[發明專利]動態分布式電網控制系統

有效

• 申請號: 201080060103.7
• 申請日: 2010-11-01
• 公開（公告）號: CN102725933A
• 公開（公告）日: 2012-10-10
• 發明（設計）人: 蘇尼爾·切里安;布蘭登·基奧;奧利弗·帕森菲克
• 申請（專利權）人: 斯匹瑞有限公司
• 主分類號: H02J3/00
• 分類號: H02J3/00;H02J13/00;G05B15/00
• 代理公司: 北京匯澤知識產權代理有限公司 11228
• 代理人: 武君

相關申請

本發明涉及并要求2009年11月3日提交的美國臨時專利申請號61/257,834和2010年7月29日提交的美國非臨時專利申請號12/846,520的優先權，如同此處全面闡述一樣，這兩個專利申請的全文在各方面均通過引用并入本文中。

技術領域

本發明的實施例大體上涉及電網，更具體地說，涉及在電網內控制電力分配、生產和消耗的系統和方法。

背景技術

電網并非單個的實體，而是多個網絡和具有不同的溝通和協調水平的多個操作員的多個發電公司的集合體，大部分網絡和發電公司由手動控制。智能電網增大電源供應商、電力用戶和網絡之間的連通性、自動化和協調性，這些網絡攜帶進行長距離傳輸或本地分布的功電力。

當今的交流電網在19世紀后半葉設計而成。那時制定的多個實施性決定和設想沿用至今。比如，現有的電網包括由需求驅動的集中的單向電力傳輸系統。在過去50年，電網未跟上現代挑戰的步伐。比如，安全威脅、使用替換的能源發電的全國性目標、資源保護的目標、控制高峰用電需求激增的需要、對于功率的不間斷的需求以及新型數字控制裝置等挑戰使得現代配電電網的能力受到質疑。為了更好地了解這些挑戰的性能，需要深入理解現有的發電和配電。

現有電網始于發電廠，然后通過多根電力傳輸線為電力用戶配電。幾乎在所有的情況下，發電廠和供應商均包括旋轉式發電機。有時，旋轉式發電機由水電站壩、大型柴油機或燃氣渦輪機驅動，但是在大部分情況下，發電機由蒸汽提供動力。通過燃燒煤、油、天然氣或者在有些情況下燃燒核反應堆，可產生蒸汽。通過化學反應、從陽光中直接轉換以及多種其他的方式，也可產生電力。

這些發電機產生的電力為交流電。與直流不同，交流電更像正弦波，振蕩一段時間。用作單個正弦波的交流（AC）稱為單相電。現有的發電廠和傳輸線同時具有三個不同相位的交流電。這些相位中的每個彼此之間均相差120°，并且每個相位單獨分布。電網中加入電力時，該電力必須與其使用的特定傳輸線的現有相位同步。

該三相電撤離發電站的發電機時，該電力進入輸電變電站，所產生的電壓在該輸電變電站向上轉換為非常高的數量，以用于進行長距離傳輸。然后，一旦到達區域分布地區，逐步降低高傳輸電壓，以便容納本地或區域配電網。這種逐步降低的過程可發生在若干個相位內，并且通常發生在配電站。

圖1顯示了本領域的技術人員了解的傳統配電網。如圖所示，三個發電廠110為三個不同的單獨區域的電力用戶150提供服務。每個發電廠110通過配電線140連接到其電力用戶150。一個或多個輸電變電站125和變電站130插在發電廠110和電力用戶150之間。圖1也顯示了通過高壓傳輸線120連接發電廠。

電力從每個發電廠110分配給輸電變電站125，然后將該電力逐步降低到與分配總線連接的變電站130中，將電力放在大約7200伏特的標準線路電壓上。在世界各地的整個地區一般可見這些電源線，并為終端用戶150帶來電源。家庭和大部分企業僅僅需要電源線通常攜帶的三相功率中的一個。到達每一家庭之前，配電變壓器將7200伏特降低到大約240伏特，并且將其轉換成普通家庭供電。

現有配電系統包括多個實體。比如，電力生產可表示一個實體，而長距離電力傳輸表示另一個實體。這些公司中的每個與一個或多個配電網相互作用，這些配電網最終將電力輸送給電力用戶。雖然此處所述的控制劃分并非絕對，但是這些劃分表示阻礙在分布式電網上動態控制電力。

在現有配電網中，如果一群電力用戶的電力需求超過其相關的電力生產設備的生產能力，那么該設備可從其他聯網的發電廠購買過量的電力。電力可靠并有效地輸送的距離具有限制，因此，隨著用戶需求的增大，需要更多的該區域發電廠。用戶對于其消耗的電力的發電廠缺乏控制。

這種類型配電電網已經存在和使用了100多年。雖然整體觀念還未明顯變化，但是極其可靠。然而，日益明顯的是，現有電網過時了，需要新型的創新的控制系統改變該裝置，通過該裝置電力從發電廠有效地分配給用戶。比如，用戶的電力需求經常超過本地電力生產設備的生產能力時，本地電力網絡的所有者和操作人員考慮增加額外的電力生產能力，或者拒絕為部分用戶服務，即電力減弱。為了給電網增加額外的電力，采取復雜緩慢的工序，以便理解和控制新的電力分配選擇。必須了解和監測電網處理高峰需求的能力，以便確保電網的安全操作，如果需要的話，額外的基礎設施必須放在合適的位置。該過程可花費幾年時間，并且沒有考慮電力生產和需求的動態性能。