利用基于ami的数据分析来计划能量需求和能量效率的电力系统控制的制作方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种用于控制电力系统（包括针对最佳化电压、节约能源和减少需求 来计划分配电路）的方法、设备、系统和计算机程序。具体而言，本发明涉及一种利用基于 高级仪表基础设施（"AMI"）的数据分析来计划电力需求和能效的实施方案。该方法使得 直接测定电路的性能以基于对电力系统的配置进行建议修正的实施方案减少能量使用和 电力需求。该方法可用于在电力系统中精确地量化由所提出的修正的实施方案所造成的能 效和电力需求减小节省的值的设计并且比较每个所建议的修正的成本/效益。此外，该方 法能够利用基于AMI的测量识别电力系统所存在的具体问题，以允许根据对这些问题的识 别适当地变更电力系统的操作。
【背景技术】
[0002] 通常，通过电机械发电机在发电站产生电力，典型地，通过由化学燃烧或核裂变供 给燃料的热力发动机或者通过水或风中流动的动能来驱动电机械发电机。一般而言，通过 输电网将电力作为交流电信号提供给终端用户。输电网可包括发电站网络、输电电路、变电 站等等。
[0003] 将电力提供给输电系统之前，典型地，例如利用升压变压器将产生的电力升高电 压。通过降低输电系统导体中流动的电流，升高电压提高了传输效率，同时保持传输的功率 几乎等于输入功率。然后，通过输电系统将升压的电力传输给配电系统，配电系统将电力分 配给终端用户。配电系统可包括从输电系统传送电力并将其传递给终端用户的网络。典型 地，该网络可包括中压（例如，小于69kV)电力线、变电站、变压器、低压（例如，小于IkV) 配电线路、电表等等。
[0004] 下述主题涉及发电或配电：Engineering Optimization Methods and Applications，First Edition，G. V. Reklaitis，A.Ravindran，K.M.Ragsdell，John Wiley and Sons，1983 Estimating Methodology for a Large Regional Application of Conservation Voltage Reduction? J. G. De Steese? S.B. Merrick? B. ff. Kennedy? IEEE Transactions on Power Systems，1990 ;Power Distribution Planning Reference Book，Second Edition，H. Lee ffillis?2004 ； Implementation of Conservation Voltage Reduction at Commonwealth Edison， IEEE Transactions on Power Systems， D.Kirshner，1990 ;Conservation Voltage Reduction at Northeast Utilities， D.M. Lauria，IEEE，1987 ;Green Circuit Field Demonstrations，EPRI，Palo Alto， CA?2009? Report 1016520 ；Evaluation of Conservation Voltage Reduction(CVR) on a National Level，PNNL-19596，Prepared for the IL S. Department of Energy under Contract DE-AC05-76RL01830， Pacific Northwest National Lab， July 2010 ; Utility Distribution System Efficiency Initiative (DEI)Phase 1，Final Market Progress Evaluation Report? No 3? E08-192 (7/2008) E08-192 ；Simplified Voltage Optimization (VO)Measurement and Verification Protocol, Simplified VO M&V Protocol Versionl. 0, May 4, 2010 ；MINITAB Handbook, Updated for Release 14, fifth edition， Barbara Ryan, Brian Joiner， Jonathan Cryer， Brooks/Cole-Thomson，2005 ; 由 Minitab 公司提供的数据软件，Minitab Software，http://www. minitab· com/en-US/ products/minitab/，其全部内容通过引用结合于此。
[0005] 此外，2009年5月7日提交的、美国公开号2013/0030591、题为"VOLTAGE CONSERVATION USING ADVANCED METERING INFRASTRUCTURE AND SUBSTATION CENTRALIZED VOLTAGE CONTROL (使用高级仪表基础设施的电压保护和变电站集中电压控制）"的美国专 利申请61/176, 398描述了用于输电和配电网的电压控制和能量节约系统，所述输电和配 电网配置成将电力供应到多个用户位置，其全部内容通过引用结合于此。
【发明内容】
[0006] 本文所述的各种实施例涉及用于控制电力系统（其包括利用由高级仪表基础设 施（AMI)("基于AMI的测量"）测量的辅助电压对电能传递系统（EEDS)进行电压计划的实 施方案）的新的方法、装置、系统和计算机程序。基于AMI的测量和电压计划可以用于最佳 化EEDS的能效和需求减少能力，其包括通过在EEDS中实施节能降压（CVR)而具体获得的 能力。基于AMI的测量和电压计划还可用于提高附装到电能分配连接系统（EEDCS)的能量 使用系统（EUS)和能量使用装置（EUD)的电压特征的可靠性。
[0007] 根据本发明的一方面，能量计划处理（EPP)通过测量由于对EEDS进行电压管理 所产生的能量使用变化水平，将给定的电能传递系统（EEDS)(其由经由电能分配连接系统 (EEDCS)电连接到一个或多个能量使用系统（EUS)的供能系统（ESS)构成）的电压范围能 力设计在客户辅助水平（EUS)。EPP还可以确定所建议的修正对EEDS的装备和/或装备配 置或者对电能传递系统（EEDS)的一些电力点处的能量使用装置（EUD)的潜在影响，电能传 递系统由在测量期间的任何给定的时间点随机使用能量的许多能量使用装置构成。能量验 证处理（EVP)的目的在于测量EEDS的电量使用的变化水平，以得出电压水平的变化。示例 性 EVP 的细节被涵盖在未决的题为 "ELECTRIC POWER SYSTEM CONTROL WITH MEASUREMENT OF ENERGY DEMAND AND ENERGY EFFICIENCY USING T-DISTRIBUTIONS (使用 t-分配测量能 量需求和能量效率的电力系统控制）"的US专利申请61/789085和14/193, 980( "未决的 /P006申请"）中，该申请的全部内容结合于此，尽管也可使用其它的EVP。所公开的实施例 的EPP系统的一个目的是估计EEDS的能力以适应电压变化，并预测可用的变化水平。对系 统提出的改进所提供的能量潜在节约能通过将CVR因子（能量变化％ /电压变化％ )(可以 由EVP计算，一个示例描述在共同待审/P006申请中，不过也可以使用其他计算CVR因子的 方法）乘以可用的电压变化（由EPP确定）来计算以确定在所研究的时间间隔可用能量和 需求节约。供应到电力能量传递系统（EEDS)的电力能量以瓦特、千瓦（kw)或者兆瓦（Mw) (a)在ESS的供应点处和（b)在能量客户系统（EUS)处或者仪表点处进行测量。此测量在 供应和仪表点的每一个处在设定的时间段（诸如一个小时）记录能量的平均使用（AUE)。
[0008] 对能量使用提高的水平变化的测试分成两个基本时间段：第一是不包括该提高的 时间段，即，在OFF状态。第二时间段是包括该提高时，即，在ON状态。必须确定两个变量 以估计EEDS中的改进所用的节约能力：由用于能量变化的改进和EEDS能力所形成的电压 相对于电压变化的平均电压变化（CVR因子，其计算的一个示例在共同待审/P006申请中描 述，不过也可是使用计算CVR因子的其他方法。
[0009] 对电压能力的变化的计算是对使用EEDS电压关系的新型特征化的节约电压降低 计划的新的手段，该新型特征化不要求实施详细的载流模型。从ESS到EEDCS的输入水平 以用于正在研究的时间的设定间隔（例如，一个小时）被记录。从EEDCS到EUS的输入的 水平以用于正在研究的时间的相同间隔使用AMI系统测量，并记录。使用线性回归技术在 研究的时间段对ESS测量和EUS使用测量之间的EEDS特定的关系进行特征化。此计算具 体地使用常见的方法将ESS处的负载的变化效果与每个客户EUS特有的电压变化相关联。
[0010] 一旦已经计算这些线性关系，建立简单的线性模型以表示处于各种加载水平的复 杂行为，各种加载水平包括切换嵌在AMI收集数据（即，该数据包括在EUS处发生的负载切 换的"0N"和"OFF"特性）中的独特的EUS特定负载的效果。然后，用于电压的线性模型传 递到VCC用于确定用于ESS的特定条件的EUS的正常操作。使用此简单的线性模型是这样 的新型方法：通过使用VCC计划和预测对EEDS改进所引起的EEDS的电压行为。
[0011] 首先使用一个ESS的简单系统和一个简单的单相线和具有基本负载和两个重复 切换负载的单个EUS研究改进（例如，增加/移除电容器排，增加/移除稳压器、降低阻抗 或者增加分布式发电）之间的关系。通过比较传统的简化EEDS的主要载流模型和电压特 性的线性统计表示，能获得线性模型变化以关联由电容器排操作导致的EUS电压变化。一 旦此完成，EUS电压上的效果能由VCC预测，并用来确定是否到达最佳操作点。
[0012] -旦建立线性模型，则该模型能用来应用简单线性最佳化，以确定控制EEDS以满 足期望的能量效率、需求和可靠性提高的最佳方法。此外，该方法能够最佳化修正的成本/ 效益，以允许用户为EEDS选取最佳选择的修正。
[0013] 根据本发明的另一方面，能量计划处理（EPP)能用来从多个AMI EUC点获得AMI 数据，并使用线性技术建立电压的线性模型。这些多点模型能用来预测较大的放射状系统 (例如，从单个连接点发出的一组连续的传递元件）的电压行为，方式是通过将该较大系统 线性特征与电容器排、稳压器和LTC变压器的系统操作相关联。利用表现修正的新模型，该 最佳化可以最佳化各种修正的成本/效益，从而允许用户为EEDS选取修正的最佳选择。
[0014] 根据本发明的又一个方面，能量计划处理（EPP)能用来从多个AMI EUC点和多个 ESS点获得AMI数据，并使用线性技术建立电压的线性模型。这些多个ESS和EUS点模型能 用来预测较大的放射状系统（例如，从单个连接点发出的一组连续的传递元件）的电压行 为，方式是通过将该较大系统线性特征与电容器排、稳压器和LTC变压器的系统操作相关 联。利用表现该修正的新模型可由最佳化各种修正的成本/效益，从而允许用户为EEDS选 取最佳选择的修正。
[0015] 根据本发明的又一个方面，能量计划处理（EPP)能用来从多个AMI EUC点和多个 ESS点获得AMI数据，并使用线性技术建立电压的线性模型。能量计划处理（EPP)能用来 从多个AMI EUC点和多个ESS点获得AMI数据，并使用线性化技术建立电压的线性模型。 能基于线性化的特性确定对于正常操作存在的线性化模型。使用此正常操作模型作为"指 纹"，EEDS上的其他EUS能被过滤，以确定显示异常行为特性的（如果有的话），并且异常 EUS点能与表示特定异常行为的期待特性列表比较，特定异常行为表示较低可靠性性能的 可能性。作为示例，较差地被连接的仪表的基部的特性被特征化以在模型中具有某种线性 特性。表示此异常条件的所观察的线性特征能用来使用来自AMI的电压数据识别显示此行 为的任何一个EUS仪表。这允许在客户设备故障发生之前对异常进行解决，从而显著地提 高了 EEDS的可靠性。
[0016] 根据本发明的另一方面，能量计划处理（EPP)能用来从多个AMI EUC点和多个ESS 点获得AMI数据，并使用线性技术建立电压的线性模型。使用此模型和测量的AMI数据， EPP能被用来设计能在电压管理系统中使用的被监测仪表的初始组，以在EEDS上控制电压 的最小水平，用于实施CVR。
[0017] 根据本发明的另一方面，能量计划处理（EPP)能用来从多个AMI EUC点和多个ESS 点获得AMI数据，并使用线性技术建立电压的线性模型。电压数据能用来使用电压相关分 析提供关于电路上仪表连接点的位置信息。此方法使用技术匹配电压的大小和电压相，该 技术使用每个仪表的电压数据以提供统计分析。共同的相电压移动被关联，并且电路的共 同的电压移动被使用线性回归技术来识别。当与仪表上的炜度和经度信息相结合时，该信 息能够为主要应用（primary based application)(例如，断电管理）和DMS实时模型提供