使用电网内的分布式阻抗注入模块和致动器设备对电力系统的控制技术方案

公开了一种用于使用智能分布式阻抗/电压注入模块、本地智能中心、其他致动器设备和其他FACTS耦合的致动器设备以适当速度通信和控制的协同来使能分层智能控制的系统架构和方法。使能向监督公共设施控制的信息传输用于响应于整体电力系统干扰、系统建模和优化。通过将控制和通信能力扩展到HV电网的边缘，还使能通过基于FACTS的需求响应单元对配电网络的控制。因此，利用全部以适当的速度联网的分布式阻抗/电压注入模块、本地智能中心、连接的其他致动器设备、其他FACTS耦合的设备和公共设施监督来建立集成的和分层的总电力系统控制，从而允许从发电到配电的总电力系统的优化。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】使用电网内的分布式阻抗注入模块和致动器设备对电力系统的控制相关申请的交叉引用本申请是2016年3月11日提交的美国专利申请No.15/068,397的继续部分，其要求2016年2月11日提交的美国临时专利申请No.62/294,230的权益，并且本申请还要求2016年6月22日提交的美国临时专利申请No.62/353,479的权益。
技术介绍
1.本专利技术的
本专利技术涉及用于通过使用多个相互链接的致动器利用对总电力系统的监督从发电到配电的分布式控制的系统，所述多个相互链接的致动器包括每个都具有高速（子循环）相互通信能力和本地控制能力的自感知的分布式阻抗/电压注入模块、储能设备以及其他FACTS设备。2.现有技术大多数电力公共设施使用能量管理系统（EMS）和监督控制与数据采集（SCADA）控制系统来控制HV电网。这些控制系统在变电站处的潮流（powerflow）控制单元之间连接和通信，所述潮流控制单元被用于限制在HV电网线路上的电流流动或负载不平衡，并提供对HV电网上的电力传输的交互式控制。使用自感知（具有用于识别问题/智能的内置能力）分布式阻抗（或等效电压）注入模块（DIIM）102对高压传输线路上的潮流的分布式和本地化控制已经被提出并且正被本申请的专利技术人实现，如在图1和图2中示出的那样。这些DIIM102能够识别这些DIIM102被附接到其的高压线路上的线路电流中的变化，并将适当的电感性或电容性阻抗注入（替代地注入等效电压分量）到线路上以本地地平衡用于电力传输的线路。参考图1，这些自感知（具有用于识别问题/智能的内置能力）分布式阻抗注入模块（DIIM）102被分布在由发电站104与配电点106之间的塔110支撑但是与所述塔110绝缘的高压（HV）传输线路108的段上。这些DIIM102为这些DIIM102被附接到其的本地HV传输线路段提供本地化控制线路电流和线路平衡的能力。图2提供了通过DIIM102将阻抗或等效电压注入到这些DIIM102被悬挂到其上的高压电力传输线路108的段上对HV电网的分布式控制的更详细框图200。HV电力传输线路本身由塔201支撑。还示出了具有发电能力203和负载205的变电站204。对在发电机与负载之间的电力的传输的总体控制由公共设施监督206监视和控制，该公共设施监督206经由正常通信信道207与变电站通信以用于监视和控制。图2A是使用变电站204处的静态同步串联补偿器（SSSC）来控制HV电网的现有技术实现的框图200A，该静态同步串联补偿器将信息发送到公共设施206并从公共设施206接收控制指令。数据和控制通过正常有线或无线通信链路207从变电站204处的SSSC传输到公共设施206和从公共设施206传输。发电能力203和配电点205通过变电站204被连接到HV电网。变电站204本身被使能用于通过悬挂于传输塔201的高压（HV）传输线路108进行电力传输。图2B示出了由所识别的现有技术Cherian申请和专利所提出的使用现有资源对HV电网的现有技术（美国专利No.8,401,709）本地控制的框图200B。这些实现用于通过本地控制模块215-1和215-2对从主发电203和分布式发电机213-1和213-2（风、太阳能等）到由本地配电线路109连接的配电负载205-1至205-3的统一电力系统控制。电力系统的控制通过经过使用变电站204-1和204-2处的区域控制模块225、使用企业控制模块206处的集中计算机程序，与到HV电网系统的发电和配电连接来控制变电站204-1和204-2处的现有资产来提出。这样的系统已经由Cherian的申请提出，其中数据可视化程序280与智能电网控制程序285使用企业206处的系统建模和仿真能力290。所提出的控制的电力系统使用现有无线局域网（WAN）连接230来与各种变电站通信和用于在变电站204-1与204-2和企业控制之间的通信。为了改进现有HV电网的性能，在HV电网的边缘内、在HV电网的边缘处和在HV电网的边缘外部正采用灵活交流传输系统（FACTS）设备。这些FACTS设备通常是被直接耦合到HV电网的高压兼容子系统，即使在某些情况下物理连接可能处于MV（中压）电平。设备和系统包括静态同步串联补偿器（SSSC）]、静态同步补偿器（STATCOM）、统一潮流控制器（UPFC）、线路间潮流控制器（IPFC）和用于监视和控制的其他电子系统，其通常在变电站处连接并且通过正常通信信道与公共设施通信以发送数据和接收控制指令。所有这些现有技术实现通过对现有技术HV电网的本地VAR支持和潮流控制来帮助维持和增强电网恢复力和电力系统稳定性。分布式非常规发电（诸如风能和太阳能系统）中的最新进展，由于它们相应的不确定性，结合对电力的消费需求的循环性，已经使从发电到配电的HV电网上的潮流的优化困难。到HV电网的这些随机输入和输出以及来自HV电网的输出也已经使HV电网更易于受到干扰，所述干扰由可以中断HV电网的操作的供电或负载中的突然变化产生。除了其他之外，这些干扰还包括小信号不稳定性、功率振荡和次同步谐振。如果听任不校正，则这些可以发展并影响HV电网和总电力系统的总体操作稳定性。因此，新HV电网和总电力系统需要不同的和更快的能力，用于线路平衡和用于克服由发电和负载变化的分布式性质引入的干扰。改进HV电网控制的响应能力以便对付HV电网和总电力系统及其特性的变化性质是必要的。在这方面中要解决的问题包括当新分布式发电系统或负载上线并响应于干扰时线路的平衡。由于HV电网的新性质，诸如响应于小信号稳定性问题，HV电网上的功率振荡阻尼（POD）和次同步谐振（SSR）阻尼需要以较快的速度响应以克服更多的这些问题。被耦合到HV电网的分布式储能能力的实现也将必须被引入和集成以帮助改进HV电网和总电力系统的稳定性，因为其被使得对HV电网上的电力变化更敏感。因此，如果能力被建立从而对HV电网上的变化或干扰的响应可以以分层和集成的方式以适当的速度来本地地解决并且使用存在的所有可用能力和资源协同工作来解决，则这将是有用的。如果从发电到配电的总电力系统可以在集成和动态的通信和控制能力下被集合在一起以增强总电力系统的稳定性和对干扰的响应，则这将是甚至更有利的。附图说明使附图指出本专利技术和区分本专利技术与现有技术。在描述中结合附图详细描述了本专利技术的目的、特征和优点。图1是直接附接到HV传输线路的现有技术分布式控制模块的示例性框图（现有技术）。图2是利用通过公共设施的集中监督的电网系统的分布式控制的示例性框图（现有技术）。图2A是位于具有用于电网控制的静态同步串联补偿器（SSSC）的变电站中的非分布式控制系统的方框示意图（现有技术）。图2B是使用变电站处的现有资源的电网控制系统的方框示意图（现有技术）。图3是用于HV电网的电力传输和线路平衡的分布式智能控制系统的示例性示意图，其具有用于高速通信能力使能的自感知的分布式阻抗注入模块（CDIIM）的相互通信和控制的本地智能中心（LINC）。图4是按照本专利技术的与智能本地控制能力和高速通信能力一起使用的分布式致动器模块或自感知的分布式阻抗注入模块（CDIIM）102的框图表示。图5是其他致动器设备的框图表示，所述其他致动器设备是使能用基于本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种高压电网，包括：传输线路，其用于将高压下的电力从发电机输送到变电站或其他分布式负载；多个阻抗注入模块，每个阻抗注入模块耦合到传输线路并且沿着传输线路共同地分布，并且每个阻抗注入模块具有传输线路电流测量能力和高速通信能力；多个本地智能中心，每个本地智能中心具有高速通信能力，每个阻抗注入模块与至少一个本地智能中心通信；公共设施监督，其具有与发电、变电站和本地智能中心的通信能力；由此建立分层控制能力，其中，分布式阻抗注入模块本身将本地地响应以倾向于减少本地干扰，一个或多个本地智能中心将根据需要协同多个分布式阻抗注入模块的响应和相应的分布式阻抗注入模块以响应于较大的干扰，并且公共设施监督将通过对变电站、本地智能中心和发电的控制来平衡和控制电网。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2016.02.11 US 62/294230;2016.03.11 US 15/068397;201.一种高压电网，包括：传输线路，其用于将高压下的电力从发电机输送到变电站或其他分布式负载；多个阻抗注入模块，每个阻抗注入模块耦合到传输线路并且沿着传输线路共同地分布，并且每个阻抗注入模块具有传输线路电流测量能力和高速通信能力；多个本地智能中心，每个本地智能中心具有高速通信能力，每个阻抗注入模块与至少一个本地智能中心通信；公共设施监督，其具有与发电、变电站和本地智能中心的通信能力；由此建立分层控制能力，其中，分布式阻抗注入模块本身将本地地响应以倾向于减少本地干扰，一个或多个本地智能中心将根据需要协同多个分布式阻抗注入模块的响应和相应的分布式阻抗注入模块以响应于较大的干扰，并且公共设施监督将通过对变电站、本地智能中心和发电的控制来平衡和控制电网。2.如权利要求1所述的高压电网，进一步包括分布式发电单元，每个分布式发电单元具有基于FACTS的控制与高速通信能力，每个分布式发电单元与用于控制相应分布式发电单元的至少一个本地智能中心进行高速通信。3.如权利要求2所述的高压电网，其中，分布式发电单元包括以下各项中的至少一项：风力发电单元、太阳能发电单元、生物能发电单元或波浪发电单元。4.如权利要求1所述的高压电网，进一步包括分布式储能设备，每个分布式储能设备具有基于FACTS的控制与高速通信能力，每个分布式发电单元与用于控制分布式储能设备的至少一个本地智能中心进行高速通信。5.如权利要求4所述的高压电网，其中，分布式储能设备包括以下各项中的至少一项：抽水储能、电池储能、飞轮储能或超导储能。6.如权利要求1所述的高压电网，进一步包括用于监视和控制高压电网上的潮流的至少一个电子系统，所述至少一个电子系统具有基于FACTS的控制与高速通信能力，用于监视和控制高压电网上的潮流的每个电子系统与至少一个本地智能中心进行高速通信，所述至少一个本地智能中心用于与电子系统通信和控制电子系统，所述电子系统用于监视和控制高压电网上的潮流。7.如权利要求6所述的高压电网，其中，用于监视和控制高压电网上的潮流的所述至少一个电子系统包括以下各项中的至少一项：静态同步串联补偿器、静态同步补偿器、统一潮流控制器或线路间潮流控制器。8.如权利要求7所述的高压电网，其中，静态同步串联补偿器、静态同步补偿器、统一潮流控制器或线路间潮流控制器中的至少一个是基于FACTS的补偿器或控制器。9.如权利要求1所述的高压电网，其中，在本地智能中心之间以及在本地智能中心与分布式阻抗注入模块之间的高速通信能力允许对电网上的干扰的响应是子循环的，以防止这样的干扰发展成电力输送和质量问题。10.如权利要求9所述的高压电网，其中，电网上的干扰包括以下各项中的一个或多个：小信号不稳定性、功率振荡、次同步谐振或谐波减少或消除。11.一种具有用于对总电力系统的分层控制的能力的控制装置，所述控制装置包括：多个高速通信使能的分布式阻抗注入模块，其被分布在高压电网的多个传输线路上；使得高速通信使能的分布式阻抗注入模块能够感测所述高速通信使能的分布式阻抗注入模块被分布在其上的高压电网的高压电力线上的高压传输线路电流中的不想要的变化并注入阻抗以补偿不想要的变化；其他致动器设备，其是连接到高压传输电网并且被使能具有使能用于监视和控制高压电网的高速通信能力的电子FACTS控制设备；其他FACTS耦合的致动器设备，其是通过基于FACTS的控制能力耦合到高压传输电网的边缘内部、高压传输电网的边缘处或高压传输电网的边缘外部的系统和子系统的组；多个本地智能中心，所述本地智能中心中的每个具有高速通信能力，使得所述多个本地智能中心能够以高速向在可通信地链接到本地智能中心中的每个的本地区域中的高速通信使能的分布式阻抗注入模块、其他致动器设备和其他FACTS耦合的致动器设备提供本地监督协同；本地智能中心中的每个进一步通过高速通信能力与相邻本地智能中心链接以提供跨相邻本地区域的集成控制能力；至少公共设施监督，其与传统大型常规发电系统、变电站通信，并且可通信地链接到所述多个本地智能中心；其中，实现的通信能力和控制能力向总电力系统提供从发电到配电的分层控制能力。12.如权利要求11所述的控制装置，其中，高速通信使能的分布式阻抗注入模块是具有内置智能的自感知的。13.如权利要求...

【专利技术属性】
技术研发人员：H伊纳姆，D达斯，F克雷克鲍姆，A伊耶，A赵，
申请(专利权)人：智能电线股份有限公司，
类型：发明
国别省市：美国,US