CN102725933B - 动态分布式电网控制系统 - Google Patents

Abstract

公开了在传输/配电电网内动态管理和控制分布式能源的系统。使用区域控制模块自主管理传输/配电电网内的多个区域。每个区域控制模块监督传输/配电电网的管理和控制，并且进一步与多个本地控制模块相关联，本地控制模块在区域内连接分布式能源。企业控制模块监督和分析电力生产和电力消耗，一旦确定区域内的电力消耗与电力生产能力不匹配，那么该企业控制模块在整个电网内重新动态地分配分布式能源，保持系统平衡。本地控制模块、区域控制模块以及企业控制模块监督和分析网络内关键节点的功率流，系统参数具有妨碍安全、稳定或操作阈值的风险时，采取补偿行为。

Description

动态分布式电网控制系统

相关申请

本发明涉及并要求2009年11月3日提交的美国临时专利申请号61/257,834和2010年7月29日提交的美国非临时专利申请号12/846,520的优先权，如同此处全面阐述一样，这两个专利申请的全文在各方面均通过引用并入本文中。

技术领域

本发明的实施例大体上涉及电网，更具体地说，涉及在电网内控制电力分配、生产和消耗的系统和方法。

背景技术

电网并非单个的实体，而是多个网络和具有不同的沟通和协调水平的多个操作员的多个发电公司的集合体，大部分网络和发电公司由手动控制。智能电网增大电源供应商、电力用户和网络之间的连通性、自动化和协调性，这些网络携带进行长距离传输或本地分布的功电力。

当今的交流电网在19世纪后半叶设计而成。那时制定的多个实施性决定和设想沿用至今。比如，现有的电网包括由需求驱动的集中的单向电力传输系统。在过去50年，电网未跟上现代挑战的步伐。比如，安全威胁、使用替换的能源发电的全国性目标、资源保护的目标、控制高峰用电需求激增的需要、对于功率的不间断的需求以及新型数字控制装置等挑战使得现代配电电网的能力受到质疑。为了更好地了解这些挑战的性能，需要深入理解现有的发电和配电。

现有电网始于发电厂，然后通过多根电力传输线为电力用户配电。几乎在所有的情况下，发电厂和供应商均包括旋转式发电机。有时，旋转式发电机由水电站坝、大型柴油机或燃气涡轮机驱动，但是在大部分情况下，发电机由蒸汽提供动力。通过燃烧煤、油、天然气或者在有些情况下燃烧核反应堆，可产生蒸汽。通过化学反应、从阳光中直接转换以及多种其他的方式，也可产生电力。

这些发电机产生的电力为交流电。与直流不同，交流电更像正弦波，振荡一段时间。用作单个正弦波的交流（AC）称为单相电。现有的发电厂和传输线同时具有三个不同相位的交流电。这些相位中的每个彼此之间均相差120°，并且每个相位单独分布。电网中加入电力时，该电力必须与其使用的特定传输线的现有相位同步。

该三相电撤离发电站的发电机时，该电力进入输电变电站，所产生的电压在该输电变电站向上转换为非常高的数量，以用于进行长距离传输。然后，一旦到达区域分布地区，逐步降低高传输电压，以便容纳本地或区域配电网。这种逐步降低的过程可发生在若干个相位内，并且通常发生在配电站。

图1显示了本领域的技术人员了解的传统配电网。如图所示，三个发电厂110为三个不同的单独区域的电力用户150提供服务。每个发电厂110通过配电线140连接到其电力用户150。一个或多个输电变电站125和变电站130插在发电厂110和电力用户150之间。图1也显示了通过高压传输线120连接发电厂。

电力从每个发电厂110分配给输电变电站125，然后将该电力逐步降低到与分配总线连接的变电站130中，将电力放在大约7200伏特的标准线路电压上。在世界各地的整个地区一般可见这些电源线，并为终端用户150带来电源。家庭和大部分企业仅仅需要电源线通常携带的三相功率中的一个。到达每一家庭之前，配电变压器将7200伏特降低到大约240伏特，并且将其转换成普通家庭供电。

现有配电系统包括多个实体。比如，电力生产可表示一个实体，而长距离电力传输表示另一个实体。这些公司中的每个与一个或多个配电网相互作用，这些配电网最终将电力输送给电力用户。虽然此处所述的控制划分并非绝对，但是这些划分表示阻碍在分布式电网上动态控制电力。

在现有配电网中，如果一群电力用户的电力需求超过其相关的电力生产设备的生产能力，那么该设备可从其他联网的发电厂购买过量的电力。电力可靠并有效地输送的距离具有限制，因此，随着用户需求的增大，需要更多的该区域发电厂。用户对于其消耗的电力的发电厂缺乏控制。

这种类型配电电网已经存在和使用了100多年。虽然整体观念还未明显变化，但是极其可靠。然而，日益明显的是，现有电网过时了，需要新型的创新的控制系统改变该装置，通过该装置电力从发电厂有效地分配给用户。比如，用户的电力需求经常超过本地电力生产设备的生产能力时，本地电力网络的所有者和操作人员考虑增加额外的电力生产能力，或者拒绝为部分用户服务，即电力减弱。为了给电网增加额外的电力，采取复杂缓慢的工序，以便理解和控制新的电力分配选择。必须了解和监测电网处理高峰需求的能力，以便确保电网的安全操作，如果需要的话，额外的基础设施必须放在合适的位置。该过程可花费几年时间，并且没有考虑电力生产和需求的动态性能。

一方面强调修改现有配电控制系统，是出现了替换的和可再生的发电源、分布式储存系统、需求管理系统、智能应用程序以及用于进行网络管理的智能装置。这些选项均需要配电网络的主动电力管理，大大增加了目前用于配电网络管理的控制策略。

现有网络管理解决方法缺乏分布式智能，不能在多个时标上管理整个网络上的电力流量。这种缺乏特别明显，因为连接到电网的新型发电资产通常为不同的组织所有，并且可用于在不同的时间将不同的利益传送给各方。传统的电力系统管理工具设计成操作网络操作员本身拥有的网络设备和系统。这些工具不设计成能够允许终端用户（电力用户）、服务提供商、网络操作员、发电厂以及其他市场参与者之间进行动态交易。

现有网络过去设计为电力的单向流动，并且如果本地子网或区域产生的功率比其消耗的功率多，那么电力的逆流可增加安全和可靠性问题。因此，难以实时动态管理电力生产资产和允许各个能量用户、资产所有者、服务提供商、市场参与者以及网络操作员之间进行动态交易。本发明的一个或多个实施例解决了现有配电网内存在的这些和其他难题。

发明内容

后文中通过实例描述在分布式电网上动态控制和分布电力的系统。根据本发明的一个实施例，多层控制结构整合到现有的电力传输和配电电网中，以便能够动态管理电力生产、分配、储存和消耗（总体分布式电力能源）。在实施之前，该能力将该动态控制补充到模型提出的配电解决方法中，从而确认所提出的配电解决方法在现有的基础设施的实体和监管限制内进行操作。

根据本发明的一个实施例，分布式控制系统与现有配电电网连接，以便有效地控制电力生产和分布。分布式控制系统具有三个主要的层：i）企业控制模块、ii）区域控制模块、以及iii）本地控制模块。企业控制模块连通地连接到现有监控和数据采集系统以及多个区域控制模块中。区域控制模块整合到现有的传输变电站和分变电站中，以便为其他装置或控制模块监督和发出控制信号，从而动态地管理电网上的电力流。每个区域控制模块进一步与多个本地控制模块相关联，本地控制模块与发电厂连接，包括蒸汽驱动发电机、风力涡轮机农场、水电设施以及光电（太阳能）阵列、热能或电力储存装置和电动车辆上的电池等储存资源、以及需求管理系统或智能设备。

每个本地控制模块归入用于管理和控制其相关的发电厂、用户或装置的区域控制模块方向，。通过将控制响应标准化，区域控制模块对于以便在其相关的区域内管理电力生产、分配、储存和消耗可操作。在本发明的另一实施例中，区域控制模块通过企业控制模块可识别另一电力生产的请求。企业控制模块了解其他区域地区的生产能力以及其他区域地区是否具有超额产能，可引导不同的区域控制模块，以便增大电力生产，从而产生超额功率或导出所储存的能量。然后，额外的功率可传输给需要功率进行分配的区域。

根据本发明的另一实施例，可实时模拟对电力生产和分布系统的修改，以便确定为了满足增大的功率消耗需求所提出的解决方法是否在控制的安全准则和/或系统能力内。一旦确定可实现所提出的解决方法，那么使用实时控制可执行该方法。

本发明的另一方面包括在电网上管理企业级别电力负载需求，能量生产和分配。由于需求变化由多个给电力用户驱动，所以企业控制模块可检测一个或多个区域控制模块对其他功率的需求。此外，企业控制模块可接收与每个区域控制模块的能力相关的数据，以便相对于其本地用户需求产生额外的功率。企业控制模块可给一个或多个区域控制模块发出命令，以便增大电力生产或减小消耗以及改变额外的功率。接收到这种命令时，区域控制模块在其区域内与发电厂连通，以便增大电力生产。将发送给每个发电厂的命令标准化，以便确保与分布式电网相关联的多个电力生产选择具有一致的生产反应。如果需要非常快速的行动将该系统保持在稳定的操作条件内，那么本地控制模块和区域控制模块也能够单独采取行动，保持供需平衡。

本发明进一步能够自动响应于网络结构、资产可用性、发电等级或载荷条件的变化，不需要重新编程。根据本发明的一个实施例，企业控制模块以及区域和本地控制模块了解分布式能量网络的已知元件。由于已知类别的新元件连接到网络中，比如其他风力涡轮机中，本发明的不同层次立即将其识别为具有特定特征和能力的风力涡轮机。了解这些特征和能力，本发明可相对于电力生产和其分配无间断地发出命令。一旦发出命令，区域和本地控制模块可为每个元件提供正确的信息，以便该装置理解该元件，并且该元件如预期那样运行。本发明也具有识别与分布式网络无关的元件的能力。一旦未识别的装置连接到网络中，本地控制模块开始查询，以便识别该装置的特征、性能和能力。将该信息添加到信息库中，然后，该信息用于促进与该装置的连通以及控制该装置。可手动或自动进行该工序。

本发明进一步能够允许企业控制模块向用于执行不同类型的服务的其他应用显示功能能力，。实例包括馈线峰值载荷管理应用，该应用使用控制器所提供的输入/输出功能，以便限制该馈线在变电站所经受的最大载荷，实例还包括可靠性应用，该应用可为区域控制模块发出“孤网”命令，以便与网络分离，并且使用本地发电资源和载荷控制单独进行操作。使用企业控制模块所显示的功能能力，多个应用可使用电力产生、消耗以及网络的资产储存能力，而不损害其稳定性或违反操作限制。

本发明所提供的方法和系统能够在不同的服务供应商和业务用户之间自动进行一般的交易（电力用户、服务供应商、网络操作员、发电厂和其他市场参与者之间进行动态交易），同时维持网络操作的稳定性和可靠性。本发明的多层方法在系统的前端操作的应用和与后端连接的装置之间提供稳定的界面。在这种情况下，应用程序和装置均经受“即插即用”经历，利用该经历管理分布式电网。比如，峰值载荷管理应用程序如何自动找到和使用可用的发电机，以便确保在配电馈线上不超过需求限制。这与字处理应用程序相似，需要时，字处理应用程序自动找到可用的网络打印机。

该公开中以及下面的具体描述中所述的特征和优点并非兼容并包。根据附图、说明书和其权利要求书，多个其他特征和优点对于相关领域的普通技术人员而言显然易见。然而，应注意的是，说明书中所使用的已经选择的语言主要用于易懂和指导性的目的，并且已经选择的语言不用于描述或限制本发明的主题；需要参看权利要求书来确定本发明的这种主题。

附图说明

参看下面结合附图进行的一个或多个实施例的描述，本发明的上述和其他特征和目标以及其获得方式更明显，并且可最佳地理解本发明本身，其中：

图1为现有技术中已知的传统配电电网；

图2为根据本发明的一个实施例控制分布式电网的系统的高级工艺覆盖图；

图3A为显示工艺流程的高级方框图，将分布式控制方法应用于根据本发明的一个实施例的模拟电力系统中；

图3B为显示工艺流程的高级方框图，将使用模拟电力系统在3A中测试的分布式控制方法应用于根据本发明的一个实施例的实际电力系统中，而不对控制方法进行任何更改；

图4为分布式能源网络操作系统的高级功能方框图（图3A和3B中所示的智能网络控制的另一实施例），用于根据本发明的一个实施例的电力生产、拓扑和资产管理，其中新应用程序使用分布式能源网络操作系统所显示的功能能力，如此处所述，执行更复杂的系统功能；

图5为多层结构的高级方框图，用于控制根据本发明的一个实施例的分布式电网；

图6为根据本发明的一个实施例的本地控制模块操作的流程图；

图7为根据本发明的一个实施例的区域控制模块操作的流程图；

图8为根据本发明的一个实施例的企业控制模块操作的流程图；

图9为一个方法实施例的流程图，用于根据本发明在分布式电网内控制功率分布和生产。在该实施例中，需求降低表示未发生。

这些图描述了本发明的实施例，仅仅用于进行阐述。在不背离此处所述的本发明的原则的情况下，本领域的技术人员从下面的讨论中容易意识到可使用此处所述的结构和方法的其他实施例。

术语表

为了在此处方便描述本发明，提供下列术语表。由于该术语表的介绍性和总结性，也必须通过具体实施方式的上下文更精确地解释这些术语，在具体实施方式中讨论这些术语。

云计算为计算的范例，其中动态上可扩展的并且通常为虚拟化的资源在因特网上用作服务。用户需要了解支持用户的“云”的技术基础设施的专门知识，或者控制该技术基础设施。根据如何在计算机网络图内描述因特网，术语云为因特网的比喻说法，并且为其所隐藏的复杂基础设施的抽象概念。

超文本传输协议为通信协议，用于传输因特网或相似的广域网上的信息。超文本传输协议为客户和服务器之间的请求/响应标准。客户为终端用户，服务器为网址。使用浏览器、网络蜘蛛或其他终端用户工具进行超文本传输协议请求的客户称为用户代理。响应服务器储存或产生资源，比如超文本标记语言文件和图像，该服务器呼叫源服务器。在用户代理和源服务器之间可具有若干个媒介物，比如代理人、闸道器和隧道。不强迫超文本传输协议使用TCP/IP（下面进行定义）和其支撑层，虽然此为网络上最流行的应用。

网络服务器为容纳计算机程序的计算机，计算机程序负责接受称为浏览器的网络客户的超文本传输协议请求，并且为网络客户提供超文本传输协议反应和可选的数据内容，数据内容通常为网页，比如超文本标记语言文档和连接对象（图像等等）。

因特网协议为在分组交换的互联网上使用因特网协议组交流数据的协议，也称为TCP/IP。因特网协议组为一组用于因特网和其他相似的网络的通信协议。因为其中两个最重要的协议，即传输控制协议和因特网协议，而得此名，这两个协议为该标准中限定的开头两个网络协议。如今的因特网协议网络表示二十世纪60年代和70年代开始发展的若干个发展的综合，即，二十世纪80年代中后期出现的因特网和局域网，以及二十世纪90年代早期出现的万维网。因特网协议组，与多个协议组一样，可视为一组层。每层解决一组与传输数据有关的问题，并且通过使用某些下层的服务，为上层协议提供定义明确的服务。上层逻辑上更接近用户，并且处理更抽象的数据。依赖于下层协议将数据翻译为最终物理上可传输的形式。TCP/IP模式包括四层（RFC1122）。从最低到最高为链路层、因特网层、传输层和应用层。

广域网为覆盖大面积的计算机网络（即，其通信在大都市、区域或国家界限上连接的任何网络）。与其相对比的是，个人区域网络、局域网、校园区域网络或大都市区域网络，通常分别限于房间、建筑物、校园或特定的都市区域（比如城市）。广域网用于将局域网和其他类型的网络连接在一起，所以一个位置的用户和计算机可与另一个地方的用户和计算机连通。为一个特别的组织建立多个广域网，并且这些广域网为专用。因特网服务供应商所建立的其他广域网将一个组织的局域网连接到因特网。

局域网为计算机网络，覆盖小型物理区域，比如家庭、办公室或一小组建筑物，比如学校或机场。与广域网相比，局域网的定义特性包括其通常更高的数据传输率、更小的地理面积以及不需要租用电信线路。

因特网为使用标准化因特网协议组的互连计算机网络的全球系统，为世界上数十亿用户提供服务。其为网络中的一种网络，包括数百万从本地到全球范围的私人、公共、学术、商业和政府网络，这些网络有铜线、光纤电缆、无线连接和其他技术连接。因特网携带大量的信息资源和服务，最明显的是万维网的互连超文本文档和基础设施，以便支持电子邮件。此外，其支持常用服务，比如网上聊天、文档传输以及文档分享、游戏、商业、社会网络、出版、视频点播、电话会议和电信。

监控和数据采集表示工业控制系统、电网控制系统或用于监督和控制工序的计算机系统。一般而言，监控和数据采集系统通常表示协调监控大面积上展开的系统的地址或综合体。远程终端设备或可编程逻辑控制器自动进行大部分控制行为。根据本发明，监控和数据采集为本发明获得电力用户需求信息以及与分布式电网相关的数据的多种方法中的一种。

分布式能源为资产、设备或系统，能够生产功率、储存/释放能量、管理消耗以及提供整个电网上分布的测量和控制。每个资源的类型和性能不同。

程序控制的对象连接与嵌入为软件接口标准，允许Windows程序与工业硬件装置连通。在服务器/客户对内部实施程序控制的对象连接与嵌入。程序控制的对象连接与嵌入服务器为软件程序，将可编程逻辑控制器（控制一个或多个硬件装置的小型工业计算机）所使用的硬件通信协议转换成程序控制的对象连接与嵌入协议。程序控制的对象连接与嵌入客户软件为任何需要连接到硬件的程序。程序控制的对象连接与嵌入客户使用程序控制的对象连接与嵌入服务器，从硬件中获得数据或给硬件发送命令。多个接口标准和协议可用于在应用或系统之间交换信息，本发明使用该应用或系统与各个分布式能源、应用和系统连通。

智能电网使用数字技术将电力从供应商传输给用户，以便控制能量产生、消耗、储存和释放，用户家庭的电器管理需求和/或节省能量、降低成本和提高可靠性和透明性。智能电能和普通电网的区别在于，普遍的通信和智能控制用于优化电网操作、增大服务选择以及能够允许多个服务供应商（包括电力用户）积极参与动态能量的复杂网络和服务交易。

具体实施方式

后文中参考附图详细描述本发明的实施例。虽然已经描述和阐述本发明具有一定程度的特殊性，但是当然，仅仅已经通过实例描述了本公开，并且在不违背本发明的精神和范围的情况下，本领域的技术人员可大量改变部件的组合和排列。

本发明的实施例使多个分布式能源和网络元件的管理和控制能够连接到分布式电网中。与普通电网不同，智能电网允许在本地或区域水平上的分布式网络内的电力生产、储存和载荷管理。为了便于生产、储存、载荷管理以及分配电力，本发明整合多层控制系统，该系统用于连接多个不同的应用，这些应用为多个不同的电力生产和控制元件提供多种服务。描述该方法实例的流程图包含在下面的描述中，使用分布式能源的能力和安装在其内的系统，该方法可用于控制和管理传输和配电电网。在下面的描述中，要理解的是，计算机程序指令可执行流程图中的每个框图以及流程图中框图的组合。这些计算机程序指令可装载在计算机或其他可编程设备上，以便产生机器，所以在计算机或其他可编程设备上执行的指令产生用于执行一个或多个流程图框图中所规定的功能的装置。这些计算机程序指令也可储存在计算机可读存储器内，该存储器可引导计算机或其他可编程设备以特定的方式运行，所以计算机可读存储器内储存的指令产生制品，包括执行一个或多个流程图框图中所规定的功能的指令装置。计算机程序指令也可装载在计算机或其他可编程设备上，以便迫使在计算机内或其他可编程设备上执行一连串操作步骤，从而生成计算机执行工序，所以计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于执行一个或多个流程图框图中所规定的功能的步骤。

因此，流程图的框图支持用于执行特定功能的装置的组合和用于执行特定功能的步骤的组合。也要理解的是，执行特定功能或步骤的基于硬件的专用计算机系统或专用的硬件和计算机指令的组合，可执行流程图的每个方框图以及流程图内方框图的组合。

现在，电网系统在控制系统内具有不同程度的通信，用于高价值资产，比如在发电厂、传输线、变电站和主要的电力用户内。通常，信息从用户和其控制的载荷单向流回到应用程序中。通过自动跟随载荷的发电机以及随后通过调度储备发电，该应用程序试图满足需求。应用程序在不同程度上取得成功或失败（正常运行、掉电、轮流停电、停电失控）。用户的电力需求总量可具有非常大的概率分布，这需要备用的发电设备以备用的模式进行操作，准备应对快速变化的电力用量。该电网管理方法昂贵；一项估计显示，仅仅1%的时间需要最后10%的发电量，并且掉电和断电对于用户来说成本很高。

最初使用径向模型建立电网内的现有电源线，然后，通过多个路线保证连通性，称为网状网络结构。如果网络上的电流或相关效应超过任何特定网络元件的限制，就会发生故障，并且电流就会分流到其他网络元件，这最终也会发生故障，造成多米诺效应。通过轮流停电或降压（掉电）来减少电网负荷的技术，防止此效应发生。

分布式发电允许单个用户现场发电，使用用户觉得合适的任何方法。这就允许个人使其发电直接适合其载荷，不受电网故障的影响。但是，如果本地子网所发出的电比其消耗的电更多，那么逆流可增大安全性和可靠性问题，造成电网相继发生故障。分布式发电可添加到电网上的任何地方，但是这种额外的电源需要适当地协调，以便减轻对电力系统的负面作用。本发明的实施例解决了在分布式电网内安全可靠地控制电力生产、分配、储存和消耗的需要。

根据本发明的一个实施例，多层控制系统覆盖并且整合在现有电网上。结合现有的监控和数据采集系统收集数据，使用该数据，企业控制模块控制整体的电力需求、控制、管理和分配。该企业控制模块与区域控制模块相互作用，区域控制模块用于管理本地或区域水平上的电力生产和分配。每个区域控制模块在其责任区域内与多个分布式能源连接，以便动态地管理电力生产和消耗，在其预先定义的可靠性和安全性限制之内保持该系统。这三层，即企业控制模块、区域控制模块和本地控制模块，形成分布式能源网络操作系统，该系统用作稳定的环境，多个发电厂中的任一个为该环境提供能源，并且多个电力用户中的任一个可从该环境中获取能源。本发明的系统能够允许电网的单个元件、电力用户和发电厂动态地变化，而不会不利地影响分布式电网的稳定性和可靠性。

图2为根据本发明的一个实施例控制分布式电网的通信系统的高级工艺覆盖图。普通的发电设施110连接到变电站125，其为风力涡轮机农场220和太阳能电池阵列210。图2显示了三种形式的发电，本领域的技术人员会意识到，本发明可应用任何形式的发电或能源。实际上，只要电力与电网络式相容，本发明同样能够管理从可存在于电动车辆内的电池中添加到分布式电网中的电力。

区域控制模块225与每个变电站125相关联。区域控制模块在其区域内使用可用的分布式能源管理电力生产、分配和消耗。工业载荷260也与每个区域相关联，工业载荷表示大型商业企业和住宅载荷250。根据本发明，使用一个或多个应用程序可操作每个区域控制模块，以便在其区域内自主地管理电力分配和生产。自主操作也可为孤网模式，其中以足够快的速度管理网络频率和电压，以便完成安全网络操作。本发明动态地管理分布式能源和网络操作的各种模式，以便除了管理电力流以外，还执行这些功能。

每个电力生产实体210，比如普通的发电厂110和可再生或替换的能源220，通过本地控制模块215与区域电网连接。本地控制模块215将多个发电厂中每个生产商的控制命令响应标准化。通过给区域控制模块225提供多个电力生产实体中每个生产实体的标准化响应，区域控制模块可主动地以可扩展的模式管理电网。这就表示控制器根据任何时候可用的分布式能源可动态地改变其行为。分布式控制器动态地自动补偿可添加的资产，停止使用、失效或失去连接。该能力为本发明提供高度可扩展的性能，网络结构或分布式能源可用性每次发生变化时，将手动改变该系统的需要最小化，这是本发明唯一显著的特征。

为了更好地理解本发明的通用性和可扩展性，考虑下面的实例。图2显示了主电网205（用虚线表示），覆盖着电力分布管理网络200。假设如图2中所述，区域控制模块225在其责任区域内主动管理电力生产、消耗和能源分布。为此，区域控制模块225与企业管理模块275相互作用，企业管理模块反过来为区域控制模块225提供智能电网控制285、数据280和与企业管理模块275相关联的其他管理应用程序。在该实例中，考虑责任区域包括分布式发电厂110和风力农场电力设施220。除了与这些电力产生设施连接，区域控制模块225也意识到住宅载荷250和商业载荷260的能量消耗和需求。假设没有风，从而风力产生设施220闲置。因此，区域控制模块管理发电厂110产生的能量分配以及多个电力用户250、260从主电网205中获得的功率。

进一步假设开始刮起微风，足以给风力涡轮机提供动力。多个风力涡轮机相继投入运行，并且发电。每个风力涡轮机开始发电时，将其识别为区域控制模块225，并且实际上，整个分布式能源网络操作系统作为风力涡轮机具有特定的特征和性能。了解这些特征和性能，区域控制模块可建立涡轮机的通信和控制。由于风力涡轮机可提供额外的功率，所以通过分析住宅250和商业260载荷，区域控制模块减小了对发电厂110的生产请求，并且调整从主电网205中获得的功率，从而在操作限制或基于市场的契约限制内维持该系统。

为此，区域控制模块225在其区域内可改变分配方案（网络拓扑），以便优化电力生产和分配。最后，假设区域控制模块不了解风力涡轮机农场220内的一个风力涡轮机的类型。发电的同时，区域控制模块并不具有有关发电的特征、性能和其他有关资料。根据本发明的一个实施例，区域225和本地215控制模块向新型风力涡轮机发出多个询问，以便确定与风力涡轮机整合到分布式电网内有关的数据。通过操作员的手动输入也可获得该数据。一旦获得该资料，就将该资料分享给企业管理模块275，该模块将数据储存在所有区域控制模块可进入的资料库内。

普通发电厂通过产生蒸汽进行发电，该蒸汽转动一个或多个蒸汽驱动的涡轮机，然后，涡轮机驱动发电机。由于该区域内的需求增大，从需求实现时到电力产生的时间有限。这种响应对于每种类型的发电不同。比如，从实现增大的需求的时间到燃气涡轮机产生的电力可用的时间，需要两分钟。这就表示控制界面命令燃气涡轮机开始发电的时间到在变电站实际上发电的时间可为5分钟或其他的时间段。或者，蒸汽动力涡轮机能够在30秒内增大其输出，旋转式天然气往复式发动机能够在几秒内增大其输出，飞轮能够同时提供能量。每个发电系统的控制输入的响应性不同。本发明的不同层内的控制算法管理这些差别，所以电力产生总是动态地满足电力需求。本发明的另一实施例将发电的控制输入的响应进行标准化。连接动态能源的响应特性能够允许控制器可靠地发出合适的信号，以便产生所需要的结果。这样，每个分布式能源称为“即插即用”能量产生装置的等同物。每个分布式能源独一无二时，将进入本发明的控制管理系统的界面标准化，能够控制和管理多个不同的分布式能源。不同的控制层使用与性能特征、操作界限以及分布式能源和电网的其他限制有关的信息，以便采取本地或区域行动，无需中心决策机构，比如在普通的基于监控和数据采集的电网控制系统内。该独特的方法能够允许本发明高度扩展、快速地应对变化的条件、并且包含地理上分散在电力系统内的多种发电、储存和载荷管理资产。

正如区域控制模块225和企业控制模块275之间的通信，每个本地控制模块215为区域控制模块225提供与分布式能源特征有关的数据。这些特征可包括最大的输出、最小的输出、响应时间以及本领域的技术人员已知的其他特征。了解这些特征，区域控制模块225和企业控制模块275可管理发电和配电，没有电网的可靠性和安全性的风险。

考虑另一实例，其中区域控制模块225认识到电力需求的增大。通过该区域内相关的本地控制模块215，区域控制模块225可引导一个或多个额外的发电厂，以便满足该增大的量。了解每个发电厂的控制响应，区域控制模块可在核实的时间以合适的顺序发出命令，以便满足该区域的动态需要。

区域控制模块225进一步意识到该区域内的发电能力和配电网络限制。区域控制模块225了解发电厂和电力用户的拓扑和其本身分配电力的能力。在本发明的一个实施例中，每个区域控制模块225通过广域网230连通地连接到企业控制模块275。本领域的技术人员会理解的是，广域网可为因特网或在远程位置交流数据的其他装置。在本发明的其他实施例中，在企业控制模块275和区域控制模块225之间通过本地区域网络或内联网可交换数据。

根据本发明，企业控制模块275包括多个应用程序，有助于管理分布式电网。这些应用程序尤其可包括数据可视化280、智能电网控制285以及环境模拟290。智能电网控制285包括有功和无功功率流控制等功能、电压和馈线或电网互连点上的电压安培无功控制、使用多个资产进行间歇性管理以便抵消风力涡轮机和太阳能电池板等可再生电源的发电变化性、以及发电、储存或可控载荷的最佳调度以便满足操作、成本或排放标准。

可操作企业控制模块275，以便管理若干个区域控制模块225与其控制下的发电厂的互动。如上所述，使用适用的应用程序的每个区域控制模块225在其控制内可动态地管理电力用户和发电厂。由于区域控制模块225管理的某个区域内的需求（有功功率或无功功率）增大或减小，所以一个或多个分布式能源管理可用于补偿特定区域内的电力生产。存在过度延伸的企业控制模块275和区域控制模块225，能够具有这种动态稳定的控制。然而，本发明意识到一个区域内的电力用户的需求可超过该区域的发电厂的能力。本发明的一个特征在于，使用分布式能源应用程序的企业控制模块275的任务是管理和控制额外功率的请求以及过量发电能力的可用性。实质上，企业控制模块提供系统级协调，区域控制模块提供区域协调，本地控制模块快速控制资产，从而在不同的时间标度和不同的地理范围上平稳地控制大量的资产，以便满足特定的系统目标。

可操作数据可视化单元280，以便在整个分布式电网上，为用户或分布式能源应用程序提供当前状态的电力需求和发电能力。用户在任何时间点均可设想发电厂的能力，以便提供额外的电力或该区域内所体验到的特定载荷。而且，数据可视化模块280可向用户显示配电路径的可用性。命令区域控制模块225增加发电之前，企业控制模块275可模拟所提议的命令的效应，以便在所提出的变化下测试电网的稳定性。

模拟模型290使用现有区域控制模块225和其分布式能源设施的实时数据，可发出一系列模拟命令，以便满足预计的载荷。在控制区域的影响下，了解配电电网的拓扑和元件的电力特性，模拟模型290可确认所提出的命令是否在预先定义的限制内满足所增大的载荷，比如安全和监管限制。一旦已经使用模拟模型290确认所提出的命令，可将相同的命令传递给智能电网控制模块285，用于执行该命令。这可为自动行为，或可由人力操作员进行调解。该模拟模型考虑该系统内所配置的本发明的多层分布式电网控制系统的行为和效应。考虑多层分布式电网控制系统的行为的模拟能力为本发明的显著特征。

图3A和3B为显示工艺流程的高级方框图，将模拟的（图3A）和实际的（图3B）控制方法应用于根据本发明的一个实施例的电力系统中。在本发明的一个实施例中，数据可视化模块280包括用户界面315、数据采集和管理模块310和历史数据和分析模块305。这些模块彼此合作，以便通过区域控制模块225从分布式电网中收集和分析数据，从而通过用户界面315向用户呈现与配电网有关的信息，包括电力产生和电力消耗的状态。

通过该信息，使用智能电网控制模块285可发出一组命令，在分布式电网内管理电力发生和分布。在智能电网控制模块285内具有嵌入式电力系统模拟引擎320、实时控制引擎325以及实时智能控制界面335。如图3中所示，智能电网控制模块285与模拟的电力系统340相互作用，作为环境模拟模块290的一部分。相关领域的技术人员会理解的是，模拟模块290可包括分布式电网的多种模型。如该实例中所示，环境模拟模块290包括模拟的电力系统340。然而，环境模拟模块290也可包括配电电网拓扑的模型，分布式电网特征、载荷模型以及对于精确和动态管理分布式电网至关重要的其他特征。

这些模块（智能电网控制模块285、实时智能控制界面、模拟电力系统340、模拟模块290、嵌入式电力系统模拟引擎320以及实时控制引擎325）中的每个与本发明的多层分布式电网控制系统整合，以便管理和控制电网。

返回到图3，用户（以自动模式操作时，在企业控制模块上运行的应用程序）在整个配电网上从区域控制模块所提供的数据中认识到需求的增大，该用户可使用嵌入式电力系统模拟引擎320和模拟电力系统340通过智能电网控制模块285发出一系列命令。在模拟的环境中，开发和测试实时控制和智能界面命令。一旦开发出这些命令，那么在模拟的环境中执行这些命令，以便确定所提出的解决方法是否会超过或符合预先定义的限制，包括分布式电网上应用的安全和监管限制。实际上，本发明的多层分布式电网控制系统为模拟引擎提供现有电网拓扑和发电厂的实时实际数据以及与电力消耗有关的实时数据，然后该模拟引擎一次或多次模拟所提出的解决方法，以便满足增大的电力需求。

一旦环境模拟模块290已经确认一系列模拟，电网控制策略可用于实际的电力系统350中，不用担心电网的变化会不利地影响电网的稳定性。通过实地安装多层分布式电网控制系统285和数据管理和可视化模块280，并且将该系统和模块连接到物理网络205和装置350中，而非安装到模拟的网络和资产290中，可实现该目标。将实际的命令用于实际的电力系统350中时，再次通过数据采集和管理模块310获得数据，以便证实所发出的命令产生所需要的结果。该系统能够在模拟的过程中评估多层分布式电网控制系统285的行为以及直接在现场部署该行为（通过非常少的修改，比如设备寻址），这种能力为本发明的一个显著特征。

在企业层275上运行的管理应用程序可为一个或多个区域控制模块225发出命令，以便在分布式电网内在多个区域之间增大电力生产和传输电力。比如，考虑区域控制模块225所管理和控制的区域，该区域控制模块增加了电力需求或载荷。异常的高温天气会增大使用空调，从而增大该电力需求，或者由于该区域内工业的高度集中，在工作时间会造成电力需求增大。区域控制模块225与企业控制模块275相结合和通信，该区域控制模块使用高峰载荷管理、需求响应或其他分布式能源管理应用程序可预测和识别该载荷的增大。区域控制模块225可进一步认识到，该区域内的发电厂不能产生足够的电力，以便满足需求，或者其生产这种电力的能力会超过安全和监管限制。

一旦认识到会发生这种情况，区域控制模块225通过企业控制模块275发出额外电力的请求。与企业控制模块275相关的应用程序查询与其生产过量电力的能力相关的区域控制模块225。其他区域控制模块225可响应于该查询，该查询表示响应于另一区域的电力请求，具有增大电力产生的能力。

了解到一个区域具有过量的电力容量，另一个区域需要额外的电力，以及了解到分布式电网的拓扑，与企业控制模块275相关的应用程序可进行一系列模拟的控制，以便增大第一区域的电力生产，并且将过量的电力传输给第二区域。一旦已经确认这些命令，智能电网控制模块285为这两个受影响的区域控制模块225发出命令，即具有过量电力荣立的区域和需要电力的地区的区域控制模块225。而且，分布式应用程序可在整个分布式电网上配置交换器，以便将功率从第一区域传输到第二区域。

一个区域的电力请求和另一个区域的过量电力响应请求由附属于企业控制模块275的一个或多个应用程序管理，该请求为动态工序。相关领域的技术人员会意识到，特定区域内的电力消耗动态地变化，任何区域发电的能力也这样变化。通过历史数据可了解到一个或多个区域所体验到的典型载荷，以及另一个区域生产过量的电力的能力，同时必须动态实时地控制电力的产生和传输。在本发明的多层分布式电网控制系统内，不同的层执行不同的电力管理功能。在每个级别上具有通过模拟预见性地决定采取什么行动的能力。分布式控制器的特征在于，在企业级别上并非做出所有的决定。这同样也适合于模拟，在区域控制器级别进行多个模拟，同时在企业级别可进行系统级别的模拟。实质上，在适当的控制层自动进行实时控制所需要的模拟，在企业级别进行模拟，该模拟为操作员提供其在各种操作情况下可具有的选择。

图4为分布式能源网络操作系统的高级功能方框图，用于根据本发明的另一个实施例的电力生产、拓扑和资产管理。分布式能源网络操作系统410插在多个管理应用程序和各种发电资源之间。根据本发明的一个实施例，分布式能源网络操作系统通过网关或接口（本地控制模块）445与各种发电资源连接。网关445为一个接口，该接口以正确的顺序为该特定的装置的序列和格式发出命令，以便确保每个装置以相同的方式从制造商运行到制造商。该网关445也运行多层分布式电网控制系统的最低层。在该实例中，分布式能源网络操作系统始终与分布式能源相互作用，比如光伏电池440、普通发电厂430、混合燃料发电能力420、可再生发电资源415等等。也能够管理额外的资产，比如储存装置或载荷管理系统。使用各种应用工具，分布式能源网络操作系统能够管理和控制各种电力产生、储存和消耗资源。

根据本发明的一个实施例，使用应用模块，可管理和控制分布式能源，应用模块尤其包括高峰载荷管理465、分布式发电应用程序460、需求响应应用程序455以及其他分布式能源网络操作系统的监测应用程序450。这些管理和控制工具的每个工具与工程工作站相互作用，以便帮助用户配置该系统，并且在整个分布式电网上理解和管理分布式能源。通过分布式能源网络操作系统实现该管理和控制。相关领域的技术人员会认识到，在一个实施例中，工程工作站475与图2中所述的数据可视化模型280相互作用。该工程工作站能够允许该系统配置成与现场条件匹配。

图4显示了工程工作站475和监测应用程序450之间通过建模模仿模块进行的相互作用，建模模仿模块在此文中也称为模仿模块290。监测应用程序为模仿模块提供实时数据，该模仿模块反过来用于配置和调整该系统。该系统能够使用现场的实时数据进行模拟，从而以组合的方式进一步调整该系统，这种能力区分本发明和现有技术。

分布式能源网络操作系统与多个管理应用程序465、460、455、450和发电资源440、430、420、415互相作用，以便提供电力管理480、拓扑管理485和能源资产分布式能源）管理490。根据本发明的一个实施例实现该管理，一方面是用作管理应用程序之间的网桥的三层操作系统，另一方面是分布式能源。没有本发明的分布式能源网络操作系统，每个管理和控制应用程序必须发出自定义命令，以便获得数据，与每个分布式能源连接，发送如何执行其他功能的指令，这些功能啮合应用程序和各种分布式能源。分布式能源网络操作系统为所有要使用的电力管理应用程序的共同平台。比如，根据本发明的一个实施例，分布式发电应用460不需要了解必须发出特定的命令，以便促使特定类型的蒸汽发电机增大产量。简单地发出指令，工厂必须增大产量，分布式能源网络操作系统使得命令复合蒸汽发电机会识别的格式。而且，分布式能源网络操作系统也执行分布式能源的“聚合”和“可视化”。根据用户或应用程序的特定标准，将不同的分布式能源动态集中成组，实现该目的。分布式能源网络操作系统计算共有库中分布式能源的组合容量以及共有库上可进行的操作。这些“虚拟”资源（具有可与普通电厂相比的容量）现在可用于各种管理应用程序465、460、455、450中。分布式能源网络操作系统执行可用性、兼容性、对共有库和/或应用程序的分配、冲突解决、误差处理和其他资源管理功能，与计算机操作系统为应用程序分配存储器、处理器时间和外围装置一样。本发明能够管理资源，并且使得资源单独地、在共有库内或作为可视化资源可用于应用程序中，以便将该资源最佳地用于各种功能，该能力显然比现有系统有利。

图5为多层结构的高级方框图，用于控制根据本发明的一个实施例的显示透视图分布式电网。如图5中所示，分布式能源网络操作系统包括多层方法，具有本地控制模块510、区域控制模块520以及企业控制模块530。企业控制模块530连通地连接到多个区域控制模块520的每个模块中，并且每个区域控制模块520连通地连接到多个本地控制模块510中。分布式能源网络操作系统通过自定义接口545、555和565与外部应用程序和装置相互作用。通过这些接口，分布式能源网络操作系统能够与现有的分布式能源资产、网络设备、效用监控和数据采集系统以及其他应用程序连接，以便交换数据和控制命令。这些自定义接口用作适配器，将实施特定接口翻译成该系统内的公用语言。

分布式能源网络操作系统410连接到多个管理应用程序580，如图4中所示。多个管理应用程序580中的每个应用程序通过程序控制的对象连接与嵌入服务器531连接到分布式能源网络操作系统410。企业控制模块530和区域控制模块520均包括程序控制的对象连接与嵌入客户/服务器535，有助于在分布式能源网络操作系统410和多个管理应用程序580之间进行交流。相关领域的技术人员会理解的是，使用程序控制的对象连接与嵌入仅仅是多种实施通信界面的方法中的一种。多个这样的其他界面可靠而且快速，只要不背离发明材料的范围，这种界面可与本发明相结合使用。在该实施例中，企业控制模块530使用对象模型，用于分布式能源网络操作系统内的每个资产类型。对象模型不仅将输入和输出限定在特定的资产上，比如分布式能源，而且限定发给该资产的命令变化的控制/系统响应。确保资产以相似的方式回应命令，为企业控制模块提供保持稳定的可重复的控制结构的能力。比如，如果两个发电机对“关闭”命令做出不同的反应，那么受控制的区域扩大时，实施控制的复杂度加大，并且不同资产的数量增大。通过提供共同的信息和控制，使用共同的对象信息模型解决该困境。根据共同的对象模型的定义，主要在每个本地控制模块510处实施这些共同的对象模型，然后就通过该系统传送这些共同的对象模型。该方法确保该系统与任何资产现场连接，不用管制造商或特定场地的定制，并且该系统依然具有表示其的共同的对象模型。本地控制模块510将地点、资产和实施特定细节映射到共同的对象模型中。

企业控制模块530通过客户界面也连接到现有的监控和数据采集系统540。通过这些系统，并且使用每个区域控制模块520的额外数据，控制单元530通过现有的监控和数据材料系统和分布式能源网络操作系统专用的控制模块监测和控制数据点和装置。

根据本发明的一个实施例，企业控制模块530也包括网络拓扑模块532、管理区域控制模块520和能源的控制533、动态配置变化处理器535、区域控制模块界面处理器536以及输入/输出界面管理器538。区域控制模块520均包括网络拓扑模块532、在其区域内管理能源的控制533、动态配置变化处理器535、本地控制模块界面处理器525以及输入/输出界面管理器538。

每个本地控制模块510包括使用资产界面处理器515管理能源的控制533。本地控制模块510也包括程序控制的对象连接与嵌入客户534、动态配置变化处理器535以及输入/输出界面管理器538。本地控制模块510通过客户界面565与电源资源和测量系统（此处也称为分布式能源）560直接连接。区域控制模块520通过其客户界面555与场系统550和/或子系统控制器/应用程序连接。这三层分布式能源网络操作系统410与管理应用程序580合作，动态地管理和控制分布式电网。

相关领域的技术人员可理解的是，了解网络拓扑是管理分布式电网的关键方面。网络拓扑模块532支持网络拓扑分析查询，这些查询可整合到特定的控制中，以便提高控制范围/容量。网络拓扑表示电力系统（变压器、母线、断电器、馈线等等）和连接到其的分布式能源的各个元件之间的连通性。分布式能源网络操作系统使用该子系统确保以后可安全地进行控制，同时限制网络稳定性的风险。根据所提出的控制行为进行载荷流量计算和动态模拟，以便预测该系统的未来状态，并且估计所产生的状态是否侵犯该网络的稳定性、可靠性或操作标准，从而实现该目的。网络拓扑模块532子系统也可从多个数据源中接收电力网络的动态状态更新。这就允许由有关“实际”系统的状态的最新信息更新网络拓扑模块，所以通过最近可用的信息可进行预测。

与企业控制模块530相关的网络拓扑模块532可询问区域控制模块520并且等待结果。区域控制模块520使用其自身的网络拓扑模块532和控制算法，计算企业控制模块530询问的结果。这样，企业控制模块530不需要分析整个网络本身，但是将该分析分配给区域控制模块520。

与本地控制模块510相关的控制子系统517解码电源560处引导的区域控制模块520所提供的命令。控制子系统533确保目标资产始终可靠地作出反应。该操作将系统内所使用的基于共同的对象模型的命令翻译为操作分布式能源560所需要的地址、设备和实施特定命令。

输入/输出管理器538提供界面管理系统，以便处理企业控制模块530和外部系统之间的远程通信，比如监控和数据采集系统和其他企业应用程序。在区域控制模块520内，输入/输出管理器538处理与场装置和系统以及子系统550的通信，并且能够使用外部装置（分布式能源、仪表等等）交换信息和控制信号。这些输入/输出管理器538、区域控制模块界面536、本地控制模块界面525以及资产界面处理器515能够允许该系统将外部数据点、装置和系统映射到该系统内所使用的共同的对象模型中，以便确保每个子系统内所使用的数据之间的一致性和可靠性。

场系统或子系统控制器和应用程序550为分布式能源网络操作系统外部的任何系统，区域控制模块520必须使用分布式能源网络操作系统交换数据和控制信号，比如变电站的交换器（断电器）。

每个模块内存在的动态配置变化处理器535为引擎，该引擎接受场信号、诸如效用监控和数据采集之类的其他系统的信息、或用户输入，并且通过内部变更该系统的适当部分，响应于网络（网络拓扑）配置的变化、资产的可用性或通信系统的变化。由于如上所述，分布式能源网络操作系统为分布式控制器，所以动态配置处理器535为引擎，该引擎确保实时变化信息在整个系统上适当地传播（无需关闭和重启该系统），并且各种资源（分布式能源和网络资产）动态地投入到新型操作中。

通常，本地控制模块510仅仅与单个装置或单个地址处的一小组直接连接的装置相互作用。因此，不需要更复杂的动态配置处理器535来处理地理上分散的多个装置/地址上的配置变化。本地控制模块533处的控制能够根据需要管理装置的配置变换，本地控制模块510连接到这些装置中。

图6为根据本发明的一个实施例描述本地控制模块逻辑操作的流程图。每层分布式能源网络操作系统410结构独立于其它层进行操作，所以如果和当这几层之间的通信丢失或其他子系统发生故障，那么每个控制模块可继续以故障保护的模式进行操作，直到其他系统在线返回，或者直到触发预编程顺序，比如关闭顺序。

通过根据现有系统的状态610进行操作，本地控制模块进行操作。通过该状态，本地控制模块更新620每个连接的分布式能源的状态，以及系统上的本地网络条件和其他本地限制。接下来，本地控制模块给区域控制模块发送650更新请求。接收更新，然后本地控制模块确定要采取的下一步行动和/或发送给区域控制模块670的响应。从这一点来说，本地控制模块执行680一个或多个行动，并且更新这些行动的区域控制模块。

图7为描述区域控制模块的操作逻辑的流程图。正如本地控制模块，区域控制模块根据现有系统状态710采取行动。区域控制模块从每个连接的本地控制模块720的状态中接收信息并且更新该状态，从监控和数据采集和/或子系统控制器的网络状态中接收信息并且更新该状态。也更新责任区域内的网络测量和监控的事件。了解受监督的本地控制模块的状态，区域控制模块要求740更新企业控制模块，包括应满足区域控制模块的目标。

然后，区域控制确定下一个行动方案760，以便满足这些目标。在这种情况下，区域控制模块使用本地模仿和本地智能算法评估770所提出的每个行动的后果。也考虑780替代行动，直到确定最后一组行动或警告。最后，区域控制模块执行790所确定的一组行动，并且给企业控制模块发送响应，以及给适用的本地控制模块发送命令，该响应告知企业控制模块这些行动。

最后，图8为根据本发明的一个实施例描述企业控制模块的逻辑操作的流程图。企业控制模块再次根据该系统810的现有状态执行其行动。作为整体控制的实体，企业控制模块更新820所连接的区域控制模块、企业应用程序和与企业控制模块相互作用的其他企业资产的状态。系统状态更新也发送850给显示的子系统，该子系统用于更新用户（人性化）界面系统。同样，提供用户界面时，该界面可用于接收用户输入。

然后，通过评估进行全球模仿和智能算法所采取的各种行动的后果，企业控制模块确定接下来采取什么行动870。考虑880替换的行动，直到确定可接受的最后一组行动或警告。一旦确定，企业控制模块执行890这些行动，并且给所连接的区域控制模块发出响应、命令和新命令。

图9为一个方法实施例的流程图，用于根据本发明在分布式电网内管理功率分布和生产。相关领域的技术人员会理解的是，使用网络操作系统控制和管理分布式能源此外可包括分配能源生产、修改网络拓扑、能量储存分配、载荷管理以及模拟。图9显示了在分布式电网内重新分配电源的一个方法实例。本领域的技术人员会意识到，该方法实例表示各个分布式能源管理应用程序和能源之间通过分布式能源网络操作系统的相互作用，并且该方法实例不限于分布式能源网络操作系统的范围或功能。

根据本发明的一个实施例，通过企业控制模块进行操作的管理应用程序根据预计的电力生产和电力消耗910进行预测性的电力系统分析。进行电力系统分析时，在每个区域控制模块920内监测实际的电力生产和消耗。此外，分析网络拓扑以及网络连通性930。

在企业控制模块处接收940到其他电力的请求时，企业控制模块的需求响应应用程序识别一个或多个区域，该区域具有过量的电力发电容量950。此后，管理应用程序确定发电资源所提出的重新分配和网络连通性修改，以便满足所接收的请求960。

开始模拟电力产生资源所提出的重新分配，以及在分布式电网970内模拟连通性变化。响应于满足预先定义的限制的模拟的结果，控制应用程序构成一系列命令，以便引导所提出的电力重新分配980。

确认电力生产资源所提出的重新分配，管理应用程序和控制应用程序通过企业控制模块直接发送命令990给适用的区域控制模块。一旦接收到重新分配的命令，区域控制模块在其适用的区域内发送电力生产命令给发电厂和/或修改其网络拓扑，以便分配过量的电力，从而满足其他区域的载荷请求。

可操作本发明的实施例，以便动态管理和控制分布式电网，该分布式电网具有多个电力生产资源。使用区域控制模块自主管理分布式电网内的多个区域单元，区域控制模块结合多层网络操作系统一起进行操作。每个区域控制模块连通性地连接到企业控制模块，企业控制模块与监督分布式电网的各个管理和控制应用连接。此外，每个区域控制模块与多个本地控制模块相关联，本地控制模块在将分布式能源接口标准化的区域内直接与电力生产能源连接。连续地监测和分析电力生产和电力消耗。在本发明的一个实施例中，一旦确定一个区域的电力消耗超过其发电能力，通过企业控制模块进行操作的管理应用程序在整个网络中动态地重新分配电力产生资源。连续地监测和调整电力生产和分布的重新分配，以便确定电网保持稳定、可靠和安全。

已经通过电网管理描述本发明的同时，在商业设施、校园或具有配电线路的任何地方，本发明同样适用并且能够进行配电管理，配电线路在房间、建筑物、可再生电源、载荷管理系统、电动车辆等等之间携带电力。对于较大型的商业校园、军事基地、偏远的无网村落等等来确实如此。本发明动态地形成和管理分布式电力系统，而不在设施或偏远地方静态形成微型电网。

下面概述本发明的优选实施例。在一个实施例中，具有用于传输和配电电网的分布式控制系统，其中传输/配电电网包括连接到多个电力用户中的多个分布式能源（DER），该分布式控制系统包括：

企业控制模块，连通地连接到现有的监控和数据采集系统，用于传输/配电电网和/或其他企业应用；

多个本地控制模块，其中每个本地控制模块与多个分布式能源之一独特地相关；以及

多个区域控制模块，其中每个区域控制模块插在企业控制模块和多个本地控制模块中的一部分之间，并且其中，区域控制模块可操作，以便在区域内进行功率管理和/或与相邻区域进行电力交换。

其他优选的特征可单独或结合地存在，适当包括下列：

企业控制模块可连通地连接到通信网络。

区域控制模块可插在企业控制模块和形成分布式系统的另一个区域控制模块之间。

多个分布式能源可选自构成能量产生、储存和需求/载荷管理的组。

传输和配电电网分布式能源可选自构成电网和设备保护、电压调节、功率流控制、电容器组和变压器的组。

企业控制模块可管理多个区域控制模块之间的需求，以及与相邻的电网或电力系统进行的电力交换。

管理多个区域控制模块之间的需求可包括开始命令区域控制模块响应于第二区域内需求的变化，在第一区域内改变电力生产。

管理多个区域控制模块之间的需求可包括重新定义与每个区域控制模块相关的本地控制模块和区域控制模块。

企业控制模块可操作，以便选择性地为多个本地控制模块和/或区域控制模块发出广播控制命令。

响应于通信干扰，分布式控制系统可操作，以便切换到自主操作模态，并且一旦恢复通信，使得数据同步并且恢复到命令模态。

分布式控制系统可进一步包括设备接口，插在每个本地控制模块和其相关的分布式能源之间。该设备接口转换标准的本地控制模块命令，以便由相关的分布式能源了解，并且该设备接口将分布式能源响应转换成本地控制模块了解的标准化消息。

本地控制模块可操作，以便收集与每个连接的分布式能源相关的数据。

与每个连接的分布式能源相关的数据包括分布式能源的静态、动态或控制响应特性。

本地控制模块可将分布式能源和区域控制模块之间的命令和/或响应消息标准化。

根据该区域内的生产、载荷和储存，管理电力生产以及与相邻区域进行的电力交换。

每个区域内的区域控制模块可自主管理电力生产。

每个区域控制模块可操作，以便从企业控制模块中接收生产命令并且对该命令作出回应。

区域控制模块可证实从企业控制模块中接收的生产命令在分布式能源预先定义的限制内，并且给分布式能源发出控制命令之前，传输/配电电网在与区域控制模块相关的区域内。

可动态地证实和抢先修改生产命令，以便在预先定义的系统限制内维持实际的生产。

企业控制模块和多个区域控制模块中的每个以及多个本地控制模块中的每个可操作，以便接收授权用户通过用户界面发出的命令，并且对该命令作出回应。

分布式控制系统可进一步包括建模模块，该模块可操作，以便为各种系统条件预测系统响应和操作。

建模模块可分配多个分布式能源的操作并且形成一套模型化控制，以便满足特定的功率流目标。

建模模块开发的该套模型化控制可直接用于该系统中。

在另一个实施例中，分布式控制系统用作机器（比如计算机）可执行的指令程序。在这种实施例中，指令程序包括多个程序代码，用于管理传输/配电电网，其中传输/配电电网包括多个分布式能源，连接到多个电力用户中。该指令程序包括：

程序代码，用于在企业控制模块处在传输/配电电网内管理功率流；

程序代码，用于在多个区域控制模块的一个或多个模块处接收企业控制模块的功率请求，其中每个区域控制模块与和多个分布式能源的一部分相关的区域相关联；以及

程序代码，用于在多个区域控制模块的每个模块处在其相关的区域内管理分布式能源。

可单独或结合地包括上述分布式控制系统的其他优选的特征，包括：

在企业控制模块处从多个区域控制模块中的至少一个模块和/或系统用户中，可接收区域功率流请求。

响应于从多个区域控制模块中的至少一个模块和/或系统用户中接收的区域功率流请求，可由企业控制模块发出区域功率流命令。

在多个区域控制模块中的至少一个模块处，可从多个本地控制模块中的至少一个模块和/或系统用户中接收本地功率流请求。

响应于从多个本地控制模块中的至少一个模块和/或系统用户中接收的本地功率流请求，可由区域控制模块发出本地功率流命令。

用于管理分布式能源的程序代码可包括用于通过本地控制模块发给分布式能源的标准化控制命令的程序代码。

指令程序可进一步包括用于收集与每个分布式能源相关的数据的程序代码。

指令程序可进一步包括用于给一个或多个区域控制模块发出命令的程序模块，以便响应于第二区域内需求的变化，在第一区域内改变功率流。

指令程序可进一步包括用于给一个或多个区域控制模块发出命令的程序模块，以便响应于用户发出的请求，在区域内改变功率流。

指令程序可进一步包括程序代码，用于自动或响应于用户发出的请求，重新定义与每个区域控制模块相关的分布式能源。

指令程序可进一步包括用于根据所预测的或所得到的功率流，确定分布式能源静态和/或动态操作的程序代码。

指令程序可进一步包括用于实时分析传输/配电电网现有的连通性和条件的程序代码。

指令程序可进一步包括可操作的程序代码，以便自主操作与传输/配电电网电气分开的区域。

指令程序可进一步包括可操作的程序代码，以便动态管理分布式能源，从而将自主操作的区域的操作重新合并和同步到传输/配电电网内。

指令程序可进一步包括用于修改企业控制模块、多个区域控制模块、多个本地控制模块和多个分布式能源之间的连接路径的程序代码。

本发明的另一个实施例的特征在于用于管理传输/配电电网的计算机系统，该传输/配电电网包括多个分布式能源。在该实施例中，计算机系统可包括机器，能够执行体现为软件的指令，并且能够与传输/配电电网的现有监控和数据采集系统配合。该系统也包括多个软件部分，其中一个所述软件部分配置为在企业控制模块处，在传输/配电电网内管理功率流，并且其中，另一个软件部分配置为在多个区域控制模块的一个或多个处，从企业控制单元接收电力请求，其中每个区域控制模块与和多个分布式能源的一部分相关的区域相关联。而且另一个软件部分可配置为在多个区域控制模块的一个或多个处，通过多个本地控制模块中的一个在一个或多个区域控制模块的相关区域内给一个或多个分布式能源发出命令。

可单独或结合地执行该实施例的其他特征，包括：

软件部分，配置成从企业控制模块发出命令给一个或多个区域控制模块，以便响应于第二区域的流量请求在第一区域内修改功率流。

软件部分，配置成为多个系统条件预测系统响应和操作。

相关领域的技术人员会理解的是，在普通或通用的计算机系统上可执行部分本发明，比如在主机、个人计算机、手提电脑、笔记本、手持式或袖珍式电脑和/或服务器计算机上。普通的系统包括中央处理单元或处理器，连接到随机存取存储器、只读存储器、键盘、打印机、定位装置、连接到显示器装置的显示器或视频适配器、可移动（海量）储存装置（比如软盘、CD-ROM、CD-R、CD-RW、DVD等等）、固定式（海量）储存装置（比如硬盘）、通信（COMM）端口或接口、以及网络接口卡或控制器（比如以太网）。虽然未单独显示，但是实时系统时钟以常规的方式包括该系统。

中央处理单元包括合适的处理器，用于实施本发明。中央处理单元通过双向系统总线（包括任何需要的输入/输出控制器电路和其他“胶合”逻辑）与该系统的其他元件通信。总线包括用于寻址系统存储器的地址线，该总线在多个元件的两两之间和彼此之间提供数据传输。随机存取存储器用作中央处理单元的工作存储器。只读存储器包含基本的输入/输出系统代码，应用程序和操作系统可用于与硬件相互作用的只读存储器内一套低级程序，包括从键盘中读取字符、给印刷机输出字符等。

海量储存装置在固定和可移动的媒质上提供永久储存，比如磁性、光学或磁光储存系统、闪速存储器或任何其他可用的海量储存技术。可在网络上分享海量存储器，或者其可为专用海量存储器。通常，固定存储器储存代码和数据，用于引导计算机系统的操作，包括操作系统、用户应用程序、驱动器和其他支持文件、以及各种其他数据文件。通常，固定存储器用作该系统的主硬盘。

进行基本操作时，将程序逻辑（包括实施下面要描述的本发明方法的程序逻辑）从可移动的存储器或固定存储器中装载到中央处理单元执行的主（随机存取存储器）存储器内。操作程序逻辑的过程中，该系统从键盘和定位装置中接受用户输入，以及从语音识别系统（未显示）中接受基于语音的输入。键盘允许选择应用程序、输入基于键盘的输入或数据、以及选择和操纵屏幕或显示器装置上显示的单个数据对象。同样，定位装置，比如鼠标、轨迹球、笔类装置等等，允许选择和操纵显示器装置上的对象。这样，这些输入装置支持用户手动输入，用于系统上运行的任何工序。

计算机系统显示文本和/或图形图像和显示器装置上的其他数据。视频适配器插在显示器和系统总线之间，驱动显示器装置。视频适配器包括可进入中央处理单元的视频存储器，该适配器所提供的电路将储存在视频存储器内的像素数据转换成适合于阴极射线管光栅或液晶显示器使用的光栅信号。从打印机或其他输出装置中可获得所显示的信息或系统内其他信息的硬拷贝。

系统本身通过连接到网络（比如以太网、蓝牙无线网等等）的网卡与其他装置（比如其他计算机）连通。该系统也可通过通信接口与本地偶尔连接的装置（比如串行电缆连接的设备）连通，通信接口可包括RS-232串行端口、通用串行总线接口等等。通常本地连接到接口的装置包括手提电脑、手持式整理器、数码照相机等等。

如上所述，本发明还可用于网络设置中，比如局域网或广域网等等。这种网络也可包括主机电脑或服务器，比如网关计算机或应用服务器（可访问数据储存库或其他存储器资源）。网关计算机用作进入每个网络的点。网关可通过通信链路连接到另一网络中。而且，网关计算机可间接连接到一个或多个装置中。网关计算机也可连接到储存装置（比如数据储存库）中。利用各种结构可实施网关计算机。

本领域的技术人员会理解的是，网关计算机与网络的地理距离很大，同样，这些装置与这些网络的距离也很大。比如，网络可位于加利福尼亚州，而网关可位于德克萨斯州，一个或多个装置可位于纽约。在大量交替的连接媒质上，比如移动电话、无线电频率网络、卫星网络等等，通过网络协议，比如TCP/IP，这些装置可连接到无限网络中。在IP、X.25、帧中继、综合业务数字网、公共交换电话网等等上，通过网络连接，比如传输控制协议或用户数据包协议，无线网络优选地连接到网关。通过拨号连接，这些装置或者可直接连接到网关。而且，无线网络以类似的方式可连接到一个或多个其他网络（未显示）中。

在优选的实施例中，可在软件内实施部分本发明。某种类型的长期储存介质的微型处理器（比如硬盘驱动器）通常使用体现本发明的软件编程代码。软件编程代码可体现在多种已知的媒质上，用于数据处理系统，比如硬盘驱动器或CD-ROM。该代码可分布在这种媒质上，或者在某种的网络上从一个计算机系统的存储器或储存器中分布到其他计算机系统中，用于其他这种系统。或者，编程代码可体现在存储器内并且微型处理器使用总线获取该代码。众所周知在存储器内、物理媒质上体现软件编程代码和/或通过网络分配软件代码的技术和方法，并且此处不进一步讨论这些技术和方法。

可在网络环境下实施本发明，其中使用协议，比如超文本传输协议，将软件安装包从网络服务器中下载到一个或多个通过因特网连接的目标电脑中。或者，在其他非网络环境（使用因特网、企业内联网或外联网、或任何其他的网络）下可实施本发明，其中，使用远程方法调用、程序控制的对象连接与嵌入或公共对象请求代理结构等技术分布软件包，用于进行安装。该环境的配置包括客户/服务器网络，以及多层环境。或者，如上所述，本发明可用于独立的环境内，比如由安装人员使用，安装人员系统通过本地可用的安装媒质安装软件包，而不在网络连接上进行安装。而且，特定装置的客户和服务器均可位于相同的实体设备内，在这种情况下，不需要网络连接。因此，正在询问的潜在目标系统可为本地装置，在该装置上可实施本发明。软件开发员或软件安装人员使用本发明制备软件包，用于进行安装，软件开发员或软件安装人员可使用网络连接的工作站、独立式工作站或任何其他相似的计算装置。在该领域中众所周知这些环境和配置。

本领域的那些技术人员会理解的是，部分本发明可体现在其他特定的形式中，而不背离其精神或本质特征。同样，模块、管理器、功能、系统、引擎、层、特征、属性、方法和其他方面的特定名称和划分并非强制性的或重要的，并且实施本发明的机构或其特征可具有不同的名称、划分和/或格式。而且，相关领域的技术人员显然了解，模块、本发明的管理器、功能、系统、引擎、层、特征、属性、方法和其他方面可用作软件、硬件、固件或这三者的结合。当然，本发明的元件或一部分用作软件时，该元件可用作脚本、独立的程序、较大程序的一部分、多个单独的脚本和/或程序、静态或动态连接的文库、可加载内核模块、设备驱动器，和/或以计算机编程领域的那些技术人员现在或未来知晓的每一个和任何其他方法实施该元件。此外，本发明绝不限于用于任何特定的编程语言内或用于任何特定的操作系统或环境。因此，本发明的公开意在具有阐述性，而非限制下面的权利要求所提出的本发明的范围。上面已经结合配电电网描述本发明的原则，同时要清楚地理解的是，仅仅通过实例进行以上描述，并且以上描述不限于本发明的范围。尤其地，人们认识到上述公开的教导为相关领域的那些技术人员提供其他的修改。这些修改可包括本身已知并且可替换使用的其他特征，或者除了此处已经描述的特征以外的其他特征。虽然在该申请中已经将权利要求书阐述为特定组合特征，但是要理解的是，此处的公开范围也包括对于相关领域的技术人员显而易见的任何新特征、或明确或含蓄地公开的特征的任何新组合、或其任何概括或修改，无论这些是否与任何权利要求中目前要求的本发明相关，无论其是否缓和了本发明所面临的任何或所有相同的技术问题。在提交本申请或提交源自此申请的任何其他申请的过程中，申请人特此保留了将新权利要求阐述为这些特征和/或这些特征的组合的权利。

Claims (26)

1.用于传输和配电电网的分布式控制系统，其中传输/配电电网包括连接到多个电力用户中的多个分布式能源（DER），该分布式控制系统包括：

企业控制模块，连通地连接到现有的监控和数据采集系统，用于传输/配电电网和/或其他企业应用；

多个本地控制模块，其中每个本地控制模块与多个分布式能源之一唯一地相关；以及

多个区域控制模块，其中每个区域控制模块插在企业控制模块和多个本地控制模块中的一部分之间，并且其中，区域控制模块在区域内进行动态功率管理以便与相邻区域进行交换电力，动态功率管理还包括预计算。

2.根据权利要求1所述的控制系统，其中企业控制模块连通地连接到通信网络。

3.根据权利要求1所述的控制系统，其中区域控制模块插在企业控制模块和形成分布式系统的另一个区域控制模块之间。

4.根据权利要求1所述的控制系统，其中多个分布式能源选自构成能量产生、储存和需求/载荷管理的组。

5.根据权利要求1所述的控制系统，其中传输和配电电网分布式能源选自构成电网和设备保护、电压调节、电力流控制、电容器组和变压器的组。

6.根据权利要求1所述的控制系统，其中企业控制模块管理多个区域控制模块之间的需求，以及与相邻的电网或电力系统进行的电力交换。

7.根据权利要求6所述的控制系统，其中管理多个区域控制模块之间的需求包括开始命令区域控制模块响应于第二区域内需求的变化，在第一区域内改变电力生产。

8.根据权利要求6所述的控制系统，其中管理多个区域控制模块之间的需求包括重新定义与每个区域控制模块相关的本地控制模块和区域控制模块。

9.根据权利要求1所述的控制系统，其中企业控制模块可操作，以便选择性地为多个本地控制模块和/或区域控制模块发出广播控制命令。

10.根据权利要求1所述的控制系统，其中响应于通信干扰，分布式控制系统可操作，以便切换到自主操作模态，并且一旦恢复通信，使得数据同步并且恢复到命令模态。

11.根据权利要求1所述的控制系统，进一步包括设备接口，其插在每个本地控制模块和其相关的分布式能源之间，其中该设备接口转换标准的本地控制模块命令，以便由相关的分布式能源理解，并且该设备接口将分布式能源响应转换成本地控制模块理解的标准化消息。

12.根据权利要求1所述的控制系统，其中本地控制模块可操作，以便收集关于每个连接的分布式能源的数据。

13.根据权利要求12所述的控制系统，其中数据包括分布式能源的静态、动态或控制响应特性。

14.根据权利要求1所述的控制系统，其中本地控制模块将分布式能源和区域控制模块之间的命令和/或响应消息标准化。

15.根据权利要求1所述的控制系统，其中根据该区域内的生产、载荷和储存，和/或与相邻区域进行的电力交换来管理电力生产。

16.根据权利要求1所述的控制系统，其中每个区域内的区域控制模块自主管理电力生产。

17.根据权利要求1所述的控制系统，其中每个区域控制模块可操作，以便从企业控制模块中接收生产命令并且对该命令作出回应。

18.根据权利要求17所述的控制系统，其中区域控制模块证实从企业控制模块中接收的生产命令在分布式能源预先定义的限制内，并且给分布式能源发出控制命令之前，传输/配电电网在与区域控制模块相关的区域内。

19.根据权利要求17所述的控制系统，其中动态地证实和抢先修改生产命令，以便在预先定义的系统限制内维持实际的生产。

20.根据权利要求1所述的控制系统，其中企业控制模块和多个区域控制模块中的每个以及多个本地控制模块中的每个可操作，以便接收授权用户通过用户界面发出的命令，并且对该命令作出回应。

21.根据权利要求1所述的控制系统，进一步包括建模模块，该模块可操作，以便为各种系统条件预测系统响应和操作。

22.根据权利要求21所述的控制系统，其中建模模块可分配多个分布式能源的操作并且形成一套模型化控制，以便满足特定的功率流目标。

23.根据权利要求22所述的控制系统，其中该套模型化控制可直接用于该系统中。

24.用于管理传输/配电电网的计算机系统，其中传输/配电电网包括多个分布式能源，计算机系统包括：

机器，能够执行体现为软件的指令，并且与传输/配电电网的现有监控和数据采集系统配合；以及

多个软件部分，其中

一个所述软件部分配置为在企业控制模块处，在传输/配电电网内自动地管理功率流参数；

一个所述软件部分配置为在多个区域控制模块的一个或多个处，从企业控制单元接收电力请求，其中每个区域控制模块与和多个分布式能源的一部分相关的区域相关联；以及

一个所述软件部分配置为在多个区域控制模块的一个或多个处，通过多个本地控制模块中的一个在一个或多个区域控制模块的相关区域内给一个或多个分布式能源发出命令。

25.根据权利要求24所述的计算机系统，进一步包括软件部分，配置成从企业控制模块发出命令给一个或多个区域控制模块，以便响应于第二区域的流量请求在第一区域内修改电力流。

26.根据权利要求24所述的计算机系统，进一步包括软件部分，配置成为多个系统条件预测系统响应和操作。