電力配電網動態管理的方法和系統的製作方法

2023-05-16 20:44:16

專利名稱：電力配電網動態管理的方法和系統的製作方法
技術領域：
本發明涉及電力配電網的動態管理領域。本發明更確切地涉及一種具有多個供電相的電力配電網的動態管理的方法和系統，提供各相的至少一個電參數的評估。
背景技術：
在電網中，電力終端配電是將低電壓(LV)從MV/LV(中級電壓/低電壓)變電站傳輸到低電壓用戶(數量上大約一百個)，特別是居住的寓所。MV/LV變電站提供幾個饋電線(數量上大約4到10個)。每個饋電線以呈現幾個單相或三相連接的輻射狀結構的形式布置。位於MV/LV變電站中的LV面板分配功率給不同的饋電線，其中的每一個可通過保險絲或斷路器保護。低電壓功率網很密，有時在空中，有時在地下，混合變化的設備以及不同年代的電纜。它們由電力公司操作，其中的一些具有跨越一個世紀或者更久的歷史，期間電網經歷了修改，擴展，或者分離。這些電網在技術上是簡單的，幾乎不會出現故障，並且因此很少存檔，或者幾乎不存檔。其他兩個因素結合到上下文中。第一，電力部門放鬆管制影響涉及的參與者的分離。第二，配電網由具有壟斷地位的電力分配者接管，但是發現他們自身由國家監管機構的要求所約束。後者對他們的分配者施加服務質量目標，根據每個連接的用戶觀察的停電的時間和數量來測量該目標。這些目標被約束並且如果它們不受重視時會導致罰款。於是配電者因此需要非常精確的停電數據以及準確的信息以更好地定位可能發生的錯誤和故障。進一步地，仍然是放鬆管制的情況下，多個國家已決定安裝智能儀表，避免需要派出人員來執行儀表的讀取。取決於監管環境和配電者，選擇不同結構來執行遠程儀表讀取操作。在這些結構的某些中，特定配電者已決定在每個MV/LV變電站中安裝數據集中器。後者從每個連接的儀表收集數據。計量數據通過線載波電流或者通過無線電裝置以固定的頻率(大約半個小時到一天)接收。數據集中器然後通過另一通信裝置發送這套測量數據給更高一級。來自於每個儀表的計量數據在每個MV/LV變電站中幾乎是實時可用的。對於配電板，饋電線的三相之間的低電壓電網的負載平衡對技術損耗的水平，電網正常運行時間因素和服務的延續性具有相當大的影響。然而該問題仍未解決，特別是以簡單、經濟和有效的方式解決。服務的延續性和電壓等級的兼容例如被饋電線中性線所通過的電流所影響，容易造成在隨後引起的一些連接的損壞的潛在增長。由於在電網分布的發電機(光伏發電，風力發電，電池，以及其他)的電流的大量併入，這可能周期性地導致電網的飽和，使得所述問題更為嚴重，因而影響到電網的增強。

發明內容
發明目的
本發明的目的是提供一種使得先前出現的問題被補救和改進現有技術的解決方案的用於配電網的大型管理的方法。特別是，本發明的第一目的是提供一種使能各相上傳輸的功率被分配的管理方法。本發明的第二目的是這個方法要簡單，經濟並且有效。依據本發明具有多個供電相的電力配電網的動態管理方法，包括評估各相的至少一個電參數的步驟，包括根據評估步驟的結果的，各相上傳輸的功率的配電步驟，包括下列步驟:-負載到各相的電連接的動態調整，-和/或發電機到各相的電連接的動態調整。優選地，評估步驟包括確定由各相供電的負載和/或由發電機提供的供應個相的功率。本方案特定實施例，動態管理方法執行至少一個給定相的電壓調節，評估步驟中評估的參數是相的電壓等級，特別是通過連接到該相的儀表的電壓等級的周期性檢測來實現。優選地，當相電壓低於第一預設門限值或者高於第二預設門限值時實施配電步驟。有利地，在相電壓低於第一預設門限值時，配電步驟包括分配全部或部分連接到相同相的負載至電網的其他相和/或包括分配連接到電網其他相的發電機的全部或部分
功率至這一相。在優選實施例中，動態管理方法執行電網不同相的負載平衡，評估和配電步驟以周期性方式自動實施。優選地，在配電步驟期間，用於不同相的負載分配和/或輸入給不同相的配電的標準被配置來獲得體現在最小化電網各相之間的負載不平衡的平衡。優選地，配電步驟包括至少一個選擇器的適當控制，其中至少一個選擇器開關選擇性地改變至少一個負載被分配的電網的相，和/或至少一個選擇器開關的適當控制，其中至少一個選擇器開關調節輸入到每個相的功率的比例。有利地，給定相的電壓調節優先於不同相的負載平衡。依據本發明的具有多個供電相的配電網的動態管理系統包括硬體和/或軟體裝置，其實施如上所述的管理方法。硬體和/或軟體裝置優選地至少包括:-評估各相的至少一個電參數的元件，-和配電元件，被設計為按動態方式調整負載到各相的電連接和/或按動態方式調整發電機到各相的電連接。有利地，評估元件配置為確定給定相的電壓和/或來自於發電機的供應每個相的功率和/或每個相供電的負載。有利地，評估元件包括從連接到電網的消耗儀表和/或生產儀表收集數據的數據集中器。優選地，配電元件包括至少一個選擇器開關，其使得至少一個負載所分配的電網的相是可選擇變化的，和/或至少一個選擇器開關，其使得輸入到每個相的功率的比例可被調節，所述各選擇器開關由評估元件所控制。


從本發明特定實施例的下列描述中，其他優點和特徵將變得更清楚，所述實施例僅用於非限制的目的，並在附圖中示出，其中:-圖1示出了連接到各相的發電機的電連接的動態調整，-圖2和3示出了分別在電網的不同相的負載平衡期間和至少一個給定相的電壓調整期間連接到各相的負載的電連接的動態調整，-圖4是用於供電相的變更的選擇器開關的圖，-圖5和6分別是當選擇器開關從消耗儀表看位於線路側和負載側時通過控制供電相實施相間負載平衡的動態調整的示例，以及-圖7是通過控制不同相的功率輸入來實施平衡相間負載平衡的動態調整的不例，選擇器開關位於生產儀表和發電機之間。
具體實施例方式本發明將在對電力配電網的應用中進行描述，例如從MV/LV(中級電壓/低電壓)配電變電站到低電壓用戶(數量上大約100個)特別是住宅的低電壓LV型。MV/LV變電站提供多個饋電線(數量上大約4到10個)，在饋電線之間電力在變電站等級中分配。每個饋電線主要由三個供電相LI，L2，L3和中性相N構成，和以輻射狀結構的形式布置，呈現用於每個用戶到饋電線的連接的多個單相或三相線。由各相和/或給電網的一個或多個相注入電力的發電機(光伏發電、風力發電、電池(特別是電動車輛的電池)，和其他)的一個或多個供電的消耗能量的負載被設置在電網中。為了監測低電壓用戶的消耗，單相或三相連接傳統上配置巧妙或智能型電力消耗儀表。同樣，由發電機輸入電網的功率的監測通過分配在和連接到電網的生產儀表實施。每個儀表(不論是功耗儀表還是功率生產儀表)被配置為規律地傳遞消耗和/或生產數據給與之連接的MV/LV配電變電站。位於電網(例如在變電站中)的數據集中器收集來自於各儀表的數據和處理每個連接儀表的連續讀數。計量數據以規律的頻率(大約半小時到一天)有利地通過線載波電流接收，但也通過無線電裝置發送。消耗儀表能進一步額外實時或者以周期性的方式發送信息使能數據集中器確定給定相(在涉及三相連接的情況中則重複地針對三相LI，L2，L3)的電壓，特別是通過連接到該相的儀表的電壓等級的周期性檢測來實現。換句話說，各儀表對集中器通信電壓等級，集中器從位於電網不同位置產生的結果的集合中編輯每相的電壓文件(profile)。在前面，應知曉數據集中器，通過同分布在電網上的不同儀表(消耗和/或生產儀表)經由線載波電流或無線電裝置通信，構成使得各相的至少一個電參數被評估或確定的元件，電參數例如是每個的功率等級和/或由每個相供電的負載和/或由發電機給每個相供電的輸入功率。本發明的基本特徵體現在如下事實中，在這種環境中，提供具有用於實施管理方法的硬體和/或軟體裝置的電網的動態管理系統，其將進一步更詳細地描述，特別是至少在電參數評估元件的幫助下，而且也利用設計來以動態方式調整負載對各相的電連接和/或以動態方式調整發電機到各相的電連接的配電元件。下面將更好地理解，配電元件特別包括至少一個選擇器開關(圖4)，使得至少一個負載被分配的電網的相L1，L2，L3可選擇地改變。作為補充或者替代，至少一個選擇器開關可被提供在電線層或者在發電機和電網的各相之間的連接中，選擇器開關使輸入到每個相的功率(能量或電流)的比例被調節。連接到發電機的選擇器開關可被集中在特別是光伏發電生產的情況下的逆變器中，並且可以二進位或者成比例的方式執行在各相之間的選擇的或者結合的調節。連接負載和連接發電機的選擇器開關具體受評估元件(特別是數據集中器)所控制。因此，在各相的至少一個電參數的評估步驟之後，各相上發送的功率的分配步驟可以根據評估步驟的結果來執行，該評估步驟通過執行負載對各相的電連接的動態調整和/或發電機對各相的電連接的動態調整來實現。包括之前所述的參數評估和功率分配的步驟的管理方法使能實現至少一個給定相的電壓調節和/或電網的不同相上的負載平衡。在相電壓調節的情況下，評估步驟中的評估的參數之一因此是相的電壓等級，其他參數是由各相供電的負載值和/或源自發電機的輸入功率的值。配電步驟不必自動地以周期方式實施，而是更適合當評估的相電壓低於第一預設門限值或者高於第二預設門限值時被實施。具體地，門限值可從高和低極限值中建立，其中針對極限值應用了勾畫目標間隔的安全餘量。一個有利的策略來控制部件是以這樣的方式，在相電壓低於第一預設門限值的情況下，配電步驟包括將全部或部分連接到相同相的負載分配至電網的其他相和/或包括將連接到電網的其他相的發電機的全部或部分功率分配到這一相。另一方面在負載平衡的情況下，評估和配電步驟有利地以周期性方式自動實施，適合於具有在電網和負載和/或發電機之間的電連接的動態調整。為了確保在各相L1，L2，L3上的功率分配，用於分派負載給不同相和/或分配輸入給不同相的功率的標準在配電步驟期間被配置以獲得體現在最小化電網的各相之間的負載不平衡的平衡，這些不平衡之前由評估元件(特別是數據集中器)所確定。配電包括對於負載連接的選擇器開關和/或發電機連接的選擇器開關的適當控制。在對於至少一個給定相的電壓調節和不同相上的負載平衡的需求同時出現的情況下，給定相的電壓調節有利地優先於不同相上的負載平衡。上述解釋使之可以理解，所介紹的用於負載和發電機的選擇器開關的操作確保各相和相應的負載和發電機之間的電連接的必要的動態調整。這些動態調節通過選擇器開關的適當控制的方式來控制，例如由數據集中器來管理。圖1示出了發電機到各相LI，L2，L3的電連接的動態調整。數據集中器I評估(通過測量線圈2，3和4)來自變壓器變電站5的饋電線的每個相的負載。逆變器7和8通過線載波電流信號CPL通信它們的生產到集中器I。這些相執行評估步驟。集中器I然後能通過執行計算來評估各相之間的不平衡並且給出將輸入到逆變器7和8的每一相的電流的分配順序，其包括用於該目的的配電選擇器開關(相應的12和11)，該開關用於連接到相。選擇器開關通過集中器的適當控制，三相逆變器能夠輸入正確比例的電流或功率給每個相。特別是當在給定饋電線的層級所產生的功率大於或等於不平衡的功率時，系統能實時確保良好的平衡。逆變器例如由光伏板9和10供電。用於發電機連接的選擇器開關可具有與那些以選擇適配方式用於連接負載到各相的選擇器開關相同的性質(見圖4標示的元件14)。選擇器開關可包括來自集中器的控制信息的接收器(或讀取器Reader),其發送控制信息給處理器(processor),其傳遞關聯到不同相的多個啟動器(actuator)的命令指令。圖7說明用於執行各相之間的負載平衡的動態調整的相同的情況，選擇器開關為生產儀表15和電氣發電機16。通過分配生產的逆變器17來執行平衡，其能夠從DC總線中重新給三相中的每相注入更多或更少的功率。儀表是三相用戶的儀表18，它周期性地將它們的功率指標通信給位於變電站5中的數據集中器。三相生產儀表15，例如由光伏板供電，以同樣的方式將它們的產出通信給集中器，能從這些功率指標中推斷周期上所產生的或者所消耗的平均功率。在各相之間所消耗的平均功率的較大差異(例如大於30% )保持最小兩個周期的情況下，集中器發送命令給逆變器17，使得各相之間的平衡在配電變電站5的等級上改進。圖2顯示了在電網不同相上的負載平衡過程中的負載到各相的電連接的動態調整。數據集中器I評估來自於變壓器變電站5的饋電線的每個相的負載(通過測量線圈2，3和4)。集中器I因此能通過計算評估各相之間的不平衡。當不平衡達到固定的預設門限值時，集中器I發送詢問給裝配有選擇器開關11和12的儀表7和8，選擇器開關11和12對儀表供給瞬時功率。集中器I然後能計算每相的最佳的儀表配電，以便通過在不同相上分配負載來儘可能地減少不平衡，以最終分配不同相上的功率。用於這個的集中器I以適當的方式執行每個選擇器開關14的控制以獲得儘可能接近的各相之間的平衡。選擇器開關14以線性載波電流的方式同數據集中器I通信。圖5和6描述了通過供電相的控制來執行各相間負載的平衡的動態調整的相同的情況。在圖5中，選擇器開關14位於來自於消耗儀表(未示出)的線路側，消耗儀表因而安裝在位宅樓宇6和選擇器開關14之間，後者並且能夠用於供電到多個住宅6(這裡數量上為3個)。由選擇器開關14獲得平衡，開關14可以在三個可能的相之間切換以執行單相饋電線的供電。單相用戶儀表周期性地將它們的能量指標通信給位於變電站5中的集中器，並且集中器能夠推斷周期上的平均功率。在各相之間所消耗的平均功率的較大差異(例如大於30% )保持超過最小兩個周期的情況下，集中器I發送命令給逆變器14使得各相之間的不平衡在配電變電站的等級中改進。在圖6中，另一方面，選擇器開關14位於來自三相消耗儀表18的負載側，並且對多個負載19(比如採暖，換流器，燈或者其他)供電。選擇器開關14在三相之間切換來執行平衡。操作原理類似於圖5中的內容，而不同在於安裝在用戶樓宇的選擇器開關不再位於配電網中，即來自於儀表18的線路側。該解決方法使得用戶最優化其供電訂購的訂購功率。如果用戶具有MV/LV變壓器，也使得不平衡有關的損耗被限制。應知曉在圖5和6的情況下，選擇器開關的置換動作導致大約7ms的相移，這對負載19的操作不是不利的，並且仍然位於依據電網管理標準EN50160和負載標準61000-2-4的可接受的掉電的範圍內。
圖3最後顯示了在至少一個給定相的電壓調節過程中負載到各相的電連接的動態調整。住宅6的儀表13將它們的電壓等級傳送給集中器1，集中器I編輯每相的電壓文件。當電壓接近高或低極限值，下降到低於第一預設門限值而高於第二預設門限值，集中器查詢與之通信其瞬時功率的儀表。當電壓降落低於第一預設門限值時，例如在電網終端，集中器I傳送命令給連接到相同相的選擇器開關來將自身分配給其他兩相。所述電壓調節過程優先於圖1，2的負載平衡。本發明最終涉及包括當程序在計算機上執行時，適合於執行上述步驟的電腦程式編碼裝置的電腦程式。
權利要求
1.一種具有多個供電相的配電網的動態管理方法，包括各相的至少一個電參數的評估步驟，其特徵在於包括根據評估步驟的結果的，在各相上傳遞的功率的配電步驟，包括下列步驟: -負載到各相的電連接的動態調整， -和/或發電機到各相的電連接的動態調整。
2.根據權利要求1的動態管理方法，其特徵在於評估步驟包括由各相供電的負載和/或由發電機提供給各相供電的功率的確定。
3.根據權利要求1和2其中之一的動態管理方法，其特徵在於執行至少一個給定相的電壓調節，評估步驟中評估的參數為相的電壓等級，特別是通過連接到該相的儀表的電壓等級的周期性檢測來執行。
4.根據權利要求3的動態管理方法，其特徵在於當相電壓低於第一預設門限值或者高於第二預設門限值時實施該配電步驟。
5.根據權利要求4的動態管理方法，其特徵在於在相電壓低於第一預設門限值的情況中，配電步驟包括將全部或部分連接到相同相的負載分配給電網的其他相和/或將連接到電網的其他相的發電機的全部或部分功率分配給這一相。
6.根據權利要求1到5的動態管理方法，其特徵在於執行電網的不同相的負載平衡，評估和配電步驟以周期方式自動地實施。
7.根據權利要求6的動態管理方法，其特徵在於在配電步驟期間，用於分配負載給不同相和/或分配輸入到不同相的功率的標準被配置來執行體現在最小化電網各相之間的負載不平衡的平衡。
8.根據權利要求1到7其中之一的動態管理方法，其特徵在於配電步驟包括適當控制選擇性地改變至少一個負載被分配的電網的相的至少一個選擇器開關，和/或適當控制至少一個選擇器開關以調節輸入到每個相的功率的比例。
9.根據權利要求1到8其中之一的動態管理方法，其特徵在於給定相的電壓調節優先於不同相上的負載平衡。
10.一種具有多個供電相的配電網的動態管理系統，其特徵在於其包括用於實施依據權利要求1到9中任一個所述的管理方法的硬體和/或軟體裝置。
11.依據權利要求10的管理系統，其特徵在於硬體和/或軟體裝置至少包括: -評估各相的至少一個電參數的元件，和 -配電元件，被設計為按動態方式調整負載到各相的電連接和/或按動態方式調整發電機到各相的電連接。
12.依據權利要求11的管理系統，其特徵在於評估元件被配置為確定給定相的電壓和/或發電機提供的每個相的供電功率和/或每個相供電的負載。
13.依據權利要求11和12之一的管理系統，其特徵在於評估元件包括從連接到電網的消耗儀表和/或生產儀表收集數據的數據集中器。
14.依據權利要求13的管理系統，其特徵在於配電元件包括至少一個選擇器開關，其使得至少一個負載所分配的電網的相被選擇地改變，和/或至少一個選擇器開關，其使得輸入到每個相的功率的比例將被調節，所述各選擇器開關由評估元件控制。
全文摘要
具有多個供電相的配電網的動態管理方法，包括評估各相的至少一個電參數的步驟，包括根據評估步驟的結果的在各相上傳遞的功率的配電步驟，包括下列步驟負載到各相的電連接的動態調整，和/或發電機到各相的電連接的動態調整。具有多個供電相的配電網的動態管理系統包括實施該管理方法的硬體和/或軟體裝置。
文檔編號H02J3/46GK103138292SQ20121059872
公開日2013年6月5日 申請日期2012年11月28日 優先權日2011年11月28日
發明者M·克萊門斯, E·康蒂尼, O·鮑特勒爾, F·沃特洛特, P·德尚普斯 申請人:施耐德電器工業公司