用于非侵入式發(fā)電機(jī)阻尼轉(zhuǎn)矩估計(jì)的系統(tǒng)和方法
【專利摘要】本發(fā)明題為用于非侵入式發(fā)電機(jī)阻尼轉(zhuǎn)矩估計(jì)的系統(tǒng)和方法。用于與電功率網(wǎng)絡(luò)中的發(fā)電機(jī)關(guān)聯(lián)的阻尼轉(zhuǎn)矩的非侵入式估計(jì)的穩(wěn)定性分析系統(tǒng)(SAS)包括處理器，其與關(guān)聯(lián)發(fā)電機(jī)的PMU進(jìn)行通信。處理器配置成接收來(lái)自PMU的第一數(shù)據(jù)樣本集合。第一數(shù)據(jù)集基本上表示發(fā)電機(jī)的至少一個(gè)測(cè)量。處理器還配置成至少部分基于第一數(shù)據(jù)集來(lái)確定發(fā)電機(jī)的估計(jì)轉(zhuǎn)矩。處理器還配置成至少部分基于估計(jì)轉(zhuǎn)矩來(lái)確定估計(jì)平均轉(zhuǎn)矩和一個(gè)或多個(gè)估計(jì)轉(zhuǎn)矩分量。處理器還配置成向操作員輸出估計(jì)平均轉(zhuǎn)矩和一個(gè)或多個(gè)估計(jì)轉(zhuǎn)矩分量，供發(fā)電機(jī)和網(wǎng)絡(luò)的一個(gè)或多個(gè)的穩(wěn)定性分析中使用。
【專利說(shuō)明】
用于非侵入式發(fā)電機(jī)阻尼轉(zhuǎn)矩估計(jì)的系統(tǒng)和方法
技術(shù)領(lǐng)域
[0001] 本公開一般設(shè)及電力網(wǎng)中的電力生成和穩(wěn)定性，W及更具體來(lái)說(shuō)設(shè)及用于電力網(wǎng) 中的發(fā)電機(jī)的阻尼轉(zhuǎn)矩的非侵入式估計(jì)的系統(tǒng)和方法。
【背景技術(shù)】
[0002] -些已知電力系統(tǒng)基于系統(tǒng)的靜態(tài)視圖來(lái)分析系統(tǒng)穩(wěn)定性，運(yùn)可能不考慮發(fā)電 機(jī)、負(fù)載和控制裝置之間的機(jī)電交互。隨著可再生發(fā)電（例如太陽(yáng)能和風(fēng)力發(fā)電機(jī)）的廣泛 部署，可控負(fù)載、能量?jī)?chǔ)存裝置和插入式混合電動(dòng)車輛預(yù)計(jì)網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)設(shè)施(例如通信、計(jì)算 和控制）的更大集成，實(shí)時(shí)地監(jiān)測(cè)和控制電力網(wǎng)的動(dòng)態(tài)性能變得越來(lái)越重要。
[0003] 當(dāng)分析電力系統(tǒng)時(shí)，電力系統(tǒng)狀態(tài)（例如變量）可分類為兩類，即，靜態(tài)類和動(dòng)態(tài) 類。靜態(tài)類包括各種母線電壓幅值和相位角。運(yùn)些測(cè)量可對(duì)某個(gè)時(shí)間期間緩慢地變化。但 是，變化將是較小并且短暫的。在一些已知系統(tǒng)中，運(yùn)些靜態(tài)變量使用利用來(lái)自監(jiān)控和數(shù)據(jù) 獲取(SCADA)系統(tǒng)的遙測(cè)數(shù)據(jù)的狀態(tài)估計(jì)器(SE)來(lái)估計(jì)。動(dòng)態(tài)狀態(tài)包括發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子速度和 轉(zhuǎn)子角、與發(fā)電機(jī)、激勵(lì)器、電力系統(tǒng)穩(wěn)定器、滿輪調(diào)速器、風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)和系統(tǒng)中的其他動(dòng) 態(tài)組件(例如電動(dòng)機(jī)負(fù)載)關(guān)聯(lián)的內(nèi)部差異變量。雖然運(yùn)些狀態(tài)類均對(duì)時(shí)間連續(xù)改變，但是 動(dòng)態(tài)狀態(tài)是主要變量類，其支配系統(tǒng)的瞬態(tài)響應(yīng)。在許多情況下，可能不存在從電網(wǎng)可用的 運(yùn)些動(dòng)態(tài)狀態(tài)的直接測(cè)量。
[0004] 許多現(xiàn)代電力系統(tǒng)包括多個(gè)發(fā)電裝置，其在使用中基本上相互同步。各發(fā)電機(jī)在 物理配置W及操作性能特性和限制方面具有至少部分細(xì)微差異，因此各發(fā)電機(jī)將針對(duì)負(fù)荷 與其他所連接發(fā)電機(jī)略微有偏差。由于電力系統(tǒng)上的總負(fù)載在添加和去除負(fù)載時(shí)將隨時(shí)間 而連續(xù)改變，所W各同步發(fā)電機(jī)將W不同方式對(duì)變化起反應(yīng)。雖然基本上保持發(fā)電機(jī)的電 磁和機(jī)械轉(zhuǎn)矩之間的均衡，但是電力系統(tǒng)的負(fù)荷中的小擾動(dòng)將在同步發(fā)電機(jī)基于其結(jié)構(gòu)W 及操作配置和限制對(duì)運(yùn)些變化進(jìn)行調(diào)整時(shí)對(duì)短時(shí)間期間發(fā)起電力系統(tǒng)中的電力需求與電 力可用性之間的平衡的偏移。跟隨擾動(dòng)的各同步發(fā)電機(jī)的電磁轉(zhuǎn)矩的變化分解為兩個(gè)分 量，即，與轉(zhuǎn)子角偏差同相的同步轉(zhuǎn)矩分量W及與角速度偏差同相的阻尼轉(zhuǎn)矩分量。缺乏充 分同步轉(zhuǎn)矩與非振蕩不穩(wěn)定性關(guān)聯(lián)，W及缺乏阻尼轉(zhuǎn)矩引起低頻振蕩。
[0005] 更多相異的電力生成源的電網(wǎng)集成中固有的增加難題是表征單獨(dú)發(fā)電機(jī)對(duì)較高 級(jí)全系統(tǒng)目標(biāo)、例如電網(wǎng)穩(wěn)定性的貢獻(xiàn)。一些已知穩(wěn)定性分析工具通過(guò)定義與各發(fā)電機(jī)關(guān) 聯(lián)的阻尼轉(zhuǎn)矩來(lái)針對(duì)振蕩的阻尼。但是，使用例如經(jīng)過(guò)相量測(cè)量單元(PMU)所提供的電壓和 電流樣本的外圍測(cè)量的阻尼轉(zhuǎn)矩估計(jì)按傳統(tǒng)完全是具有有限成功的概念工具。因此，為了 執(zhí)行單獨(dú)發(fā)電機(jī)的阻尼轉(zhuǎn)矩評(píng)估，發(fā)電機(jī)必須經(jīng)受侵入式測(cè)試，也就是說(shuō)，發(fā)電機(jī)對(duì)測(cè)試和 分析的時(shí)長(zhǎng)必須停止使用，或者在使用中經(jīng)過(guò)人為擾動(dòng)。但是，運(yùn)種侵入式測(cè)試不提供跨不 同操作條件實(shí)時(shí)地估計(jì)來(lái)自各發(fā)電機(jī)的阻尼轉(zhuǎn)矩貢獻(xiàn)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006] 在一個(gè)方面，提供一種用于與電功率網(wǎng)絡(luò)中的發(fā)電機(jī)關(guān)聯(lián)的阻尼轉(zhuǎn)矩的非侵入式 估計(jì)的穩(wěn)定性分析系統(tǒng)(SAS)。該SAS包括處理器，其與關(guān)聯(lián)發(fā)電機(jī)的相量測(cè)量單元(PMU)進(jìn) 行通信。處理器配置成接收來(lái)自PMU的第一數(shù)據(jù)樣本集合。第一數(shù)據(jù)樣本集合基本上表示發(fā) 電機(jī)的至少一個(gè)測(cè)量。處理器還配置成至少部分基于第一數(shù)據(jù)樣本集合來(lái)確定發(fā)電機(jī)的估 計(jì)轉(zhuǎn)矩。處理器還配置成至少部分基于估計(jì)轉(zhuǎn)矩來(lái)確定估計(jì)平均轉(zhuǎn)矩和一個(gè)或多個(gè)估計(jì)轉(zhuǎn) 矩分量。處理器還配置成向操作員輸出估計(jì)平均轉(zhuǎn)矩和一個(gè)或多個(gè)估計(jì)轉(zhuǎn)矩分量，供發(fā)電 機(jī)和電功率網(wǎng)絡(luò)的一個(gè)或多個(gè)的穩(wěn)定性分析中使用。
[0007] 在另一方面，提供一種用于與功率網(wǎng)絡(luò)中的發(fā)電機(jī)關(guān)聯(lián)的阻尼轉(zhuǎn)矩的非侵入式估 計(jì)的基于計(jì)算機(jī)的方法。該方法使用包括至少一個(gè)處理器的計(jì)算裝置，至少一個(gè)處理器與 關(guān)聯(lián)發(fā)電機(jī)的相量測(cè)量單元(PMU)進(jìn)行通信。該方法包括接收來(lái)自PMU的第一數(shù)據(jù)樣本集 合。第一數(shù)據(jù)樣本集合基本上表示發(fā)電機(jī)的至少一個(gè)測(cè)量。該方法還包括至少部分基于第 一數(shù)據(jù)樣本集合來(lái)確定發(fā)電機(jī)的估計(jì)轉(zhuǎn)矩。該方法還包括至少部分基于估計(jì)轉(zhuǎn)矩來(lái)確定估 計(jì)平均轉(zhuǎn)矩和一個(gè)或多個(gè)估計(jì)轉(zhuǎn)矩分量。該方法還包括向操作員輸出估計(jì)平均轉(zhuǎn)矩和一個(gè) 或多個(gè)估計(jì)轉(zhuǎn)矩分量，供發(fā)電機(jī)和功率網(wǎng)絡(luò)的一個(gè)或多個(gè)的穩(wěn)定性分析中使用。
[0008] 在另一方面，提供一種其上包含了計(jì)算機(jī)可執(zhí)行指令的至少一個(gè)非暫時(shí)計(jì)算機(jī)可 讀存儲(chǔ)介質(zhì)。在由至少一個(gè)處理器運(yùn)行時(shí)，計(jì)算機(jī)可執(zhí)行指令使處理器接收來(lái)自相量測(cè)量 單元(PMU)(其與處理器進(jìn)行通信并且與功率網(wǎng)絡(luò)中的發(fā)電機(jī)關(guān)聯(lián))的第一數(shù)據(jù)樣本集合。 第一數(shù)據(jù)樣本集合基本上表示發(fā)電機(jī)的至少一個(gè)測(cè)量。另外，在由至少一個(gè)處理器運(yùn)行時(shí)， 計(jì)算機(jī)可執(zhí)行指令使處理器至少部分基于第一數(shù)據(jù)樣本集合來(lái)確定發(fā)電機(jī)的估計(jì)轉(zhuǎn)矩。此 夕h在由至少一個(gè)處理器運(yùn)行時(shí)，計(jì)算機(jī)可執(zhí)行指令使處理器至少部分基于估計(jì)轉(zhuǎn)矩來(lái)確 定估計(jì)平均轉(zhuǎn)矩和一個(gè)或多個(gè)估計(jì)轉(zhuǎn)矩分量。此外，在由至少一個(gè)處理器運(yùn)行時(shí)，計(jì)算機(jī)可 執(zhí)行指令使處理器向操作員輸出估計(jì)平均轉(zhuǎn)矩和一個(gè)或多個(gè)估計(jì)轉(zhuǎn)矩分量，供發(fā)電機(jī)和功 率網(wǎng)絡(luò)的一個(gè)或多個(gè)的穩(wěn)定性分析中使用。
[0009] 技術(shù)方案1: 一種用于與電功率網(wǎng)絡(luò)中的發(fā)電機(jī)關(guān)聯(lián)的阻尼轉(zhuǎn)矩的非侵入式估計(jì) 的穩(wěn)定性分析系統(tǒng)，所述穩(wěn)定性分析系統(tǒng)包括與關(guān)聯(lián)所述發(fā)電機(jī)的相量測(cè)量單元(PMU)進(jìn) 行通信的處理器，所述處理器編程為： 接收來(lái)自所述PMU的第一數(shù)據(jù)樣本集合，所述第一數(shù)據(jù)樣本集合基本上表示所述發(fā)電 機(jī)的至少一個(gè)測(cè)量； 至少部分基于所述第一數(shù)據(jù)樣本集合來(lái)確定所述發(fā)電機(jī)的估計(jì)轉(zhuǎn)矩； 至少部分基于所述估計(jì)轉(zhuǎn)矩來(lái)確定估計(jì)平均轉(zhuǎn)矩和一個(gè)或多個(gè)估計(jì)轉(zhuǎn)矩分量;W及 向操作員輸出所述估計(jì)平均轉(zhuǎn)矩和所述一個(gè)或多個(gè)估計(jì)轉(zhuǎn)矩分量，供所述發(fā)電機(jī)和所 述電功率網(wǎng)絡(luò)的一個(gè)或多個(gè)的穩(wěn)定性分析中使用。
[0010] 技術(shù)方案2:如權(quán)利要求1所述的穩(wěn)定性分析系統(tǒng)，其中，所述一個(gè)或多個(gè)估計(jì)轉(zhuǎn)矩 分量的各轉(zhuǎn)矩分量與模態(tài)角頻率所表征的振蕩模式關(guān)聯(lián)。
[0011] 技術(shù)方案3:如權(quán)利要求1所述的穩(wěn)定性分析系統(tǒng)，其中，確定估計(jì)平均轉(zhuǎn)矩和一個(gè) 或多個(gè)估計(jì)轉(zhuǎn)矩分量包括使用系統(tǒng)識(shí)別技術(shù)來(lái)估計(jì)所述平均轉(zhuǎn)矩和所述一個(gè)或多個(gè)估計(jì) 轉(zhuǎn)矩分量。
[0012] 技術(shù)方案4:如權(quán)利要求3所述的穩(wěn)定性分析系統(tǒng)，其中，所述系統(tǒng)識(shí)別技術(shù)是卡爾 曼濾波器、粒子濾波器、龍伯格觀測(cè)器和自適應(yīng)向量量化(AVQ)其中之一。
[0013] 技術(shù)方案5:如權(quán)利要求1所述的穩(wěn)定性分析系統(tǒng)，其中，確定估計(jì)平均轉(zhuǎn)矩和一個(gè) 或多個(gè)估計(jì)轉(zhuǎn)矩分量還至少部分基于確定在時(shí)間t的所述估計(jì)平均轉(zhuǎn)矩如勺值和滬g 參考系中的?^估計(jì)轉(zhuǎn)矩分量死抓'麻死g W，其中J'=l至扭，使得在時(shí)間謝所述估計(jì)轉(zhuǎn)矩死W 基本上等于：
其中，
是所估計(jì)角，其中Wj是第i模態(tài)角頻率的所述估計(jì)速度，W 及
是所估計(jì)空間相量對(duì)其參考系被鎖定的角度。
[0014] 技術(shù)方案6:如權(quán)利要求1所述的穩(wěn)定性分析系統(tǒng)，其中，所述第一數(shù)據(jù)樣本包括在 時(shí)間t的功率A的樣本的離散值，其中所述估計(jì)轉(zhuǎn)矩計(jì)算為所述功率A與所述發(fā)電機(jī)的估計(jì) 速度和測(cè)量速度中的一個(gè)速度W的比率。
[0015] 技術(shù)方案7:如權(quán)利要求1所述的穩(wěn)定性分析系統(tǒng)，其中，所述處理器還編程為： 使用與所述發(fā)電機(jī)關(guān)聯(lián)的環(huán)境條件數(shù)據(jù)來(lái)初始化與所述一個(gè)或多個(gè)轉(zhuǎn)矩分量關(guān)聯(lián)的 多個(gè)頻率;W及 使用比例-積分補(bǔ)償器來(lái)更新所述多個(gè)頻率，W使連續(xù)樣本中的相位角之間的誤差為 最小。
[0016] 技術(shù)方案8:-種用于與功率網(wǎng)絡(luò)中的發(fā)電機(jī)關(guān)聯(lián)的阻尼轉(zhuǎn)矩的非侵入式估計(jì)的 基于計(jì)算機(jī)的方法，所述方法使用包括與關(guān)聯(lián)所述發(fā)電機(jī)的相量測(cè)量單元(PMU)進(jìn)行通信 的至少一個(gè)處理器的計(jì)算裝置，所述方法包括： 接收來(lái)自所述PMU的第一數(shù)據(jù)樣本集合，所述第一數(shù)據(jù)樣本集合基本上表示所述發(fā)電 機(jī)的至少一個(gè)測(cè)量； 至少部分基于所述第一數(shù)據(jù)樣本集合來(lái)確定所述發(fā)電機(jī)的估計(jì)轉(zhuǎn)矩； 至少部分基于所述估計(jì)轉(zhuǎn)矩來(lái)確定估計(jì)平均轉(zhuǎn)矩和一個(gè)或多個(gè)估計(jì)轉(zhuǎn)矩分量;W及 向操作員輸出所述估計(jì)平均轉(zhuǎn)矩和所述一個(gè)或多個(gè)估計(jì)轉(zhuǎn)矩分量，供所述發(fā)電機(jī)和所 述功率網(wǎng)絡(luò)的一個(gè)或多個(gè)的穩(wěn)定性分析中使用。
[0017] 技術(shù)方案9:如權(quán)利要求8所述的方法，其中，所述一個(gè)或多個(gè)估計(jì)轉(zhuǎn)矩分量的各轉(zhuǎn) 矩分量與模態(tài)角頻率所表征的振蕩模式關(guān)聯(lián)。
[0018] 技術(shù)方案10:如權(quán)利要求8所述的方法，其中，確定估計(jì)平均轉(zhuǎn)矩和一個(gè)或多個(gè)估 計(jì)轉(zhuǎn)矩分量包括使用系統(tǒng)識(shí)別技術(shù)來(lái)估計(jì)所述平均轉(zhuǎn)矩和所述一個(gè)或多個(gè)估計(jì)轉(zhuǎn)矩分量。
[0019] 技術(shù)方案11:如權(quán)利要求10所述的方法，其中，所述系統(tǒng)識(shí)別技術(shù)是卡爾曼濾波 器、粒子濾波器、龍伯格觀測(cè)器和自適應(yīng)向量量化(AVQ)其中之一。
[0020] 技術(shù)方案12:如權(quán)利要求8所述的方法，其中，確定估計(jì)平均轉(zhuǎn)矩和一個(gè)或多個(gè)估 計(jì)轉(zhuǎn)矩分量還至少部分基于確定在時(shí)間t的所述估計(jì)平均轉(zhuǎn)矩如勺值和滬g參考系中 的m個(gè)估計(jì)轉(zhuǎn)矩分量Te抓V和TegW，其中i=l至m，使得在時(shí)間t的所述估計(jì)轉(zhuǎn)矩7；^^基本上等 于：
[態(tài)角頻率的所述估計(jì)速度，W 及
I所估計(jì)空間相量對(duì)其參考系被鎖定的角度。
[0021] 技術(shù)方案13:如權(quán)利要求8所述的方法，其中，所述第一數(shù)據(jù)樣本包括在時(shí)間t的功 率A的樣本的離散值，其中所述估計(jì)轉(zhuǎn)矩計(jì)算為所述功率A與所述發(fā)電機(jī)的估計(jì)速度和測(cè) 量速度中的一個(gè)速度W的比率。
[0022] 技術(shù)方案14:如權(quán)利要求8所述的方法，還包括： 使用與所述發(fā)電機(jī)關(guān)聯(lián)的環(huán)境條件數(shù)據(jù)來(lái)初始化與所述一個(gè)或多個(gè)轉(zhuǎn)矩分量關(guān)聯(lián)的 多個(gè)頻率;W及 使用比例-積分補(bǔ)償器來(lái)更新所述多個(gè)頻率，W使連續(xù)樣本中的相位角之間的誤差為 最小。
[0023] 技術(shù)方案15:至少一個(gè)非暫時(shí)計(jì)算機(jī)可讀存儲(chǔ)介質(zhì)，其上包含了計(jì)算機(jī)可執(zhí)行指 令，其中，在由至少一個(gè)處理器運(yùn)行時(shí)，所述計(jì)算機(jī)可執(zhí)行指令使所述處理器： 接收來(lái)自與所述處理器進(jìn)行通信并且與功率網(wǎng)絡(luò)中的發(fā)電機(jī)關(guān)聯(lián)的相量測(cè)量單元 (PMU)的第一數(shù)據(jù)樣本集合，所述第一數(shù)據(jù)樣本集合基本上表示所述發(fā)電機(jī)的至少一個(gè)測(cè) 量； 至少部分基于所述第一數(shù)據(jù)樣本集合來(lái)確定所述發(fā)電機(jī)的估計(jì)轉(zhuǎn)矩； 至少部分基于所述估計(jì)轉(zhuǎn)矩來(lái)確定估計(jì)平均轉(zhuǎn)矩和一個(gè)或多個(gè)估計(jì)轉(zhuǎn)矩分量;W及 向操作員輸出所述估計(jì)平均轉(zhuǎn)矩和所述一個(gè)或多個(gè)估計(jì)轉(zhuǎn)矩分量，供所述發(fā)電機(jī)和所 述功率網(wǎng)絡(luò)的一個(gè)或多個(gè)的穩(wěn)定性分析中使用。
[0024] 技術(shù)方案16:如權(quán)利要求15所述的計(jì)算機(jī)可讀存儲(chǔ)介質(zhì)，其中，所述一個(gè)或多個(gè)估 計(jì)轉(zhuǎn)矩分量的各轉(zhuǎn)矩分量與模態(tài)角頻率所表征的振蕩模式關(guān)聯(lián)。
[0025] 技術(shù)方案17:如權(quán)利要求15所述的計(jì)算機(jī)可讀存儲(chǔ)介質(zhì)，其中，確定估計(jì)平均轉(zhuǎn)矩 和一個(gè)或多個(gè)估計(jì)轉(zhuǎn)矩分量包括使用系統(tǒng)識(shí)別技術(shù)來(lái)估計(jì)所述平均轉(zhuǎn)矩和所述一個(gè)或多 個(gè)估計(jì)轉(zhuǎn)矩分量。
[0026] 技術(shù)方案18:如權(quán)利要求17所述的計(jì)算機(jī)可讀存儲(chǔ)介質(zhì)，其中，所述系統(tǒng)識(shí)別技術(shù) 是卡爾曼濾波器、粒子濾波器、龍伯格觀測(cè)器和自適應(yīng)向量量化(AVQ)其中之一。
[0027] 技術(shù)方案19:如權(quán)利要求15所述的計(jì)算機(jī)可讀存儲(chǔ)介質(zhì)，其中，確定估計(jì)平均轉(zhuǎn)矩 和一個(gè)或多個(gè)估計(jì)轉(zhuǎn)矩分量還至少部分基于確定在時(shí)間t的所述估計(jì)平均轉(zhuǎn)矩州勺 值和(6/-慘考系中的估計(jì)轉(zhuǎn)矩分量心W和死g W，其中J'= 1至扭，使得在時(shí)間術(shù)所述估計(jì) 轉(zhuǎn)矩基本上等于：
其中，
是所估計(jì)角，其中是第i模態(tài)角頻率的所述估計(jì)速度，W 及
是所估計(jì)空間相量對(duì)其參考系被鎖定的角度。
[0028] 技術(shù)方案20:如權(quán)利要求15所述的計(jì)算機(jī)可讀存儲(chǔ)介質(zhì)，其中，所述第一數(shù)據(jù)樣本 包括在時(shí)間t的功率Pe的樣本的離散值，其中所述估計(jì)轉(zhuǎn)矩計(jì)算為所述功率A與所述發(fā)電機(jī) 的估計(jì)速度和測(cè)量速度中的一個(gè)速度W的比率。
【附圖說(shuō)明】
[0029] 通過(guò)參照附圖閱讀W下詳細(xì)描述，將會(huì)更好地了解本公開的運(yùn)些及其他特征、方 面和優(yōu)點(diǎn)，附圖中，相似標(biāo)號(hào)通篇表示相似部件，附圖包括： 圖I是示范輸送網(wǎng)絡(luò)和示范配電系統(tǒng)的一般示意圖； 圖2是用來(lái)分析圖1所示輸電網(wǎng)的示范穩(wěn)定性分析系統(tǒng)(SAS)的框圖； 圖3是包括多個(gè)相量測(cè)量單元(PMU)、用于使用圖2所示SAS來(lái)監(jiān)測(cè)和管理圖1所示電功 率網(wǎng)絡(luò)的示范廣域測(cè)量系統(tǒng)(WAMS)的數(shù)據(jù)流程圖； 圖4是包括其中PMU數(shù)據(jù)由包括示范動(dòng)態(tài)狀態(tài)估計(jì)器、圖2所示SAS來(lái)收集和分析的示范 發(fā)電機(jī)和圖3所示W(wǎng)AMS、圖1所示電功率網(wǎng)絡(luò)的一部分的簡(jiǎn)圖； 圖5是由圖4所示阻尼轉(zhuǎn)矩估計(jì)器所執(zhí)行W用于使用圖4所示動(dòng)態(tài)狀態(tài)估計(jì)器所生成的 估計(jì)輸出來(lái)估計(jì)圖4所示發(fā)電機(jī)的阻尼轉(zhuǎn)矩的示范過(guò)程的簡(jiǎn)圖； 圖6是與圖4所不發(fā)電機(jī)關(guān)聯(lián)的相量Aff和AS的定位的圖表； 圖7是由圖5所示示范轉(zhuǎn)矩相量提取器所執(zhí)行W用于估計(jì)與各振蕩模式對(duì)應(yīng)的轉(zhuǎn)矩相 量的示范過(guò)程的簡(jiǎn)圖； 圖8是使用圖2所示SAS對(duì)圖4所示發(fā)電機(jī)的阻尼轉(zhuǎn)矩的非侵入式估計(jì)的示范方法的流 程圖；W及 圖9示出可用于如本文所述的阻尼轉(zhuǎn)矩的非侵入式估計(jì)的計(jì)算裝置中的數(shù)據(jù)庫(kù)的示例 配置連同如其他相關(guān)計(jì)算組件。
[0030] 除非另加說(shuō)明，否則本文所提供的附圖意在示出本公開的實(shí)施例的特征。運(yùn)些特 征被認(rèn)為可適用于包括本公開的一個(gè)或多個(gè)實(shí)施例的大量系統(tǒng)。因此，附圖不是意在包括 本領(lǐng)域的技術(shù)人員已知的、實(shí)施本文所公開實(shí)施例所需的所有常規(guī)特征。
【具體實(shí)施方式】
[0031] 在W下說(shuō)明書和權(quán)利要求書中，將參照定義成具有下列含意的多個(gè)術(shù)語(yǔ)。
[0032] 單數(shù)形式"一"、"一個(gè)"、"該"和"所述"包括復(fù)數(shù)引用，除非上下文另加明確說(shuō)明。
[0033] "可選的"或"可選地"表示隨后描述的事件或情況可能發(fā)生或者可能不發(fā)生，W及 本描述包括其中發(fā)生事件的實(shí)例W及其中沒(méi)有發(fā)生事件的實(shí)例。
[0034] 如本文在本說(shuō)明書和權(quán)利要求書中通篇使用的近似語(yǔ)言可適用于修改可準(zhǔn)許改 變的任何定量表示，而沒(méi)有引起與其相關(guān)的基本功能的變化。相應(yīng)地，通過(guò)諸如"大紛V'近 似"和"基本上"之類的一個(gè)或多個(gè)術(shù)語(yǔ)所修改的值并不局限于所指定的精確值。在至少一 些情況下，近似語(yǔ)言可對(duì)應(yīng)于用于測(cè)量該值的儀器的精確度。在運(yùn)里并且在整個(gè)說(shuō)明書和 權(quán)利要求書中，范圍限制可經(jīng)過(guò)組合和/或互換，運(yùn)類范圍被標(biāo)識(shí)，并且包括其中包含的所 有子范圍，除非上下文或語(yǔ)言另加說(shuō)明。
[0035] 如本文所使用的術(shù)語(yǔ)"處理器"和"計(jì)算機(jī)"及相關(guān)術(shù)語(yǔ)、例如"處理裝置"、"計(jì)算裝 置"和"控制器"并不局限于只是本領(lǐng)域稱作計(jì)算機(jī)的那些集成電路，而是廣義地表示微控 制器、微型計(jì)算機(jī)、可編程邏輯控制器(PLC)、專用集成電路W及其他可編程電路，并且運(yùn)些 術(shù)語(yǔ)在本文中可互換地使用。在本文所述的實(shí)施例中，存儲(chǔ)器可包括但不限于計(jì)算機(jī)可讀 介質(zhì)(例如隨機(jī)存取存儲(chǔ)器(RAM))和計(jì)算機(jī)可讀非易失性介質(zhì)(例如閃速存儲(chǔ)器）。備選地， 也可使用軟盤、致密光盤只讀存儲(chǔ)器(CD-ROM)、磁光盤(MOD)和/或數(shù)字多功能光盤(DVD)。 另外，在本文所述的實(shí)施例中，附加輸入通道非限制性地可W是與操作員接口關(guān)聯(lián)的計(jì)算 機(jī)外設(shè)，例如鼠標(biāo)和鍵盤。備選地，也可使用其他計(jì)算機(jī)外設(shè)，其可包括例如但不限于掃描 儀。此外，在示范實(shí)施例中，附加輸出通道可包括但不限于操作員接口監(jiān)視器。
[0036] 如本文所使用的術(shù)語(yǔ)"非暫時(shí)計(jì)算機(jī)可讀介質(zhì)"意在表示按照任何方法或技術(shù)所 實(shí)現(xiàn)W用于信息(例如計(jì)算機(jī)可讀指令、數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)、程序模塊和子模塊或者任何裝置中的其 他數(shù)據(jù))的短期和長(zhǎng)期存儲(chǔ)的任何有形的基于計(jì)算機(jī)的裝置。因此，本文所述的方法可編碼 為包含在有形非暫時(shí)計(jì)算機(jī)可讀介質(zhì)(非限制性地包括存儲(chǔ)裝置和/或存儲(chǔ)器裝置)中的可 執(zhí)行指令。運(yùn)類指令在由處理器運(yùn)行時(shí)使該處理器執(zhí)行本文所述方法的至少一部分。此外， 如本文所使用的術(shù)語(yǔ)"非暫時(shí)計(jì)算機(jī)可讀介質(zhì)"包括所有有形計(jì)算機(jī)可讀介質(zhì)，非限制性地 包括非暫時(shí)計(jì)算機(jī)存儲(chǔ)裝置(非限制性地包括易失性和非易失性介質(zhì)、可拆卸和不可拆卸 介質(zhì)，例如固件、物理的虛擬存儲(chǔ)裝置、CD-ROM、DVD)和任何其他數(shù)字源(例如網(wǎng)絡(luò)或因特 網(wǎng)）W及有待開發(fā)的數(shù)字介質(zhì)，其中唯一例外是暫時(shí)傳播信號(hào)。
[0037] 如本文所使用的術(shù)語(yǔ)"軟件"和"固件"是可互換的，并且包括存儲(chǔ)器中存儲(chǔ)的任何 計(jì)算機(jī)程序，W供非限制性地包括移動(dòng)裝置集群、個(gè)人計(jì)算機(jī)、工作站、客戶端和服務(wù)器的 裝置執(zhí)行。
[0038] 此外，如本文所使用的術(shù)語(yǔ)"實(shí)時(shí)"表示關(guān)聯(lián)事件的發(fā)生時(shí)間、預(yù)定數(shù)據(jù)的測(cè)量和 收集的時(shí)間、處理數(shù)據(jù)的時(shí)間W及對(duì)事件和環(huán)境的系統(tǒng)響應(yīng)的時(shí)間中的至少一個(gè)。在本文 所述的實(shí)施例中，運(yùn)些活動(dòng)和事件基本上同時(shí)發(fā)生。
[0039] 如本文所使用的術(shù)語(yǔ)"操作員"包括與操作和維護(hù)配電系統(tǒng)關(guān)聯(lián)的任何職位的任 何人，非限制性地包括本文所述系統(tǒng)的用戶、輪班操作人員、維護(hù)技術(shù)人員和系統(tǒng)監(jiān)控人 員。
[0040] 如本文所使用的術(shù)語(yǔ)"數(shù)據(jù)流"一般用來(lái)表示數(shù)據(jù)值的有序系列，其從一個(gè)裝置來(lái) 收集并且跨通信網(wǎng)絡(luò)發(fā)送給另一個(gè)裝置。更具體來(lái)說(shuō)，在一些實(shí)施例中，相量測(cè)量單元 (PMU)從輸電網(wǎng)中的特定點(diǎn)來(lái)捕獲數(shù)據(jù)值、例如電流和電壓電平。在一些實(shí)施例中，運(yùn)些值 W每秒60次的頻率來(lái)收集（即，每隔1/60秒收集一個(gè)值KPM閑尋所收集值的運(yùn)個(gè)系列作為 "數(shù)據(jù)流"連續(xù)發(fā)送給另一個(gè)計(jì)算裝置、例如相量數(shù)據(jù)集中器(PDC)和/或穩(wěn)定性分析系統(tǒng) (SAS)，供進(jìn)一步處理。
[0041 ]如本文所使用的術(shù)語(yǔ)"穩(wěn)定性分析"用來(lái)表示經(jīng)過(guò)至少一個(gè)相量測(cè)量單元(PMU)所 記錄的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)的分析，W估計(jì)單獨(dú)發(fā)電機(jī)的動(dòng)態(tài)狀態(tài)，并且實(shí)現(xiàn)針對(duì)頻率振蕩的各單獨(dú) 模式實(shí)時(shí)地對(duì)相應(yīng)發(fā)電機(jī)的阻尼轉(zhuǎn)矩的實(shí)際估計(jì)。
[0042] 如本文所使用的術(shù)語(yǔ)"模式"用來(lái)表示電力系統(tǒng)中的低頻振蕩的機(jī)電模式。各振蕩 模式通過(guò)整個(gè)電力系統(tǒng)的振蕩的關(guān)聯(lián)模態(tài)角頻率(modal angular打equency)、阻尼和形 狀來(lái)定義。模式形狀定義整個(gè)系統(tǒng)的振蕩的幅度和定相(phasing), W及有效振蕩阻尼至少 部分依靠電力系統(tǒng)的機(jī)電模態(tài)性質(zhì)的有效識(shí)別。
[0043] 本文所述的方法和系統(tǒng)包括分析從相量測(cè)量單元(PMU)發(fā)送給輸電和/或配電網(wǎng) ("電力網(wǎng)"）中的相量數(shù)據(jù)集中器(PDC)和/或穩(wěn)定性分析系統(tǒng)(SAS)的數(shù)據(jù)流。運(yùn)些系統(tǒng)和 方法針對(duì)提供電力網(wǎng)中的穩(wěn)定性W及更具體來(lái)說(shuō)是用于估計(jì)與電力網(wǎng)中的發(fā)電機(jī)關(guān)聯(lián)的 阻尼轉(zhuǎn)矩的穩(wěn)定性分析系統(tǒng)和方法。如本文所使用的SAS平衡估計(jì)發(fā)電機(jī)的動(dòng)態(tài)狀態(tài)的PMU 技術(shù)的進(jìn)步并且實(shí)現(xiàn)進(jìn)一步針對(duì)單獨(dú)模式的單獨(dú)發(fā)電機(jī)的阻尼轉(zhuǎn)矩的實(shí)際估計(jì)。本文所述 的SAS使用高解析度PMU測(cè)量來(lái)估計(jì)動(dòng)態(tài)狀態(tài)，W提供對(duì)電網(wǎng)穩(wěn)定性的判斷力。運(yùn)類測(cè)量對(duì) 電網(wǎng)操作越來(lái)越至關(guān)重要，因?yàn)樵絹?lái)越大的發(fā)電量由與電網(wǎng)運(yùn)營(yíng)商無(wú)關(guān)的實(shí)體來(lái)提供，從 而要求來(lái)自單獨(dú)發(fā)電機(jī)的電網(wǎng)穩(wěn)定貢獻(xiàn)在無(wú)需在單獨(dú)發(fā)電機(jī)設(shè)施的侵入式測(cè)量的情況下 量化和檢驗(yàn)。PMU跨大地理位置是時(shí)間同步的，與改進(jìn)算法和計(jì)算硬件相組合，估計(jì)系統(tǒng)的 動(dòng)態(tài)狀態(tài)并且實(shí)時(shí)地跨寬廣區(qū)域捕獲動(dòng)態(tài)性能。
[0044] 圖1是示范電功率網(wǎng)絡(luò)100的一般示意圖。電功率網(wǎng)絡(luò)100通常包括經(jīng)過(guò)輸電網(wǎng)103 輸出電力的發(fā)電廠102,其中輸電網(wǎng)103包括超高壓輸電網(wǎng)104和高壓輸電網(wǎng)106,經(jīng)過(guò)其將 電力傳送給示范配電系統(tǒng)110。電功率網(wǎng)絡(luò)100非限制性地可包括任何數(shù)量、類型和配置的 超高壓輸電網(wǎng)104、高壓輸電網(wǎng)106和配電系統(tǒng)IioW及配電系統(tǒng)110、高壓輸電網(wǎng)106(例如 大于110-265千伏化V)和超高壓輸電網(wǎng)104(例如大于265 kV)中的任何數(shù)量的消費(fèi)者。
[0045] 配電系統(tǒng)110包括低瓦特消費(fèi)者112和工業(yè)中等瓦特消費(fèi)者114。配電系統(tǒng)110還包 括分布式發(fā)電機(jī)130,其中包括城市發(fā)電廠132、太陽(yáng)能發(fā)電場(chǎng)134和風(fēng)力田136。雖然配電系 統(tǒng)110示為具有示范數(shù)量和類型的分布式發(fā)電機(jī)130,但是配電系統(tǒng)110可包括任何數(shù)量和 類型的分布式發(fā)電機(jī)130,非限制性地包括柴油發(fā)電機(jī)、微型滿輪機(jī)、太陽(yáng)能收集器陣列、光 伏陣列和風(fēng)力滿輪機(jī)。
[0046] 圖2是用來(lái)分析網(wǎng)絡(luò)100(圖1所示）的示范穩(wěn)定性分析系統(tǒng)(SASU20的框圖。備選 地，可使用實(shí)現(xiàn)如本文所述的SAS 120的操作的任何計(jì)算機(jī)架構(gòu)。SAS 120促進(jìn)從例如網(wǎng)絡(luò) 100中的發(fā)電機(jī)的互連點(diǎn)的PMU數(shù)據(jù)的收集、動(dòng)態(tài)狀態(tài)變量(例如發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子角和轉(zhuǎn)子速度） 的分析、測(cè)量和估計(jì)、各種穩(wěn)定性分析(包括但不限于發(fā)電機(jī)阻尼轉(zhuǎn)矩貢獻(xiàn)的估計(jì)、具有不 正確調(diào)諧組件(例如電力系統(tǒng)穩(wěn)定器、激勵(lì)器)的發(fā)電機(jī)的識(shí)別、用于改進(jìn)系統(tǒng)穩(wěn)定性的控 制的關(guān)鍵發(fā)電機(jī)的識(shí)別、實(shí)時(shí)地對(duì)穩(wěn)定性余量的識(shí)別和跟蹤W及分析結(jié)果的呈現(xiàn)和/或?qū)?網(wǎng)絡(luò)100的配置變更的執(zhí)行）。
[0047] 在示范實(shí)施例中，SAS 120包括存儲(chǔ)器裝置150W及操作上禪合到存儲(chǔ)器裝置150 供運(yùn)行指令的處理器152。在一些實(shí)施例中，可執(zhí)行指令存儲(chǔ)在存儲(chǔ)器裝置150中。SAS 120 由編程處理器152可配置成執(zhí)行本文所述的一個(gè)或多個(gè)操作。例如，可通過(guò)將操作編碼為一 個(gè)或多個(gè)可執(zhí)行指令，并且在存儲(chǔ)器裝置150中提供可執(zhí)行指令，來(lái)對(duì)處理器152編程。處理 器152可例如非限制性地包括按照多核配置的一個(gè)或多個(gè)處理單元。
[0048] 此外，在示范實(shí)施例中，存儲(chǔ)器裝置150是實(shí)現(xiàn)諸如可執(zhí)行指令和/或其他數(shù)據(jù)之 類的信息的存儲(chǔ)和檢索的一個(gè)或多個(gè)裝置。存儲(chǔ)器裝置150可包括一個(gè)或多個(gè)有形非暫時(shí) 計(jì)算機(jī)可讀介質(zhì)，非限制性地例如隨機(jī)存取存儲(chǔ)器(RAM)、動(dòng)態(tài)隨機(jī)存取存儲(chǔ)器(DRAM)、靜 態(tài)隨機(jī)存取存儲(chǔ)器(SRAM)、固態(tài)硬盤、硬盤、只讀存儲(chǔ)器(ROM)、可擦可編程ROM化PROM)、電 可擦可編程ROM化EPROM)和/或非易失性RAM(NVRAM)存儲(chǔ)器。上述存儲(chǔ)器類型只是示范性 的，并且因而并不是限制可用于存儲(chǔ)計(jì)算機(jī)程序的存儲(chǔ)器的類型。
[0049] 另外，在示范實(shí)施例中，存儲(chǔ)器裝置150可配置成存儲(chǔ)與發(fā)電廠102的組件關(guān)聯(lián)的 多種操作數(shù)據(jù)W及從與輸電網(wǎng)103的組件關(guān)聯(lián)的PMU(圖1中未示出）所傳送的操作數(shù)據(jù)，非 限制性地包括在輸電網(wǎng)103中的感興趣點(diǎn)的電壓和電流。
[0化0] 在一些實(shí)施例中，SAS 120包括禪合到處理器152的呈現(xiàn)接口 154。呈現(xiàn)接口 154向 用戶156呈現(xiàn)諸如用戶界面和/或告警之類的信息。例如，呈現(xiàn)接口 154可包括顯示適配器 (未示出），其可禪合到諸如陰極射線管(CRT)、液晶顯示器化CD)、有機(jī)LED(OLED)顯示器和/ 或具有顯示器的手持裝置之類的顯示裝置(未示出）。在一些實(shí)施例中，呈現(xiàn)接口 154包括一 個(gè)或多個(gè)顯示裝置。作為補(bǔ)充或替代，呈現(xiàn)接口 154可包括音頻輸出裝置(未示出），例如音 頻適配器和/或卿趴。
[0051 ] 在一些實(shí)施例中，SAS 120包括用戶輸入接口 158。在示范實(shí)施例中，用戶輸入接口 158禪合到處理器152,并且接收來(lái)自用戶156的輸入。用戶輸入接口 158可包括例如鍵盤、指 針裝置、鼠標(biāo)、觸控筆和/或觸敏面板(例如觸摸板或觸摸屏）。單個(gè)組件、例如觸摸屏可用作 呈現(xiàn)接口 154和用戶輸入接口 158的顯示裝置。
[0052] 此外，通信接口 160禪合到處理器152,并且配置成禪合成與一個(gè)或多個(gè)其他裝置 (非限制性地例如輸電網(wǎng)103中的組件、另一個(gè)SAS 120、一個(gè)或多個(gè)PMU(圖2中未示出）W及 能夠訪問(wèn)SAS 120的任何裝置、非限制性地包括便攜膝上型計(jì)算機(jī)、個(gè)人數(shù)字助理(PDA)和 智能電話)進(jìn)行通信。通信接口 160可W非限制性地包括有線網(wǎng)絡(luò)適配器、無(wú)線網(wǎng)絡(luò)適配器、 移動(dòng)電信適配器、串行通信適配器和/或并行通信適配器。通信接口 160可從一個(gè)或多個(gè)遠(yuǎn) 程裝置接收數(shù)據(jù)和/或向其傳送數(shù)據(jù)。例如，一個(gè)SAS 120的通信接口 160可將事務(wù)信息傳送 給另一個(gè)SAS 120的通信接口 160和/或PMU(圖2中未示出KSAS 120可W是萬(wàn)維網(wǎng)使能的， W供例如與遠(yuǎn)程臺(tái)式計(jì)算機(jī)(未示出）進(jìn)行遠(yuǎn)程通信。在示范實(shí)施例中，通信接口 160基于至 少部分通過(guò)標(biāo)準(zhǔn)(非限制性地包括電氣和電子工程師協(xié)會(huì)(IEEE)C37.118-2標(biāo)準(zhǔn))所支配的 通信協(xié)議來(lái)接收和處理來(lái)自PMU的信號(hào)。
[0053] 另外，呈現(xiàn)接口 154和/或通信接口 160均能夠例如向用戶156或另一個(gè)裝置提供適 合與本文所述方法配合使用的信息。相應(yīng)地，呈現(xiàn)接口 154和通信接口 160可稱作輸出裝置。 類似地，用戶輸入接口 158和通信接口 160能夠接收適合與本文所述方法配合使用的信息， 并且可稱作輸入裝置。
[0054] 此外，處理器152和/或存儲(chǔ)器裝置150也可在操作上禪合到存儲(chǔ)裝置162。存儲(chǔ)裝 置162是適合存儲(chǔ)和/或檢索數(shù)據(jù)、非限制性地例如與數(shù)據(jù)庫(kù)164關(guān)聯(lián)的數(shù)據(jù)的任何計(jì)算機(jī) 操作硬件。在示范實(shí)施例中，存儲(chǔ)裝置162集成在SAS 120中。例如，SAS 120可包括作為存儲(chǔ) 裝置162的一個(gè)或多個(gè)硬盤驅(qū)動(dòng)器。此外，例如，存儲(chǔ)裝置162可包括多個(gè)存儲(chǔ)單元，例如按 照冗余廉價(jià)磁盤陣列(RAID)配置的硬盤和/或固態(tài)磁盤。存儲(chǔ)裝置162可包括存儲(chǔ)區(qū)域網(wǎng)絡(luò) (SAN)、網(wǎng)絡(luò)附連存儲(chǔ)(NAS)系統(tǒng)和/或基于云的存儲(chǔ)。備選地，存儲(chǔ)裝置162是SAS 120外部 的，并且可由存儲(chǔ)接口（未示出）來(lái)訪問(wèn)。
[0055] 此外，在示范實(shí)施例中，數(shù)據(jù)庫(kù)164包含與組件關(guān)聯(lián)的多種靜態(tài)和動(dòng)態(tài)操作數(shù)據(jù)， 其中一部分可從與網(wǎng)絡(luò)100中的組件關(guān)聯(lián)的PMU(圖2中未示出）來(lái)傳送，非限制性地包括網(wǎng) 絡(luò)100中的感興趣點(diǎn)的電壓和電流相量。
[0056] 本文所示和所述的實(shí)施例W及本文沒(méi)有具體描述但處于本公開的方面的范圍之 內(nèi)的實(shí)施例構(gòu)成用于使用來(lái)自一個(gè)或多個(gè)PMU的數(shù)據(jù)值來(lái)估計(jì)阻尼轉(zhuǎn)矩的示范部件。例如， SAS 120W及添加到其中或者包含在其中的任何其他類似計(jì)算機(jī)裝置當(dāng)集成在一起時(shí)包括 充分的計(jì)算機(jī)可讀存儲(chǔ)介質(zhì)，其編程有充分的計(jì)算機(jī)可執(zhí)行指令，W便如本文所述采用處 理器來(lái)運(yùn)行進(jìn)程和技術(shù)。具體來(lái)說(shuō)，SAS 120W及對(duì)其添加或者其中包含的任何其他類似計(jì) 算機(jī)裝置當(dāng)集成在一起時(shí)構(gòu)成用于估計(jì)與網(wǎng)絡(luò)100中的一個(gè)或多個(gè)發(fā)電機(jī)關(guān)聯(lián)的阻尼轉(zhuǎn)矩 的示范部件。
[0057] 圖3是包括多個(gè)相量測(cè)量單元(PMU)320、用于使用SAS 120(圖2所示）來(lái)監(jiān)測(cè)和管 理電功率網(wǎng)絡(luò)1〇〇(圖1所示）的示范廣域測(cè)量系統(tǒng)(WAMS)300的數(shù)據(jù)流程圖。WAMS 300包括 數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)310,其使用數(shù)據(jù)鏈路312在通信上禪合一個(gè)或多個(gè)PMU 320和至少一個(gè)相量數(shù)據(jù) 集中器和/或SAS 120。每個(gè)PMU 320在特定位置、例如變電站322在通信上禪合到輸電網(wǎng)（圖 I所示）。在一些實(shí)施例中，變電站322是發(fā)電廠102連接到輸電網(wǎng)103的點(diǎn)。此外，在一些實(shí)施 例中，PMU 320和SAS 120在通信上禪合到時(shí)間同步源、例如衛(wèi)星340。無(wú)線數(shù)據(jù)鏈路342允許 PMU 320和SAS 120與衛(wèi)星340進(jìn)行通信，W促進(jìn)使用加時(shí)戳的已知方法所收集的樣本的同 步。
[0058] 在操作期間，在示范實(shí)施例中，PMU 320測(cè)量和/或收集來(lái)自網(wǎng)絡(luò)100中的變電站 322的數(shù)據(jù)、例如相量數(shù)據(jù)。PMU 320可每秒多次、例如在每秒10與120個(gè)樣本之間對(duì)數(shù)據(jù)值 進(jìn)行取樣。PMU 320還將時(shí)間與衛(wèi)星340同步，使得對(duì)所收集數(shù)據(jù)值加時(shí)戳，從而允許來(lái)自多 個(gè)PMU 320的值在分析期間共同經(jīng)過(guò)時(shí)間相互關(guān)連。PMU 320跨數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)310將所測(cè)量值作 為"數(shù)據(jù)流"傳送給管理裝置、例如SAS 120"SAS 120將運(yùn)個(gè)數(shù)據(jù)流用于操作任務(wù)，例如估計(jì) 網(wǎng)絡(luò)100中的一個(gè)或多個(gè)發(fā)電機(jī)的阻尼轉(zhuǎn)矩。
[0059] 圖4是包括其中PMU數(shù)據(jù)由SAS 120來(lái)收集和分析的發(fā)電機(jī)410和WAMS 300(圖3所 示）的電功率網(wǎng)絡(luò)100的簡(jiǎn)圖400。發(fā)電機(jī)410產(chǎn)生并且向網(wǎng)絡(luò)100傳送電力輸出412。在示范 實(shí)施例中，SAS 120包括動(dòng)態(tài)狀態(tài)估計(jì)器430,其包括用于使用來(lái)自一個(gè)或多個(gè)PMU 320的實(shí) 時(shí)PMU測(cè)量來(lái)生成一個(gè)或多個(gè)發(fā)電機(jī)410的動(dòng)態(tài)狀態(tài)(例如速度和角）的模型432。運(yùn)些動(dòng)態(tài) 狀態(tài)作為估計(jì)輸出440提供給阻尼轉(zhuǎn)矩估計(jì)器450,其生成估計(jì)阻尼轉(zhuǎn)矩460。
[0060] 更具體來(lái)說(shuō)，在示范實(shí)施例中，模型432(例如發(fā)電機(jī)的動(dòng)態(tài)模型）使用來(lái)自PMU 320、采取在發(fā)電機(jī)母線(未示出）的電壓和電流相量的形式的PMU數(shù)據(jù)來(lái)估計(jì)處于當(dāng)前時(shí)間 樣本的動(dòng)態(tài)變量，W及對(duì)將來(lái)的若干時(shí)間樣本預(yù)測(cè)運(yùn)些變量。另外，模型432配置成使用某 些輸入的測(cè)量和計(jì)算值W及估計(jì)值，非限制性地例如測(cè)量和估計(jì)功率、現(xiàn)慢和估計(jì)速度W 及計(jì)算轉(zhuǎn)矩。
[0061] 在一個(gè)實(shí)施例中，動(dòng)態(tài)狀態(tài)估計(jì)器430實(shí)現(xiàn)狀態(tài)觀測(cè)器算法、例如基于龍伯格觀測(cè) 器化uenberger Observer)的方式。應(yīng)用龍伯格觀測(cè)器的一種版本的假設(shè)包括下列一個(gè)或 多個(gè)：（i)基礎(chǔ)物理系統(tǒng)，其可通過(guò)已知為適當(dāng)精度的線性時(shí)不變化TI)模型來(lái)近似計(jì)算； (ii化TI模型必須是可觀測(cè)的（例如W充分余量通過(guò)可觀測(cè)性的代數(shù)秩測(cè)試，W允許健壯數(shù) 值計(jì)算）；W及（iii)輸入量和輸出的實(shí)時(shí)測(cè)量可用來(lái)提供給觀測(cè)器算法。歷史上，運(yùn)些假設(shè) 過(guò)于嚴(yán)格而無(wú)法實(shí)際使用，特別是在假定可能用作電力網(wǎng)的驅(qū)動(dòng)輸入的大范圍的量作為測(cè) 量是可用的常常被看作不切實(shí)際的電力系統(tǒng)情況下。在運(yùn)里，來(lái)自PMU 320的數(shù)據(jù)克服運(yùn)些 歷史限制的至少一部分。在與綁定到交流(AC)電網(wǎng)（例如網(wǎng)絡(luò)100)的同步發(fā)電機(jī)(例如發(fā)電 機(jī)410)的行為關(guān)聯(lián)的狀態(tài)的上下文中，PMU 320提供可使用的輸出量。通過(guò)適當(dāng)構(gòu)成的模型 432,動(dòng)態(tài)狀態(tài)估計(jì)器430使用表示發(fā)電機(jī)輸入量的信號(hào)對(duì)狀態(tài)觀測(cè)器進(jìn)行饋送，而無(wú)需發(fā) 電機(jī)410內(nèi)部的侵入式測(cè)量。
[0062] 禪合到AC電網(wǎng)（例如網(wǎng)絡(luò)100)的同步機(jī)器(例如發(fā)電機(jī)410)在運(yùn)個(gè)示范實(shí)施例中 描述為具有兩個(gè)主要輸入信號(hào):機(jī)械軸轉(zhuǎn)矩和所施加場(chǎng)繞組電壓。在考慮關(guān)聯(lián)激勵(lì)和調(diào)速 器控制系統(tǒng)之前，注意點(diǎn)首先開始于發(fā)電機(jī)410。雖然將要被看作輸出的量的選擇可隨建模 方式而改變，但是運(yùn)個(gè)示范實(shí)施例考慮作為發(fā)電機(jī)410所確定的輸出的定子電流。發(fā)電機(jī)端 子電壓和輸送電力然后通過(guò)運(yùn)些電流與附連AC網(wǎng)絡(luò)的交互經(jīng)過(guò)電力流方程來(lái)確定。在電網(wǎng) 操作中，SAS 120集中于作為接近正弦信號(hào)的運(yùn)些電流的正序列元素的相量行為。運(yùn)個(gè)行為 通過(guò)如PMU 320所提供的幅值、相位角和頻率(例如從發(fā)電機(jī)410輸送到網(wǎng)絡(luò)100的電力輸出 412的報(bào)告)來(lái)確定。
[0063] 在示范實(shí)施例中，動(dòng)態(tài)狀態(tài)估計(jì)器430使用"自舉"過(guò)程(其評(píng)估更簡(jiǎn)單模型432W 從代數(shù)關(guān)系來(lái)恢復(fù)輸入量，然后按照更詳細(xì)模型432來(lái)細(xì)化內(nèi)部發(fā)電機(jī)狀態(tài)的估計(jì))來(lái)估計(jì) 輸入量?？赏ㄟ^(guò)采用降維龍伯格觀測(cè)器的理論并且利用可用的若干PMU量是系統(tǒng)狀態(tài)的子 集的直接測(cè)量的事實(shí)，來(lái)使運(yùn)種試探方式是嚴(yán)格的。例如，對(duì)于輸入轉(zhuǎn)矩信號(hào)的恢復(fù)的情 況，給定輸送到網(wǎng)絡(luò)的發(fā)電機(jī)電流的PMU測(cè)量W及在升壓變壓器(未示出）的端子電壓或代 數(shù)相關(guān)量，SAS 120具有電輸出功率的數(shù)據(jù)。在運(yùn)個(gè)示范實(shí)施例中，自舉的一個(gè)元素也使用 電壓角和頻率測(cè)量來(lái)直接得出角加速度的"測(cè)量"。隨后，描述原動(dòng)機(jī)所驅(qū)動(dòng)的=相同步發(fā) 電機(jī)中的轉(zhuǎn)子動(dòng)態(tài)的"擺動(dòng)方程"提供來(lái)自加速度和電力的代數(shù)關(guān)系，W恢復(fù)輸入機(jī)械轉(zhuǎn) 矩。在擺動(dòng)方程的使用中隱含的是發(fā)電機(jī)的旋轉(zhuǎn)慣性。通過(guò)構(gòu)成降維觀測(cè)器的運(yùn)種示范方 式允許作為偽狀態(tài)的狀態(tài)空間到慣性的擴(kuò)大，并且允許觀測(cè)器還產(chǎn)生其值的估計(jì)。運(yùn)種降 維龍伯格觀測(cè)器架構(gòu)提供固有地是分布式的優(yōu)點(diǎn)，其中具有各發(fā)電機(jī)的內(nèi)部狀態(tài)的估計(jì)W 及可局部估計(jì)的阻尼轉(zhuǎn)矩貢獻(xiàn)。
[0064] 在另一個(gè)實(shí)施例中，動(dòng)態(tài)狀態(tài)估計(jì)器430實(shí)現(xiàn)基于卡爾曼化alman)濾波器（"KF") 的方式(例如卡爾曼濾波器及其變體、例如擴(kuò)展卡爾曼濾波器化KF))。在運(yùn)個(gè)實(shí)施例中，KF 方式遞歸地使用所觀測(cè)的有噪測(cè)量的時(shí)間系列來(lái)產(chǎn)生未知狀態(tài)/變量的統(tǒng)計(jì)上最佳的估 計(jì)。在估計(jì)過(guò)程期間，電力系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)狀態(tài)被看作是隨機(jī)變量，其中具有考慮測(cè)量噪聲的估 計(jì)平均數(shù)和協(xié)方差。關(guān)于考慮對(duì)電力系統(tǒng)應(yīng)用KF方式是處理由微分和代數(shù)方程(DAE)所定 義的系統(tǒng)動(dòng)態(tài)的非線性數(shù)學(xué)模型的能力。為了簡(jiǎn)化過(guò)程，非線性DAE經(jīng)過(guò)線性化和雅可比 (Jacobian)計(jì)算來(lái)近似計(jì)算。運(yùn)種線性化引入隨時(shí)間可變得顯著的近似誤差。此外，雅可比 的計(jì)算是計(jì)算費(fèi)用高的，因?yàn)樗仨氃谒惴ǖ母鞯鷪?zhí)行。
[0065] 為了克服運(yùn)些限制的至少一部分，在一個(gè)實(shí)施例中，使用無(wú)味變換化T)(例如無(wú)導(dǎo) 數(shù)方式）dUT與KF相組合W形成無(wú)味卡爾曼濾波器化KF)方式，其更為簡(jiǎn)單并且更為計(jì)算有 效。UKF方式是用于近似計(jì)算概率分布的非線性變換的一般方法。核屯、思路是查找經(jīng)受DAE 模型所給出的非線性變換的隨機(jī)變量的平均數(shù)和協(xié)方差的一致、有效和無(wú)偏估計(jì)。使用離 散取樣點(diǎn)集合可用來(lái)參數(shù)化平均數(shù)和協(xié)方差的原理，估計(jì)器對(duì)線性系統(tǒng)產(chǎn)生與KF相似的性 能，但是一般化到?jīng)]有邸F所要求的線性化步驟的非線性系統(tǒng)。
[0066] 圖5是由阻尼轉(zhuǎn)矩估計(jì)器450所執(zhí)行W用于使用動(dòng)態(tài)狀態(tài)估計(jì)器430所生成的估計(jì) 輸出來(lái)估計(jì)發(fā)電機(jī)410(圖4所示）的阻尼轉(zhuǎn)矩的過(guò)程500的簡(jiǎn)圖。在示范實(shí)施例中，發(fā)電機(jī) 410的機(jī)電轉(zhuǎn)矩死按照功率角（S)和速度（W)平面來(lái)表示。不是使用絕對(duì)值，示范實(shí)施例而 是使用運(yùn)些量的偏差(例如端、AS和A ?)。在網(wǎng)絡(luò)1〇〇(圖1所示）中的擾動(dòng)之后，死、巧口《 W表征網(wǎng)絡(luò)100上的發(fā)電機(jī)的機(jī)電響應(yīng)的頻率進(jìn)行振蕩。假定單模態(tài)特性，運(yùn)些量中的偏差 可表達(dá)為相同頻率Wi但不同相位的正弦波。因此，轉(zhuǎn)矩偏差、功率角偏差A(yù) S和速度偏 差A(yù) W可分別表達(dá)為旋轉(zhuǎn)相量和。
[0067] 圖6是與發(fā)電機(jī)(圖4所示)關(guān)聯(lián)的估計(jì)轉(zhuǎn)矩偏差相量A君610、功率角偏差相量A京 620和速度偏差為瓦：630的定位的圖表600。圖表600定義原點(diǎn)602。在示范實(shí)施例中，A罕 610是轉(zhuǎn)矩相量，M 620是角相量，A瓦630是速度相量，W及AE 630軸超前記620軸90 度，因巧
旋轉(zhuǎn)的角速度等于振蕩的角頻率。因此，轉(zhuǎn)矩相量A巧610可寫作：
其中J指示矩形坐標(biāo)系中的特定軸旋轉(zhuǎn)90度(例如A W 630軸超前A京620 90度）。沿 速度相量本E 630的轉(zhuǎn)矩相量AS； 610的分量是阻尼轉(zhuǎn)矩614, W及是阻尼轉(zhuǎn)矩系 數(shù)。沿角相量;A普：620的轉(zhuǎn)矩相量.A巧610的分量是同步轉(zhuǎn)矩&鴉612, W及策是同步轉(zhuǎn)矩系 數(shù)。
[006引現(xiàn)在參照?qǐng)D5和圖6,在示范實(shí)施例中，阻尼轉(zhuǎn)矩估計(jì)器450從PMU測(cè)量420來(lái)估計(jì)例 如發(fā)電機(jī)410的阻尼轉(zhuǎn)矩;614和阻尼轉(zhuǎn)矩系數(shù)&/。使用動(dòng)態(tài)狀態(tài)估計(jì)器430(例如經(jīng)由 DSE算法)所估計(jì)的速度W W及在發(fā)電機(jī)端子(例如從PMU 320)的測(cè)量功率輸出A，發(fā)電機(jī) 410的機(jī)電轉(zhuǎn)矩7；可通過(guò)下式來(lái)計(jì)算：
其中，下標(biāo)' e '指示關(guān)聯(lián)變量是電轉(zhuǎn)矩或功率，如與例如機(jī)械轉(zhuǎn)矩或功率相反。備選地， 不是使用估計(jì)速度W值，而是使用來(lái)自所安裝儀表的所測(cè)量實(shí)時(shí)速度W值。
[0069] 在實(shí)際電力系統(tǒng)中，發(fā)電機(jī)400中的振蕩可具有多種模式的簽名。阻尼轉(zhuǎn)矩的概念 保持為相同，只不過(guò)單獨(dú)模式在獨(dú)立旋轉(zhuǎn)相量參考系(其速度對(duì)應(yīng)于相應(yīng)模態(tài)角頻率）中分 析。在示范實(shí)施例中，阻尼轉(zhuǎn)矩估計(jì)器450實(shí)現(xiàn)通用多模態(tài)系統(tǒng)的估計(jì)過(guò)程500。下面，轉(zhuǎn)矩 和速度表達(dá)為空間相量焉和苦而不是相量戈:嘴卑?？臻g相量的分量在公共旋轉(zhuǎn)直接-正交 rV-g")參考系中測(cè)量。下標(biāo)在本文中用來(lái)表示第模式。
[0070] 假定存在模式，經(jīng)過(guò)測(cè)量功率511和估計(jì)速度512(在一些實(shí)施例 中使用測(cè)量速度W 從等式2所得到的所計(jì)算電磁轉(zhuǎn)矩Ut; 510可表達(dá)為：
其中死aw似是轉(zhuǎn)矩的平均值，"Re"指示復(fù)合量的實(shí)部，W是轉(zhuǎn)子速度，堤時(shí)間，嫌 示正交軸，W及i表示發(fā)電機(jī)索引'i'。空間相量可分解為單獨(dú)旋轉(zhuǎn)參考系，如：
在運(yùn)里，
，其中是第i模態(tài)角頻率的估計(jì)速度，W及
是估計(jì)空間相量對(duì)其參考系被鎖定的角度。
[0071 ] 在示范實(shí)施例中，阻尼轉(zhuǎn)矩估計(jì)器450的目標(biāo)是計(jì)算530、TegW八妍日Tww a如勺值。阻尼轉(zhuǎn)矩估計(jì)器450實(shí)現(xiàn)使用遞歸卡爾曼濾波方式的轉(zhuǎn)矩相量提取520, W估計(jì)參 數(shù)向量：
，（等式5) 在各迭代，執(zhí)行若干步驟。步驟1包括計(jì)算預(yù)測(cè)誤差：
(等式6) 其中，參紙是回歸量，表達(dá)為：
，（等式7) 步驟2包括計(jì)算卡爾曼增益向量估
(等式8) 步驟3包括更新協(xié)方差矩陣/Yt入
(等式9) 步驟4包括更新參數(shù)向量禽槪：
參數(shù)向量沒(méi)托諫用零來(lái)初始化，W及協(xié)方差矩陣/Yt;采用高值(例如1〇4/，其中堤單 位矩陣）來(lái)初始化。化是對(duì)角矩陣，其元素相對(duì)化來(lái)歸一化，運(yùn)使化變?yōu)閱挝辉?。化的選擇 取決于過(guò)程噪聲協(xié)方差，其難W先驗(yàn)地已知。因此，化可調(diào)諧成得到濾波器收斂速度與參數(shù) 估計(jì)中的平穩(wěn)(tranqui 1 i ty)之間的適當(dāng)平衡。
[0072] 此外，模態(tài)頻率可采用例如從線性分析所得到的標(biāo)稱值來(lái)初始化，其對(duì)較大的實(shí) 際電力系統(tǒng)可能不一定是直接的。為了避免運(yùn)種情況，在示范實(shí)施例中，采用自行初始化方 法，其中適合于環(huán)境條件的估計(jì)算法用來(lái)得到測(cè)量數(shù)據(jù)的頻譜，W初始化頻率。也可采用歷 史數(shù)據(jù)和/或操作員經(jīng)驗(yàn)。運(yùn)個(gè)初始頻率然后隨時(shí)間根據(jù)實(shí)際測(cè)量來(lái)更新。隨變化操作條件 的頻率的變化被單獨(dú)模式的頻率校正回路在線跟蹤，其中P巧H嘗器使連續(xù)樣本中的相位角 之間的誤差為最小。
[0073] 在示范實(shí)施例中，阻尼轉(zhuǎn)矩估計(jì)器450從轉(zhuǎn)矩相量提取器520的輸出522來(lái)確定轉(zhuǎn) 矩幅值和相位540, W生成幅值542和角度544。在示范實(shí)施例中，為了避免實(shí)際限制，采用自 行初始化頻率校正回路524,其中適合于環(huán)境條件的估計(jì)算法用來(lái)得到測(cè)量數(shù)據(jù)的頻譜，W 初始化頻率。頻率校正回路524生成頻率校正526。
[0074] 在一些實(shí)施例中，阻尼轉(zhuǎn)矩估計(jì)器450使用速度相量提取器550來(lái)生成速度相位提 取輸出552和平均速度560。確定速度幅值和相位570, W生成幅值572和角度574。 比較546角度544和574, W確定各模式的相對(duì)角度548。
[0075] 在示范實(shí)施例中，阻尼轉(zhuǎn)矩系數(shù)齡通過(guò)由速度相量572的幅值來(lái)歸一化阻尼轉(zhuǎn)矩 相量542的幅值而確定，因此：
.(等式11) 另外，在示范實(shí)施例中，來(lái)自阻尼轉(zhuǎn)矩估計(jì)器的輸出、例如估計(jì)阻尼轉(zhuǎn)矩460(圖4所示） 和/或估計(jì)阻尼轉(zhuǎn)矩系數(shù)估用來(lái)識(shí)別具有不正確調(diào)諧組件(例如，非限制性地包括自動(dòng)電壓 調(diào)節(jié)器(AVR)、激勵(lì)器和電力系統(tǒng)穩(wěn)定器(PSS))的發(fā)電機(jī)，識(shí)別用于改進(jìn)系統(tǒng)穩(wěn)定性的控制 動(dòng)作的關(guān)鍵發(fā)電機(jī)，識(shí)別對(duì)全局系統(tǒng)穩(wěn)定性的發(fā)電機(jī)貢獻(xiàn)，并且實(shí)時(shí)地跟蹤系統(tǒng)穩(wěn)定性。
[0076] 此外，在示范實(shí)施例中，除了如上所述的信息確定之外，來(lái)自阻尼轉(zhuǎn)矩估計(jì)器450 的輸出、非限制性地例如估計(jì)阻尼轉(zhuǎn)矩460和估計(jì)阻尼轉(zhuǎn)矩系數(shù)估用來(lái)生成控制信號(hào)，W通 過(guò)控制一個(gè)或多個(gè)發(fā)電機(jī)、例如駐留在發(fā)電廠1〇2(圖1所示）中的發(fā)電機(jī)410(圖4所示)和/ 或旋轉(zhuǎn)類型分布式發(fā)電機(jī)130(圖1所示)對(duì)轉(zhuǎn)矩振蕩進(jìn)行阻尼。具體來(lái)說(shuō)，對(duì)于系統(tǒng)、例如相 對(duì)機(jī)電模式是振蕩穩(wěn)定的電功率網(wǎng)絡(luò)1〇〇(圖1所示），發(fā)電機(jī)的阻尼轉(zhuǎn)矩系數(shù)必須為正。機(jī) 電模式的阻尼轉(zhuǎn)矩自然由發(fā)電機(jī)阻尼器繞組(若其中存在的話)來(lái)提供。電力系統(tǒng)穩(wěn)定器 (PSS)用來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)某些操作條件的預(yù)期阻尼。一旦經(jīng)過(guò)調(diào)諧，其控制參數(shù)保持為固定。由于 阻尼轉(zhuǎn)矩是系統(tǒng)操作條件的函數(shù)，所WPSS的一部分有可能在提供正阻尼中變成無(wú)效。因 此，通過(guò)系統(tǒng)地實(shí)時(shí)計(jì)算和跟蹤發(fā)電機(jī)阻尼轉(zhuǎn)矩系數(shù)和/或阻尼轉(zhuǎn)矩值，它們能夠用作振蕩 穩(wěn)定性的指示符。該方式能夠快速預(yù)測(cè)系統(tǒng)振蕩條件，指出有問(wèn)題發(fā)電機(jī)或PSS，識(shí)別有效 可控發(fā)電機(jī)，并且便于操作員采取預(yù)防或校正動(dòng)作。
[0077] 此外，例如，將估計(jì)阻尼轉(zhuǎn)矩460和/或估計(jì)阻尼轉(zhuǎn)矩系數(shù)齡的確定傳送給控制系 統(tǒng)，其連網(wǎng)到發(fā)電機(jī)410。運(yùn)類確定對(duì)各發(fā)電機(jī)410個(gè)性化，并且傳送給關(guān)聯(lián)PSS，W通過(guò)控制 各發(fā)電機(jī)410來(lái)擴(kuò)展系統(tǒng)穩(wěn)定性參數(shù)的余量。PSS將其穩(wěn)定性信號(hào)傳送給關(guān)聯(lián)AVR，W調(diào)節(jié)關(guān) 聯(lián)發(fā)電機(jī)410的激勵(lì)。各發(fā)電機(jī)410的阻尼特征用來(lái)通過(guò)對(duì)與所確定速度幅值和相位570同 相的發(fā)電機(jī)410的關(guān)聯(lián)轉(zhuǎn)子生成阻尼轉(zhuǎn)矩，針對(duì)其他發(fā)電機(jī)410對(duì)與各發(fā)電機(jī)410關(guān)聯(lián)的振 蕩進(jìn)行阻尼。
[0078] 圖7是由轉(zhuǎn)矩相量提取器520(圖5所示)所執(zhí)行W用于估計(jì)與各振蕩模式對(duì)應(yīng)的轉(zhuǎn) 矩相量的示范過(guò)程700的簡(jiǎn)圖。模態(tài)頻率可采用從線性分析所得到的標(biāo)稱值來(lái)初始化，其對(duì) 較大的實(shí)際系統(tǒng)可能不一定是直接的。在示范實(shí)施例中，為了避免實(shí)際限制，采用自行初始 化頻率校正回路524(圖5所示），其中適合于環(huán)境條件的估計(jì)算法用來(lái)得到測(cè)量數(shù)據(jù)的頻 譜，W初始化頻率。歷史數(shù)據(jù)或操作員經(jīng)驗(yàn)也可在運(yùn)個(gè)過(guò)程中起作用。初始頻率754然后隨 時(shí)間根據(jù)實(shí)際測(cè)量來(lái)更新。隨變化操作條件的頻率的變化經(jīng)過(guò)單獨(dú)模式的頻率校正回路在 線跟蹤，其中P巧H嘗器740使連續(xù)樣本中的相位角750之間的誤差為最小(例如，頻率校正回 路524中的相位角計(jì)算720)。頻率校正可限制到適當(dāng)頻帶(例如±0.1化），W避免多模態(tài)信 號(hào)中存在的相鄰頻率之間的重疊。自由運(yùn)行振蕩器760可用于對(duì)頻率756進(jìn)行積分，W 生成角度辦烘762。
[0079] 圖8是使用穩(wěn)定性分析系統(tǒng)(SAS)120(圖4所示)對(duì)發(fā)電機(jī)410(圖4所示）的阻尼轉(zhuǎn) 矩的非侵入式估計(jì)的示范方法800的流程圖。在示范實(shí)施例中，方法800由一個(gè)或多個(gè)計(jì)算 系統(tǒng)、例如SAS 120(圖2所示)或計(jì)算裝置910(圖9所示)來(lái)執(zhí)行。方法800包括接收810來(lái)自 PMU 320 (圖3所示）的第一數(shù)據(jù)樣本。方法800還包括至少部分基于第一數(shù)據(jù)樣本集合來(lái)確 定820發(fā)電機(jī)410的估計(jì)轉(zhuǎn)矩。
[0080] 在示范實(shí)施例中，方法800包括至少部分基于估計(jì)轉(zhuǎn)矩來(lái)確定830估計(jì)平均轉(zhuǎn)矩和 一個(gè)或多個(gè)估計(jì)轉(zhuǎn)矩分量。在一些實(shí)施例中，一個(gè)或多個(gè)估計(jì)轉(zhuǎn)矩分量的各轉(zhuǎn)矩分量與模 態(tài)角頻率所表征的振蕩模式關(guān)聯(lián)。此外，在一些實(shí)施例中，確定830估計(jì)平均轉(zhuǎn)矩和一個(gè)或 多個(gè)估計(jì)轉(zhuǎn)矩分量包括使用系統(tǒng)識(shí)別技術(shù)來(lái)估計(jì)平均轉(zhuǎn)矩和一個(gè)或多個(gè)估計(jì)轉(zhuǎn)矩分量。在 一些實(shí)施例中，系統(tǒng)識(shí)別技術(shù)是卡爾曼濾波器。備選地，使用任何系統(tǒng)識(shí)別技術(shù)，非限制性 地包括粒子濾波器、龍伯格觀測(cè)器和自適應(yīng)向量量化（AVQ: adaptive vector quantization)。另外，在一些實(shí)施例中，確定830估計(jì)平均轉(zhuǎn)矩和一個(gè)或多個(gè)估計(jì)轉(zhuǎn)矩分量 還至少部分基于確定在時(shí)間t的估計(jì)平均轉(zhuǎn)矩的值和參考系中的m個(gè)估計(jì)轉(zhuǎn)矩 分量戶6^。和其中i=l至m)，使得在時(shí)間t的估計(jì)轉(zhuǎn)矩Te r 基本上等于
，其中機(jī)娘孩如奪鞠巧是所估計(jì) 角，是第模態(tài)角頻率的估計(jì)速度，W及
I估計(jì)空間相量對(duì)其cz-g參 考系被鎖定的角。在一些實(shí)施例中，第一數(shù)據(jù)樣本包括在時(shí)間t的功率A的樣本的離散值， 其中估計(jì)轉(zhuǎn)矩計(jì)算為發(fā)電機(jī)的功率A與估計(jì)速度W的比率。
[0081] 在示范實(shí)施例中，方法800包括向操作員輸出840估計(jì)平均轉(zhuǎn)矩和一個(gè)或多個(gè)估計(jì) 轉(zhuǎn)矩分量，供發(fā)電機(jī)和功率網(wǎng)絡(luò)的一個(gè)或多個(gè)的穩(wěn)定性分析中使用。在一些實(shí)施例中，方法 800還包括使用與發(fā)電機(jī)關(guān)聯(lián)的環(huán)境條件數(shù)據(jù)來(lái)初始化與一個(gè)或多個(gè)轉(zhuǎn)矩分量關(guān)聯(lián)的多個(gè) 頻率，和/或使用比例積分補(bǔ)償器來(lái)更新多個(gè)頻率，W使連續(xù)樣本中的相位角之間的誤差為 最小。如本文所使用的術(shù)語(yǔ)"環(huán)境條件數(shù)據(jù)"表示穩(wěn)態(tài)條件，即，沒(méi)有擾動(dòng)的條件。
[0082] 圖9示出可用于如本文所述的阻尼轉(zhuǎn)矩的非侵入式估計(jì)的計(jì)算裝置910中的數(shù)據(jù) 庫(kù)920的示例配置900連同如其他相關(guān)計(jì)算組件。數(shù)據(jù)庫(kù)920禪合到計(jì)算裝置910中的若干獨(dú) 立組件，其執(zhí)行特定任務(wù)。在示范實(shí)施例中，計(jì)算裝置910可W是SAS 120(圖2-4所示）。
[0083] 在示范實(shí)施例中，數(shù)據(jù)庫(kù)920包括PMU數(shù)據(jù)922、網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)924和估計(jì)數(shù)據(jù)926dPMU數(shù) 據(jù)922包括與來(lái)自裝置、例如PMU 320(圖3所示）的數(shù)據(jù)流關(guān)聯(lián)的信息。網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)924包括與 網(wǎng)絡(luò)100(圖1和圖4所示)關(guān)聯(lián)的信息、例如模型432(圖4所示）。估計(jì)數(shù)據(jù)926包括與估計(jì)值 關(guān)聯(lián)的信息、例如估計(jì)輸出440(圖4所示)和估計(jì)阻尼轉(zhuǎn)矩460(圖4所示）。
[0084] 計(jì)算裝置910包括數(shù)據(jù)庫(kù)920W及數(shù)據(jù)存儲(chǔ)裝置930。計(jì)算裝置910還包括用于估計(jì) 與例如發(fā)電機(jī)400(圖4所示)關(guān)聯(lián)的狀態(tài)的動(dòng)態(tài)狀態(tài)估計(jì)器組件940。計(jì)算裝置910還包括用 于基于例如動(dòng)態(tài)狀態(tài)估計(jì)器組件950的輸出來(lái)計(jì)算阻尼轉(zhuǎn)矩估計(jì)的阻尼轉(zhuǎn)矩估計(jì)器組件 950。計(jì)算裝置1710還包括用于與PMU 320和/或其他計(jì)算裝置進(jìn)行通信的通信組件960。處 理組件980幫助與系統(tǒng)關(guān)聯(lián)的計(jì)算機(jī)可執(zhí)行指令的執(zhí)行。
[0085] 上述方法和系統(tǒng)包括分析從相量測(cè)量單元(PMU)發(fā)送給輸電和/或配電網(wǎng)（"電力 網(wǎng)"）中的相量數(shù)據(jù)集中器(PDC)和/或穩(wěn)定性分析系統(tǒng)（SAS)的數(shù)據(jù)流。運(yùn)些系統(tǒng)和方法針 對(duì)提供電力網(wǎng)中的穩(wěn)定性W及更具體來(lái)說(shuō)是用于估計(jì)與電力網(wǎng)中的發(fā)電機(jī)關(guān)聯(lián)的阻尼轉(zhuǎn) 矩的穩(wěn)定性分析系統(tǒng)和方法。如本文所使用的SAS平衡估計(jì)發(fā)電機(jī)的動(dòng)態(tài)狀態(tài)的PMU技術(shù)的 進(jìn)步并且實(shí)現(xiàn)進(jìn)一步針對(duì)單獨(dú)模式的單獨(dú)發(fā)電機(jī)的阻尼轉(zhuǎn)矩的實(shí)際估計(jì)。本文所述的SAS 使用高解析度PMU測(cè)量來(lái)估計(jì)動(dòng)態(tài)狀態(tài)，W提供對(duì)電網(wǎng)穩(wěn)定性的判斷力。運(yùn)類測(cè)量對(duì)電網(wǎng)操 作越來(lái)越至關(guān)重要，因?yàn)樵絹?lái)越大的發(fā)電量由與電網(wǎng)運(yùn)營(yíng)商無(wú)關(guān)的實(shí)體來(lái)提供，從而要求 來(lái)自單獨(dú)發(fā)電機(jī)的電網(wǎng)穩(wěn)定貢獻(xiàn)在無(wú)需在單獨(dú)發(fā)電機(jī)設(shè)施的侵入式測(cè)量的情況下量化和 檢驗(yàn)。PMU跨大地理位置是時(shí)間同步的，與改進(jìn)算法和計(jì)算硬件相組合，估計(jì)系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)狀 態(tài)并且實(shí)時(shí)地跨大區(qū)域捕獲動(dòng)態(tài)性能。
[0086] 由運(yùn)個(gè)系統(tǒng)所解決的技術(shù)問(wèn)題的至少一個(gè)包括：（i)基于例如網(wǎng)絡(luò)上的擾動(dòng)期間 的發(fā)電機(jī)之間的交互的功率網(wǎng)絡(luò)中的不穩(wěn)定性；（ii)確定單獨(dú)發(fā)電機(jī)對(duì)較寬功率網(wǎng)絡(luò)上的 系統(tǒng)穩(wěn)定性的阻尼轉(zhuǎn)矩貢獻(xiàn)的困難；（iii)要求使發(fā)電機(jī)脫機(jī)W執(zhí)行階段測(cè)試，W便識(shí)別引 起例如網(wǎng)絡(luò)上的電力生成的降低或損失和/或收益損失的阻尼參數(shù)；（iv)確定單獨(dú)發(fā)電機(jī) 對(duì)系統(tǒng)穩(wěn)定性的單獨(dú)模態(tài)貢獻(xiàn)的困難；W及(V)與依靠用于確定系統(tǒng)穩(wěn)定性的方面的較寬 系統(tǒng)模型關(guān)聯(lián)的計(jì)算復(fù)雜度和不準(zhǔn)確性。
[0087] 本文所述的方法、系統(tǒng)和設(shè)備的一個(gè)示范技術(shù)效果包括下列至少一個(gè)：（a)基于實(shí) 時(shí)PMU測(cè)量非侵入式實(shí)時(shí)地估計(jì)發(fā)電機(jī)的阻尼轉(zhuǎn)矩；（b)降低或消除依靠完整系統(tǒng)模型及其 復(fù)雜動(dòng)態(tài)模擬(其可能是費(fèi)時(shí)、計(jì)算密集的，并且可遭受模型不準(zhǔn)確性)的需要，計(jì)算處理要 求降低；（C)例如在遠(yuǎn)程管理設(shè)施集中發(fā)電機(jī)的動(dòng)態(tài)狀態(tài)和阻尼轉(zhuǎn)矩的計(jì)算；（d)例如在單 獨(dú)發(fā)電機(jī)相交點(diǎn)變電站分布發(fā)電機(jī)的動(dòng)態(tài)狀態(tài)和阻尼轉(zhuǎn)矩的計(jì)算；W及(e)在電力系統(tǒng)中 W逐個(gè)發(fā)電機(jī)為基礎(chǔ)改進(jìn)阻尼矩陣的實(shí)時(shí)跟蹤，由此實(shí)時(shí)得到系統(tǒng)穩(wěn)定性的改進(jìn)測(cè)量。
[0088] W上詳細(xì)描述了用于非侵入式發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)矩阻尼估計(jì)的系統(tǒng)和方法的示范實(shí)施例。 本文所述的系統(tǒng)和方法并不局限于本文所述的具體實(shí)施例，而是可單獨(dú)并且獨(dú)立于本文所 述的其他組件和/或步驟來(lái)利用系統(tǒng)的組件和/或方法的步驟。例如，方法還可與設(shè)及數(shù)據(jù) 流的分析的其他系統(tǒng)結(jié)合使用，而并不局限于僅采用如本文所述輸電系統(tǒng)和方法的實(shí)施。 示范實(shí)施例而是能夠與許多其他數(shù)據(jù)流分析應(yīng)用結(jié)合實(shí)現(xiàn)和使用。
[0089] 雖然各個(gè)實(shí)施例的具體特征可在部分附圖中示出而在其他附圖中未示出，但是運(yùn) 只是為了方便起見。按照本文所述系統(tǒng)和方法的原理，可與任何其他附圖的任何特征結(jié)合 引用和/或要求保護(hù)附圖的任何特征。
[0090] -些實(shí)施例設(shè)及一個(gè)或多個(gè)電子或計(jì)算裝置的使用。運(yùn)類裝置通常包括處理器、 處理裝置或控制器，例如通用中央處理器(CPU)、圖形處理單元(GPU)、微控制器、簡(jiǎn)化指令 集計(jì)算機(jī)(RISC)處理器、專用集成電路(ASIC)、可編程邏輯電路(PLC)、現(xiàn)場(chǎng)可編程口陣列 (FPGA)、數(shù)字信號(hào)處理(DSP)裝置和/或能夠運(yùn)行本文所述功能的任何其他電路或處理裝 置。本文所述的方法可編碼為包含在非限制性地包括存儲(chǔ)裝置和/或存儲(chǔ)器裝置的計(jì)算機(jī) 可讀介質(zhì)中的可執(zhí)行指令。運(yùn)類指令在由處理裝置運(yùn)行時(shí)使該處理裝置執(zhí)行本文所述方法 的至少一部分。上述示例只是示范性的，因而并不是要W任何方式限制術(shù)語(yǔ)"處理器"和"處 理裝置"的定義和/或含意。
[0091] 本書面描述使用包括最佳模式的示例來(lái)公開實(shí)施例，并且還使本領(lǐng)域的技術(shù)人員 能夠?qū)嵤?shí)施例，包括制作和使用任何裝置或系統(tǒng)，W及執(zhí)行任何結(jié)合方法。本公開的專利 范圍由權(quán)利要求書來(lái)定義，并且可包括本領(lǐng)域的技術(shù)人員想到的其他示例。如果運(yùn)類其他 示例具有與權(quán)利要求的文字語(yǔ)言完全相同的結(jié)構(gòu)單元，或者如果它們包括具有與權(quán)利要求 的文字語(yǔ)言的非實(shí)質(zhì)差異的等效結(jié)構(gòu)單元，則預(yù)計(jì)它們落入權(quán)利要求的范圍之內(nèi)。
[0092] 附圖標(biāo)記說(shuō)明

【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種用于與電功率網(wǎng)絡(luò)中的發(fā)電機(jī)關(guān)聯(lián)的阻尼轉(zhuǎn)矩的非侵入式估計(jì)的穩(wěn)定性分析 系統(tǒng)，所述穩(wěn)定性分析系統(tǒng)包括與關(guān)聯(lián)所述發(fā)電機(jī)的相量測(cè)量單元(PMU)進(jìn)行通信的處理 器，所述處理器編程為： 接收來(lái)自所述PMU的第一數(shù)據(jù)樣本集合，所述第一數(shù)據(jù)樣本集合基本上表示所述發(fā)電 機(jī)的至少一個(gè)測(cè)量； 至少部分基于所述第一數(shù)據(jù)樣本集合來(lái)確定所述發(fā)電機(jī)的估計(jì)轉(zhuǎn)矩； 至少部分基于所述估計(jì)轉(zhuǎn)矩來(lái)確定估計(jì)平均轉(zhuǎn)矩和一個(gè)或多個(gè)估計(jì)轉(zhuǎn)矩分量；W及 向操作員輸出所述估計(jì)平均轉(zhuǎn)矩和所述一個(gè)或多個(gè)估計(jì)轉(zhuǎn)矩分量，供所述發(fā)電機(jī)和所 述電功率網(wǎng)絡(luò)的一個(gè)或多個(gè)的穩(wěn)定性分析中使用。2. 如權(quán)利要求1所述的穩(wěn)定性分析系統(tǒng)，其中，所述一個(gè)或多個(gè)估計(jì)轉(zhuǎn)矩分量的各轉(zhuǎn)矩 分量與模態(tài)角頻率所表征的振蕩模式關(guān)聯(lián)。3. 如權(quán)利要求1所述的穩(wěn)定性分析系統(tǒng)，其中，確定估計(jì)平均轉(zhuǎn)矩和一個(gè)或多個(gè)估計(jì)轉(zhuǎn) 矩分量包括使用系統(tǒng)識(shí)別技術(shù)來(lái)估計(jì)所述平均轉(zhuǎn)矩和所述一個(gè)或多個(gè)估計(jì)轉(zhuǎn)矩分量。4. 如權(quán)利要求3所述的穩(wěn)定性分析系統(tǒng)，其中，所述系統(tǒng)識(shí)別技術(shù)是卡爾曼濾波器、粒 子濾波器、龍伯格觀測(cè)器和自適應(yīng)向量量化(AVQ)其中之一。5. 如權(quán)利要求1所述的穩(wěn)定性分析系統(tǒng)，其中，確定估計(jì)平均轉(zhuǎn)矩和一個(gè)或多個(gè)估計(jì)轉(zhuǎn) 矩分量還至少部分基于確定在時(shí)間t的所述估計(jì)平均轉(zhuǎn)矩州勺值和參考系中的m 個(gè)估計(jì)轉(zhuǎn)矩分量死抓V和Teg W，其中i=l至m，使得在時(shí)間t的所述估計(jì)轉(zhuǎn)矩7； α;基本上等于：其中，辦C詩(shī)-6如.4-學(xué)6肖:;是所估計(jì)角，其中是第i模態(tài)角頻率的所述估計(jì)速度，W及是所估計(jì)空間相量對(duì)其滬g參考系被鎖定的角度。6. 如權(quán)利要求1所述的穩(wěn)定性分析系統(tǒng)，其中，所述第一數(shù)據(jù)樣本包括在時(shí)間t的功率A 的樣本的離散值，其中所述估計(jì)轉(zhuǎn)矩計(jì)算為所述功率A與所述發(fā)電機(jī)的估計(jì)速度和測(cè)量速 度中的一個(gè)速度W的比率。7. 如權(quán)利要求1所述的穩(wěn)定性分析系統(tǒng)，其中，所述處理器還編程為： 使用與所述發(fā)電機(jī)關(guān)聯(lián)的環(huán)境條件數(shù)據(jù)來(lái)初始化與所述一個(gè)或多個(gè)轉(zhuǎn)矩分量關(guān)聯(lián)的 多個(gè)頻率;W及 使用比例-積分補(bǔ)償器來(lái)更新所述多個(gè)頻率，W使連續(xù)樣本中的相位角之間的誤差為 最小。8. -種用于與功率網(wǎng)絡(luò)中的發(fā)電機(jī)關(guān)聯(lián)的阻尼轉(zhuǎn)矩的非侵入式估計(jì)的基于計(jì)算機(jī)的 方法，所述方法使用包括與關(guān)聯(lián)所述發(fā)電機(jī)的相量測(cè)量單元(PMU)進(jìn)行通信的至少一個(gè)處 理器的計(jì)算裝置，所述方法包括： 接收來(lái)自所述PMU的第一數(shù)據(jù)樣本集合，所述第一數(shù)據(jù)樣本集合基本上表示所述發(fā)電 機(jī)的至少一個(gè)測(cè)量； 至少部分基于所述第一數(shù)據(jù)樣本集合來(lái)確定所述發(fā)電機(jī)的估計(jì)轉(zhuǎn)矩； 至少部分基于所述估計(jì)轉(zhuǎn)矩來(lái)確定估計(jì)平均轉(zhuǎn)矩和一個(gè)或多個(gè)估計(jì)轉(zhuǎn)矩分量；W及 向操作員輸出所述估計(jì)平均轉(zhuǎn)矩和所述一個(gè)或多個(gè)估計(jì)轉(zhuǎn)矩分量，供所述發(fā)電機(jī)和所 述功率網(wǎng)絡(luò)的一個(gè)或多個(gè)的穩(wěn)定性分析中使用。9. 如權(quán)利要求8所述的方法，其中，所述一個(gè)或多個(gè)估計(jì)轉(zhuǎn)矩分量的各轉(zhuǎn)矩分量與模態(tài) 角頻率所表征的振蕩模式關(guān)聯(lián)。10. 如權(quán)利要求8所述的方法，其中，確定估計(jì)平均轉(zhuǎn)矩和一個(gè)或多個(gè)估計(jì)轉(zhuǎn)矩分量包 括使用系統(tǒng)識(shí)別技術(shù)來(lái)估計(jì)所述平均轉(zhuǎn)矩和所述一個(gè)或多個(gè)估計(jì)轉(zhuǎn)矩分量。
【文檔編號(hào)】H02J3/06GK106099931SQ201610268885
【公開日】2016年11月9日
【申請(qǐng)日】2016年4月27日 公開號(hào)201610268885.2, CN 106099931 A, CN 106099931A, CN 201610268885, CN-A-106099931, CN106099931 A, CN106099931A, CN201610268885, CN201610268885.2
【發(fā)明人】N.阿查亞, N.R.喬扈里, C.A.鮑內(nèi)
【申請(qǐng)人】通用電氣公司