用于电网中受屏蔽的系统的分层隐式控制器的制作方法

本发明涉及例如当系统的控制器未知或当系统的传递函数未知时至少部分掌控(例如供暖和/或制冷)系统和系统集群的系统或方法。本发明还涉及对能量流(例如供暖/制冷/电能)的掌控，以向系统或系统集群提供能量，并且优选地管理如容量问题等共同的约束。

背景技术：

1、众所周知，供暖系统可利用配电控制策略进行控制，例如：

2、power supply network control system and method(供电网络控制系统和方法)，专利申请号ep3000161。发明人：de ridder f.，claessens b.，de breucker s。

3、de ridder f.，claessens b.，vanhoudt d.，de breucker s.，bellemans t.，sixd.和van bael j。“on a fair distribution of consumer’s flexibility betweenmarket parties with conflicting interests(在利益冲突的市场各方之间向消费者公平分配弹性)”，电能系统国际汇刊，doi：10.1002/etep.2188，2016；

4、d′hulst r.，de ridder f.，claessens b.，knapen l.，janssens，d.2015。“decentralized coordinated charging of electric vehicles consideringlocational and temporal flexibility(考虑位置和时间弹性的电动汽车分散协调充电)”。电能系统国际汇刊，25(10)，2562-2575。

5、de ridder f.，reinhilde d’hulst，luk knapen，davy janssens。“electricvehicles in the smart grid，chapter in data science and simulation intransportation research(智能电网中的电动汽车，数据科学和运输研究模拟章节)”。编者：janssens d.，yasar a.，knapen l.，igi global，2013；

6、de ridder f.，reinhilde d’hulst，luk knapen，davy janssens。“applying anactivity based model to explore the potential of electrical vehicles in thesmart grid(应用基于活动的模型来探索智能电网中电动汽车的潜力)”，计算机科学基础，19，847-853，2013]。

7、实际上很多系统都无法被掌控，因为内部控制系统被屏蔽或隐藏而无法访问。这通常是建筑管理系统(bms)或大型工业厂房中的情况，其中许多物料流被优化。许多系统和系统集群无法被掌控，因为系统的内部管理被屏蔽，或因为内部管理系统太复杂，或因为该系统是手动控制的。这些内部管理系统是重要的，因为它们可以保护内部约束(如供应安全性、舒适度约束、最小/最大温度)，安全措施(如泵在检测到可能指示管道泄漏的压力下降的情况下将不会工作)。

8、用于控制设备集群的已知控制方案基于底层系统的显式知识。即使使用自学习的免模型机器学习技术，这些技术也只能掌控一些控制参数。实际上，由于以下几个原因，集群控制方案难以实施：

9、-通常无法访问内部控制器(例如，因为其是由私有公司拥有和操作的。

10、-如果系统发生变化，则必须更换控制器，这是一项耗时的工作。

11、-如果配置发生变化(例如添加或删除设备)，则必须更改控制器，这是一项耗时的工作。

12、-许多安全措施使控制真实系统的干预复杂化。

13、例如，到目前为止，外部控制组件可影响bms行为的一种方法是通过超驰恒温器设置。在一些特殊情况下，bms提供商可能会为此目的提供可选的辅助(较低优先级)控制器输入连接器，这是供应商锁定的、需要bms提供商的详细知识和许可、通常需要由供应商提供的昂贵的合作和咨询，包括维护费。如对恒温器设置之类的超驰设置可能导致危险情况，例如过热。

14、已经提出了测量房屋内的热状态并相应地掌控bms。但是，在许多应用中，这很困难。此外，诸如热泵之类的许多设备，都有其自己的内部管理系统，该内部管理系统只能被部分控制。通常防反转(anti-pendle)时间约束是有效的，例如，如果热泵被关闭，则它将被保持关闭达20分钟。很难将此类(未知的)约束考虑在内。

15、配电能源(der)的大规模整合正在改变能源系统的格局。它增加了整个能源供应链中功率系统的可变性和不确定性。在配电层级，诸如过电压/欠电压下的网络资产拥塞之类的事件正在成为配电系统运营商(dso)每天必须处理的新例程。

16、解决日益增加的不确定性和(诸)新出现问题的一种解决方案是增加系统的弹性。这可通过实现需求响应(dr)程序来实现终端用户的更大参与来解决低压电网中的网络操作限制违规。为了确保dr程序的成功，要求dso变得更加活跃并且在各dr资源(即，配电弹性负载和能源(der))之间发挥协调职能。为此，dso需要能够确定需要从每个电网区域采购的最小弹性量。众所周知，它提供了聚合了各个体消费者的集中式需求响应程序，以便最小化储备能量流，并在日前能源市场中最大化净效益。已知一种基于协作的算法，其经由局部能量交换来寻求网络拥塞缓解。局部能量存储系统可被结合以解决网络拥塞。已提出竞争性市场清算平台，其与现有的日前和当日市场同步运作。将重点放在实时平衡上的实时局部交易市场是已知的。

17、可通过配电控制算法来控制集群。一个显著的缺点是需要为该集群中的每个个体设备开发单独的控制单元。从it的角度来看，个体设备可由代理控制。一个显著的缺点是需要为每个设备显式地写入代理。从控制角度来看，可开发用于完整集群的控制器，但这是一项大任务。在所有情况下，设计都是不可扩展的，即系统中的每一个变化都需要在控制方案中进行新的调整和开发。此外，控制系统必须能够访问每个设备。通常是不被允许的。

18、许多建筑都有无法被访问的bms系统，或者热泵有(出于安全和其他原因)无法被访问的内部控制器。

技术实现思路

1、本发明的各实施例提供了一种诸如当系统的控制器未知或当系统的传递功能未知时至少部分地掌控系统的方法(例如对设备或建筑等进行供暖/制冷和对此类设备和建筑等集群进行供暖/制冷)。本发明的各实施例允许对能量流(例如供暖/制冷/电能)进行掌控，以向系统或系统集群提供能量，并且优选地管理如容量问题等共同的约束。本发明的各实施例利用例如，由其他控制器使用(并且可访问的)外部传感器或数据流。

2、本发明的各实施例提供一种外部控制器，该外部控制器例如适用于改造和控制具有消耗热或冷热能的设备的系统，以及适用于消耗或生成由配电电网提供的电力，该配电电网具有约束和定向式目标，至少一个设备具有内部控制器，该内部控制器用于控制热或冷热能的使用，并用于接收参数作为向内部控制器的输入，其中至少一个参数可由经改造的外部控制器访问，该经改造的外部控制器被适配成操纵至少一个参数并将经操纵的参数提供给内部控制器以改变该至少一个设备或具有消耗热或冷热能的设备的系统的行为，以至少部分地满足配电电网的约束和定向式目标。

3、该改造外部控制器可以是独立设备或可被嵌入另一电子组件中。改造控制器可以具有存储器(诸如非瞬态计算机可读介质、ram和/或rom)、操作系统、可任选地显示器(诸如固定格式显示器，诸如oled显示器)、数据输入设备(诸如键盘)、定点设备(诸如“鼠标”)、用于与其他设备通信的串行或并行端口、连接到网络的网卡和连接。

4、改造外部控制器的存储器可被用于存储配电电网的约束和定向式目标，使得例如该改造控制器可在考虑配电电网的约束和定向式目标的同时操作以操纵至少一个参数。用于通信的串行或并行端口可被用于与配电电网(例如，某dso)的控制器连接，以获取和下载该电网的约束和定向式目标。改造外部控制器可被适配成与配电电网的一个或多个dso协商以商定一个或多个配电电网的约束和定向式目标。

5、在本发明的各实施例中，经操纵的参数可以是可访问的外部数据流(例如，信道)或外部传感器输出，其操纵会影响由内部控制器作出的决定，故从而掌控内部控制器。附加(例如改造外部)控制器(例如根据先前学习的用于改变或掌控内部控制器操作的响应函数)操纵(例如盖写或凌驾规定否定)一个或多个外部传感器测量或输出和/或一个或多个外部数据信道以在不凌驾规定否定内部控制器的情况下满足外部目标和约束，从而保证受控系统的内部约束也能得到满足。

6、外部传感器测量或输出和/或一个或多个外部数据信道对于改造控制器是已知的，即改造控制器被适配成接收外部传感器测量或输出和/或一个或多个外部数据信道。改造控制器的响应可根据先前学习的响应函数来确定，该响应函数用于在不凌驾规定否定内部控制器的情况下改变或掌控内部控制器操作以满足外部目标和约束，从而保证受控系统的内部约束也可被满足。

7、改造外部控制器的存储器可以存储哪个参数将被操纵，并且可以存储哪个可访问的外部数据流(例如，信道)或外部传感器输出将被操纵。改造外部控制器可被适配成学习用于改变或掌控内部控制器操作的响应函数，或者改造外部控制器的存储器可存储用于改变或掌控内部控制器操作的一个或多个响应函数。

8、因此，本发明的各实施例可提供一种外部控制器，该外部控制器用于控制具有消耗热或冷热能的一个或多个设备的系统，以及用于消耗或生成由配电电网提供的电力，该配电电网具有约束和定向式目标，至少一个设备具有内部控制器，该内部控制器用于控制热或冷热能的使用，并用于接收参数作为向内部控制器的输入，其中至少一个参数可由外部控制器访问，该外部控制器被适配成操纵至少一个参数并将经操纵的参数提供给内部控制器以改变该至少一个设备的行为，以至少部分地满足配电电网的约束和定向式目标，其中，被操纵的至少一个参数是可访问的外部数据流或外部传感器输出，故而操纵会影响由内部控制器作出的决定，并从而掌控它。外部控制器可以是改造外部控制器。

9、因此，附加外部控制器可根据先前学习的用于改变或掌控内部控制器操作的响应函数来操纵和/或盖写和/或凌驾规定否定外部传感器测量和/或外部数据信道以在不凌驾规定否定控制器的情况下满足外部目标和约束，从而保证受控系统的内部约束也能得到满足。

10、外部目标可包括从电网控制系统传递到经改造的外部控制器的约束和目标。外部控制器可包括用于学习系统如何对外部变量/参数的变化作出反应的装置，并且还包括用于构造响应函数的装置，该响应函数说明系统在任何给定情况下将如何作出反应或响应。外部控制器可使用此类响应函数通过操纵外部变量/参数来估计将被应用于内部控制器的最佳隐式控制信号，以满足外部目标和约束。

11、内部控制器可控制对热或冷热能的使用，并从而控制消耗热或冷热能的设备系统。

12、本发明的各实施例不干预诸如bms的控制器之类的内部控制器。相反，拦截仅与传感器值有关，诸如外部温度。通过这样做，整个系统的效率可被提高，但是各个体bms系统仍然提供使内部温度保持在预定范围内的相同保证。盖写内部温度传感器或控制器设定点可能导致建筑变得太冷和/或太热的情形。如果内部热传感器被操纵，警报被取消或恒温器被超驰，则系统可被供暖到比内部缓冲控制器更高的温度。这可能会导致安全风险(供暖器可能开始沸腾、起火、烫伤人员等)。

13、本发明的各实施例可控制电力和/或供暖或制冷网络中的系统，其可由第三方直接控制或者可被应用于各个体单元/建筑/设备。无需访问系统的控制器，因为其行为受到一些可访问的外部参数的影响。这提供了一种简单而有效的方法来利用可能被系统提供的未知的固有内部弹性。此类可访问的可控参数的示例有：经常被用于建筑管理系统中的外部温度、或被用于控制工业厂房生产所用的电能的可用性、或供暖或制冷网络中的温度和/或流速、配电电网络中的电压，频率，电流等。

14、本发明的各实施例可以控制可被结合在更大集群中的系统。此类系统可被掌控，使得其支持并帮助实现更大集群的目标和约束。可实现更大集群的目标(诸如最小化损耗、最小化成本)以及更大集群的约束(诸如电网容量、电压、频率的限制和电网中的电流稳定、各工业厂房之间的物料流)。本发明的各实施例可提供具有分层结构的控制系统。

15、本发明的各实施例包括一种系统，该系统包括可访问的外部传感器和/或由内部受屏蔽的控制器使用的数据。这允许操纵可访问的外部传感器的输出和/或数据，并从而控制受屏蔽的内部控制器。

16、本发明的各实施例提供了一种用于控制学习系统如何对外部参数作出反应并操纵这些参数中的一些以掌控系统的系统和方法。本发明的各实施例允许系统被控制以处理其他控制问题，如稳定电力和/或供暖网络。

17、本发明的各实施例提供了一种用于修改系统的性能特征的外部供应的设备。设备可被改造以影响和修改系统的性能特征。

18、本发明的各实施例还提供了一种系统和方法，其可被应用于广泛的产品，诸如：

19、-用于供暖和/或制冷网络中的系统的掌控机构

20、-用于容量有限的配电电网中的系统的掌控机构

21、-连接到电网中的聚合器和/或平衡责任方的系统的掌控机构。

22、-用于大型工厂/公司的功率调度的掌控机构。

23、本发明的各实施例提供了一种能够部分接管内部控制器的方法。它通过操纵(例如凌驾规定否定内部控制器所使用的可访问外部参数)来实现这一点。例如，它首先可以学习内部控制器如何对这些外部可控参数的变化作出反应，并然后可操纵(即更改)这些参数使得内部控制器根据某些全局目标和约束作出反应。但是，它仅更改内部控制器的外部参数。内部控制器所采取的安全措施永远不会被凌驾规定否定。

24、本发明的各实施例提供了一种操纵参数的方法，该参数可以是可访问的外部数据流(例如，信道)或外部传感器输出，其操纵会影响由内部控制器作出的决定，故从而掌控内部控制器。(例如根据先前学习的用于改变或掌控内部控制器操作的响应函数)操纵(例如盖写或凌驾规定否定)一个或多个外部传感器测量或输出和/或一个或多个外部数据信道以在不凌驾规定否定内部控制器的情况下满足外部目标和约束，从而保证受控系统的内部约束也能得到满足。

25、本发明的各实施例可提供一种用于控制具有消耗热或冷热能的设备的系统，以及用于消耗或生成由配电电网提供的电力的方法，该配电电网具有约束和定向式目标，至少一个设备具有内部控制器，该内部控制器用于控制热或冷热能的使用，并用于接收参数作为向内部控制器的输入，其中至少一个参数对于改造外部控制器是已知的并可由改造外部控制器访问，该改造外部控制器被适配成操纵至少一个参数并将经操纵的参数提供给内部控制器以改变该至少一个设备的行为，以至少部分地满足配电电网的约束和定向式目标，其中，被操纵的至少一个参数是可访问的外部数据流或外部传感器输出，故而操纵会影响由内部控制器作出的决定，并从而掌控它。

26、因此，此方法根据先前学习到的响应函数操纵和/或盖写和/或凌驾规定否定外部传感器测量和/或外部数据信道以向内部控制器提供被适配成改变或掌控内部控制器操作的信号以在不凌驾规定否定内部控制器的情况下满足外部目标和约束，从而保证受控系统的内部约束也能得到满足。

27、外部传感器测量或输出和/或一个或多个外部数据信道对于改造控制器是已知的，即改造控制器被适配成接收外部传感器测量或输出和/或一个或多个外部数据信道。该方法包括根据先前学习的响应函数确定改造控制器的响应，以便通过将改造控制器适配成向内部控制器发送信号以改变其操作来改变或掌控内部控制器操作以在不凌驾规定否定内部控制器的情况下满足外部目标和约束，从而保证受控系统的内部约束也能得到满足。

28、此方法可被应用于热量网络，其中可访问的外部参数是外部温度；但该方法也可被应用于像工业综合体、工厂等系统，这些系统会对电网中的不稳定性作出反应，如生产不足或能量过剩、频率变化、电压变化、电流或功率变化甚至是能源价格方面的变化。

29、实验证据表明接管外部参数是可能的，因为大多数系统确实对这些外部参数作出反应，并因为响应行为可被学习并可被用于根据一些共同的约束掌控该系统。

30、对于似乎随时间变化的响应系统，可使用诸如卡尔曼滤波器的滤波来跟踪漂移。其他在线学习工具也可被应用。

31、本发明的各实施例允许电网的约束和目标被动态地传送到改造外部控制器。为此，可在本发明的各实施例中模拟配电系统。电网控制可由规划器(planner)、跟踪器(tracker)、预测器(forecaster)和建筑代理(building agent)执行。此类实施例的目的是最小化由于局部电网问题导致的局部res削减。为了标识这些电网问题，例如，可以基于负载流计算来实现dso代理。此代理可确定是否需要弹性激活并且优选地确保弹性激活将不会导致附加的电网约束违规。配电电网可被划分为局部电网区域集群，并且这些集群由dcm控制。

32、本发明的各实施例允许将局部电网问题、res削减和负载流计算考虑在内的优化计划。这允许配电资源使用局部资源来容纳总体系统失衡。

33、本发明的任何实施例中的外部改造控制器可由具有处理能力的数字设备来现，该数字设备包括一个或多个微处理器、处理器、微控制器或中央处理单元(cpu)和/或图形处理单元(gpu)，其被适配成执行利用软件(即一个或多个计算机程序)编程的各个功能。软件可被编译成在微处理器、处理器、微控制器、或中央处理单元(cpu)和/或图形处理单元(gpu)中的任一者上运行。