使用基于ami的数据控制和分析使电压最佳化的制作方法

使用基于ami的数据控制和分析使电压最佳化的制作方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种用于控制电力系统的方法、设备、系统和计算机程序，控制电力系 统包括控制配电电路上的电压，为了使电压最佳化，目的仅仅是使电力传送系统给与高变 动分布式发电和负载兼容。具体而言，本发明涉及一种利用基于高级仪表基础设施（AMI) 的数据分析来使可变动负载兼容性最佳化的方法。该方法能直接控制客户水平辅助电压以 使电力传送系统（EEDS)最佳，以使其适应大量个体和集群负载变动性的能力最大化。该方 法使用辅助基于AMI的测量来执行此变动负载电压控制，从而显著地改进客户电压测量和 水平的精确性，使EEDS操作者针对这些类型的分布式发电和负载提高客户电压性能的可 靠性。
[0002] 所公开的实施例的方法分成四个主要步骤，第一是基于来自历史数据的电压相关 分析定位具有普通辅助电压连接的负载（通常是辅助导体的阻抗和GPS坐标）以估计距 离。第二是使用新方法，通过与估计的主要电压降相关而电设置主要负载连接。第三是以线 性模型将负载特征化。第四是使用新的方法控制独立电压控制变量，以选择最佳操作水平， 以使电路的成功地响应负载变动影响的能力最大化，该新的方法设置分段的线性回归模型 并使用独立电压变量定心回归模型。这使电路的响应高变动负载的能力最佳化。
【背景技术】
[0003] 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。
[0004] 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输电给配电系统，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lkV)配电 线路、电表等等。
[0005] 下述（其全部的内容通过引用而结合于此）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. W. Kennedy，IEEE Transactions on Power Systems，1990 ; Power Distribution Planning Reference Book，Second Edition，H. Lee Willis， 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 U. 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 Version 1.0, May 4,2010 ；MINITAB Handbook, Updated for Release 14,fifth edition,Barbara Ryan,Brian Joiner，Jonathan Cryer,Brooks/ Cole-Thomson，2005 ;Minitab Software, http ：//www.minitab. com/en-US/products/ minitab/Statistical Software provided by Minitab Corporation。
[0006] 此外，2009年5月7日提交的、美国公开号61/176, 398、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而结合于此。

【发明内容】

[0007] 此处描述的各种实施例提供一种用于控制电力系统的新颖的方法、装置、系统和 计算机程序，包括使用基于AMI的辅助电压测量执行电压控制，以最佳地控制负荷抽头变 换（LTC)变压器、稳压器、电容器排的电压、诸如光伏发电、电动车辆充电和微电网的的分 布式发电、存储和高变异负载。
[0008] 根据本发明的一个方面，电压控制和节约系统（VCC)控制电力能量传递系统 (EEDS)主要和辅助独立电压控制装置（诸如负荷抽头变换（LTC)变压器、稳压器、电容器 排）和分布式发电、存储、光伏发电和微电网以使得能量损耗最佳化，同时提高传送到能量 使用系统（EUS)的电压的可靠性。电力能量传递系统（EEDS)由电连接到一个或者多个能 量使用系统（EUS)的能量供应系统（ESS)组成。能量使用系统（EUS)在电力能量传递系 统（EEDS)上的电力点处将电压和能量供应到能量使用装置（EUD)，并且EUS由在任何给定 时间随机使用能量的许多能量使用装置（EUD)组成。能量验证处理（EVP)的目的是以使 EEDS、EUS和ESS的能量损耗最佳化的方式操作EEDS的电压水平。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)在ESS的供应点处和能量客户系统 (EUS)处或者仪表点处进行测量。此测量在设定的时间段（诸如一个小时）记录能量的平 均使用（AUE)。在EEDS内进行的能量和电压测量使用通信网络传输回到中央控制，供VVC 处理，然后VVC向主要和辅助电压控制装置发出控制变化，以产生使EEDS的能量损耗最佳 地最小化的的更加精确和可靠的电压控制。
[0009] 根据本发明的另一方面，VCC在能量利用系统（EUS)处测量来自AMI仪表的例外 报告，并在一个或者多个位置处寻找与高变动负载相关的电压变化的设置型式。一旦检测 到，VCC通过从能量效率和需求节约模式改变到高兼容性模式进行响应。此通过从电压例 外数据检测高变动性型式来触发。通过调节对EEDS的独立电压控制，进行特定的响应以将 EEDS从在"能量效率模式"下操作移到在"高变动模式"下操作。然后，VCC将EEDS的能力 最大化以响应于高变动事件，并保持此模式，直到电压偏移的风险过去。
[0010] 根据本发明的另一方面，能量验证处理（EVP)测量电力能量传递系统（EEDS)的能 量使用变化水平，电力能量传递系统（EEDS)由电连接到一个或者多个能量使用系统（EUS) 的能量供应系统（ESS)组成。对能量使用提高的水平变化的测试分成两个基本事件段：第 一是当VCC没有工作时的时间段，即，在OFF状态。第二时间段是当VCC在工作时，即，在 0N状态。必须确定两个变量以估计EEDS中的提高所用的节约能力：由用于能量变化的VCC 和EEDS能力所形成的电压相对于电压变化的平均变化或者CVR因子。电压的平均变化通 过在先进的仪表基础设施（AMI)上的直接测量来确定。关于计算示例CVR因子和平均电 压变化的细节在2013年3月15日提交的、题为"ELECTRIC POWER SYSTEM CONTROL WITH MEASUREMENT OF ENERGY DEMAND AND ENERGY EFFICIENCY USING T-DISTRIBUTIONS (使 用t-分布测量能量需求和能量效率的电力系统控制）"的共同待审美国专利申请 No. 61/789085和14/193, 980("'085申请"）中描述，该申请的全部内容通过引用而结合于 此，不过也可是使用计算CVR因子的其他方法。
[0011] 根据本发明的一方面，能量计划处理（EPP)通过从EEDS的电压管理测量电压使用 的变化水平在客户辅助水平（EUS)处设计给定电力能量传递系统（EEDS)(由经由电力能量 配电连接系统（EEDCS)电连接到一个或者多个能量使用系统（EUS)的能量供应系统（ESS) 组成）的电压范围能力。EPP还能在测量过程中在任何给定的时间使用能量随机地确定对 EEDS的设备和/或设备配置和/或对能量使用装置（EUD)在由许多能量使用装置组成的 电力能量传递系统（EEDS)上的一些电力点提出的改进的潜在影响。能量验证处理（EVP) 的目的是测量EEDS对电压水平变化的能量使用的变化水平。示例EVP的细节被共同待审 /P006申请覆盖，不过也可以使用其他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'085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)。
[0012] 对能量使用提高的水平变化的测试分成两个基本事件段：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0N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085申请中描述，不过也 可是使用计算CVR因子的其他方法。
[0013] 根据本发明的另一方面，能量计划处理（EPP)设计EEDS的能力以响应于诸如PV 云瞬态或者微电网发电变化的高变动负载。EPP以一般的形式构造EEDS的主要模型，以对 主要EEDS连接计算电压降。然后，历史AMI数据用来使用特定电压相关性分析估计从AMI 仪表到源服务变压器和到源变压器电压的辅助连接。此外，在主要EDD计量点处的电压 "0N"和"OFF"状态使用配对的配电与辅助AMI电压相关。此方法允许检查EEDS主要和辅 助连接性，该连接性能使用GIS映射与辅助测量组合以消除连接性误差。此高水平EEDS主 要映射允许线性模型构建成将ESS输入电压和功率与EUS输出电压电气相关，并能检查GIS 和计划模型连接性模型中的误差。
[0014] 根据本发明的另一方面，在EEDS的计划和部件构造过程和在EEDS操作过程两者 中，通过监视EVP处理以检测何时系统改变其效率水平，VCC使用EVP和EPP以使对电压进 行充分地最佳化。当这些三个处理（VCC、EVP和EPP)在一起操作时，可以将EEDS的构造 和操作最佳化。EPP将EEDS的计划和构造以及其部件最佳化，并且EVP是允许VCC将EEDS 的操作最佳化的测量系统。EPP基于在计划最佳化处理中学习的信息提供用于VCC的配置 信息。在EEDS的能量效率、需求管理和电压可靠性方面完成了充分的最佳化。还参照2013 年3月15日提交的共同待审专利申请No.61/800, 028和14/193, 770,题为"MANAGEMENT OF ENERGY DEMAND AND ENERGY EFFICIENCY SAVINGS FROM VOLTAGE OPTIMIZATION ON ELECTRIC POWER SYSTEMS USING AMI-BASED DATA ANALYSIS (使用基于 AMI 的数据分析的 电力系统的电压最佳化来实现能量需求和节能效率的管理）"（'028申请），其全部内容通 过引用而结合于此，例如，系统和方法，不过也可以使用其他最佳化系统。
[0015] 根据本发明的另一方面，在EEDS部件的构造过程和在EEDS操作过程两者中，通 过监视EVP处理以检测何时系统需要从高效率模式改变到高兼容性模式（HVL模式）以适 应高变动加载（HVL)，VCC使用EVP和EPP以使对电压进行充分地最佳化。高变动加载会 由于以下而发生：来自太阳PV的云瞬态（例如，当连接到电网的光伏装置系统经历了云覆 盖，并停止发电，立刻对电网增加大的负载），对电动车辆进行充电（例如，当许多客户对它 们的轿车进行充电）或者微电网发电变化。需要改变到高兼容性模式的高速检测开始将独 立变压控制变量移到使EEDS的可靠地传送电力并适应高变动负载的能力最大化的点的处 理。在模块控制水平上在EPP处理中发展响应处理，其以诸如电容器排的更高速度电压元 件的位置开始，然后移动到LTC变压器和线路调节器。
[0016] 当这些三个处理（VCC、EVP和EPP)在一起操作时，可以将EEDS的构造和操作最佳 化。EPP将EEDS的计划和构造以及其部件最佳化，并且EVP是允许VCC将EEDS的操作最佳 化的测量系统
[0017] 根据本发明的另一方面，EEDS能表示为在EUS允许的操作电压的限制电压范围上 的线性模型。此窄的操作带是最佳化解必须发生之处，因为它是系统的实际操作带。线性 模型在两个区域中。用于线性模型使用的第一区域是用于EEDCS主