JP2010511363A - フレキシブル電力負荷管理システム及び方法 - Google Patents

Abstract

複数の負荷を有する電力消費者の電力消費を制御するシステムであって、（ａ）電源に接続され、前記電源から信号を受信するように適合されたメイン中央演算ユニットと、（ｂ）前記演算ユニットと関連づけられたメモリーと、（ｃ）ローカル回路遮断器を介して複数の負荷に接続された制御リレーアセンブリーとを備え、各アセンブリーが（ｉ）前記演算ユニットに応答するリレーと、（ｉｉ）前記リレーに電気的に接続され、前記リレーと電流センサーとが演算ユニットと電気的に関連づけれている電流センサーと、（ｉｉｉ）前記リレーアセンブリーを前記電源に接続する第１の端部を有し、少なくとも１つの負荷に接続されたローカル回路遮断器に接続する第２の端部を有する電線とを含み、各電流センサーが特定のローカル回路遮断器を介して取り出された電流に関係するデータを前記演算ユニットへ供給するように適合され、前記演算ユニットが前記電源から受信された信号に基づいて、また前記演算ユニットへ与えられた負荷優先順位情報を含む一連の規則に基づいて、前記リレーに命令するように構成され、各リレーが前記電線への電力を遮断又は復旧させるため前記演算ユニットからの命令に応じて開閉するように構成されているシステムである。

Description

本発明は、電力消費を監視し制御するコンピュータ化されたシステムに関し、特に電力管理のためのフレキシブルシステム及び方法に関する。

世界中の多くの電気事業者が、ピーク需要時に電力不足に苦しんでいることは、知られている。歴史的に電力需要は、特にピーク暖房及びピーク冷房の月中に、年々増加し、増加の一途をたどる発電容量の必要性を招いている。電気事業の規制緩和は、停電、価格乱高下及び最終的な結果が、経済及び私たちの生活様式にどのような影響を与えるかに関する懸念を増大させている。需要削減プログラム及びさらに進んだ規制が、ピーク時の需要削減を支援するために提案されている。
電気事業者は、主として新しい発電所を建設する必要性を延期することによって、エネルギー効率性を促進し、有毒空気放出を削減し、事業者と消費者の両方にとっての費用対効果を実現するために需要側管理（ＤＳＭ）プログラムを展開している。これらのプログラムは、消費者の電力消費のレベル及びパターンを修正することを消費者に奨励するように設計された電力事業者の取り組みを計画し、実施し、監視することを含む。これらの取り組みは、事業者、消費者及び社会の利益になるよう実行される。
ＤＳＭの１つの目的は、ピーク負荷削減を実現することである。事業者は、事業者が電力を生産又は調達する費用があまりかからない時間帯に消費者が負荷を移すための奨励金を設けることによって、負荷をピーク期間外に移すため、自分たちの消費者に需要削減プログラムを提供する。直接的な負荷制御又は負荷遮断プログラムは、事業者がピーク時又は緊急時に消費者の家庭内の個別の電気器具又はその他の負荷への電力を遮断することを許可する毎月の限度を消費者に提示する。消費者は、公益事業会社と共に、ピーク需要時に遮断される電気器具を事前に決定する。

典型的に、公益事業会社は、これらの電気器具と直列にスイッチを設置し、需要が所定のレベルを超えると、電力会社は、１つ以上の電気器具を遮断するためスイッチにコマンドを送信する。たとえば、国内消費者は、ピーク負荷時に家庭空調設備ユニットへのサービスを遮断する権限を公益事業会社に与える。しかし、猛暑の最中に、消費者は、空調設備ユニットを運転したいが運転できないことに気づく。消費者の快適性への負荷制限の影響が明らかになると、多くの消費者は、このプログラムから脱退することを選ぶ。
このようなシステムの別の欠点は、公益事業者が実際に遮断を実施するかどうかとは無関係に消費者がこのようなプログラムへの参加に対する報酬を支払われることである。支払われる総額は、必ずしも負荷削減と対応していない。この負荷制限アプローチの別の派生的問題は、公益事業者が、電気器具への電力を遮断するコマンドを送信する際に、電力削減が実際に実現されるかどうかわからないことである。
米国特許第6,772,052号及び米国特許第7,130,719号は、電力の消費者側での電力消費を制御する電子システムを開示する。このシステムは、メイン制御ユニットと、制御される負荷の近くに１つ以上のノードとを含み、各ノードはローカルマイクロプロセッサー又は制御ユニットを有する。メインコントローラーが電気会社から信号を受信し、このローカルユニットは、消費者の快適性レベルを考慮するプリセット命令に応じて、近接ノードの電力を停止又は調節する。
しかし、このようなシステムは、非常に複雑であり、費用がかかり、設置及び保守がそれ相応に不便である。このシステムは、制御される負荷の数に応じて、多数のマイクロプロセッサーを含むことがあり、その結果、マイクロプロセッサー間通信が複雑になる。その上、各ノードは、別々に設置され、システムが消費者の家屋のあちこちに不規則に広げられることになる。
ノードは、負荷の内部に設置されてよいが、負荷のエレクトロニクスに手を加えることは複雑であり、負荷の保証を無効にするかもしれない。負荷自体の内部に収容されていないノードは、考えられ得る意図的でない損傷にさらされ及び環境に暴露されている。さらに、建設済みの住宅用建物では、このようなノードは、目に見える傾向があり、消費者が隠すのにもっともな理由がある目障りなものを生じる。費用及び不便さの結果として、このようなシステムは、おおむね非実用的であるように思われる。
米国特許第6,772,052号 米国特許第7,130,719号

したがって、消費者の快適性に影響を与えることなく、電力ピーク需要時にエネルギー消費を削減する簡略化された低コストシステム及び方法の必要性が認識されている。このようなシステムは、容易に設置可能であり、保守可能であり、そして環境暴露及び考えられる損傷からおおむね免れるので非常に有利であろう。このシステムは、電気事業者と連絡する必要に迫られることなく消費者の現在の必要性に応じて、消費者が条件を調節し、負荷制限の順序に優先順位をつけることができるようにフレキシブルであるので、さらに有利であろう。

本発明の教示によれば、複数の負荷を有する電力消費者の電力消費を監視及び制御するコンピュータ化された負荷管理システムであって、（ａ）電源に接続され、前記電源から信号を受信するように適合されたメイン中央演算ユニットと、（ｂ）前記メイン中央演算ユニットと関連づけられたメモリーと、（ｃ）複数のローカル回路遮断器を介して複数の負荷に接続された複数の制御リレーアセンブリーと、を備え、前記リレーアセンブリーのうちの各アセンブリーが、（ｉ）前記メイン中央演算ユニットに応答するリレーと、（ｉｉ）前記リレーに電気的に接続され、前記リレー及び電流センサーが、前記メイン中央演算ユニットと電気的に関連づけられている電流センサーと、（ｉｉｉ）前記リレーアセンブリーを前記電源に接続する第１の端部を有し、少なくとも１つの負荷に接続されたローカル回路遮断器に接続する第２の端部を有する電線とを含み、前記各電流センサーが、前記ローカル回路遮断器のうちの特定のローカル回路遮断器を介して取り出された電流に関係するデータを前記メイン中央演算ユニットへ供給するように適合され、前記メイン中央演算ユニットが、前記電源から受信された前記信号に基づいて、また前記メイン中央演算ユニットへ与えられた負荷優先順位情報を含む一連の規則に基づいて、前記リレーに命令するように構成され、各リレーが、特定の電線への電力を遮断又は復旧させるため前記メイン中央演算ユニットからの前記命令に応じて開閉するように構成されているシステムが提供される。

本発明の別の態様によれば、複数の負荷を有する電力消費者の電力消費を監視及び制御するコンピュータ化された負荷管理システムであって、（ａ）電源に接続するように適合され、前記電源から信号を受信するように適合されたメイン中央演算ユニットと、（ｂ）前記メイン中央演算ユニットと関連づけられたメモリーと、（ｃ）複数のローカル回路遮断器を介して複数の負荷に接続する複数の制御リレーアセンブリーと、を備え、各アセンブリーが、（ｉ）前記メイン中央演算ユニットに応答するリレーと、（ｉｉ）前記リレーに電気的に接続され、前記リレー及び電流センサーが、前記メイン中央演算ユニットと電気的に関連づけられている電流センサーと、（ｉｉｉ）前記リレー及び前記電流センサーを前記電源に接続するように適合された第１の端部を有し、少なくとも１つの負荷に接続されたローカル回路遮断器に接続するように適合された第２の端部を有する電線と、を含み、前記負荷管理システムが、前記電源及び前記負荷に接続されている場合、前記各電流センサーが、前記ローカル回路遮断器のうちの特定のローカル回路遮断器を介して取り出された電流に関係するデータを前記メイン中央演算ユニットへ供給するように適合され、前記メイン中央演算ユニットが、前記電源から受信された前記信号に基づいて、また前記メイン中央演算ユニットへ与えられた負荷優先順位情報を含む一連の規則に基づいて、前記リレーに命令するように構成され、前記各リレーが特定の前記電線への電力を遮断又は復旧させるため前記メイン中央演算ユニットからの命令に応じて開閉するように構成され、前記リレーアセンブリーが、前記メイン中央演算ユニットに直接的に応答するシステムが提供される。

本発明のさらに別の態様によれば、複数の負荷を有する電力消費者の電力消費を監視及び制御するコンピュータ化された負荷管理システムであって、（ａ）電源に接続するように適合され、前記電源から信号を受信するように適合されたメイン中央演算ユニットと、（ｂ）前記メイン中央演算ユニットと関連づけられたメモリーと、（ｃ）複数のローカル回路遮断器を介して複数の負荷に接続する複数の制御リレーアセンブリーとを備え、各アセンブリーが（ｉ）前記メイン中央演算ユニットに応答するリレーと、（ｉｉ）前記リレーに電気的に接続され、前記リレーと電流センサーとが、前記メイン中央演算ユニットと電気的に関連づけられている電流センサーと、（ｉｉｉ）前記リレー及び電流センサーを前記電源に接続するように適合された第１の端部を有し、少なくとも１つの負荷に接続されたローカル回路遮断器に接続するように適合された第２の端部を有する電線とを含み、前記負荷管理システムが、前記電源及び負荷に接続されている場合、各電流センサーが、前記ローカル回路遮断器のうちの特定のローカル回路遮断器を介して取り出された電流に関係するデータを前記メイン中央演算ユニットへ供給するように適合され、前記メイン中央演算ユニットが、前記電源から受信された信号に基づいて、また電力消費者によって前記メイン中央演算ユニットへ与えられた負荷優先順位情報を含む一連の規則に基づいて、前記リレーに命令するように構成され、前記各リレーが特定の電線への電力を遮断又は復旧させるため前記メイン中央演算ユニットからの命令に応じて開閉するように構成されているシステムが提供される。

記載された好ましい実施形態におけるさらなる特徴によれば、前記コンピュータ化された負荷管理システムが、前記電源に接続されたメイン回路遮断器と前記ローカル回路遮断器との間に完全に配置されている。
記載された好ましい実施形態におけるなおさらなる特徴によれば、前記メイン中央演算ユニット、前記メモリー及び前記リレーアセンブリーが、単一ハウジング内に収容されている。
記載された好ましい実施形態におけるなおさらなる特徴によれば、前記メイン中央演算ユニットが、電力消費に関係する情報を前記電源へ送信するように適合されている。
記載された好ましい実施形態におけるなおさらなる特徴によれば、前記情報が、前記各電流センサーによって供給された前記データに基づいている。
記載された好ましい実施形態におけるなおさらなる特徴によれば、前記情報が、負荷管理中に節約された電力に関係している。
記載された好ましい実施形態におけるなおさらなる特徴によれば、前記メイン中央演算ユニットが、前記リレーアセンブリーを開閉する前記負荷優先順位情報を表示するように構成されている。
記載された好ましい実施形態におけるなおさらなる特徴によれば、前記メイン中央演算ユニットが、ユーザーから前記リレーを開閉する優先順位及び条件と関連づけられた入力を受信するように構成されている。
記載された好ましい実施形態におけるなおさらなる特徴によれば、前記負荷管理システムは、（ｄ）前記電源及び前記中央演算ユニットと関連づけられ、前記負荷によって取り出された全電流を時間の関数として測定し、前記電流に関係するデータを前記中央演算ユニットへ供給する電流センサーをさらに含む。
記載された好ましい実施形態におけるなおさらなる特徴によれば、前記メイン中央演算ユニットが、前記複数の負荷によって消費された全電力消費が電力消費しきい値より低く抑えられるように開閉することを前記各リレーに命令するように構成されている。
記載された好ましい実施形態におけるなおさらなる特徴によれば、前記メイン中央演算ユニットが、前記メイン中央演算ユニットの中に予めプログラムされた規則に基づいて前記リレーの開閉の順序を制御し、前記規則が、（Ｉ）前記メイン中央演算ユニットが、前記消費者の最低優先順位に従って、前記負荷の少なくとも１つへの電力を遮断するように、少なくとも第１のリレーを閉じるという規則を含む。

記載された好ましい実施形態におけるなおさらなる特徴によれば、（Ｉ）より前に、前記メイン中央演算ユニットが、前記第１のリレーを通して取り出された電流に関する履歴データに基づいて、前記電力の遮断が前記全電力消費を前記電力消費しきい値未満に低減させることを判定する。
記載された好ましい実施形態におけるなおさらなる特徴によれば、前記規則は、（ＩＩ）前記メイン中央演算ユニットが、実質的連続的に、各電線上の電力消費をチェックし、前記全電力消費の下降が観測されると、前記メイン中央演算ユニットは、少なくとも１つの特定のリレーが前記電力消費しきい値を超えることなく開かれ得ることを判定し、続いて、特定のリレーを介して電力を復旧するため特定のリレーに開くことを命令するという規則をさらに含む。
記載された好ましい実施形態におけるなおさらなる特徴によれば、前記規則は、（ＩＩＩ）少なくとも１つのリレーが開かれた後、前記メイン中央演算ユニットは、全電力消費が依然として電力消費しきい値より低いことをチェックするという規則をさらに含む。
記載された好ましい実施形態におけるなおさらなる特徴によれば、規則は、（ＩＶ）前記メイン中央演算ユニットが、全電力消費は、前記しきい値を上回るという判定をした場合、前記メイン中央演算ユニットが、最低優先順位リレーユニットを閉じるという規則をさらに含む。
記載された好ましい実施形態におけるなおさらなる特徴によれば、前記規則は、（Ｖ）所定の時間を待機した後、前記メイン中央演算ユニットが、最低優先順位リレーユニットのオープニングを再試行するという規則をさらに含む。
記載された好ましい実施形態におけるなおさらなる特徴によれば、前記メイン中央演算ユニットだけが、前記電源と負荷との間に配置されている。
記載された好ましい実施形態におけるなおさらなる特徴によれば、前記リレーアセンブリーが、前記メイン中央演算ユニットに直接的に応答する。
記載された好ましい実施形態におけるなおさらなる特徴によれば、前記リレーアセンブリーのうちの少なくとも１つのリレーアセンブリーが、少なくとも２つの電気器具に接続されているか、又は少なくとも２つの電気器具に適合されている。

本発明は、一例として、添付図面を参照して本明細書に記載されている。以下では詳細に図面を具体的に参照して、明らかにされている詳細な事項は、一例であり、本発明の好ましい実施形態の実例の説明だけを目的とするものであり、発明の原理及び概念的な特徴の最も有用かつ容易に理解される説明であると考えられる事項を提供するために提示されることが重視されている。この点に関して、発明の基本的な理解のため必要とされる以上に発明の構造的な詳細を明らかにすることは試みられず、図面と共に明細書本文を理解することにより、発明の複数の形式が、どのようにして実際に具現化されるかが当業者に明白にされる。
本発明の１つの態様は、フレキシブル集中電力負荷管理システムである。本発明によるこのフレキシブル集中電力負荷管理システムの原理及び動作は、図面及び付随する説明を参照してより良く理解されるであろう。
本発明の少なくとも１つの実施形態を詳細に説明する前に、本発明は、発明の用途の点で、以下の説明に記載されるか、図面に図解されているコンポーネントの構成及び配置の詳細に限定されないことが理解されるべきである。本発明は、他の実施形態が可能であり、あるいは様々な方式で実施もしくは実行される。さらに本明細書で用いられている語法及び用語は、説明の目的のためであり、限定的であるとみなされるべきでない。

さて図面を参照すると、図１は、本発明によるフレキシブル電力負荷管理システム１０の好ましい実施形態のブロック図である。システム１０は、電源からの入力ＡＣ電線と消費者の複数の負荷との間に電気的に接続されている。本明細書及び請求項の欄において使用されているように、「電源」という用語は、少なくとも１つの電力消費者へ電力を供給する（たとえば、電力グリッドを有する）電力供給事業者(electricity-supplying utility)もしくは発電機、又は前記消費者に電力を供給するバッテリーもしくはその他のエネルギー蓄積装置を指す。
典型的に、システム１０は、メイン回路遮断器１１０と、典型的にシステム１０が設置されている家庭又は家屋内に存在する少なくとも１つのローカル回路遮断器との間に設置されている。図１には、一例として、ローカル回路遮断器１００：１００ａ、１００ｂ、１００ｃ、１００ｄ及び１００ｅが示されている。回路遮断器１００の各ローカル回路遮断器は、少なくとも１つの電気負荷に接続されている。

図１では、一例として、回路遮断器１００ａは、負荷Ｌ１、Ｌ２及びＬ３に電気的に接続され、回路遮断器１００ｂは、負荷Ｌ４に電気的に接続され、回路遮断器１００ｃは、負荷Ｌ５に電気的に接続され、回路遮断器１００ｄは、負荷Ｌ６に電気的に接続され、回路遮断器１００ｅは、負荷Ｌ７及びＬ８に電気的に接続されている。
負荷Ｌ１〜Ｌ８は、前記消費者の家屋の電気負荷を表し、家庭用電気器具、非専用負荷のコンセント、照明、冷暖房装置、電気スイミングプール設備及び電力を取り出すその他の負荷を含んでいてもよい。
リレーユニット９０の各リレーユニット９０ａ〜９０ｅに電気的に接続されているのは、関連づけられたローカル回路遮断器に接続された負荷によって取り出された電流を連続的に測定するセンサー８０の電流センサー８０ａ〜８０ｅである。図１では、一例としてセンサー８０ａは、回路遮断器１００ａを介して負荷Ｌ１、Ｌ２及びＬ３から取り出された全電流を測定する。
本発明の１つの好ましい実施形態によれば、電流センサー１３０は、家屋のすべての負荷によって取り出されている全電流を測定する。電流センサー１３０は、入力ＡＣ電線が回路遮断器１００へ分岐する前に、入力ＡＣ電線と電気的に接続するように適合されている。電流センサー１３０は、メイン中央演算ユニットＣＰＵ３０とも電気的に接続されている。電流センサー１３０は、必ずしもすべての回路遮断器１００が監視され制御されていない場合に必要である。
センサー８０は、少なくとも１本のデータ線７０、典型的には、アナログ線を用いて、連続的に又は短い離散的な間隔で測定データをメインＣＰＵ３０のような演算ユニットへ送信する。
本明細書及び請求項の欄において使用されているように、「メインＣＰＵ」又は「メイン中央演算ユニット」という用語は、電力供給器又はユーティリティーからの入力電力の前記メイン回路遮断器と、監視及び制御されている負荷に電気的に接続されている前記ローカル回路遮断器との間に電気的に配置された中央演算ユニットを指すことが意図されている。一般に、単一のＣＰＵは、メインＣＰＵ３０としての役割を果たす。

メインＣＰＵ３０が、電力の低減が必要であると判定した場合、メインＣＰＵ３０は、センサー８０から受信されたデータを使用し、システム内での優先順位を調査し、メインＣＰＵ３０内に予めプログラムされているアルゴリズムに従って、特定の順序で、かつ指定された時間長でリレーユニット９０を開閉するために、通信又はコマンド線７５を介して、関連コマンドを送信する。メインＣＰＵ３０内に予めプログラムされているアルゴリズムは、以下でより詳しく説明する。
メインＣＰＵ３０と関連づけられているのは、特に、前記負荷によって回路遮断器１００を通して取り出された電流、リレーユニット９０の現在位置及び過去の挙動、ならびに消費者によって決定されるような負荷管理の優先順位及び条件に関するデータを保存するメモリー６０である。メモリー６０は、システム１０によって実現された推定電力削減の履歴もまた保存する。
本明細書及び請求項の欄において使用されているように、「最低優先順位」という用語は、消費者の電線に関して、負荷削減の要求時に、消費者が最初に遮断されることを希望する電線を指す。明細書及び請求項の欄において使用されているように、「最高優先順位」という用語は、消費者の電線に関して、負荷削減の要求時に、消費者が最後に遮断されることを希望する電線を指す。

メインＣＰＵ３０にさらに関連づけられ、電気的に接続されているのは、電気ユーティリティーから（又はより一般的には、前記電源から）情報を受信し、好ましくは、情報を電気ユーティリティーへ送信するように適合された受信機又は送受信機２０である。受信された情報は、負荷管理の要求を含むことがある。送信された情報は、ユーティリティーへの着目中の電力削減及び電力消費データを含むことがある。送受信機２０は、有線モデムもしくは無線モデム、ＲＦシグナリング、又は当業者に知られている代替的な通信技術を用いて信号を受信し、送信する。
送受信機２０は、前記消費者から優先順位情報を受信するように構成されることもある。前記消費者の入力は、より詳細に後述する。
別の好ましい実施形態によれば、センサー１２０は、入力ＡＣ電線上でライン周波数の低下、又はその他の信号を検出し、信号又は信号に対応するデータをメインＣＰＵ３０へ送信する。センサー１２０は、入力ＡＣ電線に電気的に適合され、メインＣＰＵ３０と電気的に接続する。

典型的に、送受信機２０が大きさを指定されているか、もしくは大きさを指定されていない負荷削減を要求するユーティリティーから信号を受信すると、フレキシブル負荷削減が始まる。指定された要求は、絶対量、電流使用率、公称容量率、又は平均消費率を含むことがある。メインＣＰＵ３０内に予めプログラムされているアルゴリズムは、要求された負荷削減を達成するために、送受信機２０が電力削減の必要性の終了を通知する別の信号を受信するまで、リレーユニット９０を開閉する。同時に、メインＣＰＵ３０は、リレーユニット９０を、負荷削減の要求以前の元の接続位置へ戻す。
代替的に、システム１０における負荷削減は、センサー１２０が、所定の周波数しきい値より低い周波数を測定する場合、メインＣＰＵ３０によって開始される。電線周波数は、ピーク電力使用が存在し、電力ネットワークに負荷がかかっていると下降する。代替的に、センサー１２０は、入力ＡＣ電線上でユーティリティーからの電力使用を削減すべき必要性を表現する他の所定の信号を検出することがある。負荷削減は、電線周波数が所定のしきい値より上昇したことをセンサー１２０が検出するまで、又はセンサー１２０が、入力ＡＣ電線上のユーティリティーからの他の所定の信号のような電力削減要求の終了を検出するまで継続する。センサー１２０からこの情報を受信した後、メインＣＰＵ３０は、リレーユニット９０を負荷削減の要求より前の元の接続位置へ戻す。
フレキシブル負荷管理のための時間がない緊急事態の場合、送受信機２０は、電力ネットワークが安定性を回復するまで、即座の負荷制限の要求を受信することがある。システム１０は、一部又は全部のリレーを自動的に閉じることがある。この動作は、電力ネットワークが崩壊することを防止し、公益事業会社が、障害をより迅速に解決することを可能にさせるために役立つことがある。
前記電力消費者は、メインＣＰＵ３０に電気的に接続された入力装置４０を使用して、自分の選好をメインＣＰＵ３０内に予めプログラムされたアルゴリズムに入力し、消費者は、同様にメインＣＰＵ３０に接続されているディスプレー装置５０を用いて自分の選好を閲覧する。ユーザーは、自分が停止させることを希望する回路遮断器はどれか、及びどのような条件下で電力を削減する必要性があるかを決定する。建物は、通常、配線されているので、各回路遮断器は、ある一定の領域又は類似した負荷タイプを担当する。ヒーター、空調設備ユニット、プール設備、洗濯機、乾燥機などのような電気器具と関連づけられる可能性がある大きな電気負荷は、通常、それぞれの専用回路遮断器が割り当てられている。ユーザーは、自分の優先順位及び条件をいつでも変更可能である。
本発明の１つの好ましい実施形態によれば、システム１００が、メイン回路遮断器１１０から分岐するすべての回線に電気的に接続されている場合、メインＣＰＵ３０は、センサー８０の電流の読みから全電流を合計することができるので、すべての負荷によって取り出されている全電流を測定する電流センサー１３０は、不要である。
本明細書及び請求項の欄において使用されているように、「フレキシブル負荷管理」という用語は、システム１００のようなシステムに関して、電力消費者すなわちユーザーによって入力された優先順位及び選好に直接的に応答するメインＣＰＵを指している。

次に図２をさらに参照すると、図２は、様々な電気負荷の下で本発明のシステムの負荷管理を明らかにする消費者の長時間にわたる電力消費の典型的なグラフである。フレキシブル電気負荷管理システム１００が、ピーク需要時に電力消費を低下させる命令又は指示を受信すると、前記システムは、電力消費が有意な期間にわたって電力しきい値２００を上回らないように負荷を調節する。電力しきい値２００は、絶対電力消費量、電流使用率、消費者の公称容量率、平均電力消費率を始めとして、あるいは他のパラメーター又はパラメーターの組み合わせを用いて、様々な方法で定義できる。

時間Ｔ１で、少なくとも１つの付加的な負荷が電源から電力を取り出し始め、それに応じて電力消費のレベルが上昇する。時間Ｔ２で、電力消費が僅かに下降し、一方、時間Ｔ３で、電力消費のさらなる上昇がある。時間Ｔ４で、システム１００は、家屋での電力消費を電力しきい値２００まで削減する要求を受信する。メインＣＰＵ３０にプログラムされているアルゴリズムに基づいて、かつメインＣＰＵ３０に前もって入力された消費者の選好及び優先順位に基づいて、メインＣＰＵ３０は、閉じることが必要であるリレーユニットはどれであるかを決定し、それに応じて当該リレーユニットに命令する。続いて、メインＣＰＵ３０は、電力消費が電力しきい値２００より上昇しないように保持することを目指して、リレーユニットに命令する。
メインＣＰＵ３０は、常に負荷消費を調節するために、センサー８０の各電線の電流を、またオプションとして、（センサー１３０によって測定された）主電線によって取り出された全電流を絶えず監視する。時間Ｔ５で、メインＣＰＵ３０は、典型的に１つ以上の負荷が遮断されたことに起因して、家屋の全電流の下降を検出する。その結果として、メインＣＰＵ３０は、消費者の負荷選好及び優先順位に応じて、リレーユニット９０のうちの開かれるべき（１つ以上の）リレーユニットがどれであるかを判定する。次に、ＣＰＵ３０は、適切な電線を経由する消費履歴（たとえば、直前の遮断より前の消費量、又は所定の期間にわたる時間平均消費）に基づいて、全電力消費を電力しきい値２００より押し上げることなく、電源に再接続され得る１本又は複数本の線がどれであるかを計算する。時間Ｔ６で、適切なリレーユニット、すなわち（メインＣＰＵ３０によって特定された）消費者の最低優先順位が開かれるが、実際の負荷が予測より高い場合、全消費電力を電力しきい値２００より上昇させる。その結果、メインＣＰＵ３０は、電力消費がしきい値２００より低い値に（時間Ｔ６’において）戻るように、最近開かれたリレーを閉じる。メインＣＰＵ３０は、その後に、次に低い優先順位のリレーを開くことが可能であるかどうかを判定する。さらにシステム１００は、リレーが未だ再び開かれていない場合、所定の時間間隔（たとえば、３０分）で、消費者の最低優先順位を有する閉じられたリレーを開くことを再試行するであろう。時間Ｔ７で、適切なリレーユニットが開かれ、全電力消費は、依然として電力しきい値２００より低い状態を保つ。

時間Ｔ８で、メインＣＰＵ３０は、１つ以上の負荷が遮断されることに起因して、消費の別の下降を検出するので、時間Ｔ９で、メインＣＰＵ３０は、別の１つ以上のリレーユニットを開くことにより付加的な負荷を接続することが可能である。ＣＰＵ３０は、差に基づいて（複数の）リレーユニットを開くことを決定する。時間Ｔ１０で、メインＣＰＵ３０は、負荷削減を終了する要求を受信し、続いてすべてのリレーユニット９０を、初期負荷削減要求前のそれぞれの前の位置へ開く。
システム１０における負荷削減が始動された場合、ユーザーは、負荷削減が実施される前後で、電力消費の差を補償されることがある。節約された電力と金銭的な補償との間の直接的な関係は、公益事業者が電力削減を要求したかどうかとは無関係に、公益事業者が達成された過剰な電力容量の代価を支払い、固定価格基準のプログラム加入者には支払わないという利点がある。さらに、自分が達成した削減に比例する補償を受け取るユーザーは、より多く節約することを試みる意欲がある。
その上、消費者は、公益事業者が消費者のために決定するのではなく、消費者自身が制限される負荷を決定する場合、満足させられる可能性が高い。同様に、消費者は、自分の現在の必要性に応じて設定を変更する機会がある場合、プログラムに参加し続ける可能性が高い。
フレキシブル負荷管理システムは、いくつかの理由からピーク負荷中に消費者の電力消費を低下させる点が有利である。消費者は、負荷削減のパラメーター及び優先順位を決定し、消費者は、いつでも簡単にパラメーター及び優先順位を変更可能である。その上、消費者は、自分自身によってデータを入力し、自分の変化する必要性に応じて、変更を行うことが可能である。

フレキシブル負荷管理システムが有利であることのさらなる理由は、予めプログラムされたアルゴリズムが電流を連続的に監視し、それに応じて、消費者の快適性の最小限の損失で電力が節約されるように、リレーユニット９０を開閉する点である。電流センサー８０の連続的又は頻繁な監視は、電力消費の変化が存在するときに、メインＣＰＵ３０が、リアルタイムでリレーユニット９０の開閉を再調節することを可能にさせるので、システムは、できる限り消費者の優先順位を順守することに成功する。
さらに、システムは、比較的単純かつ低価格であり、メインＣＰＵだけを必要とする。本発明のフレキシブル負荷管理システムは、僅かな数の電子コンポーネントを有し、単純かつ強固な通信方法を利用する。従来技術のシステムで使用されている様々な複雑かつ高価なプロセッサー間通信は、本発明のシステムによって不要となる。
本明細書及び請求項の欄において使用されているように、「単にメインＣＰＵ」などの用語は、負荷管理システムに関して、メイン回路遮断器１１０とローカル回路遮断器１００との間に配置されたメインＣＰＵの他に、ローカルＣＰＵがローカル回路遮断器１００と負荷との間に配置されていないことを示すことが意図されている。
本明細書及び請求項の欄において使用されているように、「メインＣＰＵに直接的に応答」などの用語は、リレーユニット又はリレーアセンブリーに関して、メインＣＰＵと、リレーユニット又はリレーアセンブリーに直列に接続されている少なくとも１つの負荷との間に配置された付加的なＣＰＵの援助なしに、メインＣＰＵによって直接的に命令されるリレーユニット又はリレーアセンブリーを指している。
本明細書及び請求項の欄において使用されているように、「電力消費」などの用語は、エネルギー消費及び電流消費の関連したパラメーターを包含することが意図されている。同様に、「電力消費しきい値」という用語は、電流消費しきい値、又はより典型的には、単位時間当たりの電流消費のしきい値を包含するように意図されている。
本発明のフレキシブル負荷管理システムは、好ましくは、単一の場所に配置され、消費者の家屋のあちこちに不規則に広げられることがない。その結果、システムは、容易かつ低価格で設置及び保守される。その上、システムコンポーネントは、種々の負荷に取り付けられるか、又は、種々の負荷の近くに設置された負荷ベースのシステムコンポーネントより損傷を受けることが、かなり少ない。

本発明は、発明の特定の実施形態と併せて記載されているが、多数の代替、変形及び変更が、当業者に理解できることは明白である。したがって、請求項に記載された事項の精神及び幅広い権利範囲に含まれるすべてのこのような代替、変形及び変更を包含することが意図されている。

本発明によるフレキシブル電気負荷管理システムの好ましい実施形態のブロック図である。 様々な電気負荷及び条件の下で本発明のシステムの負荷管理を示す消費者の家屋での長時間にわたる電力消費の典型的なグラフである。

符号の説明

１０ フレキシブル電力負荷管理システム（システム）、２０ 受信機又は送受信機、３０ メイン中央演算ユニットＣＰＵ（メインＣＰＵ）、４０ 入力装置、５０ ディスプレー装置、６０ メモリー、７０ データ線、７５ 通信又はコマンド線、８０ センサー、８０ａ〜８０ｅ 電流センサー、９０、９０ａ〜９０ｅ リレーユニット、１００ ローカル回路遮断器（回路遮断器）、１００ａ〜１００ｅ ローカル回路遮断器（回路遮断器）、１１０ メイン回路遮断器、１２０ センサー、１３０ 電流センサー、２００ 電力しきい値、 Ｌ１〜Ｌ８ 負荷、Ｔ１〜Ｔ１０ 時間。

Claims (25)

1. 複数の負荷を有する電力消費者の電力消費を監視及び制御するコンピュータ化された負荷管理システムであって、
   （ａ）電源に接続され、前記電源から信号を受信するように適合されたメイン中央演算ユニットと、
   （ｂ）前記メイン中央演算ユニットと関連づけられたメモリーと、
   （ｃ）複数のローカル回路遮断器を介して複数の負荷に接続された複数の制御リレーアセンブリーと、
   を備え、
   前記リレーアセンブリーのうちの各アセンブリーが、
   （ｉ）前記メイン中央演算ユニットに応答するリレーと、
   （ｉｉ）前記リレーに電気的に接続され、前記リレー及び電流センサーが、前記メイン中央演算ユニットと電気的に関連づけられている電流センサーと、
   （ｉｉｉ）前記リレーアセンブリーを前記電源に接続する第１の端部を有し、少なくとも１つの負荷に接続されたローカル回路遮断器に接続する第２の端部を有する電線と、
   を含み、
   前記各電流センサーが、前記ローカル回路遮断器のうちの特定のローカル回路遮断器を介して取り出された電流に関係するデータを前記メイン中央演算ユニットへ供給するように適合され、
   前記メイン中央演算ユニットが、前記電源から受信された前記信号に基づいて、また前記メイン中央演算ユニットへ与えられた負荷優先順位情報を含む一連の規則に基づいて、前記各リレーアセンブリーの中の前記リレーに命令するように構成され、
   前記各リレーが、特定の前記電線への電力を遮断又は復旧させるために前記メイン中央演算ユニットからの前記命令に応じて開閉するように構成されている、
   負荷管理システム。
2. 前記コンピュータ化された負荷管理システムが、前記電源に接続されたメイン回路遮断器と前記ローカル回路遮断器との間に完全に配置されている、請求項１記載の前記負荷管理システム。
3. 前記メイン中央演算ユニット、前記メモリー及び前記リレーアセンブリーが、単一ハウジング内に収容されている、請求項１記載の前記負荷管理システム。
4. 前記メイン中央演算ユニット、前記メモリー及び前記リレーアセンブリーが、単一ハウジング内に収容されている、請求項２記載の前記負荷管理システム。
5. 前記メイン中央演算ユニットが、電力消費に関係する情報を前記電源へ送信するように適合されている、請求項１記載の前記負荷管理システム。
6. 前記情報が、前記各電流センサーによって供給された前記データに基づいている、請求項５記載の前記負荷管理システム。
7. 前記情報が、負荷管理中に節約された電力に関係している、請求項５記載の前記負荷管理システム。
8. 前記メイン中央演算ユニットが、前記リレーアセンブリーを開閉する前記負荷優先順位情報を表示するように構成されている、請求項１記載の前記負荷管理システム。
9. 前記メイン中央演算ユニットが、ユーザーから前記リレーを開閉する優先順位及び条件と関連づけられた入力を受信するように構成されている、請求項１記載の前記負荷管理システム。
10. （ｄ）前記電源及び前記中央演算ユニットと関連づけられ、前記負荷によって取り出された全電流を時間の関数として測定し、前記電流に関係するデータを前記中央演算ユニットへ供給する電流センサーをさらに備える、
    請求項１記載の前記負荷管理システム。
11. 前記メイン中央演算ユニットが、前記複数の負荷によって消費された全電力消費が電力消費しきい値より低く抑えられるように開閉することを前記各リレーに命令するように構成されている、請求項１記載の前記負荷管理システム。
12. 前記メイン中央演算ユニットが、前記メイン中央演算ユニットの中に予めプログラムされた規則に基づいて前記リレーの開閉の順序を制御し、前記規則が、
    （Ｉ）前記メイン中央演算ユニットは、前記消費者の最低優先順位に従って、前記負荷の少なくとも１つへの電力を遮断するように、前記リレーのうちの少なくとも第１のリレーを閉じるという規則を含む、
    請求項１１記載の前記負荷管理システム。
13. （Ｉ）より前に、前記メイン中央演算ユニットが、前記第１のリレーを通して取り出された電流に関する履歴データに基づいて、前記電力の前記遮断が前記全電力消費を前記電力消費しきい値未満に低減させることを判定する、請求項１２記載の前記負荷管理システム。
14. 前記規則が、
    （ＩＩ）前記メイン中央演算ユニットは、実質的連続的に、前記電線の１本ずつの電力消費をチェックし、前記全電力消費の下降が観測されると、前記メイン中央演算ユニットは、前記リレーアセンブリー内の少なくとも１つの特定のリレーが前記電力消費しきい値を超えることなく開かれ得ることを判定し、続いて、前記特定のリレーを介して電力を復旧するため開くことを前記特定のリレーに命令する、
    という規則をさらに含む、請求項１２記載の前記負荷管理システム。
15. 前記規則が、
    （ＩＩＩ）前記少なくとも１つの特定のリレーのうちの少なくとも１つのリレーが開かれた後、前記メイン中央演算ユニットは、前記全電力消費が依然として前記電力消費しきい値より低いことをチェックする、
    という規則をさらに含む、請求項１４記載の前記負荷管理システム。
16. 前記規則が、
    （ＩＶ）前記メイン中央演算ユニットが、前記全電力消費は、前記しきい値を上回るという判定をした場合、前記メイン中央演算ユニットは、前記リレーユニットのうちの最低優先順位リレーユニットを閉じる、
    という規則をさらに含む、請求項１４記載の前記負荷管理システム。
17. 前記規則が、
    （Ｖ）所定の時間を待機した後、前記メイン中央演算ユニットは、前記最低優先順位リレーユニットのオープニングを再試行する、
    という規則をさらに含む、請求項１６記載の前記負荷管理システム。
18. 前記メイン中央演算ユニットだけが、前記電源と前記負荷との間に配置されている、請求項１記載の前記負荷管理システム。
19. 前記リレーアセンブリーが、前記メイン中央演算ユニットに直接的に応答する、請求項１記載の前記負荷管理システム。
20. 前記リレーアセンブリーのうちの少なくとも１つのリレーアセンブリーが、少なくとも２つの電気器具に接続されている、請求項１記載の前記負荷管理システム。
21. 複数の負荷を有する電力消費者の電力消費を監視及び制御するコンピュータ化された負荷管理システムであって、
    （ａ）電源に接続するように適合され、前記電源から信号を受信するように適合されたメイン中央演算ユニットと、
    （ｂ）前記メイン中央演算ユニットと関連づけられたメモリーと、
    （ｃ）複数のローカル回路遮断器を介して複数の負荷に接続する複数の制御リレーアセンブリーと、
    を備え、
    前記アセンブリーのうちの各アセンブリーが、
    （ｉ）前記メイン中央演算ユニットに応答するリレーと、
    （ｉｉ）前記リレーに電気的に接続され、前記リレー及び電流センサーが、前記メイン中央演算ユニットと電気的に関連づけられている電流センサーと、
    （ｉｉｉ）前記リレー及び前記電流センサーを前記電源に接続するように適合された第１の端部を有し、少なくとも１つの負荷に接続されたローカル回路遮断器に接続するように適合された第２の端部を有する電線と、
    を含み、
    前記負荷管理システムが、前記電源及び前記負荷に接続されている場合、前記各電流センサーが、前記ローカル回路遮断器のうちの特定のローカル回路遮断器を介して取り出された電流に関係するデータを前記メイン中央演算ユニットへ供給するように適合され、
    前記メイン中央演算ユニットが、前記電源から受信された前記信号に基づいて、また前記メイン中央演算ユニットへ与えられた負荷優先順位情報を含む一連の規則に基づいて、前記複数のリレーアセンブリーのうちのリレーに命令するように構成され、前記各リレーが特定の前記電線への電力を遮断又は復旧させるため前記メイン中央演算ユニットからの命令に応じて開閉するように構成され、
    前記リレーアセンブリーが、前記メイン中央演算ユニットに直接的に応答する、
    負荷管理システム。
22. 前記リレーアセンブリーのうちの少なくとも１つのリレーアセンブリーが、少なくとも２つの電気器具に適合されている、請求項２１記載の前記負荷管理システム。
23. 複数の負荷を有する電力消費者の電力消費を監視及び制御するコンピュータ化された負荷管理システムであって、
    （ａ）電源に接続するように適合され、前記電源から信号を受信するように適合されたメイン中央演算ユニットと、
    （ｂ）前記メイン中央演算ユニットと関連づけられたメモリーと、
    （ｃ）複数のローカル回路遮断器を介して複数の負荷に接続する複数の制御リレーアセンブリーと、
    を備え、
    前記アセンブリーのうちの各アセンブリーが、
    （ｉ）前記メイン中央演算ユニットに応答するリレーと、
    （ｉｉ）前記リレーに電気的に接続され、前記リレー及び電流センサーが、前記メイン中央演算ユニットと電気的に関連づけられている電流センサーと、
    （ｉｉｉ）前記リレー及び前記電流センサーを前記電源に接続するように適合された第１の端部を有し、少なくとも１つの負荷に接続されたローカル回路遮断器に接続するように適合された第２の端部を有する電線と、
    を含み、
    前記負荷管理システムが、前記電源及び前記負荷に接続されている場合、前記各電流センサーが、前記ローカル回路遮断器のうちの特定のローカル回路遮断器を介して取り出された電流に関係するデータを前記メイン中央演算ユニットへ供給するように適合され、
    前記メイン中央演算ユニットが、前記電源から受信された前記信号及び前記電力消費者によって前記メイン中央演算ユニットへ与えられた負荷優先順位情報を含む一連の規則に基づいて、前記リレーアセンブリーのうちのリレーに命令するように構成され、前記各リレーが、特定の前記電線への電力を遮断又は復旧させるため前記メイン中央演算ユニットからの命令に応じて開閉するように構成されている、
    負荷管理システム。
24. 前記コンピュータ化された負荷管理システムが、前記電源に接続されたメイン回路遮断器と前記ローカル回路遮断器との間に完全に配置されている、請求項２３記載の前記負荷管理システム。
25. 前記メイン中央演算ユニット、前記メモリー及び前記リレーアセンブリーが、単一ハウジング内に収容されている、請求項２３記載の前記負荷管理システム。

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