CN106483398A - 在高压直流***中测量数据的装置和方法 - Google Patents

在高压直流***中测量数据的装置和方法 Download PDF

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Abstract

本发明提供一种在高压直流***中测量数据的装置和方法。提供一种高压直流(HVDC)***中的数据测量设备。该数据测量设备包括：电力测量单元，其测量电力相关的数据段；和控制单元，其确定所述电力相关的数据段分别被测量的测量时间，并基于在所述电力相关的数据段中具有相同测量时间的电力相关的数据段来执行控制。

Description

在高压直流***中测量数据的装置和方法
技术领域
本公开涉及在高压直流(HVDC)***中测量数据的装置和方法，且更具体而言，涉及一种在高压直流(HVDC)***中测量数据的装置和方法，其对传感器或仪表数据标记时间信息，以便减少因为每个传感器或仪表的数据采集时间彼此不同而发生的错误，以保持控制的精度。
背景技术
近年来，由于增加大型离岸风力农场和智能电网的建立，对高压直流(HVDC)的需求猛增。
HVDC是一种使得由发电站产生的高压交流电(AC)能够利用电力转换器被转换并输送为DC然后在电力接收点再转换成AC以供电的技术。
这样的HVDC传输技术因为电力损失少所以可在长距离上稳定地传输电力，因为与AC相比相对较低的电压所以绝缘简单，且很少有感应的障碍，因此该传输技术能够实现有效、经济的电力输送并且可克服AC电力输送的缺陷。
图1示意性示出了HVDC传输技术。
参见图1，HVDC***100安装于AC网络A(在下文中，被称作“***A”)(110)和AC网络B(在下文中，被称作“***B”)(120)之间以链接两个***110和120。
HVDC***100将从两个***110和120中的任何一个***110或120接收的AC电力转换和输送为DC电力，以及接收了该DC电力的电力接收点将DC电力再转换为AC电力以将该AC电力输送给另一个***110或120。
具体而言，HVDC***100可以将从***A 110接收的AC电力转换并输送为DC电力，以及接收了该DC电力的电力接收点可将该DC电力再转换成AC电力以将该AC电力输送给***B 120，或者HVDC***可将从***B 120接收的AC电力转换并输送为DC电力，以及接收了该DC电力的电力接收点将该DC电力再转换成AC电力以将该AC电力输送给***A 110。
***A 110和***B 120中的每一个可将AC电力传输给HVDC***100或从HVDC***100接收AC电力。
在这个范例中，***A 110和***B 120可以是在同一个国家内的AC电力***或是使用相同频率的AC电力***。但是，根据实施例，它们也可以是在不同国家中使用或使用不同频率的AC电力***。在这个情况下，HVDC***100能够实现国家之间的链接或使用不同频率的AC电力***之间的链接。
图2示出典型HVDC***中测量数据的流动。
AC和DC测量设备210测量AC数据和DC数据。为此，AC和DC测量设备210可以包括至少一个测量AC数据和DC数据的电流互感器(CT)和电压互感器(PT)。
AC CT感测安装AC CT的AC总线的电流，以测量该AC电流。AC PT测量AC电压。并且，安装用于测量DC的电流和电压的DC CT以及DC分压器(VD)，从而测量模拟状态值。在这种情况下，DC CT测量DC电流且DC VD测量DC电压。
变电站自动化***(SAS)220快速且准确地获取关于设施的操作信息。SAS 220将上述测量数据分类为AC和DC相关信息、模拟信息、和数字信息以将测量数据通过如下描述的远程终端单元(RTU)传输给上级控制***240。
RTU 230接收经由SAS 220分类的数据并将其传输给上级控制***240。
上级控制***240可以是监督控制和数据采集(SCADA)或能源管理***(EMS)。上级控制***240通过状态估计、电力***电力流动分析和基于接收到的数据的可靠的事故模拟来管理和控制***。
为了执行电力***操作所需要的控制，需要基于输入数据的操作。在这个情况下，尽管用于操作的输入数据是基于该数据已被同时测量的假设而使用的，但实际上难以保证所有测量数据的同步性。
因为在通过使用被动感测设备测量的数据被输送给操作单元的过程中的许多种差异，没有实现时间同步性。具体而言，这些差异包括由于在感测设备与控制单元之间的距离的差异导致的传输速度的差异、根据每个传感器的设备特性的时间延迟、以及将模拟数据转换成可用于控制操作的数字数据所耗费时间的差异。
图3为用于解释典型HVDC***中数据的测量时间具有异步性的图示。
假设HVDC***基于图3中获取的四种类型的模拟信息而执行控制操作，该四种类型的模拟信息也就是AC电流310、DC电流320、AC电压330、和DC电压340。
控制操作时间为执行控制操作时的时间。在图3中，在由虚线指示的时间A处，HVDC***执行操作。在时间A处执行操作的情况下，HVDC***将基于在时间A处获取的四种类型的模拟信息来执行控制操作。
在这种情况下，用于操作的四种类型模拟信息中每一种模拟信息的测量时间如箭头所示。参见图3，与AC电流310、DC电流320、AC电压330、和DC电压340中的箭头相对应的时间彼此不同。
即，尽管HVDC***基于在控制操作时间A处的对应的时间获取的四种类型的模拟信息来执行控制操作，但是HVDC***已在时间A获取的模拟信息各自的测量时间彼此均不同。即，四种类型的模拟信息的各自的测量时间不同步。
如上所述，该不同步由以下原因导致：由于在感测设备和控制单元之间距离的差异导致的传输速度的差异，根据每个传感器的设备特性的时间延迟，以及将模拟数据转换成可用于控制操作的数字数据所消耗时间的差异。
因此，在通过使用具有异步测量时间的数据段来执行操作的情况下，因为数据各自的测量时间彼此不同且由于所导致的AC电流、DC电流、AC电压中的差异和误差，所以最终控制操作的结果可能具有误差。
如此，***执行操作时获取的数据段在获取的数据段之间具有测量时间的差异，且因此在执行操作的情况下，发生误差且因此控制精度减少，并且进一步的，应该伴随着对第二和第三次修正的控制。在这个情况下，控制目标值不能收敛且持续振荡且在最坏的情况下，该值可能发散。
发明内容
实施例提出一种在HVDC***中的数据测量设备和数据测量方法，其可连同测量值标记传感器的数据采集时间并基于对其标记了数据采集时间的测量值来执行操作，以如果可能则通过使用在相同时间采集的数据来执行控制，以便减少由于在相同时间为控制操作所获取的数据段各自的测量时间之中的差异导致发生的误差，以保持控制的精确度。
本公开中待实现的技术任务并不局限于上述技术任务，且由以下说明所提出的实施例所属的领域内的技术人员可以清楚地理解其他未提及的技术任务。
在实施例中，高压直流(HVDC)***中的数据测量设备包括：电力测量单元，所述电力测量单元测量电力相关的数据段；和控制单元，所述控制单元确定电力相关的数据段分别被测量的测量时间，并基于在电力相关的数据段之中具有相同测量时间的电力相关的数据段来执行控制。
在另一个实施例中，高压直流(HVDC)***中的数据测量方法包括：测量电力相关的数据段；确定电力相关的数据段被分别测量的测量时间；并基于在电力相关的数据段之中具有相同测量时间的电力相关的数据段来执行控制。
一个或多个实施例的细节将在附图和以下说明中进行陈述。其他特征将从说明和附图、以及从权利要求书中显而易见。
附图说明
图1示意性示出HVDC传输技术。
图2示出典型HVDC***中的测试数据的流动。
图3为用于解释典型HVDC***中数据的测量时间具有异步性的图示。
图4示出根据实施例的HVDC***中的数据测量设备的配置。
图5示出根据另一实施例的HVDC***中的数据测量设备的配置。
图6示出根据实施例的HVDC***中的数据测量设备所存储的DB。
图7为用于解释根据实施例的HVDC***中的数据测量设备执行的控制操作的图示。
图8示出根据实施例的HVDC***中的数据测量方法。
图9示出根据另一实施例的HVDC***中的数据测量方法。
具体实施方式
下文中，将参考附图对具体实施例进行详细说明。但是，本公开的技术构思并不应局限于以下将进行描述的实施例，且可以容易地提出通过附加、变化和删减其他组件而包含在本公开的技术构思的范围内的回归发明或其他实施例。
如若可能本文中使用的术语是与对应技术相关地广泛使用的普通术语，但在特殊情况下，申请者任意选取术语，在这个情况下将在说明相关发明时对术语的意思进行详细说明。因此，应注意到应通过术语的意思而不是术语的名称来理解本公开。在以下说明中，术语“包括”并不排除与本文枚举的这些组件或步骤不同的其他组件或步骤的存在。
图4示出根据实施例的HVDC***中的数据测量设备的配置。
根据实施例的HVDC***中的数据测量设备400可用于HVDC***(未示出)中，在该情况下，其测量用于HVDC***(未示出)的控制的电力相关数据。但是，实施例并不局限其中，且数据测量设备400可用于包括自动化***的所有类型的操作和控制***，比如变电站自动化***(SAS)和可以使用对其标记了时间信息的数据的监督控制和数据采集(SCADA)，以及较宽的上级监控***，比如与许多***相关联的能量管理***(EMS)。
此外，数据管理设备400可用于***的操作和控制，其中，数据值代表迅速变化，比如变压器的TAP调节。
根据实施例的HVDC***中的数据测量设备400包括电力测量单元410和控制单元420。
电力测量单元410测量电力相关的数据段。
电力相关数据是与HVDC***(未示出)控制的电力相关的数据，且可以包括关于测量数据类型、测量值、测量时间、数据转换完成时间、是否为周期信号、以及是否具有状态改变信号的信息。图6中提供相关说明。
并且，电力测量单元410可以包括接触传感器以测量数字状态值，比如开关的开/关状态、互感器油的温度、和TAP位置。
根据实施例，电力相关的数据段可以包括AC电流、AC电压、DC电流、和DC电压的测量值。
为此，电力测量单元410可以包括：AC测量单元412，所述AC测量单元412测量包括AC电流和AC电压的AC电力；和DC测量单元414，所述DC测量单元414测量包括DC电流和DC电压的DC电力。
在这个情况下，AC测量单元412可以为传感器，比如AC电力管理单元(PMU)和AC智能电力设备(IED)；以及DC测量单元414可以为传感器，比如DC PMU和DC IED。
但是，实施例并不局限于此，且根据HVDC***(未示出)或其他操作和控制***(未示出)的类型和大小，电力测量单元410可以包括各种类型或若干数量的传感器用于感测电流或电压。
控制单元420连接到电力测量单元410或执行通信以使得电力测量单元410能够测量电力相关的数据段，并接收关于由电力测量单元410测量的电力相关的数据段的信息。
控制单元420确定测量每个电力相关的数据段的测量时间，并基于在电力相关的数据段中一些具有相同测量时间的电力相关的数据段来执行控制。
在这个情况下，通过控制单元420执行的控制包括基于电力相关的数据段的所有类型的控制。具体而言，控制单元420可以基于电力相关的数据段控制开关装置(包括电路断路器)的操作，执行增加或减少传输电力的量的电力控制，或执行控制DC电压和AC电压的功能。
根据实施例，控制单元420被包括在HVDC***中的数据测量设备中但根据另一实施例，控制单元420也可在数据测量设备外部实现。在这种情况下，控制单元420可以利用在HVDC***中的控制器的形式实现，并总体控制HVDC***，包括对数据测量设备的控制。
根据实施例，控制单元420可将具有相同测量时间的电力相关的数据段分类为AC或DC相关数据和模拟或数字数据，以将这些数据传输给数据测量设备400的上级控制***。
对应于HVDC***(未示出)的上级控制***的SCADA(未示出)和EMS(未示出)可以通过基于所接收数据的状态估计、电力***电力流分析和可靠的事故模拟，来对电力***进行管理和控制。
控制单元420可使得电力测量单元410能够对测量的电力相关的数据段标记时间信息。时间信息可以为各种类型的关于测量时间的信息，测量时间比如数据测量时间和转换成控制操作数据的时间。
具体而言，控制单元420使得测量值，比如开/关、电流、电压、和由HVDC***(未示出)中的主要设施所测量的电力流动，能够被标记以时间信息，以便于变流器站的控制和上级控制***的使用。
根据实施例，控制单元420可以控制电力测量单元410以对电力相关的数据段的每一段标记关于测量时间的信息。
根据另一个实施例，控制单元420可以控制电力测量单元410以从传感器或测量设备获取对其标记有时间信息的电力相关的数据段。
图5示出根据另一实施例的HVDC***中的数据测量设备的配置。
根据另一实施例的HVDC***(未示出)中的数据测量设备500可以包括电力测量单元510、控制单元520、信号传输和转换单元530、和存储器单元540。
电力测量单元510和控制单元520类似于早先参考图4描述过的电力测量单元410和控制单元420的配置和操作。因此，省略重复的描述并仅对与上述描述不同的配置和操作进行描述。
电力测量单元510可以包括AC测量单元512和DC测量单元514。
AC测量单元512可以测量包括AC电流和AC电压的AC电力。DC测量单元514可以测量包括DC电流和DC电压的DC电力。在这个情况下，AC测量单元512和DC测量单元514可为主动传感器和/或被动传感器。
传感器是主动传感器还是被动传感器由传感器的操作类型来识别。
在主动传感器的情况下，传感器在测量时对测量目标施加一定的处理(也就是，电压、电流、和热激励或其他能量)，且检测到在此时间发生的一定量的响应或能量，以用作传感器。
在被动传感器的情况下，传感器感测从测量目标发生的物理信号或能量。
由于主动传感器可以对测量目标施加可测量出测量时间的一定的处理，以找到测量时间，使得对电力相关的数据段标记时间信息成为可能。
但是，由于被动传感器仅仅感测从测量目标发生的电流或电压值，则有可能仅知道采集时间，而非实际测量时间，并因此难以对所测量的电力相关的数据段标记测量时间信息。因此，被动传感器由完成到控制操作数据的转换的时间来预测实际测量时间。具体说来，可以通过从完成到控制操作数据的转换的时间减去先前所测量的信号传输和转换消耗的时间，来预测实际测量时间。在这种情况下，信号传输和转换所消耗的时间基于被动传感器和转换设备的规格(specification)上指定的值，且在没有关于规格的描述的情况下，有可能基于传感器和设备的性能测试结果来计算时间。
电力测量单元510可以进一步包括接收GPS信号的全球定位***(GPS)信号接收单元516，且基于由GPS信号接收单元516接收的GPS信号来确定测量时间。在这个情况下，GPS信号接收单元516可以与GPS信号线路相连，所述GPS信号线路从人造卫星接收信息并将信息分配给多个设备和***。
当难以确定电力相关的数据段分别的测量时间时，控制单元520由完成到控制操作数据的转换的时间来预测测量时间。在这个情况下，可以通过信号处理和信号传输时间、设备特性、或类似的反映(reflecting)，来计算实际的测量时间。
例如，在电力测量单元510所包括的AC测量单元512或DC测量单元514为被动传感器的情况下，难以对上述测量的电力相关的数据段标记测量时间信息。在这个情况下，控制单元520从完成到控制操作数据的转换的时间来预测实际测量时间。
信号传输和转换单元530将电力相关的数据段转换成用于执行控制的控制操作数据，并将控制操作数据传输给控制单元520。
存储器单元540存储与各个实际测量时间相关联的电力相关的数据段。存储器单元540可以以可读取和写入数据的任何类型的存储设备来实现，比如随机存取存储器(RAM)、同步动态随机存取存储器(SDRAM)、以及类似的。
图6示出根据实施例的HVDC***中的数据测量设备所存储的DB。
对其标记从传感器或测量设备获取的时间信息的数据，或电力测量单元410和510从传感器或测量设备获取的电力相关的数据段连同关于测量时间的标记信息，可以被存储于图6中的DB中。
由电力测量单元410和510采集的数据存储于图6中的DB中。DB包括对其标记了时间信息的电力相关的数据段，且可存储于如早先在图5中所描述的存储器单元540内。
测量数据类型610与数据类型相关，且可为信息，比如AC电压、AC电流、DC电压、DC电流、TAP位置、和电路断路器状态。
电路断路器状态代表关于电路断路器如何操作的信息。即，其通过事故或控制信号提供关于电路断路器处于打开状态还是闭合状态、或者电路断路器是否处于跳闸状态的信息。
TAP位置代表关于TAP设备目前处于哪个状态(步骤)的信息。TAP设备是一种被实现用于由于互感器的初级电压和次级电压的变化而进行电压调节的设备。
测量值620是由对测量数据类型的测量而获取的值。
测量时间630是测量数据类型610被测量的时间。
数据转换完成时间640是在测量数据类型被转换为用于控制的控制操作数据的情况下转换完成的时间。
周期信号650是代表测量数据类型是否被规律性地重复的事项。
状态改变信号660是代表是否有到其他状态的转换或目前状态是否有改变的事项。
参见图6，存储在第5条目中的数据为关于DC电流的信息，且相应DC电流的测量值是75。在此情况下，测量值在15:25:20时被测量且在15:25:25时已经转换成控制操作数据。DC电流不对应于周期信号，但对应于状态改变信号。
在此情况下，测量时间15:25:20可为实际测量时间，或为由完成到控制操作数据的转换的时间预测的估计值，如上所述。
在实施例中，可主要(primarily)基于测量时间对用作控制操作中的输入的数据进行选择。测量值从传感器采集，传感器比如如上所述的AC PMU、AC IED、和DC IED。
由于从被动传感器采集的测量数据可不包括关于测量数据的数据，可以仅仅标记数据转换完成时间。因此，控制单元420和520通过信号传输时间以及信号传输和转换单元530通过***工程和测试获取的设备特性的反映，预测并记录所预测的测量时间，并使得控制单元420和520能够用于数据选择。
图7为用于解释根据实施例的HVDC***中的数据测量设备执行的控制操作的图示。
在图7中，左上角的表格示出利用电流传感器测量的数据。在这个表格中，数据列代表测量数据类型为电流数据，感测时间列代表电流数据被测量的时间，以及值列代表在对应的测量时间电流的测量值。在此情况下，参见第四行701，在1:00:10时测量的电流值为103。
右上角的表格示出利用电路断路器中的传感器测量的电路断路器操作状态数据。在这个表格中，数据列代表测量的数量类型为电路断路器状态，感测时间列代表数据被测量的时间，以及值列代表在对应的测量时间的电路断路器状态。在此情况下，参见第三行702，在1:00:10时所测量的电路断路器状态为接通。
左下角的表格示出由变压器油温传感器测量的油温数据。油温为变压器中油的温度。油温数据用作用于致动冷却需要的风扇的标准并且在太高时使***停止。
在这个表格里，数据列代表测量数据类型为油温，感测时间列代表油温数据被测量的时间，以及值列代表在对应的测量时间的油温的测量值。在此情况下，参见第七行703，在1:00:10时测量的油温值为322。
右下角的表格示出利用电压传感器测量的电压数据。在这个表格中，数据列代表所测量数据类型为电压，感测时间列代表电压数据被测量的时间，以及值列代表在对应测量时间的电压的测量值。在此情况下，参见第三行704，在1:00:10时所测量的电压值为199。
表格中所示的数据段可以用于HVDC***中的控制操作。在此情况下，测量数据段以图6中DB的形式进行存储。在实施例中，测量数据段可以存储于HVDC***的控制器中的数据服务器中。
HVDC***中包括的多个子***和控制器不具有相同的执行循环。因此，为了使用具有相同测量时间的数据，应该对时间信息进行检查和汇总。具体而言，可能选择每个表格中具有相同感测时间的数据段701到704并将它们用于控制操作。例如，在1:00:15时执行操作的***可使用在相同时间1:00:10测量的数据用于操作，以增加控制的精确度。
图8示出根据实施例的HVDC***中的数据测量方法。
在步骤S801中，HVDC***测量电力相关的数据段。根据实施例，电力相关的数据段可以包括AC电流、AC电压、DC电流、和DC电压的测量值。
在步骤S802中，HVDC***确定电力相关的数据段分别被测量的测量时间。根据实施例，HVDC***可以对每个电力相关的数据段标记关于测量时间的信息。根据另一实施例，HVDC***可以从对电力相关的数据段标记的关于测量时间的信息来确定相应的测量时间。
在步骤S803中，HVDC***基于在电力相关的数据段中具有相同测量时间的电力相关数据来执行控制。
图9示出根据另一实施例的HVDC***中的数据测量方法。
在步骤S901中，HVDC***测量电力相关的数据段。
在步骤S902中，HVDC***确定电力相关的数据段被分别测量的测量时间。
在步骤S903中，HVDC***确定是否具有不能标记测量时间的电力相关数据。
如果具有不能标记测量时间的电力相关数据(在步骤S903中为是)，在步骤S904中，HVDC***由对应的电力相关数据被转换成控制操作数据的时间来预测测量时间。
另一方面，如果不具有不能标记测量时间的电力相关数据(在步骤S903中为否)，在步骤S905中，HVDC***基于在电力相关的数据段中具有相同测量时间的电力相关数据来执行控制。
根据实施例，由于传感器处的采集时间连同测量值进行标记并传输给控制***或上级***，在操作中如若可能，可以通过使用具有同步的测量时间的输入数据，加强控制的可靠性和精确度作为操作结果。并且，通过使用对获取的数据所标记的时间信息，有可能在事故时刻或特殊情况，执行***和电力***的精确状态和情况确定。
此外，控制的可靠性增强了，因为不仅有可能基于利用人造卫星同步的数据获取对当前电力***的准确快照，而且与基于测量数据而进行操作的典型案例相比具有更优秀的精确性。
由于已在上文中对实施例进行了详细阐述，它们仅仅是范例而不应限制本公开，且本公开所属领域内的技术人员可以领会到在不脱离实施例基本特质的情况下，可以实现上文中没有阐明的许多变化和应用。例如，实施例中具体表示的组件可变化。此外，与这些变化和应用相关的差异应被解释为包含在接下来的权利要求书所定义的本公开的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种高压直流(HVDC)***中的数据测量设备，所述数据测量设备包括：
测量电力相关的数据段的电力测量单元；和
控制单元，所述控制单元确定所述电力相关的数据段分别被测量的测量时间，并基于在所述电力相关的数据段中具有相同测试时间的电力相关的数据段来执行控制。
2.根据权利要求1所述的数据测量设备，其中，由所述控制单元执行的控制包括下列至少一种：包括电路断路器的开关设备的操作控制，增加或减少输送电力的量的电力控制，以及控制DC和AC电压的电压控制。
3.根据权利要求1所述的数据测量设备，其中，所述控制单元控制所述电力测量单元以使得能够对所述电力相关的数据段的每一个标记关于所述测量时间的信息。
4.根据权利要求1所述的数据测量设备，进一步包括信号传输和转换单元，所述信号传输和转换单元将所述电力相关的数据段转换为用于执行控制的控制操作数据，从而将所述控制操作数据传输给所述控制单元。
5.根据权利要求4所述的数据测量设备，其中，所述控制单元在难以确定所述测量时间的情况下，由完成到所述控制操作数据的转换的时间来预测所述测量时间。
6.根据权利要求5所述的数据测量设备，其中，所述控制单元从完成到所述控制操作数据的转换的时间减去先前测量的信号传输和转换所消耗的时间，以预测所述测量时间。
7.根据权利要求1所述的数据测量设备，进一步包括存储器单元，所述存储器单元与所述测量时间相关联地存储所述电力相关的数据段。
8.根据权利要求1所述的数据测量设备，其中，所述电力相关的数据段包括交流(AC)电流、AC电压、DC电流、DC电压、电路断路器状态、和TAP位置的测量值中的至少一种。
9.根据权利要求1所述的数据测量设备，其中所述电力测量单元包括：
AC测量单元，所述AC测量单元测量包括AC电流和AC电压的AC电力；和
DC测量单元，所述DC测量单元测量包括DC电流和DC电压的DC电力。
10.根据权利要求1所述的数据测量设备，其中，所述电力测量单元包括接收全球定位***(GPS)信号的全球定位***(GPS)信号接收单元，并基于由所述GPS信号接收单元接收的所述GPS信号来确定所述测量时间。
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