CN102377182B - 无ami/amr系统的需求响应的甩负载系统 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及无AMI/AMR系统的需求响应的甩负载系统。公开用于通过基于预测的能耗使用和峰值负载概况(902)将群体分隔(904)成子集来控制群体的甩负载和回报尖峰的设备和方法。子集群体(230、232、234)基于发送给该群体的通信消息(200)互相独立地响应。具有一个或多个能量消耗装置的住宅的每个子集群体(230、232、234)基于从随机化分布例程生成的生成值来响应。

Description

无AMI/AMR系统的需求响应的甩负载系统
技术领域
该公开涉及能量管理，并且更特别地涉及电气装置控制方法和电能消耗系统。该公开在例如洗碗机、洗衣机、干燥机、HVAC系统等电器的能量管理具有特别应用。
背景技术
为了减少高峰值功率需求，许多公用事业已经设立使用时间(TOU)计量和费率，其包括在峰值时间期间能量使用的较高费率和在非峰值时间期间能量使用的较低费率。结果，对消费者提供在非峰值时间而不是峰值时间使用电力并且每时每刻减少电器的总能量消耗的激励。
公用事业电力系统通过采用例如负责监测和运行需求相应程序的公司或程序等前端管理系统变得“智能”并且支持需求响应。这通常要求由公用事业进行设备和时间投资来在每个住宅中安装自动仪表读取(AMR)系统、高级计量基础设施或其他类型“智能”公用事业仪表。AMR系统例如用于从水表或能量计量装置(水、燃气、电)自动收集消耗、诊断和状态数据，并且将该数据传输到中央数据库以用于计费、故障查找和分析。AMI代表超越AMR至远程公用事业管理的固定网络仪表系统的联网技术。AMI系统中的仪表常常称为智能仪表，因为它们可以基于编程逻辑来使用收集的数据。
智能输电网应用提高了电力生产者和消费者互相通信的能力并且做出关于如何和何时产生和消耗功率的决定。需求响应(DR)技术，例如允许客户从基于事件的需求响应(其中公用事业请求甩负载)朝基于超出24/7的需求响应(其中客户经历每时每刻控制负载的激励)转变。智能输电网应用的一个优势是基于时间定价。传统上对kWh和kW/月支付固定费率的客户可以设置他们的阈值并且调节他们的使用来利用浮动价格。另一个优势是能够采用允许客户节省峰值负载并且不仅节省kWh和kW/月而且能够在能量市场中交易他们节省的电力的方式来严密地监测、转变和平衡负载。然而，这牵涉高级能量管理系统、激励和可行的交易市场。
当TOU或DR事件发起许多用户同时打开电器时，可以形成高达电力网上的正常负载几倍的最初功率流入量。该最初流入量可以损害电力网以及使它满负载，并且从而暂时引起功率中的减少或切断(例如，掉电或停电)。另外，超出″峰值″电厂运行的支出是昂贵的并且可不是环境友好的。
因此，存在提供方法和系统来运行需求响应系统而不需要在AMR或AMI技术上进行投资的需要。公用事业可指示功率消耗装置使它们能够限制峰值负载和/或平滑回报尖峰(payback spike)用于省钱并且避免电力断供。
发明内容
更具体地，本公开提供具有存储器的电器，其包括与关联的公用事业通信的控制器。指派给该电器和/或该电器的控制器(处理器)的原始序列号用于生成用于与公用事业进行通信的生成值。该生成值用于改动装置的参数、例如运行时间和/或温度设定点等，以及对不同的群体(population)指派不同的装置作为控制回报负载尖峰的方法。
在一个实施例中，提供能量控制系统的方法来控制总群体的甩负载和回报尖峰，该总群体具有包括一个或多个能量消耗装置的住宅的多个子集群体。基于每个住宅的物理参数来确定住宅的总群体的能量使用和峰值负载概况。住宅的总群体通过随机化分布例程分隔成多个子集群体。对于需求响应事件，独立地控制每个子集群体，以基于能量供应公用事业的状态(其指示峰值需求时期和非峰值需求时期中的至少一个)独立地操作每个子集群体在正常操作模式和节能模式中，其中通过每个子集群体经由入局通信消息依赖地响应来执行总群体的需求响应事件。
在另一个实施例中，公开用于一个或多个电器的能量管理系统。该系统包括用于管理家用内的功耗的控制器。该控制器配置成接收和处理指示关联的能量供应公用事业的一个或多个能量参数的信号，该能量参数至少包括峰值需求时期或非峰值需求时期。该控制器配置成响应于接收的信号发送命令指令给处于至少包括正常操作模式和节能模式的多个操作模式中的一个中的电器。在该非峰值需求时期期间该一个或多个电器在该正常操作模式中操作并且在该峰值需求时期期间在该节能模式中操作，其中该控制器配置成在该峰值需求时期结束后控制该一个或多个电器返回到该正常操作模式来防止该关联的能量供应公用事业的能量浪涌，其中该控制器配置成随机化在具有不同的需求响应事件长度时间、温度设定点变化和与其关联的开始时间的总群体的子集群体之中的住宅的总群体中的住宅分布，用于控制子集群体的需求响应事件。
该系统的优势是可编程通信恒温器或电器的其他通信装置可以接收单向通信信号(例如，无线电数据系统通信、寻呼机等)来运行具有甩负载和回报尖峰减少的DR程序。该公开不限于任何一个类型的通信基础设施。例如，还可采用双向通信基础设施。此外，公用事业不要求“智能仪表”或前端管理器服务，并且居住用户不要求家庭区域网络、宽带互联网或计算机以用于通信。
另一个优势是低成本、低维护的自我管理DR程序，其基于住宅中而非它们周围的基础设施中的使能装置。
附图说明
图1是根据本公开的一个方面的具有一个或多个电器的能量管理系统的示意图示；
图2是图示根据本公开的另一方面的生成的序列号的分布的图表；
图3是根据本公开的另一方面的通信消息；
图4是图示根据本公开的另一方面的生成的序列号的分布的图表；
图5是图示根据本公开的另一方面的生成的序列号的分布的图表；
图6是图示根据本公开的另一方面的需求响应事件的事件线；
图7是图示根据本公开的另一方面的需求响应事件的事件线；
图8是图示在需求响应事件和非需求响应事件中住宅的仿真的图表；以及
图9是图示用于从原始序列号生成所生成的序列号的示例方法的流程图。
具体实施方式
公用事业通过在一天期间的峰值时间甩负载的系统提供能量。例如，住宅能量成本的大约50％是由于取暖和制冷引起的。在炎热的夏季月份，空气调节可以占住宅能量成本的60-70％。炎热夏季日子期间的峰值负载可以接近提供商的供应水平，其产生掉电和更高的平均能量成本。为了不断地满足需求，公用事业可以在市场上从外部接收电力或占用(engage)另外的电厂来发电(例如，燃气电厂)，其需要另外的投资来具有备用电厂。从而，持续关注的问题牵涉如何在系统上调度负载和如何满足能量要求而没有另外的电厂或具有掉电。
需求响应(DR)系统控制住宅用户层面的能量负载。例如，空气调节(AC)负载可以用可编程通信恒温器(PCT)控制。DR系统通过减少服务故障的损耗和总能量成本(相对于支付辅助发电)增加平均用户舒适度。甩负载和/或平滑回报负载尖峰的一个方式是通过高的最初投资成本在输电网系统的消费者接收端提供前端设备，例如安装“智能仪表”、双向通信系统和/或基础设施等。这可还牵涉维护成本，其牵涉前端管理器的服务，服务通信系统和装置，例如AMR和/或AMI系统等。这样的系统的成本和复杂性减少由公用事业和消费者两者的接受和采纳。
牵涉低成本投资的一个选项是利用可以依赖FM无线电数据系统(FM-RDS)通信的单向通信系统，或其他单向系统，例如寻呼机(大约900MHz)、Zigbee、wifi等。利用FM无线电站来提供用于触发需求响应事件的通信路径将是低成本技术方案，这对于大多数将是明显的。高功率无线电站的覆盖范围是极广的，其提供发送信号给分散在非常大的地理区域上的大量接收器的能力。
低投资成本可以通过各种系统实现，例如花费与标准数字恒温器相比差不多的其中没有另外的安装成本的PCT等。设备可以牵涉耦合于电器的信号/通信盒，其用于接收通知电器的处理器将电器打开/关闭(例如，空气调节器压缩机、电热水器等)的消息。在现今处于适当位置的大多数需求响应系统中，采用在城市输电网各处移动的方式在不同的时间发信号给来自总群体中的受控装置以通电或断电，使得没有一个装置一直在每天相同时间打开和关闭。例如，每次可以针对群体的一个子分区(例如，子集群体)在另一个子分区之前通电和断电。在本公开中，子分区中的电器/电器微控制器的序列号用于在特定时间通电或断电的候选者之中进行区别。这防止例如某个半径或群体内的所有空气调节器同时关掉或开始工作(这可能具有毁灭性影响)。
在一个示范性实施例中，生成的序列号(GSN)从电器和/或电器的微控制器的原始序列号形成以便产生跨分布曲线(从可能的最低序列号到可能的最高序列号(例如，000000至999999)的范围中)均匀地分布或散布的非随机号码。该分布代表在序列号的子集群体中散布的生成序列号。这将在下文更详细论述。
从GSN产生作为百分比的生成值(GV)。最大可能的生成序列号从而除以特定电器的任何给定GSN来确定该GSN位于子集群体中的位置。例如，如果序列号包括六个数字，从OSN产生的GSN可以是555555。当该GSN除以最大值来确定它在群体内的百分比时，该GV是555555/999999，其在乘以100后是大约55％。该GV因此是该GSN在子集群体内代表的水平或百分比并且用于选择在住宅的子集群体内的什么位置关闭或提供电力。例如，住宅的上百分之五十可基于GSN号码的分布(其是通过关于每个DR事件使GV减量或使它增量而在分布中回转GSN号码来等同地处理客户的随机分布)在电器的下50％之前使它们的设定点温度提升。
在给定的时间量期间提升住宅的设定点温度去除了住宅的空气调节(AC)负载直到住宅变暖到新提升的设定点。当该给定的时间量结束时，住宅试图同时返回它们的原始设定点，这引起回报负载尖峰。然而，如果总群体的子集群体延迟使他们的设定点被调节，他们的负载减少可以用于补偿和平滑由剩余群体引起的回报。该倒退由对随后的DR事件增量或减量的GV(从GSN形成)支配。如上文陈述的，从由制造商提供的电器和/或电器的微控制器的原始序列号进而生成GSN。
在生产时对作为整体的电器或电器的微处理器或两者指派连续序列号给所有电器。进而产生生成值的随机分布。该分布然后用于公平地处理住宅的不同群体的DR事件方案。为了该公开的目的，连续指派的序列号将叫做原始序列号(OSN)并且生成的号码将叫做生成序列号(GSN)，而GSN在GSN的子集或群体内的百分比值将创造为生成值(GV)。
形成GV的值的分布的优势是使得住宅中电器组或电器的子集群体对于DR事件不遵循相同的供电和断电方案。例如，生成值的分布防止低端序列号中的全部遵循相同或相似的DR事件方案结束。因为常常可能是例如这样的情况，其中具有接近编号的OSN的装置在特定区域或在特定时间从制造商购买，从而防止这些电器的OSN是全局随机的或跨总群体随机分布而引起控制方案不是如此有效。从而，从OSN生成的GSN可以提供跨给定总群体的值的整个范围分布或散布的非随机号码。此外，为了使得对电器的给定总群体内的所有组或子集群体的处理是等同的，使GV增量或减量通过所有可能值的范围并且因此通过所有可能的子集群体的范围。GV然后用于控制子集群体内的DR事件。
图1示意图示根据本公开的一个方面的一个或多个电器102、104、106的示范性能量管理系统100。这些电器102、104、106中的每个可以包括一个或多个功率消耗特征/功能。例如，电器104可以是冷冻机和/或包括冷冻系统的HVAC系统。每个电器和/或控制器包括原始序列号108。非随机参数值生成器114配置成使电器能够基于用该原始序列号108形成的生成序列号改变需求响应事件、指派的群体子集的不同需求响应概况、接收的用户输入和价格信号。该能量管理系统100一般包括用于管理家用内的功耗的控制器110。该控制器110操作上连接到功率消耗特征/功能中的每个。该控制器110可以包括在印刷电路板上的微型计算机，其程序化以响应于它接收的输入信号分别选择性地发送信号给电器102、104和/或106的电器控制板124、126、128。该电器控制器将然后进而操纵其功率消耗特征/功能的供能。
控制器110配置成由接收器接收信号112并且处理指示一个或多个能量参数和/或关联的能量供应公用事业的利用状态、例如包括供应的能量的可用性和/或当前成本的信号。存在若干方式来完成该通信，其包括但不限于PLC(电力线载波，也称为电力线通信)、FM、AMSSB、WiFi、ZigBee、无线电广播数据系统、802.11、802.15.4等等。能量信号可由例如电力公司等公用事业提供商产生，并且可以作为射频信号经由电力线传送，或当公用事业提供商期望减少对它的资源的需求时通过用于传送信号的任何其他方式传送。成本可以指示公用事业的能量的需求状态，例如供应的能量的相对高的价格或成本典型地与峰值需求状态或时期关联并且相对低的价格或成本典型地与非峰值需求状态或时期关联。
控制器110配置成响应于接收的信号传送给、控制和操作处于至少包括正常操作模式和节能模式的多个操作模式中的一个中的电器102、104、106中的至少一个。具体地，每个电器可以在非峰值需求状态或时期期间在正常操作模式中操作并且可以在峰值需求状态或时期期间在节能模式中操作。如将在下文更详细地论述的，控制器110配置成与每个电器通信以促成电器在峰值需求时期结束后返回到正常操作模式来防止关联的能量供应公用事业的能量浪涌。备选地，每个电器的控制板可以配置成直接从公用事业接收通信，处理该输入，并且进而激活节能模式，而不使用集中控制器110。
如果控制器110在电器102、104、106的操作期间的任何时间接收并且处理指示峰值需求状态或时期的能量信号，控制器做出每个电器的功率消耗特征/功能中的一个或多个是否应该在节能模式中操作的确定，并且如果如此，它发信号给每个电器的适当特征/功能以开始在节能模式中操作以便减少正由电器消耗的瞬时能量的量。控制器110配置成与电器控制板124至128通信以向电器控制板提供命令指令以支配特定特征/功能以较低的消耗水平操作并且确定较低的消耗水平应该是什么。这使每个电器能够由电器的控制器控制(在直接考虑用户输入的情况下)，而非激活来自例如公用事业等外部源的电器的特定特征/功能的操作的不受控的立即终止。应该意识到控制器110可以配置有管理正常模式和节能模式操作的默认设置。在每个模式中的这样的设置可以是固定的，而其他可调节到用户偏好并且提供对甩负载信号的响应。
控制器110包括具有显示器122和用于做出各种操作选择的控制钮的用户界面120。该显示器可以配置成提供关于操作每个电器102、104、106的成本的主动、实时反馈给用户。成本一般基于当前操作和使用模式以及能耗成本，例如由对应的公用事业收取的每千瓦时成本等。控制器110配置成采集与当前使用模式以及当前功率成本有关的信息和数据。该信息可以用于确定与在节能模式和正常模式中的一个中使用每个电器关联的当前能量使用和成本。该实时信息(即，当前使用模式、当前功率成本和当前能量使用/成本)可以经由显示器提供给用户。
每个电器102、104、106在节能模式中操作的持续时间可由能量信号中的信息确定。例如，能量信号可通知控制器110在节能模式中操作几分钟或一小时，在该几分钟或一小时的时间时，每个电器102、104、106返回正常操作。备选地，能量信号可由公用事业提供商或其他信号产生系统连续传送，只要确定瞬时负载减少是必须的即可。一旦信号的传送停止，每个电器返回正常操作模式。在再另一个实施例中，能量信号可传送给控制器110以发信号给每个电器102、104、106在节能模式中操作。正常操作信号然后可稍后传送给控制器以发信号给每个电器102、104、106返回正常操作模式。
图2是图示从GSN(其从原始序列号(OSN)生成)确定的生成值(GV)如何在最大序列号的所有百分比值的可能值的范围中的所有可能值之中分布的图表。OSN的线性增加图示完全基于OSN的系统将如何由于百分比的聚丛而不产生值的随机分布。因为任何给定的群体可包含许多连续OSN并且这些可来自所有可能的序列号的小子集，单独基于这些的控制方案与基于用OSN形成的生成值的方案相比不是那么有效或均匀分布。
利用如本文描述的这样的系统，用户还维持对装置的控制，因为用户具有超驰(override)公用事业价格信号(具有关于使用增加的任何所得成本所给出的警告)并且控制个人舒适度和/或价格设置(其确定给定信号的响应极限和标准响应)的能力。
在一个实施例中，消费者/用户可超驰向不同群体的移动。例如在用户显示器120中向用户提供住宅的群体或总群体的子集群体的循环通过。采用该方式，通过对用户呈现子集群体和关于子集群体的变量的信息(用户的住宅或装置可正在响应的)，用户可以预期和/或计划对DR事件的各种子集群体响应。可呈现超驰控制以用于超驰向总群体的另一个子集群体的移动，以及向用户呈现保留在正指派的子集群体中的成本节省数据。
GSN采用与全局随机化方案相似的方式有效地影响(当命令时)住宅的恒温器或电器的设置和响应而不使用随机数、统计分布、“智能仪表”(例如，AMR/AMI)或前端管理来从原始序列号生成GSN。每个装置内，得自GSN的GV由用于处理来自公用事业的信号的装置计算和使用。来自公用事业的信号因此可操作成通过使用GSN传送信息给电器的控制器来改动电器的变量，其影响群体中的回报尖峰负载。可受信号消息有效负载影响的电器的变量包括运行时间、温度设定点、价格控制和群体指派器，其配置成指定总群体中特定电器被指派给的特定子集群体。
GV配置使得看到在整个群体上的值和响应的分布并且所有住宅用户在一段时间上经历等同响应，如上文关于DR事件论述的。例如，使每个电器/电器微控制器的GV增量或减量通过所有全部可能的GV使得子集群体的每个电器在每个DR事件后将具有不同的GV并且所有GV值公平地指派给电器。因此，住宅的群体具有打开时间，其能够在信号有效负载中使用GSN来采用单向通信信号实现，同时这些打开时间分布在时间段(例如，数周或数天)上使得没有一个特定GSN比给定时帧中的任何其他GSN被延迟更长。
本文的方法和系统应用于任何其他通信电器、装置或控制器(例如，PCT、HEM等)。另外，描述的方法和设备不限于单向通信系统，而也可采用双向通信协议实现。存在若干方式来完成该通信，其包括但不限于电力线载波PLC(也称为电力线通信)、FM、AM、SSB、WiFi、ZigBee、无线电广播数据系统、802.11、802.15.4等等。能量信号可由例如电力公司等公用事业提供商产生，并且可以作为射频信号经由电力线传送，或当公用事业提供商期望减少对它的资源的需求时通过用于传送信号的任何其他方式传送。成本可以指示公用事业的能量的需求状态，例如供应的能量的相对高的价格或成本典型地与峰值需求状态或时期关联并且相对低的价格或成本典型地与非峰值需求状态或时期关联。
在一个实施例中，依赖RDS信号和支持DR的装置的单个消息系统管理DR事件并且提供回报尖峰平滑，而不需要例如前端监测器、智能仪表、双向通信或其他昂贵并且高维护的基础设施。该系统依赖生成的序列号，其对于给定装置不是随机的，因为它们基于指派给电器的原始序列号确定性地生成。这些生成序列号可以采用它们可以用作种子来在参数上改动支持DR的装置中的设置和变量这样的方式覆盖总群体的任何给定子集的可能值的整个范围。值和变量的参数转变(在由用户设置和/或价格信号设置的极限内)以及基于生成的序列号对给定群体指派不同DR概况是基础，系统在其之后进行甩负载和回报尖峰平滑以及减少。
用于分别向装置或装置微控制器命令指令的变量在从公用事业发送的通信消息内发送。例如，时间保持最大值(TimeHoldMax)变量是一个示范性实施例，其是其中允许保持温度高的最长时间。例如，对于该持续时间期间改动温度设定点为最小。该值可以由多种方法确定。例如，该时间保持最大值可以产生于用户的舒适度/价格选择和DR信号的关键程度的组合。用户或能量消费者可选择用户将允许的最大温度，或也许用户界面(UI)将具有滑动比率，其允许用户在价格和舒适度之间选择。UI然后指派对于任何给定价格水平允许的最大温度。TimeHoldMax的值可以建立进入例如PCT等每个能量消耗装置，使得对于给定价格层(price tier)和/或用户设定，该值跨所有单元将是相同的。如果该值在冷冻机或制冷机中使用，它可以基于冰箱可以以它的最大温度运行多久的安全额定值(对于内部食物的安全)。具有时间长度的任何其他装置(它可以设置到不同的操作模式)可以具有与TimeHoldMax相似的变量，其基于装置的操作模式和用户输入或价格信息(通过来自公用事业的FM-RDS输入)形成。该通信不限于FM-RDS或如上文陈述的任何其他特定通信协议。
在另一个实施例中，例如时间保持最小值(TimeHoldMin)变量也经由通信消息发送给住宅的总群体内的至少一个能量消耗装置。该TimeHoldMin变量提供其中允许保持温度高的最短时间。例如，对于在该持续时间期间改动温度设定点为最小。另外的示例是关于时间保持标准值(TimeHoldStandard)变量，其指定来自公用事业的DR事件的长度(如通过FM-RDS或其他方法来信号通知)。在另一个实施例中，该变量可以对消费者在使用时间定价计划上指定更高价格水平的时间长度。
当初始化时，计算GV的开始值，其作为百分比函数运算。如上文详细陈述的，计算GV当GSN除以最大序列号(LargestSerial)(其是可以用与GSN相同数目的数字生成的最大数)并且该值乘以100时进行。该运算可以仅用整数运算计算来减少装置微处理器中的计算开销。
在另一个实施例中，时间保持(TimeHold)变量在通信消息中传送。该TimeHold变量命令装置实现TimeHoldMax和/或TimeHoldMin变量作为操作的物理参数。例如，该TimeHold等于TimeHoldStandard±Generated Value(GV)*TimeHoldStandard。因此，提供装置操作的范围并且，该范围由能够被调节的参数设置。
例如，如果TimeHold(其是TimeHoldStandard±Generated Value(GV)*TimeHoldStandard)大于或等于TimeHoldMax，其是其中允许保持温度高的最长时间，然后TimeHold等于TimeHoldMax。如果TimeHold小于或等于TimeHoldMin，其是其中允许保持温度高的最短时间，然后TimeHold等于TimeHoldMin。在上文的示例中，±表示正/负功能变量(PlusMinusFunction)，如下文进一步描述的。
当初始化时，(每个能量消耗装置或恒温器首次通电时或当经历电力复位时)装置控制器检查序列号的最后数字。偶数值(包括0)将注释正(+)并且奇数将注释负(-)。这意味当PlusMinusFunction的最初调用时，装置或恒温器将基于函数的符号经历正或负参数转变。每次对特定装置使用PlusMinusFunction时，它的符号将改变。采用该方式，给定群体的50％将在参数上经历超过TimeHoldStandard(或其他标准值)的转变，并且50％将经历小于标准值的转变，并且随时间过去每个个体控制器或装置经历相等数目的正和负转变。
关于PlusMinusFunction，GV变量的值可以在每次传送它时转变。例如，每次生成值(作为百分比函数)因为任何原因用于确定参数转变(例如，对于温度倒退、倒退的持续时间、上升率或下降率等)时，它可以减少3％、5％、10％、25％或任何标准通用值，使得随时间过去每个用户经历GV的所有值。GV值在每次在通信消息或信号中传送它时减少的量可以是5-25％，并且将被确定并且预先程序化进入每个装置。作为示例，如果装置开始于58％的GV，那么下一次传送GV时，该值将转变到53％，其后的时间到48％，其后的时间到43％等，直到该值大约到零以下，在该情况下它环绕回到100％。采用该方式，在任何给定群体中的每个PCT、装置或控制器将经历GV百分比值跨可能值的整个范围，并且值的总分布将保持不变地均匀。
图3图示由公用事业发送到住宅的多个群体或总群体的群体子集的在单个信号上具有控制信息的通信消息200的一个示例。尽管图示特定信号或通信消息，本公开不限于任何特定示例，其用于描述性目的来详述本公开的更广方面。利用如描述的这样的系统，公用事业发送信号200来设置DR事件的长度、价格水平和/或占用/释放控制器来转变与其通信耦合的能量消耗装置的物理参数。这些参数是当对于所有住宅的需求响应事件时控制上文提到的变量和/或转变通过住宅的总群体的多个子集(通过使GV增量/减量)的物理参数。因为GV指定每个住宅装置和/或住宅被指派的哪个子集群体，对于DR事件的GV增量/减量来确保在一段时间和不同的DR事件上的等同处理。
例如，在电力系统关键紧急情况期间，当回报负载没有像立即甩负载那样重要时，例如发送给住宅的群体的FM-RDS信号包含使任何特定电器占用或释放其中进行的功能(例如PercentFunction或PlusMinusFunction等)位。例如，对于在多个群体或总群体的子集群体之中采用负载平滑和回报尖峰减少的温度倒退，公用事业发送其在需求响应(DR)事件期间占用所有群体和它们的响应的信号(不管采用FM-RDS或不同格式)。这实现单向通信的可能性而不需要前端投资，例如关于高级计量基础设施等。
信号消息200包括用于信号通知特定DR事件的采用不同的帧或数据包的形式的信号有效负载信息。该消息具有子集群体、例如第一子集群体230、第二子集群体232和第三子集群体234的信息块。任何数目的不同子集群体可以是通信消息中的标号，并且本公开不限于任何特定数目，如本领域内技术人员可以意识到的。例如，段202提供“0”，其表示上升(变热上升)率不应该(或例如应该)受控制。段204指示“0”，其指定倒退温度或温度变化不应该(或例如应该)受控制。段206在那里传送“1”，其表示例如TimeHold将由消息在参数上控制。消息的段208传送“3”，其指定对于DR事件或一系列DR事件将使用例如三个单独的群体。此外，段210包含“4”，其表示第一子集群体230的四度温度倒退。同样地，在段212处包含的信息或子集230具有“1:00”，意味例如第一子集群体将在下午1:00开始DR事件。段214具有“50”，其意味例如具有50％或更大的GV值的所有装置指派给第一子集群体230。段216包含“4”，其表示第二子集群体232的四度温度倒退。同样地，在段218的“3:00”意味第二子集群体将在下午3:00开始DR事件。在另一个示例中，段220提供“25”，其指定不在第一子集群体230中的具有大于25％的PercentFunction值的所有装置将在第二子集群体232中。段222包含“4”，其表示第三子集群体234的四度温度倒退。相似地，段224在其中具有“4:00”，其意味第三子集群体234将在下午4:00开始DR事件。段226在其中具有“25”，其意味具有小于25％的PercentFunction值的所有装置将指派给第三子集群体234。
该示例消息不意在示出如这里描述的这样的系统的限制，而仅提供这样的系统可以由例如单个FM-RDS信号控制的一个可能的方式。可以接收具有可以在参数上调节的任何数目不同的可能状态和参数的通信的任何类型的装置可以使用这样的发消息系统在峰值时期期间控制负载并且提供回报负载尖峰的稳定化。不同类型的装置(例如热水器和PCT两者)可以通过相同消息控制(如果它们采用对于装置如何操作和它具有什么类型的参数的特有的方式解释消息位的话)。例如，热水器可不具有多个状态或温度，使得它们简单地将示例DR事件的消息看作是说在1:00经过4小时改变到低功率操作。
在另一个实施例中，消息200在采用例如与FM-RDS不同的格式的双向通信中发送。例如，信号可以通过仪表发送进入住宅的总群体内的住宅，并且然后响应于该信号的装置可以发送信息回到能量提供商。这可使用zigbee智能能量概况、采用通过电力线进入仪表的电力线载波(PLC)方式、在仪表具有用于发送/接收定价信号和/或需求响应信号的收发器的情况下通过RF信号，或如本领域内技术人员可以意识到任何其他通信格式完成。
利用如本文描述的这样的系统，用户或消费者仍然具有对他们自己的装置的控制，因为他们仍然具有超驰公用事业价格信号(具有关于使用增加的所得成本给出的警告)并且同时控制消费者的个人舒适度或价格设置(其确定给定信号的响应极限和标准响应)的能力。
在一个实施例中，接收信号的装置可以是智能电器，其用其中的软件电子地控制。例如，冷冻机可以TOU方案的低费率(例如，4.3分)或中等费率(例如，5.1分)正常运行。该冷冻机可正常响应并且做被控制去做的任何事情(例如每当它需要时它将除霜)。通信消息200可程序化使得输入从公用事业和/或从家庭区域网络(HAN)入局以在其中指定高(其中有低、中和高，它们作为要指定的DR事件水平是关键的)的“3”，由此使冷冻机实行命令禁用其中消费者可不关注的消耗能量的少数特征，例如快速变冷、快速制冰或消耗功率但不是必需的各种其他特征等。进而，冷冻机可通过转变到例如制冷机中高达6度的不同设定点。还可以设置设定点时间。还可设置不同时帧窗口，例如二、四或六小时窗口时帧。例如，冷冻机可较早启动，或让其开启更长，如由装置控制器经由包含在发送的消息中的信息调节的那样。其中对冷冻机指派的变量和子集群体可以在每个DR事件时逐步变化(例如，增量/减量)到新GV，其取决于冷冻机启动的地方和我们是否要逐步变化我们要转变住宅恒温器的温度升高量。例如，一些住宅可在事件期间转变四小时，而其他可转变例如五小时，使得形成公平和均匀的分布。
图4图示总群体的个体住宅的随机分布的示范性实施例。例如，住宅的PCT或其他装置具有用于形成GV的制造的原始序列号(OSN)，其从零跨越到一百。GV采用在总群体中的任何装置的样本应该跨越可能值的整个范围这样的方式生成。GV然后用于帮助控制住宅的装置如何响应于DR消息并且产生具有减少的回报的公正和可预测的甩负载。
总群体内的住宅的所有装置接收例如消息200等每个通信消息。如在图5中图示的，当发送另外的消息时，每个装置或PCT的GV例如随时间过去有效地阶跃通过可能响应的整个范围。这允许系统对于所有用户/消费者是公平的并且在合计水平是可预测的。每次GV在装置中使用时，它例如减少五，如通过来自图5的John的、Mary的和Will的房屋的减少在图5中图示的那样。除了五，可以使用其他增量或减量来在GV的分布中增加或减少装置。其中的个体住宅和/或装置采用该方式阶跃通过可能GV的每个范围(并且由此所有可能响应)而不影响合计响应。
图6图示具有简单的需求响应的四小时DR事件的示例，其具有如通过住宅的总群体的设定点温度中的变化经历的四度倒退或温度变化。在时间零，事件开始并且叫做“群体1”的总群体经受四度的设定点温度变化。在四小时后，群体的百分之100回到原始设定点温度。
图7图示其中住宅的总群体分隔成三个单独子集群体(其独立响应于例如通信消息100)的示范性实施例。根据从OSN生成的GV将不同的住宅指派给不同的子集群体。与图6相反，住宅的总群体分成叫做“群体1”、“群体2”和“群体3”的三个子集群体。每个子集群体由经由例如在DR事件信号中发送的单个通信消息传送的不同变量控制。还可使用多个信号或通信。图示的每个群体例如具有需求响应事件设定点或开始时间、设定点温度(例如，四度)、需求响应事件长度时间(例如，群体1四小时，并且群体2和3三小时)。在该需求响应事件长度时间后，每个群体返回分布中的原始设定点群体。
可以模拟事件的合计响应以便改进每次使GV增量/减量时子集群体之中的甩负载。例如，一个DR事件可以指派子集群体为GV的下30％，下一个子集为接着的40％，并且第三子集为GV的上30％，其中具有例如在相应群体的4至3小时的4度的温度减少。该模拟的响应然后可以在这些子集群体内的电器中实现，并且结果其后用于改进总体模型的实际效果表示。采用该方式，住宅的总群体的能量使用和峰值负载概况可以基于住宅的物理参数确定。可以控制随后的DR事件来产生相同甩负载，其中在对群体的信号或通信消息中提供有不同信息。例如，随后的DR事件的子集群体可以是采用5度持续3小时的25％、45％、30％。子集群体的每轮可具有不同的组成或物理参数，其引起不同的能量使用概况(其可以通过模拟确定)。此外，每个住宅监测它自己关于信号通知的长度和能量减少的响应，因此受控装置可以监测住宅是否能够比信号通知的减少更大的能量(基于舒适度设置没有舒适度损失)，或如果住宅不能够在信号通知的温度或时间极限内满足用户成本节省或能量减少目标，装置可以修改住宅个体响应以更紧密地匹配计划的合计响应直到由用户舒适度选择设置的极限。对任何给定DR事件采用该方式，预期每个住宅表现得与预测的响应一样好或比其更好，并且可修改一些异常值来更紧密地匹配标准以提供整个系统的稳定性。
图8图示住宅的总群体的仿真模型的详细图表800的示范性实施例。可以进行模拟，例如软件模拟或各种子集群体的仿真等，以便提供来自主群体的温度倒退的负载减少。其他群体用于回报控制。子集群体因此可以根据正基于GV调节的物理参数转变来减少峰值负载并且平滑回报尖峰，如上文论述的。例如，“前端”软件基于物理参数(例如住宅房龄范围、住宅的大小、内部住宅温度和外部温度、时间段和/或随时间的功耗等)模拟从每个子集群体的能量使用和峰值负载概况的甩负载。
第一曲线802图示外部温度。第二曲线804是没有需求响应事件来节省成本和功率效率的住宅的群体的平均功耗。曲线806描绘具有标准需求响应事件的平均功率。曲线808证明利用本文用于群体的子集的方法的平均功耗的示例。通过仿真，甩负载可以在需求响应窗口中预测并且减少或平滑回报尖峰，而在同时最小化居住不舒适来增加这样的系统的顺应性和采纳。
仿真基于其中它生成给定数目的住宅并且指派在参数上基于输入文件的热特性的过程。仿真给定时帧中的内部温度以便记录和监测住宅的能量使用。仿真在逐分钟基础上输出每个住宅的设定点、外部和内部温度以及瞬时负载。仿真用默认输入运行并且与人们记录的实际温度状况和负载概况的结果比较以便用仿真数据调节实际数据用于更准确地预测温度状况和负载概况。
用于实现能量控制系统来控制群体的甩负载和回报尖峰的示例方法900在图9中图示。尽管该方法900在下文图示和描述为一系列动作或事件，将意识到这样的动作或事件的图示顺序不采用限制性的意义解释。例如一些动作可采用不同的顺序和/或与除了本文图示和/或描述的那些以外的其他动作或事件同时发生。另外，可不要求所有图示的动作来实现本文的描述的一个或多个方面或实施例。此外，本文描绘的动作中的一个或多个可在一个或多个单独的行动和/或阶段进行。
方法900在开始处开始，并且在902确定住宅的总群体的使用和峰值负载概况。在一个实施例中，确定该能量使用和峰值负载概况包括仿真该总群体的功耗，其基于以规定的内部温度和/或修改的内部温度操作的少于在该总群体中的住宅的总数的住宅的数目来预测该总群体的功耗。例如，计算机模型生成模型来预测总群体的功耗。
在904，住宅的总群体分隔成子集群体。该住宅分隔成子集通过随机化分布例程完成。该例程生成生成值，如上文论述的。
在906，对于需求响应事件，独立地控制子集群体。每个子集群体基于能量供应公用事业的状态(其至少指示峰值需求时期和非峰值需求时期)在正常操作模式和节能模式中独立地操作。通过每个子集群体经由入局通信消息依赖地响应，对总群体执行需求响应事件。
在908，基于每个子集群体的概况给每个子集群体指派需求响应事件长度时间。在910，分别基于一个或多个能量消耗装置或电器微控制器内的随机化分布例程的生成值对每个子群体独立地指派需求响应事件的开始时间和温度设定点变化。在912，指派的需求响应事件长度时间、开始时间和温度设定点变化经由每个住宅的一个或多个能量消耗装置的通信消息发送。
本发明已经参考优选实施例描述。明显地，当阅读并且理解前面的详细说明时修改和改动将被其他人想到。规定本发明解释为包括所有这样的修改和改动。
部件列表

Claims (10)

1.一种能量控制系统控制总群体的甩负载和回报尖峰的方法，所述总群体具有包括一个或多个能量消耗装置的住宅的多个子集群体，所述方法经由具有至少一个存储所述方法的可执行指令的存储器的控制器执行，所述方法包括：
基于每个住宅的物理参数确定住宅的总群体的能量使用和峰值负载概况；
将住宅的总群体通过随机化分布例程分隔成所述多个子集群体；以及
对于需求响应事件，独立地控制每个子集群体，以基于能量供应公用事业的状态独立地将每个子集群体操作在正常操作模式和节能模式中，所述能量供应公用事业的状态指示峰值需求时期和非峰值需求时期中的至少一个，其中通过每个子集群体经由入局通信消息依赖地进行响应，从而执行所述总群体的需求响应事件。
2.如权利要求1所述的方法，进一步包括：
基于住宅的每个子集群体的概况指派需求响应事件长度时间给每个子集群体；
基于所述一个或多个能量消耗装置的电器微控制器内生成的随机化分布例程的生成值对每个子群体独立地指派所述需求响应事件的开始时间和温度设定点变化；以及
经由通信消息为每个子集群体内的每个住宅的一个或多个能量消耗装置发送指派给每个子集群体的所述需求响应事件长度时间、所述开始时间和所述温度设定点变化，所述每个子集群体具有所述装置基于所述入局通信消息命令调节的负载；
其中所述开始时间、所述需求响应事件长度时间和/或温度设定点变化对于相应子集群体是不同的。
3.如权利要求1所述的方法，其中确定所述能量使用和峰值负载概况包括经由计算机模型仿真所述总群体的功耗，其基于以规定的内部温度和/或修改的内部温度操作的少于在所述总群体中的住宅的总数的住宅的数目来预测所述总群体的所述功耗，其中所述计算机模型通过直接模拟平均居住并且通过在所述总群体的极端极限之间调节参数而由此建立所述总群体的模型来生成动态模型。
4.如权利要求1所述的方法，其中所述通信消息在所述需求响应事件后发起住宅的子集群体转变到不同的子集群体，所述子集群体分别包括所述一个或多个能量消耗装置的不同温度设定点来减少功耗并且确保在所述总群体中的住宅的等同处理。
5.如权利要求1所述的方法，其中所述随机化分布例程包括基于生成值分别将每个住宅指派给所述多个子集群体中的一个子集群体，所述生成值包括从所述能量消耗装置的原始序列号生成的百分比，所述生成值在每个需求响应事件增量或减量以便所述多个子集群体的所有住宅在时帧上被等同处理并且对不同的需求响应事件均匀转变通过所有所述子集群体。
6.如权利要求5所述的方法，其中所述生成值从用电器或所述电器的微控制器的原始序列号形成的生成序列号计算，所述物理参数包括住宅房龄范围、大小、内部住宅温度和外部温度、时间段和功耗中的至少一个，所述需求响应事件长度基于从所述随机化分布例程生成的生成值、住宅的用户选择成本/舒适度设置、住宅的热特性、住宅的HVAC系统的负载和/或由住宅经历的过去的需求响应事件来确定，并且所述通信消息包括单向通信消息，其实现所述系统的操作而无需在所述能量管理系统中采用任何智能仪表或前端管理器。
7.如权利要求1所述的方法，进一步包括：
当接收来自用户的请求时，超驰所述住宅向所述群体的指派，并且将所述住宅指派给所述多个群体的不同群体；以及
向所述用户提供保留在所指派的群体中的成本节省数据，
其中所述多个子集群体包括住宅的至少两个群体，并且所述装置包括可编程通信恒温器。
8.一种能量控制系统控制总群体的甩负载和回报尖峰的方法，所述总群体具有包括一个或多个能量消耗装置的住宅的多个子集群体，所述方法经由具有至少一个存储所述方法的可执行指令的存储器的控制器执行，所述方法包括：
基于每个住宅的参数确定住宅的总群体的能量使用和峰值负载概况；
将住宅的总群体通过随机化分布例程分隔成所述多个子集群体；以及
对于需求响应事件，独立地控制每个子集群体，以基于能量供应公用事业的状态将每个子集群体操作在正常操作模式和节能模式中，所述能量供应公用事业的状态指示峰值需求时期和非峰值需求时期中的至少一个，其中向所述总群体信号通知需求响应事件以使每个子集群体经由通信消息独立地响应，
其中所述通信消息包括不同的需求响应事件长度时间、所述需求响应事件的开始时间和所述需求响应事件的温度设定点变化，其对应于所述子集群体并且对于所述子集群体是分别不同；
其中所述通信消息配置成指示每个子集群体内的住宅的电器接收每个住宅具体地分隔在其中的子集群体，并且基于每个住宅所属的子集群体，以及接收所述住宅所属的子集群体的需求响应事件长度时间、开始时间和温度设定点变化。
9.如权利要求8所述的方法，其中所述通信消息在所述需求响应事件后发起将住宅的子集群体转变到不同的子集群体，其中所述子集群体分别包括所述一个或多个能量消耗装置的不同温度设定点来减少功耗并且确保在所述总群体中的住宅的等同处理，所述随机化分布例程包括基于产生均匀分布的随机过程指派每个住宅给所述多个子集群体中的一个子集群体，所述产生均匀分布的随机过程通过使用与每个住宅的一个或多个能量消耗装置或所述能量消耗装置的微控制器关联的序列号对随后的需求响应事件随时间改变指派的子集群体，所述参数包括住宅房龄范围、大小、内部住宅温度和外部温度、时间段和功耗中的至少一个，并且所述需求响应事件长度基于从所述随机化分布例程生成的生成值、住宅的用户选择成本/舒适度设置、住宅的热特性、住宅的HVAC系统的负载和/或由住宅经历的过去的需求响应事件来确定。
10.一种用于一个或多个电器的能量管理系统，其包括：
用于管理家用内的功耗的控制器，所述控制器配置成接收和处理指示关联的能量供应公用事业的一个或多个能量参数的信号，所述能量参数至少包括峰值需求时期或非峰值需求时期，所述控制器配置成响应于接收的信号发送命令指令给处于至少包括正常操作模式和节能模式的多个操作模式中的一个中的电器，其中在所述非峰值需求时期期间所述一个或多个电器在所述正常操作模式中操作并且在所述峰值需求时期期间在所述节能模式中操作，其中所述控制器配置成在所述峰值需求时期结束后控制所述一个或多个电器返回至所述正常操作模式来防止关联的能量供应公用事业的能量浪涌，其中所述控制器配置成随机化住宅的总群体中在具有不同的需求响应事件长度时间、温度设定点变化和与其关联的开始时间的总群体的子集群体之中的住宅分布，以用于根据需求响应事件来控制所述子集群体；
所述一个或多个电器中每个电器包括序列号，所述随机化至少部分基于每个电器的序列号；
所述电器中的至少一个电器包括具有设定点温度的HVAC系统，其中所述控制器配置成调节设定点温度到所述节能模式中的调节温度，其中所述控制器配置成在通过所述命令指令接收的所述需求响应事件长度时间上从所述调节温度返回到所述设定点温度；并且所述命令指令在所述需求响应事件后发起住宅的子集群体分别转变到不同的子集群体，其中所述子集群体分别包括所述一个或多个能量消耗装置的不同温度设定点来减少功耗并且确保在所述总群体中的住宅的等同处理以用于在所述需求响应事件期间甩负载。
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