CN104517240A - 用于管理微电网中的设备的方法和系统 - Google Patents

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Abstract

本发明公开涉及用于管理微电网中的设备的方法和系统。一种利用集中式系统从供电设备向耗电设备提供电力的途径。该途径包括用于配置微电网的方法，其包括从通用电器服务(UAS)系统接收耗电设备的信息和耗电设备的关键度的步骤。该方法还包括从UAS系统接收与电网相关联的一个或多个供电设备的供电信息。该方法还包括从耗电设备接收电力请求。该方法还包括基于耗电设备的信息、关键度及供电信息由计算设备确定用于耗电设备的电力需求。

Description

用于管理微电网中的设备的方法和系统
技术领域
本发明一般而言涉及配电，并且更具体地，涉及用于利用集中系统从供电设备向耗电设备提供电力的方法和系统。
背景技术
电力网络包括多个不同的系统，诸如发电系统、传输系统和分配系统。分配系统(即，配电网格或配电网络)传统上从传输系统的一个或多个高电压源接收电力并且把该电力分配到馈线。为了在电力网络内分配电力，配电系统可以转换电压(例如，把电力从传输电压级别降低到配电电压级别)、调节电压(例如，随着负载的增加和去除调整馈线电压)、储存电力、调节电力、在不同的发电系统之间切换和保护分配系统的不同部分(例如，利用开关、断路器、重合器、及连接或断开配电系统的部分的熔断器)和/或任何其它的操作。
科技把配电网格转变成了分散的系统，其允许各种发电和存储组件位于电力用户的位置，而不是具有为所有电力用户提供电力的中心位置(例如电厂)。例如，在配电网格中的场所(例如，家庭或商业)可以运行它们自己的能源(例如，太阳能电池、风力涡轮机和电池)，这些能源也可以向配电网格提供电力。配电网格的运营商(例如，实体或第三方公司)利用智能能源设备(例如，加利福尼亚州SanRamon的ZigBee Alliance公司的)来远程控制配电网格的组件。
发明内容
在本发明的第一方面中，用于配置微电网的方法包括从通用电器服务(UAS)系统接收耗电设备的信息和耗电设备的关键度的步骤。该方法还包括从UAS系统接收与电网相关联的一个或多个供电设备的供电信息。该方法还包括从耗电设备接收电力请求。该方法还包括基于耗电设备的信息、关键度及供电信息由计算设备确定用于耗电设备的电力需求。
在本发明的另一个方面中，用于配置微电网的系统包括CPU、计算机可读存储存储器和计算机可读存储介质。此外，该系统包括从验证的第三方来源而不是耗电设备接收耗电设备的信息和供电设备的供电信息的程序指令。该系统还包括基于每个耗电设备的位置和每个耗电设备的设备类型确定耗电设备的关键度级别的程序指令。该系统还包括把关键度级别发送到微电网管理器的程序指令。微电网管理器基于关键度级别确定电力可从供电设备得到以运行耗电设备。每个程序指令都存储在计算机可读存储介质上以供CPU经计算机可读存储器来执行。
在本发明的其它方面中，存在用于确定关键度的计算机程序产品。该计算机程序产品包括计算机可用存储介质，程序代码包含在该存储介质中。程序代码是由计算设备可读/可执行的，其中计算设备可操作以从UAS系统接收耗电设备的实时信息，实时信息包括耗电设备的关键度。该计算机程序产品包括从UAS系统接收供电设备的实时供电信息。该计算机程序产品包括基于实时信息和供电信息为微电网确定电力流。该计算机程序产品包括基于电力流确定微电网的可靠性。该计算机程序产品包括基于实时信息和实时供电信息确定微电网的实时电状态。该计算机程序产品包括从耗电设备接收电力启用请求。该计算机程序产品包括基于微电网的实时电状态确定是否有可用于耗电设备的电力。该计算机程序产品包括基于耗电设备的关键度确定该耗电设备是否比其它耗电设备具有对可用电力的优先级。该计算机程序产品包括基于该耗电设备的优先级把可用电力发送到该耗电设备。
附图说明
通过本发明示例性实施例的非限制性例子，参考指出的多个附图，在以下的具体描述中描述了本发明。
图1示出了根据本发明各方面的用于实现各步骤的说明性环境。
图2示出了根据本发明的各方面的用于配置微电网的环境的功能框图。
图3示出了根据本发明的各方面的用于利用会话发起协议(SIP)管理微电网的示例性环境的功能框图。
图4示出了根据本发明的各方面的用于利用消息队列遥测传输(MQTT)协议管理微电网的示例性环境的功能框图。
图5-8示出了根据本发明的各方面的用于配置微电网的示例性过程的流程图。
具体实施方式
本发明一般而言涉及配电，并且更具体地，涉及用于利用集中系统从供电设备向耗电设备提供电力的方法和系统。在实施例中，本发明利用通用电器服务(UAS)系统向微电网管理器提供耗电设备和供电设备的电气特性。在实施例中，UAS系统直接注册并且在微电网管理器的控制之下，其中微电网管理器对于客户或电力供应商网络来说是外部的。以这种方式，通过实现本发明的各方面获得提供信息的安全的系统。更具体地，通过实现本发明，例如，耗电设备的所有属性和电气信息将由UAS系统来确定。这样，耗电设备将不向微电网管理器提供这种信息，因此，耗电设备的所有设备信息和优先级可被一致地和安全地提供给微电网管理器。这与当耗电设备提供这种信息时形成对比，其中，在耗电设备提供这种信息的情况下，导致电气特性和优先级被与微电网相关联的不同方和/或用户不同地定义。
在本发明的实施例中，UAS系统为耗电设备确定优先级并且还确定该设备的关键度级别。微电网管理器使用优先级和电气特性确定什么时候以及哪些耗电设备要从供电设备接收电力。因此，本发明通过基于当前可用的供电输出和储备产生控制信息，使得确保微电网中的可持续性、可靠性和电力质量的集中式且安全的系统。这确保设备不被给予由与微电网相关联的不同方和/或用户不同地定义的电气特性和优先级。
在实施例中，可以把与一个或多个不同的耗电设备(例如，空调单元、洗涤器等)相关联的电力需求与来自一个或多个不同供电设备的可用电量进行比较，以便提供电力并管理电气微电网系统。管理可以考虑例如微电网中的可用电量、耗电设备的关键度级别(例如，关键的、非关键的)、耗电设备和/或供电设备的位置、一天中的时间、和/或对于微电网的可靠性和电力质量的问题。在实施例中，关键度信息可以由UAS系统提供，UAS系统以一致且安全的方式确定不同设备的不同关键度级别。因此，本发明的实现配置、管理并且监视微电网。
在实施例中，微电网管理器基于有多少电力可用以及设备相关联的电气特性可以确定哪些设备可以运行。在实施例中，微电网管理器可以存储设备的电气特性、设备的关键度级别、设备标识符(ID)及其它信息。例如，微电网管理器可以从UAS系统接收设备的关键度级别。UAS系统可以基于设备的类型、设备的位置和/或在特定时间发生的任何特殊事件(例如飓风、地震等)确定用于耗电设备的关键度级别。而且，微电网管理器还可以从用于不同设备的UAS系统接收电气特性(例如，以千瓦、兆瓦等给出的电力消耗或供应值等等)。因此，微电网管理器然后可以基于一天中的时间、季度的时间等、或者设备或电网的其它特性控制一个或多个耗电设备和/或一个或多个供电设备的运行。而且，微电网管理器可以产生控制信息并把这个信息发送到能源管理(EM)系统，或反之也然。EM系统可以使用该控制信息来控制耗电设备和/或供电设备。
用于耗电设备的控制信息可以包括关于以下的信息：(i)在不同时间的负载量(例如，电力要求)需求(例如，负载从9:00a.m.至4:00p.m.需要100千瓦的电力和从4:00p.m.至5:00p.m.需要25千瓦的电力)，或(ii)用于不同时间的设备特性，例如，来自冷却器的用于冷却水的输出温度或来自空气处理单元中的电热片的热量的输出温度。控制信息可用于隔离或识别关键的耗电设备，例如，生命支持设备，和/或非关键的耗电设备，例如，电视机。同样，用于供电设备的控制信息可以包括关于要由供电设备在不同时间或其它标准下提供的供电量的信息。
应当理解，微电网是与配电网格的其余部分电隔离(即，被孤岛化)并且包括足够的能量资源以满足由微电网中的耗电设备所要求的电力的自给自足的岛(island)。例如，配电网格的区域可以包括一个或多个场所(例如，住宅、办公室或设施)，其包括消耗电力的设备(例如，灯和电器)与提供电力的能源(例如，燃料电池、微涡轮机、发电机、太阳能电池、风力涡轮机等)。微电网可以包括场所的子集，其经组合产生足够的电力以满足在该场所的子集中消耗的总的电力。公共设施操作员或其它类型的第三方操作员(例如，具有他们自己的发电或共同发电系统的公共设施消费者、或独立的电力生产商)可以通过打开配电网格中的开关元件建立把配电网格区域中的场所与该配电网格的其余部分电隔离的微电网。
在实施例中，公共设施提供者可以动态地建立和/或重新配置微电网，以最小化受中断把电力输送到配电网格的部分的事件影响的消费者的数量。这种事件可包括维护、建造、恶劣的天气，自然灾害、人为灾难等。例如，响应引起配电网格的部分故障的暴风雪，公共设施操作员(例如，电力供应商、分配商和/或经理)可以远程控制安装在配电网格中的开关(例如，利用监测控制和数据采集(SCADA)控制器)来配置和建立一个或多个微电网。在中断结束之后(例如，损坏已被修复)，公共设施操作员可以重新配置配电网格以解除微电网，而不影响配电网格的稳定性和可靠性。
而且，本发明的各方面通过动态地控制在配电网格中的场所(例如，家庭和商业位置)分布的能源和耗能设备来管理微电网。例如，所公开的系统和方法可以监视微电网中的情况并且响应情况的变化(例如，供应或需求的变化)，发出命令来远程修改(即，调整)微电网中的设备的运行以产生或消耗更多或更少的电力。通过这样做，公共设施操作员增强了提供给其客户的服务的可靠性和稳健性。此外，公共设施操作员可以最大化本地能源的利用以满足本地的能源需求，从而减少发电潜在的负面环境影响(例如，来自燃煤电厂的烟尘)。
所属技术领域的技术人员知道，本发明的各个方面可以实现为系统、方法或计算机程序产品。因此，本发明的各个方面可以具体实现为以下形式，即：完全的硬件实施方式、完全的软件实施方式(包括固件、驻留软件、微代码等)，或硬件和软件方面结合的实施方式，这里可以统称为“电路”、“模块”或“系统”。此外，在一些实施例中，本发明的各个方面还可以实现为在一个或多个计算机可读介质中的计算机程序产品的形式，该计算机可读介质中包含计算机可读的程序代码。
可以采用一个或多个计算机可读介质的任意组合。计算机可读介质可以是计算机可读信号介质或者计算机可读存储介质和/或设备(下文中称作计算机可读存储介质)。计算机可读存储介质例如可以是——但不限于——电、磁、光、电磁、红外线、或半导体的系统、装置或器件，或者任意以上的组合。计算机可读存储介质的更具体的例子(非穷举的列表)包括：具有一个或多个导线的电连接、便携式计算机盘、硬盘、随机存取存储器(RAM)、只读存储器(ROM)、可擦式可编程只读存储器(EPROM或闪存)、光纤、便携式紧凑盘只读存储器(CD-ROM)、光存储器件、磁存储器件、或者上述的任意合适的组合。在本文件中，计算机可读存储介质可以是任何包含或存储程序的有形介质，该程序可以被指令执行系统、装置或者器件使用或者与其结合使用。
计算机可读的信号介质可以包括在基带中或者作为载波一部分传播的数据信号，其中承载了计算机可读的程序代码。这种传播的数据信号可以采用多种形式，包括——但不限于——电磁信号、光信号或上述的任意合适的组合。计算机可读的信号介质还可以是计算机可读存储介质以外的任何计算机可读介质，该计算机可读介质可以发送、传播或者传输用于由指令执行系统、装置或者器件使用或者与其结合使用的程序。
计算机可读介质上包含的程序代码可以用任何适当的介质传输，包括——但不限于——无线、有线、光缆、RF等等，或者上述的任意合适的组合。
可以以一种或多种程序设计语言的任意组合来编写用于执行本发明操作的计算机程序代码，所述程序设计语言包括面向对象的程序设计语言—诸如Java、Smalltalk、C++等，还包括常规的过程式程序设计语言—诸如“C”语言或类似的程序设计语言。程序代码可以完全地在用户计算机上执行、部分地在用户计算机上执行、作为一个独立的软件包执行、部分在用户计算机上部分在远程计算机上执行、或者完全在远程计算机或服务器上执行。在涉及远程计算机的情形中，远程计算机可以通过任意种类的网络——包括局域网(LAN)或广域网(WAN)—连接到用户计算机，或者，可以连接到外部计算机(例如利用因特网服务提供商来通过因特网连接)。
下面将参照根据本发明实施例的方法、装置(系统)和计算机程序产品的流程图和/或框图描述本发明。应当理解，流程图和/或框图的每个方框以及流程图和/或框图中各方框的组合，都可以由计算机程序指令实现。这些计算机程序指令可以提供给通用计算机、专用计算机或其它可编程数据处理装置的处理器，从而生产出一种机器，使得这些计算机程序指令在通过计算机或其它可编程数据处理装置的处理器执行时，产生了实现流程图和/或框图中的一个或多个方框中规定的功能/动作的装置。
也可以把这些计算机程序指令存储在计算机可读介质中，这些指令使得计算机、其它可编程数据处理装置、或其他设备以特定方式工作，从而，存储在计算机可读介质中的指令就产生出包括实现流程图和/或框图中的一个或多个方框中规定的功能/动作的指令的制造品(article of manufacture)。
计算机程序指令也可以加载到计算机、其它可编程数据处理装置或者其它设备上，使得一系列操作步骤在计算机、其它可编程装置或者其它设备上执行，以产生一种计算机实现的过程，使得在所述计算机或者其它可编程装置上执行的指令提供用于实现在流程图和/或框图中的一个或多个方框中规定的功能/动作的过程。
图1示出了用于管理根据本发明的过程的说明性环境10。就此而言，环境10包括服务器12或其它计算系统、设备115、能源管理(EM)系统120、和UAS系统130。
在实施例中，EM系统120可以是设备115的一部分，并且可被用于为例如微电网管理器104的服务器12提供信息。设备115可以是例如耗电设备或供电设备。通过非限制性的例子，供电设备可以是发电机、涡轮机、燃料电池、微涡轮机、或产生电力的任何其它类型的设备。通过非限制性的例子，耗电设备可以是任何消耗电力的设备，诸如照明设备、制冷设备、电动机、泵、机械装置和/或任何其它类型的耗电设备。
在实施例中，耗电设备可以是关键的或者非关键的设备。通过非限制性的例子，关键耗电设备可以是用来提供热量、制冷、照明、泵送、和/或在政府或医疗设施，例如医院，警察局或监狱，使用的任何其它操作的任何设备，以及用来在灾难性事件(例如飓风，地震等)期间提供支持的设备。例如，关键耗电设备可以是医院内的特定类型的医疗装置、在监狱的照明系统和/或在消防站的泵送系统。另一方面，非关键耗电设备可以是电视机或不与关键耗电设备相关联的任何其它类型的设备。
特别地，计算系统12包括计算设备14。计算设备14可以驻留在网络基础设施或第三方服务提供商的计算设备上(其中任何一种在图1中被一般性地表示)。计算设备14还包括处理器20、存储器22A、I/O接口24和总线26。存储器22A可以包括在程序代码实际执行过程中采用的本地存储器、大容量储存器和高速缓存存储器，其中高速缓存存储器提供至少一些程序代码的临时存储，以便减少在执行过程中必须从大容量储存器检索代码的次数。此外，计算设备14包括随机存取存储器(RAM)、只读存储器(ROM)和操作系统(O/S)。
计算设备14与外部I/O设备/资源28和存储系统22B进行通信。例如，I/O设备28可以包括使个体用户能够与计算设备14进行交互的任何设备(例如，用户接口)或者使计算设备14能够利用任何类型的通信链接与一个或多个其它计算设备进行通信的任何设备。外部I/O设备/资源28可以是例如手持设备、PDA、手机、键盘等。
通常，处理器20执行计算机程序代码(例如，程序控制44)，其可以存储在存储器22A和/或存储系统22B中。而且，根据本发明的各方面，程序控制44控制配置引擎102和/或微电网管理器104，例如，本文所描述的过程。配置引擎102和微电网管理器104可以实现为作为单独或组合模块存储在存储器22A中的程序控制44中的一个或多个程序代码。此外，配置引擎102和微电网管理器104可以实现为单独的专用处理器或者单个或多个处理器以提供这些工具的功能。还有，配置引擎102和微电网管理器104(以及它们各自的数据和模块)可在单独的设备中实现。而且，配置引擎102和微电网管理器104(以及它们各自的数据和模块)可以在网络的不同平面上实现(例如，控制平面和业务平面)。
根据本发明的各方面，配置引擎102是在配电网格中配置微电网的硬件、软件或其组合。在实施例中，配置引擎102确定微电网中耗电设备的要求以及这种要求是否可以在微电网中得到满足。耗电设备包括例如家用电器、照明、电动车辆等。能源包括可变能源(VER)和分布式能源(DER)，包括例如，发电机(例如，天然气、风能、太阳能等)和能量储藏设备(例如，电池、燃料电池、电动车辆等)。
在实施例中，配置引擎102发出消息来控制配电网格的元件(例如，连接到SCADA控制器的开关)，以便修改配电网络的拓扑结构并建立或修改微电网。例如，配置引擎102可基于配电网格中的当前情况(例如，天气、负载、发电等)通过减少微电网中连接的场所和/或耗电设备的数量动态地修改微电网。
仍然参照图1，根据本发明的各方面，配置引擎102包括历史分析模块110、预测分析模块112和/或配置分析模块114。历史分析模块110是分析诸如存储系统22B中的历史信息132的历史信息的硬件、软件或其组合。在实施例中，历史信息132可从与配电网络和/或第三方来源相关联的设备115中收集，设备115诸如供电设备(例如，微型涡轮机、发电机等)和/或耗电设备(例如，电动机、生命支持系统、MRI机器、照明等)。
在实施例中，历史信息132可从EM系统120中收集，EM系统120直接从设备115接收这个信息。历史信息132包括例如过去的天气情况(例如，温度、降水、风向和风力、气压、及天空情况等)、电的情况(例如，电压、电流、有效功率(real power)、无功功率(reactive power)和视在功率(apparent power)等)、网络拓扑结构、停电信息、通信的基础设施信息(例如，运行状态、位置、客户端等)和资产信息(例如，标识、主机网络、位置等)。历史分析模块110利用常规的数据分析技术聚合、关联、过滤、和/或丰富历史信息132。例如，历史分析模块110可以在时间段上平均在不同位置(例如，场所)的电力需求数据，以生成把配电网格(包括微电网)的位置与在不同时间区间内(例如，每月，每天，每小时等)的电力需求关联起来的历史信息132的摘要。
预测分析模块112是硬件，软件或其组合，其合并了历史信息(例如，由历史分析模块110确定的历史信息摘要)和诸如存储系统22B中的预测信息134的预测信息，以确定预测的电网中的近期情况。预测信息134可以是由公共设施操作员生成的和/或从第三方来源获得的信息。例如，预测信息134包括天气预报信息、本地预测信息和发电预测信息(包括风能、太阳能、温度等)。预测分析模块112可以利用一个或多个预定义的模型分析预测信息134来预测配电网格的近期情况。例如，基于能源消耗信息和能源产生信息，预测分析模块112生成把电网(包括微电网)的位置(例如，场所)与预测的在不远的将来(例如，几天，几小时，几分钟等)在不同时间的电力需求相关联的数据结构。所生成的预测可进行连续地和/或周期性地更新(例如，实时地)。
配置分析模块114是基于历史信息、预测信息和/或配电网格的当前状态确定网络拓扑结构，包括微电网的配置，的硬件，软件或其组合。在实施例中，基于由预测分析模块112确定的预测的近期情况，配置分析模块114确定配置信息136，其定义可被电隔离成一个或多个微电网的位置(例如，场所)，其中微电网包括可以产生比被微电网中的耗能设备(例如，电器)运行所消耗的更多的电量的能源(例如，分布式和/或可变能源，诸如风力涡轮机)。配置分析模块114可利用常规技术分析近期预测信息和/或当前状态信息。例如，配置分析模块114可以利用基于规则或基于模型的数据集利用数据事件与数据模式匹配、图形探索、蒙特卡罗(Monte-Carlo)模拟、随机和拉斯维加斯(Las Vegas)算法、近似算法、和/或基因启发方法分析信息，以聚合，关联和分析以上实时和历史信息源，来为微电网定义最优的网络配置。用于微电网的最优配置可包括最大化一个或多个微电网中的用户数量的能源和耗能设备的混合。
根据本发明的各方面，微电网管理器104是实现和管理微电网的硬件、软件或其组合。在实施例中，微电网管理器104获得由配置引擎102生成的配置信息136，并且基于该信息，向配电网格中的设备发出命令，以打开把一个或多个部分隔离成微电网的开关。另外，在实施例中，微电网管理器104通过确保特定微电网中的电力消费者的需求被微电网中的电力供应商满足来管理微电网。在实现中，利用类似于那些由配置引擎102使用的分析技术，微电网管理器104可以合并从微电网中的设备和/或系统中接收的当前(例如，实时)信息与历史信息和预测信息，以动态地调整微电网内能源和电力消费者的性能。例如，基于从配电网格中的一个或多个设备中接收的当前温度信息，微电网管理器104可以与微电网中场所的家庭区域网络中的智能电器(例如，热水器，空调机等)进行通信，并控制它们以减少它们的电力消耗。
EM系统120可接收与耗电设备和/或供电设备相关联的各种类型的信息，以控制微电网系统中的耗电设备和/或供电设备。通过非限制性的例子，EM系统120可从耗电设备中的一个或多个接收位置信息和标识符信息。EM系统120可将这个信息发送到微电网管理器104。在实施例中，微电网管理器104可经EM系统120从设备115接收电力消耗信息，例如，向微电网管理器104注册的供电设备和/或耗电设备。
微电网管理器104使用这个信息从UAS系统130获得设备的关键度信息和电气特性。微电网管理器104可以使用允许微电网管理器104与UAS系统130通信的应用编程接口(API)。UAS系统130可以包括一个或多个计算设备，每个计算设备都与一个实体或不同的实体相关联。实体可以是公共设施、耗电和/或供电设备的制造商、管理微电网的公司、或任何其它类型的实体。在这个和其它实现中，UAS系统130可以接收来自微电网管理器104的请求，并确定耗电设备的关键度级别。
在实施例中，UAS系统130可以接收并存储关于不同耗电设备和供电设备的信息。信息可包括耗电信息、供电信息、标识号码、型号、制造年份、设备类型(例如，发电机、冷却器、洗涤器、冰箱等)和/或描述该设备的机械和电气特性的任何其它信息。该信息是从诸如设备制造商的可靠来源接收的，而不是从设备115接收信息。因此，这防止了外部源在微电网中引起中断或问题，并且还防止了设备115的用户提供不准确的信息。
在实施例中，UAS系统130验证该信息，这确保对于设备115的信息是准确并且真实的。在实施例中，UAS系统130可具有所存储的关于不同设备的信息(例如，设备识别符信息、设备制造商标识符信息等)的数据库，并且把接收到的信息与所存储的信息进行匹配。利用这个验证的信息，UAS系统130可以确定该设备的关键度级别。在实施例中，UAS系统130可以直接向微电网管理器104提供设备的关键度级别。因此，UAS系统130充当设备115和微电网管理器104之间用于接收信息、验证信息、及确定和传递关键度信息的集中式系统。
作为例子，UAS系统130可以使用与设备类型相关的信息作为确定耗电设备的关键度级别的因素，例如，透析机将比游戏系统具有更高的关键度级别。此外或可选地，UAS系统130可以使用与设备的位置相关的信息作为确定耗电设备的关键度级别的因素。例如，位于医院的耗电设备可以比位于餐厅的耗电设备具有更高的关键度级别。此外或可选地，UAS系统130可使用与一天中、一月中、一年中、或其它时间段中的特定时间有关的信息作为确定耗电设备的关键度级别的因素。EM系统120可以基于关键度的变化更新存储的信息并且把关键度的变化发送到微电网管理器104。
此外或可选地，UAS系统130可以使用与特定的事件相关的信息作为确定耗电设备的关键度级别的因素。UAS系统130可接收关于紧急事件的信息，诸如飓风、龙卷风、暴风雪、地震等。UAS系统130可以使用这个信息来改变耗电设备的关键度级别，并把关键度的变化发送到EM系统120。EM系统120可以基于关键度的变化更新存储的信息并把关键度的变化发送到微电网管理104。例如，在自然事件(例如飓风)期间，学校可用作临时医院或避难所，因此，照明和加热系统可被重新归类成关键的。通过这样做，微电网管理器104确保在微电网中为微电网中运行的电力设备产生足够的能源。
在实施例中，UAS系统130可以使用已知的算法来确定关键度级别。而且，在实施例中，UAS系统130可以使用从用户接收的把关键度级别赋给不同类型的耗电设备的输入。例如，用户可以为位于医院的耗电设备输入比位于超市的耗电设备高的关键度级别。而且，在任何这些实施例中，关键度级别可以提供为数值，例如，较高的数值可指示较高的关键度级别。
UAS系统130可以从设备制造商接收设备信息，例如，电气特性信息等。而且，UAS系统130可从设备接收连接信息，以便被提醒该装置被连接在微电网系统中。一旦这被验证之后，UAS系统130然后就可以查询可验证的第三方以获得设备信息。在例子中，从例如设备制造商的可验证来源接收设备信息，以确保设备信息的完整性。这也确保了设备信息在相同类型的设备中是一致的，其防止了在客户端对设备信息进行任何篡改。第三方来源也可以在任何时候提供这个信息。因此，UAS系统130可以使用这个信息来计算关键度信息和/或电气特性信息，这些信息可被发送到微电网管理器104。因此，微电网管理器104使用关键度信息和/或电气特性来确定哪些耗电设备要接收电力。
在接收到电气特性和关键度信息后，微电网管理器104可为微电网更新网络连接性信息。网络连接性信息可以包括关于在微电网中连接的耗电设备和供电设备以及彼此连接的设备的总数量的信息。微电网管理器104可以实时地接收这个信息，并使用这个信息确定微电网的实时电状态。例如，微电网管理器104可以使用这个信息确定电力质量水平或电力流水平是否达到阈值(例如，75％、85％、90％等)。微电网管理器104也可以确定网络拓扑结构，以确定电力流和电力质量。如果电力流和/或电力质量阈值没有被满足，则微电网管理器104可以发起导致阈值被满足的不同的动作。一旦阈值被满足，微电网管理器104可以处理请求，以启动和/或禁用耗电设备或供电设备。
在实施例中，微电网管理器104可以接收请求或作出决定来：(i)向耗电设备提供电力；(ii)停止向耗电设备提供电力；(iii)添加供电设备来向微电网提供电力；(iv)拒绝向耗电设备提供电力；(v)把电力从一个耗电设备转移到另一个耗电设备；及/或(vi)向储备供电设备增加电力以提供附加电力。请求可以包括电力消耗信息和/或供电信息并且请求可从EM系统120或直接从耗电和/或供电设备发送。
微电网管理器104也可以基于如由UAS系统130确定的电力是否被关键或非关键耗电设备请求来确定提供电力。例如，微电网管理器104可以把电力从非关键耗电设备转移到关键耗电设备或提供控制以接收由处于待机模式的储备供电设备产生的电力。可选地，如果有来自供电设备的可用电力，则微电网管理器104可以提供控制，以向非关键耗电设备提供电力。但是，当没有可用电力或者足够的可用电力时，微电网管理器可产生使用较少电力的控制信息并取决于耗电设备的关键度级别提供电力。在后者的情况下，微电网管理器104可以向耗电设备的用户发送得不到电力的消息。该消息可发送到EM系统120和/或任何其它计算设备(例如，智能手机、膝上型电脑、PDA设备等)。
在实施例中，微电网管理器104可以模拟对微电网的改变，以确定微电网是否能够在向耗电设备提供电力中保持可靠性和可持续性。如果该模拟确定微电网能够维护它的可靠性和可持续性(例如，电力质量水平、电力流等)，则微电网管理器104可以向要电设备和/或供电设备发送控制信息。在实施例中，微电网管理器104可把控制信息直接发送到耗电设备和/或供电设备，或可选地，经EM系统120发送。控制信息用于改变负载和/或供电设备的运行。如果该模拟不成功，例如，可靠性和可持续性不能被满足，则微电网管理器104可以操纵设备，诸如通过降低对其它设备的电力消耗来增加供电，以增强可靠性和可持续性模型。这个信息可作为控制信息直接地发送给耗电和/或供电设备或者经EM系统120发送。
尽管微电网管理器104在图1中示出为与配置引擎102一起合并在服务器12中，但是微电网管理器104也可以实现在单独的服务器或其它计算设备上。例如，配置引擎102可以是公共设施操作员的集中式分配系统和/或配电网格的控制基础设施的一部分。而且，微电网管理器104可以是与控制基础设施中的设备(例如，呈现服务器)进行通信的服务平面的一部分，其中控制基础设施为用户/传输平面中的设备服务。同样，应当理解，UAS系统130可以是服务器12的独立的部分，并且更优选地，驻留在微电网管理器104中。
在实施例中，配置引擎102和微电网管理器104实时地运行。在本公开内容的环境中，“实时”是以与系统接收来自该系统中运行的一个或多个设备的信息的速度大约相等或比其更快的速度处理信息。例如，如果实时系统以1赫兹的频率接收信息，则在正常运行的情况下，该系统以大约1赫兹或更快的速度输出信息。
当执行计算机程序代码时，处理器20可以写数据到存储器22A、存储系统22B和/或I/O接口24，和/或从存储器22A、存储系统22B和/或I/O接口24读写数据。程序代码执行本发明的过程。总线26提供计算设备14中的每个组件之间的通信链接。
计算设备14可以包括能够执行在其上安装的计算机程序代码的任何通用的计算制造品(例如，个人计算机、服务器等)。但是，应当理解，计算设备14仅代表可执行本文所描述的过程的各种可能的等效计算设备。在这个程度上，在实施例中，由计算设备14提供的功能可通过包括通用和/或专用硬件和/或计算机程序代码的任意组合的计算制造品实现。在每个实施例中，程序代码和硬件可分别利用标准的编程和工程技术来创建。
类似地，计算基础设施只是表示用于实现本发明的各种类型的计算基础设施。例如，在实施例中，计算系统12包括两个或更多的计算设备(例如，服务器集群)，这些设备在诸如网络、共享内存等的任何类型的通信链接上进行通信，以执行本文所描述的过程。而且，当执行本文所描述的过程时，在计算系统12上的一个或多个计算设备可以利用任何类型的通信链接与计算系统12外部的一个或多个其它计算设备进行通信。通信链接可以包括有线和/或无线链接的任意组合；一种或多种类型网络的任意组合(例如，互联网、广域网、局域网、虚拟专用网等)；和/或利用传输技术和协议的任意组合。
图2示出了根据本发明的各方面的用于配置微电网的示例性环境200的功能框图。环境200包括一个或多个设备202、一个或多个呈现服务器206、配置引擎102、微电网管理器104、及UAS系统130。设备202可以是配电网格中的供电设备(例如，发电机或电力存储器)和/或耗电设备(例如，被供电的电器)。根据还有的各方面，设备202是包括网络通信接口的启用家庭区域网络的设备(例如，智能设备)，其中设备可以利用例如SIP或MQTT协议消息通过网络通信接口交换信息和/或接收命令。例如，设备202可以是在图1中描述和示出的配电网格中的设备115(诸如耗电设备和供电设备)。设备202可以包括EM系统120。微电网管理器104可以经呈现服务器206从UAS系统130接收不同耗电设备的关键度级别和不同耗电和供电设备的电气特性。在实施例中，微电网管理器104和/或UAS系统130可提供为单一或单独的计算系统。同样，可替换地，尽管没有在图2中示出，但是应当理解，设备信息是从可信任的第三方来源，例如设备制造商，接收的，并且这种信息将不会从设备自身接收。以这种方式，UAS系统130可以接收到一致的且可信任的信息。
在实施例中，EM系统120可以接收设备标识、位置信息、设备类型信息、及来自每个单独设备的其它信息。这种信息然后可以提供给微电网管理器104。微电网管理器104可以把这个信息发送给UAS系统130，该系统做出每个单独设备的关键度的决定。在实施例中，UAS系统130可以从可信任的第三方来源接收设备信息，例如，设备类型、位置等。利用这种第三方来源的信息，结合从EM系统120收到的例如标识符、位置等的设备特性，UAS系统130然后可以做出关键度的决定。UAS系统130还可以确定用于耗电设备的电力消耗和供电设备的电力供应输出特性。然后，这个信息连同关键度信息可以提供给微电网管理器104。然后，微电网管理器104可以使用这个获得的信息确定哪些耗电设备要接收电力以及哪些供电设备要产生电力。在微电网管理器104、EM系统120和UAS系统130之间发送的信息可以通过呈现服务器206发送和/或处理。
如在图2中所示出的，设备202可以经呈现服务器206通信，以向配置引擎102提供当前情况信息225(例如，开/关状态、功率、电压、电流、故障、服务信息等)(其可通过微电网管理器104来中继转发)。此外，设备202可从例如微电网管理器104接收命令(例如，SIP控制消息)，微电网控制器104控制设备202以修改它们的运行(例如，电力消耗和/或电力产生)。
呈现服务器206是从SIP实体接受、存储和发布SIP呈现信息的软件、系统或其组合。例如，呈现服务器206是注册微电网管理器104(例如，作为值守(watcher)应用)和设备202(例如，作为呈现体(presentities))的SIP呈现服务器。因此，在图2中说明的SIP实体可经SIP消息订阅、公布和确认信息。
根据本发明的各方面，配置引擎102基于历史信息132、预测信息134和/或当前情况信息225确定微电网。当前情况信息225是从电网中的一个或多个设备(例如，设备202)接收的描述网络的当前状态的信息。例如，当前情况信息225包括诸如负载、拓扑结构信息(例如，身份、主机网络、位置、连接线路)、天气、状态(开/关、功率、电压、电流、阻抗、温度)和网络通信状态的信息。在实施例中，配置分析模块114基于由历史分析模块110和预测分析模块112确定的信息确定最优的微电网配置。历史分析模块110分析历史信息132以确定历史信息的摘要。预测分析模块112分析预测信息134和/或历史分析模块的输出以确定配电网格中近期情况的预测(例如，设备及其各自的电力供应和/或电力需求)。利用由预测分析模块112确定的近期情况的预测，配置分析模块114确定潜在的微电网。
仍然参考图2，根据本发明的各方面，微电网管理器104基于由配置引擎102确定的配置信息(例如，配置信息136)发出SIP控制消息。SIP控制消息可以包括诸如网络拓扑结构变化、对微电网配置的改变、和/或对微电网中设备的电力产生和/或消耗参数的改变的信息。例如，在确定配置信息136之后，公共设施操作员可以回顾该信息并且在配电网格中发起配置改变。在发起时，微电网管理器104接收配置信息136(例如，从配置引擎102或存储设备22B)并且向配电网格发出命令来建立或修改一个或多个微电网。在实施例中，微电网管理器104(例如，经呈现服务器206)传送控制拓扑结构元件(例如，如连接到SCADA控制器的开关、熔断器和分段器)的SIP控制消息，以把一些或者全部设备202隔离成微电网。
值得注意的是，图2说明了其中微电网管理器104使用SIP消息与设备202和呈现服务器206交换信息的实施例。但是，本发明的实施例不限于这个例子。如以下更详细地讨论的，实施例可以改为使用MQTT-消息或任何其它合适的通信协议。而且，如上所指出的，配置引擎102和微电网管理器104可以合并在单个系统中。
图3是根据本发明的各方面说明用于利用SIP消息管理微电网的示例性环境300的功能框图。如所示出的，微电网管理器104可以与示例性环境300的组件通信链接，示例性环境300包括UAS系统130、呈现服务器206、供电设备310(例如，设备115)、耗电设备315(例如，设备115)、微电网监视和可视化设备320、及EM系统120。供电设备310是向微电网提供电力的系统和设备，包括电动车辆(例如，插入式电动车辆或插入式混合电动车辆)、可变能源(例如，太阳能电池、风力涡轮机)、及能源存储设备(例如，电池，存储电容器和燃料电池)。耗电设备315是消耗能量的设备(如家用电器、热水器、游泳池、可编程可控制的自动调温器等)。
根据本发明的各方面，供电设备310和耗电设备315是启用网络的设备，这些设备可形成其中客户端(例如，供电设备310和耗电设备315)使用SIP消息的家庭局域网络。例如，如启用家庭局域网络的供电设备310和耗电设备315的设备可以经EM系统120向呈现服务器206注册(例如，利用向SIP注册商直接进行SIP注册或利用接口)。微电网管理器104可以经呈现服务器206从UAS系统130接收不同耗电设备的关键度级别和耗电或供电设备的电气特性。
微电网管理器104利用SIP消息与供电设备310、耗电设备315、微电网监视和可视化设备320、EM系统120和/或呈现服务器206进行通信。SIP消息可利用例如HTTP或HTTPS通过诸如广域网或因特网的信息网络传递。此外，SIP消息可利用安全的SIP和IPSec进行加密。微电网管理器104向SIP注册商(例如，呈现服务器206)注册并且订阅由属于该微电网的各种连接的家庭局域网络设备发出的SIP通知和消息。通过这样做，微电网管理器104充当供电设备310、耗电设备315和/或微电网监视和可视化设备320的SIP值守者。
微电网管理器104监视和控制微电网中的设备，以确保分配到微电网的供电设备310提供足够的电力以供应给也在该微电网中的耗电设备315。例如，基于微电网的拓扑结构和在由微电网中的设备(诸如设备202)发出的SIP消息中接收到的当前情况(例如，当前情况信息225)，微电网管理器104计算监视的微电网的当前情况(例如，实际的或估计的无功功率和实际功率、电压、电流等)。即，微电网管理器104基于由供电设备310和电力能源消耗设备315提供的当前(例如，实时)信息确定微电网的电力流。
基于当前状态，微电网管理器104可以修改供电设备310的能源生产(例如，增加输出)和/或降低耗电设备315的能源消耗(例如，减少输出或关闭电器，诸如空调)，以平衡微电网的供给和需求。万一微电网的供给或需求不能平衡以使微电网自给自足，则微电网管理器可以通过配置引擎102(在图1中示出)发起微电网配置的改变。
微电网监视和可视化设备320是从微电网管理器104、供电设备310、耗电设备315和呈现服务器206中的一个或多个收集和呈现信息的软件、硬件或其组合。例如，通过微电网监视和可视化设备320，公用设施运营商的员工(例如，配送调度员)可以使用集中式的先进的监视可视化应用来查看由一个或多个微电网管理器管理的全部或一组微电网的状态。而且，公共设施运营商和/或它的用户可通过先进的可视化值守应用确定微电网的当前状态，这提高了用户和公共设施运营商的情景意识。
图4是说明根据本发明的各方面的使用MQTT和/或MQTT消息管理电网络中的微电网的系统的功能框图。在图4中描绘的示例性实施例包括与示例性环境400的组件通信链接的微电网管理器104，示例性环境400包括供电设备310、耗电设备315、微电网监视和可视化设备320、EM系统120、UAS系统130、网关420和微电网代理425。供电设备310、能源消耗设备315及微电网监视和可视化设备320与以上关于图3所描述的那些相同或类似。在本实现中，使用MQTT消息用于无线通信就利用SIP的无线网络而言提高了可靠性。
如在图4中所示出的，环境400中的每个元素都充当信息的发布者或信息的订阅者。网关420通过从MQTT消息中剥离报头元素或为MQTT添加报头元素执行协议转换。微电网代理425在客户端(即，微电网管理器104、供电设备310、耗电设备315、EM系统120、UAS系统130及微电网监视和可视化设备320)之间交换消息，以发送MQTT消息及对于订阅者来说接收消息。因此，甚至消息一被交付到期望的客户端，微电网代理425就可以基于指定该消息的数据保留要求的被传输消息的标志来存储接收到并被路由的消息。
流程图
图5-8示出了用于执行本发明的各方面的示例性流程。例如，图5-8的步骤可以在图1的环境中和/或在图2-4的框图中实现。附图中的流程图和框图显示了根据本发明的多个实施例的系统、方法和计算机程序产品的可能实现的体系架构、功能和操作。在这点上，流程图或框图中的每个方框可以代表一个模块、程序段或代码的一部分，所述模块、程序段或代码的一部分包含一个或多个用于实现规定的逻辑功能的可执行指令。也应当注意，在有些作为替换的实现中，方框中所标注的功能也可以以不同于附图中所标注的顺序发生。例如，两个连续的方框实际上可以基本并行地执行，它们有时也可以按相反的顺序执行，这依所涉及的功能而定。也要注意的是，框图和/或流程图中的每个方框、以及框图和/或流程图中的方框的组合，可以用执行规定的功能或动作的专用的基于硬件的系统来实现，或者可以用专用硬件与计算机指令的组合来实现。而且，本发明可以采取可从计算机可读存储介质中访问的计算机程序产品的形式，其中计算机可读存储介质提供程序代码由计算机或任何指令执行系统或计算机可读信号介质使用或与其一起使用。
图5根据本发明的各方面描绘了示例性的泳道图。具体而言，图5示出了用于接收和/或确定来自耗电设备(例如，空调设备、洗涤器/烘干机等)和供电设备(例如，发电机、涡轮机等)的耗电信息(例如，电力负荷)和供电信息及耗电设备的关键度级别的过程。该信息被微电网管理器使用，以确定哪些耗电设备要接收电力。在实施例中，接收和传送信息可通过利用SIP通信系统或MQTT通信系统执行，如按本发明的各方面所描述的。图5包括四个示例性参与者：耗电设备、UAS系统、微电网管理器和供电设备。
在步骤502和504，微电网管理器从一个或多个耗电设备和/或从一个或多个供电设备接收注册信息。在实施例中，注册信息是在电器级别。用于耗电设备和供电设备两者的注册信息可以包括标识符(例如，序列号、名称等)、位置(例如，医院、房子、电影院等)、设备类型(例如，发电机、微涡轮机、风力发电涡轮机等)和/或任何其它信息。在实施例中，信息可以包括设备的年龄(例如，一年旧、五年旧等)和/或任何维护信息(例如，在发电机上检修柴油/天然气引擎、更换在空气处理单元中使用的压缩机等)。微电网管理器可以把注册信息存储在数据库中。
在实施例中，微电网管理器可以从EM系统接收用于设备的注册信息。EM系统自身可以向微电网管理器注册。例如，EM系统可以向微电网管理器发送用于该EM系统的标识信息，诸如标识符(例如，EM系统#1、EM系统-医院等)、序列号或任何其它类型的标识符。因此，微电网管理器可以存储这个注册信息，使得微电网可以确定将来的通信是由特定的EM系统发送的。EM系统还可以存储信息：已订阅微电网管理器现以接收来自该EM系统的信息。
在步骤506，微电网管理器查询UAS系统，以从UAS系统请求关键度级别和电气特性。在步骤508，如上所述，UAS系统为耗电设备和供电设备确定电气特性和关键度级别。UAS系统可以存储不同耗电设备的电气特性，诸如耗电设备的电力要求(例如，千瓦需求、电压、电流、单相、3-相等)、使用的时间(例如，负载用于每天24小时、每周一次、在特定的时间段(诸如在工作日的5:00p.m.至11:00p.m.)等)、高能源消耗耗电设备(基于电力要求，例如在诸如500kW的阈值之上的任何负载，等)和/或任何其它类型的信息。UAS系统还可以存储关于不同设备的信息，诸如标识符信息(例如，名称、号码等)、制造年份、设备类型(例如，发电机、透析机、冷饮柜等)、电气特性信息、机械信息和/或描述设备的运行特性的任何其它类型的信息。
UAS系统还可以存储不同供电设备的电气特性，诸如供电设备的供电规范(例如，待机功率输出、连续运行功率输出)、供电设备是否用于备份、运行的小时数(例如，高峰时间运行的小时数、非高峰时间运行的小时数等)和/或任何其它的规范。电气特性还可包括最大功率要求、电压、电流、阻抗值和/或任何其它类型的电力要求信息。
在实施例中，UAS系统为设备确定关键度级别和/或电气特性。例如，基于UAS系统的分配关键度级别的方法和以上指出的电气特性，UAS系统可以分析由微电网管理器发送的信息并指定关键度级别。在实施例中，UAS系统可以基于接收关于事件(例如，诸如龙卷风的天气事件)的信息、时间的变化、或微电网中的其它变化来改变关键度级别。
在实施例中，UAS系统可以从与一个或多个不同来源相关联的计算设备接收信息，诸如从该设备的制造商、从与电网相关联的公共设施公司、运行微电网管理器的公司、和/或从具有关于耗电和/或供应设备的信息的任何其它实体接收信息。
在实施例中，UAS系统可以基于从用户到用于确定关键度级别的UAS系统中的输入确定关键度级别。附加地或可选地，UAS系统可包括算法或确定关键度级别的任何其它类型的方法。通过例子，UAS系统可以分析设备的类型、设备的位置、以及其它信息来确定关键度级别。UAS系统可以向不同的因素赋值，然后使用分析系统提供指示设备的关键度级别的值。这可以包括给位于医院的设备分配比位于零售店的设备高的关键度值。UAS系统还可以向某一位置中的不同设备提供不同的关键度级别。例如，UAS系统可以向心脏监视器分配比洗涤器更高的关键度级别，这两者都位于医院。UAS系统也可以基于关于事件——诸如飓风、地震、恐怖袭击和/或可能导致紧急/灾难情况的任何其它类型事件——的接收信息改变关键度级别。UAS系统可以为某些设备把非关键级别改变成关键级别，诸如当建筑(例如学校)在紧急事件期间被指定为避难所时。
在步骤510，微电网管理器从UAS系统接收供电设备的电气特性和关键度信息，并使用该信息来更新网络的连接性。电气特性可包括供电设备是否打开或关闭、用于待机和连续发电的最大功率、电压、电流、阻抗值和/或任何其它类型的电/机械信息。供电设备可以具有一个或多个传感器和/或接收和发送供电设备的电气特性到微电网管理器的其它机制。在实施例中，供电设备可以向微电网管理器注册，或者可以在微电网管理器接收供电设备的电气特性的同时进行注册。注册信息可包括关于供电设备的标识信息(例如，供电设备的类型、供电设备的位置等)，类似于本文所描述的注册信息。
微电网管理器可以基于接收电气特性更新网络连接性。在实施例中，网络连接性是可用负载与在微电网中被使用的供电设备之间的关系。微电网管理器可以更新包括耗电设备和供电设备的电气特性的模型。电气特性可包括电压信息、传输系统的基础设施、传输系统中每个耗电和/或供电设备的位置、由微电网使用的传输系统的类型和/或任何其它类型的信息。通过更新网络连接性，微电网管理器可以接收关于耗电和/或供电设备的实时信息。
在步骤512，微电网管理器接收与向微电网管理器注册的一个或多个耗电设备相关联的实时负载信息。实时负载信息可直接在耗电设备与微电网管理器之间发送或经EM系统发送。实时负载信息包括由一个或多个耗电设备在当前时间或在当前时间的时间段内的电力使用需求。例如，如果当前时间是10:00a.m.，则微电网管理器在10:00a.m.或在从当前时间的时间段内(例如，10:00:01a.m.，10:00:05a.m.等)接收负载信息。实时信息可被耗电设备自动地发送，或者微电网管理器可从耗电设备请求该信息(例如，发送消息，ping命令等)。
在步骤514，微电网管理器接收与向微电网管理器注册的一个或多个供电设备相关联的实时供电信息。实时供电信息可以直接在耗电设备与微电网管理器之间发送或经EM系统发送。实时供电信息包括通过一个或多个供电设备的发电能力。微电网管理器使用实时供电信息来更新关于向微电网管理器注册的一个或多个供电设备的信息。实时信息可由供电设备自动地发送或者微电网管理器可以从供电设备请求该信息(例如，发送消息，ping命令等)。
在步骤516，微电网管理器利用收集的信息计算微电网的实时电状态。计算实时电状态可以包括通过分析哪些负载与哪些供电设备相连来确定网络的拓扑结构。微电网管理器可以使用网络拓扑结构来分析用于把不同的耗电设备与不同的供电设备相连接的传输系统的类型。
实时电状态可以包括通过利用网络拓扑结构、功率大小、用于微电网中不同总线(例如，发电总线)的电压相位角、流经微电网中特定类型的传输系统的有功和无功功率、和/或其它信息计算电力流。在实施例中，所计算的电力流允许微电网管理器基于关于耗电设备和/或供电设备的实时信息确定微电网的最优运行。所计算的电力流还允许微电网管理器规划电力系统的未来扩展。在实施例中，电力流计算可以通过利用与Newton-Raphson方法、Gauss-Seidel方法、快速解耦负载流量(Fast-decoupled load flow)方法、其它非线性分析方法、和/或本领域技术人员已知的任何其它线性分析方法相关联的逻辑来执行。在实施例中，微电网管理器可以附加地或替代地使用预测信息(例如，天气)和/或历史信息来确定微电网的实时电状态。
微电网管理器可以确定电力流是否存在任何问题。如果电力流没有问题，则微电网管理器确定是否需要任何主动的行动，以确保微电网中的可靠性和可持续性。如果需要其它的动作，则微电网管理器准备注册请求和信号控制，以确保微电网是可靠的和可持续的。对实时微电网的电状态所做的改变被微电网管理器存储。如果不需要其它的动作，则微电网管理器在不做任何改变的情况下存储微电网的电状态。
如果电力流存在问题，则微电网管理器自动地识别任何补救行动，以解决电力流问题。这些行动可能是，例如，电容器切换(capacitorswitching)、移相调整、负载转移、变压器抽头调整等。微电网管理器模拟这些补救行动，然后发送补救行动(例如电容器切换、移相调整、负载转移、变压器抽头调整等)到微电网管理器以计算网络拓扑结构。重新计算的网络拓扑结构然后用于确定允许微电网为微电网中的耗电设备提供电力的电力流。
在步骤518和520，可以请求启动和/或停止耗电和/或供电设备。启动和/或停止请求被发布(即，发送)到微电网管理器。
在步骤522，微电网管理器接收和/或处理对于耗电设备或供电设备的请求。在实施例中，请求可以是(i)对于耗电设备的启用请求，(ii)对于把供电设备添加到微电网的请求，(iii)对于停止从供电设备发送电力的请求，及(iv)对于停止使用特定负载的请求。(i)-(iv)中的请求的一个或多个可以直接由设备发送到微电网管理器或者可以经EM系统发送。基于该请求，在实施例中，微电网管理器产生允许该对电力的请求被批准的控制信息。
在实施例中，微电网管理器还可以接收(i)对于向耗电设备提供电力的请求，(ii)对于添加供电设备的请求，和/或(iii)对于停止使用供电设备的请求。基于该请求，微电网管理器可以为耗电设备提供电力、增加特定的供电设备、和/或提供电力对于该耗电设备不可得到的通知。
在步骤524，微电网管理器基于对于启用耗电设备、添加供电设备和/或停止从供电设备提供电力的请求，通过利用任何变化估计并更新微电网的电状态。微电网管理器可以使用线性或非线性计算对于更新的电状态做出估计。
在步骤526，基于微电网管理器的验证，微电网管理器发送对于耗电设备的控制信息到EM系统或直接到该耗电设备。例如，控制信息可指示耗电设备以特定的方式运行。控制信息可以包括功率输入、关于来自负载的输出的指令(例如，空调设备只能在76华氏度提供调节的空气)和/或任何其它类型的控制信息。在步骤528、530、532和/或534，耗电设备接收控制信息并且(i)开始运行，(ii)停止运行，(iii)调整输出(例如，增加空调单元的温度、降低变速驱动电机的速度等)和/或(iv)向耗电设备的用户显示消息(例如，耗电设备正在上电、断电、被拒绝供电、在以后的时间接收电力等)。
在步骤536，微电网管理器发送用于供电设备的控制信息。在实施例中，微电网管理器可以发送控制信息到EM系统或直接发送到供电设备。控制信息可指示供电设备或者增加电力、减少电力、打开和/或关闭。在步骤538、540、542和/或544，供电设备接收控制信息，并且可以(i)启动，(ii)关闭，(iii)增加电力输出，(iv)减少电力输出，和/或(v)向用户提供关于供电设备的运行的信息。
图6根据本发明的各方面描绘了用于接收和实现对于向微电网中的耗电设备提供电力的请求的过程的示例性流程图。图6的步骤关于微电网管理器进行描述。在步骤605，微电网管理器接收请求(经SIP或MQTT消息)。在实施例中，该请求可以是来自EM系统或直接来自设备本身的启用请求。
在步骤610，微电网管理器确定该请求是否与关键耗电设备相关联。例如，微电网管理器可以确定从EM系统或直接从设备本身接收到的启用请求是否与关键设备相关联。
如果请求与关键耗电设备相关联，则微电网管理器在步骤615确定是否有由供电设备产生足够电力来为关键耗电设备提供电力。如果在步骤620有足够的电力，则微电网管理器接受该请求。如果在步骤625没有产生的足够的电力，则微电网管理器确定是否有足够的储备电力来向关键耗电设备提供电力。如果有足够的储备电力，则在步骤630，微电网管理器从储备的供电设备增加电力供应以向关键耗电设备提供电力。该过程然后返回到在步骤620的微电网管理器。如果没有足够的储备电力，则在步骤635，微电网管理器对具有比请求电力的耗电设备优先级低的其它耗电设备做出改变。例如，微电网管理器可以把电力从非关键设备转移到关键设备。在验证请求与关键设备相关之后，如果没有足够的电力储备(在步骤625)，则微电网管理器将在步骤635发起改变并且在步骤620接受来自关键设备的请求。即使缺少发电输出和储备，发起改变将把电力从非关键耗电设备转移到关键耗电设备。这可以允许微电网管理器接受来自关键耗电设备的请求而不影响网络的可靠性。
在步骤640，微电网管理器把来自关键耗电设备的请求或对于非关键耗电设备(已被停止)的要求放置在请求队列中。微电网管理器可以首先把请求放置在队列中。在步骤645，微电网管理器确定是否产生有可以向耗电设备供电的电力。如果有，则在步骤650，关键耗电设备或非关键耗电设备被提供电力。
如果在步骤655没有产生足够的电力，则微电网管理器确定是否有足够的储备电力。如果有，则在步骤650，微电网管理器增加储备供电设备，使得产生足够的电力以满足关键/非关键耗电设备的需求。如果没有足够的储备电力，则在步骤635，微电网管理器可以把对于关键和/或非关键耗电设备的电力请求放置回队列中，或备选地，微电网管理器可以发送拒绝该请求的消息。如果微电网管理器是把来自非关键耗电设备的用电请求放置到电力请求队列中，则微电网管理器可以同时接受关键耗电设备的用电请求并发送指令，使得关键耗电设备接收电力。
如果在步骤610，请求与非关键耗电设备相关联，则在步骤640，微电网管理器把请求放置在用电请求的队列中。然后，基于在步骤645的足够的发电输出和/或在步骤655的足够的发电储备确定该用电请求。
图7根据本发明各方面描绘了用于接收和实现对微电网中供电的改变的过程的示例性流程图。在步骤705，微电网管理器接收并处理改变由供电设备提供的电力的请求。在实施例中，请求可从EM系统接收或直接从供电设备接收。在步骤710，做出关于是否该请求要停止从供电设备提供电力或要添加供电设备的决定。如果该请求是要添加供电设备，则微电网管理器更新步骤715的网络连接性模型以包括附加的电力。附加的电力可以通过添加供电设备或不再运行的某个耗电设备进行。
如果该请求是要停止从供电设备提供电力，则在步骤720，微电网管理器确定是否有足够的发电储备。如果在步骤725有足够的发电储备，则微电网管理器产生控制信号，以增加从其它供电设备的电力供应。这还允许微电网管理器继续向耗电设备提供电力，其中耗电设备原来是从之前没有运行的供电设备接收电力。在实施例中，增加电力可以作为指令发送给EM系统，以增加由EM系统管理的供电设备。在实施例中，微电网可直接为供电设备增加电力。
如果在步骤730没有足够的发电储备，则微电网管理器确定被供电的是关键耗电设备还是非关键耗电设备。在实施例中，如果在步骤740被供电的是非关键耗电设备，则微电网管理器减少非关键耗电设备的输出。在实施例中，微电网管理器做出停止向非关键耗电设备发送电力的决定并且产生控制信息，用来控制不同的耗电设备。
如果在步骤735被供电的是关键耗电设备，则去除供电设备的请求被放置到队列中，使得电力仍然发送到关键耗电设备。这也可以在步骤725向其它可用的供电设备触发增加电力供应的信号。当去除供电设备的请求确实发生时，其它供电设备可以接管向耗电设备提供电力。
图8根据本发明的各方面描绘了验证微电网中设备运行的变化的过程的示例性流程图。这会使得微电网维护了其可靠性和可持续性。在步骤815，微电网管理器基于启用耗电设备、添加供电设备和/或停止从供电设备提供电力的请求向实时电状态应用改变。这可以包括修改耗电设备(例如，如果耗电设备是电加热器，则只在特定的温度才提供足够的电力以提供热量)和/或供电设备的运行。
在步骤820，微电网管理器基于对于启用耗电设备、添加供电设备和/或停止从供电设备提供电力的请求利用任何改变来估计和更新微电网的电状态。微电网管理器可以使用线性或非线性计算为更新的电状态做出估计。
在步骤825，微电网管理器基于微电网更新的电状态模拟微电网中的活动。该模拟确定电力流和质量分析是否向更新的微电网提供电力以及维护微电网的可靠性和可维护性。
如果在步骤830模拟结果确定微电网的电状态可以为负载提供电力，则在实施例中，在步骤835，微电网管理器可把用于耗电设备和供电设备的控制信息发送到EM系统。EM系统使用这些指令来控制耗电设备和/或供电设备。在实施例中，微电网管理器可以直接发送控制信息到设备。控制信息可以指导设备如何根据控制命令来运行。
如果模拟结果确定在不确保微电网的可靠性和/或可持续性的情况下，微电网不能提供电力，则在步骤820，微电网管理器通过返回到步骤815向微电网的估计的电状态添加附加的约束来应用改变。附加的约束可以包括电容器切换、移相调整、负载转移、变压器分接头调整等。一旦该模拟确保了微电网的可靠性和可持续性，控制信息然后就发送到EM系统或直接发送给设备。
例子
通过非限制性的例子，特殊护理的用户具有最新安装的生命支持装置(例如，透析机)，其需要始终供电。该生命支持装置向EM系统发送其电力需求。EM系统把该信息发送到微电网管理器。微电网管理器使用这个信息查询UAS系统，其中UAS系统把生命支持系统的关键度优先级和电气特性发送给微电网管理器。微电网管理器使用该关键度优先级和电气特性来更新其网络连接性并且验证在微电网中是否有足够可用的发电输出和储备以提供给更新的网络。如果有足够可用的发电输出和储备，微电网管理器向生命支持装置提供电力。当没有足够的发电时，微电网管理器停止向非关键耗电设备提供电力并且转换该电力以满足用于生命支持装置的电力需求。
通过另一个非限制性的例子，用户为非关键设备(例如，电视机、DVD播放器等)请求电力。非关键设备向EM系统发送其电力需求。EM系统把该信息发送到微电网管理器。微电网管理器使用这个信息查询UAS系统，UAS系统把该非关键设备的关键度优先级和电气特性发送给微电网管理器。微电网管理器使用该电气特性和关键度优先级更新其网络连接性模型并通过分析由微电网管理器监视和控制的供电设备来处理该请求。微电网管理器基于电气特性可以确定有超过阈值的发电输出和储备，该阈值允许微电网管理器提供电力。可选地，微电网管理器可以确定发电输出和储备不足以确保用于非关键性设备的电力并同时维护微电网的可靠性。在后者的情形中，微电网管理器拒绝该请求并且向非关键设备的用户发送当前不可以得到电力的消息。
通过另一个非限定性的例子，用户在其位置安装新的供电设备(例如，使用微涡轮机、发电机等的分布式发电系统)。该新的供电设备可以向微电网提供附加的电力。该新的供电设备向微电网管理器发送其供电信息。微电网管理器使用这个信息查询UAS系统，UAS系统向微电网管理器发送供电设备的电气特性。微电网管理器可以使用该电气特性利用关于新供电设备的信息更新电网络连接性模型。微电网管理器可以使用电气特性来监视和控制新的供电设备。而且，微电网管理器可以使用电气特性来产生控制信息以提供电力需求，同时仍然确保微电网的总体电力质量、可靠性和可持续性。
在实施例中，诸如解决方案集成商的服务提供商可以提供来执行本文所描述的过程。在这种情况下，服务提供商可以建立、维护、部署、支持等计算机基础设施，该计算机基础设施为一个或多个客户执行本发明的过程步骤。这些用户可以是例如使用技术的任何商业。作为回报，服务供应商可以按订阅和/或收费协议从客户接收付款，并且/或者服务提供商可以从对一个或多个第三方的广告内容销售中接收付款。
出于示例目的给出了对本发明的各种实施例的描述，但所述描述并非旨在是穷举的或限于所公开的各种实施例。在不偏离所描述的实施例的范围和精神的情况下，对于本领域的技术人员而言，许多修改和变化都将是显而易见的。在此使用的术语的选择是为了最佳地解释各实施例的原理、实际应用或对市场中存在的技术的技术改进，或者使本领域的其他技术人员能够理解在此公开的各种实施例。

Claims (18)

1.一种用于配置微电网的方法，包括步骤：
从通用电器服务(UAS)系统接收耗电设备的信息和耗电设备的关键度；
从UAS系统接收与电网相关联的一个或多个供电设备的供电信息；
从耗电设备接收电力请求；及
由计算设备基于耗电设备的信息、关键度及供电信息确定耗电设备的电力需求。
2.如权利要求1所述的方法，其中所述确定包括确定耗电设备在延迟的启动时间接收到电力。
3.如权利要求1所述的方法，其中UAS系统基于特定事件确定耗电设备的关键度。
4.如权利要求1所述的方法，其中UAS系统基于耗电设备的设备类型确定耗电设备的关键度。
5.如权利要求1所述的方法，其中计算设备经应用编程接口(API)直接从UAS系统接收耗电设备的关键度。
6.如权利要求1所述的方法，其中基于特定的事件或时间段，耗电设备的关键度从非关键耗电设备改变成关键耗电设备。
7.如权利要求1所述的方法，其中耗电设备的关键度直接从UAS系统提供给能源管理(EM)系统。
8.如权利要求7所述的方法，其中耗电设备的关键度经呈现服务器接收。
9.如权利要求1所述的方法，其中所述信息从能源管理(EM)系统发送到UAS系统。
10.如权利要求9所述的方法，其中所述信息包括耗电设备的标识符信息和耗电设备的位置信息。
11.如权利要求1所述的方法，其中确定耗电设备接收到电力包括：
确定由耗电设备请求的电量；
确定产生的电量和储备的电量；
确定在维护电网的完整性的同时，产生的电量和储备的电量中的至少一个不足以提供被请求给耗电设备的电力；及
延迟耗电设备的运行。
12.如权利要求11所述的方法，其中当产生的电量和储备的电量足以提供被请求给耗电设备的电力时停止延迟耗电设备的运行。
13.如权利要求1所述的方法，还包括步骤：
确定由耗电设备请求的电量；
确定产生的电量和储备的电量；
确定产生的电量和储备的电量中的至少一个低于运行耗电设备的电力水平；
关闭耗电设备的运行；及
发送电力对于耗电设备不可得到的消息。
14.如权利要求1所述的方法，其中：
权利要求1的步骤由服务供应商按订阅、广告和收费中的至少一种提供；及
服务供应商进行建立计算机基础设施、部署计算机基础设施和维护计算机基础设施中的至少一项，其中计算机基础设施执行权利要求1的步骤。
15.一种系统，包括：
CPU、计算机可读存储器和计算机可读存储介质；
用于从验证的第三方来源而不是耗电设备接收耗电设备的信息和供电设备的供电信息的程序指令；
用于基于每个耗电设备的位置和每个耗电设备的设备类型确定耗电设备的关键度级别的程序指令；及
用于向微电网管理器发送关键度级别的程序指令，其中微电网管理器基于关键度级别确定电力能从供电设备得到以运行耗电设备；
其中每个程序指令都存储在计算机可读存储介质上以供CPU经计算机可读存储器执行。
16.如权利要求15所述的系统，还包括用于从作为验证的第三方来源的设备制造商接收信息的程序指令。
17.如权利要求16所述的系统，其中来自设备制造商的信息包括电气特性信息和设备标识符信息。
18.如权利要求15所述的系统，其中耗电设备中的至少一个的关键度级别基于事件的发生而改变。
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