СОХРАНЕНИЕ НАПРЯЖЕНИЯ С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ РАЗВИТОЙ ИЗМЕРИТЕЛЬНОЙ ИНФРАСТРУКТУРЫ И ЦЕНТРАЛИЗОВАННОЕ УПРАВЛЕНИЕ НАПРЯЖЕНИЕМ ПОДСТАНЦИИ
CONSERVATION OF VOLTAGE USING DEVELOPED MEASUREMENT INFRASTRUCTURE AND CENTRALISED CONTROL OF SUBSTATION VOLTAGE

Ссылка на предыдущую заявку
По данной заявке испрашивается приоритет предварительной заявки США № 61/176,398, поданной 7 мая 2009 г. под названием VOLTAGE CONSERVATION USING ADVANCED METERING INFRASTRUCTURE AND SUBSTATION CENTRALIZED VOLTAGE CONTROL, которая в полном объеме включена сюда посредством ссылки.
Область техники
Настоящее изобретение относится к способу, устройству, системе и компьютерной программе для энергосбережения. В частности, изобретение относится к новой реализации сохранения напряжения с использованием развитой инфраструктуры и централизованного управления напряжением подстанции.
Предшествующий уровень техники
Электроэнергия обычно генерируется на электростанции с помощью электромеханических генераторов, которые обычно приводятся в действие тепловыми двигателями, питаемыми энергией от химической реакции горения или ядерной реакции деления, или приводятся в действие кинетической энергией воды или ветра. Электроэнергия обычно подается на конечные потребители через сети передачи в виде сигнала переменного тока. Сети передачи могут включать в себя сеть электростанций, схем передачи, подстанций и т.п.
Генерируемая электроэнергия обычно подвергается повышению напряжения с использованием, например, генерирующих повышающих трансформаторов, до подачи электроэнергии в систему передачи. Повышение напряжения повышает кпд передачи за счет уменьшения электрического тока, протекающего в проводниках системы передачи, одновременно сохраняя передаваемую мощность почти равной входной мощности. Затем электроэнергия с повышенным напряжением передается через систему передачи на распределительную систему, которая распределяет электроэнергию по конечным потребителям. Распределительная система может включать в себя сеть, которая передает электроэнергию от системы передачи и доставляет ее конечным потребителям. Обычно сеть может включать в себя линии электропередачи среднего напряжения (например, менее 69 кВ), электрические подстанции, трансформаторы, низковольтную (например, менее 1 кВ) распределительную проводку, электроизмерительные приборы и т.п.
Последующее описание раскрывает объект изобретения, относящийся к генерации и распределению мощности: Power Distribution Planning Reference Book, Second Edition, H. Lee Willis, 2004; 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; Implementation of Conservation Voltage Reduction at Commonwealth Edison, IEEE Transactions on Power Systems, D. Kirshner, 1990; и Conservation Voltage Reduction at Northeast Utilities, D.M. Lauria, IEEE, 1987. Кроме того, в патенте США № 5466973, поданный Griffioen 14 ноября 1995 г., описывает способ регулирования напряжения, согласно которому электрическая энергия подается в пункты доставки в сети для распределения электроэнергии.
Изобретение предусматривает новые способ, устройство, систему и компьютерную программу для энергосбережения в электрических системах. В частности, изобретение предусматривает новое решение для энергосбережения за счет реализации сохранения напряжения с использованием развитой инфраструктуры и централизованного управления напряжением подстанции.
Краткое изложение существа изобретения
Согласно аспекту изобретения, предусмотрена система управления и сохранения напряжения (VCC) для мониторинга, управления и энергосбережения. Система VCC содержит подстанцию, сконфигурированную с возможностью подачи электрической мощности к множеству местоположений потребителей; интеллектуальное измерительное устройство, расположенное на одном из множества местоположений потребителей и сконфигурированное с возможностью генерировать данные интеллектуального измерительного устройства на основании измеренной составляющей электрической мощности, принятой интеллектуальным измерительным устройством; и регулятор напряжения, сконфигурированный с возможностью генерировать параметр доставки энергии на основании данных интеллектуального измерительного устройства, причем подстанция дополнительно сконфигурирована с возможностью регулировать заданное значение напряжения электрической мощности, подаваемой к множеству местоположений потребителей, на основании параметра доставки энергии, и интеллектуальное измерительное устройство сконфигурировано с возможностью работать в режиме отчета путем исключения и самостоятельно передавать данные интеллектуального измерительного устройства на регулятор напряжения, когда определено, что измеренная составляющая электрической мощности выходит за пределы целевого диапазона составляющей.
Система VCC может дополнительно содержать второе интеллектуальное измерительное устройство, расположенное на втором из множества местоположений потребителей и сконфигурированное с возможностью генерировать вторые данные интеллектуального измерительного устройства на основании второй измеренной составляющей электрической мощности, принятой вторым интеллектуальным измерительным устройством, причем регулятор напряжения дополнительно сконфигурирован с возможностью определять усредненную составляющую напряжения на потребителе путем усреднения измеренной составляющей электрической мощности, принятой интеллектуальным измерительным устройством, и второй измеренной составляющей электрической мощности, принятой вторым интеллектуальным измерительным устройством.
Система VCC может дополнительно содержать коллектор, сконфигурированный с возможностью принимать данные интеллектуального измерительного устройства от интеллектуального измерительного устройства и генерировать данные коллектора, причем регулятор напряжения дополнительно сконфигурирован с возможностью генерировать параметр доставки энергии на основании данных коллектора.
В системе VCC, целевой диапазон составляющей может включать в себя целевой диапазон напряжений, и регулятор напряжения может быть сконфигурирован с возможностью сравнивать измеренную составляющую электрической мощности, принятую интеллектуальным измерительным устройством, с целевым диапазоном напряжений и регулировать заданное значение напряжения на основании результата сравнения.
Подстанция может содержать трансформатор с возможностью переключения отводов нагрузки, который регулирует заданное значение напряжения на основании коэффициента переключения отводов нагрузки; или регулятор напряжения, который регулирует заданное значение напряжения на основании параметра доставки энергии. Подстанция может содержать распределительную шину, которая подает электрическую мощность на совокупность потребителей, причем составляющая напряжения подаваемой электрической мощности измеряется на распределительной шине.
Регулятор напряжения может содержать сервер системы автоматизации измерений (MAS); систему управления распределением (DMS); и региональный операционный центр (ROC). Регулятор напряжения может быть сконфигурирован с возможностью регулировать заданное значение напряжения с максимальной скоростью одной ступени переключения отводов нагрузки. Регулятор напряжения может быть сконфигурирован с возможностью регулировать заданное значение напряжения на основании усредненной составляющей напряжения на потребителе. Регулятор напряжения может быть сконфигурирован с возможностью поддерживать измеренную составляющую электрической мощности, принятой интеллектуальным измерительным устройством в целевом диапазоне напряжений на основании результата сравнения. Регулятор напряжения может быть сконфигурирован с возможностью выбирать интеллектуальное измерительное устройство для мониторинга и создавать соединение с интеллектуальным измерительным устройством после приема данных интеллектуального измерительного устройства, самостоятельно переданных интеллектуальным измерительным устройством, работающим в режиме отчета путем исключения. Регулятор напряжения может быть сконфигурирован с возможностью отменять выбор другого интеллектуального измерительного устройства, ранее выбранного для мониторинга. Регулятор напряжения может быть сконфигурирован с возможностью создавать соединение с интеллектуальным измерительным устройством и разрывать соединение с другим интеллектуальным измерительным устройством. Самостоятельно сгенерированные данные интеллектуального измерительного устройства, принятые от интеллектуального измерительного устройства, могут представлять нижний уровень ограничения напряжения в системе. Регулятор напряжения может быть сконфигурирован с возможностью: сохранять исторические данные составляющей, которые включают в себя, по меньшей мере, одни из данных составляющей совокупной энергии на уровне подстанции, данных составляющей напряжения на уровне подстанции и метеорологических данных; определять потребление энергии на каждом из множества местоположений потребителей; сравнивать исторические данные составляющей с определенным потреблением энергии; и определять энергосбережение, относящегося к системе, на основании результатов сравнения исторических данных составляющей с определенным потреблением энергии. Регулятор напряжения может быть сконфигурирован с возможностью определять энергосбережение, относящееся к системе, на основании линейной регрессии, которая устраняет влияния погоды, рост нагрузки или экономические эффекты. Регулятор напряжения дополнительно может быть сконфигурирован с возможностью увеличивать заданное значение напряжения, когда либо составляющая напряжения подаваемой электрической мощности, либо усредненная составляющая напряжения на потребителе оказывается ниже целевого диапазона напряжений.
Согласно дополнительному аспекту изобретения, предусмотрена система VCC, которая содержит подстанцию, сконфигурированную с возможностью подавать электрическую мощность к множеству местоположений потребителей; интеллектуальное измерительное устройство, расположенное на одном из множества местоположений потребителей и сконфигурированное с возможностью генерировать данные интеллектуального измерительного устройства на основании измеренной составляющей электрической мощности, принятой интеллектуальным измерительным устройством; и регулятор напряжения, сконфигурированный с возможностью регулировать заданное значение напряжения электрической мощности, подаваемой подстанцией, на основании данных интеллектуального измерительного устройства. Интеллектуальное измерительное устройство может быть сконфигурировано с возможностью работать в режиме отчета путем исключения, который предусматриваетсамостоятельную передачу данных интеллектуального измерительного устройства на регулятор напряжения, когда определено, что измеренная составляющая электрической мощности выходит за пределы целевого диапазона составляющей.
Система VCC может дополнительно содержать второе интеллектуальное измерительное устройство, расположенное на втором из множества местоположений потребителей, причем второе интеллектуальное измерительное устройство сконфигурировано с возможностью генерировать вторые данные интеллектуального измерительного устройства на основании второй измеренной составляющей электрической мощности, принятой вторым интеллектуальным измерительным устройством, причем регулятор напряжения дополнительно сконфигурирован с возможностью определять усредненную составляющую напряжения на потребителе путем усреднения измеренной составляющей электрической мощности, принятой интеллектуальным измерительным устройством, и второй измеренной составляющей электрической мощности, принятой вторым интеллектуальным измерительным устройством.
Подстанция может содержать трансформатор с возможностью переключения отводов нагрузки, который регулирует заданное значение напряжения на основании коэффициента переключения отводов нагрузки; или регулятор напряжения, который регулирует заданное значение напряжения на основании параметра доставки энергии. Подстанция может содержать распределительную шину, которая подает электрическую мощность к множеству местоположений потребителей, причем составляющая напряжения подаваемой электрической мощности измеряется на распределительной шине.
Регулятор напряжения может быть сконфигурирован с возможностью увеличивать заданное значение напряжения, когда либо составляющая напряжения подаваемой электрической мощности, либо усредненная составляющая напряжения на потребителе оказывается ниже целевого диапазона напряжений. Регулятор напряжения может быть сконфигурирован с возможностью регулировать заданное значение напряжения с максимальной скоростью одной ступени переключения отводов нагрузки. Регулятор напряжения может быть сконфигурирован с возможностью сравнивать измеренную составляющую электрической мощности, принятой интеллектуальным измерительным устройством, с целевым диапазоном составляющей и регулировать заданное значение напряжения на основании результата сравнения. Регулятор напряжения может быть сконфигурирован с возможностью регулировать заданное значение напряжения на основании усредненной составляющей напряжения на потребителе. Целевой диапазон составляющей может включать в себя целевой диапазон напряжений, и регулятор напряжения может быть сконфигурирован с возможностью поддерживать измеренную составляющую электрической мощности, принятой интеллектуальным измерительным устройством, в целевом диапазоне напряжений на основании результата сравнения.
Согласно еще одному аспекту изобретения, предусмотрен способ управления электрической мощностью, подаваемой к множеству местоположений потребителей. Способ содержит этапы, на которых: принимают данные интеллектуального измерительного устройства от первого из множества местоположений потребителей; и регулируют заданное значение напряжения на подстанции на основании данных интеллектуального измерительного устройства, причем данные интеллектуального измерительного устройства самостоятельно генерируются на первом из множества местоположений потребителей, когда определено, что измеренная составляющая электрической мощности, подаваемая на первый из множества местоположений потребителей, выходит за пределы целевого диапазона составляющей.
Способ может дополнительно содержать этап, на котором поддерживают усредненную составляющую напряжения на потребителе в целевом диапазоне напряжений. Способ может дополнительно содержать этап, на котором измеряют составляющую напряжения подаваемой электрической мощности на распределительной шине. Способ может дополнительно содержать этап, на котором увеличивают заданное значение напряжения, когда либо составляющая напряжения подаваемой электрической мощности, либо усредненная составляющая напряжения на потребителе оказывается ниже целевого диапазона составляющей. Способ может дополнительно содержать этапы, на которых: выбирают интеллектуальное измерительное устройство для мониторинга; и создают соединение с интеллектуальным измерительным устройством после приема данных интеллектуального измерительного устройства, самостоятельно переданных интеллектуальным измерительным устройством, работающим в режиме отчета путем исключения. Способ может дополнительно содержать этап, на котором отменяют выбор другого интеллектуального измерительного устройства из группы интеллектуальных измерительных устройств, ранее выбранного для мониторинга. Способ может дополнительно содержать этап, на котором разрывают соединение с другим интеллектуальным измерительным устройством. Способ может дополнительно содержать этапы, на которых: сохраняют исторические данные составляющей, которые включают в себя, по меньшей мере, одни из данных составляющей совокупной энергии на уровне подстанции, данных составляющей напряжения на уровне подстанции и метеорологических данных; определяют потребление энергии на каждом из множества местоположений потребителей; сравнивают исторические данные составляющей с определенным потреблением энергии; и определяют энергосбережение, относящееся к системе, на основании результатов сравнения исторических данных составляющей с определенным потреблением энергии. Целевой диапазон составляющей может включать в себя целевой диапазон напряжений. Способ может дополнительно содержать этапы, на которых: определяют целевой диапазон напряжений; и сравнивают усредненную составляющую напряжения на потребителе с целевым диапазоном напряжений.
Заданное значение напряжения можно регулировать на основании результата сравнения усредненной составляющей напряжения на потребителе с целевым диапазоном напряжений. Самостоятельно сгенерированные данные интеллектуального измерительного устройства, принятые от интеллектуального измерительного устройства, могут представлять нижний уровень ограничения напряжения в системе.
Согласно еще одному дополнительному аспекту изобретения, предусмотрен компьютерно-считываемый носитель, который включает в себя компьютерную программу управления электрической мощностью, подаваемой к множеству местоположений потребителей и является ее материальным воплощением. Компьютерная программа содержит совокупность секций кода, включающих в себя: секцию кода приема данных интеллектуального измерительного устройства, который, при выполнении на компьютере, предписывает принимать данные интеллектуального измерительного устройства от первого из множества местоположений потребителей; и секцию кода регулирования заданного значения напряжения, который, при выполнении на компьютере, предписывает регулировать заданное значение напряжения на подстанции на основании данных интеллектуального измерительного устройства, причем данные интеллектуального измерительного устройства самостоятельно генерируются на первом из множества местоположений потребителей, когда определено, что измеренная составляющая электрической мощности, подаваемая на первый из множества местоположений потребителей, выходит за пределы целевого диапазона составляющей.
Компьютерная программа может содержать секцию кода поддержания усредненной составляющей напряжения на потребителе, который, при выполнении на компьютере, предписывает поддерживать усредненную составляющую напряжения на потребителе в целевом диапазоне напряжений. Компьютерная программа может содержать секцию кода измерения составляющей напряжения, который, при выполнении на компьютере, предписывает измерять составляющую напряжения подаваемой электрической мощности на распределительной шине. Компьютерная программа может включать в себя секцию кода увеличения заданного значения напряжения, который, при выполнении на компьютере, предписывает увеличивать заданное значение напряжения, когда либо составляющая напряжения подаваемой электрической мощности, либо усредненная составляющая напряжения на потребителе оказывается ниже целевого диапазона составляющей. Компьютерная программа может содержать секцию кода выбора интеллектуального измерительного устройства, который, при выполнении на компьютере, предписывает выбирать интеллектуальное измерительное устройство для мониторинга; и секцию кода создания соединения, который, при выполнении на компьютере, предписывает создавать соединение с интеллектуальным измерительным устройством после приема данных интеллектуального измерительного устройства, самостоятельно переданных интеллектуальным измерительным устройством, работающим в режиме отчета путем исключения. Компьютерная программа может содержать секцию кода отмены выбора интеллектуального измерительного устройства, который, при выполнении на компьютере, предписывает отменять выбор другого интеллектуального измерительного устройства, ранее выбранного для мониторинга, из группы интеллектуальных измерительных устройств. Компьютерная программа может содержать секцию кода разрыва соединения, который, при выполнении на компьютере, предписывает разрывать соединение с другим интеллектуальным измерительным устройством.
Компьютерная программа может содержать секцию кода сохранения, который, при выполнении на компьютере, предписывает сохранять исторические данные составляющей, которые включают в себя, по меньшей мере, одни из данных составляющей совокупной энергии на уровне подстанции, данных составляющей напряжения на уровне подстанции и метеорологических данных; секцию кода определения потребления энергии, который, при выполнении на компьютере, предписывает определять потребление энергии на каждом из множества местоположений потребителей; секцию кода сравнения, который, при выполнении на компьютере, предписывает сравнивать исторические данные составляющей с определенным потреблением энергии; и секцию кода определения энергосбережения, который, при выполнении на компьютере, предписывает определять энергосбережение, относящееся к системе, на основании результатов сравнения исторических данных составляющей с определенным потреблением энергии. Целевой диапазон составляющей может включать в себя целевой диапазон напряжений. Компьютерная программа может содержать секцию кода определения целевого диапазона напряжений, который, при выполнении на компьютере, предписывает определять целевой диапазон напряжений; и секцию кода сравнения, который, при выполнении на компьютере, предписывает сравнивать усредненную составляющую напряжения на потребителе с целевым диапазоном напряжений. Заданное значение напряжения можно регулировать на основании результата сравнения усредненной составляющей напряжения на потребителе с целевым диапазоном напряжений. Самостоятельно сгенерированные данные интеллектуального измерительного устройства, принятые от интеллектуального измерительного устройства, могут представлять нижний уровень ограничения напряжения в системе.
Дополнительные признаки, преимущества и варианты осуществления изобретения могут быть представлены в подробном описании и чертежах или явствовать из их рассмотрения. Кроме того, следует понимать, что вышеприведенная сущность изобретения и нижеследующее подробное описание являются иллюстративными и предназначены для дополнительного объяснения, но не ограничения объема заявленного изобретения.
Краткое описание чертежей
В дальнейшем изобретение поясняется описанием предпочтительных вариантов воплощения со ссылками на сопроводительные чертежи, на которых:
фиг. 1 изображает пример системы генерации и распределения электроэнергии, согласно принципам изобретения;
фиг. 2 изображает пример системы управления и сохранения напряжения (VCC), согласно принципам изобретения;
фиг. 3 изображает пример экрана управления, который может отображаться на компьютере регионального операционного центра (ROC), согласно принципам изобретения;
фиг. 4 изображает пример процесса управления и сохранения напряжения (VCC) согласно принципам изобретения;
фиг. 5A изображает пример процесса мониторинга составляющей напряжения и электрической энергии, принятых и измеренных на выбранных интеллектуальных измерительных устройствах, согласно принципам изобретения;
фиг. 5B изображает пример процесса выбора интеллектуального измерительного устройства, действующего в режиме отчета путем исключения, и отмены выбора ранее выбранного интеллектуального измерительного устройства, согласно принципам изобретения;
фиг. 6 изображает пример диаграммы напряжения электрической мощности, подаваемой потребителям в зависимости от времени суток, согласно принципам изобретения;
фиг. 7 изображает пример диаграммы напряжений на подстанции для электрической мощности, вырабатываемой, например, трансформатором LTC на подстанции, которые могут быть связаны, например, с информацией, отображаемой на экране управления, показанном на фиг. 3;
фиг. 8 изображает пример данных, ежечасно собираемых (включающих в себя измерение напряжения и энергии) DMS в примере, показанном на фиг. 7, до применения управления напряжением согласно принципам изобретения;
фиг. 9 изображает пример данных, ежечасно собираемых (включающих в себя измерение напряжения и энергии) DMS в примере, показанном на фиг. 7, после применения управления напряжением согласно принципам изобретения;
фиг. 10 изображает пример данных вычисления для часов 1-5 и среднего для полных двадцати четырех часов в примере, показанном на фиг. 7-9;
фиг. 11 изображает пример сбора данных для метеорологических переменных для дней до и после управления и/или сохранения напряжения, согласно принципам изобретения;
фиг. 12 изображает пример применения процесса анализа парных тестов, согласно принципам изобретения;
фиг. 13 изображает пример диаграммы разброса суточного потребления энергии в расчете на одного потребителя при включенном VCC по отношению к суточному потреблению энергии в расчете на одного потребителя при выключенном VCC;
фиг. 14 изображает пример сводной таблицы для данных, показанных на фиг. 13, согласно принципам изобретения;
фиг. 15 изображает альтернативный пример диаграммы разброса исторических данных до реализации системы VCC, согласно принципам изобретения;
фиг. 16 изображает альтернативный пример диаграммы разброса исторических данных после реализации системы VCC, согласно принципам изобретения; и
фиг. 17 изображает альтернативный пример сводной таблицы, включающий в себя интервалы 98%-й достоверности, согласно принципам изобретения.
Настоящее изобретение описано далее в нижеследующем подробном описании.
Описание предпочтительных вариантов воплощения изобретения
Изобретение и его различные признаки и преимущественные детали более подробно объясняются со ссылкой на неограничительные варианты осуществления и примеры, которые описаны и/или проиллюстрированы на прилагаемых чертежах и детализированы в нижеследующем описании. Заметим, что признаки, проиллюстрированные на чертежах, не обязательно изображены в масштабе, и признаки одного варианта осуществления можно реализовать в других вариантах осуществления, которые может предложить специалист в данной области техники, в явном виде здесь не обозначенные. Описания общеизвестных компонентов и методов обработки могут быть опущены, чтобы не загромождать варианты осуществления изобретения несущественными деталями. Используемые здесь примеры призваны лишь облегчать понимание путей практического применения изобретения, а также помогать специалистам в данной области техники применять на практике варианты осуществления изобретения. Соответственно, примеры и варианты осуществления не следует рассматривать здесь в порядке ограничения объема изобретения. Кроме того, заметим, что аналогичные условные обозначения представляют аналогичные части на нескольких чертежах.
Термин "компьютер", употребляемый в этом описании изобретения, означает любую машину, устройство, схему, компонент или модуль или любую систему машин, устройств, схем, компонентов, модулей, и пр., которые способны манипулировать данными согласно одной или нескольким инструкциям, например, без ограничения, процессор, микропроцессор, центральный процессор, компьютер общего назначения, суперкомпьютер, персональный компьютер, портативный компьютер, карманный компьютер, компьютер-ноутбук, настольный компьютер, рабочую станцию, сервер и пр., или совокупность процессоров, микропроцессоров, центральных процессоров, компьютеров общего назначения, суперкомпьютеров, персональных компьютеров, компьютеров- портативных компьютеров, карманных компьютеров, компьютеров-ноутбуков, настольных компьютеров, рабочих станций, серверов и пр.
Термин "сервер", употребляемый в этом описании изобретения, означает любую комбинацию программного и/или аппаратного обеспечения, включающую в себя, по меньшей мере, одно приложение и/или, по меньшей мере, один компьютер для предоставления услуг подключенным клиентам в рамках архитектуры клиент-сервер. По меньшей мере, одно серверное приложение может включать в себя, но без ограничения, например, прикладную программу, которая может принимать от клиентов запросы на подключение к услуге, отправляя клиентам ответы. Сервер может быть сконфигурирован с возможностью выполнять, по меньшей мере, одно приложение, часто с большой рабочей нагрузкой, без обслуживания, в течение длительных периодов времени с минимальным участием человека. Сервер может включать в себя совокупность компьютеров, что позволяет делить между компьютерами, по меньшей мере, одно приложение в зависимости от рабочей нагрузки. Например, при небольшой нагрузке, по меньшей мере, одно приложение может выполняться на одном компьютере. Однако при большой нагрузке, для выполнения, по меньшей мере, одного приложения, может потребоваться несколько компьютеров. Сервер, или любой из его компьютеров, дополнительно можно использовать в качестве рабочей станции.
Термин "база данных", употребляемый в этом описании изобретения, означает любую комбинацию программного и/или аппаратного обеспечения, включающую в себя, по меньшей мере, одно приложение и/или, по меньшей мере, один компьютер. База данных может включать в себя структурированное собрание записей или данных, организованных согласно модели базы данных, например, но без ограничения, по меньшей мере, одной из реляционной модели, иерархической модели, сетевой модели и пр. База данных может включать в себя системное приложение управления базой данных (DBMS), известное в технике. По меньшей мере, одно приложение может включать в себя, но без ограничения, например, прикладную программу, которая может принимать от клиентов запросы на подключение к услуге, отправляя клиентам ответы. База данных может быть сконфигурирована с возможностью выполнять, по меньшей мере, одно приложение, часто с большой рабочей нагрузкой, без обслуживания, в течение длительных периодов времени с минимальным участием человека.
Термин "линия связи", употребляемый в этом описании изобретения, означает проводную и/или беспроводную среду, которая передает данные или информацию между, по меньшей мере, двумя пунктами. Проводная или беспроводная среда может включать в себя, например, линию связи на основе металлических проводников, радиочастотную (РЧ) линию связи, инфракрасную (ИК) линию связи, оптическую линию связи и пр., без ограничения. РЧ линия связи может включать в себя, например, WiFi, WiMAX, IEEE 802.11, стандарты сотовой связи DECT, 0G, 1G, 2G, 3G или 4G, Bluetooth и т.п.
Термины "включающий в себя", "содержащий" и их вариации, употребляемые в этом описании изобретения, означают "включающий в себя, но без ограничения", если явно не указано обратное.
Употребление терминов в этом описании изобретения в единственном числе, означает "один или несколько", если явно не указано обратное.
Устройства, осуществляющие связь друг с другом, не обязаны непрерывно осуществлять связь друг с другом, если явно не указано обратное. Кроме того, устройства, осуществляющие связь друг с другом, могут осуществлять связь напрямую или через одного или нескольких промежуточных устройств.
Хотя этапы процесса, этапы способа, алгоритмы и пр. могут быть описаны последовательно, такие процессы, способы и алгоритмы могут выполняться с возможностью работать в других порядках. Иными словами, любая последовательность или любой порядок этапов, которые могут быть описаны, не обязательно указывают требование, чтобы этапы осуществлялись в этом порядке. Этапы процессов, способов или алгоритмов, описанные здесь, можно осуществлять в любом конкретном порядке. Кроме того, некоторые этапы можно осуществлять одновременно.
Когда здесь описано единичное устройство или изделие, очевидно, что вместо единичного устройства или изделия можно использовать более одного устройства или изделия. Аналогично, когда здесь описано более одного устройства или изделия, очевидно, что вместо более одного устройства или изделия можно использовать единичное устройство или изделие. Функциональные возможности или признаки устройства могут альтернативно воплощаться одним или несколькими другими устройствами, которые в явном виде не описаны как имеющие такие функциональные возможности или признаки.
Термин "компьютерно-читаемый носитель", употребляемый в этом описании изобретения, означает любой носитель, участвующий в обеспечении данных (например, инструкций), которые могут считываться компьютером. Такой носитель может принимать различные формы, включающие в себя энергонезависимые носители, энергозависимые носители и среды передачи. Энергонезависимые носители могут включать в себя, например, оптические или магнитные диски и другие устройства постоянной памяти. Энергозависимые носители могут включать в себя динамическую оперативную память (ДОЗУ). Среды передачи могут включать в себя коаксиальные кабели, медный провод и оптическое волокно, в том числе провода, которые содержат системную шину, подключенную к процессору. Среды передачи могут включать в себя или переносить акустические волны, световые волны и электромагнитное излучение, например, генерируемое при радиочастотной (РЧ) и инфракрасной (ИК) передаче данных. Общие формы компьютерно-читаемых носителей включают в себя, например, дискету, гибкий диск, жесткий диск, магнитную ленту, любой другой магнитный носитель, CD-ROM, DVD, любой другой оптический носитель, перфокарты, бумажную ленту, любой другой физический носитель с шаблонами отверстий, ОЗУ, ППЗУ, ЭППЗУ, Флэш-ЭСППЗУ, любой другой чип или картридж памяти, несущую волну, описанную ниже, или любой другой носитель, с которого компьютер может считывать информацию.
Различные формы компьютерно-читаемых носителей можно использовать при передаче последовательностей инструкций на компьютер. Например, последовательности инструкций (i) могут поступать из ОЗУ на процессор, (ii) могут переноситься по беспроводной среде передачи, и/или (iii) могут форматироваться согласно многочисленным форматам, стандартам или протоколам, включающим в себя, например, WiFi, WiMAX, IEEE 802.11, стандарты сотовой связи DECT, 0G, 1G, 2G, 3G или 4G, Bluetooth и пр.
ED
ED
Согласно одному неограничительному примеру изобретения, предусмотрена система 200 управления и сохранения напряжения (VCC) (показанная на фиг. 2), которая включает в себя три подсистемы, включающие в себя систему 300 доставки энергии (ED), систему 400 управления энергией (EC) и систему 500 регулирования энергии (ER). Система 200 VCC сконфигурирована с возможностью отслеживать потребление энергии в системе 300 ED и определять один или несколько параметров доставки энергии C в системе 400 EC (или на регуляторе напряжения). Затем система 400 EC может передавать один или несколько параметров доставки энергии C в систему 500 ER для регулирования энергии, доставляемой к множеству местоположений потребителей, для максимального энергосбережения.
Система 200 VCC может быть включена, например, в существующий план сокращения нагрузки системы электроснабжения. Система электроснабжения может включать в себя план аварийного снижения напряжения, который может вступать в действие при наступлении одного или нескольких заранее определенных событий. Заранее определенные события могут включать в себя, например, аварию, короткое замыкание, перегрев проводников электрического тока, когда выходная электрическая мощность трансформатора превышает, например, 80% его номинальной мощности, и пр. Система 200 VCC сконфигурирована с возможностью приступать к плану сокращения нагрузки при наступлении одного или нескольких заранее определенных событий, что позволяет выполнять план сокращения нагрузки для снижения напряжения электрической мощности, подаваемой к множеству местоположений потребителей.
На фиг. 1 показан пример системы 100 генерации и распределения электроэнергии, согласно принципам изобретения. Система 100 генерации и распределения электроэнергии включает в себя станцию 110 генерации электрической мощности, генерирующий повышающий трансформатор 120, подстанцию 130, множество понижающих трансформаторов 140, 165, 167 и потребители 150, 160. Станция 110 генерации электрической мощности генерирует электрическую мощность, подаваемую на повышающий трансформатор 120. Повышающий трансформатор повышает напряжение электрической мощности и подает электрическую мощность повышенного напряжения в среду 125 передачи электрической энергии.
In
In
In
Supply
Supply
In
In
Supply
Supply
t
t.
t
t
t
t
t
t
t
Согласно фиг. 1, среда передачи электрической энергии может включать в себя проволочные проводники, которые могут располагаться над землей, например крепиться на опорах 127, и/или под землей, например, в виде экранированных проводников (не показаны). Повышающий трансформатор 120 подает электрическую мощность на подстанцию 130 в виде электрической мощности E(), где электрическая мощность E в мегаваттах (МВт) может изменяться как функция времени Подстанция 130 преобразует принятую электрическую мощность E() в E() и подает преобразованную электрическую мощность E() к потребителям 150, 160. Подстанция 130 может регулируемо преобразовывать составляющую напряжения V() принятой электрической мощности E(), например, понижая напряжение до подачи электрической мощности E() потребителям 150, 160. Электрическая мощность E(), подаваемая подстанцией 130, может приниматься понижающими трансформаторами 140, 165, 167 и доставляться потребителям 150, 160 через среду передачи 142, 162, например, но без ограничения, подземные проводники электрического тока (и/или надземные проводники электрического тока).
Каждый из потребителей 150, 160 может включать в себя развитую измерительную инфраструктуру (AMI) 155, 169. AMI 155, 169 может быть подключена к региональному операционному центру (ROC) 180. ROC 180 может быть подключен к AMI 155, 169, посредством множества линий связи 175, 184, 188, сети 170 и/или системы беспроводной связи 190. Система беспроводной связи 190 может включать в себя, но без ограничения, например, РЧ приемопередатчик, спутниковый приемопередатчик и пр.
Сеть 170 может включать в себя, например, по меньшей мере, одно из Интернета, локальной сети (LAN), региональной сети (WAN), городской сети (MAN), персональной сети (PAN), университетской сети, корпоративной сети, глобальной сети (GAN), широкополосной сети (BAN), и пр., любая из которых может быть сконфигурирована с возможностью осуществлять передачу данных через беспроводную и/или проводную среду связи. Сеть 170 может включать в себя такую сетевую топологию, как, например, кольцо, сетка, линия, дерево, звезда, шина, полное соединение и пр.
AMI 155, 169 может включать в себя, по отдельности или в произвольной комбинации: интеллектуальное измерительное устройство; сетевой интерфейс (например, интерфейс WAN и пр.); программно-аппаратное обеспечение; программное обеспечение; оборудование; и т.п. Интеллектуальное измерительное устройство может быть сконфигурировано с возможностью определять, по отдельности или в произвольной комбинации: доставленную энергию (в кВт-ч); потребленную энергию; доставленную энергию плюс потребленную энергию; доставленную энергию минус потребленную энергию; данные интервала; данные потребности; и т.п. Если интеллектуальное измерительное устройство является трехфазным измерительным устройством, то низкое фазное напряжение можно использовать при вычислении среднего. Если измерительное устройство является однофазным измерительным устройством, то усредняться будет единственная составляющая напряжения.
AMI 155, 169 может дополнительно включать в себя один или несколько коллекторов (показанные на фиг. 2), сконфигурированных с возможностью собирать данные интеллектуального измерительного устройства от одного или нескольких интеллектуальных измерительных устройств, предназначенных, например, для измерения и сообщения о доставке и потреблении электрической мощности на одном или нескольких потребителях 150, 160. Альтернативно (или дополнительно), один или несколько коллекторов могут располагаться вне потребителей 150, 160, например в трансформаторной будке, где находятся понижающие трансформаторы 140, 165, 167. Каждый из коллекторов может быть сконфигурирован с возможностью осуществлять связь с ROC 180.
Система 200 VCC
ED
ED
Supply
ED
t
На фиг. 2 показан пример системы 200 VCC, согласно принципам изобретения. Система 200 VCC включает в себя систему 300 ED, систему 400 EC и систему 500 ER, каждая из которых изображена пунктирным эллипсом. Система 200 VCC сконфигурирована с возможностью отслеживать потребление энергии в системе 300 ED. Система 300 ED отслеживает потребление энергии на одном или нескольких потребителях 150, 160 (показанных на фиг. 1) и передает информацию потребления энергии системе 400 EC. Система 400 EC обрабатывает информацию потребления энергии и генерирует один или несколько параметров доставки энергии C, которые она передает системе 500 ER. Система 500 ER принимает один или несколько параметров доставки энергии C и регулирует электрическую мощность E(), подаваемую потребителям 150, 160, на основании принятых параметров доставки энергии C.
SP
Supply
Supply
SP
Delivered
Delivered
Delivered
t
t
t
t
t
Система 200 VCC минимизирует потери мощности системы, снижает энергопотребление потребителя и обеспечивает точную регулировку напряжения на потребителе. Система 200 VCC может включать в себя приложение управления процессом по замкнутому контуру, которое использует данные напряжения на потребителе, обеспеченные системой 300 ED, для управления, например, заданным значением напряжения V в распределительной схеме (не показана) в системе 500 ER. Таким образом, система 200 VCC может регулировать напряжения V() электрической мощности E(), подаваемой потребителям 150, 160 путем управления заданным значением напряжения V распределительной схемы в системе 500 ER, которая может включать в себя, например, один или несколько трансформаторов с возможностью переключения отводов нагрузки (LTC), один или несколько регуляторов напряжения или другое оборудование управления напряжением для поддержания более узкого рабочего диапазона напряжений V() электрической мощности E(), доставляемой потребителям 150, 160, для снижения потерь мощности и облегчения эффективного использования электрической мощности E() на потребителях 150 или 160.
Supply
Supply
Meter
SP
Meter
Band-n
t
t
t
t
Система 200 VCC управляет или регулирует напряжение V() электрической мощностиE(), подаваемой системой 500 EC, на основании данных интеллектуального измерительного устройства, которые включают в себя данные измеренного напряжения V() от потребителей 150, 160 в системе 300 ED. Система 200 VCC может регулировать заданное значение напряжения V на подстанции или уровень линейного регулятора в системе 500 ER, например регулируя трансформатор LTC (не показан), регуляторы схемы (не показаны), и пр., поддерживать напряжения на потребителях V() в целевом диапазоне напряжений V, который может включать в себя безопасный номинальный рабочий диапазон.
Delivered
Band-n
Band-n
Band-n
t
Система 200 VCC сконфигурирована с возможностью поддерживать электрическую мощность E(), доставляемую потребителям 150, 160, в одном или нескольких диапазонах напряжений V. Например, энергия может поступать в двух или более диапазонах напряжений V, по существу, одновременно, где два или более диапазона напряжений могут быть, по существу, одинаковыми или различными. Значение V можно определять согласно нижеследующему выражению [1]:
Band-n
Band
SP
n
где V - диапазон напряжений, - положительное целое число, большее нуля, соответствующее количеству диапазонов напряжений V, которыми можно манипулировать, по существу, одновременно, V - заданное значение напряжения и ΔV - диапазон отклонения напряжения.
Delivered
Band-1
SP
Delivered
Band-2
SP
t
t
Например, система 200 VCC может поддерживать электрическую мощность E(), доставляемую потребителям 150, 160, в диапазоне V, например, от 111 В до 129 В для применения в сельской местности, где V задано равным 120 В, и ΔV задано равным отклонению в семь с половиной процентов (+/- 7.5%). Аналогично, система 200 VCC может поддерживать электрическую мощность E(), доставляемую потребителям 150, 160, в диапазоне V например, от 114 В до 126 В для городского применения, где V задано равным 120 В, и ΔV задано равным отклонению в пять процентов (+/-5%).
Delivered
Band-n
SP
SP
t
Система 200 VCC может поддерживать электрическую мощность E(), доставляемую потребителям 150, 160, в любом диапазоне напряжений V, пригодном для потребителей 150, 160, путем определения надлежащих значений для V и ΔV. В этой связи, система 400 EC может определять значения V и ΔV на основании информации потребления энергии для потребителей 150, 160, полученной от системы 300 ED.
SP
ED
Band-n
Delivered
Delivered
Band-n
ED
t
t
Система 400 EC может передавать значения V и ΔV системе 500 ER в качестве параметров доставки энергии C, которые дополнительно могут включать в себя значение V. Затем система 500 ER может регулировать и поддерживать напряжение V() электрической мощности E(), доставляемой потребителям 150, 160, в диапазоне напряжений V. Параметры доставки энергии C могут дополнительно включать в себя, например, команды управления переключателем отводов нагрузки (LTC).
SP
Band-n
SP
Band-n
Delivered
Delivered
Band-n
Delivered
t
t
t
Система 200 VCC дополнительно может измерять и контролировать энергосбережение, сравнивая потребление энергии потребителями 150, 160 до изменения заданного значения напряжения V (или диапазона напряжений V) с потреблением энергии потребителями 150, 160 после изменения заданного значения напряжения V (или диапазона напряженийV), согласно принципам изобретения. Эти измерения и контроль можно использовать для определения общего эффекта энергосбережения, например, путем снижения напряжения V() электрической мощности E(), доставляемой потребителям 150, 160, и для определения оптимальных диапазонов напряжений доставки V для энергии E(), доставляемой потребителям 150, 160.
Система 500 ER
Система 500 ER может осуществлять связь с системой 300 ED и/или системой 400 EC посредством сети 170. Система 500 ER подключена к сети 170 и системе 400 EC посредством линии 510 и 430 связи, соответственно. Система 500 EC дополнительно подключена к системе 300 ED посредством линий 340 электропередачи, которые могут включать в себя линии связи.
In
In
In
In
In
In
In
Supply
Supply
t
t
t
t
t
t
t
t
t
Система 500 ER включает в себя подстанцию 530, которая принимает электрическую мощность E(), подаваемую, например, станцией 110 генерации электрической мощности (показанной на фиг. 1), по линии 520. Электрическая мощность E() включает в себя составляющую напряжения V() и составляющую тока I(). Подстанция 530 регулируемо преобразует принятую электрическую мощность E(), например, для уменьшения (или понижения) составляющей напряжения V() электрической мощности E() до значения напряжения V() электрической мощности E(), подаваемой на множество интеллектуальных измерительных устройств 330 по линиям 340 электропередачи.
Delivered
t
Подстанция 530 может включать в себя трансформатор (не показан), например трансформатор с возможностью переключения отводов нагрузки (LTC). В этой связи, подстанция 530 может дополнительно включать в себя механизм автоматического переключения отводов (не показан), который сконфигурирован с возможностью автоматически переключать отводы на трансформаторе LTC. Механизм переключения отводов может переключать отводы на трансформаторе LTC либо под нагрузкой (переключатель отводов под нагрузкой или OLTC), либо без нагрузки, либо оба. Механизм переключения отводов может представлять собой двигатель, работающий под управлением компьютера. Подстанция 530 дополнительно может включать в себя промежуточный вольтодобавочный трансформатор для регулирования и максимизации коэффициента мощности электрической мощности E(), подаваемой потребителям по линиям 340 электропередачи.
Supply
Supply
t
t
Дополнительно (или альтернативно), подстанция 530 может включать в себя один или несколько регуляторов напряжения или другое оборудование управления напряжением, известное специалистам в данной области техники, которым можно управлять для поддержания выходной составляющей напряжения V() электрической мощности E() на заранее определенном значении напряжения или в заранее определенном диапазоне значений напряжения.
ED
ED
In
In
Supply
Supply
Supply
t
t
t
t
t
Подстанция 530 принимает параметры доставки энергии C от системы 400 EC по линии 430 связи. Параметры доставки энергии C могут включать в себя, например, коэффициенты отводов нагрузки, когда трансформатор LTC используется для понижения входной составляющей напряжения V() электрической мощности E() до составляющей напряженияV() электрической мощности E(), подаваемой в систему 300 ED. В этой связи, система 500 ER может использовать коэффициенты отводов нагрузки для поддержания составляющей напряжения V() на низковольтной обмотке трансформатора LTC на заранее определенном значении напряжения или в заранее определенном диапазоне значений напряжения.
Supply
t
Трансформатор LTC может включать в себя, например, семнадцать или более ступеней (тридцать пять или более доступных позиций), каждую из которых можно выбирать на основании принятых коэффициентов отводов нагрузки. Каждая смена ступени может регулировать составляющую напряжения V() на низковольтной обмотке трансформатора LTC, например, менее чем около пяти тысячных (0,5%) или менее.
t
Supply
Альтернативно, трансформатор LTC может включать в себя менее семнадцати ступеней. Аналогично, каждая смена ступени трансформатора LTC может регулировать составляющую напряженияV() на низковольтной обмотке трансформатора LTC, например, более чем около пяти тысячных (0,5%).
Supply
Supply
Supply
Supply
Supply
Supply
t
t
t
t
t
t
t
Составляющую напряжения V() можно измерять и отслеживать на низковольтной обмотке трансформатора LTC, например, путем выборочного или непрерывного измерения составляющей напряжения V() электрической мощности пониженного напряжения E() и сохранения значений измеренной составляющей напряжения V() как функции времени в хранилище (не показано), например, на компьютерно-читаемом носителе. Составляющую напряжения V() можно отслеживать, например, на распределительной шине подстанции и пр. Кроме того, составляющую напряжения V() можно измерять в любой точке где можно производить измерения для систем передачи или распределения в системе 500 ER.
In
In
Supply
Supply
In
In
In
In
In
In
Supply
Supply
Supply
Supply
t
t
t
t
t
t
t
t
t
t
t
t
t
t
Аналогично, можно измерять и отслеживать составляющую напряжения V() электрической мощности E(), поступающую на высоковольтную обмотку трансформатора LTC. Кроме того, можно измерять и отслеживать составляющую тока I()электрической мощности пониженного напряжения E() и составляющую тока I() электрической мощности E(). В этой связи, можно определять и отслеживать разность фаз φ() между составляющими напряжения V() и тока I() электрической мощности E(). Аналогично, можно определять и отслеживать разность фаз φ()между составляющими напряженияV() и токаI() подаваемой электрической энергии E().
Supply
In
In
Supply
In
Supply
t
t
t
t
t
t
t
Система 500 ER может предоставлять информацию состояния подачи электрической энергии системе 400 EC по линиям 430 или 510 связи. Информация состояния подачи электрической энергии может включать в себя отслеживаемую составляющую напряжения V(). Информация состояния подачи электрической энергии может дополнительно включать в себя составляющую напряжения V(), составляющие тока I(), I() и/или значения разности фаз φ(), φ() как функцию времени . Информация состояния подачи электрической энергии дополнительно может включать в себя, например, номинальную нагрузку трансформатора LTC.
Информация состояния подачи электрической энергии может поступать в систему 400 EC с периодическими интервалами времени, например каждую секунду, 5 с, 10 с, 30 с, 60 с, 120 с, 600 с, или любое другое значение в рамках сущности и объема изобретения, определенное специалистом в данной области техники. Периодические интервалы времени могут устанавливаться системой 400 EC или системой 500 ER. Альтернативно, информация состояния подачи электрической энергии может поступать в систему 400 EC или систему 500 ER периодически.
Supply
SupplyThreshold
t
Дополнительно, информация состояния подачи электрической энергии может передаваться системе 400 EC в ответ на запрос от системы 400 EC или при регистрации заранее определенного события. Заранее определенное событие может включать в себя, например, изменение составляющей напряжения V() на величину, большую (или меньшую) заданного порогового значения V (например, 130 В) в течение заранее определенного интервала времени, превышение температуры одного или нескольких компонентов системы 500 ER заданного температурного порога и пр.
Система 300 ED
Система 300 ED включает в себя множество интеллектуальных измерительных устройств 330. Система 300 ED может дополнительно включать в себя, по меньшей мере, один необязательный коллектор 350. Система 300 ED может быть подключена к сети 170 посредством линии 310 связи. Коллектор 350 может быть подключен к множеству интеллектуальных измерительных устройств 330 посредством линии 320 связи. Интеллектуальные измерительные устройства 330 могут быть подключены к системе 500 ER посредством одной или нескольких линий 340 электропередачи, которые дополнительно могут включать в себя линии связи.
Meter
Meter
Meter
Meter
Meter
Meter
s
60 с
300 с
600 с
t
t
t
t
t
E
t
t
s
s
Каждое интеллектуальное измерительное устройство 330 сконфигурировано с возможностью измерять, сохранять и сообщать данные потребления энергии на соответствующих потребителях 150, 160 (показанных на фиг. 1). Каждое интеллектуальное измерительное устройство 330 дополнительно сконфигурировано с возможностью измерять и определять потребление энергии на потребителях 150, 160, включающее в себя составляющую напряжения V() и составляющую тока I() электрической мощности E(), используемой потребителями 150, 160, как функцию времени. Интеллектуальные измерительные устройства 330 могут измерять составляющую напряжения V() и составляющую тока I() электрической мощности()в отдельные моменты времени ,где  - период выборки, например,=5 с, 10 с, 30 с, 60 с, 300 с, 600 с или более. Например, интеллектуальные измерительные устройства 330 могут измерять потребление энергии, например, каждую минуту (t),пять минут(t),десять минут (t)или более, или с переменными интервалами времени, задаваемыми интеллектуальным измерительным устройством 330 (например, с использованием генератора случайных чисел).
Meter
Meter
Meter
Meter
Meter
t
t
t
t
t
Интеллектуальные измерительные устройства 330 могут усреднять значения измеренного напряжения V() и/или тока I() по заранее определенным интервалам времени (например, 5 мин, 10 мин, 30 мин или более). Интеллектуальные измерительные устройства 330 могут сохранять измеренное потребление электрической мощности E(), включающее в себя измеренную составляющую напряжения V() и/или составляющую тока I(), как данные интеллектуального измерительного устройства в локальном (или удаленном) хранилище (не показано), например на компьютерно-читаемом носителе.
Meter
Meter
Meter
t
t
E
t
Каждое интеллектуальное измерительное устройство 330 дополнительно способно работать в режиме «отчета путем исключения» для любого напряжения V(), тока I() или потребления энергии() за пределами целевого диапазона составляющей. Целевой диапазон составляющей может включать в себя целевой диапазон напряжений, целевой диапазон тока или целевой диапазон потребления энергии. В режиме «отчета путем исключения», интеллектуальное измерительное устройство 330 можетсамостоятельно устанавливать связь и передавать данные интеллектуального измерительного устройства в систему 400 EC. Режим «отчета путем исключения» можно использовать для перенастройки используемых интеллектуальных измерительных устройств 330 для представления, например, самых низких напряжений в схеме в соответствии с изменением условий в системе.
Данные интеллектуального измерительного устройства могут периодически поступать в коллектор 350 посредством линий 320 связи. Дополнительно, интеллектуальные измерительные устройства 330 могут обеспечивать данные интеллектуального измерительного устройства в ответ на сигнал запроса данных интеллектуального измерительного устройства, поступающий от коллектора 350 по линиям 320 связи.
Альтернативно (или дополнительно), данные интеллектуального измерительного устройства могут периодически поступать непосредственно в систему 400 EC (например, MAS 460) от множества местоположений интеллектуальных измерительных устройств, посредством, например, линий 320, 410 связи и сети 170. В этой связи, коллектор 350 можно опустить или исключить из системы 300 ED. Дополнительно, интеллектуальные измерительные устройства 330 могут предоставлять данные интеллектуального измерительного устройства непосредственно системе 400 EC в ответ на сигнал запроса данных интеллектуального измерительного устройства, поступающий от системы 400 EC. В отсутствие коллектора 350, система EC (например, MAS 460) может выполнять описанные здесь функции коллектора 350.
Сигнал запроса может включать в себя, например, сигнал опроса (или чтения) и сигнал идентификации интеллектуального измерительного устройства, который идентифицирует конкретное интеллектуальное измерительное устройство 330, от которого требуется получить данные интеллектуального измерительного устройства. Данные интеллектуального измерительного устройства могут включать в себя следующую информацию для каждого интеллектуального измерительного устройства 130, включающую в себя, например, данные о доставленной энергии (в кВт-ч), данные о потребленной энергии, данные о доставленной энергии плюс потребленной энергии, данные о доставленной энергии минус потребленной энергии, данные уровня напряжения, данные об уровне тока, фазовый угол между напряжением и током, данные о реактивной мощности, данные об интервале времени, данные о потребности и т.п.
Дополнительно, интеллектуальные измерительные устройства 330 могут передавать данные интеллектуального измерительного устройства на сервер системы автоматизации измерений MAS 460. Данные интеллектуального измерительного устройства можно передавать на MAS 460 периодически согласно заранее определенному графику или по запросу от MAS 460.
Meter
t
Коллектор 350 сконфигурирован с возможностью принимать данные интеллектуального измерительного устройства от каждого из множества интеллектуальных измерительных устройств 330 по линиям 320 связи. Коллектор 350 сохраняет принятые данные интеллектуального измерительного устройства в локальном хранилище (не показано), например на компьютерно-читаемом носителе. Коллектор 350 компилирует принятые данные интеллектуального измерительного устройства в данные коллектора. В этой связи, принятые данные интеллектуального измерительного устройства могут объединяться в данные коллектора на основании, например, географической зоны, в которой находятся интеллектуальные измерительные устройства 330, конкретного временного интервала (или диапазона), в течение которого собраны данные интеллектуального измерительного устройства, подмножества интеллектуальных измерительных устройств 330, идентифицированных в сигнале управления коллектором, и т.п. При компиляции принятых данных интеллектуального измерительного устройства, коллектор 350 может усреднять значения составляющей напряжения V(), принятые в данных интеллектуального измерительного устройства ото всех (или подмножества всех) интеллектуальных измерительных устройств 330.
Supply
t
Система 400 EC способна выбирать или изменять подмножество всех интеллектуальных измерительных устройств 330 для мониторинга в течение заранее определенных интервалов времени, которые могут включать в себя, например, 15-минутные интервалы. Заметим, что заранее определенные интервалы времени могут быть короче или длиннее 15 минут. Система 400 EC может выбирать или изменять подмножество всех интеллектуальных измерительных устройств 330 по мере необходимости для обеспечения управления минимальным уровнем напряжения V(), подаваемого на интеллектуальные измерительные устройства 330.
Meter
t
Коллектор 350 дополнительно может усреднять значения электрической мощности E(), принимаемые в данных интеллектуального измерительного устройства ото всех (или подмножества всех) интеллектуальных измерительных устройств 330. Коллектор 350 может передавать скомпилированные данные коллектора системе 400 EC посредством линии 310 связи и сети 170. Например, коллектор 350 может посылать скомпилированные данные коллектора на MAS 460 (или ROC 490) в системе 400 EC.
Meter
Meter
Meter
Meter
Meter
Meter
Meter
Meter
t
t
t
t
t
t
t
t
Коллектор 350 сконфигурирован с возможностью принимать сигналы управления коллектором по сети 170 и линии 310 связи от системы 400 EC. На основании принятых сигналов управления коллектором, коллектор 350 дополнительно сконфигурирован с возможностью выбирать конкретные из множества интеллектуальных измерительных устройств 330 и опрашивать измерительные устройства на предмет данных интеллектуального измерительного устройства, посылая сигнал запроса данных интеллектуального измерительного устройства на выбранные интеллектуальные измерительные устройства 330. Затем коллектор 350 может собирать данные интеллектуального измерительного устройства, которые он принимает от выбранных интеллектуальных измерительных устройств 330 в ответ на опросы. Выбираемые интеллектуальные измерительные устройства 330 могут включать в себя один или несколько из множества интеллектуальных измерительных устройств 330. Сигналы управления коллектором могут включать в себя, например, идентификацию опрашиваемых (или считываемых) интеллектуальных измерительных устройств 330, момент(ы) времени, когда идентифицированные интеллектуальные измерительные устройства 330 должны измерять V(), I(), E() и/или φ() (φ() - разность фаз между составляющими напряжения V() и тока I() электрической мощности E(), измеренными идентифицированным интеллектуальным измерительным устройством 330), информацию потребления энергии после последнего считывания с идентифицированного интеллектуального измерительного устройства 330 и т.п. Затем коллектор 350 может компилировать и передавать скомпилированные данные коллектора на MAS 460 (и/или ROC 490) в системе 400 EC.
Система 400 EC
Система 400 EC может осуществлять связь с системой 300 ED и/или системой 500 ER посредством сети 170. Система 400 EC подключена к сети 170 посредством одной или нескольких линий 410 связи. Система 400 EC дополнительно может осуществлять связь непосредственно с системой 500 ER посредством линии 430 связи.
Система 400 EC включает в себя MAS 460, базу данных (DB) 470, систему 480 управления распределением (DMS) и региональный операционный центр (ROC) 490. ROC 490 может включать в себя компьютер (компьютер ROC) 495, сервер (не показан) и базу данных (не показана). MAS 460 может быть подключен к DB 470 и DMS 480 посредством линии 420 и 440 связи соответственно. DMS 480 может быть подключена к ROC 490 и системе ER 500 посредством линии 430 связи. База 470 данных может располагаться в том же месте (например, вблизи или внутри), что и MAS 460, или в удаленном месте, доступ к которому можно осуществлять, например, через сеть 170.
Meter
ED
Meter
t
t
Система 400 EC сконфигурирована с возможностью отменять выбор, из подмножества отслеживаемых интеллектуальных измерительных устройств 330, интеллектуального измерительного устройства 330, который система 400 EC ранее выбрала для мониторинга, и выбирать интеллектуальное измерительное устройство 330, не входящее в подмножество отслеживаемых интеллектуальных измерительных устройств 330, но работающее в режиме отчета путем исключения. Система 400 EC может выполнять это изменение после приема самостоятельно сгенерированных данных интеллектуального измерительного устройства от невыбранного интеллектуального измерительного устройства 330. В этой связи, система 400 EC может удалять или разрывать соединение с интеллектуальным измерительным устройством 330, выбор которого отменен и создавать новое соединение со вновь выбранным интеллектуальным измерительным устройством 330, действующим в режиме отчета путем исключения. Система 400 EC дополнительно сконфигурирована с возможностью выбирать один или несколько из множества интеллектуальных измерительных устройств 330, от которых она принимает данные интеллектуального измерительного устройства, содержащие, например, самую низкую измеренную составляющую напряжения V(), и генерировать параметр доставки энергии C на основании данных интеллектуального измерительного устройства, принятых от интеллектуального(ых) измерительного устройства (устройств) 330, обеспечивающего(их) самую низкую измеренную составляющую напряжения V().
MAS 460 может включать в себя компьютер (не показан), который сконфигурирован с возможностью принимать данные коллектора от коллектора 350, которые включают в себя данные интеллектуального измерительного устройства, собранные с выбранного подмножества (или всех) интеллектуальных измерительных устройств 330. MAS 460 дополнительно сконфигурирован с возможностью извлекать и перенаправлять данные интеллектуального измерительного устройства на ROC 490 в ответ на опросы, полученные от ROC 490. MAS 460 может сохранять данные коллектора, включающие в себя данные интеллектуального измерительного устройства, в локальном хранилище и/или в DB 470.
Meter
Meter
Meter
Meter
Meter
Meter
t
t
t
t
t
t
DMS 480 может включать в себя компьютер, который сконфигурирован с возможностью принимать информацию состояния подачи электрической энергии от подстанции 530. DMS 480 дополнительно сконфигурирована с возможностью извлекать и перенаправлять измеренные значения составляющей напряжения V() и значения электрической мощности E() в ответ на опросы, полученные от ROC 490. DMS 480 дополнительно может быть сконфигурирована с возможностью извлекать и перенаправлять измеренные значения составляющей тока I() в ответ на опросы, полученные от ROC 490. DMS 480 дополнительно может быть сконфигурирована с возможностью извлекать все напряжения "отчета путем исключения" V() из интеллектуальных измерительных устройств 330, работающих в режиме «отчета путем исключения» и указывать напряжения V() как одну из контрольных точек для непрерывного считывания в заранее определенные моменты времени (например, каждые 15 минут или менее (или более), или с переменными интервалами). Напряжения отчета путем исключения V() можно использовать для управления контрольными точками EC 500.
DB 470 может включать в себя множество реляционных баз данных (не показаны). DB 470 включает в себя большое количество записей, которые включают в себя исторические данные для каждого интеллектуального измерительного устройства 330, каждого коллектора 350, каждой подстанции 530 и географической(их) области(ей) (включающих в себя широту, долготу и высоту), где расположены интеллектуальные измерительные устройства 330, коллекторы 350 и подстанции 530.
Например, DB 470 может включать в себя, по отдельности или в произвольной комбинации, информацию для каждого интеллектуального измерительного устройства 330, включающую в себя: географическое местоположение (включающее в себя широту, долготу и высоту); идентификационный номер интеллектуального измерительного устройства; номер учетной записи; расчетный адрес; номер телефона; тип интеллектуального измерительного устройства, включающий в себя модель и серийный номер; дату ввода в эксплуатацию интеллектуального измерительного устройства; метку времени последнего считывания (или опроса) интеллектуального измерительного устройства; данные интеллектуального измерительного устройства, принятые во время последнего считывания; график считывания (или опроса) интеллектуального измерительного устройства, включающий в себя типы считываемой информации; и т.п.
Meter
Meter
Meter
Meter
Meter
Meter
Meter
Meter
t
t
t
t
t
t
t
t
Исторические данные интеллектуального измерительного устройства могут включать в себя, например, электрическую мощность E(), используемую конкретным интеллектуальным измерительным устройством 330, как функцию времени. Время  можно измерять, например, дискретными интервалами, в которых величина электрической энергии E (в кВт-ч) принятой электрической мощности E() измеряется или определяется на интеллектуальном измерительном устройстве 330. Исторические данные интеллектуального измерительного устройства включают в себя измеренную составляющую напряжения V() электрической энергии E(), принятой на интеллектуальном измерительном устройстве 330. Исторические данные интеллектуального измерительного устройства могут дополнительно включать в себя измеренную составляющую тока I() и/или разность фаз φ() электрической мощности E(), принятой на интеллектуальном измерительном устройстве 330.
Meter
Meter
Meter
Meter
t
t
t
t
Как отмечено выше, составляющую напряжения V() можно измерять с периодом выборки, например каждые пять секунд, десять секунд, тридцать секунд, одну минуту, пять минут, десять минут, пятнадцать минут и пр. Значения составляющей тока I() и/или принятой электрической мощности E() дополнительно можно измерять, по существу, в те же моменты времени, что и составляющую напряжения V().
Благодаря низкой стоимости памяти, DB 470 может включать в себя исторические данные с самого начала сбора данных интеллектуального измерительного устройства с интеллектуальных измерительных устройств 330 вплоть до самых последних данных интеллектуального измерительного устройства, принятых от интеллектуальных измерительных устройств 330.
Meter
Meter
Meter
Meter
t
t
t
t
DB 470 может включать в себя значение времени, связанное с каждой измеренной составляющей напряжения V(), составляющей тока I(), составляющей фазы φ() и/или электрической мощностью E(), которое может включать в себя значение метки времени, сгенерированное на интеллектуальном измерительном устройстве 330. Значение метки времени может включать в себя, например, год, месяц, день, часы, минуты, секунды и доли секунды. Альтернативно, метка времени может быть кодированным значением, которое можно декодировать для определения года, месяца, дня, часов, минут, секунд и долей секунды с использованием, например, поисковой таблицы. ROC 490 и/или интеллектуальные измерительные устройства 330 может(ут) быть сконфигурирован(ы) с возможностью принимать, например, сигнал атомных часов WWVB, передаваемый Национальным институтом стандартов и технологий США (NIST) и пр. и синхронизировать свои внутренние часы (не показаны) с сигналом атомных часов WWVB.
Исторические данные в DB 470 могут дополнительно включать в себя исторические данные коллектора, связанные с каждым коллектором 350. Исторические данные коллектора могут включать в себя, по отдельности или в произвольной комбинации, информацию, включающую в себя, например: конкретные интеллектуальные измерительные устройства 330, связанные с каждым коллектором 350; географическое местоположение (включающее в себя широту, долготу и высоту) каждого коллектора 350; тип коллектора, включающий в себя модель и серийный номер; дату ввода в эксплуатацию коллектора 350; метку времени последнего приема данных коллектора от коллектора 350; принятые данные коллектора; график передачи коллектором 350 данных коллектора, включающий в себя типы передаваемой информации; и т.п.
Collector
Collector
Collector
Collector
Collector
t
t.
t
t
t
t
t
t
t
t
2
Исторические данные коллектора могут дополнительно включать в себя, например, значение внешней температуры T(), измеренное за пределами каждого коллектора 350 во время  Исторические данные коллектора могут дополнительно включать в себя, например, по отдельности или в произвольной комбинации, для каждого коллектора 350: значение атмосферного давления P(), измеренное вблизи коллектора 350 во время ; значение влажности H(), измеренное вблизи коллектора 350 во время ; значение вектора скорости ветра W(), измеренное вблизи коллектора 350 во время , включающее в себя направление и величину измеренной скорости ветра; значение солнечного излучения L() (кВт/м), измеренное вблизи коллектора 350 во время ;и т.п.
Supply
t
Исторические данные в DB 470 могут дополнительно включать в себя исторические данные подстанции, связанные с каждой подстанцией 530. Исторические данные подстанции могут включать в себя, по отдельности или в произвольной комбинации, информацию, включающую в себя, например: идентификаторы конкретных интеллектуальных измерительных устройств 330, которые подстанция 530 снабжает электрической энергией E(); географическое местоположение (включающее в себя широту, долготу и высоту) подстанции 530; количество распределительных схем; количество трансформаторов; тип трансформатора для каждого трансформатора, включающий в себя модель, серийный номер и максимально допустимую полную мощность (в МВА); количество регуляторов напряжения; тип регулятора напряжения для каждого регулятора напряжения, включающий в себя модель и серийный номер; метку времени последнего приема данных подстанции от подстанции 530; принятые данные подстанции; график предоставления подстанцией 530 информации состояния подачи электрической энергии, включающий в себя типы предоставляемой информации; и т.п.
Supply
Supply
Supply
Supply
Supply
Supply
Supply
Supply
Supply
Supply
Supply
Supply
Supply
Supply
t
t
t
t
t
t
t
t
t
t
t
t
t
t
Исторические данные подстанции могут включать в себя, например, электрическую мощность E(), подаваемую на каждое конкретное интеллектуальное измерительное устройство 330, где E() измеряется или определяется на выходе подстанции 530. Исторические данные подстанции включают в себя измеренную составляющую напряжения V() подаваемой электрической мощности E(), которую можно измерять, например, на распределительной шине (не показана) от трансформатора. Исторические данные подстанции могут дополнительно включать в себя измеренную составляющую тока I() подаваемой электрической мощности E(). Как отмечено выше, составляющую напряжения V(), составляющую тока I() и/или электрическую мощность E() можно измерять с периодом выборки, например каждые пять секунд, десять секунд, тридцать секунд, минуту, пять минут, десять минут, и пр. Исторические данные подстанции могут дополнительно включать в себя значение разности фаз φ() между сигналами напряжения V() и тока I() электрической мощности E(), которое можно использовать для определения коэффициента мощности электрической мощности E(), подаваемой на интеллектуальные измерительные устройства 330.
In
In
In
In
In
In
In
In
In
In
In
In
In
In
In
t
t
t
t
t
t
t
t
t
t
t
t
t
t
t
Исторические данные подстанции могут дополнительно включать в себя, например, электрическую мощность E(), принятую на линии 520 на входе подстанции 530, где электрическая мощность E() измеряется или определяется на входе подстанции 530. Исторические данные подстанции могут включать в себя измеренную составляющую напряжения V() принятой электрической мощности E(), которую можно измерять, например, на входе трансформатора. Исторические данные подстанции могут дополнительно включать в себя измеренную составляющую тока I() принятой электрической мощности E(). Как отмечено выше, составляющую напряжения V(), составляющую тока I() и/или электрическую мощность E() можно измерять с периодом выборки, например каждые пять секунд, десять секунд, тридцать секунд, минуту, пять минут, десять минут, и пр. Исторические данные подстанции могут дополнительно включать в себя разность фаз φ() между составляющей напряжения V() и составляющей тока I() электрической мощности E(). Коэффициент мощности электрической мощности E() можно определять на основании разности фаз φ().
Согласно аспекту изобретения, система 400 EC может сохранять объединенные данные мощности на уровне подстанции, данные напряжения на уровне подстанции и метеорологические данные для сравнения с потреблением энергии в расчете на каждое интеллектуальное измерительное устройство 330 для определения энергосбережения системы 200 VCC, и, с использованием линейной регрессии, удалять из вычисления влияния погоды, рост нагрузки, экономические эффекты, и т.п.
В системе 200 VCC, управление может инициироваться, например, компьютером 495 ROC. В этой связи, на компьютере 495 ROC может отображаться экран 305 управления, показанный, например, на фиг. 3. Экран 305 управления может соответствовать данным для конкретной подстанции 530 (например, подстанции Trabue) в системе 500 ER. Компьютер 495 ROC может управлять, например, трансформатором с возможностью переключения отводов нагрузки подстанции 530 и (по необходимости) обходить его на основании, например, данных интеллектуального измерительного устройства, принятых от системы 300 ED для потребителей 150, 160. Система 300 ED может определять напряжения электрической мощности, подаваемой на потребители 150, 160, с заранее определенными (или переменными) интервалами, например, в среднем, каждые 15 минут, в то же время, поддерживая напряжения в необходимых пределах.
Для безопасности системы, подстанцией 530 можно управлять по линии 430 связи, идущей непосредственно от ROC 490 и/или DMS 480.
Meter
t
Кроме того, оператор может запустить, при необходимости, на компьютере 490 ROC программу управления напряжением, в обход средств управления и отслеживать время, необходимое для считывания напряжений на потребителях V(), используемых для управления, например, трансформатором LTC подстанции (не показан) в системе 500 ER.
На фиг. 4 показан пример процесса управления и сохранения напряжения (VCC) согласно принципам изобретения. Процесс VCC может выполняться, например, но без ограничения, системой 200 VCC, показанной на фиг. 2.
Band-n
Meter
Meter
Band-n
SP
Band-n
SP
SP
Band-1
Band-1
t
t
Согласно фиг. 2 и 4, целевой диапазон напряжений V можно определять для составляющей напряжения V() электрической мощности E(), принятой и измеренной на интеллектуальных измерительных устройствах 330 (Этап 610). Целевой диапазон напряжений V можно определять, устанавливая заданное значение напряжения V и допустимый диапазон отклонения напряжения ΔV согласно выражению [1] V=V+ΔV. Например, заданное значение напряжения V можно установить равным 120 В с допустимым отклонением напряжения ΔV в пять процентов (+/-5%) для целевого диапазона напряжений V. В этом примере, целевой диапазон напряжений V будет составлять от около 114 В (т.е. 120 В-(120 В×0,050)) до около 126 В (т.е. 120 В+(120 В×0,050)).
Supply
Supply
Meter
Meter
Meter
Meter
t
t
t
t
t
t
Значения составляющей напряжения V() и электрической мощности E(), измеренные на подстанции 530, можно извлекать из DMS 480 (этап 620). Текущие или самые последние значения составляющей напряжения V() и электрической мощности E(), принятые и измеренные на выбранном подмножестве множества интеллектуальных измерительных устройств 330, можно извлекать из MAS 460 (или локального хранилища, например, компьютерно-читаемого носителя, в ROC 490) (Этап 630). Текущие или самые последние значения составляющей напряжения V() и электрической мощности E() можно измерять выбранным подмножеством интеллектуальных измерительных устройств 330 и передавать на MAS 460 через коллектор 350, как описано выше.
Meter
Meter
t
t
Альтернативно, текущие или самые последние значения составляющей напряжения V() и электрической мощности E() можно извлекать непосредственно из коллектора 350 или выбранного подмножества интеллектуальных измерительных устройств 330 (Этап 630).
Meter
Meter
t
t
Текущие или самые последние значения составляющей напряжения V() и электрической мощности E() можно измерять на выбранном подмножестве интеллектуальных измерительных устройств 330 в ответ на сигнал запроса данных интеллектуального измерительного устройства, поступающий от коллектора 350. Коллектор 350 может посылать сигнал запроса данных интеллектуального измерительного устройства в ответ на сигнал управления коллектором, принятый от MAS 460 (или ROC 490).
Meter
Meter-Avg
Meter-Avg
Band-n
Meter-Avg
Band-n
t
t
t
t
Текущие или самые последние значения составляющей напряжения V() можно усреднять по выбранному количеству интеллектуальных измерительных устройств 330 для определения среднего значения составляющей напряжения V() для электрической мощности, доставляемой на выбранные интеллектуальные измерительные устройства 330. Затем это среднее значение составляющей напряжения V() можно сравнивать с целевым диапазоном напряжений V для определения, находится ли среднее значение составляющей напряжения V() в целевом диапазоне напряжений V (Этап 650).
Meter-Avg
Band-n
SP
Supply
ED
SP
Supply
SP
SP
SP
ED
SP
t
t
t
Если среднее значение составляющей напряжения V() выходит за пределы целевого диапазона напряжений V, то принимается решение изменить заданное значение напряжения V составляющей напряжения V(), подаваемой подстанцией 530 (Да на этапе 660). Параметры доставки энергии C можно генерировать и передавать на подстанцию 530 для управления заданного значения напряжения V выходной составляющей напряженияV() (Этап 670). Новое заданное значение напряжения V может вычисляться на DMS 480. В случае использования трансформатора LTC, заданное значение напряжения V может увеличиваться (или уменьшаться) с максимальной скоростью, например, один вольт, например, примерно каждые пятнадцать минут (Примечание: например, изменение напряжения 0,625% на ступень в трансформаторе LTC). Заметим, что заданное значение напряжения V может каждый раз увеличиваться (или уменьшаться), например, на долю вольта или несколько вольт. Параметры доставки энергии C могут включать в себя, например, коэффициенты отводов нагрузки. Заданное значение напряжения V можно регулировать вверх (или вниз), например, на долю вольта (например, на 0,01 В, 0,02 В, …, 0,1 В, 0,2 В, …, 1,0 В, …, и пр.).
t
t
t
t
Supply
Meter-Avg
SP
SP
Supply
Meter-Avg
SP
Кроме того, когда составляющие напряженияV() илиV() достигают или падают ниже заранее определенного диапазона минимального напряжения (например, от около 118 В до около 119 В), заданное значение напряжения V может увеличиваться. Когда заданное значение напряжения V растет, составляющие напряжения V() илиV() должны оставаться в диапазоне более высоких напряжений, например, в течение двадцати четырех часов, прежде чем можно будет вновь снизить заданное значение напряжения V.
Meter-Avg
Band-n
SP
Supply
t
t
Если среднее значение составляющей напряжения V() находится в целевом диапазоне напряжений V, то принимается решение не изменять заданное значение напряжения V составляющей напряжения V(), подаваемой подстанцией 530 (Нет на этапе 660), и можно производить определение, заканчивать ли процесс VCC (Этап 680). Если принято решение не заканчивать процесс VCC (Нет на этапе 680), процесс VCC повторяется.
Согласно аспекту изобретения, предусмотрен компьютерно-читаемый носитель, содержащий компьютерную программу, которая, при выполнении, например, на ROC 495 (показанном на фиг. 2), предписывает выполнять процесс VCC согласно фиг. 4. Компьютерная программа может быть материально воплощена в компьютерно-читаемом носителе, содержащем сегмент кода или секцию кода для каждого из этапов 610-680.
Meter
Meter
t
t
На фиг. 5A показан пример процесса мониторинга составляющей напряжения V() и электрической мощности E(), принятых и измеренных на выбранных интеллектуальных измерительных устройствах 330, согласно аспекту изобретения.
Supply
t
Согласно фиг. 2 и 5A, первоначально выбирается подмножество интеллектуальных измерительных устройств 330 из интеллектуальных измерительных устройств 330, подключенных к линиям электропередачи 340, которые снабжаются электрической энергией E() от подстанции 530 (Этап 710). Подмножество может включать в себя, например, один или несколько (или все) интеллектуальных измерительных устройств 330, выбранных случайно или на основании заранее определенных критериев. Заранее определенные критерии могут включать в себя, например, исторические данные интеллектуального измерительного устройства, метеорологические условия, географическую область, солнечное излучение, историю потребления энергии, связанную с конкретными интеллектуальными измерительными устройствами 330 и т.п. Интеллектуальные измерительные устройства 330 можно выбирать, например, на ROC 490 или MAS 460.
Meter
Meter
t
t
Можно составить график получения данных интеллектуального измерительного устройства из выбранного подмножества интеллектуальных измерительных устройств 330 (Этап 720). График может включать в себя, например, измерение принятой составляющей напряжения V() и электрической мощности E(), например, каждые пять секунд, десять секунд, тридцать секунд, одну минуту, пять минут, десять минут, пятнадцать минут, и пр., на выбранном подмножестве интеллектуальных измерительных устройств 330. Составленный график передается коллектору 350, который связан с выбранным подмножеством интеллектуальных измерительных устройств 330, в составе сигнала управления коллектором (Этап 730). Сигнал управления коллектором можно генерировать, например, на ROC 490 или MAS 460 и передавать на коллектор 350 по линии 410 связи и сети 170.
Meter
Meter
t
t
Коллектор 350, на основании предоставленного сигнала управления коллектором или ранее принятого графика, может посылать сигнал запроса данных интеллектуального измерительного устройства на выбранное подмножество интеллектуальных измерительных устройств 330 по линиям 320 связи. Сигнал запроса данных интеллектуального измерительного устройства может включать в себя, например, график, обеспеченный в сигнале управления коллектором. График может храниться на выбранном подмножестве интеллектуальных измерительных устройств 330 и использоваться интеллектуальными измерительными устройствами 330 для управления мониторингом и предоставления отчетов принятой составляющей напряжения V() и электрической мощности E() для соответствующего потребителя 150 (160).
Meter
Meter
t
t
Коллектор 350 принимает сообщенные данные интеллектуального измерительного устройства, включающие в себя составляющую напряжения V() и электрическую энергию E() для соответствующего потребителя 150 (160), от выбранного подмножества интеллектуальных измерительных устройств 330 по линиям 320 связи. Коллектор 350 компилирует принятые данные интеллектуального измерительного устройства, генерируя данные коллектора и передавая данные коллектора в систему 400 EC.
Данные коллектора принимаются от коллектора 350 (Этап 740) и сохраняются локально (или удаленно) в системе 400 EC (Этап 750). В частности, принятые данные коллектора локально сохраняются, например, в ROC 490, MAS 460 и/или DB 470.
Согласно аспекту изобретения, предусмотрен компьютерно-читаемый носитель, содержащий компьютерную программу, которая, при выполнении, например, на ROC 495 (показанном на фиг. 2), предписывает выполнять процесс для мониторинга составляющей напряжения и электрической мощности согласно фиг. 5A. Компьютерная программа может быть материально воплощена в компьютерно-читаемом носителе, содержащем сегмент кода или секцию кода для каждого из этапов 710-750.
На фиг. 5B показан пример процесса для выбора интеллектуального измерительного устройства 330, работающего в режиме отчета путем исключения, и отмены выбора ранее выбранного интеллектуального измерительного устройства, согласно принципам изобретения.
Согласно фиг. 2 и 5B, система 400 EC сконфигурирована с возможностью отслеживания или мониторинга самостоятельно сгенерированных данных интеллектуального измерительного устройства, которые могут быть приняты от одного или нескольких интеллектуальных измерительных устройств 330, работающих в режиме отчета путем исключения (Этап 760). Если самостоятельно сгенерированные данные интеллектуального измерительного устройства поступают от конкретного интеллектуального измерительного устройства 330 (Да, на этапе 760), то система 400 EC переходит к выбору этого конкретного интеллектуального измерительного устройства 330 (Этап 765) и созданию линии связи с интеллектуальным измерительным устройством 330 (Этап 770), в противном случае система 400 EC продолжает отслеживать самостоятельно сгенерированные данные интеллектуального измерительного устройства (Нет, на этапе 760). Система 400 EC отменяет выбор ранее выбранного интеллектуального измерительного устройства 330 (Этап 775), который был выбран в составе подмножества интеллектуальных измерительных устройств 330 для мониторинга, из множества местоположений интеллектуальных измерительных устройств 330, и обрывает линию связи с интеллектуальным измерительным устройством 330, выбор которого отменен (Этап 780). Система 400 EC может использовать самостоятельно сгенерированные данные интеллектуального измерительного устройства для определения заданного значения напряжения и предоставлять заданное значение напряжения системе 500 ER для управления заданного значения напряжения (Этап 785).
Согласно аспекту изобретения, предусмотрен компьютерно-читаемый носитель, содержащий компьютерную программу, которая, при выполнении, например, на ROC 495 (показанном на фиг. 2), предписывает процесс выбора интеллектуального измерительного устройства 330, работающего в режиме отчета путем исключения, и отмены выбора ранее выбранного интеллектуального измерительного устройства. Компьютерная программа может быть материально воплощена в компьютерно-читаемом носителе, содержащем сегмент кода или секцию кода для каждого из этапов 760-785.
На фиг. 6 показан пример графика напряжения электрической мощности, подаваемой потребителям 150, 160, в зависимости от времени суток, согласно принципам изобретения. В частности, верхняя форма волны 805 демонстрирует пример флуктуаций напряжения в электрической мощности, доставляемой потребителям 150, 160, в отсутствие системы 200 VCC. Нижняя форма волны 808 демонстрирует пример флуктуаций напряжения в электрической мощности, доставляемой потребителям 150, 160, в присутствие системы 200 VCC. Область 807 между верхней формой волны 805 и нижней формой волны 808 соответствует энергии, сэкономленной с использованием системы 200 VCC.
Согласно фиг. 6, нижняя форма волны 808 включает в себя более узкий диапазон (с более низкими потерями) флуктуаций напряжения по сравнению с верхней формой волны 805, которая испытывает более значительные флуктуации напряжения и более высокие потери, приводящий к существенному сокращению потерь мощности для нижней формы волны 808. Например, напряжение 805 может колебаться от около 114 В до около 127 В. В то же время, в системе 200 VCC, флуктуацию формы волны 808 напряжения можно сократить, например, до диапазона от около 114 В до около 120 В. Согласно графику, система 200 VCC может обеспечить экономию за счет, например, предотвращения вводов энергии и экономии после измерительного устройства. Кроме того, система 200 VCC может обеспечить высокий уровень достоверности экономии вне зависимости от действий потребителей 150, 160.
Supply
Meter
t
t
На фиг. 7 показан пример формы волны 810 напряжений на подстанции V() для электрической мощности, вырабатываемой, например, трансформатором LTC на подстанции 530, которые могут быть связаны, например, с информацией, отображаемой на экране 305 управления, показанном на фиг. 3. Форма волны 820 демонстрирует среднее, например, напряжение на потребителях V() двадцати самых низких уровней (худший случай) (например, десять худших напряжений в одной распределительной схеме, усредненные с десятью худшими напряжениями в другой распределительной схеме), отслеживаемых в произвольный момент времени на двух распределительных схемах, которые снабжают, например, шесть тысяч четыреста потребителей 150, 160 (показанных на фиг. 1) электрической мощностью в течение периода времени. В частности, график 810 демонстрирует пример флуктуаций напряжения (например, среднего флуктуаций напряжения 812 и флуктуаций напряжения 814 в паре схем соответственно) в электрической мощности, вырабатываемой подстанцией 530 (например, подстанцией Trabue на фиг. 3) и флуктуаций напряжения 820 (например, в паре схем) в электрической мощности, доставляемой потребителям 150, 160.
t
t
t
t
t
t
t
t
t
0
Supply
Meter
0
Supply
Meter
0
Supply
Meter
Формы волны 810 и 820 до момента времени демонстрируют пример флуктуаций напряжения в электрической мощности E(), подаваемой подстанцией 530, и электрической мощности E(), принимаемой потребителями 150, 160, в отсутствие системы 200 VCC. Формы волны 810 и 820 после момента  демонстрируют пример флуктуаций напряжения в электрической мощности E(), подаваемой подстанцией 530 и электрической мощности E(), принимаемой потребителями 150, 160, в присутствии системы 200 VCC. Согласно фиг. 7, до применения управления напряжением (т.е. до ),напряжения 812, 814 (с сигналом 810 среднего напряжения) электрической мощности E(), подаваемой подстанцией 530, в общем случае, флуктуируют, например, от около 123 В до около 126 В; и форма волны напряжения 820 электрической мощности E(), принимаемой потребителями 150, 160, в общем случае, флуктуирует например, от около 121 В до около 124 В. После применения управления напряжения, формы волны напряжения 812, 814 (810), в общем случае, флуктуируют, например, от около 120 В до около 122 В, и форма волны напряжения 820, в общем случае, флуктуирует, например, от около 116 В до около 121 В. Соответственно, система 200 VCC способна оперировать потребителями 150, 160 на более низком уровне диапазона.
Supply
Supply
SP
Supply
Supply
t
t
t
t
t
Энергосбережение 807 (показанное на фиг. 6), обеспеченное работой системы 200 VCC, согласно принципам изобретения, можно измерять и/или контролировать путем измерения уровней составляющей напряжения V() и электрической мощности E() для электрической мощности, подаваемой подстанцией 530, относительно соответствующего заданного опорного значения напряжения V(). В примере, показанном на фиг. 7, уровни напряжения V() и электрической энергии E() можно измерять на выходе трансформатора (не показан), где можно реализовать управление напряжением. Однако измерение можно осуществлять в любой точке, где можно производить измерения для систем передачи или распределения.
t
t
0
Supply
На фиг. 8 показан пример данных, ежечасно собираемых (включающих в себя измерение напряжения и энергии) DMS 480 (показанной на фиг. 2), до момента времени  (показанного на фиг. 7), когда управление напряжением не производится в системе 200 VCC. Согласно фиг. 8, собранные данные могут включать в себя, например, дату, время (часы: минуты: секунды), уровень мощности (МВт), уровень реактивной мощности (МВАр), напряжение (В), уровень кажущейся мощности (МВА), коэффициент мощности (PF), коэффициент потерь, и FTR потерь, электрической мощности E(), подаваемой подстанцией 530.
t
t
0
Supply
На фиг. 9 показан пример данных, ежечасно собираемых (включающих в себя измерение напряжения и энергии) DMS 480 (показанной на фиг. 2), после момента  (показанного на фиг. 7), когда управление напряжением выполняется в системе 200 VCC. Согласно фиг. 9, собранные данные могут включать в себя, например, дату, время (часы: минуты: секунды), уровень мощности (МВт), уровень реактивной мощности (МВАр), напряжение (В), уровень кажущейся мощности (МВА), коэффициент мощности (PF), финансовые права передачи (FTR) нагрузки и FTR потерь, электрической мощности E(), подаваемой подстанцией 530, при том, что система 200 VCC осуществляет управление напряжением.
t
t
Supply
Supply
Сравнивая данные на фиг. 8 с данными на фиг. 9, можно видеть, что измерения напряженияV() и электрической мощности E() демонстрируют существенное влияние снижения напряжения на потребление электрической мощности, например, потребителями 150, 160. В этой связи, ежечасные данные на трансформаторе (не показан) на подстанции 530 (показанной на фиг. 2) можно ежечасно сохранять. Регулировку и/или сохранение напряжения можно осуществлять согласно принципам изобретения, и потребление энергии до (фиг. 8) и после (фиг. 9) реализации системы 200 VCC можно сравнивать на двух разных уровнях напряжения вдоль распределительной схемы (например, от подстанции или к ней 530). В примерах, показанных на фиг. 8 и 9, напряжения до могут колебаться, например, от около 123 В до около 125 В, и напряжения после могут колебаться, например, от около 120 В до около 122 В.
SP
t
Как показано на фиг. 7, система 200 VCC может отслеживать двадцать напряжений худшего случая, подаваемых распределительными схемами, и управлять исходным напряжением V() на шине, чтобы поддерживать работу в более низком диапазоне, показанном, например, на фиг. 6. Система 200 VCC дополнительно может повторно выбирать интеллектуальные измерительные устройства 330, используемые для 20 напряжений худшего случая, на основании, например, информации, полученной от системы 400 EC, осуществляющей мониторинг напряжения посредством "отчета путем исключения". Система 200 VCC может выбирать эти новые интеллектуальные измерительные устройства 330 из всего множества интеллектуальных измерительных устройств 330, подключенных к подстанции 530.
t
t
Supply
Supply
Данные напряженияV() и электрической мощности E(), показанные на фиг. 8 и 9, можно получать ежечасно и усреднять по двадцатичетырехчасовым периодам, сохраняя верное среднее значение напряжения к электрической мощности (МВт) путем вычисления значения напряжения к электрической мощности (МВт) каждый час, суммирования по двадцати четырем часам, вычисления взвешенного двадцатичетырехчасового напряжения с использованием ежечасно усредненного значения электрической мощности (МВт) и отношения полной двадцатичетырехчасовой электрической мощности (МВт) к напряжению за день. Это может порождать одно значение для средней электрической мощности (МВт) за час в течение двадцатичетырехчасового периода и взвешенное напряжение, связанного с этим средним потреблением электрической мощности.
На фиг. 10 показан пример данных вычисления для часов 1-5 и среднего для полных двадцати четырех часов в примере, показанном на фиг. 7-9.
На фиг. 11 показан пример сбора данных для метеорологических переменных за дни до и после управления и/или сохранения напряжения системой 200 VCC согласно изобретению. В частности, на фиг. 11 показаны данные, собранные Национальной метеорологической службой, например, для международного аэропорта Ричмонда, ближайшей метеостанцией к подстанции Trabue (показанной на фиг. 3). Показанные данные относятся к тому же периоду, что и пример на фиг. 7. Данные, показанные на фиг. 11, можно использовать для устранения изменений мощности, отличных от тех, которые обусловлены напряжением, для обеспечения возможно точного измерения.
На фиг. 12 показан пример применения процесса анализа парных тестов, согласно принципам изобретения. Можно видеть, что суточное потребление мощности в расчете на потребителя в период времени с мая по январь, когда, например, VCC отключен, сравнивается с суточным потреблением мощности в расчете на потребителя в период времени с января по ноябрь, когда, например, VCC включен. Рост нагрузки Trabue демонстрирует процесс спаривания испытательных дней из состояния 1 в состояние 2. Дни из пары 1 выбираются из периода времени с мая по январь при отключенном сохранении напряжения и сопоставляются с днями из периода пары 2, например, с января по ноябрь. Сопоставление можно проводить на основании наибольшей схожести погоды, времени года, типа дня и уровней относительной влажности для удаления как можно большего количества других переменных, кроме изменения напряжения. Поскольку сбор данных осуществляется в течение длительного периода времени, где экономика и рост, которые дополнительно могут оказывать влияние на сравнение характеристик роста или экономического спада, устранены с использованием данных потребляемой мощности в расчете на одного потребителя для устранения влияния на увеличения и уменьшения потребления энергии потребителем и модель ежемесячной линейной регрессии, для устранения роста или экономического спада, коррелированного с месяцем с устраненными метеорологическими переменными.
На фиг. 13 показан пример диаграммы разброса полной мощности в расчете на двадцать четыре часа в зависимости от суточного нагрева. В этой связи, можно регистрировать напряжение и электрическую мощность (МВт) в час, и среднее напряжение и электрическую мощность (МВт) в час, определенные в течение двадцатичетырехчасового периода. График разброса можно использовать для прогнозирования требуемой мощности на следующий день с использованием дня с наиболее близким уровнем мощности из исторических данных, хранящихся в DB 470 (показанной на фиг. 2). При вычислении можно использовать на входе изменение переменных от дня с наиболее близкой нагрузкой к расчетному дню, и на выходе можно получить новый уровень нагрузки. Используя эти входы и вычисление стандартной линейной регрессии, можно построить модель исторических данных. Вычисление регрессии может включать в себя, например, нижеследующее выражение [2]
Total
Type
Season
Month
Avg
где E - полная мощность в течение двадцатичетырехчасового периода в расчете на потребителя на конкретный день; D - тип дня (например, выходной, рабочий или праздничный) конкретного дня; D - одно из четырех времен года, соответствующее конкретному дню в календарном году; D - конкретный день месяца; H - уровень суточного нагрева на конкретный день; и V - среднее напряжение V, подаваемое на каждый потребитель на конкретный день.
Данные, представленные в примере, показанном на фиг. 13, включают в себя исторические данные на 115-дневный период, до реализации системы 200 VCC согласно принципам изобретения. Пример, показанный на фиг. 12, может соответствовать зимнему сезону для нагрузок подстанции Trabue. Согласно фиг. 13, можно использовать модель, представляющую изменение уровня мощности ото дня ко дню, которое не связано с переменными погоды, роста и экономики в выражении линейной регрессии [2].
Исторические данные можно регулировать для согласования уровня суточного нагрева для измерений, сделанных после выполнения системой 200 VCC управления и/или сохранения напряжения. Например, согласно фиг. 11, можно считывать суточный нагрев 19 на конкретный день, 1 февраля 2009 г. В DB 470 можно искать исторические данные для всех дней с уровнями нагрева 19. Например, можно найти два дня в декабре с одинаковыми уровнями суточного нагрева, например, 1 и 17 декабря. Выражение модели линейной регрессии [2] для исторических данных можно использовать для регулирования переменных для 1 и 17 декабря к тем же значениям, что и данные, взятые 1 февраля 2009 г. Это может обеспечить хорошее совпадение между историей (работой на более высоком уровне напряжения) и 1 февраля 2009 г. (работой на более низком уровне напряжения). Вычисление (изменения мощности)/(изменение напряжения) можно производить от высоковольтного режима к низковольтному. Это может стать одной точкой данных для статистического анализа.
Этот процесс можно повторять для всех измерений, сделанных после включения сохранения напряжения, и сравнивать со всеми похожими днями в исторических данных, взятых для согласования сезонных и других погодных условий. Это может порождать, например, сто пятнадцать точек данных из, например, 115 дней работы, сопоставленных со всеми данными исторического согласования. Результирующий статистический анализ этих данных показан на фиг. 13-14.
Нормальность данных можно проверять с использованием теста на нормальность Андерсона-Дарлинга. В случае примера, приведенного на фиг. 13 и 14, значение P может быть равно 0.098, что намного больше требуемого значения 0.01, демонстрируя тем самым, что данные могут быть нормальными с приблизительно 99%-м уровнем достоверности, как показано на фиг. 14. Это позволяет приложению одного выборочного теста T демонстрировать среднее среднего значения изменения электрической мощности (МВт) по отношению к изменению напряжения. Тест можно осуществлять для оценивания статистической значимости превышения средним значением величины, например, около 1,0. Как показано на фиг. 14, тест может демонстрировать приблизительно 99%-й уровень достоверности того, что экономия мощности по отношению к снижению напряжения может превышать около 1,0% в расчете на 1% изменения напряжения. Используя статистический метод этого типа, можно осуществлять и регистрировать непрерывный мониторинг улучшения энергосбережения, выраженного в суточной или совокупной экономии мощности в расчете на одного потребителя по отношению к суммарной экономии мощности для потребителей, подключенных к подстанции 530.
На фиг. 15 показан альтернативный пример диаграммы разброса полной мощности в расчете на двадцать четыре часа в зависимости от суточного нагрева. В этой связи, можно регистрировать напряжение и электрическую мощность (МВт) в час, и среднее напряжение и электрическую мощность (МВт) в час, определенные в течение двадцатичетырехчасового периода. График разброса можно использовать для прогнозирования требуемой мощности на следующий день с использованием дня с наиболее близким уровнем мощности из исторических данных, хранящихся в DB 470 (показанной на фиг. 2). При вычислении можно использовать на входе изменение переменных от дня с наиболее близкой нагрузкой к расчетному дню, и на выходе можно получить новый уровень нагрузки. Используя эти входы и вычисление стандартной линейной регрессии, можно построить модель исторических данных. Вычисление регрессии может включать в себя, например, нижеследующее выражение [3]:
Total
Type
Year
Month
max
min
avg
Std
max-d
min-d
avg-d
d
d
R
TotalPrevious
где E - полная мощность в течение двадцатичетырехчасового периода на конкретный день; Y - календарный год конкретного дня; D - тип дня (например, выходной, рабочий или праздничный) конкретного дня; D - конкретный день в календарном году; D - конкретный день месяца; T - максимальная температура на конкретный день; T - минимальная температура на конкретный день; T - средняя температура на конкретный день; H - уровень суточного нагрева на конкретный день; C - уровень суточного охлаждения; P - атмосферное давление на конкретный день; T - максимальная температура на день наиболее близкого сравнения с конкретным днем; T - минимальная температура на день наиболее близкого сравнения с конкретным днем; T - средняя температура на день наиболее близкого сравнения с конкретным днем; H - уровень суточного нагрева на день наиболее близкого сравнения с конкретным днем; C - уровень суточного охлаждения на день наиболее близкого сравнения с конкретным днем; P - атмосферное давление на день наиболее близкого сравнения с конкретным днем; и E - полное среднее ежечасное потребление в МВт на день наиболее близкого сравнения с конкретным днем. Данные, представленные в примере, показанном на фиг. 15, включают в себя исторические данные на пятидесятидневный период, до реализации системы 200 VCC согласно принципам изобретения. Пример, показанный на фиг. 15, может соответствовать зимнему сезону для нагрузок подстанции Trabue. Согласно фиг. 15, модель может представлять 99,7% изменения уровня мощности ото дня ко дню с использованием переменных в выражении линейной регрессии [3].
Исторические данные можно регулировать для согласования уровня суточного нагрева для измерений, сделанных после выполнения системой 200 VCC управления и/или сохранения напряжения. Например, согласно фиг. 11, можно считывать суточный нагрев 19 на конкретный день, 1 февраля 2009 г. В DB 470 можно искать исторические данные для всех дней с уровнями нагрева 19. Например, можно найти два дня в декабре с одинаковыми уровнями суточного нагрева, например, 1 и 17 декабря. Выражение модели линейной регрессии [3] для исторических данных можно использовать для регулирования переменных для 1 и 17 декабря к тем же значениям, что и данные, взятые 1 февраля 2009 г. Это может обеспечить хорошее совпадение между историей (работой на более высоком уровне напряжения) и 1 февраля 2009 г. (работой на более низком уровне напряжения). Вычисление (изменения мощности)/(изменение напряжения) можно производить от высоковольтного режима к низковольтному. Это может стать одной точкой данных для статистического анализа.
Этот процесс можно повторять для всех измерений, сделанных после включения сохранения напряжения, и сравнивать со всеми похожими днями в исторических данных, взятых для согласования сезонных и других погодных условий. Это может порождать, например, семьдесят одну точку данных из, например, тридцати дней работы, сопоставленных со всеми данными исторического согласования. Результирующий статистический анализ этих данных показан на фиг. 17.
Нормальность данных можно проверять с использованием теста на нормальность Андерсона-Дарлинга. В случае примера, приведенного на фиг. 6 и 7, значение P может быть равно 0,305, что намного больше требуемого значения 0,02, демонстрируя тем самым, что данные могут быть нормальными с приблизительно 98%-м уровнем достоверности, как показано на фиг. 17. Это позволяет приложению одного выборочного теста T демонстрировать среднее среднего значения изменения электрической мощности (МВт) по отношению к изменению напряжения. Тест можно осуществлять для оценивания статистической значимости превышения средним значением величины около 0,8. Как показано на фиг. 17, тест может демонстрировать приблизительно 98%-й уровень достоверности того, что экономия мощности по отношению к снижению напряжения может превышать около 0,8% в расчете на 1% изменения напряжения.
Хотя изобретение было описано в отношении иллюстративных вариантов осуществления, специалистам в данной области техники очевидно, что изобретение можно осуществлять на практике с модификациями, соответствующими сущности и объему нижеследующей формулы изобретения. Эти примеры служат лишь для иллюстрации и не составляют исчерпывающий список всех возможных конструкций, вариантов осуществления, применений или модификаций изобретения.