利用基于ami的數據分析來計劃能量需求和能量效率的電力系統控制的制作方法
【技術領域】
[0001] 本發明涉及一種用于控制電力系統（包括針對最佳化電壓、節約能源和減少需求 來計劃分配電路）的方法、設備、系統和計算機程序。具體而言，本發明涉及一種利用基于 高級儀表基礎設施（"AMI"）的數據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的配置進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省的值的設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所存在的具體問題，以允許根據對這些問題的識 別適當地變更電力系統的操作。
【背景技術】
[0002] 通常，通過電機械發電機在發電站產生電力，典型地，通過由化學燃燒或核裂變供 給燃料的熱力發動機或者通過水或風中流動的動能來驅動電機械發電機。一般而言，通過 輸電網將電力作為交流電信號提供給終端用戶。輸電網可包括發電站網絡、輸電電路、變電 站等等。
[0003] 將電力提供給輸電系統之前，典型地，例如利用升壓變壓器將產生的電力升高電 壓。通過降低輸電系統導體中流動的電流，升高電壓提高了傳輸效率，同時保持傳輸的功率 幾乎等于輸入功率。然后，通過輸電系統將升壓的電力傳輸給配電系統，配電系統將電力分 配給終端用戶。配電系統可包括從輸電系統傳送電力并將其傳遞給終端用戶的網絡。典型 地，該網絡可包括中壓（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] 下述主題涉及發電或配電：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 公司提供的數據軟件，Minitab Software，//www. minitab· com/en-US/ products/minitab/，其全部內容通過引用結合于此。
[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 (使用高級儀表基礎設施的電壓保護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的電壓控制和能量節約系統，所述輸電和配 電網配置成將電力供應到多個用戶位置，其全部內容通過引用結合于此。

【發明內容】

[0006] 本文所述的各種實施例涉及用于控制電力系統（其包括利用由高級儀表基礎設 施（AMI)("基于AMI的測量"）測量的輔助電壓對電能傳遞系統（EEDS)進行電壓計劃的實 施方案）的新的方法、裝置、系統和計算機程序。基于AMI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中實施節能降壓（CVR)而具體獲得的 能力。基于AMI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（EEDCS)的能量 使用系統（EUS)和能量使用裝置（EUD)的電壓特征的可靠性。
[0007] 根據本發明的一方面，能量計劃處理（EPP)通過測量由于對EEDS進行電壓管理 所產生的能量使用變化水平，將給定的電能傳遞系統（EEDS)(其由經由電能分配連接系統 (EEDCS)電連接到一個或多個能量使用系統（EUS)的供能系統（ESS)構成）的電壓范圍能 力設計在客戶輔助水平（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（EEDS)的一些電力點處的能量使用裝置（EUD)的潛在影響，電能傳 遞系統由在測量期間的任何給定的時間點隨機使用能量的許多能量使用裝置構成。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 的細節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，該申請的全部內容結合于此，盡管也可使用其它的EVP。所公開的實施例 的EPP系統的一個目的是估計EEDS的能力以適應電壓變化，并預測可用的變化水平。對系 統提出的改進所提供的能量潛在節約能通過將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 需求節約。供應到電力能量傳遞系統（EEDS)的電力能量以瓦特、千瓦（kw)或者兆瓦（Mw) (a)在ESS的供應點處和（b)在能量客戶系統（EUS)處或者儀表點處進行測量。此測量在 供應和儀表點的每一個處在設定的時間段（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。第二時間段是包括該提高時，即，在ON狀態。必須確定兩個變量 以估計EEDS中的改進所用的節約能力：由用于能量變化的改進和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電壓關系的新型特征化的節約電壓降低 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系統測量，并記錄。使用線性回歸技術在 研究的時間段對ESS測量和EUS使用測量之間的EEDS特定的關系進行特征化。此計算具 體地使用常見的方法將ESS處的負載的變化效果與每個客戶EUS特有的電壓變化相關聯。
[0010] 一旦已經計算這些線性關系，建立簡單的線性模型以表示處于各種加載水平的復 雜行為，各種加載水平包括切換嵌在AMI收集數據（即，該數據包括在EUS處發生的負載切 換的"0N"和"OFF"特性）中的獨特的EUS特定負載的效果。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計劃和預測對EEDS改進所引起的EEDS的電壓行為。
[0011] 首先使用一個ESS的簡單系統和一個簡單的單相線和具有基本負載和兩個重復 切換負載的單個EUS研究改進（例如，增加/移除電容器排，增加/移除穩壓器、降低阻抗 或者增加分布式發電）之間的關系。通過比較傳統的簡化EEDS的主要載流模型和電壓特 性的線性統計表示，能獲得線性模型變化以關聯由電容器排操作導致的EUS電壓變化。一 旦此完成，EUS電壓上的效果能由VCC預測，并用來確定是否到達最佳操作點。
[0012] -旦建立線性模型，則該模型能用來應用簡單線性最佳化，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] 根據本發明的另一方面，能量計劃處理（EPP)能用來從多個AMI EUC點獲得AMI 數據，并使用線性技術建立電壓的線性模型。這些多點模型能用來預測較大的放射狀系統 (例如，從單個連接點發出的一組連續的傳遞元件）的電壓行為，方式是通過將該較大系統 線性特征與電容器排、穩壓器和LTC變壓器的系統操作相關聯。利用表現修正的新模型，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] 根據本發明的又一個方面，能量計劃處理（EPP)能用來從多個AMI EUC點和多個 ESS點獲得AMI數據，并使用線性技術建立電壓的線性模型。這些多個ESS和EUS點模型能 用來預測較大的放射狀系統（例如，從單個連接點發出的一組連續的傳遞元件）的電壓行 為，方式是通過將該較大系統線性特征與電容器排、穩壓器和LTC變壓器的系統操作相關 聯。利用表現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] 根據本發明的又一個方面，能量計劃處理（EPP)能用來從多個AMI EUC點和多個 ESS點獲得AMI數據，并使用線性技術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數據，并使用線性化技術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的電壓數據識別顯示此行 為的任何一個EUS儀表。這允許在客戶設備故障發生之前對異常進行解決，從而顯著地提 高了 EEDS的可靠性。
[0016] 根據本發明的另一方面，能量計劃處理（EPP)能用來從多個AMI EUC點和多個ESS 點獲得AMI數據，并使用線性技術建立電壓的線性模型。使用此模型和測量的AMI數據， EPP能被用來設計能在電壓管理系統中使用的被監測儀表的初始組，以在EEDS上控制電壓 的最小水平，用于實施CVR。
[0017] 根據本發明的另一方面，能量計劃處理（EPP)能用來從多個AMI EUC點和多個ESS 點獲得AMI數據，并使用線性技術建立電壓的線性模型。電壓數據能用來使用電壓相關分 析提供關于電路上儀表連接點的位置信息。此方法使用技術匹配電壓的大小和電壓相，該 技術使用每個儀表的電壓數據以提供統計分析。共同的相電壓移動被關聯，并且電路的共 同的電壓移動被使用線性回歸技術來識別。當與儀表上的煒度和經度信息相結合時，該信 息能夠為主要應用（primary based application)(例如，斷電管理）和DMS實時模型提供