供配电系统使用的系统和方法
【专利摘要】一种用于增强配电变压器的可缓供负载管理的系统，包括配置成存储配电变压器和至少一个可缓供负载的多个操作测量的存储器装置。该系统还包括与存储器装置通信耦合的处理器。该处理器编程为记录配置成将电功率传送到至少一个可缓供负载的配电变压器的第一操作测量。该处理器还编程为记录该至少一个可缓供负载的第二操作测量。该处理器还编程为作为第一操作测量和第二操作测量的至少其中之一的函数来确定对队列内的至少一个可缓供负载赋能的优先级。
【专利说明】供配电系统使用的系统和方法
【技术领域】
[0001]本文公开的主题一般涉及配电系统，更确切地来说涉及供以下操作使用的系统和方法:经由配电变压器监视和控制电功率输送。
【背景技术】
[0002]公知的电网典型地包括发电厂、传输和配电线路、变压器和有助于电功率传输和功率输送的其他设备。在发电厂中产生电功率之后，经由高压传输线路持续延长的距离将其传送到配电站。传输线路常常以约115千伏(kV)和约765 kV之间的电压电平操作。在配电站处，变压器将传输该功率所处的高电压降低到范围从约46 kV到约69 kV的次传输电压电平，或降低到范围从约12 1^到约34.5 kV的配电电压电平。然后，经由馈线将功率传送到最终消费者，并且在其达到最终消费者之前，通过配电变压器将电压降低到约120V/240V。
[0003]大多数公知的本地配电变压器典型地将功率输送到范围从一个家庭到二十个家庭的多个住所，具体取决于特定区域中消费者物业的密度。这些公知的配电变压器额定值介于约5千伏安(kVA)与约500 kVA之间。用于给定区域的本地化配电系统包括一个或多个配电变压器。因此，配电变压器对于将电功率输送到消费者物业至关重要，并且配电变压器的更换成本和维护成本可 能是配电的总成本中的重要因素。
[0004]大多数公知的配电变压器是持续服务的。因此，电网运营商尽力将电功率输送保持在变压器的额定值内。但是，有时，一些公知配电变压器可能超出它们的额定值，从而可能导致变压器的有效使用寿命减少。虽然许多公知的配电变压器能够支持显著高于它们额定容量的电负荷，但是此类配电变压器的使用寿命和平均无故障时间(MTBF)在此类负荷状况下受到负面影响。确切地来说，当变压器负荷增加时，变压器绕组的温度也会升高，进而增高变压器绝缘的温度。如温度升高导致的变压器绝缘的击穿减少了变压器的有效寿命，并增加变压器故障的潜在可能性。
[0005]在许多公知的地理区域中，电动车辆的使用正在增加，因此，功率需求将可能以用于对此类车辆中使用的电池或其他储能装置充电的电功率的形式增加。电动车辆经由充电站汲取的电功率增加了经由电网组件，例如本地配电变压器的功率传输。例如，大多数驾车人士在傍晚从公司所在地(place of business)返回住所。可预期大多数电动车车主将期望从其公司所在地返回其住所时对其电动车辆充电。对电动车辆充电可能造成个体住所电负荷比其他个体住所电负荷(例如，照明和小电器)大得多。再者，如果单个配电变压器服务的多个住所包括车辆充电站，则通过从一个配电变压器对多个电动车辆充电所造成的功率需求可能导致该配电变压器过载，从而缩短该配电变压器的有效寿命。一般，对电动车辆充电是可缓供的负载，即，能够在适合约束下缓供有限的一段时间的负载。其他可缓供负载包括水池泵、电池储能系统(BESS)和智能设备，例如智能干衣机。
[0006]许多公知电网系统使用智能电网技术或系统，它们有助于能源消费者与其关联的公用事业中间的双向计量通信。此外，许多公知电网和智能电网系统的运营商使用需求响应管理系统(DRMS)，以便有助于配电电压级的负载管理。但是，这些公知的DRMS在配电变压器级别上没有足够粒度(granularity)，并且无法处理具体配电变压器处的本地状况。确切地来说，这些DRMS有助于大型电负载或集团化的多个小型电负载的管理,而不适于处理配电变压器级别的需求。而且，大多数公知的DRMS具有与小时级别对应的占空比，且非实时的。再者，由于有关每年DR事件的应报数量的严格法规要求，公用事业可能会尽力减少应报事件的数量，并且因此可能错失进行调研的机会。
[0007]而且，智能电网系统与DRMS结合产生经由通信网络从远程设备传送到关联的公用事业的“后端办公室”的大量电网操作数据。虽然此数据对于协助公用事业识别有关电网的任何潜在问题和作出适当的决策是有用的，但是所收集的数据量非常巨大，并且此类数据收集之后存在与数据处理和分析关联的重大时延。因此，公知的DRMS未帮助前瞻性地管理此数据，也未帮助以及时的方式对此适当地动作。再者，巨大数据量需要增加通信信道的带宽来传送此数据。
【发明内容】
[0008]在一个方面中，提供一种用于增强配电变压器的可缓供负载管理的系统。该系统包括配置成存储配电变压器和至少一个可缓供负载的多个操作测量的存储器装置。该系统还包括与存储器装置通信耦合的处理器。该处理器编程为记录配置成将电功率传送到该至少一个可缓供负载的配电变压器的第一操作测量。该处理器还编程为记录该至少一个可缓供负载的第二操作测量。该处理器还编程为作为第一操作测量和第二操作测量的至少其中之一的函数来确定对队列内的至少一个可缓供负载赋能的优先级。
[0009]在另一个方面中，提供一种组装配电变压器可缓供负载增强(DTDLE)系统的方法。该方法包括提供配电变压器以及将该配电变压器耦合到位于至少一个消费者物业上的至少一个可缓供负载。该方法还包括将包括处理器和耦合到该处理器的存储器装置的计算装置耦合到该配电变压器和该至少一个消费者物业。该方法还包括配置该计算装置以记录配置成将电功率传送到该至少一个可缓供负载的配电变压器的第一操作测量。该方法还包括配置该计算装置以记录该至少一个可缓供负载的第二操作测量。该方法还包括配置该计算装置以作为第一操作测量和第二操作测量的至少其中之一的函数来确定对队列内的至少一个可缓供负载赋能的优先级。
[0010]在又一个方面中，提供一种配电系统。该配电系统包括耦合到位于至少一个消费者物业的至少一个可缓供负载的至少一个配电变压器。该系统还包括配制成存储该至少一个配电变压器和该至少一个可缓供负载的多个操作测量的存储器装置。该系统还包括与该存储器装置通信耦合的处理器。该处理器编程为记录配置成将电功率传送到该至少一个可缓供负载的该至少一个配电变压器的第一操作测量。该处理器还编程为记录该至少一个可缓供负载的第二操作测量。该处理器还编程为作为第一操作测量和第二操作测量的至少其中之一的函数来确定对队列内的至少一个可缓供负载赋能的优先级。
【专利附图】
【附图说明】
[0011]图1是电网的典型配电系统的简化示意图；
图2是可以与图1所示的配电系统结合使用的配电变压器可缓供负载增强(DTDLE)系统的示范配置的框图；
图3是可以与图2所示的DTDLE系统结合使用的示范车辆充电系统的框图；
图4是利用图2所示的DTDLE系统可以观察的配电变压器上的典型住所负载和商用负载的图形视图；
图5是在有过载的情况下可以观察到的配电变压器的有效寿命的典型预期损失的图形视图；
图6是与如图5所示的变压器过载的百分比关联的定价的表格视图；
图7是使用图1和图2所示的DTDLE系统调度可缓供负载以从图1所示的配电系统接收电功率的方法的流程图；
图8是图7所不的流程图的延续；
图9是可用于在Pavai1j大于0%时表不图7和图8所不的方法的配电变压器负荷的图形视图；以及
图10是组装图2所示的DTDLE系统的示范方法的流程图。
【具体实施方式】
[0012]图1是电网102的典型配电系统100的简化示意图。在该示范实施例中，配电系统100包括三相(30) 13.8千伏(kV)配电线缆104。作为备选，线缆104具有如本文描述的使配电系统100的操作能够实现的任何电压。配电系统100还包括配电变压器106,配电变压器106经由保险丝108和分别位于保险丝108上游和下游的电路110和112耦合到线缆104之一。在该示范实施例中，配电变压器106是柱上式变压器。作为备选，配电变压器106和关联的组件可以是箱式变压器(pad mounted transformer),集成在配电站内，或如本文描述的使配电系统100的操作能够实现的任何其他类型的配电变压器。而且，配电变压器106是单相(10O降压变压器，其以约13.8 kV (线电压)的电压电势从配电线缆104获取供电，并将该电压降压到约240 V线电压和120 V相电压。作为备选，配电变压器是三相(30)变压器。典型地，配电变压器106可以具有介于约5千伏安(kVA)与约500 kVA之间的负载范围。在该示范实施例中，配电变压器106具有介于25 kVA与50 kVA之间的负载容量，即，对约7至10个住所位置供电的足够功率传输能力。
[0013]再有，在该示范实施例中，配电系统100包括配电变压器可缓供负载增强(DTDLE)系统120。DTDLE系统120经由多个电压线缆122耦合到配电变压器106。DTDLE系统120是智能分布式控制装置，其位于配电变压器106的下侧或下游。DTDLE系统120帮助配电变压器106上可缓供负载的自动化调度，以便显著地降低使变压器106过载的可能性。因此，DTDLE系统120帮助降低使配电变压器106过载的可能性，进而增加关联的有效寿命，降低维护成本和提高可靠性。
[0014]此外，DTDLE系统120帮助更靠近最终用户的配电系统100的关联拥有者/运营商处理消费者数据。DTDLE系统120还帮助基于此类数据在本地作出自动化决策，而非收集此数据，将该数据传送到后端办公室，分析数据，并基于远程分析在远程位置作出决策。因此，DTDLE系统120有助于实现DTDLE系统120下游的配电系统100的部分123的实时本
地化管理。
[0015]再者，在该示范实施例中，DTDLE系统120经由配电系统100的部分123耦合到多个消费者住所124。部分123包括被赋能到约240 V线电压和120 V相电压的三个线路126。每个消费者住所124包括车辆充电系统130，车辆充电系统130用于对电动车辆(EV)(图1未示出)充电或提供电力。每个车辆充电系统130包括收发器132，收发器132与同DTDLE系统120关联的收发器134进行双向通信耦合。而且，每个住所124包括有助于每个住所124的消费者与DTDLE系统120之间进行双向通信的足够硬件、软件和固件，包括其不限于，向每个消费者显示充电选项、接收来自消费者的选择、将选择传送到DTDLE系统120、并接收DTDLE系统120的确认的触摸屏。此类充电选项包括且不限于与过载变压器106关联的增加的费率，下文对此进一步描述。DTDLE系统120使用如本文描述的使配电系统120的操作能够实现的任何无线标准。
[0016]至少一些车辆充电系统130是可缓供负载，即第一可缓供负载140、第二可缓供负载142和第N个可缓供负载144。
[0017]如本文所使用的，术语“可缓供负载”是指具有可以延期到稍后时间的电功率汲取的那些住所负载和/或工业负载。此类可缓供负载可以包括EV充电器，以及具有如本文描述的使配电变压器过载的可能性的其他大负载，例如且不限于电炉和大空调系统。而且，如本文描述的有助于配电系统100和DTDLE系统120的操作的任何方法唯一性地识别此类可缓供负载的每一个。再有，如本文所使用的，术语“可缓供负载状态”是指可缓供负载的两种离散状态的其中之一。第一状态是可缓供负载未耦合到配电变压器并且没有正在从配电变压器汲取任何功率，即，“关断”。第二状态是可缓供负载耦合到配电变压器并且正在从配电变压器汲取至少一些电功率，即，“开启”。再者，如本文所使用的，术语“操作模式”是指将可缓供负载的每一个指定为具有两种电功率汲取模式的其中之一。第一操作模式是可变功率汲取模式，其中可缓供负载从介于0%和100%的额定容量的配电变压器汲取变化值的电功率。第二操作模式是额定功率汲取模式，其中可缓供负载仅按其额定容量汲取电功率。
[0018]配电系统100还可以包括耦合到部分123的线路126的分布式发电装置146，并且包括收发器148。配电系统100包括任何数量、任何类型的分布式发电装置146，包括且不限于柴油发电机、微型涡轮和太阳能收集器阵列。
[0019]配电系统100示出为具有示范数量的消费者住所124。作为备选,配电系统100具有如本文描述的使配电系统100能够实现功能的任何数量的消费者住所124。
[0020]图2是可以与配电系统100结合使用的配电变压器可缓供负载增强(DTDLE)系统120的示范配置的框图。作为备选，使用如本文描述的使DTDLE系统120的操作能够实现的任何计算机体系结构。在该示范实施例中，DTDLE系统120帮助收集、存储、分析、显示和传送与电网102 (如图1所示)配电系统100中的配电变压器106 (如图1所示)的操作关联的数据。再有，在该示范实施例中，DTDLE系统120帮助配电变压器106下游的配电系统100的负载管理，从而管理变压器106上的负载。
[0021]DTDLE系统120包括存储器装置150和操作上耦合到存储器装置150以用于执行指令的处理器152。将可执行指令存储在存储器装置150中。DTDLE系统120是可被编程处理器152配置成执行本文描述的一个或多个操作。例如，可以通过将操作编程为一个或多个可执行指令并在存储器装置150中提供该可执行指令来将处理器152编程。处理器152可以(例如，在多核配置中)包括一个或多个处理单元。
[0022]在示范实施例中，存储器装置150是使得如可执行指令和/或其他数据的信息能够被存储和检索的一个或多个装置。存储器装置150可以包括一个或多个计算机可读介质，如但不限于，动态随机存取存储器(DRAM)、静态随机存取存储器(SRAM)、固态硬盘和/或硬盘。
[0023]存储器装置150可以配置成存储从与配电变压器106关联的感测装置(未示出)传送的多种操作数据，这些操作数据包括且不限于经由变压器传送的电功率的值，有时称为变压器负荷。存储器装置150的一些实施例还包括且不限于与每个变压器附近的环境温度、变压器油温度和变压器绕组温度关联的操作数据。而且，在该示范实施例中，将与耦合到配电变压器106的可缓供负载关联的操作数据存储在存储器装置150内，此类数据包括且不限于该可缓供负载的可缓供负载状态、当前实际功率汲取、先前最大实际功率汲取和操作模式。
[0024]在一些实施例中，DTDLE系统120包括耦合到处理器152的呈示接口 154。呈示接口 154将如用户界面和/或警报的信息呈示给用户156。例如，呈示接口 154可以包括耦合到显示装置(未示出)的显示器适配器(未示出)，显示装置诸如阴极射线管(CRT)、液晶显示器(IXD)、有机LED (OLED)显示器和/或具有显示屏的手持装置。在一些实施例中，呈示接口 154包括多于一个显示装置。此外或作为备选，呈示接口 154可以包括音频输出装置(未示出)(例如，音频适配器和/或扬声器)。
[0025]在一些实施例中，DTDLE系统120包括用户输入接口 158。在该示范实施例中，用户输入接口 158耦合到处理器152并接收来自用户156的输入。用户输入接口 158例如可以包括，键盘、指向装置、鼠标、触控笔和/或触敏板(例如，触控板或触摸屏)。如触摸屏的单个组件可以兼用作呈示接口 154和用户输入接口 158的显示装置。
[0026]通信接口 160耦合到处理器152，并且配置成与一个或多个其他装置通信耦合，一个或多个其他装置通信耦合例如车辆充电系统130 (如图1所示)、分布式发电装置146 (如图1所示)、另一个DTDLE系统120以及能够访问DTDLE系统120的任何装置，这些装置包括且不限于便携式膝上型计算机、个人数字助理(PDA)和智能电话。通信接口 160可以包括且不限于有线网络适配器、无线网络适配器、移动电信适配器、串行通信适配器和/或并行通信适配器。通信接口 160可以从一个或多个远程装置接收数据和/或向一个或多个装置传送数据。例如，一个DTDLE系统120的通信接口 160可以向另一个DTDLE系统120的通信接口 160传送事务信息。DTDLE系统120可以是启用Web以用于例如与远程桌上型计算机(未示出)进行远程通信。
[0027]呈示接口 154和/或通信接口 160都能够(例如，向用户126或另一个装置)提供适于与本文描述的方法结合使用的信息。相应地，呈示接口 154和通信接口 160可以称为输出装置。相似地，用户输入接口 158和通信接口 160能够接收适于与本文描述的方法结合使用的信息，并且可以称为输入装置。
[0028]处理器152和/或存储器装置120还可以在操作上耦合到存储装置162。存储装置162是适于存储和/或检索数据(例如但不限于与数据库164关联的数据)的任何计算机操作的硬件。在该示范实施例中，存储装置162集成在DTDLE系统120中。例如，DTDLE系统120可以包括一个或多个硬盘驱动器作为存储装置162。而且，例如存储装置162可以包括廉价磁盘冗余阵列(RAID)配置中的多个存储单元，如硬盘和/或固态硬盘。存储装置162可以包括存储区域网络(SAN)和/或网络连接的存储(NAS)系统。作为备选，存储装置162对于DTDLE系统120是外部的，并且可以通过存储接口(未示出)来访问存储装置162。
[0029]再有，在该示范实施例中，数据库164包括与配电变压器106关联的多种操作数据，包括且不限于经由变压器106传送的电功率的值，有时称为变压器负荷。数据库164的一些实施例还包括且不限于与每个变压器106附近的环境温度、变压器油温度和变压器绕组温度关联的操作数据。所有这些收集的数据与测量的时间和日期关联或以测量的时间和日期予以标记。
[0030]而且，在该示范实施例中，将与耦合到配电变压器106的可缓供负载140至144关联的操作数据存储在数据库164内，此类数据包括且不限于可缓供负载140至144的可缓供负载状态、当前实际功率汲取值、实际功率汲取的先前高值和操作模式。所有这些收集的数据与测量的时间和日期关联或以测量的时间和日期予以标记，
本文图示和描述的实施例以及本文未确切地描述但是在本发明披露的多个方面的范围内的实施例构成用于记录、存储、检索和显示与配电变压器关联的操作数据的示范装置。例如，DTDLE系统120和对其添加或包含在其中的任何其他相似计算机装置被集成在一起时，包括以足够计算机可执行指令编程以与处理器结合执行如本文描述的过程和技术的足够计算机可读存储介质。确切地来说，DTDLE系统120和对其添加或包含其中的任何其他相似计算机装置被集成在一起时，构成用于记录、存储、检索和显示与配电变压器关联的操作数据的示范装置。
[0031]图3是用于与DTDLE系统120 (如图1和图2所示)结合使用的示范车辆充电系统130的框图。车辆充电系统130对电动车辆(EV) 205充电或向其提供电力。再有，车辆充电系统130可以是或可以不是可缓供负载140、142或144。在该示范实施例中，车辆充电系统130包括可以耦合到EV 205的充电装置210。再有，在该示范实施例中，EV 205包括耦合到电动机220的至少一个储能装置215，如电池和/或电容器。再者，EV 205包括耦合到储能装置215的车辆控制器225。
[0032]再者，在该示范实施例中，充电装置210经由至少一个供电导线管230可拆卸地耦合到储能装置215以及耦合到车辆控制器225。作为备选，充电装置210可以经由任何一个或多个其他导线管耦合到储能装置215和/或车辆控制器225，和/或充电装置210可以经由无线数据链路(未示出)耦合到车辆控制器225。供电导线管230包括用于向储能装置215和/或向EV 205内的任何其他组件提供电力的至少一个导体(未示出)以及用于向EV205内的车辆控制器225和/或任何其他组件传送数据以及从其接收数据的至少一个导体(未示出)。作为备选，供电导线管230可以包括传送和/或接收功率和/或数据的单个导体或使车辆充电系统130能够如本文描述的实现功能的任何其他数量的导体。而且，在该示范实施例中，充电装置210耦合到电功率源，如配电系统100，以及更确切地来说，耦合到配电系统100的部分123的线路226。
[0033]车辆充电系统130经由收发器132与DTDLE系统120通信耦合。与车辆充电系统130关联的操作数据包括且不限于车辆充电系统130的车辆充电系统状态、当前实际功率汲取、先前最大实际功率汲取和操作模式。
[0034]在该示范实施例中，在操作期间，用户260利用供电导线管230将储能装置215耦合到充电装置210。用户260可以通过访问充电装置210的用户接口(未示出)以输入信息，如付费信息，和/或启动对储能装置215输电来与充电装置210交互。一旦用户260通过认证，充电装置219从配电系统100的部分123的线路接收功率，并经由供电导线管230将该功率提供到储能装置215。当储能装置215已被充电到期望的程度时，充电装置210中止向储能装置215输送功率，并用户260从储能装置215断开供电导线管230。
[0035]图4是可以利用(图2所示的)DTDLE系统120观察的(图1所示的)配电变压器106上的典型负荷的图形视图300。一般，配电变压器具有取决于消费者类型、日内时间、周内日期和外侧温度的某些负载曲线。
[0036]图形视图300包括y轴302，其按50%的增量从0%延续到300%，其中所述百分比值基于(图1所示的)配电变压器106的标称或额定铭牌负载，此铭牌负载额定值本文称为Pm，并且参照100%的额定铭牌负载值，此值常常以千伏安(kVA)为单位测量的。超过100%的值表示配电变压器106过载。图形视图300还包括X轴304，其表示按I小时的增量从0:00至24:00的24小时时钟上的时间。图形视图300还包括第一曲线306，第一曲线306表示配电变压器106在典型24小时期间上的典型住所负载。第一曲线306在约17:00与23:00之间超过PM，以及在约23:00处下降到Pm以下，以及在19:00与21:00之间存在峰值，这指示包括且不限于住所电器(未示出)和(图2和图3所示)车辆充电系统130的正在被赋能的负载。因此，(图1所示的)配电系统100中的住所负载使得配电变压器106在约17:00与23:00之间的时间期间的至少一部分上过载到Pmi的约200%的值。
[0037]图形视图300还包括第二曲线310，第二曲线310表示配电变压器106在典型24小时期间上的典型商用负载。第二曲线310在约7:00至22:00之间超过Pm，其指示包括且不限于商用电器(未示出)以及商用车辆充电系统(未示出)的正在赋能的负载。在多个实施例中，使用经由配电系统100提供电功率且与消费者住所124混用的商用设施包括小商店和公司。
[0038]图形视图300还包括第三曲线312，第三曲线312表示配电变压器106在典型24小时期间上的典型商用和工业负载。在一些实施例中，配电系统100服务于商业区,其中很少有住所负载(即使有的话)。第三曲线312在约6:00至18:00之间超过Pm，其指示包括且不限于商用和/或工业电器(未示出)以及商用和/或工业车辆充电系统(未示出)的正在赋能的负载。因此，配电系统100中的商用和或工业负载使得配电变压器106在约6:00与18:00之间过载。
[0039]图5是在变压器106过载的情况下可以观察到的(图1所示的)配电变压器106的有效寿命的典型预期损失的图形视图320。一般来说，大多数公用事业和变压器制造商已基于多种品质和型号的配电变压器的寿命跨度收集了足够的实证数据，以生成多种负荷方案的预期有效寿命跨度。此类实证数据有助于导出预测配电变压器在给定负载水平的有效寿命跨度的缩减的曲线。
[0040]图形视图320包括j轴322，其按5%的增量从0%延续到50%的变压器106的有效寿命跨度中的缩减，其中百分比值基于配电变压器106的100%的标称有效寿命跨度。图形视图320还包括X轴324，X轴324表示配电变压器106上按10%的增量从Pm的0%至170%的负载百分比。
[0041]图形视图300还包括曲线316，曲线316表示作为变压器106负荷相对于Pm的百分比的函数的、变压器106有效寿命的典型缩减。例如，配电变压器106的？_从0%至100%中，可以预期变压器106的有效寿命的0%缩减。再有，随着变压器106的过载百分比增加，超过100%的Pm会基于增量增加寿命损失，即缩减变压器106的有效寿命跨度。在该示范实施例中，图形视图320假定有效寿命的缩减与变压器106的使用寿命过载的一致值(consistent value)关联。一般来说，以及如图4所示,可能24小时期间的仅一部分使变压器106过载。但是，存在足够实证数据确定周期性过载的相似曲线。因此，可以将变压器过载的成本确定为过载值和过载时间期间的累计值的函数。
[0042]图6是与如(图1所示的)配电变压器106过载的百分比关联的定价结构的表格视图或表340。表340具有第一列342，其中包含作为变压器106的Pm的倍数的变压器106的负荷值。第二列344包含与列342中的过载值关联的定价P1至Pn的值。列344中的定价值表示公用事业的消费者因其选择使变压器106过载的成本，从而就变压器106的有效寿命缩减以及加速的维护、维修和/或更换补偿公用事业。
[0043]图7是使用(图1和图2所示的)DTDLE系统120调度可缓供负载140、142和/或144 (全部在图1中示出)以从图1所示的配电系统(100)接收电功率的方法400的流程图。图8是图7所示的流程图的延续。在该示范实施例中，将所有可缓供负载(DL) 140、142和144向公用事业注册，以及对应于每个DL 140、142和144，(图2中所示的)数据库164内驻留至少一个关联的数据记录(未示出)。
[0044]在该示范实施例中，方法400包括获取402 (图1所示的)配电变压器106的Pm的值，并将其存储在(图2所示的)数据库164内。还获取404配电变压器106的过载能力或上限(本文称为Pul)的值，并将存储在数据库164内。可以从公用事业和变压器制造商的至少其中之一或其组合获取配电变压器106的Pul。作为备选，可以从基于变压器106的“热点”温度的数据获取配电变压器106的Pul。此外，可以依据公用事业自行决定基于多种参数向上或向下调整以千瓦(kW)为单位测量且本文引述为Pm的百分比值的Pul的值，这些参数可以包括且不限于公用事业愿意接受的过载的量。记录406变压器106的当前负荷值(本文称为Pxf?)并将其存储 在数据库164内。再有，可以可选地记录包括且不限于环境温度(Tamb)、变压器油温度(Ttm)和变压器绕组温度(Tm)的温度，并将其存储在数据库164内。
[0045]从位于配电系统100内的所有DL 140至144收集408数据，并将其存储在数据库164内。此类数据包括且不限于每个DL 140至144的状态、每个DL 140至144的当前实际功率汲取、每个DL 140至144的先前最大实际功率汲取和每个DL 140至144的操作模式。可以在表410中表示此类数据。表410的第一列412包含DL #1 (140)至#N (144)，其中DL #1表示队列424中DL #1 (140)至#N (144)中任何一个。表410的第二列414包含列412中每个DL的状态，其中状态是离散的“关断”或“开启”。正如上文描述和本文所使用的，术语“可缓供负载状态”是指可缓供负载的两个离散状态的其中之一。第一状态是可缓供负载未耦合到配电变压器并且没有在从配电变压器汲取任何功率，即，“关断”状态。第二状态是可缓供负载耦合到配电变压器并且正在从配电变压器汲取至少一些电功率，即，“开启”状态。
[0046]表410的第三列416包含传送到每个DL#1 (140)至#N (144)的以kW为单位的当前负载值，即，P。—。表410的第四列418包含缓供的负载的最大值，即，PMX。表410的第五列420包括对应于每个DL #1 (140)至#N (144)的第三列416的内容对第四列418的内容的计算比值，即P—/P_，用于确定关联的DL的实际负载对最大负载的即时接近度。第五列420中的项的值可以在关联的Pmax的0%与100%之间变化。因此，计算这些比值有助于确定关联的DL是否典型地操作接近最大负载或作为备选，在可变负载下操作。
[0047]再有，在该示范实施例中，方法400包括当DL尝试获取赋能以从配电系统100接收电功率时，将这些DL填充422队列424。队列424包括每个DL #1 (140)至#N (144)的第一列426。当接收到赋能的关联请求时,填充队列424的第一列426。此类操作与请求时，例如操作照明开关时，即刻被赋能的那些负载相对而言。只要编程到DTDLE系统120中的参数内的足够容量可用，则队列424将一直不会被填充。当编程到DTDLE系统120中的参数内没有足够容量时，队列424将开始填充。队列424还包括第二列428，第二列428包含列426中的每个DL的状态，其中在DTDLE系统120管理队列424中的DL的赋能的定时时，状态总是离散“关断”。队列424还包括第三列430，第三列430与表410的第四列418相似。队列424还包括第四列432，第四列432与表410的第五列420相似。
[0048]参考图8，一旦消费者发出DL请求，则对于测量TQIl和Twe的那些实施例，DTDLE系统120确定434测量的温度是否超过数据库164中存储的警报设置点(TAU()。如果测量的温度超过设置点，则不将该DL加入436到(图7所示的)队列424。否则，确定438队列424中是否有任何DL。如果队列424中没有DL，则DTDLE系统120接着监视DL连接的任何请求。
[0049]如果队列424中有DL，则DTDLE系统120确定442不使变压器106超载的情况下余下可用于加载配电变压器106的负荷容量(PAvm)。DTDLE系统120使用如PAVAIl = Pnom -Pxfmr的表达式。DTDLE系统120确定444是否PAVAIl大于或等于0%。如果PAVAIl大于或等于0%，则DTDLE系统120确定446 Pxfmr + Pmax腿小于Pnom，其中Pmax DL #i表示队列424中DL#1 (140)至#N (144)中任何一个的Pmaxo如果确定Pxmfr + Pmax腿小于Pnom,则DTDLE系统120允许DL #i将其状态从“关断”更改448到“开启”，并且允许DL #i从队列424移除。或者，如果PAvm小于0%，这指示配电变压器106上没有额外容量，或如果Pxmft + PmaxDL#大于Pnom，则确定450 Pxfmr + P— DL#i是否小于Pul。
[0050]如果确定Pxf? + Pmax DLfli小于Pul，则确定452消费者是否愿意为即刻对DL#i赋能支付更高的价格(根据图6)，或作为备选，等待变压器106上的负荷足够大地下降到操作对DL #i赋能而不会使变压器106过载。如果确定消费者愿意支付更高的价格，则DTDLE系统120允许DL #i将其状态从“关断”更改448到“开启”，并且允许DL #i从队列424移除并允许变压器106的过载。如果消费者不愿意支付更高的价格，则DL #i将被置于队列424中。
[0051]而且，一旦DL #i被置于队列424中，如果DL #i能够在Pmax m#i条件下适合地操作，则公用事业可以限制454传送DL #i的电流，以使Pxf? + Pdl ?等于PM。此电流将是可变的，并且将按需调整以使Pxf? + Pdlsi等于Pm的条件被满足。如果无法满足该条件，则DL #i保留在队列424中。如果确定Pxfmr + Pmax腿不小于Pul，则DL #i保留456在队列424中，直到从队列424中移除DL #i所需的所有这些条件被满足为止。
[0052]图9是可用于在PAvm大于0%时表示(图7和图8所示的)方法400的配电变压器负荷的图形视图500。一般来说，(图1和图2所示的)DTDLE系统120控制(图1所示的)配电变压器106的负荷。如上文描述的，Pnoffl表示变压器的铭牌额定负荷，而Pul表示公用事业不希望超过的变压器负荷的上限。[0053]图形视图500包括y轴502，其按50%的增量从0%延续到250%，其中该百分比值基于常常以kVA为单位测量的PM。超过100%的值表示配电变压器106过载。图形视图500还包括X轴504，其表示按I小时的增量从0:00至24:00的24小时时钟上的时间。图像视图500还包括曲线506，曲线506表示配电变压器106在典型24小时期间上的典型住所负载，即，Pxf?。图形视图500还包括Pm以下定义的第一区域508。图形视图500还包括Pm与Pm之间定义的第二区域510。图形视图500还包括Pm以上定义的第一区域512。
[0054]在该示范实施例中，在约0:00与在约17:00之间，Pxf?小于PM，以及表达式PAVAIl=Pnom - Pxfmr生成Pavail大于?%的结果。因此，Pxfmr曲线506位于Pnom处或Pnom以下，对可缓供负载赋能的请求可能被DTDLE 120许可，只要有足够的PAVAtt，以使添加负载不会导致Pxfmr曲线506超过Pm即可。
[0055]再有,在该示范实施例中，在约17:00之后，Pxfmr大于Pmi,以及表达式PAVAIl = Pnom-Pxffflr生成PAVAtt小于0%的结果。对于这些情况，对特定可缓供负载赋能可能增加负载使得Pxffflr曲线506将超过Pm，以及消费者将被要求支付更高的价格。如果消费者同意，如图所示，在示范实施例中，DTDLE 120将允许该可缓供负载的赋能。在该情况中，Pxfnff曲线506将超过Pm，配电变压器106将被允许在区域510中操作，以及只要Pxfnff曲线506不超过Pul，则将允许附加的负载，其中第三区域512操作不被允许。此外，如果关联的可缓供负载正常情况下能够在Pmax条件以下操作，这意味着为了适合的操作，负载不需要满额定电流，DTDLE120可以操作可缓供负载切换到“开启”状态，但是它将管制其输出电流。此决策将基于可缓供负载正常操作所需的最小电流。
[0056]作为备选，如果消费者不同意增加的定价`，则不允许对该可缓供负载赋能，并将其置于队列424 (如图8所示)中，直到有足够容量使变压器106负担该可缓供负载以使Pxf?不超过Pm且该特定负载在队列424中被轮到为止。
[0057]DTDLE系统120帮助降低系统平均中断频率指数(SAIFI)。SAIFI是消费者中断的总次数对被服务的消费者的总数之比，它被供电公共设施通用作为可靠性指标，往往用于表示消费者体验到的平均中断次数值，并且以每个消费者的中断次数为单位来测量。例如，在北美，SAIFI的一个最近值是每个消费者约1.10的中断次数。
[0058]再者，DTDLE系统120帮助降低系统平均中断持续时间指数(SAIDI)。SAIDI是所有消费者中断持续时间之和对被服务的消费者的总数之比，它被供电公共设施通用作为另一个可靠性指标，往往用于表示每个消费者体验到的平均断电持续时间，并且以时间为单位，往往是以分钟或小时来测量。例如，在北美，SAIDI的一个最近值是约1.50小时。
[0059]图10是组装(图1和图2所示的)DTDLE系统120的示范方法600的流程图。在该示范实施例中，提供602 (图1所示的)配电变压器106。将配电变压器106耦合到604位于(图1所示的)至少一个消费者物业124中的至少一个可缓供负载，例如，DL #1 (140)至謝(144)(全部在图1中示出)。配电变压器106配置成向DL #1 (140)至#N (144)的至少其中之一传送电功率。将例如DTDLE系统120的计算装置(包括处理器152和耦合到处理器152的存储器装置150)耦合606到配电变压器106和至少一个消费者物业124。DTDLE系统120配置成608记录配电变压器106的第一操作测量。配电变压器120还配置成610记录DL #1 (140)至#N (144)的至少其中之一的第二操作测量。DTDLE系统120还配置成612作为第一操作测量和第二操作测量的至少其中之一的函数来确定(图7所示的)队列424内的DL #1 (140)至#N (144)的至少其中之一的赋能优先级。
[0060]与公知的配电系统相比，本文描述的方法、系统和设备提供其中安装的配电变压器的改进的管理。确切地来说，与公知的配电系统相比，本文描述的方法、系统和设备能够实现配电变压器的改善或延长的有效寿命。更确切地来说，与公知的配电系统相比，本文描述的方法、系统和设备能够实现操作较大的配电系统的本地化部分以通过将可能使得变压器负荷增加到标称值以上的那些可缓供负载排队来控制变压器的负荷。再有，与公知的配电系统相比，本文描述的方法、系统和设备能够实现在调度的基础上对可缓供负载赋能。此基础包括赋能的请求到达队列中时该请求被接受的次序、作为每个可缓供负载汲取的最大已知电流的函数的该特定负载汲取的电流的预期值，以及关联的消费者为补偿变压器预期寿命缩减而对该负载赋能支付增加的成本的意愿。因此，与公知的配电系统相比，本文描述的方法、系统和设备能够实现增加可靠性和降低断电(SAIFI和SAIDI)，以及降低配电变压器的维护成本。再有，因此，由与缩减寿命直接关联的消费者承担变压器有效寿命缩减的成本，而使不选择付出更多的那些消费者免于非计划的断电。
[0061]再者，与公知的配电系统相比，本文描述的方法、系统和设备能够实现配电变压器的本地化和自动化管理，以便提高此管理的粒度，从而能够实现对可缓供负载和变压器的更大控制。而且，与公知的配电系统相比，本文描述的方法、系统和设备能够实现减少经由配电系统的本地化部分与关联的公用事业的后端办公室之间的信道传送的通信和数据业务的量，从而能够减小实现关联的数据库的大小和关联的数据信道的带宽。能够通过本文描述的方法、系统和设备实现的这种本地化数据管理减小了与远程决策制定和本地化装置的操作关联的操作时延。
[0062]本文描述的方法、系统和设备的示范技术效果包括如下的至少其中之一:(a)使用本地化数据收集和管理来调度可缓供负载以降低超出配电变压器的标称铭牌功率额定值的可能性；(b)使用配电变压器的本地化管理和控制以将对可缓供负载赋能的请求存储在队列中；(c)允许在调度的基础上对这些排队的负载赋能，此基础基于赋能的请求到达队列中时该请求被接受的次序、作为每个可缓供负载汲取的最大已知电流的函数的该特定负载汲取的电流的预期值，以及关联的消费者为补偿变压器预期寿命缩减而对该负载赋能支付增加的成本的意愿；(d)允许配电变压器有限的过载，而不允许超出公用事业确定的变压器负载的上限；以及(e)降低与管理本地配电变压器的负荷关联的时间延迟。
[0063]本文描述的方法和系统不限于本文描述的特定实施例。例如,每个系统的组件和/或每个方法的步骤可以与本文描述的其他组件和/或步骤彼此独立且分开地来使用和/或实施。此外，还可以将每个组件和/或步骤与其他组装件和方法一起使用和/或实施。
[0064]本文编写的描述使用示例来公开本发明，包括最优实施例方式，并且还使本领域技术人员能够实施本发明，包括制造和使用任何装置或系统并执行任何并入的方法。本发明的可专利范围由权利要求定义，并且可以包括本领域技术人员设想的其他示例。如果此类其他示例具有并无不同于权利要求的文字语言的结构元素或此类其他示例包含与权利要求的文字语言无实质性差异的等效结构元素，则此类其他示例应在权利要求的范围内。
[0065]一些实施例涉及一个或多个电子或计算装置的使用。此类装置典型地包括处理器或控制器，诸如通用中央处理单元(CPU)、图形处理单元(GPU)、微控制器、精简指令集计算机(RISC)处理器、专用集成电路(ASIC)、可编程逻辑电路(PLC)和/或能够执行本文描述的功能的任何其他电路或处理器。本文描述的方法可以编码为包括而不限于存储器装置和/或存储器装置的计算机可读介质中嵌入的可执行指令。当被处理器执行时，此类指令使处理器执行本文描述的方法的至少一部分。上文这些示例仅是示范性的，因此不应以任何形式限制术语“处理器”的定义和/或含义。
[0066]虽然本发明是依据多种特定实施例来描述的，但是本领域技术人员将认识到，在不背离权利要求的精神和范围的前提下可以通过修改来实施本发明。
【权利要求】
1.一种用于增强配电变压器的可缓供负载管理的系统，所述系统包括: 存储器装置，所述存储器装置配置成存储配电变压器和至少一个可缓供负载的多个操作测量；以及 处理器，所述处理器与所述存储器装置通信耦合，所述处理器编程为: 记录配置成将电功率传送到所述至少一个可缓供负载的所述配电变压器的第一操作测量； 记录所述至少一个可缓供负载的第二操作测量；以及 作为所述第一操作测量和所述第二操作测量的至少其中之一的函数来确定对队列内的所述至少一个可缓供负载赋能的优先级。
2.如权利要求1所述的系统，其中所述配电变压器的所述第一操作测量包括如下项的至少其中之一: 经由所述配电变压器传送的电功率的值； 环境温度值； 所述配电变压器的油温度值；以及 所述配电变压器的绕组温度值。
3.如权利要求1所述的系统，其中所述至少一个可缓供负载的所述第二操作测量是如下项的至少其中之一: 所述至少一个可缓供负载的状态； 当前实际电功率汲取的值； 实际电功率汲取的前高值；以及 所述至少一个可缓供负载的操作模式。
4.如权利要求3所述的系统，其中所述至少一个可缓供负载的所述状态包括如下项的至少其中之一: 第一状态，其中所述可缓供负载未耦合到所述配电变压器并且没有在从其中汲取电功率；以及 第二状态，其中所述可缓供负载耦合到所述配电变压器并且正在从其中汲取至少一些电功率。
5.如权利要求3所述的系统，其中所述至少一个可缓供负载的所述操作模式包括如下项的至少其中之一: 第一操作模式，其中所述至少一个可缓供负载从所述配电变压器汲取变化值的电功率；以及 第二操作模式，其中所述至少一个可缓供负载仅以其额定容量从所述配电变压器汲取电功率。
6.如权利要求1所述的系统，其中所述处理器配置成定义所述队列，并作为如下项的函数来以多个可缓供负载填充所述队列: 所述可缓供负载请求耦合到所述配电 变压器的时间；以及 所述第一操作测量和所述第二操作测量的至少其中之一。
7.如权利要求1所述的系统，其中所述处理器配置成: 依据用户自行决定允许所述队列中的可缓供负载耦合到所述配电变压器；确定所述配电变压器的当前负荷在额定负载以上；以及 确定使所述配电变压器过载的定价。
8.一种组装配电变压器可缓供负载增强(DTDLE)系统的方法，所述方法包括: 提供配电变压器； 将所述配电变压器耦合到位于至少一个消费者物业的至少一个可缓供负载； 将包括处理器和耦合到所述处理器的存储器装置的计算装置耦合到所述配电变压器和所述至少一个消费者物业；以及将所述计算装置配置成: 记录配置成将电功率传送到所述至少一个可缓供负载的所述配电变压器的第一操作测量； 记录所述至少一个可缓供负载的第二操作测量；以及 作为所述第一操作测量和所述第二操作测量的至少其中之一的函数来确定对队列内的所述至少一个可缓供负载赋能的优先级。
9.如权利要求8所述的方法，其中将所述计算装置配置成记录所述配电变压器的第一操作测量包括将所述计算装置配置成记录如下项的至少其中之一: 经由所述配电变压器传送的电 功率的值； 环境温度值；以及 所述配电变压器的油温度值；以及 所述配电变压器的绕组温度值。
10.如权利要求8所述的方法，其中将所述计算装置配置成记录所述至少一个可缓供负载的第二操作测量包括将所述计算装置配置成记录如下项的至少其中之一: 所述至少一个可缓供负载的状态； 当前实际电功率汲取的值； 实际电功率汲取的前高值；以及 所述至少一个可缓供负载的操作模式。
11.如权利要求10所述的方法，其中将所述计算装置配置成记录所述至少一个可缓供负载的状态包括如下的其中之一: 将所述计算装置配置成记录第一状态，其中所述可缓供负载未耦合到所述配电变压器并且没有在从其中汲取电功率；以及 将所述计算装置配置成记录第二状态，其中所述可缓供负载耦合到所述配电变压器并且正在从其中汲取至少一些电功率。
12.如权利要求10所述的方法，其中将所述计算装置配置成记录所述至少一个可缓供负载的操作模式包括如下的其中之一: 将所述计算装置配置成记录第一操作模式，其中所述至少一个可缓供负载从所述配电变压器汲取变化值的电功率；以及 将所述计算装置配置成记录第二操作模式，其中所述至少一个可缓供负载仅以其额定容量从所述配电变压器汲取电功率。
13.如权利要求8所述的方法，其中将所述计算装置配置成确定对队列内的所述至少一个可缓供负载赋能的优先级包括，将所述计算装置配置成定义所述队列，并作为如下项的函数来以多个可缓供负载填充所述队列: 所述可缓供负载请求耦合到所述配电变压器的时间；以及 所述第一操作测量和所述第二操作测量的至少其中之一。
14.一种配电系统,包括: 至少一个配电变压器； 至少一个可缓供负载，所述至少一个可缓供负载位于至少一个消费者物业且耦合到所述至少一个配电变压器； 存储器装置，所述存储器装置配置成存储所述至少一个配电变压器和所述至少一个可缓供负载的多个操作测量；以及 处理器，所述处理器与所述存储器装置通信耦合，所述处理器编程为: 记录配置成将电功率传送到所述至少一个可缓供负载的所述至少一个配电变压器的第一操作测量； 记录所述至少一个可缓供负载的第二操作测量；以及 作为所述第一操作测量和所述第二操作测量的至少其中之一的函数确定对队列内的所述至少一个可缓供负载赋能的优先级。
15.如权利要求14所述的配电系统，其中所述至少一个配电变压器的所述第一操作测量包括如下项的至少其中之一: 经由所述至少一个配电变压器传送的电功率的值； 环境温度值；` 所述至少一个配电变压器的油温度值；以及 所述至少一个配电变压器的绕组温度值。
16.如权利要求14所述的配电系统，其中所述至少一个可缓供负载的所述第二操作测量是如下项的至少其中之一: 所述至少一个可缓供负载的状态； 当前实际电功率汲取的值； 实际电功率汲取的前高值；以及 所述至少一个可缓供负载的操作模式。
17.如权利要求16所述的配电系统，其中所述至少一个可缓供负载的所述状态包括如下项的至少其中之一: 第一状态，其中所述至少一个可缓供负载未耦合到所述至少一个配电变压器并且没有在从其中汲取电功率；以及 第二状态，其中所述至少一个可缓供负载耦合到所述至少一个配电变压器并且正在从其中汲取电功率。
18.如权利要求16所述的配电系统，其中所述至少一个可缓供负载的所述操作模式包括如下项的至少其中之一: 第一操作模式，其中所述至少一个可缓供负载从所述至少一个配电变压器汲取变化值的电功率；以及 第二操作模式，其中所述至少一个可缓供负载仅以其额定容量从所述至少一个配电变压器汲取电功率。
19.如权利要求14所述的配电系统，其中所述处理器配置成定义所述队列，并作为如下项的函数来以所述可缓供负载的多个所述可缓供负载填充所述队列: 要耦合到所述至少一个配电变压器的请求的时间；以及 所述第一操作测量和所述第二操作测量的至少其中之一。
20.如权利要求19所述的配电系统，其中所述处理器配置成: 依据用户自行决定允许所述队列中的所述多个可缓供负载的至少其中之一耦合到所述至少一个配电变压器； 确定所述至少一个配电变压器的当前负荷在额定负载以上；以及 确定使所述至少一个配电变压器`过载的定价。
【文档编号】H02J3/14GK103765716SQ201280043618
【公开日】2014年4月30日 申请日期:2012年7月3日 优先权日:2011年7月8日
【发明者】N.K.帕瓦尔, A.武科杰维奇, D.L.沃克 申请人:通用电气公司