利用高级仪表基础设施和变电站集中电压控制的电压节约的制作方法
【专利说明】
[00011 本申请是2010年5月5日提交的申请号为201080020217.9的题为"利用高级仪表基 础设施和变电站集中电压控制的电压节约"的申请的分案申请。
[0002]在先申请的交叉参考
[0003] 本申请主张2009年5月7 日提交的名为"VOLTAGECONSERVATIONUSINGADVANCED METERINGINFRASTRUCTUREANDSUBSTATIONCENTRALIZEDVOLTAGECONTROL" 的美国临时 申请No.61/176，398的优先权及其利益，通过参考将该申请的全部内容合并于此。
技术领域
[0004] 本发明涉及一种用于节约能量的方法、设备、系统和计算机程序。具体而言，本发 明涉及一种利用高级基础设施和变电站集中电压控制的电压节约的新颖实施方案。
【背景技术】
[0005] 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。
[0006] 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lkV)配电 线路、电表等等。
[0007] 下述主题涉及发电或配电：PowerDistributionPlanningReferenceBook， SecondEdition，H.LeeWillis,2004；EstimatingMethodologyforaLargeRegional ApplicationofConservationVoltageReduction,J.G.DeSteese，S·B.Merrick， B.ff.Kennedy,IEEETransactionsonPowerSystems，1990;Implementationof ConservationVoltageReductionatCommonwealthEdison，IEEETransactionson PowerSystems，D.Kirshner，1990;以及ConservationVoltageReductionatNortheast Utilities，D·M·Lauria，IEEE，1987。此外，1995年ll月14日授予Griffioen的美国专利 No.5,466,973描述了一种用于在分配电力的网络中的传递点调节提供电能的电压的方法。
[0008] 本发明提供一种用于在电系统中节约能量的新颖方法、设备、系统和计算机程序。 具体而言，本发明提供一种通过实施利用高级基础设施和变电站集中电压控制的电压节约 来节约能量的新颖方案。
【发明内容】
[0009] 根据本发明的一个方面，提供一种电压控制和节约(VCC)系统，用于监测、控制和 节约能量。该VCC系统包括:变电站，被配置为向多个用户位置提供电功率；智能仪表，被设 置在所述多个用户位置的其中一个用户位置，并被配置为基于通过所述智能仪表接收的电 功率的测量分量产生智能仪表数据；以及电压控制器，被配置为基于所述智能仪表数据产 生能量传递参数，其中，所述变电站被进一步配置为基于所述能量传递参数调节提供给所 述多个用户位置的所述电功率的电压设置点值，以及其中，所述智能仪表被配置为在例外 报告模式下工作，当确定所述电功率的测量分量在目标分量带之外时，主动向所述电压控 制器发送所述智能仪表数据。
[0010]该VCC系统可进一步包括第二智能仪表，第二智能仪表被设置在所述多个用户位 置的第二用户位置，并被配置为基于通过所述第二智能仪表接收的电功率的第二测量分量 产生第二智能仪表数据，其中，所述电压控制器被进一步配置为将通过所述智能仪表接收 的所述电功率的测量分量以及通过所述第二智能仪表接收的电功率的第二测量分量取平 均值，确定平均用户电压分量。
[0011]该VCC系统可进一步包括收集器，收集器被配置为从所述智能仪表接收所述智能 仪表数据并产生收集器数据，其中，所述电压控制器被进一步配置为基于所述收集器数据 产生所述能量传递参数。
[0012] 在VCC系统中，所述目标分量带可包括目标电压带，所述电压控制器可被进一步配 置为将通过所述智能仪表接收的电功率的测量分量与所述目标电压带进行比较，并基于所 述比较的结果调节电压设置点。
[0013]变电站可包括：负荷抽头变换变压器，基于负荷抽头变换系数调节所述电压设置 点值;或者稳压器，基于所述能量传递参数调节所述电压设置点值。变电站可包括:配电总 线，将所述电功率提供给所述多个用户位置，其中，在所述配电总线上测量电功率供应电压 分量。
[0014]电压控制器可包括:仪表自动系统服务器(MAS);配电管理系统(DMS);以及区域操 作中心(R0C)。电压控制器可被配置为以一个负荷抽头变换步长的最大速度调节所述电压 设置点。电压控制器可被配置为基于所述平均用户电压分量调节所述电压设置点。电压控 制器可被配置为基于所述比较的结果，将通过所述智能仪表接收的所述电功率的测量分量 维持在所述目标电压带内。电压控制器可被配置为在所述例外报告模式下工作时，接收通 过所述智能仪表主动发送的所述智能仪表数据之后，选择所述智能仪表以用于监测，并产 生与所述智能仪表的连接。电压控制器可被配置为取消选择先前选择待监测的另一个智能 仪表。电压控制器可被配置为产生与所述智能仪表的连接并终止与所述另一个智能仪表的 连接。从所述智能仪表接收的述主动智能仪表数据可表示所述系统中的低电压限制电平。 电压控制器可被配置为:存储历史数据，所述历史数据包括变电站级的集合能量分量数据、 变电站级的电压分量数据以及天气数据的至少其中之一;在所述多个用户位置的每个位置 确定能量使用；将所述历史分量数据与确定的能量使用进行比较；以及基于所述历史分量 数据与所述确定的能量使用的比较结果，确定归因于所述系统的能量节省。电压控制器可 被配置为基于消除天气、负荷增长或经济效应的影响的线性回归，确定归因于所述系统的 能量节省。电压控制器可被进一步配置为当所述电功率供应电压分量或者所述平均用户电 压分量降到目标电压带以下时，提高所述电压设置点。
[0015]根据本发明的另一个方面，提供一种VCC系统，该系统包括:变电站，被配置为向多 个用户位置提供电功率;智能仪表，被设置在所述多个用户位置的其中一个用户位置，并被 配置为基于通过所述智能仪表接收的电功率的测量分量产生智能仪表数据；以及电压控制 器，被配置为基于所述智能仪表数据控制通过所述变电站提供的所述电功率的电压设置 点。所述智能仪表可被配置为在例外报告模式下工作，所述例外报告模式包括当确定所述 电功率的测量分量在目标分量带之外时，主动向所述电压控制器发送所述智能仪表数据。
[0016] 该VCC系统可进一步包括:第二智能仪表，被设置在所述多个用户位置的第二用户 位置，所述第二智能仪表被配置为基于通过所述第二智能仪表接收的电功率的第二测量分 量产生第二智能仪表数据，其中，所述电压控制器被进一步配置为将通过所述智能仪表接 收的所述电功率的测量分量以及通过所述第二智能仪表接收的电功率的第二测量分量取 平均值，确定平均用户电压分量。
[0017] 所述变电站可包括：负荷抽头变换变压器，基于负荷抽头变换系数调节所述电压 设置点值；或者稳压器，基于所述能量传递参数调节所述电压设置点值。所述变电站可包 括:配电总线，将所述电功率提供给所述多个用户位置，其中，在所述配电总线上测量电功 率供应电压分量。
[0018] 所述电压控制器可被配置为当所述电功率供应电压分量或者所述平均用户电压 分量降到目标电压带以下时，提高所述电压设置点。所述电压控制器可被配置为以一个负 荷抽头变换步长的最大速度调节所述电压设置点。所述电压控制器可被配置为将通过所述 智能仪表接收的所述电功率的测量分量与所述目标电压带进行比较，并基于所述比较的结 果调节所述电压设置点。所述电压控制器可被配置为基于所述平均用户电压分量调节所述 电压设置点。所述目标分量带可包括目标电压带，并且所述电压控制器可被配置为基于所 述比较的结果，将通过所述智能仪表接收的所述电功率的测量分量维持在所述目标电压带 内。
[0019] 根据本发明的另一个方面，提供一种用于控制提供给多个用户位置的电功率的方 法。所述方法包括步骤:从所述多个用户位置的第一位置接收智能仪表数据；以及基于所述 智能仪表数据调节变电站的电压设置点，其中，当确定提供给所述多个用户位置的所述第 一位置的电功率的测量分量在目标分量带之外时，在所述多个用户位置的所述第一位置主 动产生所述智能仪表数据。
[0020] 所述方法可进一步包括将所述平均用户电压分量维持在所述目标电压带内。所述 方法可进一步包括在配电总线上测量提供的电功率的电压分量。所述方法可进一步包括当 所述电功率供应电压分量或者平均用户电压分量降到所述目标分量带以下时，提高所述电 压设置点。所述方法可进一步包括选择所述智能仪表以用于监测；以及当在例外报告模式 下工作时，接收通过所述智能仪表主动发送的所述智能仪表数据之后，产生与所述智能仪 表的连接。所述方法可进一步包括从先前选择的待监测的一组智能仪表中取消选择另一个 智能仪表。所述方法可进一步包括终止与所述另一个智能仪表的连接。所述方法可进一步 包括:存储历史数据，所述历史数据包括变电站级的集合能量分量数据、变电站级的电压分 量数据以及天气数据的至少其中之一;在所述多个用户位置的每个位置确定能量使用;将 所述历史分量数据与确定的能量使用进行比较；以及基于所述历史分量数据与所述确定的 能量使用的比较结果，确定归因于所述系统的能量节省。所述目标分量带可包括目标电压 带。所述方法可进一步包括:确定目标电压带；以及将平均用户电压分量与目标电压带进行 比较。
[0021] 可基于将平均用户电压分量与所述目标电压带进行比较的结果调节所述电压设 置点。从所述智能仪表接收的所述主动智能仪表数据表示所述系统中的低电压限制水平。
[0022] 根据本发明的另一个方面，提供一种计算机可读介质，该计算机可读介质实际地 具体实施并包括用于控制提供给多个用户位置的电功率的计算机程序。该计算机可读介质 包括多个代码部分，包括:接收智能仪表数据代码部分，当在计算机上执行时，该接收智能 仪表数据代码部分导致从多个用户位置的第一位置接收智能仪表数据；以及电压设置点调 节代码部分，当在计算机上执行时，该电压设置点调节代码部分导致基于智能仪表数据在 变电站调节电压设置点，其中，当确定提供给多个用户位置的第一位置的电功率的测量分 量在目标分量带之外时，在多个用户位置的第一位置主动产生智能仪表数据。
[0023] 该计算机程序可包括平均用户电压分量维持代码部分，当在计算机上执行时，该 平均用户电压分量维持代码部分导致将平均用户电压分量维持在目标电压带内。该计算机 程序可包括电压分量测量代码部分，当在计算机上执行时，该电压分量测量代码部分导致 在配电总线上测量提供的电功率的电压分量。该计算机程序可包括电压设置点增加代码部 分，当在计算机上执行时，该电压设置点增加代码部分导致当电功率供应电压分量或者平 均用户电压分量降到目标分量带以下时提高电压设置点。该计算机程序可包括：智能仪表 选择代码部分，当在计算机上执行时，该智能仪表选择代码部分导致选择选择所述智能仪 表以用于监测；以及连接产生代码部分，当在计算机上执行时，该连接产生代码部分导致当 在例外报告模式下工作时，接收通过所述智能仪表主动发送的智能仪表数据之后，建立与 所述智能仪表的连接。该计算机程序可包括智能仪表取消选择代码部分，当在计算机上执 行时，该智能仪表取消选择代码部分导致从先前选择待监测的一组智能仪表取消选择另一 个智能仪表。该计算机程序可包括连接终止代码部分，当在计算机上执行时，该连接终止代 码部分导致终止与所述另一个智能仪表的连接。
[0024] 该计算机程序可包括:存储代码部分，当在计算机上执行时，该智能存储代码部分 导致存储历史分量数据，历史分量数据包括变电站级的集合能量分量数据、变电站级的电 压分量数据以及天气数据的至少其中之一;能量使用确定代码部分，当在计算机上执行时， 该能量使用确定代码部分导致确定多个用户位置的每个位置的能量使用；比较代码部分， 当在计算机上执行时，该比较代码部分导致将历史分量数据与确定的能量使用进行比较； 以及能量节省确定代码部分，当在计算机上执行时，该能量节省确定代码部分导致基于历 史分量数据与确定的能量使用的比较结果，确定归因于系统的能量节省。目标分量带可包 括目标电压带。该计算机程序可包括：目标电压带确定代码部分，当在计算机上执行时，该 目标电压带确定代码部分导致确定目标电压带；以及比较代码部分，当在计算机上执行时， 该比较代码部分导致将平均用户电压分量与目标电压带进行比较。可基于平均用户电压分 量与目标电压带的比较结果调节电压设置点。从智能仪表接收的主动智能仪表数据可表示 系统中的低电压限制电平。
[0025] 考虑详细的描述和附图，可以阐明本发明的附加特征、优点和实施例，或者，本发 明的附加特征、优点和实施例显而易见。此外，应当理解，本发明前面的概述和后面的详述 都是示例性的，目的是提供进一步说明，而不是限制权利要求所主张的本发明的范围。
【附图说明】
[0026]被包括以提供对本发明的进一步理解的附图合并在本说明书中并构成说明书的 一部分，示出本发明的实施例并与详细描述一起用于说明本发明的原理。除了对本发明以 及可以实施本发明的各种方式的基本理解所可能必需的之外，不试图更详细地示出本发明 的结构细节。在附图中：
[0027]图1示出根据本发明原理的发电和配电系统的实例；
[0028]图2示出根据本发明原理的电压控制和节约(VCC)系统的实例；
[0029]图3示出根据本发