CN101938163A - 用于监视和选择性控制电力系统中的负荷的方法和设备 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种用于电力系统(10)的监视和控制装置(26)，该电力系统包括多个电负荷和控制单元。该监视和控制装置(26)包括：负荷监视模块(56)，配置成确定传送给所述多个电负荷的至少其中之一的电功率量，该负荷监视模块还配置成将表示所确定的电功率量的值传送给电力系统；以及负荷控制模块(58)，配置成控制传送给所述多个电负荷的所述至少其中之一的电功率量。该负荷控制模块还配置成从电力系统接收功率控制命令并将功率控制确认传送给电力系统。

Description

用于监视和选择性控制电力系统中的负荷的方法和设备
技术领域
一般来说，本申请涉及电力系统，更具体来说，涉及用于监视和控制电力系统中的负荷的方法和设备。
背景技术
用户对电的需求可能会超出电力公司的可用供应。某些事件可使能量需求达到超过电力公司向每个用户供电的能力的程度的峰值。因此，会对用户“停电”或“限电”。电力公司一般不具有选择性地确定由于停电或限电将禁用用户房屋内的哪些负荷的能力。而是，在所述电力状况期间，用户的整个房屋通常会在停电或限电发生时遭遇到电力减少或完全丧失。
为了对抗这种很大程度上不加区别的电力丧失，一些电力公司利用所谓的“智能电网”或高级电表架构(AMI)电力网络。利用AMI网络，电力公司可与用户房屋内的各个负荷通信，并在用电高峰期间选择性地减少功率消耗。因此，电力公司可在维持给高优先级负荷的功率的同时减少给低优先级负荷的功率。
为了获得AMI网络的好处，电力公司必须能够与用户房屋内的家电和其它负荷通信。具体来说，电力公司希望或有必要将功率控制消息传送给各个家电并监视家电响应这些控制消息的顺应性。“非智能”或传统家电的普及给AMI网络的成功实现造成了阻碍。传统家电通常不具有接收或响应由电力公司发送的功率控制消息的能力。此外，电力公司希望或有必要监视发送给用户房屋内的负荷的功率控制消息的顺应性。如果将消息发送给负荷，则电力公司通常不能验证负荷接收到和/或遵守该消息。
发明内容
在一个实施例中，为包括多个电负荷和控制单元的电力系统提供监视和控制装置。该监视和控制装置包括负荷监视模块，该负荷监视模块配置成确定传送给所述多个电负荷的至少其中之一的电功率量。该负荷监视模块还配置成将表示所确定的电功率量的值传送给电力系统。该监视和控制装置还包括负荷控制模块，该负荷控制模块配置成控制传送给所述多个电负荷的所述至少其中之一的电功率量。该负荷控制模块还配置成从电力系统接收功率控制(power control)命令并将功率控制确认传送给电力系统。
在另一实施例中，提供一种电力系统，该电力系统包括多个电负荷、控制单元以及监视和控制装置。该监视和控制装置包括负荷监视模块，该负荷监视模块配置成确定传送给所述多个电负荷的至少其中之一的电功率量。该负荷监视模块还配置成将表示所确定的电功率量的值传送给电力系统。该监视和控制装置还包括负荷控制模块，该负荷控制模块配置成控制传送给所述多个电负荷的所述至少其中之一的电功率量。该负荷控制模块还配置成从电力系统接收功率控制命令并将功率控制确认传送给电力系统。
附图说明
图1是示范性房屋电力系统的框图。
图2是可与图1中示出的房屋电力系统一起使用的示范性监视和控制装置的框图。
具体实施方式
图1示出示范性房屋电力系统10。在该示范性实施例中，系统10包括至少一个电表16、远程控制单元18和多个传统家电28和/或智能家电22。本文所用的术语“智能家电(smart appliance)”是指包括与另一装置远程通信的能力或受到另一装置的远程控制的任何家电。本文所用的术语“传统家电(legacy appliance)”是指不包括远程通信或远程控制的能力的家电。
在该示范性实施例中，电表16经由电表数据链路20耦合到远程单元18。远程控制单元18经由远程控制数据链路24耦合到智能家电22。远程控制数据链路24可以是无线或有线通信连接。远程控制单元18还经由远程控制数据链路24耦合到监视和控制装置26。传统家电28经由电力线30耦合到监视和控制装置26。电力公司(utility)12经由电力网络14耦合到系统10。在该示范性实施例中，电力公司12经由网络14耦合到系统10内的电表16。
电力公司12耦合到网络14。为了便于高效操作，希望可以通知电力公司12房屋电力系统(如系统10)的用电量，并且电力公司12具有请求房屋电力系统(如系统10)以使得能够在峰值电力工作状况期间推迟期望用电量的能力。因此，在该示范性实施例中，电力公司12将功率控制命令传送给系统10。电力公司12还希望验证每个房屋电力系统10正确接收到和/或实现功率控制命令。因此，在该示范性实施例中，电力公司12从系统10接收功率控制确认和功率控制响应。
网络14耦合到电力公司12和系统10。在该示范性实施例中，网络14耦合到系统10内的电表16。在一个备选实施例中，网络14耦合到远程控制单元18。在该示范性实施例中，网络14将来自电力公司12的功率控制命令传送到系统10，并将来自系统10的功率控制确认和功率控制响应传送到电力公司12。因此，在该示范性实施例中，网络14是高级电表架构(AMI)网络。
电表16经由网络14耦合到电力公司12。电表还经由电表数据链路20耦合到远程控制单元18。在该示范性实施例中，电表16将来自电力公司12的功率控制命令传送给远程控制单元18，并将来自远程控制单元18的功率控制确认和功率控制响应传送给电力公司12。
在该示范性实施例中，远程控制单元18经由电表数据链路20耦合到电表16，经由远程控制数据链路24耦合到智能家电22。此外，远程控制单元18还经由远程控制数据链路24耦合到监视和控制装置26。远程控制单元18经由网络14和电表16接收来自电力公司12的功率控制命令，并将功率控制命令传送给监视和控制装置26和/或智能家电22。远程控制单元18还接收来自监视和控制装置26和/或智能家电22的功率控制确认和功率控制响应，并经由电表16和网络14将功率控制确认和功率控制响应传送给电力公司。在一个备选实施例中，远程控制单元18不是通过电表16与电力公司12通信的，而是远程控制单元18绕过电表16并耦合到网络14。
在该示范性实施例中，监视和控制装置26耦合到远程控制单元18和传统家电28。监视和控制装置26经由网络14、电表16和远程控制单元18接收来自电力公司12的功率控制命令。监视和控制装置26还经由远程控制单元18、电表16和网络14将功率控制确认和功率控制响应传送给电力公司12。监视和控制装置26还像下文更详细描述地那样配置。
图2示出可与系统10(如图1所示)一起使用的示范性监视和控制装置26。在该示范性实施例中，监视和控制装置26包括通信模块50、负荷监视模块56、负荷控制模块58、无线数据收发器54和电源端口60。在一个备选实施例中，监视和控制装置26包括有线数据收发器52和数据端口62，而不是包括无线数据收发器54。在另一实施例中，监视和控制装置26包括有线数据收发器52、数据端口62和无线数据收发器54。在又一实施例中，监视和控制装置26包括家电数据端口64。
通信模块50与远程控制单元18通信。在该示范性实施例中，通信模块50利用无线数据收发器54与远程控制单元18通信。无线数据收发器54使得能够利用各种机制中的任何一种机制来与远程控制单元18通信，这些机制包括但不限于Zigbee、蓝牙和IEEE 802.11协议、或使得监视和控制装置26能够如本文所述那样起作用的任何其它无线数据传输机制。在一个备选实施例中，通信模块50利用有线数据收发器52与远程控制单元18通信。在该实施例中，远程控制数据链路24包括耦合到数据端口62的电缆(未示出)。有线数据收发器52可利用各种机制中的任何一种机制来经由远程控制数据链路24与远程控制单元18通信，这些机制包括但不限于以太网、电力线宽带(BPL)、或使得监视和控制装置26能够如本文所述那样起作用的任何其它有线数据传输机制。通信模块50便于将一个或多个功率控制确认和一个或多个功率控制响应传送给远程控制单元18。在另一实施例中，通信模块50结合到无线数据收发器54、有线数据收发器52、负荷监视模块56和/或负荷控制模块58的至少其中之一中。
负荷监视模块56经由电源端口60和电力线30耦合到传统家电28。负荷监视模块56编程为确定传送给传统家电28的电功率量。在一个实施例中，负荷监视模块56包括伏特表、安培表和/或瓦特表(未示出)。在该示范性实施例中，负荷监视模块56包括伏特表、安培表和瓦特表中的每一种。负荷监视模块56利用上述仪表中的一种或所有仪表来确定在特定时间或在过去的指定时间段内传送给传统家电28的电功率量。负荷监视模块56将表示所确定的电功率量的一个或多个值存储在内部存储器单元(未示出)中以供以后检索。因此，在该示范性实施例中，负荷监视模块56可确定在特定时间传送给传统家电28的功率、电压和电流，并且还可确定家电28的历史用电量。负荷监视模块56配置成将一个或多个功率控制响应传送给远程控制单元18，其中这一个或多个功率控制响应可包括表示所确定的电功率量的值和/或表示传统家电28的历史用电量的值。负荷监视模块使用通信模块50、有线数据收发器52和/或无线数据收发器54来便于将这个或这些用电量值传送给远程控制单元18。
负荷控制模块58经由电源端口60和电力线30电耦合到传统家电28。负荷控制模块58控制传送给传统家电28的电功率，并从远程控制单元18接收功率控制命令。此外，负荷控制模块58还将功率控制确认传送给远程控制单元18。在该示范性实施例中，通信模块50从远程控制单元18接收功率控制命令，并将功率控制命令传送给负荷控制模块58。通信模块50还将来自负荷控制模块58的功率控制确认传送给远程控制单元18。在该示范性实施例中，负荷控制模块58包括使得负荷控制模块58能够向传统家电28提供可变功率量的功率继电器(未示出)。本文所用的术语“功率继电器”包括本领域中已知的一个或多个功率继电器，并且还包括一个或多个硅控整流器、晶体管以及向负荷提供离散或可变电压和/或电流输出控制的任何其它电路。
在操作期间，电力公司12经由网络14将功率控制命令传送给电表16。电表16经由电表数据链路20将功率控制命令传送给远程控制单元18。远程控制单元18接收该命令并经由远程控制数据链路24将该命令传送给监视和控制装置26。一旦接收到命令，监视和控制装置26将功率控制确认传送给远程控制单元18，并且远程控制单元18经由电表16和网络14将确认传送给电力公司12。在将功率控制确认传送给电力公司12之后，监视和控制装置26对功率控制命令进行分析。例如，功率控制命令可包括对关于传统家电28的信息的请求、对家电28当前使用的功率量的请求或对在一段时间内使用的功率量的请求。功率控制命令可包括使传统家电28将功率消耗减少指定量、将家电28断电、将家电28加满电、将家电28部分加电至期望功率电平、或重新开始正常操作的命令。以上功率控制命令只是非穷举性示例，并且电力公司12可传送不同或额外的命令。
在对功率控制命令进行分析之后，监视和控制装置26执行基于该命令或由该命令标识的动作。如果功率控制命令包括对关于传统家电28的用电量的信息的请求，则监视和控制装置26测量传送给用户28的功率量，和/或从内部存储器(未示出)检索历史功率消耗数据。更具体地说，负荷监视模块56利用瓦特表(未示出)或利用伏特表和安培表(均未示出)的组合来测量传送给传统家电28的功率。或者，负荷监视模块56从内部存储器检索表示传统家电28的先前用电量的一个或多个历史数据值。在负荷监视模块56检索到基于所接收的功率控制命令或由所接收的功率控制命令标识的请求数据之后，负荷监视模块56将功率控制响应形式的数据传送给远程控制单元18。
如果功率控制命令包括更改传统家电28的用电量的命令，则监视和控制装置26基于该命令调整传送给家电28的电功率。更具体地说，如果电力公司12传送了对传统家电28断电的功率控制命令，则负荷控制模块58切断功率继电器。由于传统家电28经由电力线30耦合到负荷控制模块58，因此切断功率继电器可使电力线30断电，从而使家电28断电。如果电力公司12传送了使传统家电28将功率消耗减少指定量的功率控制命令，则负荷控制模块58减少功率继电器的输出电压和/或电流，从而减少传送给家电28的功率。如果电力公司12传送了将传统家电28加满电的功率控制命令，则负荷控制模块58接通功率继电器以实现满输出功率，从而将家电28加电至满功率。如果电力公司12传送了使传统家电28在减少的功率设置下操作的功率控制命令，则负荷控制模块58用减少的输出电压和/或电流接通功率继电器，从而在期望的功率设置下对家电28加电。如果电力公司12传送了使传统家电28重新开始正常操作的功率控制命令，则负荷控制模块58将功率继电器接通至满输出功率，从而使家电28返回到满功率操作。
在负荷控制模块实现了功率控制命令之后，监视和控制装置26经由远程控制单元18、电表16和网络14将功率控制响应传送给电力公司12。具体来说，监视和控制装置26将包括表示传统家电28对功率控制命令的正确响应的值的功率控制响应传送给电力公司12。在该示范性实施例中，负荷监视模块56确定在如上所述实现功率控制命令之后传统家电28所用的功率量，并且在功率控制响应中包括表示所确定的功率量的值。例如，如果功率控制命令指示要关闭传统家电28，并且如果在家电28上成功实现了该命令，则负荷监视模块56可测量家电28的接近为零瓦特的用电量。负荷监视模块56将包括表示大体为零瓦特的值的功率命令响应传送给电力公司12。通过将功率控制响应与预期的响应值进行比较，电力公司12可验证在传统家电28上成功实现了功率控制命令。在一个备选实施例中，负荷监视模块56将包括表示成功完成或未能实现功率控制命令的值的功率控制响应传送给电力公司12，而不是传送所确定的功率量。
在另一实施例中，监视和控制装置26包括传统家电28的基线用电模型。可将基线用电模型编程到监视和控制装置26中，和/或监视和控制装置26可通过监视传统家电28随时间的用电量来导出该模型。在实现功率控制命令之后，监视和控制装置26将传统家电28所用的功率量与家电28的基线用电模型进行比较。如果传统家电28所用的功率量对应于鉴于基线用电模型的功率控制命令的正确实现，则监视和控制装置26将包括表示功率控制命令的成功完成的值的功率控制响应传送给电力公司12。例如，如果电力公司12传送了使传统家电28将功率减少50％的功率控制命令，则监视和控制装置26如上所述地实现该命令。监视和控制装置26确定供应给传统家电28的功率量，并将该量与基线用电模型进行比较以验证功率减少了50％。如果功率像指示地那样减少了，则监视和控制装置26将包括成功完成值和/或表示传统家电28的减少的用电量的值的功率控制响应传送回到电力公司12。如果功率没有减少指定量，则监视和控制装置26将包括失败值和/或表示传统家电28的当前用电量的值的功率控制响应传送回到电力公司12。
在一个备选实施例中，电力公司12经由网络14与远程控制单元18直接通信，而不经由电表16。在该实施例中，系统10以如上所述的相同方式与电力公司12和网络14一起操作，其中预期系统10与电力公司12之间的通信不是通过电表16路由的。而是，电力公司12经由网络14将功率控制命令传送给远程控制单元18。远程控制单元18通过经由网络14将功率控制确认和功率控制响应传送给电力公司12来对功率控制命令做出响应。
在另一实施例中，电力公司12与监视和控制装置26直接通信，而不经由电表16或远程控制单元18。在该实施例中，系统10以如上所述的相同方式与电力公司12和网络14一起操作，其中预期系统10与电力公司12之间的通信不是通过电表16或远程控制单元18路由的。而是，电力公司12经由网络14将功率控制命令传送给监视和控制装置26。监视和控制装置26通过经由网络14将功率控制确认和功率控制响应传送给电力公司12来对功率控制命令做出响应。
在一个备选实施例中，监视和控制装置26经由远程控制数据链路24耦合到智能家电22，而不是耦合到传统家电28。在该实施例中，电力公司12和/或远程控制单元18可利用监视和控制装置26实现更高级的功率控制命令。例如，可实现这样的功率控制命令，这些功率控制命令包括将恒温器调整指定度数、将烤箱清理延迟指定时间量、将冰柜除霜周期延迟指定时间和/或将冰箱温度调整指定度数的请求。在该实施例中，监视和控制装置26经由家电数据端口64和远程控制数据链路24耦合到智能家电22并将功率控制命令传送给智能家电22。
监视和控制装置26可响应功率控制命令将更高级的功率控制响应传送给电力公司12。例如，监视和控制装置26可传送包括表示由监视和控制装置26和/或智能家电22采取以实现功率控制命令的特定动作的一个或多个值的功率控制响应。监视和控制装置26可利用各种机制中的任何一种机制来经由远程控制数据链路24和家电数据端口64与智能家电22通信，这些机制包括但不限于以太网、电力线宽带(BPL)、或使得监视和控制装置26能够如本文所述地那样起作用的任何其它有线数据传输机制。在另一实施例中，监视和控制装置26经由电源端口60和电力线30耦合到智能家电22，并利用BPL或另一电力线数据传输协议将功率控制命令传送给智能家电22。
在又一实施例中，监视和控制装置26耦合到多个家电，包括一个或多个传统家电28和/或一个或多个智能家电22。在该实施例中，根据需要，监视和控制装置26包括多个电源端口60和/或家电数据端口64。在该示范性实施例中，监视和控制装置26配置成连接到美国的电源插座，其标准电压为约120VAC，频率为约60Hz。在一个备选实施例中，根据需要，监视和控制装置26配置成连接到其它国家的电源插座，其标准电压为约220-240VAC，频率为约50Hz，或是任何其它电压和频率。
上述方法和设备便于提供用于监视和控制电力系统中的负荷的有效且具经济效益的装置。该方法和设备便于使得传统家电能够连接到智能电网并使得智能家电能够更完全地结合到智能电网中。这些实施例便于接收从电力公司发送的功率控制消息并对其做出响应。此外，这些实施例便于在传统和智能家电上实现功率控制消息并监视传统和智能家电对功率控制命令的响应。因此，上述实施例便于提供通过电力公司进行的更有效的房屋负荷控制，并使得电力公司能够控制用户房屋内的各个家电。因此，电力公司可利用上述实施例来便于减少用户房屋内的非关键负荷的功率消耗，维持给关键负荷的功率，并更有效地管理电网。通过实现上述实施例，用户也可减少他们的房屋内的负荷的功率消耗，并减少他们的电费。
上文详细描述了用于监视和控制电力系统中的负荷的方法和设备的示范性实施例。这些方法和设备不限于本文描述的特定实施例，而是设备的组件和/或方法的步骤可与本文描述的其它组件和/或步骤分开来独立地使用。例如，监视和控制装置也可结合其它电力系统和方法一起使用，而不只限于用本文描述的电力系统实现。而是，上述实施例可结合许多其它电力系统应用实现和利用。
尽管在一些图中示出本发明的各种实施例的特定特征而在其它图中没有示出，但这只是为了方便。根据本发明的原理，一个图的任何特征可与任何其它图的任何特征一起提到和/或要求其权利。
本书面描述利用实例公开包括最佳模式的本发明，并且还使得本领域技术人员能够实现本发明，包括制作和使用任何装置或系统并执行任何结合的方法。本发明的可授予专利的范围由权利要求限定，并且可包括本领域技术人员可想到的其它实例。如果这些其它实例具有与权利要求的字面语言没什么不同的结构元素，或者如果这些其它实例包括与权利要求的字面语言无实质差异的等效结构元素，则它们要在权利要求的范围内。
部件列表：
10电力系统
12电力公司
14网络
16电表
18远程控制单元
20电表数据链路
22智能家电
24远程控制数据链路
26监视和控制装置
28传统家电
30电力线
50通信模块
52有线数据收发器
54无线数据收发器
56负荷监视模块
58负荷控制模块
60电源端口
62数据端口
64家电数据端口

Claims (10)

1.一种用于电力系统(10)的监视和控制装置(26)，所述电力系统包括多个电负荷和控制单元，所述监视和控制装置包括：
负荷监视模块(56)，配置成确定传送给所述多个电负荷的至少其中之一的电功率量，所述负荷监视模块还配置成将表示所确定的电功率量的值传送给所述电力系统；以及
负荷控制模块(58)，配置成控制传送给所述多个电负荷的所述至少其中之一的电功率量，所述负荷控制模块还配置成：
从所述电力系统接收功率控制命令；以及
将功率控制确认传送给所述电力系统。
2.如权利要求1所述的监视和控制装置(26)，其中所述监视和控制装置还包括配置成通信耦合到所述控制单元(18)的通信模块(50)。
3.如权利要求2所述的监视和控制装置(26)，其中所述通信模块(50)经由无线数据收发器(54)与所述控制单元(18)通信。
4.如权利要求2所述的监视和控制装置(26)，其中所述通信模块(50)经由有线数据收发器(52)与所述控制单元(18)通信。
5.如权利要求1所述的监视和控制装置(26)，其中所述监视和控制装置包括配置成电耦合到所述多个电负荷的所述至少其中之一的功率连接输出端的功率连接输入端。
6.如权利要求1所述的监视和控制装置(26)，其中所述负荷监视模块(56)包括伏特表、安培表和瓦特表的至少其中之一。
7.如权利要求1所述的监视和控制装置(26)，其中所述负荷控制模块(58)向所述多个电负荷的所述至少其中之一提供可变电压和可变电流。
8.如权利要求1所述的监视和控制装置(26)，其中所述多个电负荷的所述至少其中之一包括传统家电(28)。
9.如权利要求1所述的监视和控制装置(26)，其中所述负荷监视模块(56)配置成确定传送给所述多个电负荷的所述至少其中之一的历史电功率量。
10.如权利要求1所述的监视和控制装置(26)，其中所述负荷控制模块(58)还配置成对所述多个电负荷的所述至少其中之一实现所述功率控制命令。
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