使用阵列中未使用期间注入单元降低阻抗注入期间的振荡以校正问题

摘要

本申请涉及一种使用阵列中未使用期间注入单元降低阻抗注入期间的振荡以校正问题。控制模块控制阻抗注入单元（IIU）形成按顺序的多个连接配置。每个连接配置具有一个IIU，或串联、并联或串联和并联的组合的多个IIU。IIU的连接配置耦合到高压传输线路。控制模块和IIU生成矩形阻抗注入波形。当所述波形被组合并注入到所述高压传输线路时，这产生伪正弦波形。

说明书

相关申请

本申请要求来自于2019年十一月22日提交的美国临时申请号62/939，413的优先权的权益，由此所述申请通过引用并入到本文中。

技术领域

本公开涉及使用基于无变压器柔性交流电传输系统（TL-FACTS）的阻抗注入单元的可用资源来管理高压（HV）传输线路上的干扰。

背景技术

行业内的当前趋势是使用基于模块化无变压器柔性交流电系统（TL-FACTS）的阻抗注入单元（IIU），以用于分布式和局部线路平衡以及如图1中所示的电网的高压（HV）传输线路108中对干扰的局部控制。这种局部控制是对HV传输线路上电力潮流（power flow）的基于应用程序（utility-based）控制的附加。HV传输线路的局部控制是通过使用与传输线路串联连接的智能阻抗注入模块（IIM）300来实现的，并且所述智能阻抗注入模块300包括通常以串并联配置连接的多个IIU。以同步方式开关的并联连接的IIU被用于为传输线路提供增加的载流容量，而串联连接的IIU可被用于以累积方式增加注入的阻抗电压。IIM 300通常以如图1中所示的分布式方式耦合到HV传输线路108，以启用局部控制。由于IIM 300与HV传输线路108串联连接，它们的注入阻抗电压也在HV传输线路108上累积。在本领域中，存在持续的改进的需要。

发明内容

在各种实施例中描述了操作阻抗注入单元（IIU）、阻抗注入单元系统和计算机可读介质的方法。

一个实施例是操作阻抗注入单元的方法。所述方法包括由控制模块控制多个IIU以形成按顺序的多个连接配置。每个连接配置包括一个IIU或串联的、并联的或串并联组合的多个IIU。每个连接配置都耦合到高压传输线路。所述方法包括生成多个矩形阻抗注入波形。生成是由控制模块通过按顺序的IIU的多个连接配置来进行的。当矩形阻抗注入波形被组合并注入到高压传输线路时，这产生了伪正弦波形。

一个实施例是阻抗注入单元系统。所述系统具有控制模块和多个IIU。控制模块将引导多个IIU形成按顺序的连接配置。每个连接配置具有耦合到高压传输线路的一个IIU或串联、并联或串并联组合的多个IIU。控制模块将通过按顺序的IIU的连接配置生成矩形阻抗注入波形。矩形阻抗注入波形将组合并注入到高压传输线路，以在高压传输线路上产生伪正弦波形。

一个实施例是有形的、非暂时性的计算机可读介质上的指令。当所述指令由处理器执行时，这使得所述处理器执行各种动作。当IIU耦合到高压传输线路时，所述处理器将引导多个IIU形成按顺序的连接配置。每个连接配置包括一个IIU或多个串联、并联或串并联组合的IIU。处理器将通过按顺序的IIU的连接配置生成矩形阻抗注入波形。矩形阻抗注入波形将组合并注入到高压传输线路，以在高压传输线路上产生伪正弦波形。

从以下结合附图的详细描述中，实施例的其他方面和优点将变得显而易见，所述附图通过示例的方式示出了所描述的实施例的原理。

附图说明

本公开的实施例是通过示例而非限制的方式在附图的各图中示出的，在所述附图中，相似的附图标记表示类似的元素。

图1是示出具有分布式和分级智能控制系统的常规电力网（power grid）系统的图。（现有技术）

图2是示出具有局部和全局时间同步能力的常规动态智能阻抗注入模块的框图。（现有技术）

图3A是示出根据一个实施例的具有相关联局部时钟的基于TL-FACTS的IIU的局部主控制模块的电路图。

图3B是示出根据一个实施例的具有可以与全局时钟同步的相关联局部时钟的基于TL-FACTS的IIU的局部主控制模块的电路图。

图4是示出基于无变压器柔性交流电（AC）传输系统（TL-FACTS）的阻抗注入单元（IIU）的示例的电路图，其中一个或多个IIU可以构成阻抗注入模块IIM 300。

图5是示出根据一个实施例的具有2×2串并联连接的IIM的示例框图，所述IIM包括四个基于TL-FACTS的IIU。

图6是IIM的示例示意性图，所述IIM具有串联互连的并联连接的基于TL-FACTS的IIU的两个集合。以同步方式从串联连接的IIU 400的两个集合中提供两个矩形波形的图5的2×2矩阵当被组合时生成用于注入到HV传输线路上的伪正弦波。

图6A示出了来自图5的IIM 300的两个并联连接的IIU的两个串联连接组中的每个组的同步生成和注入的矩形波。

图7示出了配置成四个并联组的8个IIU，每组有并联的两个IIU，并且四个组串联连接以形成IIM。

图7A示出了来自图7的双IIU的四组的注入输出，其中它们的注入开始和结束时间以同步方式调整，以生成伪正弦波形，当被注入到HV传输线路上时，所述伪正弦波形平滑为正弦波形701。

图8示出了来自IIM的四个IIU中的每个的同步注入波形，其实现了图7的修改的注入波形。

图8A是使用图7中的IIM的IIU的未利用能力的示例示意性图800。图800示出了注入附加的矩形波形以修改图7A的伪正弦波形701。这种注入导致修改的波形，所述修改的波形被平滑成波形801。所述平滑的波形解决了HV传输线路上的未预期问题。

附图中的数字和字母

具体实施方式

智能阻抗注入模块（IIM）包括连接的无变压器FACTS（TL-FACTS）设备，其被用作控制高压（HV）传输线路的阻抗注入单元（IIU）。IIU生成并注入矩形阻抗波形，如果被注入时所述波形累积很大，就会创建高频振荡，所述高频振荡干涉HV传输线路和用户驻地上的控制系统。通过交错和同步来自串联连接的IIU或IIU组的注入的定时，注入波形被转换成伪正弦波形以减少振荡的生成。注入的这种方法使得一些IIU或IIU的组具有非常低的利用率。IIU的空闲时间被用于在HV电力线上生成和注入阻抗，并在需要出现时修改注入的波形以克服未预期的干扰。

定义

1. 局部：属于或关于通常是专有的特定区域或地区的。

在这种情况下，术语局部被用于表示通常受单个局部控制的HV传输线路的一段。

2. 阻抗：是测量当施加电压时电路对电流的反抗。术语复数阻抗可以被互换使用。阻抗将电阻的概念扩展到AC电路，并具有幅度和相位两者。阻抗可以是电感性的、电容性的、电阻性的。

图1示出了示例系统100，其包括分布在变电站204之间的HV传输线路108上的分布式阻抗注入模块（IIM）300。IIM 300直接附接到电力网的HV传输线路108，并且在从HV塔201悬挂的HV传输线路上与地面绝缘悬挂。发电机203和负载205通常在变电站204处连接到电力网的高压传输线路108。局部IIM 300的组经由高速通信链路303通信连接或耦合到局部智能中心（LINC）302，所述高速通信链路303考虑到了在需要时由局部区域中的IIM 300以次同步速度进行通信和响应。多个LINC 302也通过高速通信链路303连接到其他相邻的LINC 302，以用于协调局部LINC 300组的活动。监管应用程序206使用连接到LINC 302和变电站204的命令和通信链路207来监视系统200A的活动。监管应用程序206A能够经由将其连接到LINC 302的通信链路对局部IIM 300具有交互式控制。监管应用程序在任何时候都具有对LINC 302和IIM 300的取代控制。

图2是示出智能IIM 300的主要组件的框图。参考图2，IIM 300包括至少阻抗生成和注入模块401、具有至少时钟（其具有时间同步能力）的智能控制能力402以及高速通信链路410。

图3A示出了使用耦合到每个IIM内的智能控制模块403的局部时钟404A，以同步到电力线108上阻抗的生成和注入。图3B示出了使用通常由GPS 407控制的全局时钟404B，所述全局时钟404 B耦合到智能控制模块403，以同步到电力线108上阻抗的生成和注入。IIM300使用从HV传输线路108提取的电力，使用耦合到传感器和电源模块301的电力变压器301A向包括智能控制单元403、通信单元410和IIU 400的IIM 300的电路提供电力。

图4示出了在HV传输线路上串联连接的基于无变压器柔性交流电传输系统（TL-FACTS）的阻抗注入单元（IIU）400的示例电路图。IIU 400能够生成要注入到电力线108上的电感性或电容性阻抗。IIU 400包括与HV传输线路108串联连接的两条导线406A和406B。四个绝缘栅双极晶体管（IGBT）开关408B被用于将输入线，引线406A连接到输出线，引线406B。四个IGBT开关408B的开关由耦合到主控制402的开关控制408A-1至408A-4所控制。主控制，例如图2的智能控制能力402，被耦合到传感器和电源模块301，所述传感器和电源模块301经由变压器304从HV传输线路108提取电力以用于IIU 400的操作。DC电容器跨其自身产生DC电压，所述电压被用作到HV电力线108中的注入阻抗。取决于IGBT开关408B的开关顺序，电感性或电容性阻抗可以被生成并被注入到HV传输线路108上。典型地，IIM 300包括以串并联配置连接的多个IIU 400。

图5示出了具有IIU 400的2×2配置的IIM 300。IIU的IGBT开关能够被开关以生成矩形阻抗波形，所述矩形阻抗波形注入到HV传输线路上。在一些实施例中，IGBT开关408B在应用期间必须降低其载流容量，以提高可靠性。每个IIM 300中具有开关同步的多个IIU并联和IIU 400内的IGBT并联被用于确保通过与线路串联连接的IIM 300的足够电流能力。IIU 400的并联组可以在每个IIM 300内串联连接，以增加从IIM 300生成和注入的阻抗电压。这种连接配置的结果将增加载流容量和从IIM 300生成的注入阻抗电压两者。

如果开始和停止时间被同步，来自串联连接的IIU 400组（400A和400B）的注入波形是相加的，并且构成通常两倍幅度的矩形阻抗注入波形。到HV传输线路108上的这种大幅度矩形注入可能导致在HV传输线路108上被发动的振荡和被注入的谐波。如果在电网的HV传输线路上避免这种振荡和谐波注入，以供提高电力网操作的稳定性和可靠性，这将是理想的。这可以通过交错来自各种串联连接的IIU 400或并联连接的IIU 400的组（其中所述组串联连接）的阻抗注入来实现。

在某些情况下，单个IIM 300的单独能力不足以提供所需的阻抗注入。来自HV电力网上串联连接的多个分布式IIM 300的资源可被用于生成所需要的总阻抗注入。在这些情况下，需要将开始和停止时间（或注入持续期）交错，以限制HV传输线路上的振荡和谐波注入。通过修改串联连接的IIU 400组的开始和结束时间，跨IIM 300的可同步时钟的使用实现了在IIM 300内和/或IIM 300之间的注入波形的这种交错，IIU 400组是并联连接的IIU400，并且如前所述被同时开关。

在某些实例中，HV传输线路可能会经历突发性干扰，所述干扰可能本质上是局部的。如果能够在感应到的局部区域发动响应行动，以补救这种干扰并限制其传播，则这将是理想的。

最佳的是，当将从IIM 300的IIU 400生成的波形累积注入到HV传输线108上时，可以将其调整为代表伪正弦阻抗波形。IIM 300可以包括串联连接、并联连接或串并联连接的一个或多个IIU 400。由以图5的2×2阵列连接的四个IIU 400生成的开始时间同步和持续期调整的波形的集合在图6中被示出。示例IIM 300的IIU 400的2×2连接的阵列包括四个IIU，前两个IIU 400-A1和400-A2形成并联连接的组400A，而后两个IIU 400-B1和400-B2形成第二并联连接的组400-B。由组中并联连接的IIU中的每个生成的波形被同步开始、结束并具有相同的幅度。两个并联连接的组400A和400B被串联连接以形成图5的IIM 300的示例实现。图5的IIM 300能够生成如图6A中所示的阻抗注入波形400A-v和400B-v，波形400A-v具有在时间t1的开始和结束时间t1’，其间为持续期d1，而波形400B-v具有在时间t2的开始和结束时间t2’，其中持续期是小于d1的d2。当被注入到HV传输线路上时，所述两个波形是累积的，因为两个并联连接的IIU组400A和400B是串联的，并且通常将平滑成图6中所示的正弦波形501。

图7示出了另一示例IIM 300-2X，其包括4×2组合，并联的两个IIU 400的四组，所述四组串联连接以形成IIM 300-2X。也就是说，四组700-1至700-4中的每个通过并联两个IIU 400形成。组700-1包括IIU 400-A1和A2，组700-2包括IIU 400-301B1和B2，700-3包括IIU 400-C1和C2，组700-4包括IIU 400-D1和D2。IIU 700-1至700-4的四个并联连接的组被串联连接，以生成要被注入到HV传输线路108上的阻抗700-1v至700-4v。如图7A中所示，单独注入的阻抗700-1v至700-4v具有分别交错为t1、t2、t3和t4的开始时间以及交错为t1’、t2’、t3’和t4’的结束时间，其分别提供注入持续期d1、d2、d3和d4。当被注入到HV传输线路上时，这些阻抗累积组合以提供伪正弦波形，由于线路的阻抗，所述伪正弦波形平滑成正弦波形701，如图7A中所示的。

考虑图7和7A，明显的是，IIM 300-2X的IIU 700-1至700-4的所有组的阻抗生成能力没有被完全用于生成注入到HV传输线路上的阻抗。在一个实施例中，假设的是，IIM 300-2X的IIU 组700-1至700-4中的所有组具有相等的阻抗波形的生成的能力，如图7A中所示的。IIU组700-1注入矩形波形700-1v，所述矩形波形700-1v具有开始时间t1、持续期d1和在t1’的结束时间。此外，IIU 700-2被约束为注入波形700-2v，所述波形700-2v开始于稍后的时间t2，其具有在700-1v t1’结束前在t2’结束的持续期d2。对IIU组700-3和IIU组700-4重复类似的条件，从而导致IIU组中的每个开始得越晚结束得越早，从而具有越来越短的持续期。因此，IIU的较晚开始组具有越来越大的未使用容量，如图7A中清楚所示的。

HV传输线路上发生的突然干扰或局部干扰可能需要注入电感性或电容性阻抗作为校正措施。通过IIU组700利用其可用的未利用时间生成短持续期脉冲，可以在相同的注入循环内完成此校正动作。突然或局部干扰由耦合到IIM 300-2X的传感器或由分布在HV传输线路上的备选传感器所感测。局部区域的IIM 300-2X接收感测的数据，并使用内置在其中的智能，通过考虑可用资源（包括IIM 300-2X的IIU 700的组的未使用容量）来开发对干扰的阻抗注入响应。

响应定义了在未利用的IIU组700可用时间期间生成和注入如图8中所示的持续期为“s”的附加短持续期脉冲。使用由生成短脉冲的IIM 300-2X所使用的局部或全局时钟，附加短持续期脉冲与正常注入的阻抗脉冲同步。这些短持续期脉冲被用于将正常注入的阻抗注入波形701修正或修改为示例修改波形801，以解决在HV传输线路上识别的突然或局部干扰。

图8和8A示出了在IIU 700的组的未使用时间期间这些短持续期脉冲的示例短脉冲生成和注入。图8示出了由IIU组700-3生成和注入的具有与t1同步的开始时间和持续期“s”的短脉冲801-3-1v，以及由IIU组700-4生成的具有开始时间t3和持续期“s”的短脉冲801-4-2v和具有在t2的开始时间和持续期“s”的附加短脉冲801-4-1v（当所述短脉冲与常规注入波形700-1v一同被累积注入到700-4v）将原始注入的和平滑的阻抗波形701修改成要被注入到HV传输线路108上的平滑波形801，以克服在HV传输线路108上感测到的突然或局部干扰。

如前所述，取决于由IIM 300-2X感测到的干扰和识别的响应，生成和注入的附加脉冲可以是电感性的或电容性的。虽然短脉冲被示出为具有固定的持续期，但没有必要一定如此。短脉冲可以具有任何持续期，而不会侵占来自IIU 400的组的现有阻抗注入波形。类似地，短脉冲的幅度和注入的阻抗波形被示出为从IIU的组中的每组在幅度上相等。相等幅度注入并不总是必要的或最佳的。注入波形的幅度可能与不同开关组不同，并且幅度和定时可被优化，以响应IIU的组的注入能力内的任何线路平衡、流量控制或干扰校正需求。

尽管所公开的发明是使用特定实现作为示例来描述的，但预期的是它仅仅是示例并且是非限制性的。本领域的从业者将能够基于新的创新和概念来理解和修改相同内容，以致于它们被制造出来并变得可用。本发明预期的是包含符合所讨论的发明思想的这些修改。