专利名称：输电线路中的电力潮流的控制的制作方法
技术领域：
本发明涉及高压交流传输系统中的电力潮流的控制，该高压交流传输 系统包括动态辅助移相变压器。
背景技术：
移相变压器(PST )先前已知为用于控制交流输电线路中的电力潮流。 这种PST包括用于串联地连接或断开变压器的附加绕组的抽头变换器。 通过这样做来控制相量方向。然后，通过由>^路的不同部分所励磁的绕组 之间的连接来将电力^M目邻相位转移到单个相位。在纯移相变压器中，与 源电压正交的电压被注入线路。
移相变压器可用于控制并行线漆t间的分布荷载，以增加总的电力传 输。移相变压器的优点是的阻塞馈电网络中的相角差所导致的寄生电力潮 流的能力。电力可以以规定方式被分配给用电设备，并且可以避免循环的 电力潮流。
使用PST的好处是PST具有相对低的无功功率消耗。不存在次同步 谐振(SSR)的风险，且在低电流条件下也有效。
然而，使用PST呈现出慢的控制速度。抽头变换器必须顺序地经过 每个抽头位置。每次抽头变换是在约3-5秒内实现的。因此，PST不能在 电力扰动之后的短暂时间内以确定方式参与进来。此夕卜，频繁的抽头变换， 特别是在高电流务fr下，增加了对维护的需要。
抽头变换器是机械装置，因此慢且是M磨损的对象。其具有150kV 的最大调节电压范围，最大操作步骤数小于35。两个抽头位置之间的最 大抽头电压约为4000-5000V,最大额定吞吐电流约为3000-4500A。最大 功率处理能力是6000-8000kVA/抽头，并且存在短路热约束。小的电压阶 (voltage step )导致了较大数量的^操作。
另 一种用于控制交流输电线路中的电力潮流的方法是使用受控串联 补偿器(CSC)。这种CSC包括一个或复数个晶闸管开关感性装置。CSC
还可包括一个或复数个通常与电感器组合的晶闸管开关容性装置。容性装 置或感性装置以并联支路的形式与晶闸管开关连接。通过控制晶闸管开 关，将感性装置或容性装置与输电线路连接或断开。这样，通过连接或断 开期望数量的电感或电容或其组合来控制相量方向。由于不涉及机械开关 装置，因此该调节是快速的。
在若干基频周期内，csc是从全感性到全容性调节以及从全容性到
全感性调节可控的，因此其能够作为电力扰动之后的短暂时间内的有效控
制装置。与PST的^抽头变换器相比，对晶闸管控制的CSC的维护的 需求并未由于频繁的控制动作而增加。因此，CSC适用于闭环控制。
人口稠密的城市通常具有这样的特征有功功率和无功功率的消拟艮 大，而生产源位于远处。这经常导致为城市馈电的传输线路负荷很重，并 且缺乏动态无功功率资源。
发明内容
本发明的目的3_提供一种对交流电力传输的电力潮流控制，该电力潮 流控制是快速的，并且不具有单独使用PST或CSC的缺点。
本发明的另 一 目的是提供一种对交流电力传输的电力潮流控制，其中 克服或至少减轻了通常在城市馈电应用中发现的、具有热约束和电压约束 的组合的瓶颈。
本发明是基于对应用于电压恢复支持和热约束的不同时间尺度的认识。
根据本发明的第一个方面，拔:供了 一种用于控制高压交流传输系统中 的电力潮流的方法，该高压交流传输系统包括具有抽头变换装置的移相变 压器，其特征在于具有可控电抗装置的受控串联补偿器，包括一个或若 干个容抗阶；以及控制装置，用于协调地控制移相变压器和受控串联补偿 器，该方法包括以下步骤在扰动之前，操作移相变压器和受控串联补偿 器以实现系统损耗最小化；在扰动之后，操作受控串联补偿器以实现电压 恢复支持；以及在电压恢复之后，操作移相变压器和受控串联补偿器中的 至少一个，以处理热约束。
在优选实施例中，操作受控串联补偿器以实现电压恢复支持的步骤包 括接通容抗阶，这提供快速的电压恢复，特别是在城市区域中，传输线路 通常负荷很重并且缺乏动态无功功率资源。
根据本发明的另 一个方面，提供了使用根据本发明的方法的一种用于 控制高压网络中的电力潮流的i更备、 一种电力系统、 一种计算积4呈序产品 以及一种计算机可读介质。
通it^属权利要求限定了另外的优选实施例。
根据以下结合附图的详细描述，本发明的其它特性和优点对于本领域
技术人员而言将变得更明显，其中
图l是根据本发明的控制设备的主电路；
图2示出了根据本发明的设备的容性形式；
图3是对为城市馈电的电力系统的图示；
图4是电压控制逻辑的实例；
图5是热控制逻辑的实例；以及
图6《—说明正常工作期间的系统损耗最小化的图。
具体实施例方式
在下文中，将给出对本发明的优选实施例的详细描述。
在图1中示出了根据本发明的用于控制电力潮流的设备，其总体上表 示为10。该设备包括受抽头变换器控制的移相变压器(PST) 1、受控 串联补偿器(CSC) 2和控制单元3。该控制单元^l:执行计算^^呈序产品 的、基于计算机的装置。
CSC包括第一电抗单元5，该第一电抗单元5包括容性单元8以及用 于连接和断开该容性单元的晶闸管开关7。在图l所示的实施例中，第一 电抗单元5还包括与晶闸管开关7串联连接的感性单元9。感性单元9具 有改进第一电抗单元的开关性能的功能。
CSC 2还包括第二电抗单元4，该第二电抗单元4包括感性单元6以 及用于连接和断开该感性单元的晶闸管开关7。以实例的方式示出了单个 容抗单元或感抗单元。组合任何数量的容性阶(capacitive step)和感性 阶(inductivestep)落入本发明的范围之内。因此，受控串联补偿装置可 包括复数个容性和感性电路，该容性和感性电路包括仅有容性电路和仅有
感性电路的情况。
因此认识到，可以通过不同的配置来实现csc。 csc可以包括可开 关的容性单元，通过该可开关的容性单元可以以离散的阶来控制csc。
csc还可包括容性单元和感性单元的组合，因此可以以离散的阶来控制
csc。可替选地，csc可以包括使得csc持续可控的复数个可升压容性 阶以及复数个感性阶。因此， 一个或若干个容性阶将具有低升压能力，使 得该装备的总体特性在次同步频率范围内是感性的。这减轻了次同步谐振
的风险。
在本发明的针对该应用的优选实施例中，如图2所示，设备10包括 PST1和CSC2， CSC 2包括由JVTc7, XC2、 Xo表示的、受晶闸管控制的 容抗阶。
图3以单线线路图的方式示出了通过许多并行路径来为城市馈电的 电力系统。在这种情况下，设备10被安装在具有最大剩余热余量的路径 上。该路径通常是在远程生产源与负载如城市之间的传输接口中具有最大 感抗的线路，即，自然地获得最低负载的线路。该接口中的每个关键线路 配备有电流测量装置(A， /3， /4)，通过例如光纤通信将每个电流测 量值传送^H殳备10的控制系统。此外，可以本地或远程地应用电压测量 装置(K )，并且电压测量值可用于i殳备10的控制系统。
典型的关键干扰是线路故障，然后是故障线路的永久断开。假设电力 潮流不均衡地分配在剩余传输路径上，并且设备10安装在^i更计成用于 获得更多负载以避免并行路径过载的路径上，则控制目标的顺序如下
在预扰动(pre-disturbance)期间，集中于最小化系统损耗，特别是 有功系统损耗。通常可能基于最优的电力潮流计算来从控制中心获得设置 点。
紧接着在故障之后，为了支持电压恢复而接通所有容性阶。通过电压 测量获得低电压指示和支持电压恢复的需求。这对于具有相当大数量的例 如空调单元形式的电机负载的城市而言尤为重要。在没有电压恢复支持的 情况下，这些单元将趋向于停止运转，因而变得显著消耗无功功率，进而 可能导致局部电压崩溃和,断电。
当电压被恢复时，控制目标将转变为集中于热约束。通过对两个并行 线路以及安装有设备10的,进行电流测量来获得热约束的ii^指示。 通过将PST的能力与容性阶相组合，或者可替选地通过使用PST或容性
阶的能力，来控制电力潮流，以避免安装有设备IO的游4圣或并行#中
的过载。此外，如果起始事件严重到使得不能完全消除过载，则电力潮流 可被分配以向操作员提供尽可能多的时间来采取补救动作。这通常暗示过 载被均衡地分配于并行路径之间。
根据本发明的方法是基于对应用于电压恢复支持和热约束的不同时 间尺度的认识。虽然在紧接着故障清除之后的几秒后电压恢复是关键的，
但是在约数分钟之后，通常是约20分钟之后，热约束成为问题。因此， 最初在故障清除之后，在应当已经提供了电压恢复支持时，安装有设备 10的路径中几秒钟的适度过载不会导致对该路径中的设备的破坏性温 度。因此在大于1分钟的时段期间，优选地是在约15-30分钟的时段期间， 执行用于处理热约束的操作，直到操作返回到系统损耗最小化。
图4和图5示出了控制逻辑的实现。在预扰动期间，即在约99%的 时间内的情况下，集中于最小化系统损耗。系统控制中心发布用于PST 的抽头变换器的设置值(to/")以及用于可控容抗的设置值(JT"),以使 得系统损耗最小化。假i更并行路径中的电流在限制内，则可以在图6的图 中指示的区域内执行系统损耗最小化，图6示出了 X轴上的电压K以及 Y轴上的电流的绝对值。在该上下文中，系统损耗最小化应被解释为借助 于例如最优电力潮流计算的、传输系统中的损耗最小化。
现在假设在低电压的情况下发生线路故障，所测量的电压量值V！降 到图6中的阈值K曲以下，这导致信号AV2变为正，并产生信号五2，该 信号五2在故障之前为零，假设值五2= - AV2。该信号被馈给PI块，使得 产生了信号AXy，该信号被加到设置值JT"上以使得更多的、优选为所有 的容抗RH^接通，以支持电压恢复。在这种情况下，使得可实现快速晶闸 管开关电容是很有利的，这是因为，这样使得能够在几分之一秒内实现快 速电压恢复支持。在信号W变为负以指示低电压的同时，闭塞信号& 变为零，以防止热控制起作用。当电压再次处于限制以内时，闭塞信号 fir再次变为1，从而能够进行热控制。如果在电压恢复后经历过高的电压， 则将正信号加到AXv上以断开容抗阶，使得电压返回到限制以内。
如果假设原始故障发生在并行线路上，并且通过永久断开该线路而清 除了该故障，则可能需要注意热约束。热控制逻辑将在并行线路上测量的 电流量值U， /3, /4)以及自身路径上的电流量值(/2)作为输入。 将这些电流量值与以热的方式确定的电流量值阈值进行比较。如果所有的 电流量值均在阈值之下，即，所有的Mp AI2、 M3、 ALi均是负的，则信
号E3=E4=E5=E6=0，且不再采取进一步的动作。类似地，如果闭塞信号 5产0，则不再采取进一步的动作。现在，如果超过了一个或若干个阈值， 则对应的信号￡3，五4，五5， ￡6将取正值。将这些信号相加，其中对应 于并行路径的五3， ￡5，五6为正号，对应于自身路径的五4为负号。通过 常量&， K4来调整这些信号相对于过载的权重。如果总和￡7 为正，则指示应该增加经过i殳备10的电力潮流(电流)，>^之，如果该总 和为负，则应当减小电力潮流(电流)。假设闭塞信号5产1，则对信号 五7求积分并与增益-《x相乘，使得产生信号AXT,并将该信号AXi加到 设置值JT"上，以减轻过载。现在，只要实际电抗JT"""处于其物理最大 限制和物理最小限制的范围之内(与这些限制之间具有一定的小裕度S )， 则闭塞信号丑鄉=0就可以防止任何抽头变换器动作。当可控电抗处于限制 处时，则闭塞信号5岬=1，抽头变换器开始起作用，以减轻剩余的过载。
当操作员对状况进行了评估，并使系统返回到安全状态以使得系统可 以重新承受扰动而不发生级联断电时，信号AXv、 AXT和AtapT被手动地 (但是远程地)复位为零，使得可以通过发布设置值JT"、 to/"而再继续 系统损耗最小化模式。
已经描述了根据本发明的方法和设备的优选实施例。应当理解，可以 对这些实施例进行变化，而不背离本发明的构思。因此，可以在没有与晶 闸管桥串联连接的电感器的情况下实现容抗阶。
应当强调的是，参照图4和图5所描述的控制逻辑的实例并不是限制 性的。例如，当处理热约束时，可以首先控制PST，并在其达到其限制时 转而控制可控电抗。类似地，可以设计热控制逻辑，使得PST和可控电 抗共同负责热控制，而不需要在其中一个开始起作用之前另 一个处于限制 内。
权利要求
1. 一种用于控制高压交流传输系统中的电力潮流的方法，该交流传输系统包括具有抽头变换装置的移相变压器(1)，其特征在于:具有可控电抗装置的受控串联补偿器(2)，包括一个或若干个容抗阶；以及控制装置(3)，用于协调地控制移相变压器和受控串联补偿器，所述方法包括以下步骤:-在扰动之前，操作移相变压器和受控串联补偿器以实现系统损耗最小化；-在扰动之后，操作受控串联补偿器以实现电压恢复支持；以及-在电压恢复之后，操作移相变压器和受控串联补偿器中的至少一个，以处理热约束。
2. 根据权利要求1所述的方法，其中操作受控串联补偿器以实现电 压恢复支持的步骤包括接通容抗阶。
3. 根据权利要求1或2所述的方法，其中操作移相变压器和受控串 联补偿器以处理热约束的步骤是在发起所述操作受控串联补偿器以实现 电压恢复支持的步骤之后直到操作返回到系统损耗最小化，在大于一分钟 的时段期间、优选地在约15至30分钟的时段期间执行的。
4. 根据权利要求l-3中任一项所述的方法，其中操作受控串联补偿器 以实现电压恢复支持的步骤是在扰动之后的几分之一秒内^的。
5. —种用于控制高压交流传输系统中的电力潮流的设备，包括具有 抽头变换装置的移相变压器(1)，其特征在于-具有可控电抗装置的受控串联补偿器(2)，包括一个或若干个容性阶；-控制装置(3)，用于协调地控制移相变压器和受控串联补偿器； 其中，所述控制装置被设置成执行根据权利要求1所述的方法。
6. 根据权利要求5所述的设备，其中一个或若干个容性阶具有低升 压能力。
7. —种高压交流传输系统，具有至少两个并行线路，其特征在于根据权利要求5所述的设备(10 )，其被设置在所述至少两个并行线 粒一中。
8. 根据权利要求7所述的系统，其中所述设备(10)被安装在具有 最大剩余发热余量的线路中。
9. 根据权利要求8所述的系统，其中所述设备(10)被安^4远程 生产源与负载如城市之间的传输接口中具有最大感抗的线路中。
10. —种可存储在计算机可读介质上的计算枳4呈序产品，用于执行根 据权利要求1所述的方法。
11. 一种计算机可读介质，具有根据权利要求10所述的计算机程序产品。
全文摘要
一种用于控制交流传输线路中的电力潮流的方法，该方法包括迅速处理电压恢复、以及仅在该电压恢复之后进行热约束。
文档编号H02J3/18GK101390267SQ200780006237
公开日2009年3月18日 申请日期2007年2月22日 优先权日2006年2月23日
发明者伦纳特·昂奎斯特, 贝蒂尔·贝里格伦 申请人:Abb研究有限公司