DE69519183T2

DE69519183T2 - Verfahren und System zum Überwachen der Stromversorgung

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Publication number: DE69519183T2
Application number: DE69519183T
Authority: DE
Inventors: Yuzuru Imamura; Hiroshi Inoue; Kiyoji Iwashita; Minoru Kanoi; Junzo Kawakami; Hiroyuki Kudo; Kazuo Nishijima; Toru Takei; Saburou Yasukawa
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 1994-03-18
Filing date: 1995-03-17
Publication date: 2001-06-07
Anticipated expiration: 2015-03-18
Also published as: EP0673101A2; DE69519183D1; US5963457A; EP0673101A3; KR950034965A; EP0673101B1; US6061609A

Description

Hintergrund der Erfindung

1. Erfindungsbereich

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Leit- oder Überwachungssystem und ein Leit- oder Überwachungsverfahren für ein elektrisches Stromversorgungssystem, insbesondere ein öffentliches elektrisches Stromversorgungssystem, das einer Vielzahl von typischerweise privaten, kommerziellen und industriellen Abnehmern Strom zur Verfügung stellt. Das Ziel der Überwachung ist die Bereitstellung von Informationen zur verbesserten Kontrolle des Versorgungssystems. Ein solches System ist aus WO-A-8501851 bekannt.

2. Beschreibung des Stands der Technik

Es wurden Verfahren zur Kontrolle des Versorgungssystems vorgeschlagen, bei denen die vergangenen elektrischen Lasten durch eine Klassifikation von Industriegebieten, Wohngebieten u. s. w. analysiert wurden. Die elektrischen Lasten der Speiseleitungen (Versorgungsleitungen) oder entsprechender Abschnitte der Speiseleitung werden anhand ihres in der Vergangenheit aufgezeichneten Leistungsverbrauchs vorhergesagt. Siehe E. Handschin et al.: "Bus Load Modelling and Forecasting", IEEE Transaction on Power Systems, Vol. 3, No. 2, Mai 1988 und C. S. Chen et al.: "Energy Loss Reduction By Critical Switches", IEEE 92 SM 502-5 PWRD, 1992.
Ein ähnliches Verfahren zur Vorhersage von Strömen wird in JP-B-60-53528 (1985) beschrieben, wobei der Leitungsstrom einer Speiseleitung auf die jeweiligen Abschnitte anhand vorher für sie gespeicherter Strombedarfskurven für Werktage und Feiertage anteilig aufgeteilt wird.
Weiterhin sind konventionelle Überwachungstechniken, bei denen die elektrischen Werte durch Vorhersage der elektrischen Last oder des Stroms gewonnen wurden, auf lokale Verbesserungen beschränkt, bei denen unzulässige Betriebszustände symptomatisch behandelt werden.
Die Erfinder sehen die folgenden Probleme in diesen Verfahren:
(1) Da die verwendete Kurve der elektrischen Last durch eine vorherige Messung oder ähnliches erstellt wurde, vergrößert sich der Vorhersagefehler erheblich, wenn sich eine elektrische Einrichtung, die mit der Speiseleitung verbunden ist, insbesondere eine Einrichtung großer Leistung, in einem irregulären und unvorhergesehenen Betriebszustand befindet, der nicht durch die aufgenommene Kurve der elektrischen Last erfaßt wird. Als Beispiele seien der Ausfall einer Großanlage oder ein besonderer Urlaubstag einer Fabrik genannt.
(2) In letzter Zeit nahmen die Fälle zu, in denen Fabriken, die über Einrichtungen zur Energieerzeugung oder ähnliches verfügen, überschüssige Leistung in die Speiseleitung einspeisten. Da die Höhe der eingespeisten überschüssigen Leistung aufgrund der Verhältnisse in der Fabrik zu einer beliebigen Zeit schwankt, ist ein Leitverfahren, das auf einer vorher aufgezeichneten elektrischen Lastkurve beruht, unzweckmäßig.
(3) Bisher ging man davon aus, daß die Fließrichtung der Leistung (zeitliche Leistungsfließrichtung) nur in Richtung von einem übergeordneten Stromnetzwerk zu einem untergeordneten Stromnetzwerk ausgerichtet ist. Werden nun aber in Zukunft große Mengen überschüssiger Leistung von Fabriken oder ähnlichem in die Speiseleitungen eingespeist, wird in vielen Fällen der Strom vom untergeordneten Stromnetzwerk zum übergeordneten Stromnetzwerk fließen. Mit den herkömmlichen Techniken, die nicht den Leistungsfluß in beide Richtungen berücksichtigen, ist es daher sehr schwierig, die elektrischen Werte mit hoher Genauigkeit vorherzusagen.
(4) Bei herkömmlichen Leit- und Kontrolltechniken gab es keine Erkenntnis über das Aufgreifen von allgemein zu verbessernden Abschnitten. Weiterhin gab es bisher keine Technik, den Betriebszustand (z. B. übermäßigen Spannungsabfall, Anwachsen der Übertragungsverluste, Anwachsen der Oberwellen eines vorrangig zu verbessernden Systems als Ganzes aufzunehmen. Daher wurden Verbesserungen eines Betriebszustands eines Systems bisher meist lokal vorgenommen, woraus resultiert, daß die Verbesserungen nicht unbedingt mit großer Wirkung durchgeführt wurden. Vor diesem Hintergrund ist es wünschenswert, die Wirksamkeit solcher Verbesserungen weiter zu erhöhen.
(5) Es ist unmöglich, die Ursache einer Störung des Betriebszustands festzustellen, da der Betriebszustand des Systems nicht in einem Gesamtüberblick erfaßt wird.

Zusammenfassung der Erfindung

Unter Berücksichtigung der vorhergehenden Analyse ist es eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein elektrisches Stromversorgungssystem vorzustellen, das seinen Betriebszustand mit größerer Genauigkeit vorhersagen kann und somit eine verbesserte Kontrolle ermöglicht.
Im Hinblick einen Aspekt der Erfindung wird ein elektrisches Stromversorgungs- Überwachungssystem entsprechend Anspruch 1 vorgestellt.
Vorzugsweise ist der Sensor ein Leistungssensor zur Messung einer der genannten Leitung bei ihrer Leistungseinspeisung zugeführten Leistung. Es kann sich um einen oder mehrere Leistungssensoren handeln, die so angeordnet sind, daß sie die in die Leitung eingespeiste Gesamtleistung messen können. Insbesondere kann eine Leistungssensoreinrichtung so angeordnet sein, daß sie die zwischen der Leitung und mindestens einer spezifischen Last unter den genannten Lasten fließenden Leistung mißt. Für diese spezifische Last kann eine Last ausgewählt sein, die im Durchschnitt mindestens 5% des Gesamtleistungsverbrauchs aller mit der Leitung verbunden Lasten verbraucht.
Vorzugsweise ist die Berechnungseinrichtung so angeordnet, daß sie Daten aus dem Datenspeicher zur Vorhersage der Leistungsaufnahme aller mit der genannten Leitung verbundenen Lasten, außer der oder den spezifischen Lasten, verwendet.
Durch Messung der in die Speiseleitung eingespeisten Strommenge, z. B. durch Messung der Leistung zwischen dem Einspeisungspunkt der Versorgungsleitung und der zu diesem nächsten Last oder dem zu diesem nächsten Verzweigungspunkt, kann die vom übergeordneten Stromnetz zu der Versorgungsleitung fließende Gesamtleistung in Echtzeit gemessen werden.
Weiterhin kann die zwischen mindestens einer spezifischen elektrischen Last und der Versorgungsleitung übertragene oder aufgenommene Leistung simultan in Echtzeit gemessen werden.
Verwaltungstechnische Informationen wie der vertragliche Bedarf oder der vergangene Leistungsverbrauch von mit der Versorgungsleitung verbundenen Lasten werden durch ein Gerät zur Aufbereitung verwaltungstechnischer Informationen gespeichert (Datenspeicher). Die Schätzwerte des Leistungsverbrauchs der jeweiligen Abschnitte der Versorgungsleitung werden anhand der gespeicherten Daten und der Echtzeitmessungen berechnet.
Weiterhin kann die Berechnungseinrichtung so angeordnet sein, daß aufgrund der geschätzten elektrischen Werte eines oder mehrerer dieser Abschnitte der Grad der Abweichung dieser genannten geschätzten elektrischen Werte von jeweils vorgegebenen Standardwerten berechnet wird.
Beispielsweise wird die Abweichung von einem vorgegebenen erlaubten Spannungsbereich oder Spannungswert mit Hilfe einer Spannungsabweichungs-Straffunktion umgewandelt, wobei der Spannungswert ein Rechenwert ist, der aus der Berechnung des Abschnittsspannungswerts aus der in diesem Abschnitt fließenden Leistung gewonnen wird. Die so gewonnene Information über die Spannungs-Straffunktion wird von einer Überwachungseinheit verarbeitet, wobei die Notwendigkeit von Verbesserungen (Performance Index) für problematische Abschnitte als numerischer Wert dargestellt wird. Ein bankweises Überwachungs- und Abtastgerät erfaßt die verbesserungswürdigen Abschnitte mittels des berechneten Performance Index.
Die Erfindung besteht weiterhin in einem Verfahren zur Überwachung eines elektrischen Stromversorgungsnetzwerks entsprechend Anspruch 9.
Schritt (c) kann die Berechnung der geschätzten elektrischen Werte einer Vielzahl von Abschnitten der Leitung beinhalten, und weiterhin kann das Verfahren einen Vergleich jedes einzelnen geschätzten elektrischen Wertes mit einem vorbestimmten Standardwert umfassen.
Der Begriff "elektrische Werte" bezieht sich hierbei z. B. auf Spannung, Strom oder Leistung.
Wendet man die Erfindung auf eine Versorgungsleitung mit einer Länge größer als 1 km an, so zeigen sich die Vorteile der Erfindung besonders deutlich.
Die Begriffe "momentaner elektrischer Wert" und "momentan gemessener Wert" oder ähnliches beziehen sich auf Werte, die im wesentlichen zu diesem Zeitpunkt gemessen werden, d. h. zu dem Zeitpunkt, zu dem eine Leit- oder Überwachungsoperation durchgeführt wird. Der Begriff "vergangener Leistungsverbrauch" bezieht sich auf die Leistung, die während eines Zeitabschnitts in der Vergangenheit (z. B. vergangene mindestens drei Monate) verbraucht worden ist. Natürlich kann die genaue Beschaffenheit der elektrischen Lasten, die mit der Versorgungsleitung verbunden sind, in der Vergangenheit variiert haben.
Die Erfindung kann für einphasige und mehrphasige Versorgungsleitungen angewendet werden.

Beschreibung der Zeichnungen

Ausführungsbeispiele der Erfindung werden nun anhand von nicht einschränkenden Beispielen beschrieben, die sich auf die begleitenden Zeichnungen beziehen.
Fig. 1 ist ein allgemeines Schaubild eines Versorgungssystem-Überwachungsgeräts, welches ein Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung ist.
Fig. 2 erklärt die Wirkungsweise einer Zentralstation und einer oder mehrerer Nebenstationen in einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung.
Fig. 3 erklärt die Wirkungsweise eines Abschnittslast-Vorhersagegeräts, welches in einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung benutzt wird.
Fig. 4 zeigt die Operationen eines Geräts zur Aufbereitung verwaltungstechnischer Informationen, das in einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung verwendet wird.
Fig. 5 zeigt ein Lastverteilungs-Lerngerät, das in einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung benutzt wird.
Fig. 6 zeigt die Funktionsweise eines Stromsystem-Überwachungs- und Kontrollgeräts für die in Fig. 1 gezeigte Anlage.
Fig. 7 zeigt die Wirkung eines Ausführungsbeispiels der vorliegenden Erfindung im Verhältnis zu einem Vergleichsverfahren.
Fig. 8 zeigt den allgemeinen Aufbau eines anderen Ausführungsbeispiels der vorliegenden Erfindung.
Fig. 9 stellt eine allgemeine Ansicht eines weiteren Ausführungsbeispiels der vorliegenden Erfindung dar.
Fig. 10 zeigt das Diagramm eines Systemüberwachungsgeräts, das in der vorliegenden Erfindung benutzt wird.
Fig. 11 zeigt ein Beispiel einer Spannungs-Straffunktion, die in der vorliegenden Erfindung benutzt werden kann.
Fig. 12 erläutert ein Systemüberwachungsgerät, das in der vorliegenden Erfindung benutzt werden kann.
Fig. 13 zeigt das allgemeine Schaubild eines Ausführungsbeispiels, in dem diese Erfindung zur Überwachung einer Versorgungsleitung mit Schaltsteuerung angewendet wird.
Fig. 14 zeigt das Versorgungssystem nach Fig. 13 in einem fehlerhaften Betriebszustand.
Fig. 15 zeigt schematisch die Fehlerkontrolle im Versorgungssystem nach den Abb. 13 und 14.

Beschreibung der bevorzugten Ausführungsbeispiele

In mehreren Figuren werden die gleichen Bezugszeichen für gleiche oder zugehörige Teile benutzt.
Die folgenden Erläuterungen beziehen sich auf Fig. 1 und den Fall, daß die vorliegende Erfindung zur Überwachung einer Versorgungsspannung benutzt wird. In Fig. 1 besteht das elektrische Versorgungssystem aus einem Transformator 1, um die Zuführspannung von der Spannung eines übergeordneten Stromnetzes 100 auf die Versorgungsspannung (z. B. 6600 V) umzusetzen, einen Bus 2, eine Stromversorgungsleitung in Form einer Speiseleitung 4, die über einen Leistungsschalter 3 mit dem Bus 2 verbunden ist und Schalter 5a, 5b, 5c, die die Speiseleitung 4 in die Abschnitte x, y und z unterteilen. Im gezeigten Fall werden die Abschnitte in Fig. 1 durch Schalter getrennt, jedoch kann ein Abschnitt ganz allgemein als ein Teil definiert werden, der durch Schalter, Punkte an denen sich der Typ der Speiseleitung ändert, Verzweigungspunkte der Speiseleitung oder ähnliches abgeteilt ist.
In diesem Beispiel sind der Transformator 1, der Bus 2, die Speiseleitung 4, etc. generell für drei Phasen ausgelegt, jedoch sind in der Zeichnung aus Gründen der Übersichtlichkeit nur einfache Linien gezeigt. Obwohl in diesem Beispiel nur eine Speiseleitung 4 gezeigt ist, sind häufig eine Vielzahl von Speiseleitungen an den Bus 2 angeschlossen. Die Speiseleitung hat z. B. eine Versorgungsspannung von 6600 V, die auf herkömmliche Art und Weise auf die Verbraucherspannung (z. B. 110 V) über Transformatoren (nicht gezeigt) abgespannt wird.
Mehrere Verbraucherlasten in der Art allgemeiner elektrischer Einrichtungen 6a bis e sind wie gezeigt mit den entsprechenden Abschnitten der Speiseleitung 4 verbunden. Diese allgemeinen elektrischen Einrichtungen 6 repräsentieren Kleinverbraucher wie Privathaushalte, kleine Geschäfte oder Läden, Büros oder ähnliches. Eine weitere elektrische Last in Form einer besonderen elektrischen Einrichtung 7 ist wie gezeigt auch mit der Speiseleitung 4 verbunden. Diese Last 7 besitzt eine hohe Verbrauchslast 7a und verfügt über eine Einrichtung 7b zur Energieerzeugung. Wie später erläutert, hat diese besondere elektrische Einrichtung 7 einen Verbrauch, der im Mittel nicht weniger als 5% des Gesamtverbrauchs der Lasten der Speiseleitung 4 beträgt, und der Leistungsverbrauch der Last 7 kann 5% oder mehr der Kapazität der Speiseleitung 4 betragen. Obwohl in diesem Beispiel nur ein Fall gezeigt ist, wo eine solche besondere elektrische Einrichtung 7 angeschlossen ist, kann eine Vielzahl solcher Einrichtungen angeschlossen sein.
In diesem Beispiel ist eine Sensoreinrichtung 8 vorgesehen, um die zwischen dem Leistungseinspeisungsende der Speiseleitung 4 und der Last (allgemeine elektrische Einrichtung 6a in Fig. 1), die sich am nächsten zum Einspeisungsende befindet, eingespeiste Leistung zu messen. Nicht gezeigt ist hier die Möglichkeit, die Last zwischen dem Einspeisungsende und dem nächstliegenden Verzweigungspunkt zu messen. An die Sensoreinrichtung 8 ist eine Einspeisungsende-Nebenstation 9 angeschlossen. Die Sensoreinrichtung 8 besteht aus einem Spannungssensor 8a zur Messung der Leitungsspannung V&sub1;(t) und einem Stromsensor 8b zur Messung des Leitungsstroms I&sub1;(t). Die Variable t zeigt an, daß sich die Meßwerte mit der Zeit t ändern. Die Nebenstation 9 besteht aus einem Verstärker 9a, der eine Eingabe von den Ausgaben des Spannungssensors 8a und des Stromsensors 8b bekommt, einem AD-Wandler 9b, der eine Eingabe von den Ausgaben des Verstärkers erhält, einem Mikrocomputer 9c, der eine Eingabe von den Ausgaben des AD-Wandlers 9b erhält, einer Speichereinheit 9d, die mit dem Mikrocomputer 9c verbunden ist und einem Kommunikationsterminal 9e.
Eine Sensoreinrichtung 10 ist mit der Zwischenverbindung zwischen der Speiseleitung 4 und der besonderen elektrischen Einrichtung 7 verbunden, um die Strommenge zu messen, die zwischen der besonderen elektrischen Einrichtung 7 und der Speiseleitung 4 fließt. Die Ausgabe der Sensoreinrichtung 10 wird in eine Nebenstation 11 für die besondere elektrische Einrichtung 7 eingespeist. Die Konstruktionsmerkmale der Sensoreinrichtung 10 und der Nebenstation 11 sind die gleichen wie die der Sensoreinrichtung 8 und der Nebenstation 9 am Einspeisungsende. Daher wird die Erklärung nicht wiederholt. Die Kommunikationsterminals der Nebenstationen 9 und 11 sind durch eine Kommunikationsleitung 13 mit einem Kommunikationsterminal 12 einer Zentralstation 200 verbunden. Das Kommunikationsterminal 12 ist mit einem Kommunikationskontrollgerät 19 verbunden. Das Kommunikationskontrollgerät 19 ist mit einem Stromnetzleit- und Kontrollgerät 14, einem Abschnittslast-Vorhersagegerät 16 zur Vorhersage der Strommenge jedes Abschnitts der Speiseleitung, einem Verwaltungsinformations-Aufbereitungsgerät 17, das die verwaltungstechnischen Informationen für die allgemeinen elektrischen Einrichtungen aufbereitet, und einem Darstellungsgerät 18 verbunden.
Anstatt gesonderter Kommunikationsleitungen wie der Leitung 13 kann die Versorgungsleitung 4 wie bekannt zur Datenübertragung benutzt werden.
Die Funktionsweise der Zentralstation 200 und der Nebenstationen 9 und 11 wird in Fig. 1 und 2 dargestellt. Wie Fig. 1 zeigt, wird der Speicher 9d der Station 9 wiederholt mit Daten über die Wellenform der Spannung und des Stroms beschrieben, die vorher vom AD-Wandler 9b in digitale Werte übersetzt wurden. Wie Fig. 2 zeigt sendet die Zentralstation 200 in einem ersten Schritt S21 über die Kommunikationsleitung 13 ein Befehlssignal zum Beginn der Messung an die Nebenstation 9. Im nächsten Schritt S22, wenn die jeweiligen Nebenstationen das Befehlssignal zum Beginn der Messung erhalten, werden die momentanen Wellenform-Daten V&sub1;(T&sub1;) und I&sub1;(T&sub1;) der Spannung und des Stroms im Speicher 9d abgelegt. Danach (Schritt S23) wird aus den gespeicherten Daten V&sub1;(T&sub1;) und I&sub1;(T&sub1;) die Phasendifferenz Φ&sub1; zwischen ihnen durch den Mikrocomputer 9c berechnet. Die Berechnung der Phasendifferenz kann z. B. durch eine Fast-Fourier-Transformation durchgeführt werden. In Schritt S24 werden der Wirkstrom Ip1 und der Blindstrom Iq1 zur Zeit T&sub1; mit Hilfe der Phasendifferenz Φ&sub1; berechnet, und in Schritt S25 werden die berechneten Werte von Ip1 und Iq1 zusammen mit der Spannung V&sub1; im Speicher 9d abgelegt. In Schritt S26 sendet die Zentralstation 200 eine bestimmte Zeit nach Übermittlung des Auftrags zum Beginn der Messung ein Abrufsignal zur Station 9. In Schritt S27 sendet die Station 9 nach Erhalt des Abrufsignals die Daten aus dem Speicher 9d zur Zentralstation 200, wo diese in Schritt S28 empfangen werden.
Die Funktionsweise der Nebenstation 11 für die besondere Einrichtung gleicht der der Nebenstation 9 am Einspeisungsende und ihre Erläuterung wird deshalb weggelassen. In Schritt S29 werden die empfangenen Daten zusammen mit den Daten von der Nebenstation 11 für die besondere Einrichtung an das Kommunikationskontrollgerät 19 übermittelt.
Im folgenden wird eine Erläuterung der Funktionsweise des Abschnittslast-Vorhersagegeräts 16 anhand von Fig. 3 gegeben. In Schritt S31 werden die Daten der Nebenstationen 9 und 11 vom Kommunikationskontrollgerät 19 empfangen. In Schritt S32 werden die Werte der Wirk- und Blindleistung derjenigen Abschnitte, in denen die Überwachungsstationen eingerichtet sind, aus den in Schritt S31 empfangenen Daten berechnet. Die berechneten Werte P&sub1; und Q&sub1; sind die Wirk- bzw. Blindleistung, die vom übergeordneten Stromnetz an die Speiseleitung 4 zur Zeit T&sub1; übertragen werden, zu der die Zentralstation 200 das Befehlssignal zum Beginn der Messung übermittelt hat. Dagegen bezeichnen PL bzw. QL die Wirk- bzw. Blindleistungswerte, die zur Zeit T&sub1; zur besonderen elektrischen Einrichtung 7 fließen. Ein negatives Vorzeichen des Leistungswerts zeigt an, daß die Leistung in umgekehrter Richtung fließt. In Schritt S33 werden die Differenzen Pr und Qr berechnet. Pr und Qr, die in Schritt S33 berechnet wurden, sind die Restwerte, die sich ergeben, wenn man von den in die Speiseleitung 4 eingespeisten Leistungen P&sub1; und Q&sub1; die zur besonderen elektrischen Einrichtung 7 fließenden Leistungen PL und QL abzieht. Die den anderen elektrischen Einrichtungen, die mit der Speiseleitung verbunden sind, also der Vielzahl von allgemeinen elektrischen Einrichtungen 6a bis 6e zufließende Gesamtleistung ist daher durch Pr und Qr gegeben. Obwohl sich die individuellen Verbrauchsmuster der allgemeinen elektrischen Einrichtungen mehr oder weniger unterscheiden, haben sie im gesamten Mittel eine Charakteristik, bei der sich das gleiche Muster für jeden Abschnitt wiederholt, da jede dieser Einrichtungen nur einen kleinen Verbrauch hat und ihre Zahl groß ist. Dies ist nicht der Fall für eine oder mehrere besondere elektrische Einrichtungen. Daher wird das sich wiederholende Muster des jeweiligen Abschnitts im vorhinein bestimmt und Pr und Qr entsprechend dem bestimmten Muster an den entsprechenden Abschnitt abgegeben.
In diesem Ausführungsbeispiel wird der gelernte Lastverteilungskoeffizient Li(t) des Abschnitts i von einem Verwaltungsinformations-Aufbereitungsgerät 17 im Off-line- Betrieb im vorhinein bestimmt. In diesem Beispiel bezeichnet Li eine Leistungsverbrauchsrate für jeden Abschnitt, die anhand einer vorherigen Aufzeichnung des Leistungsverbrauchs berechnet wird, und die Variable t zeigt wiederum an, daß der Lastverteilungskoeffizient eine Funktion der Zeit ist. Eine Erläuterung des Lernverfahrens folgt später.
In Schritt S34 werden die gelernten Lastverteilungskoeffizienten L&sub1;(T&sub1;), L&sub2;(T&sub1;) und L&sub3;(T&sub1;) jedes Abschnitts zur Zeit T&sub1; vom Verwaltungsinformations-Aufbereitungsgerät 17 an das Abschnittslast-Vorhersagegerät 16 übermittelt. Hier werden L&sub1;(T&sub1;), L&sub2;(T&sub1;) und L&sub3;(T&sub1;) in K&sub1;, K&sub2; und K&sub3; umbenannt. In Schritt S35 werden nun die Leistungswerte Pi und Qi des Abschnitts i zur Zeit T&sub1; berechnet, indem Pr und Qr mit Hilfe der Koeffizienten K&sub1;, K&sub2; und K&sub3; proportional auf die jeweiligen Abschnitte aufgeteilt werden. Die so erhaltenen Leistungen der allgemeinen elektrischen Einrichtungen der jeweiligen Abschnitte schließen nicht einen unvorhersagbaren Faktor ein, der durch eine besondere Situation der besonderen elektrischen Einrichtung 7 bedingt ist. Es werden daher Echtzeitdaten der besonderen elektrischen Einrichtung 7 benutzt und somit eine hohe Genauigkeit in der Vorhersage erzielt. Weiterhin wird das Vorzeichen, das die Richtung des Leistungsflusses beschreibt, einbezogen, und daher kann in der Berechnung der Fall berücksichtigt werden, daß Überschußleistung der Einrichtung 7b zur Energieerzeugung der besonderen elektrischen Einrichtung 7 in die Speiseleitung 4 eingespeist wird. Werden die Lastverteilungskoeffizienten periodisch und automatisch auf die später beschriebene Art und Weise gelernt, so wird der Wert der Koeffizienten automatisch aktualisiert und daher kann eine Wirkung erzielt werden, wodurch Zeit und Arbeit für die Instandhaltung eingespart werden.
Weiterhin ist im Versorgungssystem eine Spannungsabweichung von ungefähr 6% von einer vorgegebenen Referenzspannung Vb (z. B. 6.600 V) erlaubt. Sollten die momentan gemessenen elektrischen Werte einer elektrischen Einrichtung, deren Geräteleistung ungefähr 5% der Gesamtleistungsfähigkeit der Speiseleitung ausmacht, nicht zur Verfügung stehen, so ergibt sich für den Wert der Schätzspannung ein ungefährer Fehler von 5% im Hinblick auf den tatsächlichen Wert der Spannung. Addiert man diesen Wert zu einem Meßfehler oder ähnlichem, so kann der Gesamtfehler den erlaubten Wert von 6% übersteigen. In diesem Ausführungsbeispiel der Erfindung wird eine Einrichtung, deren elektrische Geräte wie oben erwähnt eine Leistung von 5% der Leistung der Speiseleitung haben, als besondere elektrische Einrichtung 7 bezeichnet und gesondert behandelt, um dieses Problem zu vermeiden.
Wenn weiterhin eine lokale Stromerzeugungseinrichtung an einem entfernen Ende der Speiseleitung angeschlossen ist, kann ein umgekehrter Leistungsfluß in Richtung zum Bus eintreten, und es besteht die große Wahrscheinlichkeit eines Fehlers von nicht weniger als 6% in der Spannungsvorhersage. Daher wird eine solche Stromquelle unabhängig von ihrer Leistungsfähigkeit meßtechnisch immer wie eine besondere elektrische Einrichtung behandelt.
In Fig. 4 und 5 wird der Aufbau des Verwältungsinformations-Aufbereitungsgeräts 17 erklärt. Wie in Fig. 4 gezeigt, besteht das Verwaltungsinformations-Aufbereitungsgerät 17 aus einem Verwaltungsinformations-Eingabegerät 22, einem Eingabegerät 20 für den in der Vergangenheit aufgezeichneten Stromverbrauch und einem Lastverteilungskoeffizienten-Lerngerät 21, das mit jenen verbunden ist. Dem Eingabegerät 20 für den in der Vergangenheit aufgezeichneten Stromverbrauch werden die vergangenen Aufzeichnungen über den Stromverbrauch jedes einzelnen Abschnitts zugeführt. Das Verwaltungsinformations-Eingabegerät 22 erhält die die Speiseleitung 4 betreffenden verwaltungstechnischen Informationen, wie die Art und Anzahl der elektrischen Einrichtungen (Büro, Wohnhaus, Geschäft usw.), den vertraglichen Bedarf der jeweiligen elektrischen Einrichtungen, Uhrzeit, Wochentag usw.
Wie Fig. 5 zeigt, umfaßt das Lastverteilungskoeffizienten-Lerngerät 21 ein sogenanntes neuronales Netz, das aus einer Eingabeschicht 21a, einer Zwischenschicht 21b, einer Ausgabeschicht 21c, einer Vergleichsschicht 21d und einer Lernsignalschicht 21e besteht. Die Eingabeschicht 21a des Lerngeräts 21 erhält die die Speiseleitung 4 betreffenden Verwaltungstechnischen Informationen, wie den vertraglichen Bedarf der entsprechenden Einrichtungen (siehe oben), vom Eingabegerät 22. Die Lernsignalschicht 21e erhält von dem Eingabegerät 20 für den in der Vergangenheit aufgezeichneten Stromverbrauch die aktuellen Lastverteilungskoeffizienten von der vergangenen Aufzeichnung über den Stromverbrauch. Mit Hilfe dieser Eingänge werden die Werte der Lastverteilungskoeffizienten der jeweiligen Abschnitte, die dann an die Ausgabeschicht 21c für den Lastverteilungskoeffizienten ausgegeben werden, so gelernt, daß sie gleich den Werten der Lastverteilungskoeffizienten in der Lernsignalschicht 21e sind. Diese Art von Lernregel ist z. B. in "Introduction to Neurocomputers", Seite 42-43, Juni 1992, Herausgeber Ohm Company, beschrieben und ihre Erläuterung wird hier weggelassen. Durch die oben beschriebene Lernregel der Lastverteilungskoeffizienten wird die Genauigkeit der Lastverteilung gefördert und eine sehr genaue Vorhersage der Abschnittsleistungsaufnahme wird so möglich.
Im vorliegenden Ausführungsbeispiel wurde ein Beispiel erklärt, in dem die Lastverteilungskoeffizienten durch Lernen zur Verfügung gestellt werden. Jedoch können die Koeffizienten auch auf herkömmliche Weise mittels einer Leistungsreferenzkurve oder dem vertraglichen Bedarf berechnet werden.
Als nächstes wird anhand von Fig. 6 die Funktionsweise des Systemüberwachungs- und Kontrollgeräts 14 anhand eines Beispiels erklärt, bei dem die Leitungsspannung der Speiseleitung 4 zusammen mit der Spannungsabweichung, dem Übertragungsverlust, dem Anwachsen von Oberwellen oder ähnlichem überwacht wird. In Schritt S41 werden zur Zeit T&sub1; der Wirkstrom IPi und der Blindstrom IQi, die durch den jeweiligen Abschnitt i fließen, anhand der Leistungen Pi und Qi dieses Abschnitts berechnet, die vom Abschnittslast-Vorhersagegerät 16 übermittelt werden. Gleichzeitig wird die Leitungsspannung mit Hilfe von vorher eingegebenen Leitungskonstanten des Abschnitts i (ri: Widerstand, Xi: Blindwiderstand) und des Wirkstroms IPi und Blindstroms IQi berechnet.
In Schritt S42 werden die Leitungsspannungen der jeweiligen Abschnitte mit einer Referenzspannung Vb verglichen, und falls der Betrag der Differenz einen erlaubten Wert Vth überschreitet, werden in Schritt S43 der betreffende Abschnitt und der Wert der Leitungsspannung auf dem Darstellungsgerät 18 dargestellt. Da wie gesagt für die erlaubte Spannungsabweichung eine Variationsbreite von 11±6 V akzeptiert wird, ist es bequem, dies auf die Leitungsrefrenzspannung von 6600 V zu übertragen und für Vth 660±360 V oder ähnlich zu benutzen. Während der Überwachung der Leitungsspannung wird die oben beschriebene Operation beispielsweise alle 10 bis 20 Minuten wiederholt.
Fig. 7 zeigt ein Beispiel für die Verbesserung der Spannungsvorhersagegenauigkeit durch das beschriebene Ausführungsbeispiel. In diesem Beispiel wurde eine Untersuchung der Lastvorhersagegenauigkeit während 24 Std. durchgeführt, wobei eine Fabrik, die eine besondere elektrische Einrichtung darstellt, aufgrund einer besonderen Situation an einem Tag arbeitete, der ursprünglich als Feiertag vorgesehen war. Das Vergleichsverfahren benutzt das vorherbestimmte Lastmuster eines Feiertags für die besondere elektrische Einrichtung und daher ist die Vorhersagegenauigkeit insbesondere am Tag, wenn die Maschinen in der Fabrik laufen, schlecht. Im Gegensatz dazu kann mit der Lastvorhersage der vorliegenden Erfindung die Genauigkeit um einen Faktor 4 gegenüber dem Vergleichsverfahren erhöht werden.
Fig. 8 zeigt ein anderes Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung. In diesem Beispiel ist eine Vielzahl von besonderen elektrischen Einrichtungen 25, 26 mit der Speiseleitung 4 verbunden. Sensoreinrichtungen 27, 28, die der Sensoreinrichtung 8 gleichen, sind an der Speiseleitung 4 angebracht, jeweils näher zu bzw. weiter von dem Einspeisungsende der Leitung entfernt als die Verbindungspunkte der besonderen elektrischen Einrichtungen 25, 26. Die Ausgangswerte der Sensoreinrichtungen 27 und 28, d. h. gemessene Werte von Spannung und Strom, werden entsprechend den Nebenstationen 29, 30 übergeben. Die betreffenden Nebenstationen sind mit dem Kommunikationsterminal 12 der Zentralstation 200 über die Kommunikationsleitung 13 verbunden. Die Leistungswerte PL und QL zur Zeit T&sub1;, zu der die Hauptstation 12 ein Befehlssignal zum Beginn der Messung übermittelt, werden anhand der folgenden Gleichungen berechnet:
PL = PL1-PL2 (Gleichung 1)
QL = QL1-QL2 (Gleichung 2),
wobei PL1 und PL2 die Wirkleistungswerte und QL1 und QL2 die Blindleistungswerte sind, die entsprechenderweise von den Nebenstationen 29 und 30 berechnet wurden. Diese Werte werden jeweils anhand der folgenden Gleichungen berechnet:
PL1 = VL&sub1;(T&sub1;) · IL1(T&sub1;) · cosΦ&sub1; (Gleichung 3)
PL2 = VL&sub2;(T&sub1;) · IL2(T&sub1;) · cosΦ&sub2; (Gleichung 4)
QL1 = VL&sub1;(T&sub1;) · IL1(T&sub1;) · sinΦ&sub1; (Gleichung 5)
QL2 = VL&sub2;(T&sub1;) · IL2(T&sub1;) · sinΦ&sub2; (Gleichung 6),
wobei Φ&sub1; die Phasendifferenz zwischen VL&sub1;(T&sub1;) und IL1(T&sub1;), Φ&sub2; die Phasendifferenz zwischen VL&sub2;(T&sub1;) und IL&sub2;(T&sub1;), T&sub1; die Zeit der Übertragung des Befehlssignals zum Start der Messung, VL1 und IL1 die an der Nebenstation 29 gemessenen Spannungs- und Stromwerte und VL2 und IL2 die an der Nebenstation 30 gemessenen Spannungs- und Stromwerte sind.
Die Verarbeitung nach der Berechnung von PL und QL ist dieselbe wie im vorher beschriebenen Ausführungsbeispiel. Im vorliegenden Ausführungsbeispiel wird zusätzlich zur Verbesserung der Vorhersagegenauigkeit der Last der Vorteil erzielt, daß die Sensoreinrichtungen auf eine relativ kleine Anzahl reduziert werden können. Denn sogar wenn die Anzahl der besonderen elektrischen Einrichtungen erhöht wird, ist es möglich, die gewünschten Daten zu messen, indem man die Meßorte auf der Speiseleitung 4 auf beiden Seiten einer Gruppe dieser Einrichtungen wählt.
Im weiteren wird die vorliegende Erfindung in Bezug auf Fig. 13 anhand eines Beispiels erläutert, in dem die Erfindung zur Kontrolle von Schaltern eingesetzt wird. Das Stromversorgungssystem in Fig. 13 besteht aus Netztransformatoren 1a und 1b, mit ihnen verbundenen Leistungsschaltern 3a und 3b, einer Vielzahl von Speiseleitungen 4a und 4b (in diesem Ausführungsbeispiel zwei Stück), die mit den Leistungsschaltern 3a und 3b verbunden sind, und einer Verbindungsleitung 30, um die Speiseleitungen 4a und 4b zu verbinden. An der Speiseleitung 4a sind Abschnittsschalter 5a, 5b und 5c angebracht, und die Speiseleitung 4a besteht somit aus den Abschnitten Xa, Ya und 2a. Der Abschnitt Ya wird durch einen Verbindungsschalter 5f, der an der Verbindungsleitung 30 angebracht ist, zusammen mit den Abschnittsschaltern 5b und 5c definiert. Weiterhin sind an der gleichartig konstruierten Speiseleitung 4b die Abschnittsschalter 5e und 5d angebracht, um die Abschnitte Xb und Yb zu definieren. Selbst zu gewöhnlichen Zeiten wird nur der Verbindungsschalter 5f in geöffnetem Zustand betrieben. In diesem Fall ist das Stromversorgungssystem nach der Funktionsweise ein baumartiges System. Nebenstationen 31a bis 31e zur Kontrolle von Öffnen und Schließen sind mit den Abschnittsschaltern 5a bis 5e verbunden. Die Nebenstationen 31a bis 31e sind weiterhin über ein Kommunikationsterminal 12 mittels einer Kommunikationsleitung 13 mit dem Systemüberwachungs- und Kontrollgerät 14 verbunden. Ein Speicher (nicht gezeigt) in dem Systemüberwachungs- und Kontrollgerät 14 speichert die Werte der Leistung der Abschnitte, die von der in den vorigen Ausführungsbeispielen erklärten Lastvorhersageeinheit 16 ermittelt wurden.
Die Funktionsweise der oben beschriebenen Ausführungsbeispiele wird anhand der Fig. 13 und 14 erklärt. Fig. 14 zeigt den Zustand unmittelbar nachdem der im Einspeisungsabschnitt der Speiseleitung 4a vorgesehene Leistungsschalter 3a durch die Einwirkung einer Schutzvorrichtung (nicht gezeigt) ausgelöst wurde, wobei aus irgendeinem Grund eine Störung auftritt, wie durch X in Abschnitt Xa der Speiseleitung 4a markiert. Im allgemeinen wird der in die Speiseleitung eingebaute Schalter in dem Zustand geschlossen gehalten, in dem die Kraft einer Feder durch die elektromagnetische Kraft, die im angelegten Spannungszustand wirkt, im Gleichgewicht gehalten wird. Folglich gehen die in die Speiseleitung 4a eingebauten Schalter 5a bis 5c in dem in Fig. 14 gezeigten Zustand, bei dem der Leistungsschalter 3a ausgelöst worden ist, nacheinander in einen Nullspannungszustand über. Daher werden die Schalter durch die Federkraft in den geöffneten Zustand gebracht, so daß sich die gesamte Speiseleitung 4a im Zustand des Netzausfalls befindet. Wenn danach der Leistungsschalter 3a wieder geschlossen wird, schließt sich nach einer geeigneten Zeitspanne der Schalter 5a durch die Wirkung der elektromagnetischen Kraft, und in Abschnitt Xa wird wieder Leistung eingespeist. Wenn nun die Störung auf natürliche Weise behoben wurde, wird nach dem Vergehen einer angemessenen Zeitspanne durch die Schalter 5b und 5c die Leistung wieder zur Verfügung gestellt. Sollte auf der anderen Seite die Störung weiter bestehen und der Schalter auf der Seite der Leistungseinspeisung (in Fig. 14 der Schalter 5a) im gestörten Abschnitt geschlossen werden, wird sofort danach der Leistungsschalter 3a wieder ausgelöst. Daher wird die Feststellung getroffen, daß im Lastabschnitt des Schalters eine Störung auftritt, und auch wenn wiederum Leistung eingespeist wird, wird der Schalter 5a so festgestellt, daß er nicht geschlossen werden kann. Danach wird der Leistungsschalter 3a wieder geschlossen, so daß der Abschnitt, der vom Schalter aus gesehen zur Seite der Leistungseinspeisung hin liegt, wieder mit Leistung versorgt wird, jedoch der Abschnitt auf der Lastseite des gestörten Abschnitts weiterhin im Zustand des Stromausfalls bleibt. Im Beispiel von Fig. 14 sind außer dem Abschnitt, der aus dem Leistungsschalter 3a und dem Schalter 5a besteht (in diesem Abschnitt ist keine elektrische Einheit angeschlossen), alle Abschnitte im Zustand des Stromausfalls. Infolgedessen wird vom Systemüberwachungs- und Kontrollgerät 14 auf der Lastseite eine Notfall-Wiederherstellungsmaßnahme bei Stromausfall eingeleitet. Diese Maßnahme wird anhand von Fig. 15 erklärt.
Die in Fig. 15 gezeigte Kontrollmaßnahme wird von einer Nebenstation für den Leistungsschalter 3a (nicht gezeigt) ausgelöst durch Übermitteln der Information über die Auslösung des Leistungsschalters 3a an das Systemüberwachungs- und Kontrollgerät 14 mittels der Kommunikationsleitung 13. In S31 wird aufgrund der Information über Öffnen und Schließen der an die Speiseleistung angeschlossenen Schalter der Abschnitt mit dem Stromausfall erkannt. In S32 wird die Lastleistung im Abschnitt mit dem Stromausfall aus dem Abschnittslast-Vorhersagegerät 16 ausgelesen. Der nun ausgelesene Wert der Lastleistung ist die Lastleistung unmittelbar vor dem Auftreten der Störung (ein sog. momentaner Lastleistungswert). In S33 wird ein gleichermaßen erhaltener Backup-Leistungswert der normal arbeitenden Speiseleitung 4b eingelesen. In S34 erhält man einen Ablaufplan von Schaltvorgängen, bei dem Leistung schnell eingespeist werden kann und der Bereich des Stromausfalls durch ein Verfahren minimiert werden kann, bei dem die Schalter unter bestimmten Bedingungen geschlossen werden, die aufgrund der eingelesenen Werte der Lastleistung im Stromausfallsabschnitt und der Backup-Leistung der Speiseleitung 4b bestimmt werden. Für dieses Verfahren kann man ein bekanntes Verfahren, wie etwa ein heuristisches, benutzen. Die zuvor erwähnten einschränkenden Bedingungen enthalten eine Beschränkungsbedingung für den Durchgangsstrom, eine Bedingung für den erlaubten Spannungsabfall usw. Die Entscheidung, ob diese Bedingungen erfüllt sind oder nicht, hängt in der Hauptsache davon ab, ob die Lastleistung im Abschnitt mit dem Stromausfall und die Backup-Leistung der Speiseleitung 4b genau vorhergesagt werden. Gleichermaßen kommt es bei der Erstellung eines Ablaufplans von Schaltvorgängen darauf an, ob der Abschnitt mit Stromausfall minimiert werden kann oder nicht. Wie im vorigen Ausführungsbeispiel erklärt, kann bei der vorliegenden Erfindung die Lastleistung in jedem Abschnitt oder der Wert der Backup-Leistung der normalen Speiseleitung durch das Lastvorhersagegerät 16 genau erhalten werden. In dem Systemüberwachungs- und Kontrollgerät 14 werden die solchermaßen erhaltenen sehr genauen Werte der Lastleistung und der Backup- Leistung der fehlerfreien Speiseleitung benutzt, um die Abfolge von Schaltvorgängen festzulegen und somit ist es möglich, eine Abfolge von Schaltvorgängen zu erhalten, die den Abschnitt mit Stromausfall in Art und Weise einer Notfallmaßnahme innerhalb kurzer Zeit ohne übermäßigen Durchlaßstrom und innerhalb eines erlaubten Spannungsabfalls verkleinert. Im Einklang mit der Abfolge von Schaltvorgängen, die wie oben beschrieben erhalten wird, wird in S35 z. B. der Schalter 5f geschlossen (siehe Fig. 14), um Leistung in den Abschnitt Ya einzuspeisen, und dann wird der Schalter 5c geschlossen, um Leistung in den Abschnitt 2a einzuspeisen, wodurch der Abschnitt auf der Lastseite des Abschnitts, in dem die Störung auftritt und der einen Stromausfall hat, wieder hergestellt wird.
Es wurde der Fall erläutert, daß der Schalter 5c geschlossen werden kann, um auch dem Abschnitt Za Leistung zuzuführen. Jedoch werden die Befehle zum Öffnen und Schließen so an die Schalterunterstationen ausgegeben, daß z. B., wenn das Ergebnis einer Berechnung aufgrund des Lastleistungs-Werts und des vorläufigen Leistungswerts der einwandfreien Speiseleitung ergibt, daß in der Speiseleitung 4b ein zu großer Durchgangsstrom auftritt, nur dem Abschnitt Ya Leistung zugeführt wird und dem Abschnitt 2a die Leistung separat durch eine normale Speiseleitung, die hier nicht gezeigt ist, zugeführt wird.
Die obigen Ausführungsbeispiele illustrieren die Überwachung der Spannung. Jedoch ist die Erfindung nicht auf diese Beispiele beschränkt, sondern ist auf einem großen Gebiet anwendbar, wie etwa der Kontrolle von Schaltern, Überlastüberwachung, Lastkontrolle, Kontrolle des Stromflusses, Übertragungsverlust-Reduktionskontrolle u. ä.
Im folgenden wird ein weiteres Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung anhand von Fig. 9 erklärt. Ein Stromversorgungssystem 300 setzt sich zusammen aus einer Vielzahl von Speiseleitungen 4a bis 4f, die über Transformatoren 1a und 1b mit übergeordneten Stromnetzen 100 verbunden sind. Die Speiseleitung 4a ist durch die Schalter 5a, 5b und 5c in eine Vielzahl von Abschnitten aufgeteilt, und eine Vielzahl von elektrischen Einrichtungen 70 sind mit den entsprechenden Abschnitten verbunden. In diesem Falle sind die elektrischen Einrichtungen 70 allgemeine oder besondere elektrische Einrichtungen der in den vorhergehenden Ausführungsbeispielen beschriebenen Art. Das gleiche gilt für die anderen Speiseleitungen 4b bis 4f und eine Erläuterung wird weggelassen.
Der zwischen dem Einspeisungspunkt über einen Bus 2a zur Speiseleitung 4a fließende Strom und der zwischen der Speiseleitung und den besonderen elektrischen Einrichtungen fließende Strom wird gemessen und über nicht gezeigte Kommunikationsleitungen an Hauptstationen 12a und 12b übertragen. Die Hauptstationen 12a und 12b sind über die Kommunikationsleitung 13 mit dem Kommunikationskontrollgerät 19 verbunden. Dies gleicht dem Ausführungsbeispiel in Fig. 1 und Illustration und Erklärung werden weggelassen. Das Kommunikationskontrollgerät 19 ist mit einem Überwachungsgerät 60 für hierarchische Systeme, dem Abschnittslast-Vorhersagegerät 16 zur Vorhersage der elektrischen Werte der Abschnitte der Speiseleitungen, dem Verwaltungsinformations - Aufbereitungsgerät 17, um die verwaltungstechnischen Informationen über die allgemeinen elektrischen Einrichtungen zu bilden, und dem Darstellungsgerät 18 verbunden.
Das mit Versorgungssystem 300 gezeigte verzweigte Versorgungssystem hat als kleinste Einheiten Abschnitte, wobei eine Vielzahl von miteinander verbundenen Abschnitten zusammen die Speiseleitung bilden, und hat eine Vielzahl von Speiseleitungen, die mit demselben Bus verbunden sind und zusammen eine als Bank bezeichnete Gruppe bilden. Dieses Ausführungsbeispiel illustriert die Anwendung der Erfindung auf solch eine hierarchische Struktur eines allgemeinen Versorgungssystems. Die Bänke, die durch die mit den Bussen 2a und 2b verbundenen Speiseleitungen gebildet werden, werden mit # 1 und #2 bezeichnet.
Das Überwachungsgerät 60 für hierarchische Systeme, das eine Schlüsselkomponente dieses Ausführungsbeispiels nach Fig. 10 ist, setzt sich zusammen aus einem Abschnittselektrizitätsmengen-Berechnungsgerät 61, das mit dem Abschnittslast-Vorhersagegerät 16 über LAN15 verbunden ist, einem damit verbundenen abschnittsweisen Überwachungsgerät 62, einem damit verbundenen speiseleitungsweisen Überwachungsgerät 63, einem bankweisen Überwachungsgerät 64 und einem Überwachungs-Kontrollobjektsabtastgerät 66, das Eingang erhält von den Ausgängen des abschnittsweisen Überwachungsgeräts 62, des speiseleitungsweisen Überwachungsgeräts 63 und des bankweisen Überwachungsgeräts 64. Das Überwachungs- und Kontrollobjektabtastgerät 66 ist mit einem Darstellungsgerät 18 verbunden.
Die Funktionsweise des Überwachungsgeräts 60 für hierarchische Systeme wird nun am Beispiel des Falls einer Spannungsüberwachung anhand der Fig. 10, 11 und 12 erklärt. Wie in den vorhergehenden Ausführungsbeispielen erläutert, werden die Werte der Wirk- und Blindleistung der jeweiligen Abschnitte, die durch das Abschnittslast-Vorhersagegerät 16 berechnet wurden, über das LAN15 in das Berechnungsgerät 61 eingegeben.
In dem Berechnungsgerät 61 wird der Spannungswert Vi im Abschnitt i mittels der in Schritt S41 in Fig. 6 gezeigten Rechnung berechnet und in das Überwachungsgerät 62 eingegeben. In dem Überwachungsgerät 62 wird der Spannungswert jedes Abschnitts über eine Spannungsabweichungs-Straffunktion (siehe Fig. 11) in einen Spannungsstrafwert umgewandelt. Hier ist die Spannungsabweichungs-Straffunktion als eine Funktion definiert, die zeigt, wie problematisch der Spannungswert im momentanen Betrieb ist, wobei auf der X-Achse das Abweichungsverhältnis der Abschnittsspannung Vi zur Referenzspannung Vb (z. B. die Versorgungsreferenzspannung von 6600 V) aufgetragen ist, und auf der Y-Achse der zwischen 0 und 1,0 liegende Spannungsstrafwert Pvi aufgetragen ist. Im Beispiel von Fig. 11 wird der Fall angenommen, daß der erlaubte Spannungsbereich, der einer elektrischen Verbrauchseinheit zur Verfügung gestellt wird, ungefähr ±5% beträgt, und der Strafwert ist so festgelegt, daß er stark anwächst, wenn die Abschnittsspannung Vi mehr als ±5% von der Referenzspannung Vb abweicht. Das heißt, der Strafwert hat einen vergleichsweise kleinen Wert bis ungefähr zur Hälfte der erlaubten Grenze, aber danach steigt er schnell an. Die Straffunktion kann beliebig anders festgelegt werden als die in Fig. 11 gezeigte. In diesem Fall wird der Wert so festgelegt, daß er im Bereich geringer Notwendigkeit von Verbesserungen in Bezug auf den Betrieb der Speiseleitung klein ist und die Strafe in dem Bereich steil anwächst, in dem die Notwendigkeit von Verbesserungen groß ist. Fig. 12 zeigt ein Beispiel der Spannungsstrafwerte der jeweiligen Abschnitte, die aufgrund der Straffunktion aus Fig. 11 berechnet wurden.
Das speiseleitungsweise Überwachungsgerät 63 berechnet den Performance-Index oder Verbesserungsindex, der das Ausmaß eines Problems mit einer Speiseleitung anzeigt, welche sich in Bezug auf die Spannung auf einer um einen Rang höheren Ebene als ein Abschnitt befindet. Im speiseleitungsweisen Überwachungsgerät 63 wird ein mittlerer Spannungsstrafwert der Abschnitte, die zur Speiseleitung 4a gehören, über die folgende Gleichung berechnet
(0,4 + 0,3 + 0,2 + 0,1) : 4 = 0,25 (Gleichung 7).
Der erste Grund, den obigen Wert über eine Mitteilung der Strafwerte der Abschnitte, die zur selben Speiseleitung gehören, zu berechnen ist, daß, wenn ein Maß zur Verbesserung der Leistungsfähigkeit jeder einzelnen Speiseleitung gewählt wird, die Suche nach einer Ursache oder einer Maßnahme für Verbesserungen erleichtert durch die Berechnung der Notwendigkeit von Verbesserungen in Bezug auf jede einzelne Speiseleitung verbessert wird. Der zweite Grund ist, da die Spannung der Speiseleitung durch die durchfließenden Wirk- und Blindströme bestimmt wird und in Bezug auf jede einzelne Speiseleitung eine charakteristische Tendenz zeigt, daß erwartet werden kann, daß der Teil des Netzwerks, der Verbesserung benötigt, über die Berechnung des Mittelwertes von Strafwerten der Abschnitte, die zur selben Speiseleitung gehören, abgeklärt wird.
Auch in bezug auf die anderen Speiseleitungen 4b und 4c, die zur Bank #1 gehören und die Speiseleitungen 4d, 4e und 4f, die zur Bank #2 gehören, werden auf diesem Weg die Spannungsstrafwerte im einzelnen zu 0,20, 0,39, 0,74, 0,78 und 0,83 berechnet. Die Strafwerte der jeweiligen Speiseleitungen sind auf der rechten Seite der entsprechenden Speiseleitungen in Fig. 12 gezeigt.
Im bankweisen Überwachungsgerät 64 wird der mittlere Strafwert einer Bank als Ganzes berechnet, indem die von dem Überwachungsgerät 63 berechneten Strafwerte der jeweils zu der gleichen Bank gehörigen Speiseleitungen noch einmal gemittelt werden. Wie ganz rechts in Fig. 12 gezeigt, berechnen sich folglich die mittleren Strafwerte der Bänke zu 0,28 für #1 und 0,71 für Bank #2.
Auf dieser Stufe, wo nur durch Mitteilung erhaltene Werte berechnet werden, wie etwa die Strafwerte, bleiben nur Gesamtindices der jeweiligen Bänke übrig, und individuelle Charakteristiken, die sich von der Gesamttendenz unterscheiden, gehen verloren. Daher werden die Strafwerte der Abschnitte, die zur selben Speiseleitung gehören, durch das Überwachungsgerät 63 verglichen, und der Abschnittstrafwert, der den größten (schlechtesten) Wert hat, wird auch gespeichert. Ähnlich wird auch der größte Speiseleitungsstrafwert durch das bankweise Überwachungsgerät 64 gespeichert.
Weiterhin wird bei der Ursachenforschung nach einem Spannungsabfall o. ä. die Spannung am Einspeisungsende der Bank benutzt. Aus diesem Grund wird der Strafwert der Eingangsspannung der Bank auch vom bankweisen Überwachungsgerät 64 aufgezeichnet. Im Fall der Bank #1 ist der schlechteste Strafwert 0,39 (Speiseleitung 4c) im Hinblick auf die Speiseleitungen, 0,70 im Hinblick auf die Abschnitte (entferntes Ende der Speiseleitung 4c) und 0,40 im Hinblick auf die Eingangsspannung. In der vorliegenden Beschreibung wird diese Operation, bei der die Information über die höheren Ebenen durch eine kleine Menge von Daten zusammengefaßt wird, während gleichzeitig wichtige Charakteristiken so weit wie möglich erhalten bleiben, um auf diesem Weg die verbesserungswürdigen Abschnitte effektiv im ganzen abzutasten, als "Abkürzung" bezeichnet.
Die mittleren Strafwerte und die schlechtesten Strafwerte der Überwachungsgeräte 62, 63 und 64 werden an das Abtastgerät 66 übertragen. Als nächstes werden die mittleren Strafwerte der beiden Bänke verglichen, und da der mittlere Strafwert von 0,71 der Bank #2 größer ist als der mittlere Strafwert von 0,28 der Bank #1, wird Bank #2 als die Bank ausgewählt, die vordringlich verbessert werden sollte. Weiterhin sind die schlechtesten Strafwerte der Bank #2 mit 0,83 bzw. 0,90 für die Speiseleitungen bzw. die Abschnitte gegeben, und da diese Werte genauso wie der mittlere Wert 0,71 der Bank #2 groß sind, steht fest, daß die gesamte Bank im Hinblick auf die Spannung problematisch ist.
Da der Strafwert der Spannung am Einspeisungsende mit 0,7 groß ist, wird vorhergesagt, daß die Spannung der gesamten Bank #2 durch Absenken der Spannung am Einspeisungspunkt reduziert wird. Folglich wird vom Darstellungsgerät 18 die Busspannung von Bank #2 ausgegeben und als ein Abschnitt dargestellt, welcher vordringlich zu verbessern ist. Bei diesem Vorgehen ist ein Strafwert als groß zu bezeichnen, wenn der Strafwert nicht weniger als 0,5 beträgt.
Für Bank #1 befindet sich unter den schlechtesten Strafwerten auf der Abschnittsebene ein Wert von 0,7. Jedoch ist dieses aus den Informationen über die Bank bekannt, die als Ergebnis der Abkürzung ermittelt wurden, so daß in diesem Fall der Abschnitt mit dem schlechtesten Strafwert gesucht wird und der entfernte Endabschnitt der Speiseleitung 4c durch das Darstellungsgerät 18 als der Teil dargestellt wird, der vordringlich zusammen mit dem Abschnittsspannungswert verbessert werden sollte. Auch auf der Stufe der Speiseleitungen, wenn dort ein Abschnitt einen hohen Strafwerts besitzt, wird die entsprechende Speiseleitung durch dasselbe Vorgehen ausgewählt und die Spannungswerte der Speiseleitung und der jeweiligen Abschnitte, die dazugehören, werden vom Darstellungsgerät 18 dargestellt.
In diesem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung kann ein Abschnitt, der im Hinblick auf die Spannung mit Vorrang verbessert werden sollte, effektiv ausgewählt werden, da die Überwachungskontrolle vorzugsweise auf der Ebene der gegenseitig elektrisch sehr unabhängigen Bänke unter Benutzung von in Hinblick auf die Ebenen des Verteilungssystems abgekürzter Information durchgeführt wird.
In der obigen Erklärung wird die Abkürzung einfach durch Berechnen der Mittelwerte durchgeführt. Jedoch ist es möglich, bei der Mittelung eine Gewichtung entsprechend der Last und der Wichtigkeit der einzelnen Abschnitte durchzuführen. Falls weiterhin die Streuung der Strafwerte zusammen mit dem Mittelwert berechnet wird, wird die Streuung ein Maßstab für die Kenntnis der Abweichung der jeweiligen Speiseleitungsspannungen und der jeweiligen Abschnittsspannungen sein.
Obwohl die Erläuterungen am Beispiel der Spannung gemacht wurden, können Abschnitte, die im Hinblick auf Verlust oder Oberwellen zuerst verbessert werden sollten, durch die Untersuchung der Verteilung von Strömen (und ebenso die sich vom Scheinstrom unterscheidenden jeweiligen Anteile von Wirk- und Blindströmen) und der Verteilung der entsprechenden harmonischen Anteile im Hinblick auf jeden Abschnitt durch eine gleichartige Abkürzung der Daten auf der Ebene der Speiseleitung oder der Bank ausgewählt werden.
Weiterhin können die Elektrizitätsmengen der entsprechenden Abschnitte der Speiseleitungen direkt gemessen werden und können direkt als Eingabewerte des Überwachungsgeräts 60 für ein hierarchisch aufgebautes Überwachungssystem benutzt werden, ohne die oben geschilderte Ausgabe des Abschnittslast-Vorhersagegeräts 16 zu benutzen.
In den vorher erläuterten Ausführungsbeispielen wurde ein Beispiel erläutert, in dem die Zentralstation und die Nebenstationen durch die Kommunikationsleitungen zum Übertragen und Empfangen von Mitteilungen verbunden waren. Jedoch ist es unter Benutzung des synchronisierenden Übertragungsprozesses für Stromsysteme, wie er in der japanischen Patentveröffentlichung Nr. 24328/1994 offenbart wurde, möglich, unter Benutzung einer Speiseleitung als Medium eines Kontrollsignals Kommunikation zwischen der Zentralstation und den Nebenstationen zu betreiben. In einem solchen System ist es nicht notwendig, zu den bestehenden Speiseleitungen ein neues Kabel hinzuzufügen, und es ist möglich, ein sehr zuverlässiges System mit geringeren Kosten aufzubauen.
Wie oben erklärt, läßt sich zusammenfassend sagen, daß das Stromversorgungs- Überwachungssystem in den Ausführungsbeispielen dieser Erfindung auf der einen Seite tatsächlich in Echtzeit Werte mißt, wie etwa die Elektrizitätsmenge z. B. am Einspeisepunkt der Speiseleitung am Bus und die Elektrizitätsmenge, die zwischen der besonderen elektrischen Einrichtung und der Speiseleitung fließt. Auf der anderen Seite sagt das System Werte wie die Elektrizitätsmenge einer Vielzahl von Abschnitten der Speiseleitung vorher. Daher kann das Verhalten des Systems mit Hilfe einer minimalen Menge von Daten genauestens vorhergesagt werden und das Versorgungssystem kann zur optimalen Kontrolle überwacht werden.
Weiterhin gibt es den Effekt, daß auf Grundlage der elektrischen Mengen in den einzelnen Abschnitten ein Auswertungsbetrag für eine Speiseleitung als Einheit und eine Bank als Einheit berechnet wird, was eine Darstellung des Systems auf hoher Ebene umfaßt. Weiterhin wird ein Bereich überwacht, in dem der Auswertungsbetrag der Speiseleitung als Einheit und der Bank als Einheit von einem Referenzauswertungsbetrag abweichen darf, so daß die vorzugsweise zu verbessernden Abschnitte im Gesamtsystem gefunden werden können.
Obwohl diese Erfindung an mehreren Ausführungsbeispielen illustriert wurde, ist sie nicht auf diese beschränkt und Variationen, Veränderungen und Verbesserungen sind innerhalb des erfinderischen Gesamtkonzepts möglich.

Übersetzung der Beschriftungen in den Zeichnungen

1. Nach Bezugszeichen geordnete Beschriftungen

1,1a, 1b - Transformator
2, 2a, 2b - Bus
3, 3a, 3b - Leistungsschalter
4, 4a, 4b, 4c, 4d, 4e, 4f - Speiseleitung
5a, 5b, 5c, 5d, 5e, 5f - Schalter
6, 6a, 6b, 6c, 6d, 6e - allgemeine elektrische Einrichtungen
7 - besondere elektrische Einrichtung
7a - hohe Verbrauchslast
7b - Einrichtung zur Energieerzeugung
8 - Sensoreinrichtung
8a - Spannungssensor
9b - Stromsensor
9 - Nebenstation
9a - Verstärker
9b - AD-Wandler
9c - Mikrocomputer
9d - Speicher
9e - Kommunikationsterminal
10 - Sensoreinrichtung
11 - Nebenstation
12 - Kommunikationsterminal
12a, 12b - Hauptstationen
13 - Kommunikationsleitung
14 - Stromnetzüberwachungs- und Kontrollgerät
16 - Abschnittslast-Vorhersagegerät
17 - Verwaltungsinformations- Aufbereitungsgerät
18 - Darstellungsgerät
19 - Kommunikationsgerät
20 - Eingabegerät für den in den Vergangenheit aufgezeichneten Stromverbrauch
21 - Lastverteilungskoeffizienten- Lerngerät
21a - Eingabeschicht
21b - Zwischenschicht
21c - Ausgabeschicht
21d - Vergleichsschicht
21e - Lernsignalschicht
22 - Verwaltungsinformations- Eingabegerät
25 - besondere elektrische Einrichtung
26 - besondere elektrische Einrichtung
27 - Sensoreinrichtung
28 - Sensoreinrichtung
29 - Nebenstation
30 - Nebenstation
31a, 31b, 31c, 31d, 31e - Nebenstation
60 - Überwachungsgerät für hierarchische Systeme
61 - Abschnittselektrizitätsmengen- Berechnungsgerät
62 - abschnittsweises Überwachungsgerät
63 - speiseleitungsweises Überwachungsgerät
64 - bankweises Überwachungsgerät
66 - Überwachungs- und Kontrollobjektsabtastgerät
70 - elektrische Einrichtungen
100 - übergeordnetes Stromnetz
200 - Zentralstation
300 - Stromversorgungssystem
S21 - Übertrage Meßbeginn-Befehl
S22 - Halte den Speicher
S23 - Berechne Phasendifferenz Φ&sub1; (ΦV) aus V&sub1; (V)
S25 - Lege V&sub1;, Ip1, Iq1 im Speicher ab
S26 - Abruf
S27 - Übertrage Speicherdaten
S28 - Empfange Daten
S29 - Übertrage Daten zum Systemüberwachungs- und Kontrollgerät
S31 (Fig. 3) - Empfange Daten der Stationen vom Kommunikationskontrollgerät 19 Nebenstation 9: V&sub1;, Ip1, Iq1 Nebenstation 11: VL, IpL, IqL
S32 (Fig. 3) - Berechne Wirk- und Blindleistung an jedem Abschnitt Abschnitt von Station 9: Abschnitt von Station 11:
S34 (Fig. 3) - Nimm die gelernten Lastverteilungskoeffizienten des Abschnitts i zur Zeit T&sub1; vom Verwaltungsinformations- Aufbereitungsgerät
S35 (Fig. 3) - Berechne Wirk- und Blindleistung in jedem Abschnitt
S31 (Fig. 15) - Erkenne Stromausfallsabschnitt anhand des Öffnungs- und Schließzustands des Schalters
S32 (Fig. 15) - Lies die momentane Lastleistung vom Abschnittslast- Vorhersagegerät 16
S33 (Fig. 15) - Lies Bach-up-Leistung der Speiseleitung 4b vom Abschnittslast-Vorhersagegerät 16
S34 (Fig. 15) - Erhalte aus einem heuristischen Verfahren einen Ablaufplan von Schaltvorgängen, der es ermöglicht, den Stromausfall unter gegebenen beschränkten Bedingungen zu minimieren
S35 (Fig. 15) - Gib die Anweisungen zum Öffnen und Schließen an die Nebenstation mit Schalter aus
S41 - Berechne Wirkstrom, Blindstrom und Spannung in jedem Abschnitt
S43 - Stelle i und Vi dar

2. Beschriftungstext ohne Bezugszeichen in alphabetischer Reihenfolge

Amplifier - Verstärker
A-D Converter - AD-Wandler
Calculate phase difference ΦL(ΦV) from VL(V) - Berechne Phasendifferenz ΦL(ΦV) aus VL(V)
Comparative method - Vergleichsverfahren
Comunication terminal - Kommunikationsterminal
contd. - fortgesetzt
End - Ende
Hold memory - Halte den Speicher
Input point - Einspeisungspunkt
Input point remote station - Einspeisungspunkt- Nebenstation
Mean - Mittelwert
Memory - Speicher
Mikrocomputer - Mikrocomputer
Penalty value - Strafwert
Present invention - vorliegende Erfindung
Reference voltage - Referenzspannung
Section voltage - Abschnittsspannung
Specific facility remote station - Nebenstation für eine besondere Einrichtung
Store VL, IpL, IqL in memory - Lege VL, IpL, IqL im Speicher ab
Time (hours) - Zeit (Stunden)
To LAN15 - zu LAN15
Transmit memory data - Übertrage Speicherdaten
Voltage prediction error - Spannungsvorhersagefehler
Worst - schlechtester Wert
Worst in distibution feeder- schlechtester Wert der Speiseleitung
Worst in section - schlechtester Wert des Abschnitts
Voltage deviation degree - Grad der Spannungsabweichung

Claims

1. Elektrisches Stromversorgungs-Überwachungssystem für eine Stromversorgungsleitung (4), die mehrere Abschnitte mit mehreren elektrischen Lasten (6a-e, 7, 25 und 26), die unter Bildung eines Stromversorgungsnetzes mit der Stromversorgungsleitung verbunden sind, aufweist, gekennzeichnet durch:

(a) mindestens einen ersten Leistungssensor oder Sensoren (8) zur Messung einer der Leitung (4) an ihrem Leistungseinspeisungsende zugeführten Leistung,

(b) mindestens einen zweiten Leistungssensor oder Sensoren (10, 27, 28) zur Messung einer zwischen der Leitung und mindestens einer spezifischen Last (7, 25, 26) unter den genannten Lasten fließenden Leistung, und

(c) eine Berechnungseinrichtung (16) zur Abschätzung elektrischer Werte für mindestens einen Abschnitt der Leitung in Abhängigkeit beider von dem ersten und dem zweiten Sensor gemessener vorliegender elektrischer Werte sowie vorbestimmter Daten zum Leistungsverbrauch durch die genannten Abschnitte.

2. System nach Anspruch 1, wobei der mindestens eine zweite Leistungssensor einen zweiten Leistungssensor (10) zur Messung einer in einen Zweig des Netzes, der die spezifische Last (7) mit der Leitung (4) verbindet, strömenden Leistung oder zwei zweite Leistungssensoren (27, 28) zur Messung der in der Leitung an entsprechenden Punkten in der Leitung, zwischen denen mindestens eine solche spezifische Last (25, 26) mit der Leitung verbunden ist, strömt, um dadurch eine Messung einer zwischen der Leitung und der genannten mindestens einen spezifischen Last strömenden Leistung zu bewirken.

3. System nach Anspruch 2, wobei die oder jede spezifische Last (7, 25, 26) eine Last darstellt, die im Durchschnitt mindestens 5% des Gesamtverbrauchs aller mit der Leitung verbundenen Lasten braucht.

4. System nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei die Berechnungseinrichtung eingerichtet ist, geschätzte Leistungswerte in jedem der genannten Abschnitte der Leitung (4) zu berechnen.

5. System nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei die genannten Daten als Daten über den vergangenen Leistungsverbrauch Daten über den vergangenen Leistungsverbrauch innerhalb jedes Abschnitts der Leitung beinhalten.

6. System nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei die Berechnungseinrichtung außerdem eingerichtet ist, aus Abschnitten den Grad der Abweichung der geschätzten elektrischen Werte von einem vorbestimmten Standardwert bzw. vorbestimmten Standardwerten zu berechnen.

7. System nach Anspruch 1, wobei die Berechnungseinrichtung die Differenz von dem ersten Sensor und dem zweiten Sensor gewonnener elektrischer Werte berechnet und aufgrund der berechneten Differenzwerte den gesamten Leistungsverbrauch innerhalb allen anderen Abschnitten als in der spezifischen Last bzw. den spezifischen Lasten berechnet.

8. System nach Anspruch 1, wobei die Berechnungseinrichtung die elektrischen Werte auch in Abhängigkeit einer Sammlung elektrischer Werte schätzt, die von dem ersten und dem zweiten Sensor gemessen sind.

9. Verfahren zur Überwachung eines elektrischen Stromversorgungsnetzes, das eine Stromversorgungsleitung (4) aufweist, die mehrere Abschnitte mit mehreren elektrischen Lasten (6a-e, 7, 25, 26), die unter Bildung eines Stromversorgungsnetzes mit der Stromversorgungsleitung verbunden sind, aufweist, gekennzeichnet durch:

(a) Messen einer der Leitung an ihrem Leistungseinspeisungsende zugeführten Leistung,

(b) Messen einer zwischen der Leitung und mindestens einer spezifischen Last (7, 25, 26) unter den Lasten strömenden Leistung, und

(c) Schätzen elektrischer Werte für mindestens einen Abschnitt der Leitung in Abhängigkeit beider genannten Messungen sowie vorbestimmter Daten über den Leistungsverbrauch der Abschnitte.