CN101715587A - 需求调度和负荷管理的系统及方法 - Google Patents

Abstract

提供一种用于在整个分配区域上监控资源利用的系统及方法。该系统在整个分配区域或目标子区域上动态及智能地限制资源的总计利用。可以采用在设备(单独的利用)级的目标使用阈值以及规定的公用事业的商业和技术规则和撤销。利用这些规则，该系统不断地寻找并管理可供削减的资源的单独利用，从而在该服务区域或目标子区域内在不对用户造成服务影响的情况下产生可供减少的更大和更有效的利用水平。

Description

需求调度和负荷管理的系统及方法

技术领域

本发明总体上涉及掌控资源的总计利用的系统及方法，并且涉及管理资源的供给和需求。

背景技术

对资源的产生和分配的管理非常令人期望的。在诸如电、气以及水之类的公用事业资源的分配上尤其如此。在电力分配的情况下，获得满足高峰需求的容量的成本(如建立新发电厂)可能是巨大的。这种成本通常以更高的电费的形式转嫁给了用户。而且，获得额外的容量也具有其它成本，诸如由于增加的污染物排放所导致的环境影响。而且，重大监管障碍的存在延迟了新发电厂的实现。

在高峰需求期间，公用事业也可以从其它电力生产商购买能源。然而，在高峰需求期间，电批发成本是最高的。由于各种原因，这些成本可能并不转嫁给用户或可能只是部分地转嫁给用户，这减少了公用事业的利润。而且，当公用事业选择购买高峰能源以满足增长的需求时，增长的需求会超过传输/分配变电站和电路的设计参数。在这种情况下，需要额外的资金来升级电力递送基础设施以满足需求的增长。这些升级中的某些或全部可能需要注册审批和/或遇到长时间的延误。

此外，如果公用事业的资产(例如，配电线路、变压器、馈线以及地下电缆)在某些特定容忍极限上被操作，那么它们会公用事业更迅速地老化。例如，超负荷的变压器可能很快熔断(blow)并停止操作，这中断了对许多用户的电力供应。在大多数情况下，当且仅当用户登记投诉时，公用事业才知道该中断。另外，与维修设备相关的成本会很高。

发明内容

示例性实施例的系统和方法监控跨越整个分配区域的资源利用。该系统动态及智能地限制跨越整个分配区域或目标子区域的资源的总计利用。

根据示例性实施例，一种管理公用事业资源的利用和分配的方法可以包括：监控关于资源利用的单独用户场所的状态参数以获得各个状态值，通过用户场所的ID把所获得的状态值存储在数据库中，以及存储各个用户场所的预定义的服务参数，以及基于预定义的优先级参数、状态值以及预定义的服务参数来控制由位于用户场所的设备对资源的利用。

状态值可以包括温度、内部环境温度、设备状况、设备电压、设备电流、功率因子以及负载分布(load profile)中的至少一个。预定义的优先级参数可以基于设备类型、用户优先级以及用户偏好中的至少一个。预定义的服务参数可以包括物理地址、用户偏好、用户切断优先级以及设备优先级中的至少一个。

状态参数的监控可以通过使用场所传感器和场所控制器来执行。场所传感器被配置以检测各个设备的状态值并且场所控制器与各个设备相关联。基于来自场所传感器的数据，场所控制器被操作以减少各个设备的资源利用。

可以建立跨越整个资源分配网、网内子区域或单独用户场所的系统需求的最大级。当资源的利用达到系统需求的最大级时，计算正在运行的所有设备的利用累计总数，并将期望的利用水平与正在运行的累计总数进行比较以获得期望的减少量。如果期望的利用水平低于正在运行的累计总数，则开始资源利用的削减。

可以根据优先级创建其总的资源利用与所期望的减少量相匹配的设备的组。可以向具有最低优先级的组的场所控制器发送命令以用信号通知场所控制器断开(open)继电器并中断向相应设备的资源递送。从最低优先级至最高优先级实现资源利用的削减，直到满足利用的削减为止。

使用这些规则，系统不断地寻找并管理可用于削减的各资源利用，从而产生在不对该服务区域或目标子区域内的用户造成服务影响的情况下可用于切断的更大且更有效的总计利用水平。在一个实施例中，利用集中式软件程序(需求调度软件)来动态及智能地限制资源的利用。

在满足利用需求时，该系统和方法的示例性实施例可以提供许多好处。这些好处包括减少操作风险。在配电业中，可以减少的操作风险包括轮流停电的风险、由于能源原料(energy feedstock)的波动而引起的收益风险、由于过载状态的资产风险、由于断电对用户的风险以及由于CO₂以及其它排放物对环境的风险。

附图说明

根据下面结合附图所作的详细说明将更清楚地理解示例性实施例。图1-3代表如本文所述的非限制性的示例性实施例。

图1是示出了根据示例性实施例的需求调度和负荷管理系统的图。

图2是示出了根据示例性实施例的需求调度和负荷管理系统的通信网络的图。

图3是示出了根据示例性实施例的管理公用事业资源的利用和分配的方法的流程图。

具体实施方式

为了简化和举例说明的目的，通过主要参考其示例性实施例来说明本发明的原理。然而，本领域技术人员将很容易地看出，相同的原理同样适用于许多类型的需求调度和负荷管理。

本发明的实施例涉及可以掌控分配服务区域内的资源的总计利用的软件程序以及硬件控制系统。所控制的服务区域可以像公用事业的整个分配网络一样广阔或像单独的用户场所一样具体。软件程序可以使用可配置的规则以经由电路控制器和通信网络来管理在用户场所的单独的资源利用。通过通信网络，关于各独资源利用的信息被反馈回系统(例如，中央数据库)。一旦该信息被返回，软件程序就可以使用算法来管理该信息以满足系统指定的利用削减目标。

下面，使用电力资源分配示例来说明本发明的原理。然而，本发明并不局限于此。诸如气和水的其它公用事业资源分配的管理也落入本发明的范围内。另外，本发明并不局限于公用事业类型的资源。本发明适用于需要管理资源分配的许多情况。

在本发明的实施例中，通过应用用户在设备(单独利用)级指定的使用阈值以及规定的公用事业商业和技术规则和撤消，使用集中式软件程序来动态并智能地限制在整个分配区域或目标子区域上的资源的总计利用。使用这些规则，该系统和/或方法能不断地寻找和管理可用于削减的单独的资源利用，从而产生可用于切断的更大和更有效的利用水平，同时最小化或消除对该服务区域内或目标子区域内的用户的服务影响。

软件程序/硬件可以管理作为整体的整个资源分配网、网内的各个区域、各区域内的子区域以及各个场所和设备(例如，装置)。应该注意到，许多级的层次结构落入本发明的实施例的范围内。

示例性实施例的系统和方法提供了具有避免以高峰批发价格购买资源所必须的直接利用控制工具的资源公用事业。该公用事业基于其整体负荷缩减要求来在整个分配覆盖区上管理测量的利用削减。示例性实施例允许公用事业在其整个网上的总计资源利用，并在整个用户基础上以较小的增量分配资源的削减从而保持程序舒适度阈值以及价格，或以较大的增量削减利用从而保持资源分配网的完整性。

参照图1，该系统的实施例可以包括企业管理平台10、通信系统12、场所传感器14以及场所控制器16。企业管理平台10能够监控用户场所状态(例如，温度和负荷)，由每个用户场所20存储与使用程序有关的所有信息，向场所控制器16发送调度指令，以及管理通信。在企业管理平台10和场所控制器16以及传感器14之间的通信可以以各种方式发生，该方式包括经由网状网络中的宽带连接。这些连接可以是光纤、无线、电力线或其它宽带技术。

场所控制器16被放置在每个参与的用户场所20中。场所控制器16和场所传感器14通过通信系统12与企业管理平台10通信。

企业管理平台10可以是软件程序、硬件以及数据库系统的集中式组合，其监控实际资源利用和需求以及系统的设备的状态。企业管理平台10分配资源的利用以实现包括维持分配系统的完整性、最小化购买成本以及最小化对最终用户的影响的规定目的。

为了监控和控制资源的分配，采用了场所传感器14和场所控制器16。场所传感器14就近或者以其它必要的方式定位以检测各设备18(例如，空调、热水器等待)的操作。在一个实施例中，场所传感器14可以置于设备18上或与设备18结合在一起。

这些场所传感器14被配置为检测设备18的感兴趣参数。例如，如果设备18是诸如热水器之类的热装置，那么对应的场所传感器14可以被配置为检测水温以及热水器的内部环境温度、电压和电流水平。可以检测设备18的状态(例如，开/关、功率因子以及负载分布)。作为另一个例子，如果要控制的设备18是水池泵，那么水池的水位或PH水平可能是感兴趣的。

场所传感器14也可以放置在各用户场所20处以监控在该场所处与所控制的负载的操作相关的状态。例如，场所传感器14可以用于检测用户房屋或建筑物的环境温度。该信息有助于确定用户场所20的HVAC是否将被控制。

当出现资源利用需要被削减的情况时，可以操作场所控制器16来基于优先级减少需求而不对用户造成重大影响。例如，可以使热水器在较短的时间段内(例如30分钟)断电，而不显著影响水温。作为另一个例子，可以忍受允许房屋或建筑物的温度在某一温度，例如，在夏季为78°F或在冬季为70°F。在该例中，可以接受当温度处于可忍受限度内时关闭空调(或加热器)。作为又一个例子，水池泵不必持续地运行。这样，当出现高峰需求时，可以轮流这些“非必要”设备以把电力资源的利用削减到可接受的水平。换言之，该系统不仅基于资源利用的数量而且基于利用资源的设备类型来智能地管理资源的利用。

受控设备的优先级可以动态地改变。例如，可以打开空调(或加热器)以使建筑物环境保持在可容忍的限度内。该系统的示例性实施例考虑了该动态因素。

应该注意到，场所传感器14和场所控制器16合作工作。即，基于来自场所传感器14的数据，操作场所控制器16以有效地削减资源的利用。场所传感器14和场所控制器16可以被结合在一起或可以以其它方式被配置成彼此合作工作。

在本发明的实施例中，通信系统在用户场所20、目标区域以及企业管理平台10之间提供双向通信。粒度可以是使得每个单独的场所传感器14和场所控制器16由企业管理平台10控制。

场所控制器16可以经由无线电信号被无线地控制。同样，场所传感器14也可以无线地发送其传感器数据。无线信号的传输可以在场所控制器16和场所传感器14以及企业管理平台10之间直接进行。

当如上所述的直接通信有可能时，这种配置可能限制了通信范围。这样，参照图2，可以提供通信主干(backbone)和通信聚合器来增加通信范围和增强可靠性。场所控制器16和场所传感器14可以被分组，并且可以为每个组提供聚合器以进行通信。每个组的场所控制器16和场所传感器14可以经由该组的聚合器与企业管理平台10进行通信。

在场所控制器16、场所传感器14以及聚合器之间的通信可以通过已知的通信格式(例如，CDMA、GSM以及WiFi)来完成。场所控制器16和场所传感器14也可以经由电力线与聚合器通信，对于电力线而言存在已知的通信格式。其它示例包括光和铜线。

此外，聚合器自身也可以利用通信主干以与企业管理平台10通信。而且，已知的通信格式(例如，以太网、BPL、专用点对点(T1或帧中继)、iDen无线、CDMA无线、GPRS无线、WiFi以及WiMax)可用于促进这种通信。

企业管理平台10逐负载地连续监控遍及部署区域的系统资源利用和用户场所20的状态。通过基于IP的网络可以发生与远程定位的集中器设备或聚合器的通信。聚合器可以通过900MHz无线电或PLC/BPL链路或通过其它通信手段连接到场所控制器16。场所控制器16和场所传感器16与聚合器交互，发送在用户场所20处的状态变化的异步消息。被监控的状态变化可以包括内部环境温度、被控制设备的电压和电流水平以及被控制设备的状态(例如，开/关、功率因子以及负载分布)。

企业管理平台10可以基于公用事业(或负荷管理公司)监控和控制的预先建立的标准或阈值来管理所测量的资源利用。对于高峰切断(peak shed)，该技术可以被应用于若干级。系统需求限制函数允许公用事业在公用事业的整个资源分配网上、在资源分配网的特定部分中或下至单独的变压器或特定用户场所20选择系统需求的最大水平。可以通过管理参与的用户基础或在紧急情况下的用户场所利用来限制需求，可以在全部用户场所20上应用资源削减以避免停电状态。

当不断监控用户场所状态时，可以递增和动态地循环当前的资源利用。基于用户或公用事业所规定的上端和下端设定点，资源循环可以是粒状的(granular)，具有为每个用户场所20建立的特定服务级协议。通过中央系统可以不断地监控这些设定点，并且对于整个负荷区域可以在单独的设备级或者在中间的任何级执行循环。

参照图3，下面说明在示例性实施例的系统中实现的算法。企业管理平台10保持用户场所20的资源利用的全系统清单。可以通过使系统周期性(例如每5分钟)地轮询所有场所控制器16和场所传感器14以采集信息(例如，环境温度、受控设备的状态(开/关)以及受控设备电压和电流)来实现这一点。可替换地，场所控制器16和场所传感器14可以周期性地向企业管理平台10报告而无须被轮询。轮询和自我报告的组合也落入了本发明实施例的范围内。

所获得的数据被放置在企业管理平台10上的数据库中，列出了场所控制器ID以及所获得的数据(例如，环境温度、设备状态(开/关)以及电压和电流的状态)。然后，可以将该数据与数据库中所存储的信息(例如，物理地址、用户温度偏好以及用户切断优先级)相关联。

当企业管理平台10要求资源利用削减时，系统可以基于设备优先级、用户优先级以及用户偏好的预定义参数开始切断资源使用。该系统计算由正在运行的所有设备所利用的累计总数，并比较期望的利用水平与该正在运行的累计总数以获得期望的减少量。如果期望的利用水平低于正在运行的累计总数，则开始资源利用的削减。

基于优先级，系统可以创建用户场所的组，该组的总资源利用加起来可达在单独的服务级别参数内的期望减少量。一组可以具有仅仅一个设备作为成员。当已经建立这些组时，系统向该组的相应场所控制器16发送命令以用信号通知该控制器断开继电器并中断对受控设备的资源的递送。场所控制器16向系统发送时间戳(time stamped)响应以通知到设备18的资源递送确实已经被中断，包括证实电流目前为零的电流测量读数。通过将该状态变化与设备18对资源的先前利用相比较，系统可以准确地确定资源利用被削减了多少以及何时被削减。

系统可以不断地监控需要被削减的资源利用、当前资源利用以及单独的服务级别参数。当设备18达到其预定义时间或温度服务级别参数时，例如，系统可以向该组的相应场所控制器16发送命令以用信号通知该控制器恢复向被中断的受控设备18的资源递送。

系统选择下一个组，其总资源消耗与当前期望的减少量相匹配。然后，可以向该集合的场所控制器16发送命令。这样，基于公用事业指定的设备优先级、用户优先级以及用户偏好来在整个被管理的分配区域之中动态地轮流进行资源利用的削减。这个过程一直持续到该资源分配区域不再需要削减为止。

优先级可以由许多因素来指定，这些因素包括设备18的类型(例如，HVAC、热水器以及水池泵)、以前的负载分布、用户优先级、用户类型以及用户偏好。该受控设备可以代表在用户场所20消耗资源的任何东西。公用事业可以设置何时考虑某些设备用于需求削减的优先级，并对每个设备18设置优先级。系统可以系统地把每个设备18分组到指定的优先级，并从最低优先级到最高优先级进行切断直到满足需求削减为止。

公用事业还可以基于其设备已经被操纵的时间量和/或资源尚未被提供给该用户的时间量(其可以是公用事业指定的标准)，来设置用户的优先级。而且，可以通过用户偏好(例如，每月预算限制和房屋周围温度)来设置优先级，这些用户偏好与公用事业所指定的设备优先级交互。

例如，如果通过中断其它受控设备18不能实现期望级别的需求削减，则系统可以指望A/C压缩机。如前所述，企业管理平台10可以使用由A/C压缩机的资源利用来产生可能需求削减的累计总数。除了由A/C压缩机负载的资源利用外，该系统可以测量用户场所20中的温度(该温度通过场所传感器14的轮询被周期性地收集和存储)，并结合企业管理平台10的需求管理系统部件来将该温度与用户的阈值温度进行比较。该需求管理系统可以以软件来实现。如果用户场所20中的当前温度高于预置的温度参数(例如，比阈值温度凉3度)，则向场所控制器16发送命令以中断压缩机并消除需求。

在所有情况中，A/C压缩机的中断可以持续直至达到阈值温度，在达到阈值温度的时刻，通过命令场所控制器16闭合继电器来将控制释放给本地恒温器。当控制被释放给本地恒温器时，系统可以选择下一个正在运行的A/C压缩机，该A/C压缩机的用户场所20的温度比阈值温度低超过3度。如果设置了阈值限制，例如，以华氏75度为目标，则用户将不会感觉到舒适度的降低或总功率的降低。其它负载的管理可以以与采用AC压缩机控制完全相同的方式来完成。

随着系统高峰需求降低，需要越来越少的中断，直到最终所有负载都可以恢复到正常运行。这可以通过更新必须被调度的资源利用的数量来被不断地在公用事业的中央负荷调度器和企业管理平台10之间进行传递(communicate)。在实施例中，企业管理平台10与中央负荷调度器相接以接收削减资源利用的请求。企业管理平台10自动回报在哪以及何时削减了资源利用。

作为替换，负荷减少可以通过同步AC循环来实现。例如，在平均AC单元以每小时30分钟循环的情况下，企业管理平台10每次以下述方式管理工作周期(duty cycle)，所述方式为：仅有所有AC单元的一半进行循环，而另一半关闭循环。相比于去同步操作，这种方法允许实质负荷(substantial load)切断，其中较大比率的AC单元的工作周期可能重叠，这导致较大的负荷尖峰(load spike)。

作为替换，可以经由多个不同的通信预案(包括900MHz、WiFi、授权的无线频谱以及BPL)管理控制器。基础负荷管理技术也可以作为前端(front end)合并到其它分布式和微型发电(microgeneration)产品中以延长它们的使用寿命。代替集中式软件系统，相同的功能也可以由归属于控制器及系统的其它部分的软件程序代理的系统来实现，该软件程序代理的系统在正在进行的基础上将协商可允许的按每个设备的资源使用。对于采用该方案展开的全部调解和控制的方法/系统可以有偏好。否则，它会类似于盲负载切断(blind load shed)。

本发明的实施例允许资源利用管理的更有效操作。这种更有效操作降低成本、保护资产、增加可靠性、减少对储备容量(例如热备用)的需要并且减少维护需求。

场所控制器和场所传感器允许对在各个用户场所的单独设备的控制。然而，需求调度以及负荷管理也适用于控制公用事业的资产。例如，在不背离本发明的范围的情况下，传感器和控制器可以用于监控设备(包括变压器和馈电线)。

本领域技术人员可以意识到本发明可以在不背离其精神或本质特征的情况下以其它特定形式体现。因此，从所有方面看来，目前公开的实施例是说明性的而不是限制性的。

Claims (27)

1.一种管理公用事业资源的利用和分配的方法，该方法包括：

监控关于所述资源的利用的单独用户场所的状态参数，以获得各个状态值；

通过用户场所的ID把所获得的状态值存储在数据库中，并且存储各个用户场所的预定义的服务参数；以及

基于预定义的优先级参数、状态值以及预定义的服务参数，来控制由位于所述用户场所的设备对所述资源的利用。

2.如权利要求1所述的方法，其中所述状态值包括温度、内部环境温度、设备状况、设备电压、设备电流、功率因子以及资源利用曲线中的至少一个。

3.如权利要求2所述的方法，其中所述设备被分类为不同类型，以及所述状态参数依赖于所述设备的类型。

4.如权利要求1所述的方法，其中所述预定义的优先级参数基于设备类型、用户优先级以及用户偏好中的至少一个。

5.如权利要求1所述的方法，其中所述预定义的服务参数包括物理地址、用户偏好、用户切断优先级以及设备优先级中的至少一个。

6.如权利要求1所述的方法，其中所述监控是通过使用场所传感器和场所控制器来执行的，所述场所传感器被配置为检测各个设备的状态值以及所述场所控制器与各个设备相关联。

7.如权利要求6所述的方法，其中所述场所传感器和场所控制器被配置为彼此合作地工作。

8.如权利要求7所述的方法，其中所述场所传感器和场所控制器被集成。

9.如权利要求6所述的方法，其中基于来自场所传感器的数据，操作所述场所控制器以减少由各个设备对所述资源的利用。

10.如权利要求6所述的方法，进一步包括：

通过轮询场所传感器来获得所述状态值。

11.如权利要求6所述的方法，其中所述传感器自发地传送所述状态值。

12.如权利要求1所述的方法，其中所获得的状态值与所述预定义的服务参数相关。

13.如权利要求1所述的方法，进一步包括：

跨越整个资源分配网、网内的子区域或单独的用户场所建立资源需求的最大级。

14.如权利要求13所述的方法，其中当所述资源的利用达到系统需求的最大级时，计算由正在运行的所有设备利用的累计总数，并将期望的利用水平与正在运行的累计总数进行比较以获得期望的减少量，如果期望的利用水平低于正在运行的累计总数，则开始对所述资源的利用的削减。

15.如权利要求14所述的方法，进一步包括：

为单独的用户场所建立优先级等级；以及

基于所述优先级等级选择性地控制在用户场所处的设备。

16.如权利要求15所述的方法，进一步包括：

根据设备的优先级等级创建设备组，其总的所述资源的利用与期望的减少量相匹配；以及

向具有最低优先级等级的组的每个场所控制器发送命令以用信号通知所述场所控制器中断向相应的设备递送所述资源。

17.如权利要求16所述的方法，其中选择具有次最低优先级等级的随后的组，并向该组的每个场所控制器发送命令以用信号通知该场所控制器中断向相应的设备递送所述资源，从最低优先级等级到最高优先级等级实现对所述资源利用的削减，直到满足利用的削减为止。

18.如权利要求16所述的方法，其中每个组包括至少一个设备作为成员。

19.如权利要求16所述的方法，其中场所控制器发送时间戳响应以通知已经中断了向所述设备递送所述资源。

20.如权利要求19所述的方法，其中通过将设备状况的变化与由所述设备对所述资源的先前利用进行比较来确定被削减的所述资源利用的数量。

21.如权利要求14所述的方法，进一步包括：

监控期望的利用水平以及所有设备的利用，直到不再需要利用削减为止，其中当设备达到所述预定义服务参数的至少一个的值时，向所述组的相应场所控制器发送命令以用信号通知所述场所控制器恢复对所中断设备的所述资源的递送。

22.如权利要求4所述的方法，其中用户优先级是基于包括设备已经被操纵的时间量和未向该设备提供所述资源的时间量的标准。

23.如权利要求4所述的方法，其中用户偏好是基于包括每月预算限制和房屋周围温度中的至少一个的标准。

24.如权利要求1所述的方法，其中跨越整个分配区域、目标子区域以及单独的用户场所中的至少一个来管理和动态地限制所述资源的总计利用。

25.如权利要求6所述的方法，进一步包括：

在网状网络中的企业管理平台和场所控制器以及场所传感器之间进行通信。

26.如权利要求25所述的方法，其中经由无线电信号无线地控制所述场所控制器，并且所述场所传感器无线地传送数据。

27.如权利要求25所述的方法，其中所述场所控制器和场所传感器被一起分组，并且每组经由所述组的聚合器与所述企业管理平台通信。

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