利用基于ami的數(shù)據(jù)分析來計劃能量需求和能量效率的電力系統(tǒng)控制的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種用于控制電力系統(tǒng)（包括針對最佳化電壓、節(jié)約能源和減少需求 來計劃分配電路）的方法、設(shè)備、系統(tǒng)和計算機(jī)程序。具體而言，本發(fā)明涉及一種利用基于 高級儀表基礎(chǔ)設(shè)施（"AMI"）的數(shù)據(jù)分析來計劃電力需求和能效的實施方案。該方法使得 直接測定電路的性能以基于對電力系統(tǒng)的配置進(jìn)行建議修正的實施方案減少能量使用和 電力需求。該方法可用于在電力系統(tǒng)中精確地量化由所提出的修正的實施方案所造成的能 效和電力需求減小節(jié)省的值的設(shè)計并且比較每個所建議的修正的成本/效益。此外，該方 法能夠利用基于AMI的測量識別電力系統(tǒng)所存在的具體問題，以允許根據(jù)對這些問題的識 別適當(dāng)?shù)刈兏娏ο到y(tǒng)的操作。
【背景技術(shù)】
[0002] 通常，通過電機(jī)械發(fā)電機(jī)在發(fā)電站產(chǎn)生電力，典型地，通過由化學(xué)燃燒或核裂變供 給燃料的熱力發(fā)動機(jī)或者通過水或風(fēng)中流動的動能來驅(qū)動電機(jī)械發(fā)電機(jī)。一般而言，通過 輸電網(wǎng)將電力作為交流電信號提供給終端用戶。輸電網(wǎng)可包括發(fā)電站網(wǎng)絡(luò)、輸電電路、變電 站等等。
[0003] 將電力提供給輸電系統(tǒng)之前，典型地，例如利用升壓變壓器將產(chǎn)生的電力升高電 壓。通過降低輸電系統(tǒng)導(dǎo)體中流動的電流，升高電壓提高了傳輸效率，同時保持傳輸?shù)墓β?幾乎等于輸入功率。然后，通過輸電系統(tǒng)將升壓的電力傳輸給配電系統(tǒng)，配電系統(tǒng)將電力分 配給終端用戶。配電系統(tǒng)可包括從輸電系統(tǒng)傳送電力并將其傳遞給終端用戶的網(wǎng)絡(luò)。典型 地，該網(wǎng)絡(luò)可包括中壓（例如，小于69kV)電力線、變電站、變壓器、低壓（例如，小于IkV) 配電線路、電表等等。
[0004] 下述主題涉及發(fā)電或配電：Engineering Optimization Methods and Applications，F(xiàn)irst 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，F(xiàn)inal 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 公司提供的數(shù)據(jù)軟件，Minitab Software，http://www. minitab· com/en-US/ products/minitab/，其全部內(nèi)容通過引用結(jié)合于此。
[0005] 此外，2009年5月7日提交的、美國公開號2013/0030591、題為"VOLTAGE CONSERVATION USING ADVANCED METERING INFRASTRUCTURE AND SUBSTATION CENTRALIZED VOLTAGE CONTROL (使用高級儀表基礎(chǔ)設(shè)施的電壓保護(hù)和變電站集中電壓控制）"的美國專 利申請61/176, 398描述了用于輸電和配電網(wǎng)的電壓控制和能量節(jié)約系統(tǒng)，所述輸電和配 電網(wǎng)配置成將電力供應(yīng)到多個用戶位置，其全部內(nèi)容通過引用結(jié)合于此。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006] 本文所述的各種實施例涉及用于控制電力系統(tǒng)（其包括利用由高級儀表基礎(chǔ)設(shè) 施（AMI)("基于AMI的測量"）測量的輔助電壓對電能傳遞系統(tǒng)（EEDS)進(jìn)行電壓計劃的實 施方案）的新的方法、裝置、系統(tǒng)和計算機(jī)程序?；贏MI的測量和電壓計劃可以用于最佳 化EEDS的能效和需求減少能力，其包括通過在EEDS中實施節(jié)能降壓（CVR)而具體獲得的 能力?；贏MI的測量和電壓計劃還可用于提高附裝到電能分配連接系統(tǒng)（EEDCS)的能量 使用系統(tǒng)（EUS)和能量使用裝置（EUD)的電壓特征的可靠性。
[0007] 根據(jù)本發(fā)明的一方面，能量計劃處理（EPP)通過測量由于對EEDS進(jìn)行電壓管理 所產(chǎn)生的能量使用變化水平，將給定的電能傳遞系統(tǒng)（EEDS)(其由經(jīng)由電能分配連接系統(tǒng) (EEDCS)電連接到一個或多個能量使用系統(tǒng)（EUS)的供能系統(tǒng)（ESS)構(gòu)成）的電壓范圍能 力設(shè)計在客戶輔助水平（EUS)。EPP還可以確定所建議的修正對EEDS的裝備和/或裝備配 置或者對電能傳遞系統(tǒng)（EEDS)的一些電力點處的能量使用裝置（EUD)的潛在影響，電能傳 遞系統(tǒng)由在測量期間的任何給定的時間點隨機(jī)使用能量的許多能量使用裝置構(gòu)成。能量驗 證處理（EVP)的目的在于測量EEDS的電量使用的變化水平，以得出電壓水平的變化。示例 性 EVP 的細(xì)節(jié)被涵蓋在未決的題為 "ELECTRIC POWER SYSTEM CONTROL WITH MEASUREMENT OF ENERGY DEMAND AND ENERGY EFFICIENCY USING T-DISTRIBUTIONS (使用 t-分配測量能 量需求和能量效率的電力系統(tǒng)控制）"的US專利申請61/789085和14/193, 980( "未決的 /P006申請"）中，該申請的全部內(nèi)容結(jié)合于此，盡管也可使用其它的EVP。所公開的實施例 的EPP系統(tǒng)的一個目的是估計EEDS的能力以適應(yīng)電壓變化，并預(yù)測可用的變化水平。對系 統(tǒng)提出的改進(jìn)所提供的能量潛在節(jié)約能通過將CVR因子（能量變化％ /電壓變化％ )(可以 由EVP計算，一個示例描述在共同待審/P006申請中，不過也可以使用其他計算CVR因子的 方法）乘以可用的電壓變化（由EPP確定）來計算以確定在所研究的時間間隔可用能量和 需求節(jié)約。供應(yīng)到電力能量傳遞系統(tǒng)（EEDS)的電力能量以瓦特、千瓦（kw)或者兆瓦（Mw) (a)在ESS的供應(yīng)點處和（b)在能量客戶系統(tǒng)（EUS)處或者儀表點處進(jìn)行測量。此測量在 供應(yīng)和儀表點的每一個處在設(shè)定的時間段（諸如一個小時）記錄能量的平均使用（AUE)。
[0008] 對能量使用提高的水平變化的測試分成兩個基本時間段：第一是不包括該提高的 時間段，即，在OFF狀態(tài)。第二時間段是包括該提高時，即，在ON狀態(tài)。必須確定兩個變量 以估計EEDS中的改進(jìn)所用的節(jié)約能力：由用于能量變化的改進(jìn)和EEDS能力所形成的電壓 相對于電壓變化的平均電壓變化（CVR因子，其計算的一個示例在共同待審/P006申請中描 述，不過也可是使用計算CVR因子的其他方法。
[0009] 對電壓能力的變化的計算是對使用EEDS電壓關(guān)系的新型特征化的節(jié)約電壓降低 計劃的新的手段，該新型特征化不要求實施詳細(xì)的載流模型。從ESS到EEDCS的輸入水平 以用于正在研究的時間的設(shè)定間隔（例如，一個小時）被記錄。從EEDCS到EUS的輸入的 水平以用于正在研究的時間的相同間隔使用AMI系統(tǒng)測量，并記錄。使用線性回歸技術(shù)在 研究的時間段對ESS測量和EUS使用測量之間的EEDS特定的關(guān)系進(jìn)行特征化。此計算具 體地使用常見的方法將ESS處的負(fù)載的變化效果與每個客戶EUS特有的電壓變化相關(guān)聯(lián)。
[0010] 一旦已經(jīng)計算這些線性關(guān)系，建立簡單的線性模型以表示處于各種加載水平的復(fù) 雜行為，各種加載水平包括切換嵌在AMI收集數(shù)據(jù)（即，該數(shù)據(jù)包括在EUS處發(fā)生的負(fù)載切 換的"0N"和"OFF"特性）中的獨(dú)特的EUS特定負(fù)載的效果。然后，用于電壓的線性模型傳 遞到VCC用于確定用于ESS的特定條件的EUS的正常操作。使用此簡單的線性模型是這樣 的新型方法：通過使用VCC計劃和預(yù)測對EEDS改進(jìn)所引起的EEDS的電壓行為。
[0011] 首先使用一個ESS的簡單系統(tǒng)和一個簡單的單相線和具有基本負(fù)載和兩個重復(fù) 切換負(fù)載的單個EUS研究改進(jìn)（例如，增加/移除電容器排，增加/移除穩(wěn)壓器、降低阻抗 或者增加分布式發(fā)電）之間的關(guān)系。通過比較傳統(tǒng)的簡化EEDS的主要載流模型和電壓特 性的線性統(tǒng)計表示，能獲得線性模型變化以關(guān)聯(lián)由電容器排操作導(dǎo)致的EUS電壓變化。一 旦此完成，EUS電壓上的效果能由VCC預(yù)測，并用來確定是否到達(dá)最佳操作點。
[0012] -旦建立線性模型，則該模型能用來應(yīng)用簡單線性最佳化，以確定控制EEDS以滿 足期望的能量效率、需求和可靠性提高的最佳方法。此外，該方法能夠最佳化修正的成本/ 效益，以允許用戶為EEDS選取最佳選擇的修正。
[0013] 根據(jù)本發(fā)明的另一方面，能量計劃處理（EPP)能用來從多個AMI EUC點獲得AMI 數(shù)據(jù)，并使用線性技術(shù)建立電壓的線性模型。這些多點模型能用來預(yù)測較大的放射狀系統(tǒng) (例如，從單個連接點發(fā)出的一組連續(xù)的傳遞元件）的電壓行為，方式是通過將該較大系統(tǒng) 線性特征與電容器排、穩(wěn)壓器和LTC變壓器的系統(tǒng)操作相關(guān)聯(lián)。利用表現(xiàn)修正的新模型，該 最佳化可以最佳化各種修正的成本/效益，從而允許用戶為EEDS選取修正的最佳選擇。
[0014] 根據(jù)本發(fā)明的又一個方面，能量計劃處理（EPP)能用來從多個AMI EUC點和多個 ESS點獲得AMI數(shù)據(jù)，并使用線性技術(shù)建立電壓的線性模型。這些多個ESS和EUS點模型能 用來預(yù)測較大的放射狀系統(tǒng)（例如，從單個連接點發(fā)出的一組連續(xù)的傳遞元件）的電壓行 為，方式是通過將該較大系統(tǒng)線性特征與電容器排、穩(wěn)壓器和LTC變壓器的系統(tǒng)操作相關(guān) 聯(lián)。利用表現(xiàn)該修正的新模型可由最佳化各種修正的成本/效益，從而允許用戶為EEDS選 取最佳選擇的修正。
[0015] 根據(jù)本發(fā)明的又一個方面，能量計劃處理（EPP)能用來從多個AMI EUC點和多個 ESS點獲得AMI數(shù)據(jù)，并使用線性技術(shù)建立電壓的線性模型。能量計劃處理（EPP)能用來 從多個AMI EUC點和多個ESS點獲得AMI數(shù)據(jù)，并使用線性化技術(shù)建立電壓的線性模型。 能基于線性化的特性確定對于正常操作存在的線性化模型。使用此正常操作模型作為"指 紋"，EEDS上的其他EUS能被過濾，以確定顯示異常行為特性的（如果有的話），并且異常 EUS點能與表示特定異常行為的期待特性列表比較，特定異常行為表示較低可靠性性能的 可能性。作為示例，較差地被連接的儀表的基部的特性被特征化以在模型中具有某種線性 特性。表示此異常條件的所觀察的線性特征能用來使用來自AMI的電壓數(shù)據(jù)識別顯示此行 為的任何一個EUS儀表。這允許在客戶設(shè)備故障發(fā)生之前對異常進(jìn)行解決，從而顯著地提 高了 EEDS的可靠性。
[0016] 根據(jù)本發(fā)明的另一方面，能量計劃處理（EPP)能用來從多個AMI EUC點和多個ESS 點獲得AMI數(shù)據(jù)，并使用線性技術(shù)建立電壓的線性模型。使用此模型和測量的AMI數(shù)據(jù)， EPP能被用來設(shè)計能在電壓管理系統(tǒng)中使用的被監(jiān)測儀表的初始組，以在EEDS上控制電壓 的最小水平，用于實施CVR。
[0017] 根據(jù)本發(fā)明的另一方面，能量計劃處理（EPP)能用來從多個AMI EUC點和多個ESS 點獲得AMI數(shù)據(jù)，并使用線性技術(shù)建立電壓的線性模型。電壓數(shù)據(jù)能用來使用電壓相關(guān)分 析提供關(guān)于電路上儀表連接點的位置信息。此方法使用技術(shù)匹配電壓的大小和電壓相，該 技術(shù)使用每個儀表的電壓數(shù)據(jù)以提供統(tǒng)計分析。共同的相電壓移動被關(guān)聯(lián)，并且電路的共 同的電壓移動被使用線性回歸技術(shù)來識別。當(dāng)與儀表上的煒度和經(jīng)度信息相結(jié)合時，該信 息能夠為主要應(yīng)用（primary based application)(例如，斷電管理）和DMS實時模型提供