數說明在供電網中的測量位置處存在的有效功率。
3.根據權利要求1所述的方法，其特徵在於， -所述狀態參數說明相位角差，該相位角差是指由電壓相量測量值所圍成的相位角，其中，所述電壓相量測量值已經在供電網中的兩個不同的測量位置處時間上同步地被採集。
4.根據上述權利要求中任一項所述的方法，其特徵在於， -依據狀態參數的當前頻率來確定所述衰減特徵值。
5.根據上述權利要求中任一項所述的方法，其特徵在於， -僅當所述振幅特徵值和/或相關的衰減特徵值分別超過預定的閾值時，才輸出所述說明擺動的信號。
6.根據上述權利要求中任一項所述的方法，其特徵在於， -所述說明擺動的信號包含關於狀態參數的當前頻率、狀態參數的當前振幅特徵值、狀態參數的當前衰減特徵值和/或危險特徵參數的說明。
7.根據上述權利要求中任一項所述的方法，其特徵在於， -依據所述危險特徵參數以不同的方式輸出所述說明擺動的信號。
8.根據上述權利要求中任一項所述的方法，其特徵在於， -僅當所述危險特徵參數在預定的延遲持續時間流逝之後也未低於預定的最小值時，才輸出所述說明擺動的信號。
9.根據上述權利要求中任一項所述的方法，其特徵在於， -將狀態參數的頻率的、狀態參數的振幅特徵值的、狀態參數的衰減特徵值的時間變化和/或對各自的危險特徵參數的說明存儲在控制中心裝置(10)的存儲裝置(15)中。
10.根據上述權利要求中任一項所述的方法，其特徵在於， -根據所述危險特徵參數和與所述狀態參數的振幅特徵值有關的振幅參數以及與所述狀態參數的衰減特徵值有關的衰減參數計算絕對危險參數，將其變化存儲到所述控制中心裝置(10)的存儲裝置(15)中。
【文檔編號】H02J3/24GK103999316SQ201180075577
【公開日】2014年8月20日 申請日期:2011年12月16日 優先權日:2011年12月16日
【發明者】A.利津格, S.皮爾 申請人:西門子公司