電力監(jiān)控系統(tǒng)和方法
【專利說明】電力監(jiān)控系統(tǒng)和方法
[0001]相關(guān)申請的交叉引用
[0002]本申請要求于2012年6月15日提交的名稱為“Power Monitoring Device andMethod”的美國臨時申請序列號61/660，119以及于2012年5月13日提交的名稱為“PowerGrid Monitoring System and Method”的美國臨時申請序列號61/646，350的優(yōu)先權(quán)，其整個內(nèi)容通過引用并入本文。
【背景技術(shù)】
[0003]電力產(chǎn)生，傳輸并被分配至多個端點，例如客戶或用戶場所(以下稱為“用戶場所”)。用戶場所可包括多戶住宅(如公寓樓、養(yǎng)老院)、單戶住宅、寫字樓、活動中心(例如，大體育館或多用途室內(nèi)體育館、酒店、運動中心)、購物中心，或向其輸送電力的任何其它類型的建筑物或區(qū)域。
[0004]輸送至用戶場所的電力通常在發(fā)電廠產(chǎn)生。發(fā)電廠是通過將發(fā)電機的機械能轉(zhuǎn)換成電能而產(chǎn)生電力的任何類型的設(shè)備。操作發(fā)電機的能量可來自許多不同類型的能源，包括化石燃料(例如，煤，石油，天然氣)、核能、太陽能、風(fēng)能、波能，或水電能源。更進(jìn)一步，發(fā)電廠通常產(chǎn)生交流電(AC)。
[0005]在發(fā)電廠產(chǎn)生的交流電通常增高(電壓逐步升高)并通常通過輸電線路傳輸至一個或多個輸電變電站。輸電變電站與多個配電變電站相互連接，輸電變電站將交流電傳輸至配電變電站。配電變電站通常降低接收的交流電的電壓(電壓逐步下降)，并將降下電壓的交流電傳輸至電連接至多個用戶場所的配電變壓器。如此，電壓下降的交流電被輸送至多個用戶場所。這種相互連接的電力組件、輸電線路和配電線路的網(wǎng)或網(wǎng)絡(luò)通常稱為電網(wǎng)。
[0006]在整個電網(wǎng)中，產(chǎn)生、傳輸并分配可測量的電力。就此而言，在整個電網(wǎng)中的特定中點或端點處，接收和/或分配的電力的測量值可指示與電網(wǎng)有關(guān)的信息。例如，如果電網(wǎng)的端點處分配的電力遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于例如配電變壓器接收的電力，則可能存在妨礙電力輸送的系統(tǒng)問題，或電力可能正被惡意轉(zhuǎn)移。這種在電網(wǎng)中任何描述的點收集用電數(shù)據(jù)以及對這種數(shù)據(jù)進(jìn)行分析可進(jìn)一步幫助電力供應(yīng)商生成電力，傳輸電力并將電力分配至用戶場所。
【附圖說明】
[0007]參考以下附圖可更好地理解本發(fā)明，附圖的元件不需要互相按比例繪制，重點在于清楚地說明本發(fā)明的原理，此外，在附圖中，相同附圖標(biāo)記表示相應(yīng)的部件，其中:
[0008]圖1是描繪根據(jù)本發(fā)明的實施例的示例性電力傳輸和分配系統(tǒng)的圖；
[0009]圖2A是描繪根據(jù)本發(fā)明的實施例的變壓器和儀表電力使用數(shù)據(jù)收集系統(tǒng)的圖；
[0010]圖2B是描繪根據(jù)本發(fā)明的實施例的線路電力使用數(shù)據(jù)收集系統(tǒng)的圖；
[0011]圖3是如圖2A所描繪的通用變壓器監(jiān)控裝置的圖；
[0012]圖4是描繪如圖2A中所描繪的示例性操作計算裝置的框圖；
[0013]圖5是描繪如圖2A中所描繪的示例性變壓器監(jiān)控裝置的框圖；
[0014]圖6是根據(jù)本發(fā)明的實施例的變壓器殼的圖；
[0015]圖7是示出安裝在圖6中描繪的變壓器殼上的圖3中描繪的變壓器監(jiān)控裝置的衛(wèi)星單元的圖；
[0016]圖8是示出安裝在圖6中描繪的變壓器殼上的圖3中描繪的變壓器監(jiān)控裝置的衛(wèi)星單元的圖；
[0017]圖9是示出安裝在圖6中描繪的變壓器殼上的圖3中描繪的變壓器監(jiān)控裝置的主單元的圖；
[0018]圖10是示出安裝在圖6中描繪的變壓器殼上的圖8中描繪的變壓器監(jiān)控裝置的主單元的圖；
[0019]圖11是描繪根據(jù)如圖1中描繪的用于星形變壓器(wye transformer)構(gòu)造的系統(tǒng)的電力監(jiān)控方法的圖；
[0020]圖12是描繪根據(jù)如圖1中描繪的用于三角形變壓器構(gòu)造的系統(tǒng)的電力監(jiān)控方法的圖；
[0021]圖13是描繪根據(jù)如圖1中描繪的用于開口三角形變壓器構(gòu)造的系統(tǒng)的電力監(jiān)控方法的圖；
[0022]圖14是描述如圖1中描繪的電力傳輸和分配系統(tǒng)的示例性架構(gòu)和功能的流程圖。
【具體實施方式】
[0023]圖1是圖不用于將電力輸送至一個或多個用戶場所106-111的電力傳輸和分配系統(tǒng)100的框圖。一個或多個用戶場所106-111可以是商業(yè)用戶場所、住宅用戶場所，或任何其它類型的用戶場所。用戶場所為向其輸送電力的任何結(jié)構(gòu)或區(qū)域。
[0024]電力傳輸和分配系統(tǒng)100包括至少一個輸電網(wǎng)118，至少一個配電網(wǎng)119，和通過多個電力線1la-1Olj相互連接的用戶場所106-111 (上文所描述的)。
[0025]就此而言，電力傳輸和分配系統(tǒng)100是通過輸電網(wǎng)118和配電網(wǎng)119將發(fā)電廠10產(chǎn)生的電輸送至一個或多個用戶場所106-111的電“網(wǎng)”。
[0026]應(yīng)注意電力線1la和1lb是示例性輸電線路，而電力線1lc和1ld是示例性配電線路。在一個實施例中，輸電線路1la和1lb常常通過架空電力線在高壓(IlOkV或以上)下輸電。在配電變壓器，交流電在較低的電壓(例如，25kV或更小)下通過配電線路傳輸。應(yīng)注意在這種實施例中，所描述的電力傳輸使用三相交流電(AC)。然而，在其它實施例中可使用其它類型電力和/或電力傳輸。
[0027]輸電網(wǎng)118包括一個或多個輸電變電站102 (為簡單起見僅示出一個)。發(fā)電廠10通過電力線1la電耦合至輸電變電站102，且輸電變電站102通過電力線1lb電連接至配電網(wǎng)119。如上所述，發(fā)電廠10 (變壓器(未示出)位于發(fā)電廠10)在將產(chǎn)生的電力通過輸電線路1la傳輸至輸電變電站102之前增高其電壓。應(yīng)注意，所示的三條線形成電力線101a，其指示傳輸至102的電力為三相交流電。然而，在其它實施例中，可傳輸其它類型的電力。
[0028]就此而言，電在發(fā)電廠10產(chǎn)生，產(chǎn)生的電的電壓電平“逐步升高”，即產(chǎn)生的電力的電壓被增高至高壓(例如，IlOkv或更大)以減小產(chǎn)生的電在通過輸電網(wǎng)118傳輸期間可能發(fā)生的損耗的量。
[0029]應(yīng)注意，圖1中描繪的輸電網(wǎng)118僅包括兩組輸電線路1la和1lb (三條線路的每一個用于傳輸三相電力，如上所述)和一個輸電變電站102。圖1的配置僅為不例性配置。輸電網(wǎng)118可包括通過多個附加輸電線路相互連接的附加輸電變電站。輸電網(wǎng)118的配置可取決于電壓增高的電到達(dá)所期望的配電網(wǎng)119可能需要傳輸?shù)木嚯x。
[0030]配電網(wǎng)119將電從輸電網(wǎng)118傳輸至用戶場所106-111。就此而言，配電網(wǎng)119包括配電變電站變壓器103和一個或多個配電變壓器104和121。應(yīng)注意，圖1中所示的配置包括配電變電站變壓器103和兩個配電變壓器104和121，且示出的配電變電站變壓器103與兩個配電變壓器104和121物理分離的配置為示例性配置。在其它實施例中，其它配置是可能的。
[0031]例如，配電變電站變壓器103和配電變壓器104可容納或組合在配電網(wǎng)119 (以及配電變電站變壓器103和配電變壓器121)的其它配置中。此外，一個或多個變壓器可用于調(diào)節(jié)電，即將電的電壓轉(zhuǎn)換成輸送至用戶場所106-111的可接受的電壓電平。配電變電站變壓器103和配電變壓器104可“逐步下降”，即在配電變電站變壓器103和配電變壓器104、121將電傳輸至其預(yù)期目的地(例如，用戶場所106-111)之前，降低從輸電網(wǎng)118接收的電的電壓。
[0032]如上所述，在操作中，發(fā)電站10通過電力線1la電耦合至輸電變電站102。發(fā)電廠10產(chǎn)生電，并通過電力線1la將所產(chǎn)生的電傳輸至輸電變電站102。在傳輸之前，發(fā)電廠10將電的電壓增高，以便可有效地將電傳輸更大的距離，而不影響輸送的電的質(zhì)量。如上文進(jìn)一步所述，由于電在電力線1lb上傳輸，因此可能需要增高電的電壓以使能量損耗最小化。輸電變電站102將電轉(zhuǎn)發(fā)至配電網(wǎng)119的103。
[0033]當(dāng)接收到電力時，配電變電站變壓器103將電的電壓降低至配電變壓器104、121可用的范圍。同樣地，配電變壓器104、121可進(jìn)一步將接收的電的電壓降低至用戶場所106-111的各電氣系統(tǒng)(未示出)可用的范圍。
[0034]在本發(fā)明的一個實施例中，配電變壓器104、121電耦合至配電變壓器數(shù)據(jù)收集系統(tǒng)105。本發(fā)明的配電變壓器數(shù)據(jù)收集系統(tǒng)105包括一個或多個通過與配電變壓器104、121連接的一個或多個電氣接口測量操作數(shù)據(jù)的電氣裝置(裝置的數(shù)量基于受監(jiān)控的變壓器的數(shù)量)(未示出)。示例性操作數(shù)據(jù)包括與輸送至或從配電變壓器104、121傳輸?shù)碾娪嘘P(guān)的數(shù)據(jù)，例如電力測量值、能量測量值、電壓測量值、電流測量值等。此外，配電變壓器數(shù)據(jù)收集系統(tǒng)105可收集與配電變壓器104、121所處的環(huán)境(例如，配電變壓器104、121內(nèi)的溫度)有關(guān)的操作數(shù)據(jù)。
[0035]根據(jù)本發(fā)明的一個實施例，配電變壓器數(shù)據(jù)收集系統(tǒng)105與向配電變壓器104、121供電的電力線101c、1ld(例如，一組三條電力線，如果電力為三相電)電相連接。因此，配電變壓器數(shù)據(jù)收集系統(tǒng)105收集表示輸送至配電變壓器104、121的電量的數(shù)據(jù)。在另一個實施例中，配電變壓器數(shù)據(jù)收集系統(tǒng)105與電力線1le-1Olj (即，將電力輸送至用戶場所106-111的電力線，或配電變壓器的將電力從電網(wǎng)朝用戶場所106-111傳輸?shù)娜魏纹渌娏€)電相連接。
[0036]此外，每一個用戶場所106-111包括用于將從配電變壓器104、121接收的電輸送至用戶場所106-111的一個或多個電氣端口(未示出)的電氣系統(tǒng)。應(yīng)注意，可以是內(nèi)部端口或外部端口。
[0037]每一個用戶場所106-111的電氣系統(tǒng)分別與相應(yīng)用戶場所的電表112-117相連接。每一個電表112-117測量其耦合的用戶場所電氣系統(tǒng)所消耗的電量。為了向?qū)τ脩魣鏊?fù)責(zé)的用戶收費，電力公司(例如，公用事業(yè)公司或計量公司)檢索指示電表112-117所測量的值的數(shù)據(jù)，并利用這種測量值確定消費者的發(fā)票金額，該金額表示用戶場所106-111已消耗的電量。顯然，從電表112-117獲得的讀數(shù)反映了各個用戶場所電氣系統(tǒng)所消耗的電量。因此，在本發(fā)明的一個實施例中，電表112-117存儲指示消費者所消耗的電力的數(shù)據(jù)。
[0038]工作期間，可使用很多方法來查詢電表112-117以檢索和存儲指示電表的相應(yīng)用戶場所電氣系統(tǒng)所消耗的電量的數(shù)據(jù)。就此而言，公用事業(yè)人員可親自去用戶場所106-111，并讀取用戶場所的各個電表112-117。在這種方案中，公用事業(yè)人員可將指示讀數(shù)的數(shù)據(jù)輸入電子系統(tǒng)，例如手持裝置、個人電腦(PC)，或手提電腦?？芍芷谛缘貙⑤斎氲臄?shù)據(jù)傳輸至分析庫。此外，電表數(shù)據(jù)的檢索可以是電子化和自動化的。例如，電表112-117可以可通信地耦合至網(wǎng)絡(luò)(未示出，例如無線網(wǎng)絡(luò))，且電表112-117可周期性地將數(shù)據(jù)自動傳輸至存儲庫，如參考圖2A所描述的。
[0039]如本文將進(jìn)一步描述的那樣，可存儲、比較并分析電表數(shù)據(jù)(未示出)(即，指示電表112-117獲得的讀數(shù)的數(shù)據(jù))和變壓器數(shù)據(jù)(未示出)(即，指示變壓器數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)105獲得的讀數(shù)的數(shù)據(jù))以確定是否發(fā)生了特殊事件，例如配電變壓器104、121與用戶場所106-111之間是否正在發(fā)生或已經(jīng)發(fā)生了偷電行為，或確定用電趨勢是否指示需