專利名稱：公用電網的智能監測的制作方法
技術領域：
本公開一般地涉及公用電網(electrical utility grid)領域，并具體涉及管理公用電 網。更具體地，本公開涉及利用先進儀表基礎設施(Advanced Meter Infrastructure，AMI) 中的智能用電儀表(intelligent electricity usage meter)來管理公用電網。
背景技術：
公用電網把電力從發電機(水電、核能、煤電，等等)輸送到最終客戶位置。 對公用電網的健康和工作的監測由檢測主配電干線上的電壓電平的中央傳感器執行。但 是，這些傳感器不提供為了在客戶位置層次理解和/或控制公用電網的工作所需的粒度。
發明內容
一種管理公用電網的方法包括在地理上把沿著饋電線的客戶智能用電儀表 的集合分組以便在電網上生成精細傳感器網絡(fine sensor web) 遠程監測被分組的 用電儀表集合中的每一個智能用電儀表以便監測功率質量。根據來自沿著饋線的被選 擇用于電壓分析(voltage profiling)的儀表子集的電壓讀數，生成未補償饋線電壓簡檔 (Uncompensated Feeder Voltage Profile)。如果在儀表的子集檢測到功率異常，則調整到公 用電網的功率以糾正所述異常。本發明的上述以及其他目的、特征和益處將從下面的詳細書面描述變得清晰。從第一方面看，本發明提供了一種管理公用電網的方法，所述方法包含在地 理上把智能用電儀表的集合分組為電網上的精細傳感器集合，其中，精細傳感器集合中 的每一個智能用電儀表均能夠被遠程監測，并且其中，每一個智能用電儀表均耦合到從 多個客戶設施選擇的一個不同的客戶設施；遠程檢測由精細傳感器集合中的至少一個智 能用電儀表讀取的功率的異常；和響應于遠程檢測到異常，調整到公用電網的功率以糾 正該異常。優選地，本發明提供了一種方法，其中精細傳感器集合中的全部傳感器通過本 地降壓變壓器耦合到相同的電力線。優選地，本發明提供了一種方法，其中，異常是到多個客戶設施中的第一客戶 設施的第一功率中斷，并且其中，通過讀取進入第一客戶設施中的零輸入電壓來檢測第 一功率中斷。優選地，本發明提供了一種方法，其中，異常還包含到多個客戶設施中的第二 客戶設施的第二功率中斷，并且其中，第一功率中斷和第二功率中斷指示同一本地降壓 變壓器的故障。優選地，本發明提供了一種方法，還包含遠程檢測第一客戶設施處的斷路器 跳閘；檢測到多個客戶設施中的第二客戶設施的正常功率輸送；和確定第一客戶設施處 的第一功率中斷只是因第一客戶設施處的斷路器跳閘所致。
優選地，本發明提供了一種方法，其中，異常是由對公用電網的電磁干擾引起 的功率噪聲。優選地，本發明提供了一種方法，還包含產生異常的數字化電壓簡檔；和把 數字化的電壓簡檔傳送到分析服務器。優選地，本發明提供了一種方法，其中，異常是在多個客戶設施中的第一客戶 設施和第二客戶設施之間的電力線上的電壓降，所述方法還包含確定電壓降是否超過 預定的可接受水平；和響應于確定電壓降超過了預定的可接受水平，產生糾正電壓降的 工作命令。優選地，本發明提供了一種方法，還包含確定在預定的時間段期間異常已經 發生了多于預定的發生次數；和響應于確定在預定的時間段期間異常已經發生了多于預 定的發生次數，監測其他的用電儀表集合以監測與所述異常匹配的類似異常。優選地，本發明提供了一種方法，其中，異常是缺失在客戶設施處接收的電功 率，所述方法還包含把詢問信號從本地降壓變壓器傳送到客戶設施處的用電儀表中的 詢問傳感器；檢測用電儀表處詢問信號的缺失；響應于檢測到在客戶設施處的用電儀表 處電功率的缺失和詢問信號的缺失這兩者，推定從本地降壓變壓器到客戶設施的用戶引 入線(drop line)已被切斷。從另一個方面看，本發明提供了一種公用電網，包含分析服務器，用于在地 理上把用電儀表的集合分組以便在電網上生成精細傳感器網絡，其中，精細傳感器網絡 中的每一個用電儀表均能夠被遠程監測，并且其中，每一個用電儀表耦合到一個不同的 電線監測點；數據收集引擎服務器，用于遠程檢測由精細傳感器網絡中的至少一個用電 儀表讀取的功率的異常；和電網調整邏輯，用于響應于遠程檢測到異常，調整到公用電 網的功率以糾正該異常。從另一個方面看，本發明提供了一種計算機可讀介質，其上存儲計算機程序， 所述計算機程序包含計算機可執行指令，被配置用于在地理上把用電儀表的集合分組 以便生成被分組的精細電網傳感器集合，其中，該被分組的精細電網傳感器集合中的每 一個用電儀表均能夠被遠程監測，并且其中，每一個用電儀表被耦合到一個不同的電力 線監測點；遠程檢測由該被分組的精細電網傳感器集合中的至少一個用電儀表讀取的功 率的異常；和響應于遠程檢測到異常，調整到公用電網的功率以糾正該異常。優選地，本發明提供了一種計算機可讀介質，其中，被分組的精細電網傳感器 集合中的全部傳感器耦合到相同的本地降壓變壓器。優選地，本發明提供了一種計算機可讀介質，其中，異常是到多個客戶設施中 的第一客戶設施的第一功率中斷，并且其中，通過讀取第一客戶設施在預定的時間段開 始和結束時所使用的功率的總量之間的零差別來檢測第一功率中斷。優選地，本發明提供了一種計算機可讀介質，其中，異常還包含到多個客戶設 施中的第二客戶設施的第二功率中斷，并且其中，第一功率中斷和第二功率中斷指示同 一配電變壓器的故障。優選地，本發明提供了一種計算機可讀介質，其中，計算機可執行指令還被配 置用于遠程檢測第一客戶設施處的斷路器跳閘；檢測到多個客戶設施中的第二客戶設 施的正常功率輸送；和推定第一客戶設施處的第一功率中斷只是因第一客戶設施處的斷路器跳間所致。優選地，本發明提供了一種計算機可讀介質，其中，異常是在多個客戶設施中 的第一客戶設施和第二客戶設施之間的電壓降，并且其中，計算機可執行指令還被配置 用于確定電壓降是否超過預定的可接受水平；和響應于確定電壓降超過了預定的可接 受水平，產生糾正電壓降的工作命令。優選地，本發明提供了一種計算機可讀介質，其中，計算機可執行指令還被配 置用于確定在預定的時間段期間異常已經發生了多于預定的發生次數；和響應于確定 在預定的時間段期間異常已經發生了多于預定的發生次數，監測其他的用電儀表集合以 便監測與所述異常匹配的類似異常。優選地，本發明提供了一種計算機可讀介質，其中，計算機可讀介質是遠程服 務器的部件，并且其中，計算機可執行指令可從遠程服務器部署到監管(supervisory)計 算機。優選地，本發明提供了一種計算機可讀介質，其中，計算機可執行指令能夠由 服務提供商按需提供給客戶。從另一個方面看，本發明提供了一種可加載到數字計算機的內部存儲器中的計 算機程序產品，包含用于當所述產品在計算機上運行時執行實現本發明的上述所有步驟 的軟件代碼部分。
在所附權利要求中給出了相信為本發明特有的新穎特征。但是，通過結合附圖 參考下列對說明性實施例的詳細描述，將最佳地理解本發明自身以及優選使用模式、其 進一步的目的和益處。圖IA示出了其中可以采用本發明的示范性計算機；圖IB繪出了用于監測基于饋線的傳感器集合的示范性的基于SCADA的系統；圖2繪出了使用現有的客戶用電儀表用于功能監測和管理的配電網；圖3示出了在客戶設施處使用的示范性智能用電儀表；圖4是描述如何采用智能用電儀表來管理配電網的高層次流程圖；圖5示出了在分析服務器顯示的圖形用戶界面(GUI)，用于顯示描述被配電網上 的多個遠程終端單元(RTU)監測的電力的多個實時波形；圖6繪出了智能電網基礎設施的替換表示；圖7示出了表明智能儀表位置的快照地圖；圖8繪出了圖7中所示的智能儀表的示范性電壓觀察器；圖9A到圖9B是流程圖，示出了為部署能夠執行在圖2到圖8中描述的步驟和 過程而采取的步驟；和圖IOA到圖IOB是流程圖，示出了使用按需服務提供方執行在圖2到圖8中示 出的步驟和過程所采取的步驟。
具體實施例方式現在參考圖1A，繪出了其中可以采用本發明的示范性計算機102的框圖。注意，為計算機102所示的示范性架構的部分或者全部可被分析服務器150、SCADA服務 器160a-n (圖IB中所示)、數據收集引擎(DCE)服務器202 (圖2中所示)、分析服務器 204(圖2中所示)、智能用電儀表302(圖3中所示)、門戶服務器642、門戶客戶端646 和/或在圖6的數據中心中所示的服務器采用。計算機102包括耦合到系統總線106的處理器單元104。驅動/支持顯示器110 的視頻適配器108也耦合到系統總線106。系統總線106通過總線橋112耦合到輸入/ 輸出(I/O)總線114。I/O接口 116耦合到I/O總線114。I/O接口 116承擔與各種I/O 設備(包括鍵盤118、鼠標120、緊制盤只讀存儲器(CD-ROM)驅動器122、軟盤驅動器 124和發射機126)的通信。發射機126可以是有線或者無線發射機，能夠在有線或者無 線信號(例如無線電波)上傳送信號。連接到I/O接口 116的端口的格式可以是計算機 架構領域技術人員已知的任何格式，包括但不限于通用串行總線(USB)端口。計算機102能夠使用網絡接口 130通過網絡128與分析服務器150通信，網絡接 口 130耦合到系統總線106。網絡128可以是例如互聯網的外部網絡，或者例如以太網或 者虛擬專用網(VPN)的內部網絡。硬驅動器接口 132也耦合到系統總線106。硬驅動器接口 132與硬驅動器134連 接。在優選實施例中，硬驅動器134占據系統存儲器136，系統存儲器136也耦合到系統 總線106。系統存儲器被定義為計算機102中的最低層次的易失性存儲器。這種易失性 存儲器包括額外的更高層次的易失性存儲器(未示出)，包括但不限于高速緩存存儲器、 寄存器和緩沖器。占據系統存儲器136的數據包括計算機102的操作系統(OS) 138和應 用程序144。OS 138包括外殼140，用于提供對例如應用程序144的資源的透明的用戶訪問。 一般地，外殼140是在用戶和操作系統之間提供解釋器和接口的程序。更具體地，外殼 140執行輸入到命令行用戶接口或者來自文件的命令。因此，外殼140(也稱為命令處理 器)一般是操作系統軟件層次結構的最高層次，并且起到了命令解釋器的作用。外殼提 供系統提示，解釋通過鍵盤、鼠標或者其他用戶輸入媒體輸入的命令，并把經解釋的命 令發送到操作系統的適當的較低層次(例如內核142)供處理。注意，雖然外殼140是基 于文本的、面向行的用戶接口，但是本發明將同樣很好地支持其他的用戶接口模式，例 如圖形、語音、姿態，等等。如所繪出的那樣，OS 138也包括內核142，內核142包括OS 138的功能的較低 層次，包括提供OS 138的其他部分和應用程序144所需的必要服務，包括存儲器管理、 進程和任務管理、盤管理，以及鼠標和鍵盤管理。應用程序144包括網絡門戶(web portal) 146。門戶146包括使萬維網客戶端(即 計算機102)能夠使用超文本傳輸協議(HTTP)消息來發送和接收對互聯網的網絡消息的 程序模塊和指令，從而為電網用戶提供了用戶友好的用戶接口。計算機102的系統存儲器(以及軟件部署分析服務器150的系統存儲器)中的應 用程序144也包括電網管理邏輯(GML) 148。GML148包括用于實施在圖2到圖IOB中描 述的過程的代碼。在一個實施例中，計算機102能夠從分析服務器150下載GML 148， 包括如下面在圖9A到圖IOB中更詳細地描述那樣以“按需”方式。還要注意在本發明 的優選實施例中，分析服務器150執行與本發明相關聯的所有功能(包括GML 148的執行)，因而使計算機102不必使用其自身的內部計算資源來執行GML 148。在計算機102中描繪的硬件元件并非旨在窮盡，而是代表性的以突出顯示本發 明所要求的必要部件。例如，計算機102可以包括替代的存儲器存儲裝置，例如磁帶、 數字多功能盤(DVD)、伯努利盒式存儲器，等等。預期這些以及其他變化在本發明的精 神和范圍內。現在參考圖1B，展示了用于本發明的示范性的監管控制和數據獲取(Supervisory Control and Data Acquisition, SCADA)網絡 158。SCADA 網絡 158 可以包括多個 SCADA 服務器160a-n(其中“η”是整數)。SCADA服務器160a-n監測和處理來自不同饋線 (包括所描繪的示范性饋線166和168)的信息。每一饋線包括多個儀表(分別是162a-n 和164a-n)，它們是測量客戶位置處的設施的儀表。現在參考圖2，展示了具有本發明所描述的新穎特征的示范性電網200。電功 率最初由發電機206產生，發電機206可以由水(水電)、化石燃料(例如煤電)、核材 料(即核能)等供以動力。然后，電功率沿著沿著傳輸線208 (通常是稱作“主干線” 的高壓線)傳送到配電變電站210，配電變電站210在把功率傳遞到配電線212之前把 電壓降低。配電線212可以是配電變電站210內的次干線，和/或從配電變電站210出 來的次干線。然后，電功率傳遞到把最終電壓降低到客戶所要求的電壓的配電變壓器 214a-n(其中“η”是整數)。每一個客戶具有用電儀表216a-n，它們對來自各個用戶引 入線(饋線)218的功率進行計量。注意，如圖所示，功率可以順次地通過不同的配電變 壓器214a-n，或者，功率可以直接從配電線212傳遞到每一個配電變壓器214a-n。監測和收集來自各智能用電儀表216a-n的數據的數據收集引擎(Data Collection Engine, DCE)服務器202處于分析服務器204的控制之下。因此，分析服務器204最好 不與智能用電儀表216a-n直接接觸，而是把對信息的請求從智能用電儀表216a-n發送到 DCE服務器202。注意，DCE服務器202耦合到饋線215a-n，饋線215a-n包括被分組的 儀表集合216。分析服務器204根據由DCE服務器202提供的來自智能用電儀表216a-n 的所請求讀數來監測和管理電網200。分析服務器204包括描述沿著電網(電力線/饋 線)的每一個智能用電儀表216a-n的位置的表格220。表格220也包括客戶名以及與每 一個用電儀表216a-n相關聯的客戶設施、每一個用電儀表216a-n的物理位置、可被每一 個智能用電儀表216a-n測量的電學參數(例如電壓、電流、瓦數、波形、功率因數、功 率損耗，等等)、被每一個智能用電儀表216a-n測量的總諧波失真測量值，和/或從配電 變電站和/或配電變壓器214a-n之一到每一個智能用電儀表216a-n的距離。分析服務器204也包括電網調整邏輯224，電網調整邏輯224能夠響應于下面描 述的對異常的分析，使用繼電器、遙控開關裝置等調整通過電網200分配的功率。現在參考圖3，展示了示范性智能用電儀表302(即本發明所采用的示范性遠程 終端單元-RTU)，其架構可在每一個用電儀表216a-n中使用。智能用電儀表302包括功 率傳感器304，其監測從進入客戶設施318的客戶服務線306 (例如，圖2中所示的用戶引 入線218之一)讀取的電功率的電流、電壓、功率使用、相位，和/或其他特性。智能 用電儀表302包含信號處理器308，處理器308能夠從功率傳感器304取得讀數以便使用 離散傅立葉變換、奇偶抽取、電壓或電流的均方根、電壓的總諧波失真(THD)、RMS/ THD關系、電壓峰值因子、電流k因子、電流的三次諧波序列、功率因數、通過點積的有效功率、電弧檢測器和數字濾波器、全球定位系統(GPS)時間等識別電壓和/或電流 和/或功率的高級分析。上面所有這些計算可由分析服務器(例如上面圖2中所示的分 析服務器204)計算。繼續圖3，一旦信號處理器308處理了來自與智能用電儀表302相關聯的一個或 更多個功率傳感器304(其可以是電壓傳感器、電流計等)的傳感器數據，則處理過的數 據被發送到發射機310 (例如圖1中所示的發射機126)，發射機310通過傳輸介質312 (例 如傳輸線208、無線信號等)把處理過的數據傳送到DCE服務器202。繼續圖3，注意智能用電儀表302也可以包括時鐘322，其描述傳感器數據被功 率傳感器304采集的精確時間。類似地，GPS接收器322能夠精確定位智能用電儀表302 的物理位置。所記錄的時間和GPS定位這二者可被信號處理器308和發射機310打包并 傳送到DCE服務器202和/或分析服務器204。智能用電儀表302也包括詢問傳感器316，其能夠從分析服務器204 (或者DCE 服務器202)接收詢問信號。此詢問信號實質上是“你在那兒嗎”信號，并被沿著客戶服 務線306傳送。當詢問傳感器316接收到詢問信號時，信號處理器把確認信號返回DCE 服務器202和/或分析服務器204。具有詢問傳感器316 (用于詢問信號檢測)和功率傳 感器304(用于功率檢測)這兩者使分析服務器204能夠確定到降壓變壓器314(例如圖2 中所示的配電變壓器214a-n其中之一)的客戶服務線306是否已被切斷。進一步考慮表 1中所示的真值表表 權利要求
1.一種管理公用電網的方法，所述方法包含在地理上把智能用電儀表的集合分組為電網上的精細傳感器集合，其中，精細傳感 器集合中的每一個智能用電儀表均能夠被遠程監測，并且其中，每一個智能用電儀表被 耦合到從多個客戶設施中選擇的一個不同的客戶設施；遠程檢測由精細傳感器集合中的至少一個智能用電儀表讀取的功率的異常；和 響應于遠程檢測到異常，調整到公用電網的功率以糾正該異常。
2.如權利要求1所述的方法，其中，精細傳感器集合中的全部傳感器通過本地降壓變 壓器耦合到相同的電力線。
3.如權利要求2所述的方法，其中，所述異常是到多個客戶設施中的第一客戶設施的 第一功率中斷，并且其中，通過讀取進入第一客戶設施中的零輸入電壓來檢測第一功率 中斷。
4.如權利要求3所述的方法，其中，所述異常還包含到多個客戶設施中的第二客戶設 施的第二功率中斷，并且其中，第一功率中斷和第二功率中斷指示同一本地降壓變壓器 的故障。
5.如權利要求4所述的方法，還包含 遠程檢測第一客戶設施處的斷路器跳閘；檢測到多個客戶設施中的第二客戶設施的正常功率輸送；和確定第一客戶設施處的第一功率中斷只是因第一客戶設施處的斷路器跳閘所致。
6.如權利要求1所述的方法，其中，所述異常是由公用電網上的電磁干擾引起的功率 噪聲。
7.如權利要求1所述的方法，還包含 產生所述異常的數字化電壓簡檔；和 把數字化電壓簡檔傳送到分析服務器。
8.如權利要求1所述的方法，其中，所述異常是在多個客戶設施中的第一客戶設施和 第二客戶設施之間的電力線上的電壓降，所述方法還包含確定所述電壓降是否超過預定的可接受水平；和響應于確定所述電壓降超過了預定的可接受水平，產生糾正該電壓降的工作命令。
9.如權利要求1所述的方法，還包含確定在預定的時間段期間所述異常已經發生了多于預定的發生次數；和 響應于確定在預定的時間段期間所述異常已經發生了多于預定的發生次數，監測其 他的用電儀表集合以便監測與所述異常匹配的類似異常。
10.如權利要求1所述的方法，其中，所述異常是缺失在客戶設施處接收的電功率， 所述方法還包含把詢問信號從本地降壓變壓器傳送到客戶設施處的用電儀表中的詢問傳感器； 檢測用電儀表處詢問信號的缺失；響應于檢測到在客戶設施處的用電儀表處電功率的缺失和詢問信號的缺失這兩者， 推定從本地降壓變壓器到客戶設施的用戶引入線已被切斷。
11.一種公用電網，包含分析服務器，用于在地理上把用電儀表的集合分組以便在電網上生成精細傳感器網絡，其中，精細傳感器網絡中的每一個用電儀表均能夠被遠程監測，并且其中，每一個 用電儀表被耦合到一個不同的電力線監測點；數據收集引擎服務器，用于遠程檢測由精細傳感器網絡中的至少一個用電儀表讀取 的功率的異常；和電網調整邏輯，用于響應于遠程檢測到異常，調整到公用電網的功率以糾正該異常。
12. —種可加載到數字計算機的內部存儲器中的計算機程序產品，包含當所述產品在 計算機上運行時用于執行以實現如權利要求1到10中所述的方法的所有步驟的軟件代碼 部分。
全文摘要
一種管理公用電網的方法包括在地理上把客戶用電儀表的集合分組以生成電網上的精細傳感器集合。被分組的集合中的每一個用電儀表均能夠被遠程監測，并且，每一個用電儀表沿著電力線處于不同的位置。如果在儀表子集處檢測到功率異常，則調整到公用電網的功率以糾正異常。
文檔編號G01D4/00GK102016511SQ200980116630
公開日2011年4月13日 申請日期2009年5月8日 優先權日2008年5月9日
發明者J·D·塔夫特, 朱炎 申請人:國際商業機器公司