关于推断电气配电电网的原理和拓扑性能的系统和方法技术方案

一种系统和方法，用于推断一个配电网的原理和拓扑属性。系统可包括远端集线器，次级远端，一变电站接收器，以及一相关的计算平台和集中器。至少一个智能边缘发送器，称为一个远端集线器发送器，可通过把一个调制的电流注入一个输电线，在配电网中传输消息，其中输电线提供一个电力计量。次级远端，远端集线器，变电站接收器，以及相关的计算平台和集中器包含处理单元，处理单元执行存储的指令，以允许网络中的每个节点执行一种方法，用于组织在网网络，并传输和接收网络中的消息。变电站接收器，计算平台和集中器可检测和推断网络的图解的网格位置属性，并公布检测的和推断的属性值其它的应用系统，应用系统包括地理信息系统，以维持逻辑上和物理上的网络模型。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】相关申请本应用已向美国专利局提交了专利申请，2013年2月19日的临时申请号为61/766,551，2013年3月13日临时申请号为61/779,222，其中的内容在此处一并作为参考。
本专利技术是为了实现电气配电电网作的短和长距离传输媒介和负载数据网络，并且进一步为了实现网络中用于分析配电电网的原理图和技术专利的可变信号和讯息的使用。
技术介绍
电力网通常由两个逻辑区域组成，传输网和分配网。传输网在大生成点生成，例如水电坝、核反应堆、风力发电厂和火力发电厂。来自生成点的电能作为高压交流电(AC)通过一个长距离高压线独立地连接的网络，传输给需要电力存在的点，例如工厂、农场和人口中心。在传输网边缘有一个分配次级站。分配次级站包括一个或多个次级变压器，用于将电压从高压传输线等级(典型的是130kV至700kV)降至中压等级(典型的是从4kV至大约35kV)，进而传输给分配服务区域内的用电者们。在分配网边缘有许多服务变压器，将分配网的中压转换为低压(在美国典型的为120V、208V、240V、277V或者480V)。包括这些电压的其他电压被用于世界的其他地方。在一些情况中，一排或多个变压器被称为降压变压器，在图表上处于次级变压器和服务变压器之间，创造了次级站和服务变压器之间的中间电压降。每个服务变压器为一个或多个定量负载供电。负载可以是住房、工商建筑、市政设施基础，例如一系列街灯或者农业设施，例如灌溉系统。典型的分配网包括其他用于平衡和管理能流的组件。这些组件的例子有电容器组、调压器、开关和自动开关。图1解释了一个电力网的典型部分。分配网被设计和配置为多种拓扑结构。在美国，各种分配网典型的以放射状、环状或网络状为特征。其他衍生情况有校园电网和微型电网。另外未描述的拓扑结构被用于世界的其他地方。图2a是一个典型放射状电网的拓扑结构图。在放射状电网中，次级站有一个或多个配电变压器。每个配电变压器有一个或多个变电站总线。一个或多个三相供给器，通过从供给器分出的单相、两相或三相分线和依次从直线分出的分接点(或仅仅是分接)，从每个变电站总线向外“放射”。放射状电网设计建造并不昂贵，因为它们简单，但是它们储运损耗最大，应为它们缺少备用电路，使得任何断电都会导致至少一个负载失去电力。图2b是一个典型环状电网的拓扑结构图。在一个环形电网中，所选供给器的每端都连接在一个电源上，例如配电变压器的总线。如果该环没有损坏且两个配电变压器之一在运行，那么所有负载都有电能。如果该环断开，那么假设两个变压器都是运行的，所有负载都有电能。在正常情况下，开关系统被用来保证一次只有一个配电变压器在给电网的每部分输送电能。图2c是一个典型网络状电网的拓扑结构图。该拓扑结构有最大的冗余度。除了采用了多个电源，所有服务变压器以网孔的形式被连接在第二侧面的另一个服务变压器上了。多个连接性断点会导致任何时间的电力中断。网状电网建造和维护最为昂贵，典型地用于主城区，例如曼哈顿或者华盛顿这样高价值、重点负载集成的地方。图2d显示了一个微型电网或者校园网络。微型电网在电气配电电网技术中并不常见，但是作为对来自可再生资源的能量的保存和分布式电源的日益集中的回应。许多变种成为了可能。这种电网典型地与一个更大的分配网连接，但是是可断开的，且可以包含它自己的电源，例如风车、太阳能电池板或者可充电存储电池和负载。这个网络可以采用低压线。分配变电站从传输网获得高压电源，变为一个或多个大功率变压器。配电变压器可以将一种叫负载分接充电器的调节器合并，这通过将一些变压器第二绕组电路包括或排除在外，改变了变压器传输给电力分配总线(变电站总线)的电压，因此改变了输入输出电压的转换速率。一个或多个供给器依靠变电站总线。如果需要太多供给器，另外的变压器和总线就可以被使用。为了监测和控制电网的组件，现在的变压器(CTs)或者其他电流传感器，例如霍尔效应传感器，被连接在变电站内的电生导体上。CT在环形导体上输出了一个低压，这是与通过被监测的高压导体输送的电流精确成比例。这些低电流输出适合与跟变电站中监控和数据采集(SCADA)有联系的消息采集子系统连接。主要的监测CT被设计和建造成变电站，因为在电流流动的时候，改变或向高压元件上增加CT是不可能或者危险的。另一方面，额外的CT可以被安全地增加到低电流SCADA环上，作为不影响电力输送的需要。除了电线自身，分配网包含许多其他设备以实现调节、隔离、稳定和转移电力。这些设备包括开关、自动开关、电容器组(通常用于功率因子的连接)和第二调压器。当被视为一个消息生成网络时，所有这些设备都能影响分配网运作，当有各种负载和第二电源在电网上时。有突变情况的设备会在电网中引入脉冲噪声，正如打开和关断负载那样。一些设备，例如变压器和电容器组、滤波器和某些频率的衰减信号。除了连接用户负载和相关检测装置于变压器的线，在电能实际被送往用户前，服务变压器是电网的最外层部件。测量仪表被连接在将电力从服务变压器送外变压器的点上。服务变压器可以是三相、两相或单相的，检测仪表也是。传统的，读取电表是电气应用带来的最大运行成本之一。原始的电气仪表是带有视觉读取功能的模拟设备，但是不得不每月人工检查以完成电表对账。70年代初，数字化监测消息和自动收集技术开始应用。这些技术从电表可以使用短程无线信号显示它现有读数的无线抄表系统进化而来，接收该信号由带有电表指示器的设备完成。这些早期系统作为自动检测读取系统或AMR广为人知。最近，各种特定用途的消息采集网络，采用了网孔配置的带有用于传输几种读数的装备宽带拖回方的法采集点的短距离射频中继器。在实用服务中心，这些网络能够在“监测前端”之间和该消息采集网络的边缘处的检测装置之间双向通信，这通常被称为高级计量架构或者AMI。高级计量架构可以频繁收集和读取，典型的是每15分钟一次，且可以那样频繁地报告结果。假如该装置被谨慎地使用，它们可以读取任何需要的监测装置，也可以连接或不连接在任何监测装置上。高级计量架构可以传递信号给拥堵设备，用来进行能量保存、需求管理和变速计费。因为高级计量架构网络与电力分配网分离开，高级计量架构监测装置不知道也对电网拓扑或某种电网状态的改变不敏感。但是，高级计量架构的引进通常被认为是智能电网的开端。许多电气分配构架的特性限制了使用电网本身作为通信媒介的成功尝试。首先，电网是一个有干扰的环境。正如已知的那样，负载中关于电网状态的改变和控制和管理人为产物本身都造成了电网线的脉冲噪声。正常的类似电动车的本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种系统，用于在配电网上从所述电网的低压外围向一个配电变电站发送和接收消息，而不需要中间装置中继或放大信号，其中所述电网用于一个远程的数据承载的网络，系统包括:a.一融合网络，包括至少一个传统网络和至少一个中压配电网，其中所述至少一个中压配电网包含至少一个配电变电站，配电变电站包含至少一个配电变压器，以及至少一个低压网络，低压网络包含一个厂用变压器，厂用变压器为至少一个消费者提供电力；b.一数据中心，包含一数据库，数据库包含一网格地图，一详细目录和存储程序，详细目录和存储程序附着在传统网络中；c.至少一个计算平台，适用于所述至少一个配电变电站中的一个，所述至少一个配电变电站包含至少一个包含至少一个配电变压器，所述计算平台包含一数据库，数据库包含一个子集的网格地图和一个子集的详细目录和存储程序；d.至少一个变电接收器，被至少一个计算平台托管，或与至少一个计算平台通信；以及e.至少一个变压器区域网络，由至少一个配电变电变压器提供电力，每个变压器区域网络包含至少一个远端集线器，远端集线器位于所述厂用变压器的低压侧，其中所述远端集线器用于传输由所述变电接收器接收和解码的消息，而不必使用位于所述变电接收器和所述至少一个远端集线器之间的中继器，网桥或其它装置。...

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2013.02.19 US 61/766,551;2013.03.13 US 61/779,222;1.一种系统，用于在配电网上从所述电网的低压外围向一个配电变电站发送和接收消息，而
不需要中间装置中继或放大信号，其中所述电网用于一个远程的数据承载的网络，系统包括:
a.一融合网络，包括至少一个传统网络和至少一个中压配电网，其中所述至少一个中压配电
网包含至少一个配电变电站，配电变电站包含至少一个配电变压器，以及至少一个低压网络，
低压网络包含一个厂用变压器，厂用变压器为至少一个消费者提供电力；
b.一数据中心，包含一数据库，数据库包含一网格地图，一详细目录和存储程序，详细目录
和存储程序附着在传统网络中；
c.至少一个计算平台，适用于所述至少一个配电变电站中的一个，所述至少一个配电变电站
包含至少一个包含至少一个配电变压器，所述计算平台包含一数据库，数据库包含一个子集
的网格地图和一个子集的详细目录和存储程序；
d.至少一个变电接收器，被至少一个计算平台托管，或与至少一个计算平台通信；以及
e.至少一个变压器区域网络，由至少一个配电变电变压器提供电力，每个变压器区域网络包
含至少一个远端集线器，远端集线器位于所述厂用变压器的低压侧，其中所述远端集线器用
于传输由所述变电接收器接收和解码的消息，而不必使用位于所述变电接收器和所述至少一
个远端集线器之间的中继器，网桥或其它装置。
2.如权利要求1所述的系统，其特征在于，一变压器区域网络包含一个或多个次级远端，次
级远端位于所述厂用变压器的低压侧，其中所述一个或多个次级远端通过一个在网协议可操
作的响应来自至少一个远端集线器的发现命令和数据收集请求。
3.如权利要求1所述的系统，还包括通过一先进测量基础设施提供一变电站至边缘的信道。
4.如权利要求1所述的系统，其特征在于，还包括通过至少一个在网发送器提供一变电站至
边缘的信道，在网发送器用于从中压或高压向低压发送消息。
5.如权利要求1所述的系统，其特征在于，所述数据中心还包括一先进测量基础设施的首端，
先进测量基础设施附着在传统网络上，以及一集中器，集中器用于向所述首端提供数据块，
用于在所述先进测量基础设施上进行广播，并且集中器通过远端集线器接收消息。
6.如权利要求1所述的系统，其特征在于，所述变压器区域网络被一单向厂用变压器所约束。
7.如权利要求1所述的系统，其特征在于，所述厂用变压器是一多相厂用变压器，并且所述
多相厂用变压器的服务区域包含一变压器区域网络，用于所述多相厂用变压器的每个相位。
8.如权利要求1所述的系统，其特征在于，所述厂用变压器是一个多相厂用变压器
相厂用变压器，并且所述多相厂用变压器的服务区域包含一单个变压器区域网络，单个变压
器区域网络在所述厂用变压器的一个相位具有一主用的远端集线器，并在所述变压器的每个

\t阶段具有一代理集线器，所述变压器不具有主用的远端集线器。
9.如权利要求1所述的系统，其特征在于，一远端集线器通过一便携式计算设备和一本地接
口编程。
10.如权利要求1所述的系统，其特征在于，所述数据可以通过一便携式计算设备和一本地
接口从一远端集线器收集。
11.如权利要求1所述的系统，其特征在于，至少一个额外的变电接收器设置于一中间点，
中间点位于中压配电网中，至少一个变压器区域网络和至少一个配电变压器之间。
12.一种方法，用于推断一个随时间改变的变配电网的原理图和拓扑属性，包含从一远端集
线器发送消息至一配电变电站，而不需要中间装置中继或放大信号，其中远端集线器在一主
要位于变压器区域网络内的单相低压上连接，方法包含以下步骤：
a.在候选频谱内识别至少一个频带，以在配电网中形成至少一个传输信道；
b.装载远端集线器内的信息，信息定义了一策略，以允许所述远端集线器传输消息至至少一
个信道；
c.获取一个数据负载；
d.从数据负载中创建一消息，并在消息内包含一待传输的信息，以便于消息的检测和发射器
的网格位置的推测；以及
e.通过注入一调制电流信号至所述至少一个信道，在电力线上发送消息。
13.如权利要求12所述的方法，其特征在于，所述数据负载包含一比特流，并且其中前向纠
错比特在数据负载中计算并被添加到比特流中。
14.如权利要求12的方法，其特征在于，所述数据负载包含一比特流，并且其中前向纠错比
特在数据负载中计算并以一种模式被插入比特流的数据比特中。
15.如权利要求12所述的方法，其特征在于，所述消息包含一报头，一数据负载，和一探针
传输，用于估计网格位置。
16.如权利要求15所述的方法，其特征在于，所述探针传输包含在所述报头内。
17.如权利要求15所述的方法，其特征在于，所述探针传输从所述报头分离。
18.如权利要求15所述的方法，其特征在于，所述报头的带宽与所述数据负载的带宽相同。
19.如权利要求15所述的方法，其特征在于，所述报头的带宽与所述数据负载的带宽不同。
20.如权利要求15所述的方法，其特征在于，所述探针传输包含一系列的至少一个宽频调制
信号。
21.如权利要求15所述的方法，其特征在于，所述探针传输包含一系列的至少一个清扫组，

\t清扫组包含至少一个声调。
22.如权利要求12所述的方法，还包括在所述数据负载中提供一配置请求。
23.如权利要求12所述的方法，还包括在所述数据负载中描述一新的次级远端的发现。
24.如权利要求12所述的方法，其特征在于，所述数据负载包含至少一个计算结果，计算结
果从所述远端集线器测得的数据中获得。
25.如权利要求12所述的方法，其特征在于，所述数据负载包含至少一个计算结果，计算结
果从所述至少一个次级远端测得的数据中获得。
26.如权利要求12所述的方法，还包括至少一个异常条件报告，异常条件从数据负载的变压
器区域网络中检测。
27.如权利要求12所述的方法，还包括在数据负载中的前一数据负载的重传。
28.如权利要求12所述的方法，其特征在于，所述至少一个重传信道未被分入时隙，并且可
通过远端集线器在随机的选定时间内接入。
29.如权利要求12所述的方法，还包括提供多个远端集线器和同步在多个远端集线器内的所
有的远端集线器的系统时钟，以从相同的配电变电站内接收电力。
30.如权利要求29所述的方法，其特征在于，所述至少一个传输信道是一个分槽的信道，通
过配置预设长度的时隙分开。
31.如权利要求30所述的方法，其特征在于，至少一个分槽的信道的时隙被保留用于预定的
传输，并通过配置被分配至远端集线器。
32.如权利要求30所述的方法，其特征在于，至少一个分槽的信道的时隙被保留用于随机的
传输，并可通过远端集线器接入。
33.如权利要求12所述的方法，其特征在于，所述至少一个信道未被分成时隙。
34.如权利要求12所述的方法，其特征在于，所述远端集线器等待一个基于策略的固定时间
间隔加上一个随机选择的时间间隔，并随后重传所述消息。
35.如权利要求12所述的方法，其特征在于，所述远端集线器等待一个基于策略的固定时间
间隔加上一个随机选择的时间间隔，并随后只有在一变电站至边缘的信道上的消息的确认未
被收到时，重传所述消息。
36.如权利要求32所述的方法，其特征在于，所述远端集线器等待一个基于策略的固定时间
间隔加上一个随机选择的时间间隔，并随后在为随机消息保留的下一个可用时隙内重传所述
消息。
37.如权利要求32所述的方法，其特征在于，所述远端集线器等待一个基于策略的固定时间

\t间隔加上一个随机选择的时间间隔，并随后只有在一变电站至边缘的信道上的消息的确认未
被收到时，在为随机消息保留的下一个可用时隙内重传所述消息。
38.如权利要求12所述的方法，其特征在于，所述调制电流信号由多余一种调制技术的结合
调制。
39.如权利要求12所述的方法，其特征在于，所述调制电流信号由一扩频方法调制，并还包
含分配至少一个芯片至至少一个信道，以用于调制传输的目的。
40.如权利要求39所述的方法，还包括从分配至至少一个信道上的多个算术正交芯片上随机
选择芯片，以用于调制传输的目的。
41.如权利要求39所述的方法，还包括通过消息发送的时隙的顺序从分配至至少一个信道上
的多个算术正交芯片上选择芯片。
42.如权利要求39所述的方法，其特征在于，所述消息通过计算芯片的异或和消息串在信道
上调制。
43.如权利要求39所述的方法，还包括多个远端集线器，每个都...

【专利技术属性】
技术研发人员：杰里特·韩塞尔，亨利克·F·伯恩海姆，廖宇，玛西亚·里德·马丁，安德鲁·路易斯·阿本德舍因，
申请(专利权)人：艾斯通林克国际有限责任公司，大名能量技术股份有限公司，
类型：发明
国别省市：美国;US