DE112019003335T5

DE112019003335T5 - Adaptive spannungsbandbreite für eine spannungsregelungsvorrichtung

Info

Publication number: DE112019003335T5
Application number: DE112019003335.2T
Authority: DE
Inventors: Wei Ren; Jalpa Shah; Hossein Ghassempour Aghamolki
Original assignee: Eaton Intelligent Power Ltd
Current assignee: Eaton Intelligent Power Ltd
Priority date: 2018-07-30
Filing date: 2019-07-24
Publication date: 2021-03-18
Also published as: WO2020025169A1; US20200036188A1; AU2019315575B2; US11245262B2; AU2019315575A1

Abstract

Ein Spannungsregelungssystem für ein Stromverteilungsnetz, das Elektrizität von einer oder mehreren verteilten Energiequellen empfängt, schließt ein: eine Spannungsregelungsvorrichtung, die konfiguriert ist, um eine Spannung in dem Stromverteilungsnetz innerhalb einer Spannungsbandbreite zu halten, wobei die Spannungsbandbreite einen Bereich von Spannungen einschließt; und ein Steuerungssystem, das mit der Spannungsregelungsvorrichtung gekoppelt ist, wobei das Steuerungssystem konfiguriert ist zum: Analysieren von Spannungsdaten, wobei die Spannungsdaten eine Vielzahl von Spannungsabtastwerten einschließen, wobei jeder der Spannungsabtastwerte die Spannung in dem Stromverteilungsnetz zu einem Zeitpunkt innerhalb eines Zeitraums darstellt; Bestimmen einer angepassten Spannungsbandbreite für die Spannungsregelungsvorrichtung basierend auf der Analyse; und Ändern der Spannungsbandbreite der Spannungsregelungsvorrichtung auf die angepasste Spannungsbandbreite.

Description

TECHNISCHES GEBIET
Diese Offenbarung bezieht sich auf eine adaptive Spannungsbandbreite für eine Spannungsregelungsvorrichtung und ein Steuerungssystem zum Steuern einer Spannungsregelungsvorrichtung, um eine adaptive Spannungsbandbreite aufzuweisen.
ALLGEMEINER STAND DER TECHNIK
Spannungsregelungsvorrichtungen können verwendet werden, um einen Spannungspegel in einem Stromverteilungsnetz zu überwachen und zu steuern. Das Spannungsregelungssystem führt einen Spannungsregelungsvorgang durch, um den Spannungspegel in dem Stromverteilungsnetz zu ändern, wenn der Spannungspegel in dem Netz außerhalb eines Spannungsbereichs liegt, der einer Spannungsbandbreite entspricht. Durch den Spannungsregelungsvorgang wird die Spannung in dem Stromverteilungsnetz näher an eine Sollspannung gebracht, die innerhalb der Spannungsbandbreite liegt. Bei einem herkömmlichen Spannungsregelungssystem ist die Spannungsbandbreite fest und ändert sich während des Betriebs des Spannungsreglers nicht.
KURZDARSTELLUNG
In einem allgemeinen Gesichtspunkt schließt ein Spannungsregelungssystem für ein Stromverteilungsnetz, das Elektrizität von einer oder mehreren verteilten Energieressourcen empfängt, ein: eine Spannungsregelungsvorrichtung, die konfiguriert ist, um eine Spannung in dem Stromverteilungsnetz innerhalb einer Spannungsbandbreite zu halten, wobei die Spannungsbandbreite einen Bereich von Spannungen einschließt; und ein Steuerungssystem, das mit der Spannungsregelungsvorrichtung gekoppelt ist, wobei das Steuerungssystem konfiguriert ist zum: Analysieren von Spannungsdaten, wobei die Spannungsdaten eine Vielzahl von Spannungsabtastwerten einschließen, wobei jeder der Spannungsabtastwerte die Spannung in dem Stromverteilungsnetz zu einem Zeitpunkt innerhalb eines Zeitraums darstellt; Bestimmen einer angepassten Spannungsbandbreite für die Spannungsregelungsvorrichtung basierend auf der Analyse; und Ändern der Spannungsbandbreite der Spannungsregelungsvorrichtung auf die angepasste Spannungsbandbreite.
Implementierungen können eine oder mehrere der folgenden Merkmale einschließen. Das Steuerungssystem, das konfiguriert ist, um Spannungsdaten zu analysieren, kann das Steuerungssystem einschließen, das konfiguriert ist, um eine Verteilung des Auftretens jedes einer Vielzahl von Spannungspegeln in dem Stromverteilungsnetz über den Zeitraum aus den Spannungsdaten zu bestimmen, wobei das Steuerungssystem, das konfiguriert ist, um eine angepasste Spannungsbandbreite zu bestimmen, das Steuerungssystem einschließen kann, das konfiguriert ist, um eine Mindestspannung und eine Höchstspannung aus der Verteilung des Auftretens zu bestimmen, und das Steuerungssystem, das konfiguriert ist, um die Spannungsbandbreite der Spannungsregelungsvorrichtung zu ändern, kann das Steuerungssystem einschließen, das konfiguriert ist, um den Spannungsbereich so einzustellen, dass er zwischen der bestimmten Mindestspannung und der bestimmten Höchstspannung liegt.
Die Verteilung des Auftretens kann eine kumulative Verteilung sein. Das Steuerungssystem, das konfiguriert ist, um eine Mindestspannung zu bestimmen, kann das Steuerungssystem einschließen, das konfiguriert ist, um eine Spannung zu bestimmen, die um einen ersten Prozentsatz von Spannungsabtastwerten überschritten wird, und das Steuerungssystem, das konfiguriert ist, um eine Höchstspannung zu bestimmen, kann das Steuerungssystem einschließen, das konfiguriert ist, um eine Spannung zu bestimmen, die um einen zweiten Prozentsatz von Spannungsabtastwerten überschritten wird.
In einigen Implementierungen ist das Steuerungssystem konfiguriert, um Spannung durch Schätzen der Standardabweichung von der Spannung in der Stromverteilung über den Zeitraum zu analysieren, wobei das Steuerungssystem konfiguriert ist, um eine angepasste Spannungsbandbreite durch Bestimmen einer Mindestspannung und einer Höchstspannung basierend auf der geschätzten Standardabweichung zu bestimmen, und wobei das Steuerungssystem konfiguriert ist, um die Spannungsbandbreite der Spannungsregelungsvorrichtung zu ändern, indem der Bereich der Spannungen so eingestellt wird, dass er zwischen der bestimmten Mindestspannung und der bestimmten Höchstspannung liegt.
Das Spannungsregelungssystem kann auch ein Spannungsabtastmodul einschließen, das konfiguriert ist, um die Spannung in dem Stromverteilungsnetz zu einem bestimmten Zeitpunkt zu messen, um eine der Vielzahl von Spannungsabtastwerten zu erzeugen.
Das Steuerungssystem kann ferner konfiguriert sein, um die Vielzahl von Spannungsabtastwerten zu speichern.
In einem anderen allgemeinen Gesichtspunkt schließt ein Verfahren zum Steuern einer Spannungsregelungsvorrichtung, die eine Spannung in einem Stromverteilungsnetz regelt, ein: Erhalten einer Vielzahl von Spannungsabtastwerten, wobei jeder Spannungsabtastwert eine Angabe eines Spannungspegels in dem Stromverteilungsnetz zu einem Zeitpunkt innerhalb eines Zeitraums ist; Bestimmen einer Anzahl des Auftretens jedes einer Vielzahl von Spannungspegelbereichen während des Zeitraums aus der Vielzahl von Spannungsabtastwerten; Analysieren der bestimmten Anzahl des Auftretens, um eine angepasste Spannungsbandbreite für die Spannungsregelungsvorrichtung zu bestimmen; und Ändern der Spannungsbandbreite der Spannungsregelungsvorrichtung auf die bestimmte angepasste Spannungsbandbreite.
Implementierungen können eine oder mehrere der folgenden Merkmale einschließen. Das Ändern der Spannungsbandbreite der Spannungsregelungsvorrichtung kann das Ersetzen einer vorherigen Spannungsbandbreite der Spannungsregelungsvorrichtung durch die bestimmte angepasste Spannungsbandbreite einschließen, sodass die Spannungsregelungsvorrichtung einen Spannungsregelungsvorgang durchführt, wenn der Spannungspegel in dem Stromverteilungsnetz außerhalb der bestimmten angepassten Spannungsbandbreite liegt.
Der Zeitraum kann ein erster Zeitraum sein, und die bestimmte angepasste Spannungsbandbreite kann eine erste bestimmte angepasste Bandbreite sein, und in diesen Implementierungen schließt das Verfahren auch das Erhalten einer zweiten Vielzahl von Spannungsabtastwerten ein, wobei mindestens einer der Spannungsabtastwerte in der zweiten Vielzahl von Spannungsabtastwerten eine Angabe eines Spannungspegels in dem Stromverteilungsnetz zu einem Zeitpunkt während eines zweiten Zeitraums ist, wobei der zweite Zeitraum mindestens einen Zeitpunkt einschließt, der nicht innerhalb des ersten Zeitraums liegt; Analysieren der zweiten Vielzahl von Spannungsabtastwerten, um eine zweite angepasste Spannungsbandbreite für die Spannungsregelungsvorrichtung zu bestimmen; und Ändern der Spannungsbandbreite der Spannungsregelungsvorrichtung aus der ersten bestimmten angepassten Spannungsbandbreite auf die zweite angepasste Spannungsbandbreite.
Implementierungen einer der hierin beschriebenen Techniken können eine Spannungsregelungsvorrichtung, ein System, das eine Spannungsregelungsvorrichtung einschließt und ein Steuerungssystem, das konfiguriert ist, um die Spannungsregelungsvorrichtung zu steuern, Software, die auf einem nichtflüchtigen computerlesbaren Medium gespeichert ist, die bei Ausführung eine Spannungsregelungsvorrichtung steuert, ein Kit zum Nachrüsten einer Spannungsregelungsvorrichtung und/oder ein Verfahren einschließen. Die Details einer oder mehrerer Implementierungen sind in den beigefügten Zeichnungen und der folgenden Beschreibung aufgeführt. Weitere Merkmale ergeben sich aus der Beschreibung und den Zeichnungen sowie aus den Ansprüchen.
Figurenliste

1 ist ein Blockdiagramm eines beispielhaften Stromsystems.
2A ist ein Blockdiagramm eines beispielhaften Spannungsregelungssystems.
2B zeigt ein Beispiel einer Spannung auf einem Verteilungspfad im Verlauf der Zeit.
3 ist ein Flussdiagramm eines Beispiels eines Prozesses zum Steuern einer Spannungsregelungsvorrichtung.
4A, 4B, 5A bis 5F und 6A bis 6F sind Beispiele simulierter Ergebnisse.

AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG
Es werden Techniken zum Steuern einer Spannungsregelungsvorrichtung in einem Stromverteilungsnetz vorgeschlagen, das Elektrizität von mindestens einer verteilten Energieressource (DER) empfängt. Wie nachstehend erörtert, schließt die Technik das Analysieren der Spannung in dem Stromverteilungsnetz über einen Zeitraum und das Anpassen einer Bandbreite der Spannungsregelungsvorrichtung basierend auf der Analyse ein. Die Bandbreite wird angepasst, während die Spannungsregelungsvorrichtung in Gebrauch ist, somit ermöglichen die hierin erörterten Techniken, dass sich die Spannungsregelungsvorrichtung an sich ändernde Bedingungen in dem Stromverteilungsnetz anpasst. Beispielsweise kann sich der von einer DER erzeugte Strom zeitlich schnell ändern, was eine entsprechend schnelle Änderung der Spannung in dem Strom in dem Stromverteilungsnetz zur Folge hat. Die Spannungsregelungsvorrichtung reagiert, indem sie häufiger als üblich arbeitet, was zu einer übermäßigen Abnutzung der Spannungsregelungsvorrichtung führt. Da sich der Stromausgang der DER schneller ändern kann als die Reaktionszeit der Spannungsregelungsvorrichtung, können zusätzliche Vorgänge, die von der Spannungsregelungsvorrichtung durchgeführt werden, die Regelung der Spannung in dem Stromverteilungsnetz möglicherweise nicht verbessern. Wie nachstehend erörtert, reduziert das dynamische Anpassen der Bandbreite der Spannungsregelungsvorrichtung basierend auf gemessenen Spannungspegeln unnötige Vorgänge der Spannungsregelungsvorrichtung, während es der Spannungsregelungsvorrichtung immer noch ermöglicht wird, die Spannung auf dem Stromverteilungsnetz zu halten.
Bezugnehmend auf 1 wird ein Blockdiagramm eines beispielhaften Stromsystems 100 gezeigt. Das Stromsystem 100 schließt ein Stromverteilungsnetz 105 ein, das Elektrizität von Stromquellen 101 (einschließlich verteilter Energiequellen 104) über einen Verteilungspfad 106 an elektrische Verbraucher 102 überträgt. Die elektrischen Verbraucher 102 können jede Vorrichtung sein, die Elektrizität verwendet und kann elektrische Ausrüstung einschließen, die Elektrizität empfängt und überträgt oder an andere Ausrüstung in dem Stromverteilungsnetz 105 verteilt. Die elektrischen Verbraucher 102 können zum Beispiel Transformatoren, Sicherungen, wiederaufladbare Batterien, elektrische Maschinen in einer Fertigungsanlage und/oder elektrische Geräte und Systeme in einem Wohngebäude einschließen. Das Stromverteilungsnetz 105 kann beispielsweise ein Stromnetz, eine elektrische Anlage oder ein Mehrphasenstromverteilungsnetz sein, das Elektrizität an gewerbliche und/oder Privatkunden bereitstellt. Das Stromverteilungsnetz 105 kann eine Betriebsspannung von beispielsweise mindestens 1 Kilovolt (kV), bis zu 34,5 kV, bis zu 38 kV, bis zu 69 kV oder 69 kV oder höher aufweisen. Das Stromverteilungsnetz 105 kann bei einer Grundfrequenz von beispielsweise 50 bis 60 Hertz (Hz) arbeiten. Der Verteilungspfad 106 kann zum Beispiel eine oder mehrere Verteilungsleitungen, Stromkabel, drahtlose Verteilungspfade und/oder einen anderen Mechanismus zur Übertragung von Elektrizität einschließen.
Die Stromquellen 101 können eine beliebige Elektrizitätsquelle, wie ein Kraftwerk oder ein elektrisches Umspannwerk, einschließen, und die Stromquellen 101 schließen mindestens eine verteilte Energieressource (DER) 104 ein. Eine verteilte Energieressource (DER) ist jede Art von Elektrizitätsquelle, die in der Lage ist, dem Stromverteilungsnetz 105 lokalisierte Energie bereitzustellen. DERs können über das Netzwerk 105 verteilt sein und sich somit relativ nahe an einem bestimmten Verbraucher befinden. Die von einer DER erzeugte Energiemenge ist im Allgemeinen kleiner als eine herkömmliche, zentrale Energiequelle. Beispielsweise kann eine DER 1 Kilowatt (kW) bis 10.000 kW Elektrizität erzeugen. DERs können mit herkömmlichen, zentralen Stromquellen (zum Beispiel Kohlekraftwerke, Großkraftwerke und Staudämme) verwendet werden, um die Leistung des Stromverteilungsnetzes 105 zu verstärken und zu verbessern. Beispiele für DERs schließen Solaranlagen, Windenergieanlagen, Mikroturbinen, Batterien und andere Energiespeichervorrichtungen, modulare kinetische Energieturbinen, Abfall-zu-Energie-Turbinen, Dieselgeneratoren und Brennstoffzellen ein.
Somit kann eine DER eine erneuerbare oder herkömmliche Energiequelle sein. Einige DERs, wie Brennstoffzellen, sind „grundlastfähig“. Eine grundlastfähige DER ist in der Lage, eine gewünschte Menge an elektrischer Leistung zu erzeugen, solange die DER Zugriff auf ausreichend Kraftstoff hat, um die angeforderte Leistung zu erzeugen. Andere DERs, wie Solaranlagen und Windanlagen, sind nicht grundlastfähig. Die Menge an Elektrizität, die von einer nicht grundlastfähigen DER erzeugt wird, kann in Bezug auf einen Zeitraum stark variieren, während dem von der DER erwartet werden könnte, eine relativ konstante Menge an Elektrizität zu produzieren. Zum Beispiel kann die DER eine Solaranlage sein, die eine Anordnung von photovoltaischen Vorrichtungen (PV-Vorrichtungen) einschließt, die Sonnenlicht in Elektrizität umwandeln. Es wird erwartet, dass die von der Solaranlage erzeugte Menge an Elektrizität während eines sonnigen Tages relativ konstant ist. Jedoch kann die Menge an erzeugter Elektrizität schnell abfallen, wenn sich eine Wolke zwischen die PV-Vorrichtung und die Sonne schiebt, und die Menge an erzeugter Elektrizität kann kurz später schnell ansteigen, wenn sich die Wolke entfernt und sich nicht mehr zwischen der PV-Vorrichtung und der Sonne befindet. In ähnlicher Weise kann eine DER-Quelle, die ein windbasiertes Energiesystem (wie ein Windrad) einschließt, im Allgemeinen nicht angewiesen werden, eine bestimmte Menge an elektrischer Energie zu erzeugen, und ist nicht grundlastfähig.
Das Stromsystem 100 schließt auch ein oder mehrere Spannungsregelungssysteme 108 ein, von denen jedes die Höhe der Spannung in dem Stromverteilungsnetz 105 überwacht und steuert. Zum Beispiel können die Spannungsregelungssysteme 108 verwendet werden, um eine stationäre Spannung des Stromverteilungsnetzes 105 oder eines Teils des Netzes 105 innerhalb eines Spannungsbereichs zu halten, sodass der Spannungspegel an der elektrischen Ausrüstung 102 ebenfalls innerhalb eines akzeptablen Bereichs bleibt.
Jedes Spannungsregelungssystem 108 kann jede Art von elektrischer, mechanischer oder elektromechanischer Vorrichtung sein, die in der Lage ist, einen Spannungsregelungsvorgang durchzuführen, der die Spannung auf dem Verteilungspfad 106 ändert, ohne den elektrischen Betrieb für die verbundenen elektrischen Verbraucher 102 zu unterbrechen. Das Spannungsregelungssystem 108 kann beispielsweise ein Laststufenschalter, ein Netzspannungsregler oder ein Schaltkondensator sein. Der Spannungsregelungsvorgang kann jede Aktion sein, die das Spannungsregelungssystem 108 durchführen kann, um die Spannung auf dem Verteilungspfad 106 zu ändern. Die Lebensdauer des Spannungsregelungssystems 108 kann durch die Anzahl der Spannungsregelungsvorgänge gemessen werden, die das System 108 erwartungsgemäß durchführen kann, ohne ausgetauscht und/oder repariert werden zu müssen.
Da die elektrische Leistung, die von einer DER 104 erzeugt wird, die nicht grundlastfähig ist, über einen relativ kurzen Zeitraum stark variieren kann und auf unvorhersehbare Weise variieren kann, bewirkt die Verwendung von Elektrizität, die von einer nicht grundlastfähigen DER erzeugt wird, dass ein typisches Spannungsregelungssystem häufiger Spannungsregelungsvorgänge im Vergleich zu einer Konfiguration durchführt, in der DERs nicht als Elektrizitätsquellen verwendet werden oder nur grundlastfähige DERs verwendet werden. Das typische Spannungsregelungssystem kann in der Lage sein, die Spannungsregelungsvorgänge mit ausreichender Frequenz und Genauigkeit durchzuführen, um den Spannungspegel des Verteilungspfads 106 trotz Variationen in der Menge der zugeführten Elektrizität, die durch die DER 104 verursacht werden, innerhalb des festen und gleichbleibenden Spannungsbereichs zu halten, der der Spannungsregelungsvorrichtung zugeordnet ist. Die Verwendung des typischen Spannungsregelungssystems auf diese Weise kann jedoch dazu führen, dass das typische Spannungsregelungsssystem schneller als erwartet ausgetauscht oder repariert werden muss.
Andererseits ist die Spannungsbandbreite der Spannungsregelungsvorrichtung 110 anpassbar. Durch dynamisches Anpassen der Bandbreite der Spannungsregelungsvorrichtung 110 oder während das Spannungsregelungssystem 108 in Betrieb ist, wird die Spannung auf dem Verteilungspfad 106 innerhalb eines akzeptablen Spannungsbereichs gehalten, während auch die Anzahl der Spannungsregelungsvorgänge, die durch das Spannungsregelungssystem 108 durchgeführt werden, reduziert oder minimiert wird. Durch die Reduzierung der Anzahl der Spannungsregelungsvorgänge verlängert sich die Lebensdauer des Spannungsregelungssystems 108. Somit ist die Spannungsregelungsvorrichtung 110 in der Lage, eine robustere Spannungsregelung bereitzustellen, selbst wenn die DER 104 nicht grundlastfähig ist.
Darüber hinaus verbessert die Spannungsregelungsvorrichtung 110 auch die Leistung bei Konfigurationen, bei denen die DER 104 eine grundlastfähige DER ist. In diesen Konfigurationen ist die DER 104 in der Lage, eine gewisse Spannungsregelung bereitzustellen, und die Spannungsregelung wird von der DER 104 und dem Spannungsregelungssystem 108 gemeinsam genutzt. In diesem Szenario wird die Bandbreite der Spannungsregelungsvorrichtung 110 schmaler angepasst. Somit führt die Spannungsregelungsvorrichtung 110 weniger Spannungsregelungsvorgänge durch (da die DER 104 einige der Spannungsregelungsvorgänge durchführt), aber die Spannungsregelungsvorrichtung 110 hält die Spannung im Verteilungspfad 106 unter Verwendung der angepassten schmalen Spannungsbandbreite immer noch innerhalb eines akzeptablen Bereichs.
3 stellt ein Beispiel eines Prozesses bereit, der verwendet werden kann, um die Bandbreite einer Spannungsregelungsvorrichtung in einem Stromverteilungsnetz anzupassen, das Elektrizität von einer oder mehreren DERs verwendet. Das Spannungsregelungssystem 108 wird näher erörtert, bevor auf ein Beispiel eines Prozesses zum Steuern der Spannungsregelungsvorrichtung 110 eingegangen wird.
2A ist ein Blockdiagramm des Spannungsregelungssystems 108. Die Spannungsregelungsvorrichtung 110 schließt ein Überwachungsmodul 112, ein Spannungsbetriebsmodul 114 und eine Kommunikationsschnittstelle 116 ein. Die Spannungsregelungsvorrichtung 110 ist auch Betriebsparametern 118 zugeordnet. Bei den Betriebsparametern 118 handelt es sich um Einstellungen, Werte oder Metriken, die die Betriebsbedingungen der Spannungsregelungsvorrichtung 110 definieren.
Das Überwachungsmodul 112 überwacht die Spannung auf dem Verteilungspfad 106. Zum Beispiel kann das Überwachungsmodul 112 einen Spannungsmesser, einen Spannungswandler, einen Strommesser oder eine andere Vorrichtung einschließen, die in der Lage ist, die Spannung auf dem Verteilungspfad 106 zu messen oder Daten bereitzustellen, aus denen die Spannung auf dem Verteilungspfad 106 abgeleitet werden kann. Das Überwachungsmodul 112 kann einer Abtastrate zugeordnet sein, die angibt, wie oft das Überwachungsmodul 112 eine Angabe der Spannung auf dem Verteilungspfad 106 erhält oder empfängt.
Das Spannungsbetriebsmodul 114 ändert die Ausgangsspannung der Spannungsregelungsvorrichtung 110, um dadurch die Spannung auf dem Verteilungspfad 106 zu ändern. Die Kommunikationsschnittstelle 116 ist mit einem Steuerkabel 130 verbunden und ermöglicht das Senden von Daten von der Spannungsregelungsvorrichtung 110 an das Steuerungssystem 120 und umgekehrt. Zum Beispiel kann die Kommunikationsschnittstelle 116 Spannungsmesswerte, die von dem Überwachungsmodul 112 erfasst oder empfangen werden, an das Steuerungssystem 120 senden.
2B ist ein Diagramm 140, das ein Beispiel einer Spannung auf dem Verteilungspfad 106 in Abhängigkeit von der Zeit zeigt. Das Diagramm 140 gibt auch ein Beispiel für drei der Betriebsparameter 118 der Spannungsregelungsvorrichtung 110 an: eine Sollspannung 142, eine Spannungsbandbreite 144 und eine Zeitverzögerung 145. Wie unter Bezugnahme auf 3 erörtert, analysiert das Steuerungssystem 120 den Spannungspegel des Verteilungspfads 106 über einen Zeitraum und passt die Spannungsbandbreite 144 basierend auf der Analyse der Leistung des Spannungsregelungssystems 108 an. Somit weist die Spannungsregelungsvorrichtung 110 eine dynamische oder adaptive Spannungsbandbreite 144 auf.
Die Sollspannung 142 ist die Spannung, die das Spannungsregelungssystem 108 auf dem Pfad 106 halten will. Die Sollspannung 142 kann zum Beispiel 120 V oder 240 V sein.
Obwohl das Spannungsregelungssystem 108 den Spannungspegel auf dem Verteilungspfad 106 auf der Sollspannung 142 halten will, ist auch ein Spannungspegel akzeptabel, der nicht die Sollspannung 142 ist, sondern innerhalb des Spannungsbereichs 144 liegt. Der Spannungsbereich 144 ist ein kontinuierlicher Bereich von Spannungen um die Sollspannung 142, die für den ordnungsgemäßen Betrieb der Verbraucher 102 akzeptabel sind. Der Spannungsbereich 144 hat eine Höchstspannung von Vb und eine Mindestspannung von Va, und die Sollspannung 142 kann in der Mitte des Spannungsbereichs 144 liegen. Die Differenz zwischen Vb und Va kann beispielsweise 1 bis 3 V betragen. Für eine Implementierung, bei der die Sollspannung 142 120 V beträgt und der Spannungsbereich 144 2 V überspannt, beträgt Vb 121 V und Va 119 V. Va und Vb sind Teil der Parameter 118 und können während des Betriebs des Spannungsregelungssystems 108 geändert werden, um die Spannungsbandbreite 144 anzupassen.
Die Spannung auf dem Verteilungspfad 106 liegt außerhalb des Spannungsbereichs 144, wenn die Spannung auf dem Verteilungspfad 106 größer als Vb oder kleiner als Va ist. Wenn die Spannung auf dem Verteilungspfad 106 außerhalb des Spannungsbereichs 144 liegt, führt die Spannungsregelungsvorrichtung 110 nach Ablauf einer Zeitverzögerung 145 einen Spannungsregelungsvorgang durch. Die Zeitverzögerung 145 kann beispielsweise zwischen 30 und 60 Sekunden liegen. Die Zeitverzögerung 145 ist ein Zeitraum, den das Steuerungssystem 120 abwartet, bevor es ein Befehlssignal 132 ausgibt, das die Spannungsregelungsvorrichtung 110 veranlasst, einen Spannungsregelungsvorgang durchzuführen. Während der Verzögerungszeit 145 befindet sich die Spannungsregelungsvorrichtung 110 in einem „Zeitverzögerungszustand“ und führt keinen Spannungsregelungsvorgang durch. Der Zeitverzögerung 145 ist ein Zähler 121 zugeordnet, der um einen Inkrementbetrag (Tcnt) inkrementiert und/oder dekrementiert wird, bis der Zähler 121 abläuft oder das Ende der Zeitverzögerung 145 erreicht. Der Inkrementbetrag (Tcnt) kann auch ein Parameter 118 der Spannungsregelungsvorrichtung 110 sein. Wenn der Zähler 121 abläuft, gibt das Steuerungssystem 120 ein Befehlssignal 132 an die Spannungsregelungsvorrichtung 110 aus, und die Spannungsregelungsvorrichtung 110 führt einen Spannungsregelungsvorgang basierend auf dem Befehlssignal 132 durch. In dem Beispiel von 2B bewegt sich die Spannung auf dem Verteilungspfad 106 zu einem Zeitpunkt t1 aus dem Spannungsbereich 144, und die Zeitverzögerung 145 beginnt zum Zeitpunkt t1. Der Zähler 121 läuft zum Zeitpunkt t2 ab. Zum Zeitpunkt t2 gibt das Steuerungssystem 120 das Befehlssignal 132 aus, sodass die Spannungsregelungsvorrichtung 110 den Spannungsregelungsvorgang durchführt.
Unter erneuter Bezugnahme auf 2A koppelt das Steuerkabel 130 das Steuerungssystem 120 mit der Spannungsregelungsvorrichtung 110. Um die Spannungsregelungsvorrichtung 110 zu veranlassen, einen Spannungsregelungsvorgang durchzuführen, erzeugt das Steuerungssystem 120 ein Befehlssignal 132 und stellt das Befehlssignal 132 über das Steuerkabel 130 an die Kommunikationsschnittstelle 116 bereit.
Das Steuerkabel 130 kann jede Art von Kabel sein, das in der Lage ist, Daten zwischen der Spannungsregelungsvorrichtung 110 und dem Steuerungssystem 120 zu übertragen. Das Steuerkabel 130 kann ein drahtgebundenes (physisches) Kabel, eine drahtlose Verbindung oder eine Kombination aus drahtgebundenen und drahtlosen Verbindungen sein. Obwohl darüber hinaus die Spannungsregelungsvorrichtung 110 und das Steuerungssystem 120 als separate Systeme gezeigt sind, die durch das Steuerkabel 130 verbunden sind, können in anderen Implementierungen das Steuerungssystem 120 und die Spannungsregelungsvorrichtung 110 zusammen in einem einzigen Gehäuse oder einer einzigen Einheit untergebracht oder anderweitig in einer einzigen Vorrichtung integriert sein.
Das Steuerungssystem 120 schließt den Zähler 121, ein elektronisches Verarbeitungsmodul 122, einen elektronischen Speicher 124 und eine Eingabe/Ausgabe-Schnittstelle (E/A-Schnittstelle) 126 ein. Der Zähler 121 kann als eine Sammlung von Anweisungen implementiert und auf dem elektronischen Speicher 124 gespeichert werden. Das elektronische Verarbeitungsmodul 122 schließt einen oder mehrere elektronische Prozessoren ein. Die elektronischen Prozessoren des Moduls 122 können jede Art von elektronischem Prozessor sein und können eine Allzweck-Zentraleinheit (CPU), eine Grafikverarbeitungseinheit (GPU), einen Mikrocontroller, ein feldprogrammierbares Gate-Array (FPGA), eine komplexe programmierbare Logikvorrichtung (CPLD) und/oder eine anwendungsspezifische integrierte Schaltung (ASIC) einschließen oder nicht.
Der elektronische Speicher 124 kann jede Art von elektronischem Speicher sein, der in der Lage ist, Daten zu speichern, und der elektronische Speicher 124 kann flüchtige und/oder nichtflüchtige Komponenten einschließen. Der elektronische Speicher 124 und das Verarbeitungsmodul 122 sind so gekoppelt, dass das Verarbeitungsmodul 122 auf Daten aus dem elektronischen Speicher 124 zugreifen oder diese lesen kann und Daten in den elektronischen Speicher 124 schreiben kann. Der elektronische Speicher 124 kann Standardwerte für die Betriebsparameter 118 und auch aktualisierte Werte für die Betriebsparameter 118 speichern. Außerdem kann der elektronische Speicher 124 Spannungsabtastwerte speichern, die während eines oder mehrerer Zeiträume gesammelt wurden. Zusätzlich speichert der elektronische Speicher 124 maschinenlesbare Anweisungen, etwa in Form eines Computerprogramms, die bei Ausführung durch das Verarbeitungsmodul 122 die Spannungsregelungsvorrichtung 110 durch einen Prozess steuern, wie er in Bezug auf 3 erörtert wird.
Die E/A-Schnittstelle 126 kann eine beliebige Schnittstelle sein, die einem menschlichen Bediener und/oder einem autonomen Prozess ermöglicht, mit dem Steuerungssystem 120 zu interagieren. Die E/A-Schnittstelle 126 kann zum Beispiel eine Anzeige, eine Tastatur, einen Audioeingang und/oder -ausgang (wie Lautsprecher und/oder ein Mikrofon), einen seriellen oder parallelen Anschluss, eine Universal Serial Bus-Verbindung (USB-Verbindung) und/oder jede Art von Netzwerkschnittstelle wie Ethernet einschließen. Die E/A-Schnittstelle 126 kann auch eine Kommunikation ohne physischen Kontakt über zum Beispiel eine IEEE 802.11-, Bluetooth- oder Nahfeldkommunikationsverbindung (NFC-Verbindung) ermöglichen. Das Steuerungssystem 120 kann beispielsweise über die E/A-Schnittstelle 126 betrieben, konfiguriert, modifiziert oder aktualisiert werden.
Die E/A-Schnittstelle 126 kann es dem Steuerungssystem 120 auch ermöglichen, mit Systemen außerhalb und entfernt von dem System 108 zu kommunizieren. Zum Beispiel kann die E/A-Schnittstelle 126 eine Kommunikationsschnittstelle einschließen, die eine Kommunikation zwischen dem Steuerungssystem 120 und einer entfernten Station (nicht gezeigt) ermöglicht, oder zwischen dem Steuerungssystem 120 und einer anderen elektrischen Vorrichtung als der Spannungsregelungsvorrichtung 110, über die E/A-Schnittstelle 126, beispielsweise unter Verwendung des Supervisory Control and Data Acquisition-Protokolls (SCADA-Protokolls) oder eines anderen Dienstprotokolls. Die entfernte Station kann jede Art von Station sein, über die ein Bediener mit dem Steuerungssystem 120 kommunizieren kann, ohne physischen Kontakt mit dem Steuerungssystem 120 herzustellen. Beispielsweise kann die entfernte Station eine computergestützte Arbeitsstation, ein Smartphone, ein Tablet oder ein Laptop, die bzw. das über ein Dienstprotokoll an das Steuerungssystem 120 angeschlossen ist, oder eine Fernbedienung, die über ein Hochfrequenzsignal an das Steuerungssystem 120 angeschlossen ist, sein.
Bezugnehmend auf 3 wird ein Flussdiagramm eines Prozesses 300 gezeigt. Der Prozess 300 ist ein Beispiel für einen Prozess zum Steuern einer Spannungsregelungsvorrichtung. Der Prozess 300 wird unter Bezugnahme auf das Spannungsregelungssystem 108, das Steuerungssystem 120 und die Spannungsregelungsvorrichtung 110 erörtert. In dem nachstehend erörterten Beispiel wird der Prozess 300 von einem oder mehreren elektronischen Prozessoren in dem Verarbeitungsmodul 122 durchgeführt.
Es wird ein Spannungsabtastwert erhalten (310). Der Spannungsabtastwert ist eine Angabe des Spannungspegels in dem Stromverteilungsnetz 105 zu einem bestimmten Zeitpunkt. Zum Beispiel kann der Spannungsabtastwert einen numerischen Wert einschließen, der einen gemessenen Spannungswert des Spannungspegels in dem Stromverteilungsnetz 105 zu dem bestimmten Zeitpunkt darstellt. Der Spannungsmessmesswert, der in dem Spannungsabtastwert eingeschlossen ist, kann eine Messung sein, die von einem Spannungssensor in dem Überwachungsmodul 112 erhalten wird. In einigen Implementierungen ist der Spannungsmesswert ein Messwert, der von einem anderen Spannungssensor erhalten wird, der von der Spannungsregelungsvorrichtung 110 getrennt ist, aber der die gleiche Spannung wie die Spannungsregelungsvorrichtung 110 ausgibt. Der Spannungsabtastwert wird dem Steuerungssystem 120 bereitgestellt. Zum Beispiel wird in Implementierungen, in denen die Spannungsmessung durch das Überwachungsmodul 112 durchgeführt wird, der Spannungsabtastwert dem Steuerungssystem 120 über das Steuerkabel 130 bereitgestellt. Der Spannungsabtastwert kann in dem elektronischen Speicher 124 des Steuerungssystems 120 gespeichert werden.
Zur Bildung von Spannungsdaten wird mehr als ein Spannungsabtastwert erhalten. Spannungsdaten sind eine Sammlung von Spannungsabtastwerten, von denen jeder den Spannungspegel des Stromverteilungsnetzes 105 zu einem anderen Zeitpunkt innerhalb eines Zeitraums angibt. Mit anderen Worten, bei den Spannungsdaten handelt es sich um Daten, die den Spannungspegel in dem Stromverteilungsnetz 105 über den Zeitraum darstellen. Die Spannungsabtastwerte werden mit einer Abtastrate erfasst, die über den Zeitraum konstant ist. Der Zeitraum ist ausreichend lang, um genügend Spannungsabtastwerte zu sammeln, um eine Anpassung der Spannungsbandbreite 144 bestimmen zu können. Zum Beispiel kann der Zeitraum eine Stunde oder mehr betragen, und die Abtastrate kann eine Abtastung pro Sekunde betragen.
Die erhaltenen Spannungsabtastwerte sammeln sich in dem elektronischen Speicher 124 an, bis ein Schwellenwert von Spannungsabtastwerten erhalten wird. Bei dem Schwellenwert von Spannungsabtastwerten kann es sich um eine voreingestellte Anzahl von Spannungsabtastwerten handeln oder um Spannungsabtastwerte, die über eine voreingestellte Zeitdauer erhalten werden. Die Anzahl der erhaltenen Spannungsabtastwerte wird mit dem Schwellenwert von Spannungsabtastwerten (320) verglichen. Wenn sich mindestens der Schwellenwert von Spannungsabtastwerten in dem elektronischen Speicher 124 angesammelt hat, dann gelten die Spannungsdaten als vollständig und die Spannungsdaten werden analysiert (330). Wenn der Schwellenwert von Spannungsabtastwerten nicht erhalten wurde, dann fährt der Prozess 300 mit dem Erhalten von Spannungsabtastwerten fort (310), bis die Anzahl der erhaltenen Spannungsabtastwerte den Schwellenwert erreicht.
Wenn ein Schwellenwert neuer Spannungsabtastwerte erhalten wurde, werden die Spannungsdaten analysiert, um zu bestimmen, wie die Spannungsbandbreite 144 der Spannungsregelungsvorrichtung 110 anzupassen ist. Ein neuer Spannungsabtastwert ist ein Spannungsabtastwert, der zuvor nicht analysiert wurde. Der Prozess 300 ist ein laufender Prozess, der verwendet wird, um die Spannungsbandbreite der Spannungsregelungsvorrichtung 110 anzupassen, während die Spannungsregelungsvorrichtung 110 in Gebrauch ist. Obwohl somit eine Instanz von Spannungsdaten in diesem Beispiel erörtert wird, versteht es sich, dass der Prozess 300 verwendet werden kann, um viele Instanzen von Spannungsdaten zu erzeugen und zu analysieren, wobei jede Instanz für einen anderen Zeitraum ist, sodass die Spannungsbandbreite der Spannungsregelungsvorrichtung 110 jedes Mal aktualisiert werden kann, wenn der Schwellenwert von Spannungsabtastwerten erhalten wird. Die Zeiträume sind unterschiedlich, da jede der verschiedenen Instanzen von Spannungsdaten mindestens einen Spannungsabtastwert zu einem Zeitpunkt einschließt, der nicht Teil einer anderen zuvor analysierten Instanz von Spannungsdaten ist. In einigen Implementierungen schließt jede Instanz von Spannungsdaten einen eindeutigen Zeitraum ein, sodass in mehr als einer Instanz von Spannungsdaten kein Spannungsabtastwert vorhanden ist.
Die Spannungsbandbreite 144 der Spannungsregelungsvorrichtung 110 kann je nach Anwendung einmal alle paar Minuten, einmal pro Stunde oder einmal pro Tag aktualisiert werden. Zusätzlich kann die Frequenz des Aktualisierens, Anpassens oder Änderns der Spannungsbandbreite 144 durch einen Bediener der Spannungsregelungsvorrichtung 110 eingestellt werden. Zum Beispiel kann die Anzahl von Spannungsabtastwerten, die vor dem Analysieren des Spannungsdatums und/oder des Zeitraums, in dem Spannungsabtastwerte erhalten werden, Teil der Parameter 118 sein, und in einigen Implementierungen ist der Bediener in der Lage, diese Parameter über die E/A-Schnittstelle 126 einzustellen.
In einigen Implementierungen werden die Spannungsdaten analysiert, indem eine Verteilung basierend auf den Spannungsdaten bestimmt wird, und die Verteilung wird verwendet, um eine Mindestspannung und eine Höchstspannung zu bestimmen, die eine angepasste Spannungsbandbreite bilden. Die Verteilung kann zum Beispiel ein Histogramm sein, das eine Anzahl des Auftretens von Spannungen innerhalb jedes einer Vielzahl von Spannungsbereichen oder Spannungs-Bins darstellt. Die Verteilung kann andere Formen aufweisen. Zum Beispiel kann die Verteilung ein Histogramm sein, das einen Abschnitt oder Prozentsatz von Spannungsabtastwerten in den Spannungsdaten darstellt, die einen bestimmten Spannungswert aufweisen. In einem anderen Beispiel kann die Verteilung ein kumulatives Histogramm sein. Darüber hinaus kann die Verteilung eine geschätzte Verteilung sein oder eine Verteilung kann auf Annahmen basieren. Zum Beispiel kann angenommen werden, dass die Spannungsdaten eine Normalverteilung (d. h. eine Gauß-Verteilung) aufweisen. Ferner kann das Analysieren der Spannungsdaten das Berechnen zusätzlicher Werte aus der Verteilung und/oder aus den Spannungsdaten einschließen. Beispielsweise kann eine Standardabweichung, ein Mittelwert, ein Höchstwert und/oder ein Mindestwert der Spannungswerte bestimmt werden.
Es wird eine angepasste Spannungsbandbreite für die Spannungsregelungsvorrichtung 110 bestimmt (340). Wie vorstehend erörtert, ist die Spannungsregelungsvorrichtung 110 der Spannungsbandbreite 144 zugeordnet, die ein Bereich von Spannungen zwischen der Höchstspannung von Vb und der Mindestspannung von Va ist. Die angepasste Spannungsbandbreite ist ein Spannungsbereich, der sich von der Spannungsbandbreite 144 unterscheidet. Zum Beispiel kann die angepasste Spannungsbandbreite eine Mindestspannung, die sich von der Mindestspannung Va unterscheidet, und/oder eine Höchstspannung, die sich von der Höchstspannung Vb unterscheidet, aufweisen.
Die angepasste Spannungsbandbreite wird aus den Spannungsdaten bestimmt und kann sich somit an aktuelle Zustände in dem Stromverteilungsnetz 105 anpassen. Zum Beispiel kann die angepasste Spannungsbandbreite aus der in (330) bestimmten Verteilung bestimmt werden. In einigen Implementierungen wird die Mindestspannung für die angepasste Spannungsbandbreite basierend auf einer Spannung eingestellt, bei der ein vorbestimmter Prozentsatz oder eine vorbestimmte Anzahl von Spannungsabtastwerten darunter liegt. Zum Beispiel kann die Mindestspannung für die angepasste Spannungsbandbreite ein Spannungspegel sein, der größer ist als die niedrigsten 20 % der Spannungsabtastwerte (oder ein Spannungspegel, der von 80 % der Spannungsabtastwerte überschritten wird). Die Höchstspannung der angepassten Spannungsbandbreite kann auf Basis der Verteilung eingestellt werden. Zum Beispiel kann die Höchstspannung der angepassten Spannungsbandbreite eine Spannung sein, die nur von den höchsten 15 % der Spannungsabtastwerte überschritten wird. Eine angepasste Spannungsbandbreite kann aus den Mindest- und Höchstspannungen bestimmt werden, die aus den Verteilungen abgeleitet werden.
In einigen Implementierungen werden die Verteilung und/oder die Spannungsdaten verwendet, um eine Mindestspannung und eine Höchstspannung zu bestimmen, die eine angepasste Anfangsbandbreite definieren, und ein Skalierungsfaktor wird dann auf die angepasste Anfangsspannungsbandbreite angewendet. Zum Beispiel kann der Skalierungsfaktor auf die angepasste Anfangsspannungsbandbreite angewendet werden, um eine angepasste Bandbreite zu erzeugen, die breiter als die angepasste Anfangsspannungsbandbreite ist. Eine breitere Bandbreite schließt einen größeren Spannungsbereich ein, und die Differenz zwischen der Höchstspannung und der Mindestspannung ist für eine breitere Spannungsbandbreite größer als für eine schmalere Spannungsbandbreite. Der Skalierungsfaktor kann in dem elektronischen Speicher 124 als einer der Parameter 118 der Spannungsregelungsvorrichtung 110 gespeichert sein. Der Skalierungsfaktor kann von einem Bediener der Spannungsregelungsvorrichtung 110 vorbestimmt oder eingestellt werden.
Eine Erweiterung der angepassten Anfangsspannungsbandbreite kann vorteilhaft sein, da bei einer relativ breiten Spannungsbandbreite die Spannungsregelungsvorrichtung 110 weniger wahrscheinlich eine Spannungsregelung für intermittierende Variationen durchführt, die durch eine DER verursacht werden. Dies erhöht die Lebensdauer der Spannungsregelungsvorrichtung 110. Durch Stützen der angepassten Spannungsbandbreite auf die Spannungsdaten und durch Skalieren mit einem Faktor, der entweder vorbestimmt oder durch einen Bediener steuerbar ist, ist die angepasste Spannungsbandbreite jedoch nicht so breit, dass die Spannungsregelungsvorrichtung 110 es bei Bedarf nicht schafft, Spannungsregelungsvorgänge durchzuführen.
In einigen Implementierungen wird die angepasste Spannungsbandbreite auf einen Wert eingestellt, der von einer Eigenschaft der Verteilung oder der Spannungsdaten abhängt. Zum Beispiel kann in Implementierungen, in denen angenommen wird, dass die Spannungsdaten zu einer Normalverteilung passen, die angepasste Spannungsbandbreite basierend auf der Standardabweichung der Spannungsdaten eingestellt werden. In diesen Implementierungen kann die angepasste Spannungsbandbreite zum Beispiel die Standardabweichung multipliziert mit einem vorbestimmten numerischen Wert sein. Der vorbestimmte numerische Wert kann in dem elektronischen Speicher 124 als einer der Parameter 118 gespeichert werden.
Die Spannungsbandbreite 144 der Spannungsregelungsvorrichtung 110 wird auf die angepasste Spannungsbandbreite geändert (350). Die Spannungsbandbreite 144 kann geändert werden, indem beispielsweise der Wert für die Mindestspannung Va und/oder die Höchstspannung Vb in den Parametern 118 geändert wird. Nachdem der Wert für die Mindestspannung Va und/oder der Wert für die Höchstspannung Vb geändert wurde, wird der Spannungsbereich 144 aktualisiert und die Spannungsregelungsvorrichtung 110 führt einen Spannungsvorgang durch, wenn die Spannung an dem Stromverteilungsnetz 105 außerhalb des aktualisierten Spannungsbereichs liegt.
Um die Spannungsbandbreite der Spannungsregelungsvorrichtung 110 weiterhin dynamisch anzupassen, kehrt der Prozess 300 zu (310) zurück und sammelt Spannungsabtastwerte für eine andere Instanz von Spannungsdaten. Andernfalls endet der Prozess 300. Zum Beispiel darf der Bediener in einigen Implementierungen den Prozess 300 über die E/A-Schnittstelle 126 ausschalten. In diesen Implementierungen arbeitet die Spannungsregelungsvorrichtung 110 weiter und verwendet die Anfangsspannungsbandbreite 144 (oder eine andere konstante, gleichbleibende Spannungsbandbreite, die vom Bediener eingestellt wird).
Im Vergleich zu einem herkömmlichen Prozess zum Steuern einer Spannungsregelungsvorrichtung reduziert das Verfahren 300 die Anzahl der Spannungsregelungsvorgänge und kann dennoch die Spannung in dem Stromverteilungsnetz 105 halten. Dies verbessert die Lebensdauer der Spannungsregelungsvorrichtung 110. Außerdem beruht der Prozess 300 nicht auf komplexen Modellen oder kundenspezifischen Steuerungsabstimmungsprozessen. Stattdessen basiert der Prozess 300 auf gesammelten Daten, die auf sich ändernde Bedingungen in Echtzeit oder nahezu Echtzeit reagieren können. Die relative Einfachheit des Prozesses 300 ermöglicht eine schnelle Aktion des Prozesses 300 und verbessert somit die Leistung des Steuerungssystems 120. Außerdem schließt der Prozess 300 keine Anpassung der Verzögerungszeit 145 ein. Somit beeinflusst der Prozess 300 nicht die Koordination zwischen mehr als einer Spannungsregelungsvorrichtung 110.
4A und 4B zeigen Beispiele für Verteilungen, die aus simulierten Spannungsdaten unter Verwendung eines Steuerungssystems bestimmt werden, das den Prozess 300 implementiert. Eine Verteilung ist eine Darstellung der Spannungsdaten, die angibt, wie viele Abtastspannungen in jedem einer Vielzahl von Spannungsbereichen oder Spannungs-Bins liegen. 4A ist ein Histogramm 450A beispielhafter Spannungsdaten. 4B ist ein kumulatives Histogramm 450B der Spannungsdaten von 4A.
Die Spannungsdaten, die verwendet wurden, um die Verteilungen 450A und 450B zu erhalten, stammen aus einem simulierten Stromverteilungsnetz, das als ein IEEE 34-Bussystem angeordnet war, das eine photovoltaische DER mit 700 Kilovolt (kV) als eine der Stromquellen einschloss. Die Umgebungsbedingungen in der Simulation beruhten auf einem typischen Wolken-Sonnen-Mix an einem trüben Wintertag in den westlichen Vereinigten Staaten. Die Abtastrate zum Erhalten von Spannungsabtastwerten betrug 1 Abtastung/Sekunde. Der elektronische Speicher 124 konnte bis zu 20.000 Spannungsabtastwerte speichern. Jede Instanz von Spannungsdaten schloss mindestens 1000 Spannungsabtastwerte ein. Somit basieren 4A und 4B auf mindestens 1000 aufeinanderfolgenden Spannungsabtastwerten, die während eines Zeitraums gesammelt wurden. Obwohl in den 4A und 4B nur eine Instanz von Spannungsdaten dargestellt ist, konnte die Spannungsbandbreite aktualisiert werden, nachdem 600 neue Abtastwerte erhalten wurden.
4A zeigt den Prozentsatz von Spannungsabtastwerten in jedem einer Vielzahl von Spannungs-Bins. Die Spannungs-Bins (in Volt) werden entlang der x-Achse dargestellt und der Prozentsatz der Spannungsabtastwerte wird entlang der y-Achse dargestellt. 4B ist eine kumulative Version der Daten von 4A. 4B zeigt den Prozentsatz des Auftretens in Abhängigkeit von der gemessenen Spannung.
In dem Beispiel von 4A und 4B wird eine angepasste Spannungsbandbreite 452' aus einer Anfangsspannungsbandbreite 452 bestimmt. Die Anfangsspannungsbandbreite 452 und die angepasste Spannungsbandbreite 452' sind Spannungsbereiche, die in 4B gekennzeichnet sind. Der Anfangsspannungsbereich 452 ist ein Spannungsbereich zwischen der Spannung, die dem minimalen Prozentsatz oder der minimalen Frequenz des Auftretens 453 entspricht, und der Spannung, die dem maximalen Prozentsatz oder der maximalen Frequenz des Auftretens 454 entspricht. In dem Beispiel von 4B betrug der minimale Prozentsatz 453 16 %, und der maximale Prozentsatz 454 betrug 84 %. Diese Werte für den minimalen Prozentsatz 453 und den maximalen Prozentsatz 454 entsprechen jeweils der Wahrscheinlichkeit, dass ein Spannungsabtastwert eine Standardabweichung unter oder über dem durchschnittlichen (oder mittleren) Abtastwert liegt, unter der Annahme, dass die Verteilung 450A eine Normalverteilung ist. Diese Werte für den minimalen Prozentsatz 453 und den maximalen Prozentsatz 454 können als Näherungen verwendet werden, selbst wenn die Verteilung 450A keine echte Normalverteilung ist.
Andere Werte können für den minimalen Prozentsatz 453 und den maximalen Prozentsatz 454 verwendet werden. Zum Beispiel können der Durchschnitt und die Standardabweichung der Spannungsabtastwerte, die verwendet werden, um die Verteilung 450A zu bilden, berechnet oder geschätzt werden, und der minimale Prozentsatz 453 und der maximale Prozentsatz 454 können basierend auf den gemessenen Spannungen eingestellt werden, die jeweils eine Standardabweichung unter und über dem Durchschnitt liegen. Darüber hinaus können der minimale Prozentsatz 453 und der maximale Prozentsatz 454 in einigen Implementierungen durch den Bediener eingestellt werden.
Der Anfangsspannungsbereich 452 wird weiter verarbeitet, um die angepasste Spannungsbandbreite 452' zu bestimmen. In diesem Beispiel ist die angepasste Spannungsbandbreite 452' ein Bereich von Spannungen, die durch (µ-Xσ) bis (µ+ Xσ) definiert sind, wobei µ die durchschnittliche (oder mittlere) Spannung in den Spannungsabtastwerten ist, σ die Standardabweichung der Spannungen in den Spannungsabtastwerten ist und X ein Skalierungsfaktor ist. In dem Beispiel von 4B war der Skalierungsfaktor X 3, sodass die angepasste Spannungsbandbreite 452' Spannungen zwischen einer Spannung, die drei Standardabweichungen unter der mittleren Spannung liegt, und einer Spannung, die drei Standardabweichungen über der mittleren Spannung liegt, ist. In dem Beispiel von 4B beträgt der minimale Prozentsatz 453' 0,15 % und der maximale Prozentsatz 454' 99,85 %. Somit beträgt in dem Beispiel von 4B die Gesamtwahrscheinlichkeit, dass ein Spannungsabtastwert außerhalb der angepassten Spannungsbandbreite 452' liegt, 0,3 %.
In anderen Implementierungen wird der Skalierungsfaktor auf die berechnete oder geschätzte Standardabweichung der Spannungsabtastwerte angewendet, und bei der angepassten Spannungsbandbreite 452' handelt es sich um Spannungen, die in einem Bereich liegen, der durch (µ-Xσ) bis (µ+ Xσ) definiert ist, wobei µ die berechnete oder geschätzte durchschnittliche (oder mittlere) Spannung in der Verteilung ist, σ die berechnete oder geschätzte Standardabweichung der Spannungen in der Verteilung ist und X der Skalierungsfaktor ist. Der Skalierungsfaktor X kann ein beliebiger numerischer Wert sein. Für Implementierungen, bei denen der Skalierungsfaktor X größer als 1 ist, ist die angepasste Spannungsbandbreite 452' breiter (umfasst einen größeren Spannungsbereich) als der Anfangsspannungsbereich 452. Darüber hinaus können die Anfangsspannungsbandbreite 452 und/oder die angepasste Spannungsbandbreite 452' asymmetrisch um den durchschnittlichen Spannungswert sein.
5A bis 5F und 6A bis 6F zeigen beispielhafte simulierte Ergebnisse. Die Simulation hatte die gleichen Bedingungen wie die vorstehend erörterte Simulation in Bezug auf 4A und 4B. 5A bis 5F zeigen Ergebnisse aus der Verwendung eines herkömmlichen Steuerungssystems, das den Prozess 300 nicht implementiert. 5C zeigt die Spannungsbandbreite in Abhängigkeit von der Zeit für das herkömmliche Steuerungssystem. Wie gezeigt, verwendet das herkömmliche Steuerungssystem anstelle der durch das Steuerungssystem 120 realisierten anpassbaren Bandbreite eine feste und gleichbleibende Spannungsbandbreite von 2 V. 6A bis 6F zeigen beispielhafte Ergebnisse aus einer Implementierung, die das Steuerungssystem 120 einschließt, das den Prozess 300 implementiert und eine dynamische und einstellbare Spannungsbandbreite aufweist. 6C zeigt die Spannungsbandbreite in Abhängigkeit von der Zeit für die Implementierung, die das Steuerungssystem 120 verwendet.
5A, 5B, 6A und 6B sind für eine Spannungsregelungsvorrichtung VR1, die relativ nah an einem Umspannwerk ist. 5D, 5E, 6D und 6E sind für eine Spannungsregelungsvorrichtung VR2, die von dem Umspannwerk weiter entfernt ist und stärker von der PV DER abhängig ist. 5F und 6F zeigen die Spannungsänderungen, die von VR2 aufgrund des Vorhandenseins der DER erfahren werden. Somit sind die 5A, 5B, 6A und 6B für eine Spannungsregelungsvorrichtung, die relativ weniger Spannungsänderungen erfährt als die Spannungsregelungsvorrichtung, die simuliert wird, um die Ergebnisse zu produzieren, die in 5D, 5E, 6D, 6E gezeigt sind.
In beiden Instanzen sind jedoch die simulierten Ergebnisse, die in der Implementierung erzielt wurden, die das Steuerungssystem 120 verwendete, denjenigen überlegen, die mit dem herkömmlichen Steuerungssystem erzielt wurden. Zum Beispiel führt, wie in 5A und 5B gezeigt, die VR1-Vorrichtung mit dem herkömmlichen Steuerungssystem zehn Abstufungsvorgänge (Spannungsregelungsvorgänge) durch. Wie in 5D und 5E gezeigt, führt die VR2-Vorrichtung mit dem herkömmlichen Steuerungssystem zweiundvierzig Abstufungsvorgänge durch. Wie in 6A und 6B gezeigt, führt die VR1-Vorrichtung mit dem Steuerungssystem 120 sechs Abstufungsvorgänge durch, und wie in 6D und 6E gezeigt, führt die VR2-Vorrichtung mit dem Steuerungssystem 120 sechzehn Abstufungsvorgänge durch. Wie sich jedoch aus dem Vergleich von 5A bis 6A und 5D bis 6D ergibt, ist die Ausgangsspannung der Spannungsregelungsvorrichtung unabhängig davon, ob das herkömmliche Steuerungssystem oder das Steuerungssystem 120 verwendet wird, relativ gleich. Somit ermöglicht das Steuerungssystem 120 eine ähnliche Spannungssteuerung oder -regelung mit weniger Spannungsregelungsvorgängen.
Andere Merkmale liegen innerhalb des Schutzumfangs der Ansprüche.

Claims

Spannungsregelungssystem für ein Stromverteilungsnetz, das Elektrizität von einer oder mehreren verteilten Energieressourcen empfängt, das Spannungsregelungssystem umfassend: eine Spannungsregelungsvorrichtung, die konfiguriert ist, um eine Spannung in dem Stromverteilungsnetz innerhalb einer Spannungsbandbreite zu halten, wobei die Spannungsbandbreite einen Bereich von Spannungen umfasst; und ein Steuerungssystem, das mit der Spannungsregelungsvorrichtung gekoppelt ist, wobei das Steuerungssystem konfiguriert ist zum: Analysieren von Spannungsdaten, wobei die Spannungsdaten eine Vielzahl von Spannungsabtastwerten umfassen, wobei jeder der Spannungsabtastwerte die Spannung in dem Stromverteilungsnetz zu einem Zeitpunkt innerhalb eines Zeitraums darstellt, Bestimmen einer angepassten Spannungsbandbreite für die Spannungsregelungsvorrichtung basierend auf der Analyse; und Ändern der Spannungsbandbreite der Spannungsregelungsvorrichtung auf die angepasste Spannungsbandbreite.
Spannungsregelungssystem nach Anspruch 1, wobei das Steuerungssystem, das konfiguriert ist, um Spannungsdaten zu analysieren, das Steuerungssystem umfasst, das konfiguriert ist, um eine Verteilung des Auftretens von jedem einer Vielzahl von Spannungspegeln in dem Stromverteilungsnetz über den Zeitraum aus den Spannungsdaten zu bestimmen, das Steuerungssystem, das konfiguriert ist, um eine angepasste Spannungsbandbreite zu bestimmen, das Steuerungssystem umfasst, das konfiguriert ist, um eine Mindestspannung und eine Höchstspannung aus der Verteilung des Auftretens zu bestimmen, und das Steuerungssystem, das konfiguriert ist, um die Spannungsbandbreite der Spannungsregelungsvorrichtung zu ändern, das Steuerungssystem umfasst, das konfiguriert ist, um den Bereich der Spannungen so einzustellen, dass er zwischen der bestimmten Mindestspannung und der bestimmten Höchstspannung liegt.
Spannungsregelungssystem nach Anspruch 2, wobei die Verteilung des Auftretens eine kumulative Verteilung umfasst.
Spannungsregelungssystem nach Anspruch 2, wobei das Steuerungssystem, das konfiguriert ist, um eine Mindestspannung zu bestimmen, das Steuerungssystem umfasst, das konfiguriert ist, um eine Spannung zu bestimmen, die um einen ersten Prozentsatz von Spannungsabtastwerten überschritten wird, und wobei das Steuerungssystem, das konfiguriert ist, um eine Höchstspannung zu bestimmen, das Steuerungssystem umfasst, das konfiguriert ist, um eine Spannung zu bestimmen, die um einen zweiten Prozentsatz von Spannungsabtastwerten überschritten wird.
Spannungsregelungssystem nach Anspruch 1, wobei das Steuerungssystem, das konfiguriert ist, um Spannungsdaten zu analysieren, das Steuerungssystem umfasst, das konfiguriert ist, um die Standardabweichung der Spannung in dem Stromverteilungsnetz über den Zeitraum zu bestimmen, das Steuerungssystem, das konfiguriert ist, um eine angepasste Spannungsbandbreite zu bestimmen, das Steuerungssystem umfasst, das konfiguriert ist, um eine Mindestspannung und eine Höchstspannung basierend auf der geschätzten Standardabweichung zu bestimmen, und das Steuerungssystem, das konfiguriert ist, um die Spannungsbandbreite der Spannungsregelungsvorrichtung zu ändern, das Steuerungssystem umfasst, das konfiguriert ist, um den Bereich der Spannungen so einzustellen, dass er zwischen der bestimmten Mindestspannung und der bestimmten Höchstspannung liegt.
Spannungsregelungssystem nach Anspruch 1, ferner umfassend: ein Spannungsabtastmodul, das konfiguriert ist, um die Spannung in dem Stromverteilungsnetz zu einem bestimmten Zeitpunkt zu messen, um eine der Vielzahl von Spannungsabtastwerten zu erzeugen.
Spannungsregelungssystem nach Anspruch 1, wobei das Steuerungssystem ferner konfiguriert ist, um die Vielzahl von Spannungsabtastwerten zu speichern.
Verfahren zum Steuern einer Spannungsregelungsvorrichtung, die eine Spannung in einem Stromverteilungsnetz regelt, das Verfahren umfassend: Erhalten einer Vielzahl von Spannungsabtastwerten, wobei jeder Spannungsabtastwert eine Angabe eines Spannungspegels in dem Stromverteilungsnetz zu einem Zeitpunkt innerhalb eines Zeitraums ist; Bestimmen einer Anzahl des Auftretens jedes einer Vielzahl von Spannungspegelbereichen während des Zeitraums aus der Vielzahl von S pannungsabtastwerten; Analysieren der bestimmten Anzahl des Auftretens, um eine angepasste Spannungsbandbreite für die Spannungsregelungsvorrichtung zu bestimmen; und Ändern der Spannungsbandbreite der Spannungsregelungsvorrichtung auf die bestimmte angepasste Spannungsbandbreite.
Verfahren nach Anspruch 8, wobei das Ändern der Spannungsbandbreite der Spannungsregelungsvorrichtung das Ersetzen einer vorherigen Spannungsbandbreite der Spannungsregelungsvorrichtung durch die bestimmte angepasste Spannungsbandbreite umfasst, sodass die Spannungsregelungsvorrichtung einen Spannungsregelungsvorgang durchführt, wenn der Spannungspegel in dem Stromverteilungsnetz außerhalb der bestimmten angepassten Spannungsbandbreite liegt.
Verfahren nach Anspruch 8, wobei der Zeitraum ein erster Zeitraum ist und die bestimmte angepasste Spannungsbandbreite eine erste bestimmte angepasste Bandbreite ist, das Verfahren ferner umfassend: Erhalten einer zweiten Vielzahl von Spannungsabtastwerten, wobei mindestens einer der Spannungsabtastwerte in der zweiten Vielzahl von Spannungsabtastwerten eine Angabe eines Spannungspegels in dem Stromverteilungsnetz zu einem Zeitpunkt während eines zweiten Zeitraums ist, wobei der zweite Zeitraum mindestens einen Zeitpunkt umfasst, der nicht innerhalb des ersten Zeitraums liegt; Analysieren der zweiten Vielzahl von Spannungsabtastwerten, um eine zweite angepasste Spannungsbandbreite für die Spannungsregelungsvorrichtung zu bestimmen, und Ändern der Spannungsbandbreite der Spannungsregelungsvorrichtung aus der ersten bestimmten angepassten Spannungsbandbreite auf die zweite angepasste Spannungsbandbreite.