CN110137973B - 中间能量管理设备和相关的能量管理方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种中间能量管理设备，其适合被添加到在包括电表(10)和能够基于从电表获取的管理信息来将减载命令递送到电力装置的电器上的至少一个减载设备(12、14)的电力装置(1)中。所述中间设备包括：装置(24)，用于以预定的信息格式来从电表(10)中获取传入管理信息；至少两个输出通道(26、28)，所述输出通道中的至少一个能够被连接到减载设备(12、14)，每一个输出通道具有相关的优先级；用于从传入管理信息和相关的优先级中产生分别与每个输出通道相关联的输出管理信息的装置，所述输出管理信息是根据相同的预定格式的。本发明还涉及相关联的能量管理方法和相关联的电力装置。

Description

中间能量管理设备和相关的能量管理方法
本分案申请是申请日为2013年11月11日、申请号为201310556301.8、发明名称为“中间能量管理设备和相关的能量管理方法”的分案申请。
技术领域
本发明涉及中间能量管理设备和相关的能量管理方法。
背景技术
本发明涉及对从电力分销商接收电力以向各种电器供电的住宅和家庭订户所消耗的能量进行管理的领域。
在电网中，已知的是执行减载包括停止或者故意地减少某些电器的供电，以在电网的电力生产和电力消耗之间重新建立平衡。减载通过减载设备来完成。
减载设备能够接收来自安装在用户的住所处的电表的、与电力消耗相关的信息。例如，在分销商法国电力公司(EDF)的情况下，电表包括使用被称为远程客户信息(或在法语中为télé-information client远程信息客户端，简称TIC)协议而发送的数字信息输出，其在技术规范ERDF-NOI-CPT-02E中被定义。提供的信息包括与认购相关的信息，例如认购的电力和强度，以及与瞬时消耗或认购的电力是否已超出相关的信息。该信息被更一般地称为管理信息，其通过远程信息总线而被循环发送给阅读器，所述阅读器例如为减载设备。
当接收到认购的电力已经被超出的警告时，减载设备关闭与其输出相连的一个或多个负载，例如散热器，从而避免支路或者进线断路器(incoming circuit breaker)跳闸。减载设备管理若干个电器，其也称为负载，根据需要，管理包括发送减载命令。已知各种减载算法，例如，级联或周期性减载算法。因此，使用能量管理器使得有可能在住宅这方面提高能源效率，同时一般还能避免电网的过载，例如，在高电力消耗的情况下的高峰时段的过载。
然而，住宅一般都配有单个减载设备，其具有在其设计/制造过程中限定的有限数量的输出，因此，管理电器的数量也是有限的。但是，在目前的消费习惯下，居所使用的电器数量各不相同，并且在不断增加。
如果可以在不需要在新增电器的时候变化减载设备的情况下，管理可变的多个电器的能量，则将是有用的。
可以考虑并行地添加两个或者更多个的已知减载设备，但是，在管理与认购的电力相关的消耗方面，这样的使用将可能不是完全高效。事实上，并行操作的减载设备相互之间独立，并且因此与对于任何认购的电力的存取相关的信息都将使得用于多个电器的电源将被并行地切断。
此外，特别是电动车辆的问世，对于在从认购效率(subscription efficiently)中获益的同时，连接新的高功率负载的需求在不断增加。
发明内容
为此目的，根据本发明的第一个方面，本发明提出了一种中间能量管理设备，用于添加到如下的电力装置中，所述电力装置包括：电表和能够基于从电表获取的管理信息来向所述电力装置递送电器的减载命令的至少一个减载设备。根据本发明的装置包括：
-用于以预定的信息格式来从电表获取传入管理信息的装置，
-至少两个输出通道，所述输出通道中的至少一个能够被连接到减载设备，每一个输出通道具有相关的优先级，
-用于从传入管理信息和相关的优先级中产生分别与每个输出通道相关联的输出管理信息的装置，所述输出管理信息是基于相同的预定格式的。
有利的是，根据本发明的中间能量管理设备能够与现有的减载设备兼容，当其被直接连接到电表时，其不需要进行修改并且继续以标准方式操作。此外，建议的中间能量管理设备使得可以管理各种连接的设备之间的优先级分配，从而使得在诸如电动车辆的特定高消耗负载被增加的情况下，允许有效地管理能源消耗。
中间能源管理装置还可以具有以下的一个或多个特征，其可以被考虑单独或组合来使用：
-进一步包括用于将优先级分配给所述输出通道的装置；
-用于分配优先级的所述装置可以由用户进行远程控制；
-包括两个以上的输出n个数量的通道，每个输出通道具有预定的优先级；
-还包括直接连接到电器的至少一个输出通道，并且还包括用于从与直接连接到电器的所述输出相关的所述输出管理信息中产生至少一个减载命令的装置，以及用于发送至少一个所产生的减载命令的装置；
-包括可以连接到减载设备的至少两个输出通道。
根据第二方面，本发明涉及能量管理方法，其通过如上简要描述的中间能量管理设备来实施，其中包括至少两个输出通道，每个通道具有相关联的优先级。所述方法包括以下步骤：
-接收用于具有第一优先级的第一输出通道的管理信息，
-从接收的管理信息中产生用于具有比第一优先级更低的第二优先级的第二输出通道的修改的管理信息，其包括能够在对连接到所述第一输出通道的电子设备的任何减载之前，激活经由减载设备连接或者直接在所述第二输出通道上连接的电器的减载的信息。
根据本发明的能量管理方法还可以具有如下的一个或多个特征，其可以单独考虑或组合来使用：
-包括以下步骤：
-存储用于具有第二优先级的第二输出通道的所述修改的管理信息，以及
-从所述存储的管理信息中产生另一个修改的管理信息，其用于具有比所述第二优先级更低的第三优先级的第三输出通道；
-包括用于将输出管理信息分配到能量管理设备的每个输出通道的步骤；
-包括以下步骤：
-从接收的管理信息中，获取与瞬时消耗的强度值相关的信息，
-将所述瞬时强度值与第一阈值进行比较，以及
-如果瞬时强度值超过所述第一阈值时，则产生用于非优先输出通道的修改的管理信息；
-包括以下步骤：
-将所述瞬时强度值与第二阈值进行比较，以及
-如果瞬时强度值低于所述第二阈值，则修改分配给非优先输出通道的强度值。
根据第三方面，本发明涉及电力装置，其包括电表和能够基于从电表获取的管理信息来向所述电力装置递送电器的减载命令的至少一个减载设备，所述电力装置包括如上简要描述的串联连接在电表和所述至少一个减载设备之间的中间能量管理设备。
附图说明
参考附图，本发明的其它特征和优点将从以下提供的对其的描述中得以说明，并且所述描述用于提供信息并且是非限制性的，在附图中：
-图1示意性地示出了根据本发明的第一实施例的包括中间能量管理设备的电力装置；
-图2示意性地示出了根据本发明的第二实施例的包括中间能量管理设备的电力装置；
-图3示意性地示出了根据本发明的第三实施例的包括中间能量管理设备的电力装置；
-图4是通过具有两个输出的中间能量管理设备来实施的、根据本发明实施例的能量管理方法的步骤的流程图；
-图5示出了通过在一个示例性实施例中的中间设备来管理的减载设备的曲线；
-图6示意性地示出了包括具有多个输出通道的中间能量管理设备的电力装置，以及
-图7是通过具有n个输出的中间设备执行的、根据本发明的一个实施例的能量管理方法的步骤的流程图。
具体实施方式
在下文中，将以订户的电力装置到提供根据预定格式的协议的远程信息类型的信息的配电网的本发明的实施方式来对本发明进行描述。随后，该信息将被称为管理信息。
图1示意性示出了在电力分销商的订户的家中的电力装置1。
电力装置1包括电表10以及两个减载设备，其分别为编号为12的第一减载设备(在图1中表示为D1)，以及编号为14的第二减载设备(在图1中表示为D1)。
第一减载设备12具有被连接到其输出的三个电器CH1、CH2、和CH3，其分别表示为16、18、20。这些电器典型的为高消耗电器，例如，电暖器或热水器。
第二减载设备14具有连接到其输出的耗电电器或负载CH4，其被称为22。在一个实施例中，负载22是具有高功耗的负载，例如，在充电期间暂时连接的电动车辆。
电表10根据预定的协议来提供传入管理信息IG，在该示例中，所述协议是TIC协议。传统的管理信息通过被称为远程信息总线的通信总线24来传输。该总线24例如是具有双绞线对的多对绞电缆。在该总线上传输以10千赫调制的信号，其包括逐个连续发送的帧。这些帧包含存在于电表10的存储器中的管理信息。帧的长度取决于用户取得的合同的类型。帧包括作为保留字符的帧开始字符、信息组、以及同样作为保留字符的帧结束字符。
信息组包括标签字段和数据字段，所述数据字段提供了与标签字段关联的值。例如，非穷尽地，主标签包括：比率选项(rate option)OPTARIF、认购强度ISO、瞬时强度IINST、最大强度IMAX、以及视在功率PAPP。标签还包括相对于非离峰时间/高峰时间的信息，使得能够根据认购和日期中的时间来管理消耗的能量。此外，信息组还可以包括ADPS信息，其警告已经超过了认购的电力，并且其也可以被称为ADPS消息。
减载设备12、14能够接收和解释来自电表10的管理信息，特别是ADPS信息：在接收ADPS信息的情况下，减载设备通过输出通道发送一个或多个减载命令给连接到其输出的负载。每个减载设备应用由其制造商提供的减载方法，例如，以连接到输出的电器的预定顺序进行的级联减载，或者在没有支配命令(predominant order)的情况下发送减载命令(loadshedding command)的循环减载。
除了已知的减载设备，根据本发明的装置1包括中间能量管理设备30，在下文中，其被简单地称为中间设备，其被连接在电表10和装置12、14之间。中间设备30能够通过通信总线24从电表中接收管理信息IG，并且在考虑到与其每个输出通道26，28相关联的优先级的情况下，将其转换成用于连接到其输出的各种设备的输出管理信息。
中间设备30包括装置32，用于分配优先级给输出通道，并且因此分配到连接到这些输出通道的设备，而无论其是图1的示例中的减载设备，或者是能够使用TIC协议来接收和解释管理信息以执行减载的其他现有的设备。
在图1的示例中，中间设备30包括一个输入通道和两个输出通道。当然，该示例是非限制性的，并且可以考虑更大数目的输出通道，每个输出通道都具有相关联的优先级，如在下文中参考图6和7所解释的。
用于分配优先级的装置32可以由用户激励，或者例如，在电力装置1的维修期间通过操作员来编程。
用于发送优先级的装置32可以例如是用于接收控制信号的装置，所述控制信号例如通过射频发送。优选地，控制信号可以使用遥控单元通过用户远程发送。
可替换地，用于分配优先级的装置32通过有线连接而被发送，例如，通过家庭自动化类型的集中控制系统远程地控制。
根据另一种替换例，用于分配优先级的装置32通过直接安置在包括中间设备30的单元上的手工开关来实现。
被分配的优先级可以基于全天的电器的使用而被修改。因此，减载设备可能在一天的一个时间处具有优先级，而在另一时间处没有优先级。例如，用于加热目的的散热器类型的服务的电器在白天期间是高优先级的，并且在晚上是低优先级的，相反，在白天对电动车辆进行充电不具有优先权，而在夜间其具有更高的优先级。
根据指示认购的电力已经超出的ADPS信息，中间设备30能够使用相同的协议而产生两种类型的输出管理信息，因此，能够在没有任何变化的情况下通过每一个能量管理器来进行解释：管理信息IGA用于基于使用装置32来完成的优先级分配的优先输出通道，例如通道28，并且管理信息IGB用于基于由装置32进行的优先级分配的非优先输出通道，例如，通道26。为此，根据本发明的中间设备包括数字计算装置，例如，中央单元，以及用于存储参数的装置。
图1中所示的实施例示出了包括输入通道和两个输出通道的中间设备，减载设备被连接在每个输出通道上。
图2中示出了第二实施例。在图2中，所示出的电力装置40类似于图1的电力装置1。对于与图1装置中共享的元件，保持其参考标号。
在第二实施例中，只有一个减载设备12被连接到中间设备42的输出。
与图1中的中间设备30相似的中间设备42能够使用从电表接收的输入管理信息来生成根据通过用于分配优先级的装置32而分配给输出通道的优先级而被修改的两个管理信息。此外，在该实施例中，负载22被直接连接到中间设备42的输出通道上，其是直接输出(或者称为“全有或全无”输出)。在这种情况下，中间设备42包括用于根据分配的优先级和从电表获取的传入管理信息IG来产生减载命令OD2，以将其发送到电器22的装置。因此，中间设备产生与通过传统的减载设备，例如，在图1中的设备14产生的减载命令OD2相似的减载命令OD2。
根据一个替换例，提供多个直接输出来用于要直接连接到中间设备的电器或者负载。
根据另一个替换例，减载命令OD2被发送到物理上独立的设备，并且通过射频而被连接到中间设备42。
图3中示出了第三实施例。此图示出了与图1的电力装置1相似的电力装置50。对于与图1装置中共享的元件，保持其参考标号。
在第三实施例中，中间设备52与传统的减载设备54集成在单个单元56中。
在本实施例中，中间设备52与参考图1描述的中间装置30相似，其对被接收作为传入的管理信息IG进行修改，并且根据所分配的优先级来产生输入管理信息IGA、IGB。减载设备54与图1的减载设备14相似，唯一的不同之处在于其与中间设备52集成，并且直接接收管理信息IGA，例如，使内部总线来接收。
通过如上参考图1至图3所描述的、能够在优先输出通道上传输管理信息，并且在非优先输出通道上传输修改的管理信息的中间设备来实施的根据本发明的第一实施例的能量管理方法的主要步骤在图4中示出，以用于本发明的一个实施例。
在本实施例中，与优先级通道相关联的输出管理信息是没有被修改的传入管理信息。与非优先级通道相关联的输出管理信息被如下所述地修改。
在第一步骤60期间，中间设备接收管理信息IG，其由根据远程客户信息(TIC)协议的信号来组成，其包括连续的帧。
步骤60之后为步骤62，用于解码所接收的TIC帧，并且收集瞬时消耗的强度值Iinst。接收的TIC帧在优先输出通道上被未经修改地传输。在接下来的步骤66中，验证是否值Iinst确实大于第一阈值α1xIn，In是连接的强度，其中，在该示例性实施例中，α1＝0.8。
在否定响应的情况下，在步骤68中，还可以将表示被分配给非优先输出通道的强度的参数Isnp设置为Iinst，并且没有被修改的管理信息在相应的输出通道上被发送，因此，具体地，没有发送表示认购的电力已经被超出的警告消息(ADPS)。
在步骤68之后返回到步骤60。
在步骤66中为肯定响应的情况下，步骤之后是步骤70，用于在非优先输出通道上发送包括ADPS消息的管理信息。正如上文所述，此消息处于TIC格式，从而直接由能够从电表中接收TIC格式的信息的减载设备来处理。该管理信息的发送导致连接到在非优先输出上连接的减载设备的输出的负载中的一个被减载。
步骤70之后是步骤72，其将瞬时强度值Iinst与第二阈值α2x In进行比较，其中，α2＝1.1。
如果值Iinst小于1.1 x In，即，验证以下的关系：0,8×In<Iinst<1,1×In，则在步骤72之后为步骤76，在步骤76中，分配给非优先输出的强度值被设定为Iinst+β1xIn，其中，β1＝0.3。步骤76之后返回到步骤60，其已经被描述。
相反，如果，值Iinst大于1.1 x In，则在步骤72之后为步骤80，其将Iinst与第三阈值α3xIn进行比较，其中，α3＝1.4。此外，一旦值Iinst大于1.1 x In，则包含ADPS消息的管理信息在非优先级通道上被发送。
在步骤80中为否定比较的情况下，因此，如果值Iinst小于α3xIn，则步骤80之后为步骤82，其用于更新被分配给非优先输出的强度：Insp＝Iinst+β2xIn，其中，β2＝0.4。步骤82之后返回到步骤60。
在肯定比较的情况下，因此，如果值Iinst大于α3xIn，则非优先输出的强度在步骤84期间被调整到Insp＝Iinst+β3xIn，其中，β3＝0.6。
步骤84之后返回到步骤60，其已经被描述过。
在本实施例中，由根据TIC远程客户信息协议的帧组成的、从电表接收的管理信息IG直接在优先输出通道上被传输，而修改的管理信息在非优先级通道上被传输，从而使得一旦Iinst超过了相对于In计算的值则进行减载。
图5示出了如下的视图，其利用参考图4所提供的参数的数值来示出了优先级减载设备和非优先级减载设备的减载曲线。该视图包括在x轴上的表示由值In归一化的瞬时强度的值，以及在y轴上的从电表在管理信息IG中接收的ADPS消息的数量。断路器曲线C1也显示在该视图中。
非优先级减载设备的减载曲线C2以虚线来显示，并且优先级减载设备的减载曲线C3以实线来显示。每条曲线表示基于强度的归一化值Iinst/In的减载的实现。
可以考虑本发明的各种替代实施例。特别地，通过根据本发明的中间设备来实施的能量管理方法的参数α1、α2、α3和β1、β2、β3的特定值可以被提供，但是考虑到条件0<a1<a2<a3,和0<β1<β2<β3，其中，β1＝α2-α1,β2＝α3-α2并且α3+(n-1)·β3≤2，，并且其中n是TIC输出的总数，也可以考虑其他的参数值。
图6示出了包括如参考图1至图3所述的n个中间设备的电力装置90，由此可以生产具有n个输出的中间设备92。
在图6中的实施例中，类似于图1至3中的电表的电表10将在帧TIC0中的管理信息发送给中间设备92。
通过第一中间设备94来接收管理信息TIC0，其中，所述第一中间设备94具有连接到减载设备96的第一优先输出通道，以及在其上设备94将修改的管理信息TIG1发送给另一个中间设备98的第二非优先输出通道。
同样地，中间设备98在减载设备100连接到的第一优先输出通道上发送管理信息TIC1，并且将非优先级管理信息TIC2发送到随后的中间设备等等。
倒数第二个中间设备102在第一优先输出通道上将管理信息TICn-2发送到减载设备104上，并且在第二输出通道上将管理信息TICn-1发送到中间设备106上。
最后，第n个中间设备106在第一输出通道上将没有修改的管理信息TICn-1发送减载设备108，并且在第二输出通道上将修改的管理信息TICn发送到减载设备110。
在本实施例中，每一个中间设备具有两个输出，并且优先级以固定的形式(frozenmanner)被分配到输出通道，从而避免在管理优先级分配时的过度的复杂性。
每个中间设备都实施了用于非优先级通道的管理信息的修改，如参考图4中所说明的。此外，阈值αi和βi被选择用于每个中间设备，使得最后的减载设备，在图6中被标号为110，可以在不处于连续的减载状态的情况下稳定地操作。
图7示出了由能够在具有相关联的优先级的n个输出通道上传输管理信息的中间设备实施的、根据本发明的一个实施例的能量管理方法的主要步骤。
这些方法步骤可以通过集成在具有一个输入和n个输出的中间设备中的处理器来执行。
如上所述地，根据TIC客户远程信息协议，管理信息IG在输入处从电表中被获取。
所述方法包括第一步骤120，用于接收和解码所接收的管理信息的帧，以及瞬时强度值Iinst，以便提取与减载TIC1相关的ADPS型信息。
信息TIC1未经修改的被存储来作为输出管理信息，以用于最高优先级的输出通道。
信息TIC1还在计算步骤122中被处理，以产生具有仅比优先级1更低的优先级2的修改的管理信息。步骤122通过应用参考图4中所述的方法来产生修改的管理信息TIC2。
因此，该方法继续行进到步骤124，与步骤122相似，其用于从管理信息TICn-2中和在之前的步骤中计算的Isnp的值中产生用于具有优先级n-1的输出的修改的管理信息TICn-1。最后，最后的步骤126产生具有最低优先级的优先级n的管理信息TICn。
在生成之后，帧TIC1至TICn被存储，步骤130根据分配给输出的不同优先级执行所产生的帧TICi的分配，其可以如上所述地随着一天中的时段而演变。因此，该方法使得有可能动态地将优先级和相关联的能量管理信息分配给中间设备的n个输出。
如上参照图6所描述地，阈值αi和βi被选择来用于每个步骤，使得具有优先级n的输出，因此也是最低优先输出不会连续地被进行减载，并且因此可以稳定地操作。
优选地，本发明可以将优先级分配给数量为n个的输出通道，因此可以提供能够管理任何数量的减载设备和/或负载的单个中间设备。

Claims (11)

1.一种中间能量管理设备，其适合被添加到在包括电表(10)和能够基于从电表获取的管理信息来将减载命令递送到电力装置的电器上的至少一个减载设备(12、14)的电力装置(1、40、50)中，其特征在于，包括：
装置(24)，用于以预定的信息格式来从电表(10)中获取传入管理信息，
至少两个输出通道(26、28)，所述输出通道中的至少一个能够被连接到减载设备(12、14)，每一个输出通道具有相关的优先级，至少另一个输出通道能够直接连接到能够接收减载命令的电器或另一个中间能量管理设备(98、102、106)，所述中间能量管理设备包括当其中一个输出通道能够连接到能够接收减载命令的电器时，从与直接连接到电器的所述输出相关的输出管理信息中产生至少一个减载命令的装置，以及用于发送至少一个所产生的减载命令的装置，
用于从传入管理信息和相关的优先级中产生分别与每个输出通道相关联的输出管理信息的装置，所述输出管理信息是基于相同的预定格式的。
2.根据权利要求1所述的中间能量管理设备，其特征在于，进一步包括装置(32)，用于将优先级分配给所述输出通道。
3.根据权利要求2所述的中间能量管理设备，其特征在于，用于分配优先级的所述装置(32)通过用户来远程控制。
4.根据权利要求1所述的中间能量管理设备，其特征在于，包括大于两个的数量为n个的输出通道，所述输出通道中的每一个都具有预定的优先级。
5.根据权利要求1所述的中间能量管理设备，其特征在于，所述中间能量管理设备包括多个其他中间能量管理设备(94、98、102)，来自所述多个中间能量管理设备(94、98、102)的每一个其他能量管理设备(94、98、102)具有能够连接到减载设备的第一输出通道和连接到来自所述多个中间能量管理设备(94、98、102)的另一个中间能量管理设备的第二输出通道。
6.通过根据权利要求1至5中的一个的中间能量管理设备来实施的能量管理方法，所述中间能量管理设备包括至少两个输出通道，每一个输出通道具有相关联的优先级，所述方法的特征在于，包括以下步骤：
接收用于具有第一优先级的第一输出通道的管理信息，
从接收的管理信息中产生用于具有比所述第一优先级更低的第二优先级的第二输出通道的修改的管理信息，其包括能够在对连接到所述第一输出通道的电子设备的任何减载之前，激活经由减载设备连接或者直接在所述第二输出通道上连接的电器的减载的信息。
7.根据权利要求6所述的能量管理方法，其特征在于，包括以下的步骤：
存储用于具有第二优先级的第二输出通道的所述修改的管理信息，以及
从所述存储的管理信息中产生另一个修改的管理信息，其用于具有比所述第二优先级更低的第三优先级的第三输出通道。
8.根据权利要求7所述的能量管理方法，其特征在于，包括步骤(130)，用于将输出管理信息分配到能量管理设备的每个输出通道。
9.根据权利要求8所述的能量管理方法，其特征在于，包括以下步骤：
从接收的管理信息中，获取与瞬时消耗的强度值相关的信息，
将所述瞬时强度值与第一阈值进行比较，以及
如果瞬时强度值超过所述第一阈值，则产生用于非优先输出通道的修改的管理信息。
10.根据权利要求9所述的能量管理方法，其特征在于，进一步包括以下步骤：
将所述瞬时强度值与第二阈值进行比较，以及
如果瞬时强度值低于所述第二阈值，则修改分配给非优先输出通道的强度值。
11.一种包括电表和能够基于从电表获取的管理信息来将减载命令递送到电力装置的电器上的至少一个减载设备的电力装置，其特征在于，包括串联连接在电表和所述至少一个减载设备之间的、根据权利要求1至5的一个的中间能量管理设备。
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