[发明专利]用于变电站中电力管理的方法和系统

说明书

技术领域

本发明一般涉及电力管理系统领域，并且更具体地说，涉及加工工业的变电站中的电力管理。

背景技术

通常，电气或电力变电站涉及使用变换器将电压从高变到低或相反的电力传输和分配系统。电力可流过发电厂与消费者或负载之间的多个变电站，并且电压可在多个步骤中得以变换。

工业设置涉及密集的能量消耗，并且包含一个或多个专用变电站，包括连接到主电源(电网或内部发电机)的上游变电站和向分布在工业各部分上的不同负载中心分配电力的下游变电站。此外，工业可具有它自己的发电系统以满足其能量需求，并且还具有电力管理系统以便有效地处理电力用于其目的。

电力管理功能性包含甩负载(load shedding)、功率和电压控制、电力恢复、电源同步等，它们取决于(比如电压、电流、功率和其它电力质量参数的测量以便有效地处理各种设备和过程的电力需求、功率浮动、设备约束等。正在变得普遍的是：在工业设置(比如加工工业、诸如提炼厂和电力公用设施)内发现这些种类的电力管理需要。然而，这种设置还可应用于其它加工工业，诸如水泥、纸浆和纸张、石油化学工厂、化肥、钢铁、采矿和金属、水和废水处理工厂等。

变电站(上游和下游)一般包含多个电力和分配变换器、线缆、开关、无功功率和接地设备。这些设备需要被保护以免电力系统异常，比如功率激增、电力系统故障等。这个目标通过提供不同综合保护和监视功能的智能电子装置(IED)实现。除了保护和监视功能，IED还提供了计量和控制功能。IED是与电力系统设备(诸如断路器、发电机、变换器、电力线、电力线缆、电抗器、电机、电容器组等)相关联的基于微处理器的装置。通常，IED从传感器接收主要电力系统信息(比如电压和电流)以执行各种保护和监视功能。IED的通用类型包含保护性继电装置、负载抽头变换装置控制器、断路器控制器、重合器控制器(recloser controller)、电压调节器、辅助功能(比如甩负载等)，其中甩负载功能性在IED中实现，并且这种功能性所需的过程数据交换由直接与电力系统设备、控制器等对接(interface)的初级IED进行。由此，IED根据其目的执行多种电力系统功能。

变电站自动化形成了使用目前发展水平技术解决电力系统功能任务的重要且复杂的方面。通过这样做，变电站自动化还提供了增值特征以执行基于电力系统状况/事件的自动控制、设备维护、变电站信息到更高级控制系统(比如电网控制中心)的传递等。通过变电站自动化，提供人工和自动控制命令功能，比如闭合和打开开关设备(断路器和断开器)或提高/降低电压电平以便保持期望的电压电平。对于变电站自动化存在多个通信协议，其包含对于定制通信链路的许多专有协议。然而，来自不同供应商的装置的互操作是高度期望的，以便简化变电站自动化装置的实现和使用。

来自国际电工委员会(IEC)的IEC61850标准提倡使用公共工程模型(例如使用逻辑节点的IEC61850公共工程模型)、数据格式和通信协议在来自各种制造商的智能电子装置(IED)之中的互操作性。近来的IED因此设计成支持变电站自动化的IEC61850标准，其提供了互操作性和先进通信能力，比如GOOSE(通用面向对象的变电站事件)和MMS(制造消息系统)通信简档。

电力管理功能性(比如甩负载)当前实现为变电站自动化系统中的集中式功能用于加工工业(比如提炼厂、石油化学工厂、钢铁工厂、水泥、纸浆和纸张等)。本文提到的甩负载或负载的减少一般暗示当电力需求变得大于电力供应时切断某些线路/负载上的电力。这一般发生在出现电力系统故障或将影响可用于给电网中的过程馈电的电力的事件时。

经常实现在单个过程控制器IED中并部署在上游变电站处的以上功能的集中式实现具有多个缺点。例如，集中式功能实现由于集中了(在其中需要部署甩负载的)整个电力系统网络的所有功能而引起高负载。它还导致过程控制器IED中通信负载的高且持续的电平，因为它将需要从下游IED收集必要数据以便执行集中式功能。这导致对于其它活动而言过程控制器IED的可用性更低。由于下游IED直接连接到中央过程控制器，因此它直接面临变电站配置的复杂性和连接性。