能量消耗管理的制作方法
【专利摘要】描述了用于控制配电网络中的电能消耗以减小给定时间段期间给定区域中的净能量消耗的方法、系统和设备。具体地，描述了一种用于控制配电网络中的电能消耗的方法。该方法包括：维护关于电气设备的信息的数据库，并且识别将要控制电能消耗的时间段。该方法进一步包括：基于数据库中存储的设备配置文件信息，选择电气设备的组，并且使一个或多个时间间隔与每个所选择的组相关联。向所选择的组的电气设备发送请求，以控制电气设备的电能消耗和／或供应。这能够使得在相应时间间隔期间净电能消耗减小。
【专利说明】能量消耗管理
【技术领域】
[0001]本发明涉及配电网络中的能量消耗管理。具体地但是不限于，本发明涉及连接至网络的电气设备组的能量消耗和供应的管理。
【背景技术】
[0002]通常经由配电网络从诸如发电站的发电机向诸如家庭住户和企业的消费者供电。图1示出了包括输电网100和配电网102的示例性分配网络。输电网连接至发电厂104，其例如可以是核电厂或燃气厂，使用诸如架空电力线的电力线从发电厂以非常高的电压(例如，在英国，这通常是204kV量级，然而，这因国家而异)向配电网102输送大量的电能；虽然为了简明起见，这里仅示出了一个配电网102，但是实际上，典型的输电网向多个配电网供电。输电网100经由变压器节点106连接至配电网102，变压器节点106包括变压器106，其将电力供应转换到低电压(例如，在英国，这通常是50kV量级，然而，这因国家而异)以在配电网102中进行分配。配电网又经由子站108连接至诸如供应家庭用户114的城市网络112的局域网以及诸如工厂110的工业用户，其中，子站108包括用于转换到更低电压的进一步的变压器。诸如风电场116的较小的发电机也可以连接至配电网102并向其供电。
[0003]与给定网络相关的总功耗随时间显著变化；例如，当许多用户使用其空调机组时，在夏天一天中最热的时候，会出现峰值消耗时段。由于存储大量的电是昂贵的，因此通常在需要时才发电，如此由于试图满足峰值时间时的要求，使得会给发电机带来了负担。此外，近年来，通过诸如太阳能或风能的间歇可再生能源形式产生的电力的比例在增大，而间歇可再生能源发电的能力取决于难以预测并不受发电机的操作员控制的环境条件。在不同地理区域之间，对于电能的需求也会有相当大的变化；使得难以向称为“热点”的高需求区域供应所需量的电能，导致这些区域中潜在停电，和/或配电网络资源不足。
[0004]因此，越来越需求一种更有效的方式来管理电力网络中的能量消耗。对于该问题的解决方法包括向用户提供定价和其他信息，要求用户在例如智能电表上监控电价，并且对来自电力供应商的价格信号作出响应。然而，这对执行监控的用户带来了相当大的负担。其他解决方法包括在中心位置远程监控网络中的电力消耗设备，并且在需求高时发送命令来禁用设备。然而，对于在较长时间不能使用其设备的用户而言，这造成了相当大的不便。
[0005]本发明的目标在于至少缓解现有技术的一些问题。
【发明内容】
[0006]根据本发明的第一方面，提供了一种控制配电网络中的电能消耗的方法，该配电网络向地理区域供应电能，多个电气设备分布在地理区域中，其中，每个电气设备可连接至配电网络以消耗从配电网络供应的电能，从而增大地理区域中的净电能消耗量，和/或每个电气设备向配电网络供应电能，从而减小地理区域中的净电能消耗量，该方法包括:
[0007]维护包括与地理区域中的电气设备有关的配置文件信息的设备数据库；
[0008]识别所述配电网络供应的电能的消耗将要被控制的时间段；[0009]基于配置文件信息，选择位于地理区域中的电气设备的多个组，每个组都包括多个电气设备；
[0010]使一个或多个时间间隔与每个所选择的组相关联，与给定的所选择的组相关联的一个或多个时间间隔不同于与其他所选择的组相关联的一个或多个时间间隔，每个所述时间间隔都是相关组的净电能消耗将要被控制的所述时间段的时间间隔；
[0011]在各相关时间间隔期间，发送用于在所选择的组的电气设备接收的一个或多个请求，以控制电气设备的电能消耗和/或供应，从而减小地理区域中的净电能消耗。
[0012]在一些实施例中，对于所选择的组中的至少一个，所述一个或多个请求导致与所述至少一个组相关联的电能消耗的减小。
[0013]在一些实施例中，对于所选择的组中的至少一个，所述一个或多个请求导致与所述至少一个组相关联的电能供应的增大。
[0014]通过在不同时间控制不同的电气设备组中的能量消耗，分布式网络中的控制节点可以减小给定时间段中的净能量消耗。通过将时间段分成不同的时间间隔，并且在每个时间间隔控制不同的组，可以实现净能量消耗减小，而不会对电气设备的任何个体用户或者任意设备组的用户带来显著不便。此外，通过在每个时间间隔控制不同组，可以使能量消耗成形为，使得在不同时间段，在分布式网络中消耗的整体电能有很小的变化。可以协调组及其控制，以在通过以非协调方式控制各个设备不可能实现的程度上控制能量消耗模式。
[0015]在一些实施例中，该方法包括:在相关时间间隔期间，在电气设备被设置为消耗电能的情况下，减小电气设备消耗的电能的量，并且在电气设备被设置为供应电能的情况下，增大电气设备供应的电能的量。
[0016]在一些实施例中，该方法包括:在相关时间间隔期间，断开被设置为消耗电能的电气设备并且连接被设置为供应电能的电气设备。
[0017]在一些实施例中，一个或多个选择的电气设备包括发电机，并且一个或多个请求导致发电机产生的电能增大。
[0018]在一些实施例中，相关的一个或多个时间间隔被设置为使得净能量消耗减小的组在整个时间段顺序变化。
[0019]在一些实施例中，给定的电气设备的配置文件信息涉及给定电气设备的控制可用性，并且基于给定的电气设备在给定的时间间隔期间是否可用于控制来执行给定电气设备的分配。
[0020]在一些实施例中，所述配置文件信息包括与至少一些所述电气设备的能量恢复属性有关的能量恢复信息，并且基于所述能量恢复信息来执行多个组的所述选择。
[0021]在一些实施例中，所述配置文件信息包括与至少一些所述电气设备有关的所有者信息，并且基于所述所有者信息来执行多个组的所述选择。
[0022]在一些实施例中，所述配置文件信息包括与至少一些所述电气设备有关的运行特性信息，并且基于所述运行特性信息来执行多个组的所述选择。
[0023]在一些实施例中，所述配置文件信息包括关于至少一些所述电气设备的设备类型的信息，并且基于所述设备类型信息来执行多个组的所述选择。
[0024]在一些实施例中，所述配置文件信息包括给定的电气设备是被配置为消耗电能还是所述给定的电气设备被配置为供应电能的指示。[0025]在一些实施例中，所述配置文件信息包括指示与所述电气设备相关联的能量消耗量和/或能量供应量的能量量指示符，并且该方法包括:
[0026]识别在时间段期间要减小的净电能消耗量；以及
[0027]基于能量量指示符将电气设备分配到组。
[0028]在一些实施例中，配置文件信息包括指示给定电气设备的位置的位置指示符，并且该方法包括:
[0029]识别电能消耗将要被控制的给定区域，所述给定区域是由所述配电网络供电的所述地理区域中的区域；以及
[0030]基于位置指示符，选择位于地理区域中的电气设备的多个组。
[0031]在一些实施例中，该方法包括在与所述给定区域相关联的控制节点维护所述设备数据库。
[0032]在一些实施例中，该方法包括从所述控制节点发送所述一个或多个请求。
[0033]在一些实施例中，设备数据库包括标识位于给定区域中的电气设备的设备标识符。在一些实施例中，该方法包括:在所述控制节点，使用所述设备标识符监控所述电气设备的电能消耗和/或供应模式，以汇编关于与所述电气设备相关联的电能消耗/供应模式的统计信息；将统计信息提供到中心节点以记录在设备数据库中；并且基于统计信息将电气设备分配到组。通过将统计信息提供到中心节点用于每个可识别的电气设备，可以维护在配电网络中运行的所有电气设备的行为的精确和最新的统计模型，从而提高了控制节点作出的决定的可靠性和有效性。
[0034]在一些实施例中，控制节点被设置为与中心节点通信，中心节点包括用户数据库，用户数据库识别与每个电气设备相关的用户。设备数据库可以被设置为存储不同于设备标识符的其他标识符，其他标识符每个都标识相应的电气设备，用户数据库包括所述其他标识符。这些特征使得在用户数据库和设备数据库之间共享关于各个设备的数据，使得，例如用户数据库作出的改变可以反映在设备数据库中，而无需在控制节点本地存储关于用户的个人数据。
[0035]在一些实施例中，该方法包括改变其他标识符。例如，这可以每天来完成，并且为用户提供了增大的匿名度。
[0036]在一些实施例中，多个电气设备分布在所述地理区域中的多个场所。每个所述场所可以经由配电馈线连接至所述配电网络。
[0037]在一些实施例中，该方法包括:经由与给定的所述场所相关联的能量管理系统中的网关发送用于在电气设备接收的一个或多个所述请求，所述能量管理系统被配置为根据用于控制与所述网关相关联的设备所定义的规则，控制所述给定场所的电气设备的电能消耗和/或供应。
[0038]在一些实施例中，该方法包括:基于请求是否与定义的规则兼容的确定，在网关确定是否将请求传送到电气设备。
[0039]在一些实施例中，该方法包括:在一个或多个预定时间缓存一个或多个请求以用于执行。
[0040]在一些实施例中，该方法包括:当一个或多个请求与所述定义的规则不兼容时，更新设备数据库。[0041 ] 在一些实施例中，该方法包括:
[0042]基于所述配置文件信息分配电气设备以生成多个模型；
[0043]根据一个或多个能量管理标准评估多个模型；
[0044]基于所述评估确定优选模型的一个或多个特性；以及
[0045]至少部分地基于所确定的特性执行组的所述选择。
[0046]在一些实施例中，上述的确定包括:内插和/或外推所述生成的多个模型，以确定所述一个或多个特性。
[0047]在一些实施例中，所述能量管理标准包括财务数据，所述财务数据涉及具有时间依赖性的电能市场价值、平衡管理服务以及约束管理服务中的至少一个。
[0048]根据本发明的第二方面，提供了一种用于控制配电网络中的电能消耗的控制节点，所述配电网络向地理区域供应电能，多个电气设备分布在所述地理区域中，其中，每个所述电气设备可连接至所述配电网络以消耗从所述配电网络供应的电能，由此增大所述地理区域中的净电能消耗量，和/或每个所述电气设备向所述配电网络供应电能，由此减小所述地理区域中的净电能消耗量，所述控制节点包括:
[0049]通信装置，所述通信装置用于发送在所述电气设备接收的请求，并且用于与中心节点通信，所述中心节点包括被配置为存储关于每个所述电气设备的配置文件信息的设备数据库；
[0050]输入装置，被配置为接收配电网络中的电能消耗将要被控制的时间段的指示；以及
[0051]处理装置，被配置为执行以下操作:
[0052]基于所述配置文件信息，选择所述电气设备的多个组，每个所述组都包括多个所述电气设备；
[0053]使一个或多个时间间隔与每个所选择的组相关联，与给定的所选择的组相关联的所述一个或多个时间间隔不同于与其他所选择的组相关联的所述一个或多个时间间隔，每个所述时间间隔是相关组的净电能消耗将要被控制的所述时间段的时间间隔；以及
[0054]在各相关时间间隔期间，经由所述通信装置发送用于在所选择的组的所述电气设备接收的一个或多个请求，以控制所述电气设备的电能消耗和/或供应，由此减小所述地理区域中的净电能消耗。
[0055]根据本发明的第三方面，提供了一种用于控制配电网络中的电能消耗的系统，所述配电网络向地理区域供应电能，多个电气设备分布在所述地理区域中，其中，每个所述电气设备可连接至所述配电网络以消耗从所述配电网络供应的电能，由此增大所述地理区域中的净电能消耗量，和/或每个所述电气设备向所述配电网络供应电能，由此减小所述地理区域中的净电能消耗量，所述系统包括:
[0056]多个控制节点，每个控制节点都与地理区域中的不同区域相关；以及
[0057]所述中心节点。
[0058]在一些实施例中，配置文件信息存储在所述设备数据库中的所述电气设备与不同的用户账户相关联，并且所述中心节点包括用户接口，用于所述用户访问所述账户以及修改所述设备数据库中存储的信息。该特征允许用户实时地修改其拥有的电气设备的期望运行特性，以防止系统不方便地限制设备的使用。[0059]通过以下结合附图仅以实例的方式给出的对本发明实施例的描述，本发明的进一步的特征和优点将变得显而易见。
【专利附图】
【附图说明】
[0060]图1示出了现有技术的配电网络；
[0061]图2示出了用于实施本发明实施例的系统，其包括中心节点、多个控制节点以及多个电气设备；
[0062]图3示出了根据本发明实施例的示例性电气设备和电气设备控制单元；
[0063]图4示出了根据本发明实施例的示例性中心节点；
[0064]图5示出了根据本发明实施例的示例性用户数据库；
[0065]图6示出了根据本发明实施例的控制节点；
[0066]图7示出了根据本发明实施例的示例性设备数据库；
[0067]图8示出了根据本发明实施例的用于控制配电网络中的能量消耗的处理的流程图；
[0068]图9示出了根据本发明实施例的在控制节点控制下的电气设备组的净能量消耗模式；
[0069]图10是示出根据本发明实施例的被抵消的能量消耗的实例的图表；
[0070]图1la示出了根据本发明实施例的在控制节点控制下的示例性电气设备组的能
量消耗；
[0071]图1lb是示出根据本发明实施例的受控的多个组的能量消耗模式的图表；
[0072]图12a示出了根据本发明实施例的被控制为形成组的多个电气设备组的总能量消耗模式；
[0073]图12b示出了用于本发明实施例的电气设备组的能量消耗模式；
[0074]图13示出了用于本发明实施例的电气设备的能量恢复分布图；
[0075]图14a示出了根据本发明实施例的其中控制节点与能量管理系统相连接的系统；
[0076]图14b示出了根据本发明实施例的接口管理器。
【具体实施方式】
[0077]图2示出了可以实施本发明实施例的配电网络。网络包括连接至一个或多个控制节点202的中心节点200，每个控制节点都覆盖诸如国家、地区、州、邮递区或电力市场区、或者包括多个用户场所(例如，多个居住或工作场所)的任何其他区域的地理区域。每个控制节点202都经由变电站和/或配电馈线通过电力线206连接至能量消耗/供应设备208a至2081，以下称为电气设备208。电气设备208a至2081中的每个都消耗和/或供应电能。消耗电能的电气设备208的实例包括诸如电热水器、空调机组、和洗衣机的家用器具以及诸如工厂机器的工业设备。电能供应方的实例包括诸如太阳能电池板和风力发电机组的电能发电机以及诸如电池的蓄电装置。还有一些电气设备208可以有时消耗电能但是在其他时间提供电能，诸如个人电动车(PEV)5PEV通常具有存储大量电力的能力，并且可以在静止时连接至电力网络，允许在高需求时用作网络的电源，并且在这样的时间，PEV的电池中存储的电力馈送回网络。[0078]这里使用的术语“电气设备”包括单个器具或设备以及这种器具和设备的集合，诸如特殊营业场所或家。电气设备208a至2081中的每个都注册到控制机制，在该控制机制中，设备的拥有者允许控制机制的操作员控制至/自电气设备208a至2081的能量传输。
[0079]虽然为了简单起见，在图2中仅示出了 12个电气设备208a至2081，但是应当理解，实际上，网络将通常包括数百或数千个这种设备。
[0080]所注册的电气设备208a至2081中的每个具有相关的电气设备控制单元210a至2101，用于控制至/自电气设备208a至2081的能量传输(B卩，供应和/或消耗)。图3示出了电气设备208和电气设备控制单元210的示例性布置。电气设备控制单元210包括:控制元件304，用于减小/增大至/自配电网102的电气设备208的能量消耗/供应；以及智能电表302形式的测量装置。控制元件304可以包括:开关，用于将电气设备208连接至配电网102/与配电网102断开连接；和/或任意电气或电子装置，其允许电气设备208的功能设定点改变电气设备208 (例如，自动调温器和湿度传感器、照度传感器、压力传感器、红外线传感器等)的电力消耗/供应。电气设备控制单元210被设置为经由通信接口 306从控制节点202接收指令，并且向控制节点202发送电表测量结果。电气设备控制单元210包括处理器308，其被设置为控制智能电表302、控制元件304以及通信接口 306的功能。虽然这里将电气设备控制单元210示出为独立于电气设备208的设备，但是在一些实施例中，电气设备控制单元210集成到电气设备208中。
[0081]图4中示出了中心节点200的示例性元件。中心节点200包括时钟402、处理器404形式的处理装置、用户数据库406、通信接口 408形式的通信装置、以及用户接口 410形式的输入装置。
[0082]用户数据库406存储包含用户信息的用户账户。图5中示出了用户数据库406的示例性记录结构。用户数据库406包括用户标识符502、姓名504、地址506、密码508、以及包括每个用户所拥有的电气设备208列表的设备字段510。对于用户数据库406中记录的每个电气设备208,都存储有用于标识电气设备208的相关设备标识符512、同样标识电气设备208的另一标识符514 (这里称为伪标识符)、标识与电气设备208相关联的位置的位置标识符516、诸如用户定义的可用性518和设备能量恢复属性520的设备运行特性、以及统计配置文件522。设备运行特性还可以定义电气设备208的设备类型(即，例如，设备是否是空调机组、冰箱、或浸入式加热器)。用户数据库406还可以包括银行详细资料和/或联系详细资料，诸如用户的地址或电话号码。以下将更详细地描述用户数据库406中存储的信息的使用。
[0083]用户接口 410被设置为经由诸如ADSL、GSM、和/或3G的固定或无线通信装置向/自用户传输和接收信息。使用认证装置和访问控制机制(诸如通过正确地输入用户数据库406中存储的密码)，用户可以经由用户接口 410访问和更新用户数据库406。经由用户接口 410，用户可以向他的/她的用户账户注册一个或多个电气设备208，和/或更新存储在用户数据库406中与电气设备相关的信息。
[0084]图6中示出了控制节点202的示例性部件。控制节点202包括时钟602、处理器604形式的处理装置、设备数据库606、通信接口 608形式的通信装置以及网络接口 610形式的输入装置。
[0085]设备数据库606包含用户数据库406的一部分，其可以经由可以建立在通信接口408,608之间的通信链路通信到控制节点202。图7示出了设备数据库606的示例性记录结构。设备数据库606包括与电气设备208有关的配置文件信息，诸如设备标识符702、伪标识符704、设备位置706、诸如用户定义的可用性708和设备能量恢复属性710的设备运行特性、以及用于记录与每个电气设备208的能量消耗/供应有关的设备统计712的字段。通常，设备数据库606不包含与用户有关的任何信息。
[0086]网络接口 610被设置为从诸如控制机制操作员的一方接收指令，以控制给定时间段给定区域中的能量消耗。网络接口 610被设置为经由诸如ADSL、GSM、和/或3G的固定或无线通信装置接收这些指令。
[0087]如下文中更详细地描述的，响应于这些指令的接收，控制节点202被设置为经由通信接口 608向与控制节点相关的区域中的电气设备208发送请求。可以使用设备数据库606中存储的设备标识符702来发送这些请求；设备标识符702可以包括网络地址，诸如使得能够识别电气设备208的IP地址，来用于发送这些请求。电气设备208和/或其相关电气设备控制单元210包括通信接口 306，用于从控制节点202接收请求和其他信息并向控制节点202发送信息。其中，为了简明起见，涉及接收和/或发送信息的电气设备208，而没有涉及电气设备控制单元210 ;然而，在进行这种引用时，将会理解，这还包括向和/或从相关电气设备控制单元210发送的信息。
[0088]控制节点202可以设置为收集与其控制下各个电气设备208的能量使用的统计数据。如上面提到的，电气设备控制单元210可以包括智能电表302 ;与相关电气设备208的能量消耗有关的数据可以通信到控制节点202，以允许其建立统计数据，该统计数据例如涉及一天内经常使用电气设备208 (因此消耗和/或供应电能)的时间、其消耗或供应了多少能量、等。该统计信息可以存储在设备数据库606的“记录统计”字段712中。其还可以被通信到中心节点200，以存储在用户数据库406的统计配置文件字段522中。
[0089]设备数据库606中存储的一些数据是从中心节点200的用户数据库406 (由用户提供)接收的；例如，位置指示符516以及用户定义的设备可用性518通常以这种方式被提供到设备数据库606。上面提到的伪标识符514用于该目的。设备数据库606中存储的给定电气设备208的伪标识符704与用户数据库406中的所述给定电气设备208的伪标识符514相同或者与之对应。例如，当由于用户经由用户接口 410改变诸如与他的/她的一个或多个设备相关的可用性的信息，发生用户数据库406中存储的信息改变时，中心节点200的处理器404可以经由通信接口 408将该改变通信到控制节点202。使用对应电气设备208的伪标识符来通信数据的变化，使得控制节点202的处理器604能够识别设备数据库606中的相关电气设备208，并且对设备数据库606中的对应条目进行必要修改。类似地，可以使用伪标识符来发送与特定电气设备208有关的任何数据以识别相关的电气设备，该任何数据从控制节点202发送到中心节点200。
[0090]由于以下的原因，以这种方式使用伪标识符提高了数据安全性。首先，由于伪标识符不同于用于控制节点202和各个电气设备208之间的通信的设备标识符，对于监控通信的恶意的第三方而言，更难以确定涉及通信的电气设备208的位置或任何其他特征。其次，与设备标识符相比，伪标识符本身不提供关于例如所涉及的电气设备的网络位置的任何信息。在其中例如正在通信电气设备208的可用性信息的情况下，这是有利的，这是因为，将电气设备的位置以及其可被控制的时间透露给可能在任意通信上“监听”的第三方显然是不可取的，原因在于后者可以指示电气设备所处的地方(property)此时会空置。为了进一步提高数据安全性，伪标识符可以规律性变化，例如，每天。
[0091]中心节点200和控制节点202之间的通信通常经由通信接口 408、608。
[0092]图8示出了控制节点202控制给定时间段内给定区域中能量消耗所使用的方法。在以下的讨论中，涉及执行各种动作的控制节点202。虽然为了简明起见进行了省略，但是将会理解，根据需要，动作通常由处理器604配合时钟602来执行。
[0093]在步骤800，控制节点202识别与控制节点202相关联的地理区域中能量消耗受到控制的给定区域；通常，基于经由网络接口 610接收的指令来执行该识别。例如，如果控制节点与国家相关，则控制机制操作员可以向控制节点202发送指令，以控制诸如城市、街道、邮政代码的特定地理区域或包括多个用户场所(即，多个居住或工作场所)的任何其他区域中的能量消耗。在步骤802，控制节点202识别能量消耗受到控制的时间段(例如，一天内的时间)；再次，该信息可以包括在经由网络接口 610接收的指令中。
[0094]在步骤804，基于所识别的区域和时间段，控制节点202选择多个电气设备208组。基于设备数据库606中存储的位置指示符来选择电气设备208，使得只有位于所识别区域中的电气设备被选择。控制节点202还可以使用设备数据库606中存储的关于用户定义的可用性和/或能量恢复属性的信息来分配组。在一些实施例中，控制节点202使用上一时间段的通信信息来确定给定电气设备208的可用性。在步骤806，控制节点202将时间段分成多个时间间隔。在步骤808，控制节点使所选择的每个组与一个或多个时间间隔相关联，不同时间间隔与不同组相关联。与给定组相关联的时间间隔是时间段中该组的电能消耗/供应受到控制的时间间隔。
[0095]在步骤810，在每个时间间隔，控制节点202向给定区域中与该时间间隔相关联的每个组的电气设备208发送控制能量消耗的一个或多个请求。这些请求被电气设备208接收，并且例如通过使电气设备控制单元210操作控制元件304，使得相应时间间隔中相应组的净电能消耗减小和/或电能供应增大，从而导致电气设备208的电能消耗减小或电能供应增大。这里，将能量设备208的给定组的净能量消耗定义为给定组的电气设备208消耗的总能量量和供应的能量量之间的差；换句话说，由电气设备208供应(例如，生成)的能量定义为等同能量量的“负消耗”。因此，净电能消耗的减小可以通过如下实现:在电气设备208设置为消耗电能的情况下，断开电气设备208与配电网102的连接，或者以其他方式减小电气设备208的电能消耗量，和/或在电气设备208被设置为供应电能的情况下，将电气设备208连接至配电网102，或者以其他方式增大电气设备208的电能供应量。
[0096]虽然在上述示例性方法中，在步骤804基于位置指示符选择电气设备，但是在一些实施例中，可以基于与电气设备有关的其他配置文件信息(如上所述，诸如设备存储器606中存储的配置文件信息)可选地或另外地进行选择。在这种实施例中，可以省略识别其中能量消耗受到控制的区域的步骤(步骤804)。
[0097]如以上参照图8所述，通过控制多个电气设备208组的能量消耗和/或供应，在步骤802识别的时间段内，可以减小在步骤800识别的给定区域中的净能量消耗量。
[0098]控制节点202可以生成组的启发式模型，并且相对能量管理标准评估其适用性。能量管理标准可以包括财务数据。财务数据可以涉及一个或多个时间依赖性的能量市场价值、平衡管理服务以及约束管理服务。能量管理标准可以响应于输电和/或配电网的平衡要求和/或网络的应急能力要求，并且可以包括输电网络拥塞的规定减小或者配电网络拥塞的规定减小。评估还包括确定哪个模型提供了给定时间间隔的能量消耗的最大增大或减小，哪个模型提供了能量需求峰值的规定时间偏移，或者哪个模型提供了能量成本的最大节省。启发式模型可以包括基于当前和/或预期的电能市场价值确定的时间依赖性的能量价格。基于对所生成的启发式模型的评估，控制节点202可以确定在每个时间间隔控制哪个电气设备208或者电气设备208组；这样，控制节点202可以优化电气设备208组的分配和控制，从而以所需的方式管理能量需求。
[0099]在一些实施例中，对于给定的控制开始时间，控制节点202可以通过改变模型的参数，创建有限的启发式模型集，覆盖宽范围的实施策略。例如，电气设备208到组的分配、控制每个控制组的时间间隔、以及在不同时间间隔控制每个组的程度都可以改变。由于这种多变量模型的参数空间相对较大，因此控制节点202可以随机地选择参数值或者基于历史上的成功模型来选择参数。控制节点202然后可以确定每个启发式模型中的电气设备的一个或多个特性或值，并且可以基于根据能量管理标准评估的模型有效性的评价，确定优选模型的特性。特性可以涉及运行特性、能量恢复特性、或可用于控制节点202进行控制的电气设备208的其他特性。控制节点202还可以生成财务预测集以用于包括优选模型的启发式模型集。控制节点202然后可以至少部分地基于优选模型的特性来选择组。
[0100]在一些实施例中，控制节点202可以在启发式模型的评估结果(或者所生成的财务或能量消耗数据)之间进行内插或从启发式模型的评估结果(或者所生成的财务或能量消耗数据)进行外推，并且可以基于内插和/或外推特性来确定优选模型的特性，以建立用于分配和控制电气设备208组的最优策略。这通过减小确定待实施的最优策略所要执行的计算数量，减小了控制节点202的计算负担。这又增大了控制节点202应对改变能量需求和/或能量市场条件的速度，从而增大了控制节点202的高效性。此外，可以减小控制节点202的计算负担，因此降低了实施控制节点202的成本。
[0101]图9是定义了六个组的实例的图形表示，其中，组I至组6，每个组都具有一个单位的默认能量消耗级别，即，在没有任何控制的情况下，每个组在示出的整个时段期间每小时消耗一个单位的能量。在该实例中，在从时间间隔I至时间间隔5的时间段内，控制能量消耗(即，减小至少一个组的能量消耗)。通过来自控制节点202的上述请求来控制每个组，以减小对应的一个或多个相关时间间隔期间的净能量消耗。在图9的实例中，假设每个时间间隔都具有一个小时的持续时间；然而，将会理解，根据需要，时间间隔的持续时间可以改变。
[0102]在图9示出的实例中，组I在第一时间间隔期间关闭(即，组I的能量消耗减小到零);组2和组3在第二时间间隔期间关闭，组4和组5在第三时间间隔期间关闭；组6和组I在第四时间间隔和组时间间隔期间关闭。紧跟在给定组的电气设备208关闭的每个时间间隔之后，电气设备208重新打开；例如，这可以是从控制节点202发送的进一步的请求的结果。
[0103]通过顺序减小(S卩，抑制)与每个组中的电气设备208相关的能量消耗，可以减小第一、第二、和第三时间间隔期间给定区域中消耗的能量总量，而不要求任何单个电气设备208或其组在长于单个时间间隔的任何连续时期关闭，这意味着可以减小电气设备的用户的不便性。[0104]如图9所示，在组已经关闭的每个时间间隔之后，每个组的净消耗通常增大。这是因为诸如各个电气设备208需要更加努力的工作以恢复停用期间丢失的能量等因素；例如，在空调机组的情况下，空调机组致冷的房间可能已经在“关闭”时间间隔内严重加热，导致当空调机组重新打开时，消耗更大量的能量。另一因素在于，从统计上，用户更有可能在电气设备208不可用之后的期间内对其进行使用。“关闭”间隔后电气设备208恢复能量的平均程度以及恢复该能量所花费的平均时间长度这里称为电气设备208的“能量恢复属性”。
[0105]在图9的实例中，假设每个组中的每个电气设备208都具有相同的能量恢复属性；在关闭I小时之后，设备在后续的第一个小时恢复2/3单位的能量，并且在后续第二个小时恢复1/3单位的能量。附图中的深色阴影区表示非控制状态下的组的能量消耗。浅色阴影区表示由于上述能量恢复而增大的能量使用。在该实例中，最终结果是，3单位小时的总能量平均向前移动了 4小时。相比于每个组都彼此独立地动作，和/或以非聚集的方式控制各个设备，能量消耗的该移动在幅度和时间上更大。
[0106]虽然在图9的实例中，时间间隔I至3期间的所有能量消耗减小都被时间间隔5至7期间的能量消耗的后续增大而抵消，但是可以理解，实际上，能量消耗的后续增大通常不是能量消耗的最初减小的100%，这是因为，在后续期间内将未必使用电气设备208，例如，空调机组可能不需要使用其在关闭期间内会使用的所有能量来将房间致冷回到所需温度。
[0107]此外，可以看出，即使后续能量消耗有显著后续增大，顺序控制多个组的净能量消耗使得配电网102的整体负荷动态调整。以上参照图8和9描述的方法可以用于改变能量消耗峰值的时序和/或大小。例如，如果给定地理区域中的能量消耗的峰值预计在图9的时间间隔I至3出现，则参照图9描述的控制能量消耗可具有移动峰值的时序和/或减小其幅度的效果，这可以避免或改善上述“热点”。由于并非给定地理区域中的所有电气设备208都必须控制，因此，如图所示，这些未受控制的电气设备208的消耗峰值将在时间间隔I至3期间出现，而受控电气设备208的峰值移动到时间间隔5至7 ;这使得具有平滑了峰值(即，使其在更长时间段内传播)并减小其幅度的效果。使用设备数据库606中存储的与电气设备208有关的配置文件信息，控制节点202的处理器604可以确定移动的能量量以及能量移动的时间长度。
[0108]如果控制节点202接收到将给定地理区域中的能量消耗的给定量移动(例如，3MWh)移动给定平均时间的指令(例如，以上参照步骤800和802描述的指令的一部分)，则上述步骤804可以包括:控制节点202选择含有如下电气设备208的组，其预计平均功耗总计是给定量(即，3MWh)并且其能量恢复属性为使得能量消耗移动的时间长度平均为给定的平均时间长度。控制节点202然后可以经由通信接口 608向电气设备208组发送在相关时间间隔期间关闭的请求。在发送请求后可以轮询给定组中的电气设备208以确认能量消耗的实际减小。在确定能量消耗的实际减小超过或低于所需量的情况下，可以调整组分配，并且重复该处理，直到实现了正确的能量减小。
[0109]在上述实例中，各个组被控制的时间间隔不重叠。然而，在一些实施例中，控制节点202可以重叠不同组被控制的时间间隔，例如，以允许时间间隔与用户定义的可用性喜好一致。在一些实施例中，例如，由于给定组中的电气设备208的可用性在给定时间段期间变化，因此，不同时间间隔的持续时间可以变化。[0110]如上所述，在一组已经被用于减小净能量消耗后，其将通常在后续时间间隔恢复该能量(或者其一部分)。在本发明的一些实施例中，控制节点202例如可以基于从网络操作员接收的请求来管理该恢复，例如通过使用不同组在后续时间间隔减小能量消耗。这样，控制节点可以在该时间段内调整能量消耗分布，并且在必要的情况下，显著增加给定地理区域中的净电能消耗。如上所述，可以向控制节点202发布指令，以在给定时间段内将能量消耗减小给定量。例如，可期望在时间间隔O内减小能量消耗，并且设置为使得直到时间间隔3之后都没有能量消耗的净恢复。图10示出了表示这些需求的目标能量消耗图。响应于这种指令，控制节点202使用算法来分配适当组，以满足目标能量消耗。现在将参照图1la和Ilb来描述用于确定这些组的属性的示例性方法。
[0111]从图1la中可以看出，例如通过关闭电气设备208的特定组(称为“组1”)，在时间间隔O节省了能量量A。如虚线所示，组I的每个电气设备208都被选择为具有相同的能量恢复属性。在该实例中，组I分别在时间间隔I中恢复能量量BI，在时间间隔2中恢复B2，并且在时间间隔3中恢复B3。这些能量量每个都是在时间间隔i中恢复的A的分数bi，使得
【权利要求】
1.一种控制配电网络中的电能消耗的方法,所述配电网络向地理区域供应电能,多个电气设备分布在所述地理区域中，其中，每个所述电气设备可连接至所述配电网络以消耗从所述配电网络提供的电能，由此增大所述地理区域中的净电能消耗量，和/或每个所述电气设备可连接至所述配电网络以向所述配电网络供应电能，由此减小所述地理区域中的净电能消耗量，所述方法包括: 维护包括与所述地理区域中的所述电气设备有关的配置文件信息的设备数据库； 识别将要控制所述配电网络供应的电能的消耗的时间段； 基于所述配置文件信息，选择位于所述地理区域中的所述电气设备的多个组，每个所述组都包括多个所述电气设备； 使一个或多个时间间隔与每个所选择的组相关联，与给定的所选择的组相关联的所述一个或多个时间间隔不同于与其他所选择的组相关联的所述一个或多个时间间隔，每个所述时间间隔是将要控制相关组的净电能消耗的所述时间段的时间间隔； 在各相关时间间隔期间，发送用于在所选择的组的所述电气设备处接收的一个或多个请求，以控制所述电气设备的电能消耗和/或供应，由此减小所述地理区域中的净电能消耗。
2.根据权利要求1所述的方法，其中，对于所选择的组中的至少一个，所述一个或多个请求导致与所述至少一个组相关联的电能消耗的减小。`
3.根据权利要求1所述的方法，其中，对于所选择的组中的至少一个，所述一个或多个请求导致与所述至少一个组相关联的电能供应的增大。
4.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中，在电气设备被配置为消耗电能的情况下，所述一个或多个请求导致所述电气设备从所述配电网络消耗的电能的量在所述相关时间间隔期间减小，并且在电气设备被配置为供应电能的情况下，所述一个或多个请求导致所述电气设备向所述配电网络供应的电能的量在所述相关时间间隔期间增大。
5.根据权利要求4所述的方法，其中，在电气设备被配置为消耗电能的情况下，所述一个或多个请求导致所述电气设备在所述相关时间间隔期间从所述配电网络断开，并且在电气设备被配置为供应电能的情况下，所述一个或多个请求导致所述电气设备在所述相关时间间隔期间连接至所述配电网络。
6.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中，一个或多个所选择的电气设备包括发电机，并且所述一个或多个请求导致所述发电机产生的电能增大。
7.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中，相关的所述一个或多个时间间隔被配置为使得净能量消耗减小的组在整个所述时间段按顺序变化。
8.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中，用于给定的所述电气设备的所述配置文件信息涉及所给定的电气设备的控制可用性，并且基于所给定的电气设备在给定的所述时间间隔期间是否可用于控制来执行所给定的电气设备的分配。
9.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中，所述配置文件信息包括与至少一些所述电气设备的能量恢复属性有关的能量恢复信息，并且基于所述能量恢复信息来执行多个组的所述选择。
10.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中，所述配置文件信息包括与至少一些所述电气设备有关的所有者信息，并且基于所述所有者信息来执行多个组的所述选择。
11.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中，所述配置文件信息包括与至少一些所述电气设备有关的运行特性信息，并且基于所述运行特性信息来执行多个组的所述选择。
12.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中，所述配置文件信息包括与至少一些所述电气设备的设备类型有关的信息，并且基于设备类型信息来执行多个组的所述选择。
13.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中，所述配置文件信息包括给定的电气设备是被配置为消耗电能还是所述给定的电气设备被配置为供应电能的指示。
14.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中，所述配置文件信息包括指示与所述电气设备相关联的能量消耗量和/或能量供应量的能量的量指示符，并且所述方法包括: 识别在所述时间段期间要减小的净电能消耗量；以及 基于所述能量的量指示符将电气设备分配到组。
15.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中，所述配置文件信息包括指示给定的电气设备的位置的位置指示符，并且所述方法包括: 识别将要控制电能消耗的给定区域，所述给定区域是由所述配电网络供电的所述地理区域中的区域；以及 基于所述位置指示符，选择位于所述地理区域中的所述电气设备的多个所述组。
16.根据权利要求15所述的方法，包括在与所述给定区域相关联的控制节点处维护所述设备数据库。
17.根据权利要求16所述的方法，包括从所述控制节点发送所述一个或多个请求。
18.根据权利要求16和权利要求17中任一项所述的方法，其中，所述设备数据库包括识别位于所述给定区域中的电气设备的设备标识符。
19.根据权利要求18所述的方法，包括: 在所述控制节点处，使用所述设备标识符监控所述电气设备的电能消耗和/或供应模式，以汇编关于与所述电气设备相关联的电能消耗/供应模式的统计信息； 在所述设备数据库中存储所述统计信息；以及 基于所述统计信息将电气设备分配到组。
20.根据权利要求18和权利要求19中任一项所述的方法，其中，所述控制节点被配置为与中心节点通信，所述中心节点包括用户数据库，所述用户数据库识别与每个所述电气设备相关联的用户。
21.根据权利要求20所述的方法，其中，所述设备数据库被配置为存储不同于所述设备标识符的其他标识符，所述其他标识符各自识别相应的电气设备，所述用户数据库包括所述其他标识符。
22.根据权利要求21所述的方法，包括改变识别给定电气设备的所述其他标识符。
23.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中，所述多个电气设备分布在所述地理区域中的多个场所。
24.根据权利要求23所述的方法，其中，每个所述场所经由配电馈线连接至所述配电网络。
25.根据权利要求23和权利要求24中任一项所述的方法，包括:经由与给定的所述场所相关联的能量管理系统中的网关发送用于在电气设备处接收的一个或多个所述请求，所述能量管理系统被配置为根据用于控制与所述网关相关联的设备的定义的规则，控制所述给定场所的电气设备的电能消耗和/或供应。
26.根据权利要求25所述的方法，包括:基于所述请求是否与所述定义的规则兼容的判定，在所述网关处确定是否将所述请求传送到所述电气设备。
27.根据权利要求25和权利要求26中任一项所述的方法,包括:在一个或多个预定时间缓存一个或多个所述请求以用于执行。
28.根据权利要求25至权利要求27中任一项所述的方法，包括:当一个或多个所述请求与所述定义的规则不兼容时，更新所述设备数据库。
29.根据前述权利要求中任一项所述的方法，包括: 基于所述配置文件信息分配电气设备以生成多个模型； 根据一个或多个能量管理标准评估所述多个模型； 基于所述评估确定优选模型的一个或多个特性；以及 至少部分地基于所确定的特性执行对组的所述选择。
30.根据权利要求29所述的方法，其中，所述确定包括内插和/或外推所生成的多个模型，以确定所述一个或多个特性。
31.根据权利要求29和权利要求30中任一项所述的方法，其中，所述能量管理标准包括财务数据，所述财务数据涉及具有时间依赖性的电能市场价值、平衡管理服务以及约束管理服务中的至少一个。
32.一种用于控制配电 网络中的电能消耗的控制节点，所述配电网络向地理区域供应电能，多个电气设备分布在所述地理区域中，其中，每个所述电气设备可连接至所述配电网络以消耗从所述配电网络供应的电能，由此增大所述地理区域中的净电能消耗量，和/或每个所述电气设备可连接至所述配电网络以向所述配电网络供应电能，由此减小所述地理区域中的净电能消耗量，所述控制节点包括: 通信装置，所述通信装置用于发送在所述电气设备处接收的请求，并且用于与中心节点通信，所述中心节点包括被配置为存储关于每个所述电气设备的配置文件信息的设备数据库； 输入装置，被配置为接收将要控制配电网络中的电能消耗的时间段的指示；以及 处理装置，被配置为执行以下操作: 基于所述配置文件信息，选择所述电气设备的多个组，每个所述组包括多个所述电气设备； 使一个或多个时间间隔与每个所选择的组相关联，与给定的所选择的组相关联的所述一个或多个时间间隔不同于与其他所选择的组相关联的所述一个或多个时间间隔，每个所述时间间隔是将要控制相关组的净电能消耗的所述时间段的时间间隔； 在各相关时间间隔期间，经由所述通信装置发送用于在所选择的组的所述电气设备处接收的一个或多个请求，以控制所述电气设备的电能消耗和/或供应，由此减小所述地理区域中的净电能消耗。
33.一种用于控制配电网络中的电能消耗的系统，所述配电网络向地理区域供应电能，多个电气设备分布在所述地理区域中，其中，每个所述电气设备可连接至所述配电网络以消耗从所述配电网络供应的电能，由此增大所述地理区域中的净电能消耗量，和/或每个所述电气设备可连接至所述配电网络以向所述配电网络供应电能，由此减小所述地理区域中的净电能消耗量，所述系统包括: 多个根据权利要求32所述的控制节点，每个所述控制节点与所述地理区域的不同区域相关联；以及所述中心节点。
34.根据权利要求33所述的系统，其中，配置文件信息存储在设备数据库中的所述电气设备与不同的用户账户相关联，并且所述中心节点包括用户接口，用于所述用户访问所述账户以及修改所述设备数据 库中存储的信息。
【文档编号】H02J13/00GK103444039SQ201280015275
【公开日】2013年12月11日 申请日期:2012年3月26日 优先权日:2011年3月24日
【发明者】马克·博里特, 海基·霍莫 申请人:迅应科技有限公司