用于稳定电网电力的方法和设备技术

本发明专利技术提供一种包括多个交互电网设备的电网稳定性元设备，每个交互电网设备形成各自的电网电路径的一部分，且每个交互电网设备包括：可变阻抗设备，该可变阻抗设备在故障发生时在各自的路径中插入限流阻抗；状态检测传感器，其连接到所述可变阻抗设备以在所述故障发生时改变检测状态；以及整体通信系统，其具有传输和接收能力并连接到所述状态检测传感器和可变阻抗设备，其中，由每个所述交互电网设备检测到的故障自动促使信号传送到另一个集成电网设备、由该另一个集成电网设备接收该信号以及由该另一个集成电网设备插入限流阻抗。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】用于稳定电网电力的方法和设备相关申请的交叉引用本申请要求于2009年1月12日提交的美国临时专利申请No. 61/204，898的优先权，该申请的全部内容通过引用结合于此。
技术介绍
本专利技术涉及通过使用可变阻抗设备来控制电业电网(electric utility grid)以改善电网稳定性和电力品质，该可变阻抗设备自动地或在主动控制下对电网中的不稳定瞬态进行响应。电力的有效且可靠的产生、传送以及分配对美国安全和经济是至关重要的。不算增加的电力需求、电网互联以及不断增多的独立发电设施已经降低了逐渐老化的北美电网的总体稳定性。该不稳定性经常将其表现在由于洪水、强风、倒下的树的大枝、闪电袭击、交叉的传输线等导致的不受控制的高电流浪涌(即，故障电流)次数的增加。如果不处理的话，故障电流可能会永久损坏传输和分配设备、跳闸(trip)高功率电路断路器，并扰乱流到终端用户的功率流，从而在遭受这些痛苦的区域中造成相当大的社会以及经济影响。仅在美国地区明显的电力中断(例如，2003年的西北部，2001年的北加利福尼亚州，2000的底特律，1999年的亚特兰大、新奥尔良、芝加哥以及纽约，1996年的美国西海岸以及2005年的美国墨西哥湾(Gulf Coast))是北美电网内在脆弱的迹象。最近对美国电消费者的电力中断的损失的研究表明美国每年的经济损失大约为$80B。设计了放射状分布网络，以便电力从产生源(在图16中由空心圆表示)流到终端用户。电力在放射状网络中在一个方向上流动(由图中的箭头描绘)，从而从主馈线支路引到将电力递送到各自负载(图16中由实心圆表示)的侧支路，这些负载可以是单独的目的地或下游的变电站。设置断路器A和B，以在每个各自支路中出现短路的情况下(即故障) 保护并隔离主馈线。例如，如果断路器A的下游发生故障，则断路器A检测到大的电流浪涌并在固定数量的周期之后断开。这种行为用于“划分”电网(即，断路器将断路器A下游的电网的故障部分隔离)并保持总电网的稳定性。在该示例中，断路器B下游的终端用户不会遭遇电力中断。通常，断路器A和B是“重新闭合”断路器。重新闭合断路器按照设定的时间表断开和重新闭合，该时间表通常由设备和本地公用事业(local utility)来确定。图17示意性地示出了典型的“重新闭合”时间表。在故障事件开始时，断路器在大约4-6个周期中检测电流浪涌并在零电压交叉或零电压交叉附近自动断开。然后该“重新闭合器”等待4-10 个周期之后再重新闭合。如果故障依然存在，则该过程被第三次重复，其中在断开状态中时间延迟更长。如果在第三次之后故障还存在，则系统被锁定在“断开”状态，且故障被认为是永久性的。大多数故障在第一次或第二次重新闭合顺序中被清除。故障限流器(FCL)是自主检测电力网络中的大电流浪涌并比常规电路断路器快很多倍地插入电流限制阻抗的设备，这改善了电力品质、保护下游设备(例如变压器、电机、开关设备、电路断路器等)不受潜在损坏并防止电力中断。FCL的广泛应用将改善电网稳定性并允许电网整体能够更好地响应在自然灾害中可能发生的瞬时故障和永久故障。 FCL是电网电力工程师长期的梦想，且许多设备的制造已经有不同程度的成功。由于高效经济的故障限流设备有待开发，因此在电力传输和分配电网中通常使用的是可靠但低效且笨重的备选故障控制方法(例如，快速电路断路器、空心电抗器、高阻抗变压器等)。在高温超导体(HTQ中液态氮(77K)温度以上的超导性的发现对致力使用这些材料制造有用的商业设备做出了重大成果。原则上，超导材料是用于FCL设备的理想材料，这是因为即便高达称为临界电流(Ie)的最大电流，这种材料的电阻仍然基本为零。因此，在常规工作期间，FCL不会给电网增加额外的阻抗。但是，当流过超导体的电流超过Ic时，这种材料就变成高阻的常规材料。这种超导到常规状态的转变可以用于FCL设备中以快速地将明显的阻抗插入到电网中，这有效地削减了故障电流的大小。不幸的是，由于差的HTS材料特性、HTS线和大部件的临界电流低以及HTS部件固有的高成本，基于原型HTS的超导FCL 获得有限的成功。在2001年1月，在二硼化镁(MgB2)中在39K发现了超导性。在液态氮温度一半以上并在这种简单的金属化合物中超导性的发现激起了对将这种材料作为HTS材料的廉价实用的替换材料用于在30K以下的温度工作的电力应用的浓厚兴趣。虽然该工作温度不如 HTS材料的工作温度理想，但是近来无冷冻剂(cryogen-free)冷却技术的进步已经使得这些温度很经济地用于FCL应用。但是，与HTS材料类似，MgB2是硬且易碎的陶瓷材料，且经历许多与HTS陶瓷相同的机械缺陷。至今，HTS和MgB2超导材料还不具有开发节省成本、可靠的超导FCL系统所需的物理和经济特性。图18示出了与图16类似的放射状电网的操作，其装配有故障限流设备。FCL A和 FCL B被设计为在超过电网的常规负载电流的某电流处触发。当FCL触发时，限流阻抗被无缝地插入到电网中，这限制了瞬时故障电流的大小。例如，如果在FCL A的下游的放射状支路中发生故障，则FCL A迅速插入内嵌(in-line)阻抗，从而至故障支路的电流得到限制。 图19A示意性地示出了 FCL设备的触发顺序，其中可以看出，该设备非常快地限制了电流。 与断路器允许故障在零电压交叉或其附近断开之前的4-6个周期通过不同(见图19B)，FCL 能够在所述周期中的任意点处插入限流阻抗并能够在单个AC周期中触发。在受FCL保护的放射状电网中，由于FCL A的插入阻抗，馈线电压不会由于FCL A 的下游出现故障而降低。因此，在放射状电网中设置FCL改善了电力品质，甚至在设备之间没有协调和通信的情况下。
技术实现思路
本专利技术提供一种包括多个交互电网设备的电网稳定性元设备(metadevice)，每个交互电网设备形成电网中各自的电路径的一部分，且每个交互电网设备包括可变阻抗设备，该可变阻抗设备在故障发生时在各自的路径中插入限流阻抗；与可变阻抗设备连接的状态检测传感器(transducer)，用于在故障发生时改变检测状态；以及整体通信系统 (integral communication system)，其具有传输和接收能力，并被连接到状态检测传感器和可变阻抗设备，其中，由每一个交互电网设备检测到的故障自动促使向另一个集成电网设备传输信号、由另一个集成电网设备接收该信号以及由另一个集成电网设备插入限流阻抗。在该电网稳定性元设备中，由第一集成电网设备检测到的故障可以促使信号自动地传输到第二集成电网设备以及由该第二集成电网设备插入限流阻抗。在该电网稳定性元设备中，由所述第二集成电网设备检测到的故障可以促使信号自动地传输到所述第一集成电网设备以及由所述第一集成电网设备插入限流阻抗。在该电网稳定性元设备中，由所述第二集成电网设备检测到的故障可以促使信号自动地传输到第三集成电网设备以及由该第三集成电网设备插入限流阻抗。在该电网稳定性元设备中，由所述第一集成电网设备检测到的故障可以促使信号自动地传输到所述第三集成电网设备以及由所述第三集成电网设备插入限流阻抗。在该电网稳定性元设备中，由所述第三集成电网设备检测到的故障可以促使信号自动地传输到所述第二集成电网本文档来自技高网...

【技术保护点】
１．一种电网稳定性元设备，该电网稳定性元设备包括：多个交互电网设备，每个所述交互电网设备形成电网中各自的电路径的一部分，且每个所述交互电网设备包括：可变阻抗设备，该可变阻抗设备在故障发生时在各自的路径中插入限流阻抗；状态检测传感器，该状态检测传感器连接到所述可变阻抗设备以在所述故障发生时改变检测状态；以及整体通信系统，该整体通信系统具有传输和接收能力并且连接到所述状态检测传感器和所述可变阻抗设备，其中由每个所述交互电网设备检测到的故障自动促使向另一个集成电网设备传输信号、由所述另一个集成电网设备接收该信号以及由所述另一个集成电网设备插入限流阻抗。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...

【专利技术属性】
技术研发人员：M·J·霍尔库姆，
申请(专利权)人：网格逻辑有限公司，
类型：发明
国别省市：US