專利名稱：用于控制供電網的電能質量的方法
背景技術：
電能供電網目前是一種高度復雜的分配電能的網絡，這種網絡通常具有大量能量饋入點和能量輸出點。除了供電安全性、即保證隨時向各能量消費者提供足夠量的電能之外，所提供的電能的質量(電能質量)也起著很重要的作用。供電網中的電能質量例如確定諸如頻率、電壓和諧波含量的特征參數。高度靈敏的電設備目前需要按照盡可能純正的正弦波形式并具有均勻頻率和振幅的電能供應。因此在諸如EN50160或IEC61000的標準中規定了上限值和下限值，供電網的電能質量的特征參數必須位于這些值之間。如果該邊界值不能長時間保持，則供電網的運營商可能遭到該電能的消費者索賠。為此通常在標準中設定允許電能質量的特征參數在所要求的邊界值之外而不會遭致索賠的最大持續時間。例如，可以允許電能質量在所考察的例如一年的時間段內只有5％的時間處于所要求的邊界值之外。因此電網運營商盡力追求提供盡可能高質量的電能。
但由于電能質量可能根據與供電網連接的耗電器的性能和類型而遭到劇烈干擾，因此到目前為止無法可靠排除電能質量的波動。
為了能判斷電能質量，在供電網的不同測量點設置記錄電能質量的相應特征參數的測量值的測量設備。接著例如由與測量設備連接的數據處理裝置來分析該特征值。從而可以產生該特征參數的與時間有關的變化過程并檢查或證明邊界值是否得到了保持。這種措施例如由德國專利文獻DE19924550C2公開，按照該文獻在供電網的不同位置采集特征參數并進行預處理。接著可以用公共的數據處理裝置分析所采集的特征參數。但是用這一措施只能描述電能質量過去的特性，而無法預測對電能質量的未來影響。
發明內容
本發明要解決的技術問題在于提供一種用于控制供電網的電能質量的方法，利用該方法可以盡可能好地保持電能質量的規定邊界值。
為了解決該技術問題提出一種用于控制供電網的電能質量的方法，其中執行以下步驟首先在第一觀察時間段內采集給出供電網電能質量的特征參數的測量值的第一測量過程；針對該第一測量過程在產生耗電器圖形的情況下執行模式識別，該耗電器圖形基于在第一測量過程中識別出的圖案對至少一個未來的觀察時間段給出該特征參數與可預定額定區域的與時間有關的預期偏差；然后為該未來觀察時間段中那些按照耗電器圖形預計會在特征參數與額定區域之間出現偏差的時刻采取穩定電能質量的措施。
本發明方法的主要優點在于，借助模式識別可以對電能質量的可能未來特性作出判斷。即首先記錄測量過程，其給出特定的、表征電能質量的特征參數如在供電網中的頻率、振幅、電流和電壓有效值、諧波含量、有功功率、無功功率和視在功率以及相電壓或相電流的對稱性的時間變化。然后檢查所記錄的測量過程中是否存在特征性圖案。在此例如識別在特定的白天時間重復出現的特征參數的波動。從這樣識別出的圖案中推導出耗電器圖形，基于該耗電器圖形在未來的觀察時間段中針對按照耗電器圖形預計會在特征參數以及因此電能質量與額定區域之間出現偏差的時刻采取措施來穩定電能質量。在此該預先給定的額定區域通常比通過標準規定的邊界值所容許的更窄，以便能識別出更小的電能質量波動。在極端情況下該額定區域還可以只有一個額定值；在該情況下，在模式識別和形成耗電器圖形時不僅要考慮明顯的波動，還要考慮特征參數的各種偏差。但借助模式識別不僅可以識別到目前為止的特性圖案，還能從耗電器圖形的特性中推導出趨勢，以用于更為準確地確定電能質量的可能未來特性。由此可以比較好地估計供電網電能質量的未來特性。
為了更為準確地估計供電網電能質量的未來特性，按照本發明方法的優選實施方式，建議在至少一個跟隨在第一觀察時間段之后的其它觀察時間段內采集給出供電網的電能質量的特征參數的測量值的至少一個其它測量過程；該至少一個其它測量過程在產生相應更長的組合測量過程的情況下補充到該第一測量過程之后，并且針對該組合測量過程在產生耗電器圖形的情況下執行模式識別。
通過這種方式可以基于在相應觀察時間段中采集的測量過程對耗電器圖形進行持續的動態匹配。通常可以基于這一點作為基礎的觀察時間段越多，對特征參數的未來變化過程的估計就越準確。此外根據該實施方式，還可以更為準確地給出該特征參數的變化過程的趨勢發展以及由此給出電能質量的趨勢的持續時間來記錄的。在第二方法步驟4中，針對第一測量過程3a執行模式識別。在該模式識別的范圍內，例如檢查第一測量過程3a中的周期性重復或者其它奇特的圖案。在圖1中將這樣識別的圖案通過虛線示出的橢圓5a、5b、5c突出顯示出來。在此，兩個橢圓5a和5b標記出第一測量過程3a中的重復圖案，而橢圓5c給出第一測量過程中一個特別奇特的圖案一在此是所采集的特征參數明顯向下波動。在該模式識別中，可以只觀察那些其變化過程至少部分位于通過虛線6a和6b限定的額定區域之外的圖案。該額定區域的選擇通常位于通過特定標準預定的、針對電能的相應特征參數的可容許偏差的邊界值內，用于在還沒有出現超過邊界值的危險時就已經識別出偏差。在極端情況下該通過虛線6a和6b確定的額定區域只能包括一個額定值。在這種情況下，在模式識別時還可以考慮更小的波動，如在通過橢圓5a、5b、5c突出顯示的圖案之間的第一測量過程3a中出現的。
基于在第二方法步驟4中識別的圖案，在下面的第三方法步驟7產生耗電器圖形7a，該圖形關于到目前為止所記錄的第一測量過程3a的特征參數的測量值給出電能質量在隨后觀察時間段內-在圖1的示例中是以后每天-的可能的未來特性。在所示出的耗電器圖形中，分別只考慮第一測量過程位于額定區域之外的特征參數的偏差。
該耗電器圖形7a由控制塊8用于主動地影響供電網，其方法是在未來觀察時間段內在每次按照耗電器圖形7a預計特征值與額定區域之間會出現偏差時就采取措施來穩定供電網的電能質量。這些穩定電能質量的措施例如可以是采用有源電網濾波器或無功功率補償器；旁路引導、即通過只存在少量電能質量波動的導線來更改電網中電流的引導，也可以用于穩定整個電網的電能質量。
因此利用所描述的方法可以借助所記錄的測量過程來估計電能質量在未來的觀察時間段內表現如何。該估計借助模式識別自動進行，其中例如檢查第一測量過程中是否存在重復的、也就是周期性出現的圖案。此外可以對測量過程進行自動相關。這種自動相關尤其適用于在較長時間段內如一個月內記錄的測量過程中識別該測量過程中特殊的、表征性的圖案。
所述方法可以用于僅在電網的一個位置上記錄的測量過程。
在另一實施方式中，還可以在供電網中設置多個測量位置，從而同時產生同一測量參數的多個測量過程，并用模式識別識別出在整個供電網上分布的圖案。通過這種方式可以控制整個電網的電能質量。
發展。因為電能質量的特性在多個相互連續的觀察時間段中的差異可以用于推導出電能質量在未來觀察時間段中的趨勢發展。
通常，在其中采集特征值的測量值的觀察時間段例如可以是一天、一周、一個月或一年的持續時間。但是不應當借此將其它觀察時間段的持續時間排除在本發明方法的范圍之外。
模式識別例如可以包括識別所采集的測量值的周期性和/或自動相關。由此可以定期重復識別影響電能質量的事件和特征性圖案并記錄到耗電器圖形中。
在本發明方法的另一優選實施方式中，所述模式識別還訪問電子日歷并將該電子日歷與測量過程或組合測量過程相關。由此在形成耗電器圖形時還能更好地識別電能質量的以周、月或年為條件的波動。例如可以通過這種方式推斷以日為單位采集的測量過程在工作日和周末的差異。
此外按照另一優選實施方式，在供電網的多個位置采集特征參數的測量過程，并基于在多個位置采集的特征參數的測量值確定相應的耗電器圖形。
通過這種方式，本發明方法不僅可以特別有利地僅使用供電網的一個測量位置的特征參數的測量值，還可以采用分布在供電網中的多個測量位置的特征參數的測量值，由此形成關于整個供電網的全面信息。
為了詳細解釋本發明，圖1以示意圖在框圖中示出用于控制電網的電能質量的方法的實施例，圖2示出用于解釋控制電網的電能質量的方法的另一實施例的框圖。
具體實施例方式
在圖1示例性示出屬于供電網的供電導線的片段1。盡管該片段1按照圖1顯示為單相片段，但是其還可以是多相供電導線的片段。片段1通過在圖1中僅示意性表示的傳感器與測量設備2連接，該測量設備2在預定的觀察時間段內如一天、一周、一個月或一年內記錄一個適合用于表征供電網的電能質量的特征參數的測量值。這樣的特征參數例如可以是電能的電流或電壓的有效值、無功功率、視在功率和有功功率、頻率、振幅和諧波含量。
根據所記錄的特征參數的測量值在第一方法步驟3中產生第一測量過程3a。在此對于所示實施例假定該第一測量過程3a在第一觀察時間段內是用一天借助圖2詳細描述用于控制電網的電能的方法的另一個實施例。為簡化起見在圖2中只示出按照圖1的第一方法步驟3、第二方法步驟4和第三方法步驟7；但是所示出的方法步驟結合到類似于圖1的方法中，這通過圖2中的部分虛線箭頭11a和11b表示。
在圖2中除了圖1中已經采集的測量過程3a之外還示出其它測量過程3b至31，這些測量過程在所考察的實施例中分別也是在一天的觀察時間段內記錄的。因此第二測量過程3b是特征參數在通過第一測量過程3a描述的日子之后的那一天中的變化過程。測量過程3c至31相應跟隨在后。其它測量過程3b至31添加在第一測量過程3a之后并與該第一測量過程一起形成組合的測量過程。
在第二方法步驟4中借助自動模式識別來檢查組合的測量過程。針對該組合測量過程的子部分3a而言，可以利用類似于圖1的模式識別識別出特殊的圖案。這些圖案可能通過特定的、與供電網連接的電負載引起，例如通過制造機器引起，如在制造企業中的電驅動沖壓機。這種電沖壓機和其它制造機器對電能質量具有很強的影響，因為它們在運行時會例如提高供電網中電能的諧波含量。
借助模式識別將這樣特定的特性圖案識別為重復的圖案。在考察組合測量過程的子過程3b和3c時，可以識別出子區域3a的特性還持續到隨后的日子中。相應的圖案通過模式識別被再次識別出來，這在所產生的按照子部分7a至7c的耗電器圖形中反映出來。
在通過組合測量過程的子區域3d和3e表示的隨后的日子中，只發現電能質量的微弱波動而沒有可識別的圖案。在這一點上，有利的是在模式識別中采用電子日歷12并將組合的測量過程與該日歷12相關。也就是說在這種情況下可以在所示例子中確定，具有明顯可識別圖案和電能質量波動的子區域發生在工作日，而僅具有微弱波動并且沒有可識別圖案的子區域3d和3e發生在周末，在周末在該例子中考察的制造運行中斷了生產。由于可能劇烈影響電網的電能質量的機器在周末不會運行，因此示出幾乎沒有干擾的電能質量特性。
模式識別借助工作日信息可以產生在工作日分別具有如通過組合時間變化過程的子區域3a至3c給出的特性以及在周末基本上具有空變化過程的耗電器圖形。這在耗電器圖形的子區域7a至7e中可以看出。
如果考察該組合時間變化過程隨后落入周一和周二的子區域3f和3g，則該組合時間變化過程與期待的耗電器圖形非常匹配。制造企業按照與工作日相同的方式事先運行其制造機器，這對電能質量展現出相同的影響。因此耗電器圖形具有對應于子區域7a至7c的子區域7f和7g。
該組合測量過程的更為后面的子區域3h至3k展示出除通常工作日變化過程之外的疊加的部分，從而整個測量過程在這些子區域中向上推移。因此在該例子中可以感覺到該特性，其可能是由于在供電網區域中進行施工活動而引起的，在該施工活動中使用了對供電網的電能質量產生以區域3h至3k所示方式疊加所采集的特征參數的測量值這樣的影響的機器。
利用模式識別可以在子區域3i就識別出這種疊加可能是對電能質量持續時間較長的干擾，并且可以相應地匹配耗電器圖形。因此通過模式識別發展了這樣一種趨勢，即將持續時間較長的未預見事件也作為子區域7h至7k記錄到相應的耗電器圖形中。
在子區域31中又可以識別出，在此采用了周末運行并且沒有使用制造企業的機器和這樣的施工活動，從而沒有對電能質量的特殊干擾。
在這里示出的實施例中，為簡單起見只介紹了耗電器圖形發展的一小段。實踐中這樣的耗電器圖形是在更長的時間段內產生的。但是原理過程和這里描述的相同。
由此利用這樣導出的耗電器圖形可以控制供電網的電能質量。如果發展的耗電器圖形與電能質量的實際變化過程一致，則可以借助基于該耗電器圖形的控制這樣來降低波動，即使得不超過邊界值。在這種情況下應當假定所記錄的特征參數的測量值在進行控制的觀察時間段內具有盡可能無波動的變化過程。
如果電能質量的特性出現新的、還沒有被耗電器圖形考慮的變化，則可以通過在記錄的測量過程中又識別出波動來識別出該變化。從而可以與所描述的過程類似地相應匹配耗電器圖形。
如在所示例子中可以從電能質量的日特性中推斷出周特性那樣，在更長的組合測量過程中還能推斷出月特性和年特性。在此采用電子日歷12非常有幫助。例如，在此可以識別出季節性現象，如假期，在此期間制造企業具有工作假期因此電驅動機器基本上停止，或者與該供電網連接的不同耗電器的夏-冬交換。
因此，利用所描述的方法可以借助記錄的實際測量過程推導出電能分配網絡電能質量的未來特性。利用模式識別識別出例如在特定時刻接入供電網的特定電負載的特征性圖案。此外未預見的事件如新進行的施工也被引入模式識別中，并可外推出所謂的未來變化過程。通過將日歷功能引入模式識別還可以更為準確地判斷未來的耗電器圖形。如果以足夠的精度確定未來的耗電器圖形，則可以借助該耗電器圖形影響供電網，使得能在危險時間穩定電能質量。
權利要求
1.一種用于控制供電網的電能質量的方法，其中執行以下步驟在第一觀察時間段內采集給出供電網的電能質量的特征參數的測量值的第一測量過程；針對該第一測量過程在產生耗電器圖形的情況下執行模式識別，該耗電器圖形基于在第一測量過程中識別出的圖案對至少一個未來的觀察時間段給出該特征參數與可預先給定的額定區域的與時間有關的預期偏差；以及為該未來觀察時間段中那些按照耗電器圖形預計會在特征參數與額定區域之間出現偏差的時刻采取穩定電能質量的措施。
2.根據權利要求1所述的方法，其特征在于，還包括步驟在至少一個跟隨在第一觀察時間段之后的其它觀察時間段內采集給出供電網的電能質量的特征參數的測量值的至少一個其它測量過程；將該至少一個其它測量過程在產生相應更長的組合測量過程的情況下補充到該第一測量過程之后，針對該組合的測量過程在產生耗電器圖形的情況下執行模式識別。
3.根據上述權利要求之一所述的方法，其特征在于，所述特征值的測量值分別在持續一天、一周、一個月或一年的觀察時間段內采集。
4.根據上述權利要求之一所述的方法，其特征在于，在所述模式識別中檢查所述測量過程或組合的測量過程的周期性。
5.根據上述權利要求之一所述的方法，其特征在于，在所述模式識別中針對所述測量過程或組合測量過程進行自動相關。
6.根據上述權利要求之一所述的方法，其特征在于，所述模式識別使用電子日歷，以及所述模式識別將該電子日歷與測量過程或組合測量過程相關。
7.根據上述權利要求之一所述的方法，其特征在于，在供電網的多個位置上采集特征參數的測量過程，以及基于在該多個位置上采集的特征參數的測量值確定所述耗電器圖形。
全文摘要
本發明提出了一種用于控制供電網的電能質量的方法，利用該方法可以控制電能質量，使得電能質量盡可能對應于所要求的邊界值，本發明的方法具有以下步驟在第一觀察時間段內采集給出供電網電能質量的特征參數的測量值的第一測量過程；針對該第一測量過程在產生耗電器圖形的情況下執行模式識別，該耗電器圖形基于在第一測量過程中識別出的圖案為至少一個未來觀察時間段給出該特征參數與可預定額定區域的與時間有關的預期偏差；為該未來觀察時間段中那些按照耗電器圖形預計會在特征參數與額定區域之間出現偏差的時刻采取穩定電能質量的措施。
文檔編號H02J3/18GK101040416SQ200580035046
公開日2007年9月19日 申請日期2005年9月20日 優先權日2004年10月13日
發明者尤維·安克拉姆, 曼弗雷德·昂特韋格 申請人:西門子公司