电力监控系统和方法
【专利说明】电力监控系统和方法
[0001]相关申请的交叉引用
[0002]本申请要求于2012年6月15日提交的名称为“Power Monitoring Device andMethod”的美国临时申请序列号61/660，119以及于2012年5月13日提交的名称为“PowerGrid Monitoring System and Method”的美国临时申请序列号61/646，350的优先权，其整个内容通过引用并入本文。
【背景技术】
[0003]电力产生，传输并被分配至多个端点，例如客户或用户场所(以下称为“用户场所”)。用户场所可包括多户住宅(如公寓楼、养老院)、单户住宅、写字楼、活动中心(例如，大体育馆或多用途室内体育馆、酒店、运动中心)、购物中心，或向其输送电力的任何其它类型的建筑物或区域。
[0004]输送至用户场所的电力通常在发电厂产生。发电厂是通过将发电机的机械能转换成电能而产生电力的任何类型的设备。操作发电机的能量可来自许多不同类型的能源，包括化石燃料(例如，煤，石油，天然气)、核能、太阳能、风能、波能，或水电能源。更进一步，发电厂通常产生交流电(AC)。
[0005]在发电厂产生的交流电通常增高(电压逐步升高)并通常通过输电线路传输至一个或多个输电变电站。输电变电站与多个配电变电站相互连接，输电变电站将交流电传输至配电变电站。配电变电站通常降低接收的交流电的电压(电压逐步下降)，并将降下电压的交流电传输至电连接至多个用户场所的配电变压器。如此，电压下降的交流电被输送至多个用户场所。这种相互连接的电力组件、输电线路和配电线路的网或网络通常称为电网。
[0006]在整个电网中，产生、传输并分配可测量的电力。就此而言，在整个电网中的特定中点或端点处，接收和/或分配的电力的测量值可指示与电网有关的信息。例如，如果电网的端点处分配的电力远远小于例如配电变压器接收的电力，则可能存在妨碍电力输送的系统问题，或电力可能正被恶意转移。这种在电网中任何描述的点收集用电数据以及对这种数据进行分析可进一步帮助电力供应商生成电力，传输电力并将电力分配至用户场所。
【附图说明】
[0007]参考以下附图可更好地理解本发明，附图的元件不需要互相按比例绘制，重点在于清楚地说明本发明的原理，此外，在附图中，相同附图标记表示相应的部件，其中:
[0008]图1是描绘根据本发明的实施例的示例性电力传输和分配系统的图；
[0009]图2A是描绘根据本发明的实施例的变压器和仪表电力使用数据收集系统的图；
[0010]图2B是描绘根据本发明的实施例的线路电力使用数据收集系统的图；
[0011]图3是如图2A所描绘的通用变压器监控装置的图；
[0012]图4是描绘如图2A中所描绘的示例性操作计算装置的框图；
[0013]图5是描绘如图2A中所描绘的示例性变压器监控装置的框图；
[0014]图6是根据本发明的实施例的变压器壳的图；
[0015]图7是示出安装在图6中描绘的变压器壳上的图3中描绘的变压器监控装置的卫星单元的图；
[0016]图8是示出安装在图6中描绘的变压器壳上的图3中描绘的变压器监控装置的卫星单元的图；
[0017]图9是示出安装在图6中描绘的变压器壳上的图3中描绘的变压器监控装置的主单元的图；
[0018]图10是示出安装在图6中描绘的变压器壳上的图8中描绘的变压器监控装置的主单元的图；
[0019]图11是描绘根据如图1中描绘的用于星形变压器(wye transformer)构造的系统的电力监控方法的图；
[0020]图12是描绘根据如图1中描绘的用于三角形变压器构造的系统的电力监控方法的图；
[0021]图13是描绘根据如图1中描绘的用于开口三角形变压器构造的系统的电力监控方法的图；
[0022]图14是描述如图1中描绘的电力传输和分配系统的示例性架构和功能的流程图。
【具体实施方式】
[0023]图1是图不用于将电力输送至一个或多个用户场所106-111的电力传输和分配系统100的框图。一个或多个用户场所106-111可以是商业用户场所、住宅用户场所，或任何其它类型的用户场所。用户场所为向其输送电力的任何结构或区域。
[0024]电力传输和分配系统100包括至少一个输电网118，至少一个配电网119，和通过多个电力线1la-1Olj相互连接的用户场所106-111 (上文所描述的)。
[0025]就此而言，电力传输和分配系统100是通过输电网118和配电网119将发电厂10产生的电输送至一个或多个用户场所106-111的电“网”。
[0026]应注意电力线1la和1lb是示例性输电线路，而电力线1lc和1ld是示例性配电线路。在一个实施例中，输电线路1la和1lb常常通过架空电力线在高压(IlOkV或以上)下输电。在配电变压器，交流电在较低的电压(例如，25kV或更小)下通过配电线路传输。应注意在这种实施例中，所描述的电力传输使用三相交流电(AC)。然而，在其它实施例中可使用其它类型电力和/或电力传输。
[0027]输电网118包括一个或多个输电变电站102 (为简单起见仅示出一个)。发电厂10通过电力线1la电耦合至输电变电站102，且输电变电站102通过电力线1lb电连接至配电网119。如上所述，发电厂10 (变压器(未示出)位于发电厂10)在将产生的电力通过输电线路1la传输至输电变电站102之前增高其电压。应注意，所示的三条线形成电力线101a，其指示传输至102的电力为三相交流电。然而，在其它实施例中，可传输其它类型的电力。
[0028]就此而言，电在发电厂10产生，产生的电的电压电平“逐步升高”，即产生的电力的电压被增高至高压(例如，IlOkv或更大)以减小产生的电在通过输电网118传输期间可能发生的损耗的量。
[0029]应注意，图1中描绘的输电网118仅包括两组输电线路1la和1lb (三条线路的每一个用于传输三相电力，如上所述)和一个输电变电站102。图1的配置仅为不例性配置。输电网118可包括通过多个附加输电线路相互连接的附加输电变电站。输电网118的配置可取决于电压增高的电到达所期望的配电网119可能需要传输的距离。
[0030]配电网119将电从输电网118传输至用户场所106-111。就此而言，配电网119包括配电变电站变压器103和一个或多个配电变压器104和121。应注意，图1中所示的配置包括配电变电站变压器103和两个配电变压器104和121，且示出的配电变电站变压器103与两个配电变压器104和121物理分离的配置为示例性配置。在其它实施例中，其它配置是可能的。
[0031]例如，配电变电站变压器103和配电变压器104可容纳或组合在配电网119 (以及配电变电站变压器103和配电变压器121)的其它配置中。此外，一个或多个变压器可用于调节电，即将电的电压转换成输送至用户场所106-111的可接受的电压电平。配电变电站变压器103和配电变压器104可“逐步下降”，即在配电变电站变压器103和配电变压器104、121将电传输至其预期目的地(例如，用户场所106-111)之前，降低从输电网118接收的电的电压。
[0032]如上所述，在操作中，发电站10通过电力线1la电耦合至输电变电站102。发电厂10产生电，并通过电力线1la将所产生的电传输至输电变电站102。在传输之前，发电厂10将电的电压增高，以便可有效地将电传输更大的距离，而不影响输送的电的质量。如上文进一步所述，由于电在电力线1lb上传输，因此可能需要增高电的电压以使能量损耗最小化。输电变电站102将电转发至配电网119的103。
[0033]当接收到电力时，配电变电站变压器103将电的电压降低至配电变压器104、121可用的范围。同样地，配电变压器104、121可进一步将接收的电的电压降低至用户场所106-111的各电气系统(未示出)可用的范围。
[0034]在本发明的一个实施例中，配电变压器104、121电耦合至配电变压器数据收集系统105。本发明的配电变压器数据收集系统105包括一个或多个通过与配电变压器104、121连接的一个或多个电气接口测量操作数据的电气装置(装置的数量基于受监控的变压器的数量)(未示出)。示例性操作数据包括与输送至或从配电变压器104、121传输的电有关的数据，例如电力测量值、能量测量值、电压测量值、电流测量值等。此外，配电变压器数据收集系统105可收集与配电变压器104、121所处的环境(例如，配电变压器104、121内的温度)有关的操作数据。
[0035]根据本发明的一个实施例，配电变压器数据收集系统105与向配电变压器104、121供电的电力线101c、1ld(例如，一组三条电力线，如果电力为三相电)电相连接。因此，配电变压器数据收集系统105收集表示输送至配电变压器104、121的电量的数据。在另一个实施例中，配电变压器数据收集系统105与电力线1le-1Olj (即，将电力输送至用户场所106-111的电力线，或配电变压器的将电力从电网朝用户场所106-111传输的任何其它电力线)电相连接。
[0036]此外，每一个用户场所106-111包括用于将从配电变压器104、121接收的电输送至用户场所106-111的一个或多个电气端口(未示出)的电气系统。应注意，可以是内部端口或外部端口。
[0037]每一个用户场所106-111的电气系统分别与相应用户场所的电表112-117相连接。每一个电表112-117测量其耦合的用户场所电气系统所消耗的电量。为了向对用户场所负责的用户收费，电力公司(例如，公用事业公司或计量公司)检索指示电表112-117所测量的值的数据，并利用这种测量值确定消费者的发票金额，该金额表示用户场所106-111已消耗的电量。显然，从电表112-117获得的读数反映了各个用户场所电气系统所消耗的电量。因此，在本发明的一个实施例中，电表112-117存储指示消费者所消耗的电力的数据。
[0038]工作期间，可使用很多方法来查询电表112-117以检索和存储指示电表的相应用户场所电气系统所消耗的电量的数据。就此而言，公用事业人员可亲自去用户场所106-111，并读取用户场所的各个电表112-117。在这种方案中，公用事业人员可将指示读数的数据输入电子系统，例如手持装置、个人电脑(PC)，或手提电脑。可周期性地将输入的数据传输至分析库。此外，电表数据的检索可以是电子化和自动化的。例如，电表112-117可以可通信地耦合至网络(未示出，例如无线网络)，且电表112-117可周期性地将数据自动传输至存储库，如参考图2A所描述的。
[0039]如本文将进一步描述的那样，可存储、比较并分析电表数据(未示出)(即，指示电表112-117获得的读数的数据)和变压器数据(未示出)(即，指示变压器数据采集系统105获得的读数的数据)以确定是否发生了特殊事件，例如配电变压器104、121与用户场所106-111之间是否正在发生或已经发生了偷电行为，或确定用电趋势是否指示需