多个电设备的耗电量的实时测量和调节的制作方法
【专利摘要】本发明涉及一种用于实时测量和调节从以标称电压和频率提供电力馈电信号的配电网中的至少一个电力线路进行供电的多个电设备的耗电量的方法。根据本发明，所述方法包含以下步骤：实时测量（100）由在每个电设备所位于的每个电力线路部分上的所述电设备中的每个电设备所消耗的电流；提取（110）在每个电设备所位于的每个电力线路部分上的电信号的频率和电压；对每个电力线路部分，计算（120）作为绝对值的所提取的频率和所述配电网的标称频率之间的频率差异和/或作为绝对值的所提取的电压和所述配电网的标称电压之间的电压差异；当在所述电力线路部分上的所述频率差异大于预定的频率阈值（fthreshold）和/或在所述电力线路部分上的所述电压差异大于预定的电压阈值（Vthreshold）时，生成（130，140）与所述电力线路部分相关联的告警信号；向外部中央平台传送（150）所述电设备中的每个电设备的耗电量以及所述告警信号；由所述外部中央平台发送（160）针对某些电设备的选择性的隔离命令，而不管这些电设备相对于为其生成告警信号的电力线路部分的位置。
【专利说明】多个电设备的耗电量的实时测量和调节
【技术领域】
[0001]本发明涉及用于多个电设备的耗电量的实时测量和调节(modulating)的方法和系统，所述方法和系统考虑对这些电设备供电的配电网的电力线路的频率和电压扰动。
【背景技术】
[0002]现今，电力生产和电力消耗之间的差异导致了配电网的电压或频率的差异。当这些差异太大(通常在法国，对于频率来说，是超过围绕50Hz的正负0.5，对于电压来说，是10%至15%的量级)并且太频繁时，这些差异可使连接到所述网络的电设备退化。
[0003]文献US2010/0219808公开了一种用于测量电力线路的电压和/或频率的系统，借助于所述系统，频率和/或电压差异可通过对由这个电力线路供电的电设备进行隔离或激活来本地补偿。更具体地，所述测量系统包含放置在住宅中并由电力线路供电的中央控制设备，这个中央控制设备适用于与多个控制模块通信，所述多个控制模块与在本地通信网络上的一个或多个电设备本地相关联，以用于测量电力线路的电压和/或频率异常，并通过本地作用于某些电设备(即取决于情况，通过使电设备中的一些电设备连接或断开连接)来调节电力。
[0004]然而，上述系统只使得能够通过仅作用于测量点的下游(在这种情况下，为中央控制设备的下游)所连接的电力负载，来本地处理电力线路的异常。
[0005]还已知一种用于实时测量和调节多个电设备的耗电量的系统，该系统的原理在具有 申请人:的名字的文献W02008/017754中进行了描述。该测量系统包含:至少一个调节单元，多个电设备(诸如热水器、电散热器、空调等)可单独连接或在电流环路上串联连接到该调节单元。所述调节单元适用于实时测量由这些电设备所消耗的电压和电流，以及适用于将测量值周期性地(例如每隔十分钟)发送给由互联网服务器托管的外部平台。测量值的此周期发送是通过并入所述系统的控制(pilot)单元的无线通信调制解调器来执行的，所述无线通信调制解调器允许至分组电话类型(诸如GPRS、3G或4G)的互联网平台的连接。替代地，所述至互联网网络的连接可以经由ADSL类型的链路来实现。所述控制单元优选地与所述调节单元不同，并通过有线链路(优选地通过电力线载波或PLC )连接到所述调节单元。为此，调节单元和控制单元中的每个单元装备有PLC调制解调器。因此，控制单元可以链接到多个调节单元，并从所述多个调节单元收集测量值，以用于发送给外部平台。控制单元有利地具有USB端口，该USB端口使得能够接受附加模块(诸如短距无线调制解调器或温度传感器)的连接。因此，也可能提供通过此射频路径执行测量值自调节单元的传送。由外部平台接收的测量值被存储，并可在任何时间和从任何地点由可以通过任何已知的手段登录到他/她的互联网上的用户空间的用户来查看。所述平台还很可能经由分组电话类型的无线连接向控制单元发送命令，以控制链接到不同调节单元的电设备中的全部或一些电设备的供电的中断预定的时间。中断时间段一般小于半小时，以便受电设备中的全部或一些电设备(诸如加热器或空调)的隔离影响的用户不会遭受任何不便。电力供应经由调节单元控制。[0006]借助于此类系统以及跟踪每个用户的消耗的可能性，有可能在中央平台上同时管理大量的调节单元和控制单元，以及在社区、部门、区域或国家范围上更容易地调节一组用户所消耗的电力(特别是在消耗峰值的时间)，而无需电能供应者生产更多的电力。
[0007]然而，在文献W02008/017754中所描述的系统没有提供针对上述配电网的频率和/或电压差异的问题的解决方案。
【发明内容】
[0008]本发明的目的是提出在文献W02008/017754中所描述的系统架构类型的一种系统架构，所述系统架构使得能够针对很可能出现在配电网上的频率和/或电压扰动提供合适的响应。更具体地，本发明寻求一种适用于校正线路终端处的电力和频率差异的实时测量和调节系统。
[0009]因此，本发明的主题是一种用于实时测量和调节从以标称电压和以标称频率提供电力馈电信号的配电网中的至少一个电力线路进行供电的多个电设备的耗电量的方法，其特征在于所述方法包含以下步骤:
[0010]-实时测量由在每个电设备所位于的每个电力线路部分上的每个电设备所消耗的电流；
[0011]-提取在每个电设备所位于的每个电力线路部分上的电信号的频率和电压；
[0012]-对每个电力线路部分，计算作为绝对值的所提取的频率和所述配电网的标称频率之间的频率差异和/或作为绝对值的所提取的电压和所述配电网的标称电压之间的电
压差异；
[0013]-当在电力线路部分上的所述频率差异大于预定的频率阈值和/或在所述电力线路部分上的所述电压差异大于预定的电压阈值时，生成与所述电力线路部分相关联的告警
信号;
[0014]-向外部中央平台传送所述电设备中的每个电设备的所述耗电量以及所述告警信号;
[0015]-由所述外部中央平台发送针对某些电设备的选择性的隔离命令，而不管这些电设备相对于为其生成告警信号的电力线路部分的位置。
[0016]因此，所述中央平台可以通过考虑频率和/或电压差异来命令执行校正措施，所述校正措施将能够被执行，而不区分电设备是位于为其生成告警信号的电力线路部分的下游还是上游。
[0017]另外，本发明的主题是一种用于实时测量和调节从以标称电压和以标称频率提供电力馈电信号的配电网中的至少一个电力线路进行供电的多个电设备的耗电量的系统，所述系统包含:多个调节单元，其包含用于实时测量在每个电设备所位于的每个电力线路部分上的每个电设备所消耗的电流的装置；多个控制单元，其适用于与一个或多个所述调节单元本地交换数据；以及由互联网服务器托管的外部中央平台，其适用于与所述控制单元交换数据，所述系统的特征在于:
[0018]-所述调节单元包含用于提取在每个电设备所位于的每个电力线路部分上的所述电信号的电压和所述频率的装置；
[0019]-所述调节单元或所述控制单元包含:用于对每个电力线路部分，计算作为绝对值的所提取的频率和所述配电网的所述标称频率之间的频率差异和/或作为绝对值的所提取的电压和所述配电网的所述标称电压之间的电压差异的装置；以及用于当在该电力线路部分上的所述频率差异大于预定的频率阈值和/或在所述电力线路部分上的所述电压差异大于预定的电压阈值时，生成与所述电力线路部分相关联的告警信号的装置；
[0020]在于所述控制单元适用于向所述外部中央平台传送所述电设备中的每个电设备的耗电量以及所述告警信号，以及在于所述外部平台适用于发送针对某些电设备的选择性的隔离命令，而不管这些电设备相对于为其生成告警信号的电力线路部分的位置。
[0021 ] 根据本发明的其它较优特征:
[0022]-所述外部中央平台适用于经由尤其是ADSL链路的有线通信链路或GPRS、3G或4G类型的无线通信链路，与所述控制单元交换数据。
[0023]-所述控制单元适用于经由电力线载波类型的有线通信链路，或短距射频通信链路与所述调节单元中的一个或多个调节单元本地交换数据。
[0024]-替代地，每个控制单元并入在调节单元中。
【专利附图】
【附图说明】
[0025]在以下参照附图的描述中，本发明的不同方面将变得明显，其中:
[0026]-图1示意性地示出根据本发明的用于实时测量和调节多个电设备的耗电量的系统的一部分；
[0027]-图2示意性地说明根据本发明的调节单元；
[0028]-图3示出实现根据本发明的方法中实现的不同步骤。
【具体实施方式】
[0029]在以下的描述中，不同图中共同的元素具有相同的标记。
[0030]图1说明用于实时测量和调节多个电设备的系统的一部分的架构。所示出的系统的一部分使得能够:在所说明的示例中，管理η个建筑物(I1至In)所装备的多个电设备，全部所述电设备从配电网的电力变压器3的输出处的同一个电力线路2进行供电。在这个示例中，建筑物I1是最接近于变压器的建筑物，而建筑物In位于线路末端。至少一个调节单元和一个控制单元被安装在每个建筑物中。更具体地，建筑物I1包含两个控制单元IO1和三个调节单元20i，每个调节单元链接到电设备30lt)控制单元IO1中的一个控制单元链接到两个调节单元20i，而其它控制单元只链接到单个调节单元20lt)此配置例如可以对应于在同一个建筑物的两个公寓中的安装，或者对应于住宅的两层中的安装。而建筑物In包含两个控制单元10n，每个控制单元链接到调节单元20n，调节单元进而链接到电设备30n。在不背离本发明的范围的前提下，还可以设想每个建筑物中的其它配置。标记2a和标记2b代表源自电力线路2并且分别向建筑物I1和建筑物In供电的电力线路部分。在所说明的配置中，线路部分2a被分成两段2c和2d，用于各自链接到建筑物I1的两个控制单元IO1中的每个控制单元。对应于段2c的线路部分还被分成两段2e和2f。最后，与建筑物In相关的线路部分2b被分成两段2g和2h，用于各自链接到建筑物In的两个控制单元IOn中的每个控制单元。
[0031]每个调节单元20i和20n可以经由控制单元IO1和IOn通过有线互联网链路(尤其是ADSL链路)或通过GPRS、3G或4G类型的无线通信链路，与由互联网服务器托管的外部中央平台5交换数据。
[0032]此外，控制单元IO1UOn适用于与其经由电力线载波类型的有线通信链路或短距射频通信链路链接的所述调节单元2(^2(^本地交换数据。
[0033]图2示意性地说明了根据本发明的优选实施例的调节单元20的组件。将回顾的是，调节单元20适用于与单个控制单元10链接，但是可以链接到多个电设备(通常高达四个)。然而，在图2中所示出的示例中，为了避免图过载，假设调节单元20只连接到单个电设备30。调节单元20通常包含:
[0034]-通信模块21，其用于管理与其连接的控制单元10的双向通信，通常为电力线载波调制解调器；
[0035]-电控制模块22，其包含:电流测量设备23(例如感应线圈)以及继电器24，经由该继电器，任何隔离对电设备30的电力供应的命令被中继；
[0036]-数据处理模块25，特别地用于收集从测量设备23输出的测量值，用于提取测量参数(尤其是调节单元所位于的线路部分上的电压和频率)，以及用于保留电测量和中断数据。该模块25还适用于经由其链接的控制单元10和其通信模块21，接收来自中央平台5的指令，所述指令使该模块25传送所述数据、更新作为其操作基础的数据采集和处理参数、以及启动继电器24跳闸(trip)。
[0037]-有线电链路26，其用于将调节单元20链接到电面板4。
[0038]在图2中所示意性示 出的结构被应用于包括在图1中作为示例所示出的系统中的所有调节单元20i和20n。
[0039]现在，将参照图3阐述图1和图2中所说明的系统的所述部分的操作。每个调节单元20i和20n借助于其测量设备23实时测量由电设备SO1和30n所消耗的电流(步骤100)。
[0040]然后，数据处理模块25提取测量单元所位于的电力线路部分上的信号的电压和频率(步骤110 )。根据电压和电流，每个调节单元能够实时计算由其所链接的每个电设备所消耗的功率。
[0041]可以通过不同的方法来执行频率的提取。特别地，由测量设备23所提取的电信号在需要时常规地进行放大，然后经由施密特触发器(未示出)转换成方波信号。通过在一段时间内(取决于所寻求的准确度，例如在10秒内)计数方波从O到I的转变的数量可估计所述信号的频率。
[0042]然后，数据处理模块25处理前进到步骤120，以计算所提取的频率和配电网的标称频率之间的作为绝对值和差异(以下，频率中的差异为△?，和/或以计算所提取的电压和配电网的标称电压之间的作为绝对值的差异(以下，电压中的差异为MX然后，频率中的差异和/或电压中的差异与预定的阈值Vthreshtjld和fth—进行比较，并存储在数据处理模块25中(步骤130)。作为示例，对于法国配电网(在50赫兹标称频率处的220伏标称电压)，阈值Vthreshold具有220伏的10%至15%的量级，以及阈值fthreshold是0.5赫兹。当所述差异中的一个差异大于参考阈值Vth-或fth—时，数据处理模块25生成告警信号(步骤140)。所消耗的电力的不同测量值以及适当时的告警信号被传送给中央平台5 (步骤150)。
[0043]然后，中央平台5可本地作用于某些设备，以调节由一组用户所消耗的电力，从而通过考虑频率差异和/或电压差异，本地实时调节相对于电力生产的电力消耗。更具体地，在步骤160中，外部中央平台5将能够传送针对某些电设备的选择性的隔离命令，并且这样做而不管这些电设备相对于电路线路部分(为该电路部分生成了告警信号)的位置。也就是说，将能够执行校正措施，而在不偏好位于为其生成告警信号的电力线路部分的下游或上游的电力设备。
[0044]与在文献US2010/0219808中所提出的在建筑物层面执行测量的解决方案不同，借助于根据本发明的系统，在每个设备或一组电设备上执行测量和调节。因此，本发明的第一益处是允许对可能是局部的问题进行局部诊断(例如，如果在位于建筑物In的线路部分2g上的调节单元20?所执行的测量是异常的，而在位于同一建筑物的线路部分2h上的调节单元20?所执行的测量是正常的)，以及为操作者提供问题出现地点的准确映射。
[0045]本发明所提出的解决方案还特别适合于电力线路终端的问题，其可看到随着远离于变压器3，电信号渐进退化。假设，实际上较大的频率差异出现在建筑物In的电力线路部分2g中。在文献US2010/0219808所提出的解决方案中，此差异的检测将在建筑物In的线路部分2b上执行，并且将只能够在这个线路部分2b的下游安装在建筑物In中的电设备30n上局部地执行校正动作。现在，这些校正动作可能证明是不足够的或不适当的。特别地，因为电信号的质量是随着供电线一起退化的，因此有可能在建筑物I1的电力供应2a处的信号完全在界限之内，而在电力供应2b处不再这样，这是由于建筑物I1中的设备SO1的使用等原因。借助于本发明，有可能通过在检测到异常的测量点的上游、在信号的质量正确的地方(在本发明的示例中，典型地是在建筑物I1的电设备3(^1)也执行动作，来校正信号的退化。
[0046]在如前所述的本发明的实现方式中，在每个调节单元2(^2(^上执行差异测量和告警生成。然而，作为一个变化，在控制单元与调节单元不同的情况下，也可能设想使调节单元201; 20n向其链接的控制单元IO1, IOn传送差异的测量值，以及由控制单元IO1, IOn执行与阈值比较之后生成警报 信号。
【权利要求】
1.一种用于实时测量和调节从以标称电压和以标称频率提供电力馈电信号的配电网中的至少一个电力线路(2)进行供电的多个电设备(301;30η)的耗电量的方法，特征在于所述方法包含以下步骤: -实时测量(100)由在每个电设备(301; 30η)所位于的每个电力线路部分上的所述电设备(301;30η)中的每个电设备所消耗的电流； -提取(110)在每个电设备(301;30η)所位于的每个电力线路部分上的电信号的频率和电压； -对每个电力线路部分，计算(120)作为绝对值的所提取的频率和所述配电网的标称频率之间的频率差异和/或作为绝对值的所提取的电压和所述配电网的标称电压之间的电压差异； -当在所述电力线路部分上的所述频率差异大于预定的频率阈值(fthMstold)和/或在所述电力线路部分上的所述电压差异大于预定的电压阈值(Vthreshtjld)时，生成(130，140)与所述电力线路部分相关联的告警信号； -向外部中央平台(5)传送(150)所述电设备中的每个电设备的耗电量以及所述告警信号; -由所述外部中央平台(5)发送(160)针对某些电设备的选择性的隔离命令，而不管这些电设备相对于为其生成告警信号的电力线路部分的位置。
2.一种用于实时测量和调节从以标称电压和以标称频率提供电力馈电信号的配电网中的至少一个电力线路(2) 进行供电的多个电设备(301;30n ；30)的耗电量的系统，所述系统包含:多个调节单元(2(^20^20),其包含用于实时测量在每个电设备(3(^30^30)所位于的每个电力线路部分上的所述电设备(30!，30n ;30)中的每个电设备所消耗的电流的装置(23);多个控制单元(IOplOn5IO),其适用于与所述调节单元(2(^20^20)中的一个或多个调节单元本地交换数据；以及由互联网服务器托管的外部中央平台(5)，其适用于与所述控制单元(IO1, IOn ; 10)交换数据，所述系统的特征在于: -所述调节单元(2(^20^20)包含用于提取在每个电设备(3(^30^30)所位于的每个电力线路部分上的电信号的电压和频率的装置(25)； -所述调节单元(201;20n ；20)或所述控制单元(IO1, IOn ; 10)包含:用于对每个电力线路部分，计算作为绝对值的所提取的频率和所述配电网的标称频率之间的频率差异和/或作为绝对值的所提取的电压和所述配电网的所述标称电压之间的电压差异的装置(25);以及用于当在该电力线路部分上的所述频率差异大于预定的频率阈值(fthresh()ld)和/或在该电力线路部分上的所述电压差异大于预定的电压阈值(Vttoestold)时，生成与所述电力线路部分相关联的告警信号的装置(25)； 在于所述控制单元(IOplOn5IO)适用于向所述外部中央平台(5)传送所述电设备(301；30η；30)中的每个电设备的所述耗电量以及所述告警信号，以及在于所述外部平台(5)适用于发送针对某些电设备的选择性的隔离命令，而不管这些电设备相对于为其生成所述告警信号的电力线路部分的位置。
3.根据权利要求2所述的系统，其特征在于所述外部中央平台(5)适用于经由尤其是ADSL链路的有线通信链路或GPRS、3G或4G类型的无线通信链路，与所述控制单元(IO1,IOn)交换数据。
4.根据权利要求2或3中任何一项所述的系统，其特征在于所述控制单元(IO1,10?)适用于经由电力线载波类型的有线通信链路或短距射频通信链路与所述调节单元(201;20η)中的一个或多个调节单元本地交换数据。
5.根据权利要求2或3中任何一项所述的系统，其特征在于每个控制单元(IO1,10?)并入在调节单元(201;20η)中。
【文档编号】H02J13/00GK103828168SQ201280035839
【公开日】2014年5月28日 申请日期:2012年7月3日 优先权日:2011年7月19日
【发明者】B·海因茨, J-M·乌里, H·勒菲弗德圣杰曼, P·碧瓦斯, M·比诺 申请人:沃尔塔利斯公司