CN104185935A - 用于根据能量需求和能量供应操作照明网络的方法和设备 - Google Patents

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Abstract

涉及根据能量需求和/或能量供应操作照明网络的多个照明单元的方法和设备。

Description

用于根据能量需求和能量供应操作照明网络的方法和设备
技术领域
本发明总体上针对照明网络的操作。更特别地，本文中所公开的各种发明方法和设备涉及根据能量需求和/或能量供应操作照明网络。
背景技术
照明包括建筑物和基础设施中的能量消耗的大部分。例如，在一些情形中，照明系统可以消耗在建筑物中使用的能量的大约20%和在建筑物中使用的电力的大约38%。此外，照明使用的大部分在高能量消耗时期发生。
电力电网（power grids）到智能电网的变换正由许多政府作为解决能量自主和可持续性、全球变暖以及紧急恢复问题的方式推动。智能电网变换了电力生成、输送、消耗以及计费的方式。贯穿联网的电力电网添加智能增加了电网可靠性，改进需求处理和响应性，提高效率，更好地利用并整合可再生/分布式能源，并且潜在地降低提供者和/或消费者的成本。
照明系统将是用于诸如需求响应（DR）之类的动态负荷管理服务的智能电网的重要构件系统之一。例如，California Title 24（CA T24）要求照明系统具有在从智能电网接收到DR信号时减小（shedding）连接的负荷的能力。为了在这样的智能电网中匹配电生成和传输/使用，许多挑战与动态负荷管理共存。例如，现有的负荷管理策略是事件驱动的和反应性的，仅在从智能电网接收到DR信号时管理负荷（减负荷）。
因此，在本领域中存在提供主动地预算一个或多个照明网络的电使用并且管理这样的照明网络的负荷的方法和设备的需要。
发明内容
本公开内容针对用于照明网络的操作的发明方法和设备。例如，本文中所公开的发明方法和设备涉及根据能量需求和/或能量供应操作照明网络的多个照明单元。在一些实施例中，智能电网的需求响应可以基于照明网络的照明单元的时间间隔和/或区域被主动地管理。在一些实施例中，照明网络中的一个或多个传输的安全性可以取决于传送的需求响应信号的重要性。
一般地，在一个方面，提供了一种主动地调整连接到智能电力电网的至少一个室外照明网络的能量需求的方法并且该方法包括以下步骤：收集照明网络的多个第一区照明单元中的每一个在多个第一区子间隔中的每一个内的第一区能量供应信息和第一区负荷需求信息；收集照明网络的多个第二区照明单元中的每一个在多个第二区子间隔中的每一个内的第二区能量供应信息和第二区负荷需求信息；针对第一区子间隔的多个将来的第一区子间隔并且针对第二区子间隔的多个将来的第二区子间隔从公用设施接收电力价格；在将来的第一区子间隔之前基于第一区能量供应信息、第一区负荷需求信息以及电力价格主动地调整第一区照明单元的第一区光操作策略；以及在将来的第二区子间隔之前基于第二区能量供应信息、第二区负荷需求信息以及电力价格主动地调整第二区照明单元的第二区光操作策略。
在一些实施例中，所述方法进一步包括基于第一区负荷需求信息和第二区负荷需求信息对来自于公用设施的电力价格进行出价的步骤。
在一些实施例中，在将来的第一区子间隔之前主动地调整第一区照明单元的第一区光操作策略的步骤也基于第一区的第一区照明调节要求。在那些实施例的一些版本中，在将来的第二区子间隔之前主动地调整第二区照明单元的第二区光操作策略的步骤也基于第二区的第二区照明调节要求。在那些实施例的一些版本中，第二区照明调节要求比第一区照明调节要求具有更低的优先级并且第二区光操作策略比第一区光操作策略被更大幅度地调整。
在一些实施例中，在将来的第一区子间隔之前主动地调整第一区照明单元的第一区光操作策略的步骤也基于第一区照明单元的调光能力。
在一些实施例中，主动地调整第一区照明单元的第一区光操作策略的步骤包括根据多个第一区照明单元调光向量中的一个对第一区照明单元进行调光，每个第一区照明单元调光向量与多个第一区需求响应级别中的一个相对应。在那些实施例的一些版本中，主动地调整第二区照明单元的第二区光操作策略的步骤包括根据多个第二区照明单元调光向量中的一个对第二区照明单元进行调光，每个第二区照明单元调光向量与多个第二区需求响应级别中的一个相对应。在那些实施例的一些版本中，第一区照明单元调光向量和第一区需求响应级别按照相对于最佳实践照明性能的相对照明性能被归一化为第二区照明单元调光向量和第二区需求响应级别。
在一些实施例中，在将来的第一区子间隔之前主动地调整第一区照明单元的第一区光操作策略的步骤包括在将来的第一区子间隔中的至少一个期间在利用离网（off-grid）电源给第一区照明单元中的至少一个供电之前用智能电力电网主动地对离网电源进行充电。
一般地，在另一方面，提供了一种调整连接到智能电力电网的至少一个室外照明网络的能量需求的方法并且该方法包括以下步骤：根据多个照明单元调光向量中的一个对照明网络的照明单元进行调光，每个照明单元调光向量与多个需求响应级别中的一个相对应，其中照明单元在最高的需求响应级别被最大幅度地调光，并且在最低的需求响应级别被最小幅度地调光；接收与需求响应级别中的一个相对应的需求响应信号；以及传送调光信号以便引起与需求响应信号一致的照明单元的调光。当需求响应信号对应于最低的需求响应级别时，第一安全性级别被应用于调光信号。当需求响应信号对应于最高的需求响应级别时，第二安全性级别被应用于调光信号并且第二安全性级别比第一安全性级别更安全。
在一些实施例中，第一安全性级别包括单个认证方法。在那些实施例的一些版本中，第二安全性级别包括至少两种认证方法。
在一些实施例中，所述方法进一步包括根据多个第二照明单元调光向量中的一个对照明网络的第二照明单元进行调光的步骤，每个第二照明单元调光向量与多个需求响应级别中的一个相对应，其中第二照明单元在最高的需求响应级别被最大幅度地调光，并且在最低的需求响应级别被最小幅度地调光。在那些实施例的一些版本中，第一照明单元调光向量按照相对于最佳实践照明性能的相对照明性能被归一化为第二照明单元调光向量和第二区需求响应级别。在那些实施例的一些版本中，第一照明单元具有第一区照明调节要求并且第二照明单元具有第二区照明调节要求。第二区照明调节要求可以可选地比第一区照明调节要求具有更低的优先级，并且响应于最高的需求响应级别调光在第二照明单元之中比在第一照明单元中被更大幅度地调整。
如出于本公开内容的目的在本文中所使用的那样，术语“LED”应该被理解成包括能够响应于电子信号生成辐射的任何电致发光二极管或其它类型的基于载流子注入/结的系统。因此，术语LED包括但不限于响应于电流发射光的各种基于半导体的结构、发光聚合物、有机发光二极管（OLED）、电致发光带等等。特别地，术语LED指的是可以被配置成在红外线光谱、紫外线光谱以及可见光谱（一般地包括从大约400纳米到大约700纳米的辐射波长）的各种部分中的一个或多个光谱中生成辐射的所有类型的发光二极管（包括半导体和有机发光二极管）。LED的一些例子包括但不限于各种类型的红外线LED、紫外线LED、红色LED、蓝色LED、绿色LED、黄色LED、琥珀色LED、橙色LED以及白色LED（在下面进一步讨论）。也应当理解的是，LED可以被配置成和/或控制成产生具有给定光谱的不同带宽（例如半高全宽或FWHM）（例如窄带宽、宽带宽）以及给定一般颜色类别中的各种各样的主波长的辐射。
术语“光源”应当被理解为指的是各种各样的辐射源中的任何一种或多种，包括但不限于基于LED的源、白炽源（例如白炽灯、卤素灯）、荧光源、磷光源、高强度放电源（例如钠蒸汽、汞蒸气和金属卤化物灯）、激光器、其他类型的电致发光源、火焰发光源（例如火焰）、蜡烛发光源（例如气灯罩、碳弧辐射源）、光致发光源（例如气体放电源）、使用电子饱和的阴极发光源、电流发光源、晶体发光源、运动发光源、热发光源、摩擦发光源、声致发光源、辐射发光源和发光聚合物。
给定光源可以被配置成生成在可见光谱内、在可见光谱外或两者的组合的电磁辐射。从而，术语“光”和“辐射”在本文中被可交换地使用。此外，光源可以包括作为整体构件的一个或多个滤波器（例如，滤色器）、透镜或其它光学构件。并且，应理解，光源可以被配置用于各种应用，包括但不限于指示、显示和/或光照。“光照源”是被特别配置成生成具有充足强度以便有效地照射内部空间或外部空间的辐射的光源。在这个上下文中，“充足强度”指的是在空间或环境中生成以提供周围的光照（即，可以被间接地感知到并且可以在被整个地或部分地感知到之前例如由各种各样的中间表面中的一个或多个反射的光）的可见光谱中的充足辐射功率（关于辐射功率或者“光通量”，单位“流明”常常被采用来表示在所有方向上来自于光源的总的光输出）。
术语“照明器”在本文中用来指特定形状因子、组装或封装的一个或多个照明单元的实现方式或布置。术语“照明单元”在本文中用来指包括一个或多个相同或不同类型的光源的装置。给定照明单元可以具有各种各样的光源安装布置、外壳/壳体布置和形状和/或电气和机械连接布置中的任何一种。此外，给定照明单元可选地可以和与光源的操作有关的各种不同的其他部件（例如控制电路系统）关联（例如包括、耦合到所述部件和/或与所述部件封装在一起）。“基于LED的照明单元”指的是单独地或者与其他非基于LED的光源结合地包括一个或多个如上面所讨论的基于LED的光源的照明单元。
术语“控制器”一般地在本文中被用来描述涉及一个或多个光源的操作的各种设备。控制器能够以许多方式（例如，诸如用专用硬件）实现来执行本文中所讨论的各种功能。“处理器”是采用一个或多个微处理器的控制器的一个例子，所述微处理器可以使用软件（例如，微码）被编程来执行本文中所讨论的各种功能。控制器可以在采用或不采用处理器的情况下被实施，并且同样可以被实现为用来执行一些功能的专用硬件和用来执行其它功能的处理器（例如，一个或多个编程的微处理器和相关电路）的组合。可以在本公开内容的各种实施例中被采用的控制器构件的例子包括但不限于常规微处理器、专用集成电路（ASIC）以及现场可编程门阵列（FPGA）。
在各种实现方式中，处理器或控制器可以与一个或多个存储介质（一般地在本文中被称为“存储器”，例如，易失性和非易失性计算机存储器，诸如RAM、PROM、EPROM以及EEPROM、软盘、高密度磁盘、光盘、磁带等）相关联。在一些实现方式中，存储介质可以编码有一个或多个程序，所述一个或多个程序在一个或多个处理器和/或控制器上被执行时执行本文中所讨论的功能中的至少一些。各种存储介质可以被固定在处理器或控制器内或者可能是可运输的，使得存储在其上的一个或多个程序能够被加载到处理器或控制器中以便实施本文中所讨论的本发明的各种方面。术语“程序”或“计算机程序”在本文中在通用意义上被用来指任何类型的计算机代码（例如，软件或微码），所述计算机代码能够被采用来对一个或多个处理器或控制器进行编程。
术语“可寻址的”在本文中被用来指被配置成接收意在供多个装置（包括它自己）使用的信息（例如，数据）并且选择性地对意在供其使用的特定信息做出响应的装置（例如，一般为光源、照明单元或照明器、与一个或多个光源或照明单元相关联的控制器或处理器、其它非照明有关的装置等）。术语“可寻址的”常常连同联网的环境（或在下面进一步讨论的“网络”）一起被使用，在所述联网的环境中多个装置经由一些通信媒介或介质被耦合在一起。
在一个网络实现方式中，耦合到网络的一个或多个装置可以用作用于耦合到网络（例如，以主/从关系）的一个或多个其它装置的控制器。在另一实现方式中，联网的环境可以包括被配置成控制耦合到网络的装置中的一个或多个的一个或多个专用控制器。一般地，耦合到网络的多个装置中的每一个可以有权访问存在于通信媒介或介质上的数据；然而，给定装置可以是“可寻址的”，因为它被配置成选择性地例如基于分配给它的一个或多个特定识别符（例如，“地址”）来与网络交换数据（即，从网络接收数据和/或将数据传送到网络）。
如本文中所使用的术语“网络”指的是促进信息（例如针对装置控制、数据存储、数据交换等）在任何两个或更多个装置之间和/或在耦合到网络的多个装置之中的传输的两个或更多个装置（包括控制器或处理器）的任何互连。如应容易地意识到的那样，适合于互连多个装置的网络的各种实施方案可以包括各种网络拓扑中的任何网络拓扑并且采用各种通信协议中的任何通信协议。此外，在根据本公开内容的各种网络中，两个装置之间的任何一个连接可以表示两个系统之间的专用连接，或者替换地表示非专用连接。除承载意在供两个装置使用的信息之外，这样的非专用连接可以承载未必意在供两个装置中的任何一个使用的信息（例如，开放网络连接）。此外，应容易地意识到，如本文中所讨论的装置的各种网络可以采用一个或多个无线、电线/电缆和/或光纤链路来贯穿网络促进信息输送。
如本文中所用的术语“用户接口”指的是人类用户或操作员与一个或多个装置之间的接口，其使能实现该用户与（一个或多个）装置之间的通信。可以在本公开内容的各种实施方案中被采用的用户接口的例子包括但不限于开关、电位计、按钮、拨号盘、滑动器、鼠标、键盘、小键盘、各种类型的游戏控制器（例如，操纵杆）、轨迹球、显示屏、各种类型的图形用户接口（GUI）、触摸屏、话筒以及可以接收某个形式的人类生成的刺激并且对其作出响应生成信号的其它类型的传感器。
应当意识到的是，上述概念和在下面更详细地讨论的附加的概念的所有组合（假如这样的概念是相互一致的）被设想为本文中所公开的发明主题的一部分。特别地，在本公开内容结尾处出现的要求保护的主题的所有组合被设想为本文中所公开的发明主题的一部分。还应当意识到的是，同样可以出现在通过引用被并入的任何公开内容中的在本文中明确地被采用的术语应该符合与本文中所公开的特别的概念最一致的意义。
附图说明
在附图中，在全部的不同的视图中同样的附图标记一般地指代相同的部分。并且，附图未必是按比例的，而重点一般地放在举例说明本发明的原理上。
图1图示了包括根据能量需求和供应动态特性来管理照明单元的光管理器的照明网络的实施例。
图2图示了包括根据能量需求和供应动态特性来管理照明单元的照明管理器的照明网络的另一实施例。
图3图示了针对照明操作的主动能量出价和规划的实施例的时间图。
图4图示了针对照明操作的主动能量出价和规划的实施例的流程图。
图5A图示了针对不同的需求响应级别的调光向量的表。
图5B图示了针对不同的需求响应子间隔的用于照明单元的调光时间表的表。
图5C图示了针对不同的需求响应子间隔的用于照明单元的能源选择的表。
图5D图示了针对不同的需求响应子间隔的用于照明单元的电池充电指示的表。
图5E图示了针对不同的需求响应子间隔的用于需求响应区的按需照明的设定的表。
图6图示了需求响应事件处理的实施例的流程图。
图7图示了通过本地光控制器处理的照明操作指令的实施例的流程图。
图8图示了光管理器的实施例的示意表示。
图9图示了本地光控制器的实施例的示意表示。
具体实施方式
电力电网到智能电网的变换正由许多政府作为解决能量自主和持续性、全球变暖以及紧急恢复问题的方式推动。照明系统将是用于诸如DR之类的动态负荷管理服务的智能电网的重要构件系统中的一个。为了在这样的智能电网中匹配电生成和传输/使用，许多挑战与动态负荷管理共存。例如，现有的负荷管理策略是事件驱动的和反应性的，仅在从智能电网接收到DR信号时管理负荷（减负荷）。因此，申请人已认识和意识到提供主动地预算一个或多个照明网络的电力使用并且管理这样的照明网络的负荷的方法和设备的需要。
更一般地，申请人已认识和意识到，提供与照明网络根据能量需求和/或能量供应的操作有关的方法和设备将是有利的。
鉴于以上所述，本发明的各种实施例和实现方式是针对照明网络的操作。
参考图1，照明网络100的实施例被图示。照明网络100包括彼此网络通信的需求响应自动化服务器（DRAS）110、光管理器120、第一需求响应区130以及第二需求响应区140。DRAS 110经由互联网连接103与光管理器120通信并且也经由互联网连接103与公用设施101通信。DRAS 110可以将DR事件提供给光管理器120。光管理器120可以与DRAS 110进行通信以便为将来的DR间隔对电力进行出价。DRAS 110可以可选地与公用设施101进行通信以便确定何时提供DR事件和/或在为将来的间隔对电力进行出价时确定电力的适当的量和/或价格。
光管理器120经由广域网（WAN）105与第二需求响应区140的三个照明单元142A、142B和142C中的每一个通信。光管理器120经由广域网（WAN）105和段控制器134与第一需求响应区130的三个照明单元132A、132B以及132C中的每一个通信。如本文中所讨论的那样，光管理器120根据能量需求和供应动态（例如，主电力电网的状态、来自主电力电网的电力的标价、传送的DR事件、照明单元132A-C、140A-C的能力、照明单元132A-C、140A-C的主动调整和/或任何离网能量供应的状态）来使在需求响应区130、140内的一个或多个光源的操作自动化。
所图示的照明单元142A-C中的每一个都包括在安装杆顶上的离网太阳能板（可选地与蓄电池相结合）和从安装杆延伸的单个照明壳体。每个照明壳体包括至少一个光源。照明单元142A-C的光源被电耦合到主电力电网并且至少部分地选择性地由该主电力电网供电。照明单元142A-C中的每一个还可以至少部分地由照明单元142A-C的离网太阳能板中的一个或多个供电。例如，在一些实施例中，离网太阳能板可以全部对选择性地给照明单元142A-C中的一个或多个供电的单个蓄电池进行充电。并且，例如，在一些实施例中，离网太阳能板中的每一个可以被电耦合（可选地经由蓄电池）到照明单元142A-C中的单个照明单元的光源。在一些实施例中，照明单元142A-C中的每一个可以具有类似的照明功能要求。例如，照明单元142A-C中的每一个可以具有类似的照明调节要求（例如，快速道路照明要求、本地道路照明要求、停车场照明要求）。
参考图9，照明单元142A的实施例的示意表示被图示。照明单元142A包括与通信模块150、存储器143、本地传感器输入144以及功率调节器和光驱动器145通信的处理器或控制器141。处理器141基于经由照明管理器142从光管理器120接收到的输入并且可选地基于存储器143中的值和/或从本地传感器输入（例如，日光传感器、运动传感器）接收到的输入来控制光驱动器145。光驱动器145根据从处理器141接收到的输入来驱动一个或多个光源146。诸如电池147、能源148以及能源149这样的一个或多个能源可以被至少选择性地耦合到光驱动器145。在一些实施例中能源149可以是主电网能源。
再次参考图1，所图示的照明单元132A-C每个包括在安装电杆顶上的离网太阳能板（可选地与蓄电池相结合）和从安装电杆延伸的一对照明壳体。每个照明壳体可以包括至少一个光源。照明单元132A-C的光源被电耦合到主电力电网并且至少部分地选择性地由该主电力电网供电。照明单元132A-C中的每一个还可以至少部分地由照明单元132A-C的离网太阳能板中的一个或多个供电。在一些实施例中，照明单元132A-C可以每个具有类似的照明功能要求。
暂时地转向图8，光管理器120的示意表示被图示。光管理器120包括与光要求数据库122、DR事件处理机123、需求分析器以及出价引擎124、存储器125、通信模块126和光操作管理器127通信的控制器或处理器121。在一些实施例中，处理器121和/或模块122-127可以被在一个或多个计算机上实现。在一些实施例中，模块122-127中的一个或多个可以在同一硬件或数件硬件中和/或在同一软件或数件软件实现。
图2图示了包括根据能量需求和供应动态来管理照明单元的光管理器220的照明网络200的另一实施例。光管理器220经由网络203与三个需求响应区230、240以及250中的每一个通信。网络203可以包括例如诸如互联网、私有网络和/或其它网络之类的一个或多个网络。网络203经由通过一个或多个蜂窝塔234传输的蜂窝网络与第一需求响应区230的多个照明单元中的每一个通信。网络203经由来自段控制器244的无线传输和在照明单元之间的无线RF网状网络与第二需求响应区240的多个照明单元中的每一个通信。网络203经由电力和控制柜254与第三需求响应区250的多个照明单元中的每一个通信。
需求响应区230、240以及250的照明单元的光源被电耦合到主电力电网并且至少部分地选择性地由该主电力电网供电。需求响应区230、240和/或250的一个或多个照明单元的光源可以另外被选择性地电耦合到一个或多个离网电源（例如，太阳能板、风力涡轮机、来自主电网的先前存储的能量）。在一些实施例中，需求响应区230、240以及250中的一个或多个可以具有唯一的能力和/或实现方式（例如，区230、240以及250可以每个来自唯一供应商）。在一些实施例中，来自需求响应区230、240以及250中的单个需求响应区的照明单元可以全部具有类似的照明功能要求。
图3图示了针对照明操作的主动能量出价和规划的实施例的时间图。针对照明操作的出价和规划可以通过照明管理器120、220被执行。例如，规划可以在照明管理器120处在本地发生并且出价可以经由照明管理器120与需求响应自动化服务器110之间的通信而发生。需求分析器和出价引擎124可以被用于利用需求响应自动化服务器110出价。并且，例如，规划可以在照明管理器220处在本地发生并且出价可以经由在照明管理器220与需求响应自动化服务器和/或公用设施之间经由网络203的通信而发生。如图3中所图示的那样，时间被划分成DR间隔（其中的三个被图示）。每个DR间隔被进一步划分成DR子间隔。针对中间DR间隔的多个DR子间隔的在图3中被图示。如在图3的中间DR间隔中所图示的那样，在每个DR间隔中，光管理器120、220能够估计其受管理的照明单元在接下来的（多个）DR间隔内的能量供应和需求信息，可以针对接下来的DR间隔对能量（电力）价格进行出价，和/或可以针对将来的（多个）DR间隔基于出价结果来调整针对一个或多个受管理的照明单元的照明控制策略。DR子间隔可以具有这样的长度，即在每个DR子间隔内能量供应和能量需求是相对稳定的。例如，在一些实施例中，DR间隔是大约一天并且DR子间隔是大约一个小时。
图4图示了针对照明操作的主动能量出价和规划的实施例的流程图。取决于系统架构，本地光控制器304负责个别地控制照明单元的操作或者组控许多照明单元。例如，如图2中所示，基于电力线的室外照明网络（OLN）的控制和电力柜254以及基于RF的OLN的段控制器244中的每一个是控制许多照明单元的组光控制器。并且，例如，如图2中所示，基于蜂窝通信的OLN的蜂窝塔234与多个照明单元中的每一个通信，并且那些照明单元中的每一个包括控制那个照明单元的本地光控制器。给定的照明网络可以包括个别地控制照明单元的一个或多个本地光控制器和/或组控许多照明单元的一个或多个本地光控制器。
在图4的步骤P1中，光管理器320经由一个或多个本地光控制器305从其受管理的照明单元收集能量使用信息和能量供应信息，分析这样的信息，并且估计其受管理的照明单元在一个或多个即将到来的DR间隔内的负荷需求。例如，光管理器320可以经由一个或多个本地光控制器305收集与一个或多个离网电源（例如，分布式能源、太阳能板、风）有关的能量供应信息。照明单元在将来的DR间隔内的能量供应信息可以基于任何这样的可以被用于照明单元在一个或多个DR子间隔中的光操作的离网能量供应。任何离网能量供应的电池容量和/或可再生能量充电速率可以被考虑。并且，可以考虑与离网能量供应有关的其它信息，诸如用来估计离网能源供应的天气预报信息（例如，针对离网太阳能板的太阳预报、针对离网风力涡轮机的风预报）。
并且，例如，光管理器120、220可以基于照明单元在前面的DR间隔中的能量使用以及一个或多个即将到来的DR间隔的预报来估计在一个或多个将来的DR间隔内来自照明单元的能量需求。照明单元在一个或多个将来的DR间隔内的所估计的能量需求和供应可以基于一个或多个属性。例如，能量需求可以基于每个照明单元在每个DR子间隔中的输入功率（例如，基于在每个照明单元中利用的光源的类型、光源能力（例如，是否可调光、有多少调光步骤被提供）和/或任何调节和/或标准要求（例如，至少针对某些安装区域的最小发光度（例如，十字路口要求、停车场要求、车行道要求）和/或一天的某些时刻）的组合被定义）。例如，最佳实践（典型的）输入功率、最大输入功率以及最小输入功率可以全部针对照明单元或照明单元组被分析。
照明单元的最佳实践、最大以及最小输入功率通过那个照明单元的相应的最佳实践、最大以及最小光输出并且通过那个照明单元的调光能力而被确定。最大和最小光输出（亮度和/或照度强度及分布）可以由根据区域类型（例如，超速干道类A、超速干道类B、高速道路、主路（Major）、辅路（Collector）、慢车道、人行道/自行车专用道路、十字路口、停车场、路面类型和/或行人冲突级别）的一个或多个适用的调节标准定义。例如，调节典型地要求十字路口区域中的光输出比在道路的其余部分上的光输出具有更高的发光度并且在这样的十字路口处的最小光输出功率因此可以是更高的。最佳实践光输出可以根据例如本地用户偏好、交通量、犯罪指数和/或天气中的一个或多个来确定。例如，更多的光在恶劣天气（雨、雪、浓云）期间可能是期望的，并且天气预报因此可以在针对接下来的DR间隔确定最佳实践光输出时被使用。并且，例如，用于放置在高犯罪区域的一组照明单元的最佳实践光输出可以比在该组照明单元被放置在低犯罪区域中的情况下具有更大的发光度。
最佳实践、最大和/或最小输入功率可以随着时间（例如，从一个DR子间隔到下一个DR子间隔）和/或按DR区（例如，从一个DR区（位于停车场中）到另一DR区（位于公路上））而变化并且由光管理器320在确定每个DR子间隔上的很可能需要的输入功率时考虑。例如，用于照度和功率的所需要的或允许的操作范围可以通过适用于给定区域的自适应照明调节来定义。例如，在7:00-9:00 pm的小时期间所需的光输出通常高于在12:00-4:00 am的小时期间所需的光输出。并且，例如，在高行人交通量区域中所需的光输出可以高于在低行人交通量区域中所需的光输出。并且，例如，随着季节改变和改变的日出/日落时间，接通/断开时间和/或调光时间表可以被相应改变并且由光管理器320在确定每个子间隔上的很可能需要的输入功率时考虑。
暂时地转向图8的光管理器120的示意表示，光管理器120可以利用光要求数据库122来存储对于附接的照明单元的适用调节要求，来存储附接的照明单元的位置，来存储附接的照明单元的特性和操作状态，和/或来存储附接的照明单元的所关联的区域类型。光管理器120可以附加地或者可替换地访问外部服务或数据库（例如，城市/政府数据库）以便获得关于适用的调节要求、照明单元位置的信息，和/或与区域相关联的其它的城市信息/特性。在一些实施例中，光管理器120可以至少部分地基于在数据库中存储的信息来估计附接的照明单元的能量需求。光管理器120还可以使用从一个或多个现场装置收集的测量（例如，一个或多个附接的照明单元的功率计量）。光管理器120可以直接地从附接的照明单元（例如，本地传感器输入144）和/或从其它中间装置（段控制器、网关等）中检索数据。在一些实施例中，从现场装置收集的测量可以遵循标准格式。在一些实施例中，照明管理器120和照明单元可以使用标准格式进行通信（例如，经由通信模块126和150）。在一些实施例中，中间装置（段控制器、网关等）可以转化光管理器120与照明单元之间的通信。光管理器120可以计算每个DR区和每个DR子间隔的聚合能量需求。
再次参考图4，在步骤P2中，光管理器320基于针对接下来的（多个）DR间隔上的每个DR区每个DR子间隔的照明管理器的估计的最小和最大能量要求，依据DRAS 310对电力进行出价。需求分析器以及诸如引擎124这样的出价引擎和诸如模块126这样的通信模块可以被利用来依据DRAS 310对电力进行出价。除其他以外，用于对电力进行出价的从光管理器320到DRAS 310的输入可以包括在每个DR区中用于每个DR子间隔的最小和最大能量要求。来自公用设施的能量价格和可用性可能因地方而异。从DRAS 310到光管理器320的出价过程的输出是为每个DR区中的每个DR子间隔提供的最小和最大能量供应和价格。出价过程被周期性地（例如，逐个DR间隔地）实行。在每个DR间隔的末期，光管理器320针对一个或多个即将到来的DR间隔估计能量使用并且针对一个或多个即将到来的DR间隔对能量进行出价。出价过程能够附加地或者可替换地在某些情况期间按需（例如，通过从DRAS 310接收需求响应信号）被触发。例如，如果来自公用设施的能量供应/价格在DR间隔内大幅度地改变，则光管理器320可以在不等待接下来的调度的出价时间情况下启动出价过程（可选地在从DRAS 310接收到信令之后）。
在图4的步骤P3中，光管理器320必要时调整附接的照明单元的光控制策略。通过光管理器320的调整是为了根据来自步骤P2中的出价的所提供的价格和能量的量来优化能量的使用。为了确定适当的能量规划和优化，光管理器320分析在步骤P2中由公用设施或DRAS 310在每个DR区中针对每个DR子间隔所提供的最小和最大能量供应（帽）和价格。光管理器320还可以针对每个DR区中的不同DR级别来分析经优化的调光向量，如图5A中所图示的那样。
图5A图示了针对单个DR区的不同DR级别的调光向量。在图5A中，                                                表示照明单元i在DR级别j下的调光级别。调光向量中的两个照明单元可以具有考虑照明单元的任何区域功能要求和调光灵活性的不同的调光级别。光管理器定义每个DR区的若干DR级别，其中最低DR级别（DR级别1）对应于最好的情况场景（例如，针对在能量是充裕的且便宜的时的最优照明输出）并且最高DR级别对应于最坏的情况场景（例如，针对在DRAS 310请求最多的减负荷时的可能违犯最小照明性能要求的非最优照明输出）。有意义的步长尺寸（由一定数量的能量消耗降低和照明性能降级所反映的）从一个DR级别到下一个DR级别被定义。跨越多个DR区的DR级别可以被归一化并且因此在DR区的照明性能方面相对于其自身的最佳实践照明性能是可比较的。考虑到在DR区内的可用能量的总量，降低的能量消耗可以以照明性能（在跨越区域的强度和/或均匀性方面）被优化的这样一种方式跨越DR区的照明单元分布。光管理器320存储针对不同DR级别的经优化的调光向量并且在适于DR子间隔的DR级别的DR子间隔期间实现调光级别。
针对DR区中的不同DR级别的经优化的调光向量可以考虑照明单元的区域功能要求和/或调光灵活性。例如，DR区域类型和特性（例如，道路：超速干道类A、超速干道类B、高速道路、主路、辅路、慢车道；人行道/自行车专用道路；十字路口；和/或行人冲突级别：高、中等、低）可以被考虑。并且，例如，照明性能要求和用于满足那些照明性能要求的优先级可被考虑。照明性能要求可以包括平均强度、均匀性和/或色温。光照和均匀性度量可以包括被照射网格点（GPI）的百分比以及平均照度、变化系数（CV）、平均与最小均匀性比（AMU）和/或最大与最小均匀性比（MMU）。这样的要求可以被例如存储在诸如光要求数据库122之类的一个或多个数据库中。并且，例如，调光灵活性可以被考虑并且可以考虑相对于输入功率的光输出的量、光源的调光范围和/或在光源的调光级别之间的步长尺寸。
如本文中所讨论的那样，为了规划和优化能量的使用，光管理器320可以查找所需的（并且最接近于最佳实践输入功率级别的）最低DR级别以便满足在给定DR区中的对于给定DR子间隔的总能量和成本要求，同时优化照明性能。这可以在诸如光操作管理器127这样的光操作管理器中被实现。在一些实施例中，可能期望不同的DR区共享相同的DR级别。在一些实施例中，DR区可以基于例如DR区域类型和特性被区分优先级。如果一些DR区不得不上升一个DR级别（并且具有减少的光输出）以便满足减负荷要求，则具有较低优先级的DR区将被首先选择来减小负荷。如本文中所讨论的那样，能量预算可以跨越多个DR子间隔中的每一个发生，使得能源的选择（主电网或离网）、调光级别和/或是否对蓄电池进行充电的判定将在某些DR子间隔期间被做出。
基于在步骤P2中所提供的最小和最大能量供应（帽）和价格以及在每个DR区中用于不同DR级别的经优化的调光向量的分析，照明管理器320然后可以适当地调整附接的照明单元的控制的一个或多个方面。例如，照明管理器320可以调整照明单元的调光时间表（例如，在高价格和/或低量能量时段期间提供更多的调光）。与调光时间表有关的数据可以从照明管理器320被传送到本地光控制器305并且可以为每个DR子间隔提供调光级别。例如，具有诸如图5B中所图示的格式这样的格式的消息可以被传送到本地光控制器305，从而向光控制器305通知一个或多个照明单元在每个DR子间隔期间的适当的调光级别。并且，例如，照明管理器120、220可以针对每个DR子间隔来调整用于照明操作的能源（例如，离网能源对主电网源）的选择（例如，在高价格和/或少量能量期间切换至或者补充离网能源）。与能源选择有关的数据可以从照明管理器120、220被传送到本地光控制器305。例如，具有诸如图5C中所图示的格式这样的格式的消息可以被传送到本地光控制器305，从而通知光控制器305在哪些DR子间隔期间一个或多个照明单元应该利用主电网并且在哪些DR子间隔期间一个或多个照明单元应该利用非电网能源。
并且，例如，照明管理器320可以确定是否在每个DR子间隔期间使用主电网对蓄电池进行充电。可能期望在能量的价格是低的和/或可用能量的量是高的DR子间隔期间使用主电网对蓄电池进行充电并且存储该能量以用于由照明单元在能量的价格是高的和/或可用能量的量是低的DR子间隔期间使用。与是否对蓄电池进行充电有关的数据可以从照明管理器320被传送到本地光控制器305。例如，具有诸如图5D中所图示的格式这样的格式的消息可以被传送到本地光控制器305，从而向光控制器305通知蓄电池应该从主电网被充电的DR子间隔。
并且，例如，光管理器320可以在一个或多个DR子间隔上调整用于DR区的按需光(LOD)操作设定。光管理器320可以确定是否针对一个或多个照明单元打开LOD模式并且可选地设置LOD模式的参数（例如，触发事件和在被触发之后的接通时间）。具有LOD功能的本地光控制器包括诸如相机、红外传感器、声传感器和/或其它运动/存在传感器之类的本地传感器（例如，有线或无线地连接到照明单元）以便检测诸如行人和/或车辆这样的对象/交通量。与LOD模式和/或LOD模式参数有关的数据可以从照明管理器320被传送到本地光控制器305。例如，具有诸如图5E中所图示的格式这样的格式的消息可以被传送到本地光控制器305，从而向光控制器305通知LOD模式应该是有效的DR子间隔和用于LOD模式的参数。
尽管某些消息在图5B-5E中被图示，但是已受益于本公开内容的本领域的普通技术人员将认识和意识到，具有可替代格式的其它消息可以附加地和/或可替换地被利用。并且，图5B-5E中所图示的多个消息可以被一起组合在单个消息中。例如，调光时间表、能源选择、电池充电指示以及LOD操作设定的消息能够被一起组合到单个消息中并且作为单个消息被发送到管理光单元或一组光单元的本地光控制器。
现参考图6，需求响应事件处理的实施例的流程图被图示。在步骤E1中，光管理器从DRAS接收DR事件，过滤DR事件，并且将DR事件的负荷管理请求与由光管理器所控制的照明单元的当前主动能量管理的状态相比较。基于比较，光管理器决定是否有必要调整照明单元的负荷，并且如果是这样的话，决定要进一步调整负荷到什么程度。负荷的调整可能取决于所接收到的DR事件的状态而上升或者下降。例如，如果所接收到的DR事件指示改进的能量价格，则可能期望提高负荷并且改进一个或多个DR区中的光输出特性。在步骤E2中，光管理器将负荷管理信令发送到本地光控制器以便调整如所确定的那样的负荷。步骤E2与图4的步骤P3类似。然而，E2在仅一个或多个DR子间隔而非整个DR间隔内提供信令。
在一些实施例中，在步骤P3和/或E2中，从光管理器向本地光控制器发送的负荷管理信令的安全性级别可以与DR区的DR级别和/或优先级相关联。例如，DR级别（具有更大的减负荷）越高，可以被添加来将负荷管理信令从光管理器传送到本地光控制器并且对从光管理器到本地光控制器的负荷管理信令进行认证的安全性措施的级别越高。并且，例如，DR区（例如，十字路口或高行人交通量区域）优先级越高，可以被添加来将负荷管理信令从光管理器传送到本地光控制器并且对从光管理器到本地光控制器的负荷管理信令进行认证的安全性措施的级别越高。更高级别的安全性可以保护照明控制免受非法的和/或错误的操纵。
图7图示了通过本地光控制器处理的照明操作指令的实施例的流程图。图7示出了本地光控制器在步骤501处从光管理器接收照明操作指令。在步骤502处，光控制器处理所接收到的照明操作指令并且依照DR级别来验证照明操作指令。也就是说，DR级别越高，将被应用来验证照明操作指令的安全性的级别越高。在步骤503处确定了照明操作指令是否是有效的。如果照明操作指令是有效的，则在步骤504处照明控制器将那些指令传送到一个或多个照明单元。如果照明操作指令不是有效的，则在步骤505处照明控制器在照明单元处维持先前有效的照明操作指令或者将照明单元回复到默认操作状态。
在某些情况（例如，紧急响应情形）下，减负荷必须是大量的使得在某些区域中的照明性能将低于调节需要的级别或完全关掉。在这样的情形下，本地光控制器可以执行DR，其中采取足够的安全措施来确保DR和所产生的光操作指令被认证。在一些实施例中，需要仅一种认证方法来在DR级别和DR区两者都是低优先级时使照明操作指令生效。在一些实施例中，可能需要两种认证方法来在DR级别和DR区中的一个是高优先级时使照明操作指令生效。在一些实施例中，可能需要三种认证方法来在DR级别和DR区两者都是高优先级时使照明操作指令生效。
尽管本文描述和图示了若干本发明实施例，但是本领域普通技术人员应当容易设想用于执行所述功能和/或获得所述结果和/或本文描述的优点中的一个或多个的各种各样的其他装置和/或结构，并且每种这样的变型和/或修改被认为处于本文描述的本发明实施例的范围之内。更一般地说，本领域技术人员应当容易理解，本文描述的所有参数、尺寸、材料和配置预期是示例性的并且实际的参数、尺寸、材料和/或配置将取决于针对其使用本发明教导的特定一个或多个应用。本领域技术人员应当认识到或者能够仅仅使用例行实验确定本文描述的特定本发明实施例的许多等效物。因此，应当理解的是，前述实施例仅仅通过实例而给出，并且在所附权利要求书及其等效物的范围内，可以与特定描述和要求保护的实施例不同地实施本发明实施例。本公开的本发明实施例针对本文描述的每种单独的特征、系统、物品、材料、工具包和/或方法。此外，如果这样的特征、系统、物品、材料、工具包和/或方法不相互不一致，那么两个或更多这样的特征、系统、物品、材料、工具包和/或方法的任意组合都包含在本公开的发明范围内。
本文限定和使用的所有定义都应当被理解为支配字典定义、通过引用合并的文献中的定义和/或定义的术语的普通含义。
除非有相反的明确说明，在本文的说明书和权利要求书中使用的不定冠词“一”应当被理解为表示“至少一个”。
在本文的说明书和权利要求书中使用的短语“和/或”应当被理解为表示这样结合的元素（即在一些情况下合取存在并且在其他情况下析取存在的元素）中的“任一个或二者”。利用“和/或”列出的多个元素应当以相同的方式进行解释，即这样结合的元素中的“一个或多个”。除了由“和/或”子句特定地标识的元素之外，可选地可以存在其他元素，不管其与特定地标识的那些元素有关还是无关。因此，作为非限制性实例，当与诸如“包括/包含”之类的开放式语言结合使用时，提及“A和/或B”在一个实施例中可能仅仅涉及A（可选地包括不同于B的元素）；在另一个实施例中可能仅仅涉及B（可选地包括不同于A的元素）；在又一个实施例中可能涉及A和B二者（可选地包括其他元素）；等等。
当在本文的说明书和权利要求书中使用时，“或者”应当被理解为具有与上面定义的“和/或”相同的含义。例如，当分开列表中的项目时，“或者”或“和/或”应当被解释为包括，即包括至少一个，但是也包括若干元素或元素列表中的超过一个元素，以及可选地附加的未列表项目。只有相反地明确说明的项目，例如“仅仅其中一个”或“恰好其中一个”或者当用在权利要求书中时，“由……组成”将表示包括若干元素或元素列表中的恰好一个元素。通常，当被诸如“任一”、“其中一个”、“其中仅仅一个”或者“其中恰好一个”之类的排他性措词居前时，本文使用的措词“或者”应当仅仅解释成表示排他性可替换项（即“一个或另一个，而不是二者”）。当在权利要求书中使用时，“基本上由……组成”应当具有其在专利法领域中使用的普通含义。
当在本文的说明书和权利要求书中使用时，涉及具有一个或多个元素的列表的短语“至少一个”应当被理解为表示选自该元素列表的元素中的任何一个或多个的至少一个元素，但是不一定包括该元素列表内特别地列出的每一个元素的至少一个并且不排除该元素列表中的元素的任何组合。这个定义也允许可选地可以存在与短语“至少一个”涉及的元素列表内特别地标识的元素不同的元素，不管其与特别地标识的那些元素有关还是无关。因此，作为非限制性实例，“A和B中的至少一个”（或者等效地“A或B中的至少一个”，或者等效地“A和/或B中的至少一个”）在一个实施例中可以涉及至少一个A，可选地包括超过一个A，其中B不存在（并且可选地包括不同于B的元素）；在另一个实施例中涉及至少一个B，可选地包括超过一个B，其中A不存在（并且可选地包括不同于A的元素）；在又一个实施例中涉及至少一个A，可选地包括超过一个A，以及至少一个B，可选地包括超过一个B（并且可选地包括其他元素）；等等。
还应当理解的是，除非有相反的明确说明，在本文所述的包括超过一个步骤或动作的任何方法中，该方法的步骤或动作的顺序不一定限于该方法的步骤或动作被记载的顺序。
在权利要求书中以及在上面的说明书中，所有过渡短语（例如“包括”、“包含”、“带有”、“具有”、“含有”、“涉有”、“拥有”、“构成”等等）都应当被理解为开放式的，即表示包含但不限于。如美国专利局专利审查程序手册2111.03节中所述，只有过渡短语“由……组成”和“基本上由……组成”分别应当是封闭式的或者半封闭式过渡短语。

Claims (17)

1. 一种主动地调整连接到智能电力电网的至少一个室外照明网络的能量需求的方法，包括：
收集所述照明网络的多个第一区照明单元中的每一个在多个第一区子间隔中的每一个内的第一区能量供应信息和第一区负荷需求信息（P1）；
收集所述照明网络的多个第二区照明单元中的每一个在多个第二区子间隔中的每一个内的第二区能量供应信息和第二区负荷需求信息（P1）；
针对所述第一区子间隔的多个将来的第一区子间隔并且针对所述第二区子间隔的多个将来的第二区子间隔从公用设施接收电力价格；
基于所述第一区能量供应信息、所述第一区负荷需求信息以及所述电力价格，在所述将来的第一区子间隔之前主动地调整所述第一区照明单元的第一区光操作策略（P3）；以及
基于所述第二区能量供应信息、所述第二区负荷需求信息以及所述电力价格，在所述将来的第二区子间隔之前主动地调整所述第二区照明单元的第二区光操作策略（P3）。
2. 根据权利要求1所述的方法，进一步包括基于所述第一区负荷需求信息和所述第二区负荷需求信息对来自于所述公用设施的所述电力价格进行出价（P2）。
3. 根据权利要求1所述的方法，其中在所述将来的第一区子间隔之前主动地调整所述第一区照明单元的所述第一区光操作策略的所述步骤也基于所述第一区的第一区照明调节要求。
4. 根据权利要求3所述的方法，其中在所述将来的第二区子间隔之前主动地调整所述第二区照明单元的所述第二区光操作策略的所述步骤也基于所述第二区的第二区照明调节要求。
5. 根据权利要求4所述的方法，其中所述第二区照明调节要求比所述第一区照明调节要求具有更低的优先级，并且其中所述第二区光操作策略比所述第一区光操作策略被更大幅度地调整。
6. 根据权利要求1所述的方法，其中在所述将来的第一区子间隔之前主动地调整所述第一区照明单元的所述第一区光操作策略的所述步骤也基于所述第一区照明单元的调光能力。
7. 根据权利要求1所述的方法，其中主动地调整所述第一区照明单元的所述第一区光操作策略的所述步骤包括根据多个第一区照明单元调光向量中的一个对所述第一区照明单元进行调光，每个第一区照明单元调光向量与多个第一区需求响应级别中的一个相对应。
8. 根据权利要求7所述的方法，其中主动地调整所述第二区照明单元的所述第二区光操作策略的所述步骤包括根据多个第二区照明单元调光向量中的一个对所述第二区照明单元进行调光，每个第二区照明单元调光向量与多个第二区需求响应级别中的一个相对应。
9. 根据权利要求8所述的方法，其中所述第一区照明单元调光向量和所述第一区需求响应级别按照相对于最佳实践照明性能的相对照明性能被归一化为所述第二区照明单元调光向量和所述第二区需求响应级别。
10. 根据权利要求1所述的方法，其中在所述将来的第一区子间隔之前主动地调整所述第一区照明单元的所述第一区光操作策略的所述步骤包括在所述将来的第一区子间隔中的至少一个期间利用所述离网电源来给所述第一区照明单元中的至少一个供电之前用所述智能电力电网主动地对离网电源进行充电。
11. 一种调整连接到智能电力电网的至少一个室外照明网络的能量需求的方法，包括：
根据多个照明单元调光向量中的一个对所述照明网络的照明单元进行调光，每个照明单元调光向量与多个需求响应级别中的一个相对应；
其中所述照明单元在最高的所述需求响应级别被最大幅度地调光并且在最低的所述需求响应级别被最小幅度地调光；
接收与所述需求响应级别中的一个相对应的需求响应信号；
传送调光信号以便引起与所述需求响应信号一致的所述照明单元的调光；
其中当所述需求响应信号对应于所述最低的所述需求响应级别时，第一安全性级别被应用于所述调光信号；
其中当所述需求响应信号对应于所述最高的所述需求响应级别时第二安全性级别被应用于所述调光信号；
其中所述第二安全性级别比所述第一安全性级别更安全。
12. 根据权利要求11所述的方法，其中所述第一安全性级别包括单个认证方法。
13. 根据权利要求12所述的方法，其中所述第二安全性级别包括至少两种认证方法。
14. 根据权利要求11所述的方法，进一步包括根据多个第二照明单元调光向量中的一个对所述照明网络的第二照明单元进行调光，每个第二照明单元调光向量与多个所述需求响应级别中的一个相对应，其中所述第二照明单元在所述最高的所述需求响应级别被最大幅度地调光并且在所述最低的所述需求响应级别被最小幅度地调光。
15. 根据权利要求14所述的方法，其中所述第一照明单元调光向量依照相对于最佳实践照明性能的相对照明性能被归一化为所述第二照明单元调光向量和所述第二区需求响应级别。
16. 根据权利要求15所述的方法，其中所述第一照明单元具有第一区照明调节要求并且所述第二照明单元具有第二区照明调节要求。
17. 根据权利要求16所述的方法，其中所述第二区照明调节要求比所述第一区照明调节要求具有更低的优先级，并且其中响应于所述最高的所述需求响应级别，调光在所述第二照明单元之中比在所述第一照明单元中被更大幅度地调整。
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