СПОСОБ И СИСТЕМА ДЛЯ СНИЖЕНИЯ ПОТЕРЬ ПИТАЮЩЕЙ ЛИНИИ С ПОМОЩЬЮ РЕАГИРОВАНИЯ НА ПОТРЕБЛЕНИЕ

Область техники, к которой относится изобретение

Настоящее изобретение относится в целом к системе и способу для снижения потерь мощности в электрической сети, а конкретнее к системе и способу для снижения мощности потерь в питающей линии электрической сети путем анализа по меньшей мере одного аспекта реагирования на потребление.

Уровень техники

Электрическая сеть может обеспечивать одно или все из следующего: генерирование электричества, передача электроэнергии и распределение электричества. Электричество может генерироваться с помощью электростанций, таких как электростанция, работающая на угле, атомная электростанция и т.п. Для целей эффективности генерируемая электроэнергия повышается до очень высокого напряжения (например, 345 кВ) и передается по линиям передачи. Эти линии передачи могут передавать мощность на большие расстояния, такие как через границы штатов или через международные границы, пока она не достигнет своего оптового покупателя, которым может быть компания, владеющая местной распределительной сетью. Передающие линии могут заканчиваться на передающей подстанции, которая может понижать очень высокое напряжение до промежуточного напряжения (например, 138 кВ). От передающей подстанции более мелкие линии передачи (такие как субпередающие линии) передают это промежуточное напряжение к распределительным подстанциям. В распределительных подстанциях промежуточное напряжение может снова понижаться до «среднего напряжения» (например, от 4 кВ до 23 кВ). Одна или несколько питающих линий могут исходить из распределительных станций. Например, четыре-десять питающих линий могут исходить из распределительной подстанции. Питающая линия является трехфазной цепью, содержащей 4 провода (три провода для каждой из трех фаз и один провод для нейтрали). Питающие линии могут прокладываться либо по земле (на столбах), либо под землей. Напряжение на питающих линиях может периодически ответвляться с помощью распределительных трансформаторов, которые понижают напряжение от «среднего напряжения» до потребительского напряжения (например, 120 В). Потребительское напряжение затем может быть использовано пользователем.

Распределение тока по электрической сети (например, посредством передачи электроэнергии и распределения электричества) приводит к потерям. Конкретно, потери, называемые джоулевым нагревом (или резистивным нагревом), происходят, когда прохождение электрического тока по проводнику вызывает нагрев. Величина потерь равна I²R, где I есть ток через проводник, a R есть сопротивление этого проводника. Эти потери в питающей линии могут быть значительными. Сообщалось, что потери передачи и распределения в Соединенных Штатах оценивались в 7,2% в 1995 году, а в Великобритании в 7,4% в 1998 году.

Один тип анализа для снижения потерь - это исследование потока энергии. Исследование потока энергии (известное также как исследование распределения потоков) включает в себя сложный числовой анализ, применяемый к энергетической системе. Исследование потока энергии анализирует энергетические системы при работе в нормальном установившемся состоянии. Существует несколько программных воплощений исследований потока мощности. Цель исследования потока мощности состоит в получении полной информации угла и величины напряжения для каждой шины в энергетической системе для конкретных условий действительной мощности и напряжения нагрузки и генератора. Когда эта информация известна, поток действительной и реактивной мощности на каждой ветви, а также выход реактивной мощности генератора можно определить аналитически. Из-за нелинейной природы этой проблемы численные способы применяются для получения решения, которое находится в приемлемом допуске. Решение, однако, требует сложного итеративного анализа и занимает значительное время для решения. Поэтому явно существует необходимость обеспечить решение, которое можно определить быстро и в реальном времени, чтобы снизить потери из-за джоулевого нагрева.

Сущность изобретения

Как раскрыто в уровне техники этого изобретения, электрические сети теряют значительное количество энергии из-за потерь распределения. Один объект изобретения включает в себя создание системы и способа, который анализирует по меньшей мере один аспект электрической сети для реагирования на потребление, чтобы снизить потери распределения, такие как потери в питающих линиях электрической сети. Реагирование на потребление представляет собой способность управлять нагрузками в одном или нескольких пользовательских объектах, например, ограничение используемой мощности или запуск генерации на месте. Эти система и способ могут выбирать один или несколько факторов для реагирования на потребление, в том числе: (1) выбор потребителей для реагирования на потребление (такой как выбор подгруппы потребителей для реагирования на потребление из большего резерва доступных потребителей для реагирования на потребление); (2) выбор объема реагирования на потребление (такой как определение того, сколько реагирования на потребление выбрать из выбранной подгруппы потребителей); и (3) выбор длительности по времени для реагирования на потребление.

Способ и система могут быть основаны на модели реагирования на потребление, которая может включать в себя: (1) составляющую сетевой структуры; и (2) составляющую динамической работы. Составляющая сетевой структуры может содержать указание на положение конкретного потребителя в сети, такое как положение конкретного потребителя вместе с питающей линией. Например, составляющая сетевой структуры может содержать весовой коэффициент для конкретного потребителя, который отражает положение этого конкретного потребителя в питающей линии, например, весовой коэффициент, который основан на расстоянии потребителя от подстанции. Составляющая сетевой структуры может учитывать конкретную топологию питающей линии, например, является ли топология питающей линии радиальной топологией. Далее, составляющая сетевой структуры может быть постоянной или динамической. Структура участков сети, такая как конкретная питающая линия, может быть постоянной за периоды времени. Таким образом, составляющую сетевой структуры можно считать статической за эти периоды времени. Вследствие этого составляющая сетевой структуры может быть вычислена заранее и сохранена в таблице. Когда же структура сети изменяется, например, когда конкретная питающая линия переконфигурируется, составляющая сетевой структуры для потребителей на этой конкретной питающей линии может обновляться. Либо, для питающих линий, которые могут изменяться динамически, составляющая сетевой структуры может учитывать эти динамические изменения в питающей линии. Например, множество питающих линий (к примеру, питающая линия A и питающая линия В) могут иметь взаимосвязывающий переключатель и секционные переключатели. В зависимости от состояний некоторых переключателей (таких как взаимосвязывающий переключатель и (или) секционные переключатели) секции этих питающих линий могут принадлежать питающей линии A или питающей линии В. Составляющая сетевой структуры может учитывать состояния одного или нескольких переключателей, чтобы определить весовые коэффициенты для потребителей на питающей линии A или питающей линии B.

Составляющая динамической работы в модели реагирования на потребление может содержать измерение в реальном времени (такое как реально доступная емкость, протекание тока через одну или несколько питающих линий, емкость источников распределенной энергии (к примеру, ветра, солнца и т.п.)). Например, можно определить ток в реальном времени через часть питающей линии, такой как ток в реальном времени от подстанции к питающей линии, ток в реальном времени в одном или нескольких помещениях потребителя и (или) ток в реальном времени от датчика в конкретном сегменте питающей линии.

Конкретный весовой коэффициент составляющей сетевой структуры для конкретного пользователя может объединяться с измерением в реальном времени составляющей динамической работы, связанной с этим конкретным потребителем, чтобы определить «балл» для этого конкретного потребителя - фактически, меру, указывающую относительную экономию для потерь линии с помощью реагирования на потребление для конкретного потребителя.

Модель реагирования на потребление может быть основана на оценках тока и (или) сопротивления. Потери в питающих линиях составляют I²R, где I есть ток через питающую линию, a R есть сопротивление этой питающей линии. Приближение для сопротивления R может быть основано на электрическом расстоянии от подстанции. Приближение для тока может быть основано на токе в питающую линию (измеренном на подстанции). Конкретно, можно предположить, что питающий ток уменьшается (например, уменьшается экспоненциально) как функция от электрического расстояния от подстанции. Принимая во внимание эти оценки сопротивления и тока, модель реагирования на потребление обеспечивает более эффективный выбор подгруппы потребителей из большего резерва потребителей для реагирования на потребление. Конкретно, больший резерв потребителей для реагирования на потребление может быть большим, даже исчисляющимся миллионами. Модель реагирования на потребление не нуждается в решении большой комбинаторной задачи, обеспечивая вместо этого более быстрое нахождение подгруппы потребителей.

И еще: модель реагирования на потребление может сравнивать выигрыш от снижения потерь энергии в различных точках в одной и той же питающей линии и (или) сравнивать различные точки в разных питающих линиях. Следовательно, эта оптимизация с помощью реагирования на потребление может осуществляться на секции питающей линии, на всей питающей линии, на разных питающих линиях и на всей распределительной сети.

Прочие системы, способы, признаки и преимущества будут или станут ясны специалисту при изучении нижеследующих чертежей и подробного описания. Имеется в виду, что все такие дополнительные системы, способы, признаки и преимущества включены в данное описание, находятся в объеме изобретения и защищены нижеследующей формулой изобретения.

Краткое описание чертежей

Фиг.1 является блок-схемой потенциальных составляющих системы реагирования на потребление.

Фиг.2 показывает блок-схему системы назначения виртуальной электрической подстанции, как показано на фиг.1.

Фиг.3 является примером блок-схемы алгоритма для выбора подгруппы потребителей для реагирования на потребление из резерва доступных потребителей для реагирования на потребление.

Фиг.4 является представлением потерь в питающей линии.

Подробное описание изобретения

Коммунальные службы обычно имеют немного возможностей в попытках снизить потери из-за джоулева нагрева в электрической сети. Один метод, которым можно снизить потери из-за джоулева нагрева, как описано здесь, состоит в использовании реагирования на потребление. Конкретно, описанные ниже варианты осуществления относятся к использованию реагирования на потребление для снижения потерь в электрической сети (например, в одной или нескольких питающих линиях в электрической сети).

Реагирование на потребление (РП) (DR) в целом представляет собой способность управлять нагрузками и (или) управлять генерированием. Реагирование на потребление может использоваться в электрических сетях для администрирования потребления электричества потребителями в ответ на условия снабжения. Условия снабжения могут быть связаны со снижением потребления в критические периоды времени, связаны с изменениями в рыночных ценах (например, с предоставлением потребителю ценового сигнала для указания цен на энергию в различные временные периоды), связаны с изменениями в доступности энергии (например, конкретные периоды времени, когда доступны возобновления, такие как от солнца) и т.п.

Таким образом, реагирование на потребление может вовлекать ограничение используемой мощности или запуск генерирования на месте, которое может быть или не быть соединенным параллельно с сетью. Схемы реагирования на потребление могут быть воплощены большими коммерческими потребителями, зачастую посредством использования выделенных управляющих систем, чтобы сбрасывать нагрузки в ответ на запрос коммунальной службы или рыночные условия цен. Услуги, такие как источники света, машины, кондиционирование воздуха, могут быть сокращены согласно схемам установления очередности нагрузок в течение критических временных рамок. Альтернатива сокращению нагрузок может содержать генерирование электричества на месте для дополнения электрической сети. При условии нерегулярных поставок электричества регулирование на потребление может значительно снизить пиковую цену и в целом неустойчивость цен на электричество.

Регулирование по запросу обычно используется для ссылки на механизмы, используемые для поощрения потребителей снижать потребности, благодаря чему снижается пиковая потребность в электричестве. Поскольку электрические системы обычно рассчитываются, чтобы соответствовать пиковой потребности (плюс запас на ошибку и непредвиденные события), уменьшение пиковой потребности может снизить общие сметы по стоимости сооружений и капитального имущества. Однако в зависимости от конфигурации емкости генерирования реагирование на потребление можно также использовать для увеличения потребности (нагрузки) в периоды времени высокого производства и низкого потребления. Некоторые системы могут благодаря этому поощрять экономию энергии для арбитража между периодами низкого и высокого потребления (либо низких и высоких цен).

В контексте использования реагирования на потребление для снижения потерь питающих линий, реагирование на потребление может снизить величину тока, который требуется передавать по питающим линиям, благодаря чему снижается величина потерь из-за джоулевого нагрева в питающих линиях. Приведенное ниже обсуждение анализирует выбор конкретных потребителей реагирования на потребление (из большего резерва потенциальных потребителей реагирования на потребление). Конкретно, выбор подгруппы конкретных потребителей реагирования на потребление (из большего резерва потенциальных потребителей реагирования на потребление), как подробно описано ниже, а не случайный выбор потребителей (из большего резерва потенциальных потребителей реагирования на потребление) может снизить потери из-за джоулевого нагрева.

На фиг.1 показана блок-схема 100 примера разнообразных составляющих системы реагирования на потребление. Эта блок-схема, изображенная на фиг.1, приведена просто для целей иллюстрации. Могут присутствовать различные составляющие, такие как раскрыто в предварительной заявке США №61/127294, поданной 9 мая 2008 года, и в предварительной заявке США №61/201856, поданной 15 декабря 2008 года. Предварительная заявка США №61/127294, поданная 9 мая 2008 года, и предварительная заявка США №61/201856, поданная 15 декабря 2008 года, обе включены сюда посредством ссылки во всей своей полноте.

Система реагирования на потребление может включать в себя систему 102 промышленной эксплуатации. Эта система 102 промышленной эксплуатации может содержать часть коммунальной службы, которая оптимизирует портфель генерирования. Система 102 промышленной эксплуатации может рассматривать выбор работающего электрооборудования, определяя, какие использовать генераторы из парка генераторов в расположении коммунальной службы, чтобы соответствовать текущим нагрузочным требованиям. Таким образом, система 102 промышленной эксплуатации может определять разные генераторы, которые обязательно отвечают нагрузочным потребностям в пиковые периоды времени.

Имеется много примеров генераторов, доступных в местоположении системы 102 промышленной эксплуатации. Традиционные генераторы могут включать в себя электростанции, работающие на угле, атомные электростанции и т.п. Другой тип «генератора», который доступен для системы 102 промышленной эксплуатации, может включать в себя реагирование на потребление в качестве «виртуальной электрической станции» (ВЭС) (VPP). Хотя реагирование на потребление не генерирует никакой энергии, реагирование на потребление снижает величину нагрузки, фактически генерируя величину энергии, равной величине сниженной нагрузки. Иными словами, поскольку реагирование на потребление имеет эффект снижения нагрузки, реагирование на потребление имеет эффект вызывать большую производительность генератора.

Система 104 оптимизации ВЭС системного уровня может определять для конкретной нагрузки в конкретное время величину мощности, которую необходимо «генерировать» виртуальной электростанцией с помощью реагирования на потребление. Как правило, реагирование на потребление может запрашивать конкретную величину мощности (которую можно измерять в мегаваттах), подлежащую снижению. Например, система 104 оптимизации ВЭС системного уровня может определять для пиковой нагрузки 900 МВт, что 150 МВт реагирования на потребление необходимы для снижения действительной нагрузки до 750 МВт.

Если емкость реагирования на потребление больше, чем требуется, то выбирают подгруппу потребителей в резерве реагирования на потребление. Система 108 назначения виртуальной электрической подстанции (под-ВЭС) может выбирать подгруппу потребителей. Например, если система 104 оптимизации ВЭС системного уровня требует 150 МВт при снижении мощности посредством реагирования на потребление, и если емкость реагирования на потребление из всего резерва реагирования на потребление составляет 300 МВТ, то может потребоваться меньше, чем все из всего резерва реагирования на потребление. Система 108 назначения под-ВЭС может определять, каких потребителей, которые составляют подгруппу из всего резерва реагирования на потребление, можно выбрать, чтобы снизить величину потерь питающих линий. В приведенном примере, если в резерве реагирования на потребление имеется 1000 потребителей, система 108 назначения под-ВЭС может выбрать подгруппу из 1000 потребителей, чтобы покрыть 150 МВт в снижении мощности, и снижает или минимизирует потери в питающих линиях. Имеется много путей получения 150 МВт в снижении мощности путем выбора различных подгрупп из доступного резерва на 300 МВт. И система 108 назначения под-ВЭС может определять величины снижения мощности из подгруппы в 100 потребителей, чтобы покрыть 150 МВт.

Как показано на фиг.1, величина мощности, которую следует «генерировать» с помощью реагирования на потребление, вводится в систему 108 назначения под-ВЭС. Как описано ниже в отношении фиг.2 и 3, система 108 назначения под-ВЭС может определять, каких потребителей (из резерва доступных потребителей для реагирования на потребление) выбрать для реагирования на потребление. Система 108 назначения под-ВЭС может также определять величину мощности, которую нужно снизить для выбранных потребителей. В дополнение к вводу из системы 104 оптимизации ВЭС системного уровня система 108 назначения под-ВЭС может принимать иные вводы, в том числе одно или несколько расписаний 106 ВЭС по зонам ВЭС, сетевое состояние 114 (такое как обеспечение различных аспектов реального времени для сети, включая воспринимаемый ток в одной или нескольких подстанциях), принципы или правила 112, установленные для реагирования на потребление (такие как соглашения потребителей, детализирующие то, сколько/как часто можно осуществлять реагирование на потребление), и различные замещения 110.

После того, как система 108 назначения под-ВЭС определяет, каких потребителей выбрать и величину мощности, которую нужно снизить для выбранных потребителей, система 108 назначения под-ВЭС может послать один или несколько сигналов в систему 116 администрирования РП. Система 116 администрирования РП генерирует сигналы для отправки в помещения потребителей, чтобы управлять нагрузкой в этих помещениях 118 потребителей. Конкретно, система 116 администрирования РП может посылать команды / сигналы в помещения 118 потребителей, а помещения 118 потребителей могут посылать отклики/готовность в систему 116 администрирования РП. Хотя фиг.1 изображает помещения 118 потребителей как единый блок, сигналы от системы 116 администрирования РП могут посылаться по отдельности к каждому из помещений 118 потребителей, выбранных для реагирования на потребление. Например, одно или несколько помещений потребителей могут принимать сигналы, которые управляют одним или несколькими устройствами в помещениях потребителей.

Технологии сами по себе могут автоматизировать процесс реагирования на потребление. Такие технологии могут обнаруживать необходимость сбрасывать нагрузку, сообщать о потреблении принимающим участие пользователям, автоматизировать сброс нагрузки и проверять соответствие с программами реагирования на потребление. Масштабируемые и комплексные программные решения для РП обеспечивают развитие бизнеса и промышленности.

Коммунальная служба может использовать автоматическую систему, такую как изображена на фиг.1, соединенную с промышленными, коммерческими и (или) бытовыми пользователями, которые могут снизить потребление в периоды времени (такие как периоды времени пикового потребления), по сути в минимальной степени задерживая извлечение. Автоматическая система может уменьшать или отключать некоторые из устройств или накопителей (а когда потребление неожиданно низкое, потенциально увеличивая использование). Например, может быть уменьшен нагрев, либо включено кондиционирование или охлаждение воздуха (включено до более высокой температуры, тем самым используя меньше электричества), слегка задерживая извлечение до тех пор, пока не минует пик в использовании. Сеть может тем самым получать выигрыш за счет задержки пикового потребления (разрешая переводить пиковое время электростанций позднее или избегая пиковых событий), а участник выигрывает за счет задержки потребления до тех пор, пока не пройдут пиковые периоды потребления, когда цены могут быть ниже.

Фиг.2 показывает блок-схему системы 108 назначения под-ВЭС. Эта система 108 назначения под-ВЭС может содержать компьютерную систему, которая включает в себя процессор 202 и память 204, которые могут соединяться по шине. Память 204 может включать в себя энергозависимую и (или) энергонезависимую память и может включать в себя одну или несколько программ. Память 204 может быть основной памятью, статической памятью или динамической памятью. Память 204 может включать в себя - но может и не ограничиваться этим - машиночитаемые носители данных, такие как различные типы энергонезависимых и энергонезависимых носителей данных, в том числе - но без ограничения ими - оперативное запоминающее устройство, постоянно запоминающее устройство, программируемое постоянно запоминающее устройство, электрически программируемое постоянно запоминающее устройство, электрически стираемое постоянно запоминающее устройство, флэш-память, магнитную ленту или диск, оптические носители и тому подобное. В одном случае память 204 может включать в себя кэш-память или оперативное запоминающее устройство для процессора 202. Альтернативно или в дополнение, память 204 может быть отдельной от процессора 202, такой как кэш-память процессора, системная память или иная память. Память 204 может быть внешним запоминающим устройством или базой данных для хранения данных. Примеры могут включать в себя жесткий диск, компакт-диск («CD»), цифровой видео диск («DVD»), карта памяти, флэш-карта, гибкий диск, запоминающее устройство универсальной последовательной шины (USB) или любое иное устройство, работающее для хранения данных. Память 204 может работать для хранения команд, исполняемых процессором 202. Функции, действия или задачи, иллюстрируемые на чертежах (таких как фиг.3) или описанные здесь, могут выполняться программируемым процессором 202, исполняющим команды, хранящиеся в памяти 204. Эти функции, действия или задачи могут быть независимыми от конкретного типа набора команд, носителей данных, процессора или стратегии обработки и могут выполняться программным обеспечением, аппаратным обеспечением, интегральными схемами, встроенными программами, микрокодом и тому подобным, работая в одиночку или в комбинации. Аналогично, стратегии обработки могут включать в себя многопроцессорную обработку, многозадачную обработку, параллельную обработку и тому подобное.

Компьютерная система для системы 108 назначения под-ВЭС может далее включать в себя дисплей, такой как жидкокристаллический дисплей (ЖКД) (LCD), органический светодиод (ОСД) (OLED), плоскую дисплейную панель, твердотельный дисплей, электронно-лучевую трубку (ЭЛТ) (CRT), проектор, принтер или иное известное ныне либо разработанное позднее дисплейное устройство для выведения найденной информации. Дисплей может действовать как интерфейс для пользователя, чтобы видеть функционирование процессора 202, или конкретно как интерфейс с программным обеспечением, встроенным в память 204 или в модуль привода.

В дополнение к этому, компьютерная система для системы 108 назначения под-ВЭС может включать в себя устройство ввода, выполненное с возможностью позволять пользователю взаимодействовать с любой из составляющих системы. Устройство ввода может быть цифровыми клавишами, клавиатурой или устройством управления курсором, таким как мышь или джойстик, дисплеем с сенсорным экраном, пультом дистанционного управления или любым иным устройством, работающим для взаимодействия с системой.

Компьютерная система для системы 108 назначения под-ВЭС может также включать в себя дисковый или оптический модуль привода. Дисковый модуль привода может включать в себя машиночитаемый носитель, на котором могут быть помещены один или несколько наборов команд, к примеру, программное обеспечение. Далее, эти команды могут осуществлять один или несколько способов или логики, описанных здесь. Команды могут находиться полностью или по меньшей мере частично в памяти 204 и (или) в процессоре 202 во время исполнения компьютерной системой. Память 204 и процессор 202 могут также включать в себя машиночитаемые носители, как обсуждалось выше.

Настоящее описание предусматривает машиночитаемый носитель, который включает в себя команды или принимает и исполняет команды в ответ на распространяемый сигнал. Команды могут быть воплощены аппаратно, программно и (или) с помощью строенных программ, либо их комбинаций. Далее, команды могут передаваться или приниматься по сети через интерфейс связи. Интерфейс связи может быть частью процессора 202 или может быть отдельной составляющей. Интерфейс связи может создаваться программно или может быть физическим аппаратным соединением. Интерфейс связи может быть выполнен с возможностью соединения с сетью, внешними носителями, дисплеем или любыми иными составляющими в системе, либо их комбинацией. Соединение с сетью может быть физическим соединением, таким как проводное соединение Ethernet, или может устанавливаться без проводов, как обсуждается ниже. Аналогично, дополнительные соединения с другими составляющими системы могут быть физическими соединениями или могут устанавливаться без проводов.

Например, команды для выполнения действий, проиллюстрированных на фиг.3 (описанные ниже), могут быть включены в память 204. Далее, модель РП (обсуждаемая ниже) может быть включена в память 204. Процессор 202 может исполнять программы в памяти 204 и может принимать входы и посылать выходы через устройство 206 ввода-вывода, как показано на фиг.2.

Модель РП может быть основана на анализе того, насколько большое влияние будет обеспечивать на потери заданная емкость реагирования на потребление. Конкретно, модель РП может определять влияние с точки зрения снижения потерь в питающей линии для заданного реагирования на потребление (такого как снижение потерь в питающей линии для конкретного кандидата в резерве реагирования на потребление). Определение модели РП может быть основано на разных факторах, в том числе: (1) величина нагрузки; (2) где она расположена в сети; и (3) сколько тока проходит через эту часть сети (например, величина тока, проходящего через конкретную питающую линию).

При условии, что резерв реагирования на потребление может исчисляться в миллионах потребителей, модель РП и приведенный ниже анализ обеспечивают быстрое исполнение определения подгруппы потребителей. Обсуждаемая ниже модель РП не требует решения большой комбинаторной задачи. Конкретно, модель РП не требует проверки всех возможных комбинаций использования 1 дома, 2 домов, 3 домов и т.д. (вплоть до миллиона домов в резерве миллиона потребителей). Скорее, модель РП может быть составлена из двух секций: (1) составляющей сетевой структуры и (2) составляющей динамической работы. Составляющая сетевой структуры может содержать весовой коэффициент на основе уравнения чувствительности (пример которого обсуждается ниже). Каждый из доступных потребителей в резерве из миллиона потребителей может иметь связанный с ним конкретный весовой коэффициент. При этом набор весов может быть заранее задан для одного, некоторых или всех потребителей в резерве реагирования на потребление. Составляющая сетевой структуры может рассматриваться статической по своему характеру. Конкретно, поскольку составляющая сетевой структуры представляет собой указание сетевой структуры, такое как конкретная питающая линия, эта составляющая сетевой структуры может рассматриваться статической. Когда сетевая структура изменяется, как при пересмотре компоновки питающих линий, составляющая сетевой структуры может обновляться, например, составляющая сетевой структуры для потребителей пересмотренной питающей линии.

А составляющая динамической работы может содержать измерение в реальном времени (такое как реально доступная емкость, протекание тока через одну или несколько питающих линий, емкость источников распределенной энергии (к примеру, ветра, солнца и т.п.)). Конкретный весовой коэффициент для конкретного потребителя может объединяться с измерением в реальном времени, связанным с конкретным потребителем, для определения «балла» для конкретного потребителя, - фактически, это мера, указывающая относительную экономию для потерь питающей линии для конкретного потребителя. Как показано ниже, объединение весового коэффициента с измерением в реальном времени может содержать простую математическую операцию. Таким образом, эта простая математическая операция может выполняться для каждого из потребителей во всем резерве доступных потребителей, и «баллы» для потребителей могут сравниваться (например, ранжированием) для определения того, каких из потребителей выбрать.

Как показано на блок-схеме 300 алгоритма на фиг.3, весовые коэффициенты могут определяться (блок 302). Как обсуждено выше, весовые коэффициенты являются статической частью модели РП. В случае, когда участок сети модифицируется, например, при изменении питающей линии, может быть необходимо модифицировать весовые коэффициенты для одного или нескольких потребителей. Во время выполнения назначение для реагирования на потребление может приниматься от системы оптимизации ВЭС системного уровня, как показано в блоке 304. И может приниматься измерение(-я) в реальном времени, как показано в блоке 306. Измерение в реальном времени может содержать величину тока, который протекает в конкретной питающей линии. Как подробнее обсуждается ниже, датчики, необходимые для одного или нескольких потребителей в резерве реагирования на потребление, могут содержать датчики на подстанции. При этом не требуются дополнительные датчики в различных других секциях питающей линии.

Весовые коэффициенты могут объединяться с измерениями в реальном времени для получения значения чувствительности. Как обсуждается ниже, весовой коэффициент может содержать , а измерение в реальном времени может содержать I₀ (ток в конкретную питающую линию, как он воспринимается на подстанции). Весовой коэффициент и измерение в реальном времени могут перемножаться друг с другом для получения значения чувствительности.

Затем значение чувствительности может умножаться на величину доступной емкости реагирования на потребление из конкретного дома, чтобы определить пригодность для использования реагирования на потребление для конкретного потребителя. Таким образом, указатель пригодности с точки зрения снижения потерь в питающей линии может определяться для одного, некоторых или всех потребителей в резерве реагирования на потребление, как показано в блоке 308. При этом, во время выполнения весовые коэффициенты могут объединяться с данными в реальном времени и доступным реагированием на потребление для определения пригодности (с точки зрения снижения потерь в питающей линии) для конкретного потребителя реагирования на потребление для этого конкретного периода времени. Пригодность, таким образом, представляет собой указатель снижения потерь в питающей линии.

Пригодность для одного, некоторых или всех потребителей в резерве реагирования на потребление может ранжироваться, как показано в блоке 310. Например, может ранжироваться резерв реагирования на потребление, причем высший ранг присваивается потребителю с наибольшей пригодностью с точки зрения снижения потерь в питающей линии, затем следующий высокий ранг присваивается потребителю со второй наибольшей пригодностью, и т.д. И система может назначать требуемое реагирование на потребление на основе этого ранжирования, как показано в блоке 312. Например, начиная с высшего ранга - или наибольшей пригодности в снижении потерь в питающей линии - и проходя отсортированный список, пока не будет удовлетворено назначение реагирования на потребление.

Ниже приведено математическое обсуждение анализа. Это математическое обсуждение дано только для иллюстративных целей. Как обсуждается выше, потери в питающих линиях составляют I²R, где I есть ток через питающую линию, а R есть сопротивление этой питающей линии. Одна трудность в анализе состоит в определении «R» или сопротивления в питающей линии. Один путь для определения «R» может включать в себя установку оборудования на питающих линиях. Альтернативным (и более экономичным) решением для определения «R» является оценка того, что сопротивление, «видное» потенциальным потребителем реагирования на потребление, приблизительно пропорционально его электрическому расстоянию этого потенциального потребителя реагирования на потребление от подстанции. Точная величина сопротивления может быть, таким образом, и не нужна для определения; вместо этого можно определить приближение этого сопротивления. При этом положение потенциального потребителя реагирования на потребление в сети можно учитывать без необходимости в дополнительном дорогом оборудовании в сети.

Другая трудность в анализе состоит в определении распределения тока в питающей линии. Как обсуждалось выше, оборудование на подстанции может воспринимать величину тока, который протекает в конкретной питающей линии. По мере удаления от подстанции различные нагрузки отводят ток вдоль пути, так что ток падает вдали от подстанции. Конкретное распределение тока как функция расстояния от подстанции зависит от точной функции и природы нагрузки в питающей линии. Опять-таки, можно использовать один или несколько способов приближения вместо того, чтобы иметь оборудование в различных частях питающей линии, чтобы определить конкретное распределение тока. Например, для приближения распределения тока можно использовать экспоненциальную функцию расстояния.

В случае назначения реагирования на потребление на питающую линию можно учитывать несколько факторов для включения: предпочтение для питающих линий с наивысшим потреблением (или током) и предпочтение для нагрузки, наиболее удаленной от подстанции. При этом пригодность реагирования на потребление может учитывать как положение на питающей линии, так и нагружение питающей линии.

Потери P_T мощности могут быть выделены из модели питающей линии, показанной на фиг.4, и представляют пример потерь мощности в питающей линии. Конкретно, фиг.4 иллюстрирует сопротивление R_SEG, различные сегменты сопротивления (R_1S, R_2S и R_NS), местные сегментные сопротивления (такие как R_T1, R_T2 и R_TN) и местные сегментные токи (такие как I₁, I₂ и I_N). Общее уравнение для моделирования потерь питающей линии приведено ниже:

где R_k есть сопротивление секции k, V_sec есть вторичное напряжение на сегменте k, D есть негаватты секции (или негативные мегаватты, приложенные к системе). При анализе вышеприведенного уравнения определяется нижеследующее: (1) РП дальше от подстанции подсчитывает больше на киловатт, чем ближе к подстанции; (2) топология в реальном времени (см. (1)); (3) ток через сегмент; и (4) фаза, чтобы ранжирование было на фазу питающей линии.

Далее, как обсуждалось выше, приближение для указания сопротивления (R) есть электрическое расстояние от подстанции. Это приближение основано на предположении, что заданный кусок провода имеет некоторую величину сопротивления. Если провод снижается в размере до очень малого значения (такого как специфическая единичная длина), его можно видеть как элементарная секция провода. Эта элементарная секция провода имеет конкретную величину сопротивления (т.е. конкретную величину сопротивления на специфическую единичную длину, например Ω/дюйм). При этом условии, если требуется определить сопротивление длинного провода, протяженность этого провода можно умножить на конкретную величину сопротивления на единичную длину для приближения сопротивления этого провода. Это приближение пригодно для конкретного провода, если поперечное сечение относительно постоянно и если один и тот же материал использован по длине этого конкретного провода. Таким образом, длина может быть указателем сопротивления при проверке распределенных сопротивлений.

где P_LS есть снижение мощности потерь в питающей линии вследствие обращения к реагированию на потребление; R_k есть величина сопротивления в сегменте k, D(l) есть реальное реагирование на потребление в сегменте k, V_sec(l) есть вторичное напряжение на сегменте l; m есть последний сегмент с реагированием на потребление.

Следующее уравнение может быть выведено из уравнения [1-2]:

Если сосредоточиться на только одном элементе (l₀) реагирования на потребление, то

Пусть , где S есть электрическое расстояние, тогда:

P_LS требует знания тока питающей линии в каждом сегменте:

где I_thru есть питающий ток в сегменте в этой питающей линии. Питающий ток (или указание его) можно определить несколькими путями. Первый путь состоит в помещении датчиков в каждом из сегментов в питающей линии, чтобы измерять ток в соответствующем сегменте. Второй путь (не требующий установки датчиков в линии) состоит в использовании данных от измерителей в потребительских помещениях (таких как система AMI). Конкретно, если доступны только данные от измерителей:

где D(l) есть полное потребление в сегменте l, которое равно

MD(m) есть потребление измерителя в измерителе m сегмента. Поэтому:

Если это свертывается от конца сегмента назад к подстанции:

Ток для сегмента к следующего к конечному сегменту равен:

где MD берется из действительного конечного сегмента.

Третий путь приближения питающего тока в питающих сегментах питающей линии может быть основан на питающем токе в подстанции. В качестве предпосылки можно предположить, что по мере того, как ток распространяется от подстанции, он уменьшается из-за потребителей вдоль пути от подстанции, отводящих этот ток (и можно предположить монотонное уменьшение в простой сетевой системе). Точный ток в питающей линии зависит от природы нагрузок и того, где они подключены. А вследствие того, что нагрузки включаются и выключаются, точный ток в конкретном питающем сегменте изменяется во времени.

При этих условиях можно предположить, что питающий ток уменьшается экспоненциально как функция электрического расстояния от подстанции. Фактически ток следует модели экспоненциального спада по мере того, как он удаляется от подстанции. Математически это приближение может принимать вид I(S)=I₀e^-s/S, где s есть электрическая длина провода (действительная длина провода, например, включающая в себя изгибы этого провода), и где S есть параметр, который характеризует сопротивление как функцию расстояния вдоль питающей линии.

При данном приближении для питающего тока в сегменте и при данном приближении для сопротивления (описанного выше как пропорционального его электрическому расстоянию от подстанции для потенциального потребителя реагирования на потребление), уравнение [1-5] можно видоизменить следующим образом:

Заменим

затем приравняем I(S)=I₀e^-s/S, тогда

где I₀ есть питающий ток на подстанции и где есть параметр распределения питающей нагрузки.

может быть весовым коэффициентом в модели РП и может быть вычислен заранее для одного, некоторых или для каждого потребителя. S есть параметр, который характеризует сопротивление как функцию состояния вдоль питающей линии.

Пример S может содержать пятикратную длину всей протяженности питающей линии. S₀ есть указание местоположения конкретного пункта реагирования на потребление вдоль питающей линии (к примеру, электрическое расстояние до конкретного потребителя от подстанции). Таким образом, выражение может учитывать статические факторы для конкретного пункта реагирования на потребление в питающей линии. Далее, I₀ может быть приложен (как динамическая составляющая в модели РП) в требуемое время, чтобы определить величину экономии для конкретного пункта реагирования на потребление.

Для электрической сети со множеством питающих линий весовой коэффициент может быть рассчитан для потребителей на различных питающих линиях. Конкретно, выражение включает в себя член S, который может характеризовать сопротивление как функцию расстояния для конкретной питающей линии. Например, первая питающая линия может иметь одно значение для S (такое как S₁) и вторая питающая линия может иметь одно значение для S (такое как S₂). Далее, можно определить электрическое расстояние S₀ для потребителей в разных питающих линиях. Например, можно определить электрическое расстояние S₀ для одного, некоторых или всех потребителей в первой питающей линии. На практике, электрическое расстояние S₀ может быть различным для разных потребителей в конкретной питающей линии.

Далее, весовой коэффициент можно рассчитать для разных топологий питающих линий. Например, питающая линия с радиальной топологией может использовать выражение в качестве весового коэффициента. В качестве другого примера, питающая линия может иметь одно или несколько ответвлений, исходящих из этой питающей линии. Ответвление представляет собой ток, исходящий из основной ветви питающей линии (или магистральной линии), который переносит меньше тока, чем основная ветвь. Для целей весового коэффициента электрическое расстояние S₀ для потребителя на ответвлении питающей линии можно оценивать как электрическое расстояние от подстанции до пункта, в котором это ответвление отходит от основной ветви. Эта оценка основана на токе в ответвлении более низком, нежели в основной ветви, так что на потери для протекания тока в ответвлении можно сделать снижающую поправку. Альтернативно, для ответвлений, которые передают значительные токи, на расстояние, которое проходит ток в ответвлении, можно сделать повышающую поправку для модели.

В качестве еще одного примера, питающая линия может иметь одно или несколько ответвлений. Ток в ответвлении может быть меньше, чем ток в основной ветви питающей линии. Далее, весовой коэффициент можно определить для различных пунктов реагирования на потребление, таких как до точки ответвления или в одном или нескольких ответвлениях. Например, для любого из пунктов реагирования на потребление, который попадает между подстанцией и первой точкой ответвления, весовой коэффициент может быть таким же, как для простой радиальной топологии. Конкретно, модель может быть следующей: .

Для точки, которая попадает за точкой ответвления, можно для модели использовать следующий двухчастный коэффициент:

Первый из двух членов аналогичен по форме члену для радиальной модели. Однако S' в первом члене равен расстоянию от подстанции до точки первого ответвления. Как показано выше, второй из двух членов добавлен к первому члену и аналогичен первому члену, но с двумя отличиями. Первое отличие состоит в том, что имеется выражение a _k, которое действует как множитель. Это выражение a _k представляет расщепление тока в точке первого ответвления и может иметь значение между 0 и 1. Например, в питающей линии с двумя ответвлениями a ₁ и a ₂ указывают расщепление тока между ветвями, причем a ₁+а ₂=1. Второе отличие состоит в выражении (S₀-S') в экспоненте. S₀, как обсуждалось выше, является указанием местоположения конкретного пункта реагирования на потребление вдоль питающей линии (к примеру, электрическое расстояние конкретного потребителя от подстанции). A S' есть расстояние от подстанции до точки ответвления. Таким образом, для пункта реагирования на потребление в точке ответвления S₀=S', так что второй член равен нулю, и весовой коэффициент равен . По мере прохождения по ветви второму члену придается все больший вес для учета потерь от прохождения тока по этой ветви.

Кроме того, ниже точки первого ответвления может быть точка второго ответвления. Этот процесс можно повторять, но для третьего члена это представлено следующим образом:

где S'' есть расстояние от подстанции до точки второго ответвления и где S' есть расстояние от подстанции до точки первого ответвления, как описано выше. Далее, выражение b_k представляет расщепление тока в точке второго ответвления и может быть значением между 0 и 1. Как показано, дополнительные члены могут добавляться к весовому коэффициенту для учета каждого последующего ответвления при удалении по питающей линии.

При этом весовой коэффициент может учитывать динамические размещения питающих линий. Конкретно, топология одной или нескольких питающих линий может динамически изменяться в зависимости от состояния сети. Например, множество питающих линий (к примеру, питающая линия A и питающая линия B) могут иметь взаимосвязывающий переключатель и секционные переключатели. В зависимости от состояний некоторых переключателей (таких как взаимосвязывающий переключатель и (или) секционные переключатели) секции этих питающих линий могут принадлежать питающей линии A или питающей линии B. Составляющая сетевой структуры может учитывать состояния одного или нескольких переключателей, чтобы определить весовые коэффициенты для потребителей на питающей линии A или питающей линии B. В частности, система 108 назначения под-ВЭС может принимать состояние тока в сети, указывающее секции питающих линий, которые принадлежат конкретной питающей линии. Весовой коэффициент для конкретной питающей линии можно тогда определять на основе секций, которые в настоящее время принадлежат конкретной питающей линии. При этом модель может учитывать различные конфигурации питающих линий.

Как обсуждалось выше, модель реагирования на потребление может выбирать потребителей для реагирования на потребление, выбирать величину реагирования на потребление и выбирать продолжительность времени реагирования на потребление. Что касается величины реагирования на потребление, то потребители в резерве доступных потребителей для реагирования на потребление могут иметь различные величины емкости реагирования на потребление. Например, первый потребитель может иметь первый набор оборудования, которое подвергается реагированию на потребление (такое как водонагреватель большого размера). Второй потребитель может иметь второй набор оборудования, которое подвергается реагированию на потребление (такое как водонагреватель малого размера). Системы могут определять, какая емкость реагирования на потребление доступна для конкретного потребителя. Это определение емкости реагирования на потребление может быть основано на прогнозировании, оценивании того, какое оборудование может работать в данное время. Либо это определение емкости реагирования на потребление может быть основано на действительных измерениях в реальном времени.

Выбор величины емкости реагирования на потребление можно определять несколькими путями. Один путь состоит в выборе максимальной величины емкости у потребителя с наивысшим рангом, затем у потребителя со следующим по высоте рангом, и ток далее до тех пор, пока не будет удовлетворяться распределение (к примеру, 150 МВт реагирования на потребление, запрошенных из системы 104 оптимизации ВЭС, как описано выше). Другой путь состоит в принятии пропорциональной величины. Например, можно определить число потребителей, подвергающихся реагированию на потребление, а затем можно взять пропорциональную величину реагирования на потребление от каждого из этих потребителей.

В отношении длительности, для всех потребителей, подвергающихся реагированию на потребление, может быть установлен один и тот же период реагирования на потребление. Период реагирования на потребление может быть заранее заданной длительности, такой как 15 минут, 30 минут и (или) 1 час. Однако для разных потребителей могут быть установлены и разные периоды.

Система реагирования на потребление может подчиняться правилам того, доступен ли конкретный потребитель для емкости РП. Например, конкретный потребитель может подвергаться ограниченному числу РП в заранее заданный период (как 2 раза за 24-часовой период). Модель реагирования на потребление может учитывать эти правила за счет отражения этого в доступной емкости РП. В частности, если конкретный потребитель согласно этим правилам подвергается РП, доступная емкость РП этого конкретного потребителя может указываться той, которая предусмотрена. Если конкретный потребитель не подвергается РП (например, конкретный потребитель уже подвергся РП максимальное число раз за заранее заданный период), доступная емкость РП этого конкретного потребителя может быть указана как нулевая, отражая тот факт, что этот конкретный потребитель не подвергается РП,

Хотя способ и система описаны со ссылкой на некоторые варианты осуществления, специалистам будет понятно, что могут быть сделаны различные изменения и могут подставляться эквиваленты без отхода от объема. Помимо этого, можно делать множество модификаций для приспособления конкретной ситуации или материала к этим указаниям без отхода от их объема. Поэтому предполагается, что настоящие способ и система не ограничиваются описанными частными вариантами осуществления, но что эти способ и система включают в себя все варианты осуществления, попадающие в объем приложенной формулы изобретения.

Например, машиночитаемый носитель, как описано выше, может быть единственным носителем, либо машиночитаемый носитель может быть единственным носителем или множеством носителей, таких как централизованная или распределенная база данных, и (или) связанных кэшей и серверов, которые сохраняют один или несколько наборов команд. Выражение «машиночитаемый носитель» может также включать в себя любой носитель, который может быть способен сохранять, кодировать и переносить набор команд для исполнения процессором, или который может заставлять компьютерную систему выполнять любой один или несколько из способов работы, раскрытых здесь.

Машиночитаемый носитель может включать в себя твердотельную память, такую как карта памяти или иные упаковки, которые вмещают в себя одно или несколько энергонезависимых постоянно запоминающих устройств. Машиночитаемый носитель может также быть оперативным запоминающим устройством или иной энергозависимой памятью. Помимо этого, машиночитаемый носитель может включать в себя магнитооптический или оптический носитель, такой как диск или ленты либо иное устройство хранения для улавливания сигналов несущих колебаний, таких как сигнал, осуществляющий связь в среде передачи. Приложение цифрового файла к электронной почте или иной самостоятельный архив информации или набор архивов могут считаться распределенным носителем, который может быть материальным носителем данных. Соответственно, можно считать, что изобретение включает в себя любой один или несколько из машиночитаемого носителя или распределенного носителя и иных эквивалентов и последующих носителей, в которых могут сохраняться данные или команды.

Альтернативно или в дополнение, для воплощения одного или нескольких из описанных здесь способов могут рассматриваться специализированные аппаратные реализации, такие как специализированные интегральные микросхемы, программируемые логические матрицы и иные аппаратные устройства. Приложения, которые могут включать в себя устройства и системы различных вариантов осуществления, могут широко включать в себя разнообразные электронные и компьютерные системы. Один или несколько описанных здесь вариантов осуществления могут реализовывать функции, использующие два или более конкретных соединенных между собой аппаратных модулей или устройств с соответствующими сигналами управления и данных, которые могут осуществлять связь друг с другом и посредством этих модулей, или в качестве частей специализированных интегральных микросхем. Соответственно, настоящая система может охватывать программные, со встроенными программами и аппаратные реализации.

Хотя изобретение описано в вышеприведенном контексте, это не означает его ограничения, поскольку специалисты оценят, что описанные действия и операции могут также воплощаться аппаратно. Соответственно, заявитель намерен защитить все вариации и модификации в полном объеме настоящего изобретения. Считается, что изобретение определяется нижеследующей формулой изобретения, в том числе всеми эквивалентами.