KR20140024291A - 공유된 전력 공급부에 대한 액세스 큐잉 - Google Patents

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KR20140024291A
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에디슨 알메이다
조나단 오. 스탈
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이커브, 인코포레이티드
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Abstract

한 세트의 전기 액세스 포인트들에 의해 공유되는 전력 공급부에 대한 액세스를 큐잉하는 방법. 액세스 포인트들은 서로 독립적으로 턴온하며 이에 따라 독립적인 전력 드로우들을 갖는다. 각각의 액세스 포인트는 온될 때 특정한 전력 드로우를 갖는다. 온 상태 및 액세스 포인트 각각에 대한 연관된 전력 드로우가 식별되며, 각각의 액세스 포인트에 대한 부하 지속 곡선은 확률 분포 함수로 정규화된다(즉, 다른 액세스 포인트들로부터의 부하 지속 곡선(들)과 조합된다). 확률 분포 함수는 (총체적으로 볼 때) 상기 세트의 액세스 포인트들에 대해 발생할 수 있는 "동작 상태들"에 대한 가변 세트를 고려하는 정규화된 부하 지속 곡선이다. 각각의 동작 상태는 연관된 생기 확률(probability of occurrence)을 갖는다. (액세스 포인트들의) 상기 세트의 동작 상태가 변함에 따라, 전력 공급부에 대한 액세스가 선택적으로 큐잉되거나 또는 (이전에 큐잉된 경우) 디큐잉된다.

Description

공유 전력 공급부에 대한 액세스 큐잉{QUEUING ACCESS TO A SHARED POWER SUPPLY}
본 출원은, 2011년 2월 25일자로 출원된 일련 번호 제61/463,946호에 기초하고 이를 우선권으로 주장한다.
저작권 성명
본 출원은 저작권에 의해 보호되는 주제를 포함한다. 모든 권리들은 보호된다.
본 개시물의 주제는 일반적으로 전력을 조절하는 것에 관한 것이다.
현대의 전기 활용 산업은 1880년대에 시작되었다. 이는, 가스 및 전기 카본-아크 상업 및 거리 조명 시스템들로부터 진화되었다. 처음의 발전 스테이션(electricity generating station)은 현대의 전기 활용 시스템의 4개의 주요 엘리먼트들: 신뢰가능한 중앙 발전, 효율적인 분배, 성공적인 최종-용도(end-use)(백열 전구), 및 경쟁력 있는 가격을 특징으로 함으로써 이 산업을 도입하였다. 전력의 주요 용도 및 오직 최종 용도가 야간 백열 전구들이었던 경우에는, 신뢰가능한 중앙 발전은 전력 공급 서비스가 전력 수요 전체에 대해 언제나(all of the time) 이용가능했다는 것을 의미했다. 1880년대 후반에, 전동기(electric motor)들에 대한 전력 수요는 주로 야간 조명으로부터의 산업을 24-시간 서비스로 변화시켰으며, 운송 및 산업 요구(needs)에 대한 전기 수요를 극적으로 상승시켰다. 또한, 오리지널 직류(DC) 전기 시스템은 저주파수(50-60Hz) 교류(AC) 시스템들로 빠르게 교체되었다.
사회의 경제적 발전에 있어서 전력의 결정적인 중요성으로 인해, 신뢰가능한 전력 공급을 위한 요건을 계획하는 코어 전기 시스템 엔지니어링은 모든 전기 수요 최종 용도들에 대해 언제나 전력 공급을 이용한다는 가정 하에서 널리 정의되었다. 전력 시스템들은 자체 연간 동시 피크 수요(annual coincident peak demand)를 처리하도록 이력적으로 디멘셔닝되었다. 관세는, 피크 수요가 존재할 때의 상황에 기초한다. 모든 이러한 가정들은, 공급 성장(Watt 단위의 발전 용량 전력)이 끊임없이 수요 성장(Watt 단위의 평균 수요 전력)을 앞서가는 전력 인프라스트럭쳐의 엔지니어링으로 이끌어왔다. 전력 발전 용량은 산업의 도입 이래 평균 수요 용량보다 더 빠르게 성장해왔지만, 발전 용량 전력에 의한 평균 수요 전력의 비율(설비 이용율(capacity factor))은 꾸준하게 40-50%였다. 오늘날, 어플라이언스(appliance)은 전력에 대한 액세스가 제한되지 않는다. 수많은 센서-자동화된 어플라이언스들은 인간의 상호작용 없이 환경적 요인들에 응답한다. 예를 들어, 날씨 변화는 온도-감지 어플라이언스들, 예컨대, 냉장고들 및 에어 컨디셔너들에 대해 전력 드로우 동기화(power draw synchronization)를 야기한다. 다수의 어플라이언스들이 전력을 동시에 일어나게 드로우하는 경우, 공진 동시 피크 수요 현상이 발생한다.
전기 사업들(electric utilities)은 그들의 최종-사용자 고객들에게 전력을 언제나 100% 전달하는데 책임이 있다. 이러한 동일한 고객들은 그들의 요구사항들을 서빙하기 위한 전력으로의 즉시 액세스를 위해 지불하며, 그로 인해 특정 최종 사용자 요건들을 충족하는 다양하고 폭넓은 전기 어플라이언스들을 구동시키도록 하는 전력을 공급한다. 피크 수요는 전력에 대한 요구, 즉 그들의 전기 어플라이언스들을 동작시키기 위해 전력의 고객 활용이 로컬 ISO/RSO 네트워크의 용량을 생성하는 베이스 부하(base load)를 초과할 때 발생한다. 이러한 동시 피크 이벤트는 그들의 신뢰도 의무사항을 충족시키기 위해 설비 제공자에 의해 커패시티를 생성하는 추가적인/더 높은 비용의 획득을 트리거하여, 그 비용은 종종 그들의 고객들 쪽으로 직접 전달된다.
전기 사업 고객들은 수많은 작동중인 어플라이언스들을 갖는 단일의 빌딩/부동산 및/또는 하나 또는 그 초과의 도시 지역들(작동중인 환경) 전역에 걸쳐 분포된 수많은 빌딩들/부동산들 중 하나를 가질 수 있다. 주어진 빌딩/부동산 또는 도시 서비스 영역(MSA; Metropolitan Service Area) 내에서, 일 세트의 공통 내부 및 외부 환경적 요인들은, MSA 내에서 기온(air temperature)을 + 또는 - 화씨 2 만큼 벗어난 범위 또는 고객의 빌딩/부동산 내의 방에서 방으로 통하는 온도(temperatures room-to-room)의 유사한 좁은 범위에서와 같이, 분명할 것이다. 임의의 주어진 작동중인 환경에서, 유사한 기능을 갖는 전기 어플라이언스들, 예컨대, 센서-자동화된 환경 냉각기기는 동시 발생하는 "온/오프" 동작적 거동들의 높은 수준을 나타낼 것이다. 따라서, 예를 들어, 이러한 어플라이언스들(예컨대, 에어 컨디셔너들 및 냉장고들)은 타겟 실온과 같은 최종-사용자 동작 목표들을 유지하기 위해 대부분의 시간(high percentage of the time)에 동시에 전력을 요구하였다는 것이 밝혀졌다. 대다수의 어플라이언스들이 동시에 "온" 상태인 경우, 동시 피크가 발생되고, 이는 어플라이언스의 전력 수요를 충족시키기 위해 추가적인 전력 공급 리소스들을 요구한다. 그럼에도 불구하고, 주어진 과금 사이클 동안 시간의 5% 미만으로 통상적으로 발생하는 동시 피크 수요 이벤트는 자신의 최종 사용자 고객들에게 전기 사업에 의해 충전된 전력의 전체 비용의 20% 이상을 차지할 수 있다.
당업계에서 동시 피크 수요를 체계적으로 제어하기 위해 자체 전력 공급에 대한 전자 어플라이언스의 액세스를 조절하는 시스템을 제공하기 위한 필요성이 존재한다. 이 개시물은 이 필요성에 대해 다룬다.
전기적 액세스 포인트들의 세트에 의해 공유되는 전력 공급부에 대한 액세스를 큐잉하는 방법이 기술된다. 액세스 포인트들은 서로 독립적으로 턴온 및 턴오프할 수 있고, 따라서 독립적인 전력 드로우들을 가질 수 있다. 또한, 액세스 포인트들은 통상적으로 서로 원거리에 위치된다. 하나 또는 그 초과의 전기 어플라이언스들 또는 디바이스들은 특정 액세스 포인트와 연관될 수 있다. 각각의 액세스 포인트는 그것이 온(on)일 때(즉, 전력 공급부로부터 전력을 드로잉할 때), 특정 전력 드로우를 갖는다. 본원에 따라, 액세스 포인트 각각의 온 상태 및 연관된 전력 드로우가 식별되고, 각각의 액세스 포인트에 대한 부하 지속 곡선(load duration curve)은 다른 액세스 포인트들로부터 확률 분포 함수로 정규화된다(즉, 부하 지속 곡선(들)과 결합됨). 따라서, 확률 분포 함수는, (집합적으로 보여질 때) 액세스 포인트들의 세트에 관하여 발생할 수 있는 "동작 상태들"의 가변 세트를 설명하는 정규화된 부하 지속 곡선이다. 따라서, "n"개의 액세스 포인트들이 존재하는 경우, 액세스 포인트 세트에 대해 2n개의 가능한 동작 상태들이 존재하며, 이때 각각의 동작 상태는, 경우에 따라, 액세스 포인트들의 몇몇 서브세트(서브세트는 액세스 포인트들 모두를 포함할 수 있음)가 "온" 또는 "오프"인 것에 대응하는 동시의 "이벤트들"의 세트에 의해 표현된다. 각각의 동작 상태는 연관된 발생 확률을 갖는다. 상기 방법에 따라, (온/오프 이벤트들에 의해 표현되는 바와 같이) (액세스 포인트들의) 세트의 동작 상태가 변화함에 따라, 전력 공급부에 대한 액세스는 선택적으로 큐잉되거나, 또는 (이전에 큐잉되었다면) 디-큐잉된다(de-queued).
특정 동작 상태의 발생의 확률은 서비스 등급(GoS; grade of service)과 연관될 수 있고, 여기서 GoS는 전기 전력 액세스가 특정 시간 인터벌보다 많이 큐잉되는 확률이다. 바람직한 실시예에서, 확률 분포 함수는, 주어진 GoS에 대해 총 전력 요구를 연관시키는 (액세스 포인트들의 결합된 세트를 나타내는) 부하 지속 곡선을 모델링하는 변환된 (또는 "비-정규화된") 얼랑(Erlang) C 확률 분포이다.
대표적인, 그러나 비-제한적인 실시예에서, 상술된 방법은 중앙집중형 컴퓨팅 디바이스(때때로 "전력 라우터"로 지칭됨)로 구현되고, 각각의 액세스 포인트는 스위치, 이를 테면 디지털 전자 스위치로 구현된다. 기술된 접근방식에 따라, 그리고 그 다음으로, 큐잉이 시행중이지 않다고 가정하면("이용가능" 모드), (특정 GoS를 나타내는) 동작 상태 확률이 충족되거나 또는 초과될 때, 시스템은 큐잉(또는 "비지(busy)") 모드로 진입하고, 그 다음으로 이에 의해, 하나 또는 그 초과의 액세스 포인트들이 공유 전력 공급부를 액세스할 수 있는 "시간"을 제어한다. 바람직하게, 액세스 포인트에 대한 특정 턴-온 "시간"은, 전력 라우터가, 액세스 포인트에 위치된 디지털 전자 스위치에 제공하는 "액세스 우선순위 코드"를 이용하여 제어된다. 전력 라우터는 액세스 우선순위 코드들을 계속적으로 발생시키고, 큐잉 방식에 따라 이들 코드들을 스위치들에 제공한다. 따라서, 특정 시간 포인트(point-in-time)에서, 액세스 우선순위 코드들(APC들)의 세트는, 액세스 포인트들의 상대적 큐잉 순서를 규정하며, 이는 개개의 액세스 포인트 큐잉 시간 및 전력 공급부로부터의 전력 드로우 충돌들을 최소화한다.
전술한 내용은 본 발명의 보다 적절한 피처들 중 개요된 몇몇이다. 이들 피처들은 단지 예시적인 것으로 해석되어야 한다. 기술된 본 발명을 상이한 방식으로 적용함으로써 또는 기술되는 바와 같이 본 발명을 수정함으로써, 많은 다른 유익한 결과들이 달성될 수 있다.
본 발명 및 본 발명의 이점들의 보다 완전한 이해를 위해, 이제 첨부 도면들과 관련하여 취해지는 아래의 설명들에 대한 참조가 이루어진다:
도 1은 전력 공급부 용량 플롯이고,
도 2는 전기 시스템에 대한 부하 지속 곡선(LDC)을 예시하고,
도 3은 변환된 얼랑 B 분포에 의해 모델링된 전기 시스템 LDC를 예시하고,
도 4는 변환된 얼랑 C 분포에 의해 모델링된 전기 시스템 LDC를 예시하고,
도 5는 도 3 및 도 4의 전기 시스템 LDC 모델들의 비교를 예시하고,
도 6은 본원의 큐잉 액세스 방법을 실행하는 EAPR이, 액세스 포인트들의 세트 사이에서 공유되는 전력 공급부에 관한 동시의(coincident) 피크 요구를 제어하는 방법을 예시하고,
도 7은 본원의 큐잉 액세스 제어 방법을 포함하는 시스템을 예시하고,
도 8은 도 7에 도시된 시스템의 다른 실시예를 예시하고,
도 9는 본원의 디지털 전자 스위치(DES)와 EAPR 사이의 상호작용을 예시하고,
도 10은 본원의 큐잉 우선순위선정(prioritization) 기술을 예시하는 흐름도이고,
도 11은 대표적인 디지털 전자 스위치(DES) 구성을 예시하고, 그리고
도 12는 액세스 포인트에서의 어플라이언스 드로우(appliance draw)의 통계학적 측정을 나타내는 플롯이다.
위에서 설명된 바와 같이, 본 개시는 전기적 액세스 포인트들의 세트에 의해 공유되는 전력 공급부에 대한 액세스를 큐잉(queue)하는 방법에 관련된다. 액세스 포인트들은 서로 독립적으로 턴온 및 턴오프할 수 있고, 따라서, 독립적인 전력 드로우(power draw)들을 가질 수 있다. 또한, 액세스 포인트들은 전형적으로 서로 원격으로 위치된다. 하나 또는 둘 이상의 전기 어플라이언스들 또는 디바이스들은 특정 액세스 포인트와 연관될 수 있다. 각각의 액세스 포인트는 그것이 온일 때(즉, 전력 공급부로부터의 전력을 드로우할 때) 특정 전력 드로우를 가진다.
일반적으로, (전력 공급부에 대한) 액세스를 큐잉하는 것은 다음의 방식으로 제어된다. 액세스 포인트 각각의 온 상태 및 연관 전력 드로우가 식별되고, 각각의 액세스 포인트에 대한 부하 지속 곡선은 다른 액세스 포인트들로부터 확률 분포 함수로 정규화(즉, 부하 지속 곡선(들)와 결합)된다. 확률 분포 함수는, 따라서 (집합적으로 보여질 때) 액세스 포인트들의 세트에 관하여 발생할 수 있는 "동작 상태들"의 다양한 세트를 설명하는 정규화된 부하 지속 곡선이다. 바람직하게는, 확률 분포 함수는 변환된(또는 정규화되지 않은) 얼랑 C 확률 분포 함수이다.
본 개시의 액세스 큐잉 방법은 전력 공급부를 공유하는 하나 또는 둘 이상의 전기 전력 액세스 포인트들과 연관된 컴퓨팅 디바이스에서 구현될 수 있다. 일 실시예에서, 확률 분포 함수는 전기 어플라이언스 전력 라우터(EAPR: electric appliance power router) 내에서 구현되고, 전기 어플라이언스 전력 라우터(EAPR)는 동시 피크 요구(coincident peak demand)를 조직적으로 제어하기 위해서 공유 전력 공급부로의 액세스를 조절하는 컴퓨터 시스템이다. 특히, 액세스 포인트들에 위치되는 연관된 디지털 전자 스위치들(DES: digital electronic switches)을 통해, EAPR은 액세스 포인트 "온" 또는 "오프" 전력 드로우 상태들을 이진 데이터로서 해석하고, 그것이 다양한 스위치들로 공급하는 액세스 우선순위 코드들(APC: access priority codes)을 이용하여 전력 공급부에 대한 액세스를 큐잉한다. 특정 APC는 액세스 포인트(특히, 그와 연관된 하나 또는 둘 이상의 전기 어플라이언스들 또는 디바이스들)의 턴-온을 제어한다. 또한, 전기 전력에 인가되는 확률 분포 함수(예를 들어, 변환된 얼랑 분포)를 따르는 서비스 등급(GoS) 내에서 전기 서비스를 여전히 전달하는 동안 동시 피크 요구는 타겟 "피크-전력" 임계치로 제한된다. 바람직하게, 서비스 등급(GoS)은 그것이 전력 소모 강도가 최대일 때 전기 시스템 피크-전력 기간을 참조하여 정의된다. GoS는 소수(decimal fraction)로 표현되는, 특정된 시간 인터벌보다 많이 큐잉되는 전력 라인 그룹에서의 전기 전력 액세스의 확률이다. 이러한 방식으로 공유된 전력 공급부에 대한 액세스를 큐잉함으로써, (액세스 포인트들과 연관된) 전기 어플라이언스들은 동시 피크 요구를 초래하는 전력 드로우 충돌들을 최소화하는 이전의 방식으로 자신들의 전력 공급부에 액세스한다.
전기 전력에 인가되는 얼랑 분포
다음의 섹션은 확률 분포 함수 및 전기 전력에 인가되는 얼랑 C의 사용에 관한 추가적인 세부사항들을 제공한다. 얼랑 분포들(및 얼랑 데이터 테이블들)과의 친밀도(Familiarity)가 추정된다.
얼랑 분포는 스위칭 스테이션 운영자들에 대하여 동시에 이루어질 수 있는 전화 호들의 횟수를 검사하기 위해서 A. K. 얼랑에 의해 개발된 지속적인 확률 분포이다. 전화 트래픽 엔지니어링에 대한 이 동작은 일반적으로 시스템들을 큐잉할 시에 대기 시간들을 고려하도록 추후에 확장되었다. 얼랑(E)는 서비스-제공 전화 회로들 상에서의 반송된 로드의 통계적 측정으로서 텔레포니에서 사용되는 무차원 단위이다. (얼랑들에서) 제공되는 트래픽은, h 및 λ가 시간의 동일한 단위들(초 및 초당 호들, 또는 분 및 분당 호들)을 사용하여 표현되면, 다음의 관계: E = λh로서, 호 도착 레이트 λ 및 평균 호 홀딩 타임 h와 관련된다.
얼랑(Erlang) B 모델은, 회로들의 그룹 내의 손실 호들의 확률을 설명하기 위한 얼랑 분포로부터 도출된 차단 확률에 대한 공식이다. 상기 공식은 성공하지 못한 호가 큐잉(queuing)되지 않는다는 조건 하에서 적용된다. 아래의 공식은, 서버들(회로들) 전부가 바쁘기 때문에, 회로 그룹에 도달하는 새로운 호가 거부되는 확률 Pb을 제공한다; 특히, 트래픽의 E 얼랑이 m개 트렁크(trunk)들(통신 채널들)에 제공될 때
Figure pct00001
:
Figure pct00002
위의 공식에서, Pb는 차단 확률이고, m은 그룹 내의 서버들 또는 회로들과 같은 자원들의 개수이고, 그리고
Figure pct00003
는 얼랑들 내에 제공된 트래픽의 총량이다.
얼랑 C 모델은 큐잉 시스템 내의 대기 확률을 표현한다. 회로들 전부가 바쁘면, 요청이 큐잉된다. 제한되지 않은 개수의 요청들이 큐 내에서 동시에 유지될 수 있다. 큐잉된 호들이 상기 호들이 처리될 수 있을 때까지 시스템 내에 머무른다고 가정하여, 아래의 공식은 운반되는 트래픽을 큐잉할 확률을 계산한다:
Figure pct00004
위의 공식에서, A는 얼랑들의 유닛들 내에 제공된 총 트래픽이고, N은 서버들의 개수이고, 그리고 PW는 고객이 서비스에 대해 대기해야하는 확률이다.
이 기재에 따라, 얼랑 분포는, 가정들의 세트 하에서 전기 전력 시스템 플래닝에 적용되도록 변환된다. 이들 가정들은 아래와 같다: (ⅰ) 전기 어플라이언스들은 "온" 또는 "오프" 중 어느 한 쪽이고, 그리고 공유된 전원으로의 액세스를 얻기 위해 회로들(전기 전력 와이어들)의 그룹을 사용한다; (ⅱ) 전기 어플라이언스들은 상기 전기 어플라이언스들이 "온"일 때 자신의 회로들의 그룹의 전기 전력을 사용한다; (ⅲ) (개시된 큐잉 액세스 방법에 의해 제공되는 바와 같은) 액세스 제어 없이, 전기 어플라이언스는 얼랑 B 분포에 따라 자신의 전원에 의해 서비스받고 그리고 액세스는 큐잉되지 않는다(그리고 전원은 모든 전기 요구를 항상 충족시킨다); (ⅳ) (이 기재에 따른) 전기 어플라이언스들을 위한 큐잉 액세스 제어 시스템은 바람직하게 얼랑 C 분포를 따르고, 그리고 큐잉된 어플라이언스들은 상기 큐잉된 어플라이언스들이 처리될 수 있을 때까지 시스템 내에 머무른다; (ⅴ) 전원 용량은 전통적 얼랑 분포 내의 "서버들의 개수"와 대등하다; (ⅵ) 시간 기간에 걸친 평균 전력 요구는 얼랑 분포 내의 "운반되는 부하"와 대등하다; 그리고 (ⅶ) 전원 용량은 주어진 시간에 요구된 전력과 동일하다. 이들 가정들 하에서, 기술은 아래의 규칙들에 따라 얼랑 분포를 전기 전력 요구로 변환시킨다. 첫째, "서버들의 개수"는 메가와트(MW) 단위의 전원 용량(PS) 곱하기(times) 상수 인자 "K"와 대등하다, 즉:
Figure pct00005
Figure pct00006
이다. 이 관계는 도 1의 플롯으로 표현된다. 둘째, "운반되는 트래픽"은 메가와트(MW) 단위의 평균 요구 전력(PD) 곱하기 동일한 상수 인자와 대등하다, 즉:
Figure pct00007
이다.
추가의 배경으로서, 발전 용량 요건(generating capacity requirement)들과 용량 사용 사이의 관계를 설명하기 위해 "부하 지속 곡선(LDC:load duration curve)"이 전기 발전에서 사용된다. LDC는 부하 곡선과 유사하지만, 요구 데이터는 연대순이 아니라 크기의 내림차순으로 순서화된다. LDC 곡선은 부하의 각각의 증가에 대한 용량 사용 요건들을 도시한다. 각각의 슬라이스의 높이는 용량의 측정치이고, 그리고 각각의 슬라이스의 폭은 사용 레이트의 측정치 또는 용량 인자이다. 두 개의 곱(product)은 전기 에너지(예컨대, 킬로와트 시간들)의 측정치이다. 도 2는 전기 시스템에 대한 대표적 부하 지속 곡선을 도시한다. 전기 전력에 적용된 변환된 얼랑 B 분포는 메가와트(NW) 단위의 주어진 평균 요구 전력에 대해 부하 지속 곡선을 모델링하고, 여기서 "%시간"은 전기 시스템 서비스 등급(GoS)을 표현한다. 도 3은 변환된 얼랑 B에 의해 모델링된 대표적 부하 지속 곡선을 도시한다. 이 기재에 따라, 전기 전력에 적용된 변환된 얼랑 C 분포는 메가와트(NW) 단위의 주어진 평균 요구 전력에 대해 부하 지속 곡선을 모델링하고, 여기서 "%시간"은 시스템 "큐잉(%시간)"을 표현한다. 도 4는 변환된 얼랑 C에 의해 모델링된 대표적 부하 지속 곡선을 도시한다. 이 기재에 따른 전원 큐잉 액세스 시스템을 구현할 때, 전기 시스템 부하 지속 곡선 프로파일이 바뀌어, 전기 시스템의 동시 피크 요구가 감소되면서, 전기 시스템의 용량 인자가 증가된다. 도 5는 비교를 도시하는, 변환된 얼랑 B 및 C에 의해 모델링된 전기 시스템 부하 지속 곡선(들)을 도시한다. 예컨대, 2.7 NW 평균 전력 요구를 갖는 전기 시스템에서, "80% 피크 요구"의 피크 요구 타겟 임계치 및 "5% GoS"의 개별 큐잉 시간에 대해, 동시 피크 요구는 20%만큼 감소된다.
이 기재에 따라 그리고 위에서 설명된 바와 같이, EAPR은, 동시 피크 요구를 조직적으로 제어하기 위해 공유된 전원으로의 액세스를 규제한다. 바람직하게, 동시 피크 요구는, 전기 전력에 적용된 변환된 얼랑 C 분포를 따르는 GoS 내에서 전기 서비스를 여전히 전달하면서, 타겟 "피크-전력" 임계치로 제한된다. 도 6은 이 기재에 따라 EAPR 동시 피크 요구 완화의 도면을 도시한다.
구현예
본 발명의 청구 대상의 실시예가 도 7에서 예시된다. 여기서 기술된 원리들에 따라 동작하는 "시스템"(700)은 디지털 전자 스위치들(각각, DES)(704)의 세트와 함께, 전기 기구 전력 라우터(702)를 포함한다. EAPR 또는 DES와 같은 명칭은 제한하는 것으로서 해석돼선 안 된다. 일반적으로 EAPR은 컴퓨터 시스템과 같은 자동화된 컴퓨팅 기계로 구현된다. EAPR은 기존의 전력 라인 그룹의 상부 상의 "층"으로서 개념화될 수 있고, 이것은 전력 공급 액세스 층이다. DES는 임의의 SCADA-컴플라이언트 디바이스, 보다 구체적으로는, 네트워크-부착된 제어 디바이스일 수 있다. 예시된 바와 같이, 각각의 DES는 EAPR(702)에 대한 데이터 접속(705)을 갖고, 데이터 접속은 고정 라인, 무선 또는 이들의 임의의 조합을 포함(제한되지 않음)하는 임의의 타입의 네트워크를 통해 이루어질 수 있다.
무선 통신들이 이용되는 시나리오에서, DES 및 EAPR 각각은 트랜시버 모듈을 포함하거나 이와 연관될 수 있다. 트랜시버 모듈은 다양한 타입들의 프로토콜, 통신 범위들, 동작 전력 요건들, RF 서브-대역들, 정보 타입들(예를 들어, 음성 또는 데이터), 이용 시나리오들, 애플리케이션들 등을 이용하여 통신하도록 구성될 수 있다. 따라서, 다양한 실시예들에서, 트랜시버 모듈은 GSM, UMTS, CDMA, 및/또는 LTE 시스템과 같은 셀룰러 라디오전화(radiotelephone) 시스템을 위한 음성 통신을 지원하도록 구성된 하나 이상의 트랜시버를 포함할 수 있다. 트랜시버 모듈은 또한 WWAN 프로토콜(예를 들어, GSM/GPRS 프로토콜들, CDMA/lxRTT 프로토콜들, EDGE 프로토콜들, EV-DO 프로토콜들, EV-DV 프로토콜들, HSDPA 프로토콜들, 롱 텀 에볼루션 프로토콜들 등), WLAN 프로토콜들(예를 들어, IEEE 802.11a/b/g/n, IEEE 802.16, IEEE 802.20 등), PAN 프로토콜들, 적외선 프로토콜들, 블루투스 프로토콜들, 수동 또는 능동 RFID 프로토콜들을 포함하는 EMI 프로토콜들 등과 같은 하나 이상의 무선 통신 프로토콜들에 따라 데이터 통신을 수행하도록 구성된 하나 이상의 트랜시버들을 포함할 수 있다.
예를 들어, 인터넷 프로토콜(IP)-기반 네트워킹 기술들, SCADA(Supervisory Control and Data Acquisition)-컴플라이언트 프로토콜들 등을 이용하는 다른 프로토콜들 및 통신 방법들은 또한 구현에 의존하여 이용될 수 있다.
스위치들(704)은 전기 전력 시스템(706)에 관한 전기 전력 "액세스 포인트들"을 포함한다. 전력 시스템(또는 "서플라이"(706)는 액세스 포인트들 사이에서 공유된다. 각각의 액세스 포인트는 그것이 전력 서플라이로부터 독립적인 전력 드로우(independent power draw)를 갖는다는 점에서 특유하다. 따라서, 전력 서플라이를 공유하는 각각의 액세스 포인트는 서로로부터 독립적으로 턴 온/오프할 수 있다. 통상적으로 디지털 전자 스위치들은 다수의 지리적으로-분산된 위치들에 위치되며, 이 위치들은 서로로부터 원격일 수 있지만, 한 쌍의 스위치들(각각이 독특한 액세스 포인트임)은 특정한 동작 환경들에서 물리적으로 함께 위치될 수 있다. 도 8에서 예시되는 바와 같이, DES에 의해 표현되는 액세스 포인트는 하나 이상의 전기 기구 또는 디바이스들(802 및 804)과 연관될 수 있다. 이들 기구들 또는 디바이스들은 전력 서플라이(806)를 공유한다. 액세스 포인트 당 하나의 기구 또는 디바이스 또는 2개 이상의 기구 또는 디바이스가 있을 수 있다.
일반적으로, EAPR(700)은 서비스 등급(GOS) 내의 개별 기구의 최종-사용자에게 신뢰할 수 있고 수용 가능한 전기 전력 서비스를 전달하면서, 전력 서플라이(706)(또는 도 8의 806)의 용량 팩터를 최대화하고 그의 동시성 피크 수요를 최소화하는 큐잉 순서로 디지털 전자 스위치들(DES)을 레귤레이팅한다. 이를 위해, EAPR은 바람직하게는, 이진 데이터로서 액세스 포인트 "온" 또는 "오프" 전력 드로우 상태들을 해석한다. EAPR은 디지털 전자 스위치를 통해 이른바 "액세스 우선순위 코드들"(각각, "APC") 대로 공유된 전력 서플라이(전력 시스템)에 대한 액세스를 큐잉한다. 특히, EAPR은 액세스 포인트들에 대한 APC들의 세트를 생성하고 각각의 DES에 특정한 APC를 제공한다. APC는 특정한 DES에 할당된 상대적 큐잉 순서이다. APC 세트는 EAPR에 의해 주기적으로 생성되고 연속적인 방식을 토대로 한다. 단지 설명의 단순함을 위해, 액세스 포인트는 하나의 전기 기구와 연관되는 것으로 가정된다. APC는 그의 전기 전력 라인, 그의 최종-용도 서비스 요건들, 및 기술되는 바와 같은 "액세스 우선순위 요청"(각각 APR)에 관한 전기 기구의 전력 드로우 통계적 측정을 이용하여 정의된다. APR은 전력 서플라이에 대한 액세스가 즉시 요구되는 최종-사용자에 의해 정해진 신호이다. 이 신호는 특정한 동작 환경들에서 최종-사용자 최대 수용 가능한 큐잉 시간을 커스터마이징하도록 이용될 수 있다.
EAPR(electric appliance power router)은 몇몇의 기능들을 수행한다. EAPR은 전기 네트워크 서버의 전력 드로우를 모니터링하고, 전력 수요를 원하는 GoS(grade of service)에 대한 목표 "계획된 피크-전력"으로 제한한다. 이를 위해, EAPR은 APC(access priority codes)를 각각의 DES로 통신하고, DES 최대 큐잉 시간 무결성(integrity)을 보장하고, 개별적인 DES 큐잉 시간을 최소화하기 위해 커뮤팅한다. EAPR은 또한 DES 디바이스들을 인증하는 것, DES 데이터를 수집 및 저장하는 것, 필요한 대로 DES 펌웨어 또는 소프트웨어를 업데이트하는 것 및 허용되는 사용자들이 프로그램 시스템 임계치들, 알람들 및 자동 루틴들을 설정 또는 프로그래밍하거나 보고들을 획득할 수 있는 사용자 인터페이스를 제공하는 것과 같은 몇몇의 행정 및 관리 기능들을 수행한다. 각각의 DES(digital electronic switch)는 몇몇의 기능들을 수행한다. 그의 주요 동작은 전력 공급부에 대한 액세스를 요청하고, APC를 수신하고 (APC에 의해 결정된 바와 같이) 큐 상의 그의 EAPR-지정된 시간에서 전기 전력을 스위치 "온"하는 것이다. DES는 또한 EAPR과의 안전한 디지털 통신들을 인증 및 설정하는 것, 엔드-사용자 APR들을 캡처하는 것, 연관된 어플라이언스의 전력 드로우를 모니터링하는 것, 및 EAPR-공급 자동 루틴들 및 마이크로-제어기 펌웨어 또는 프로세서-기반 소프트웨어 업데이트들을 실행하는 것과 같은 행정 기능들을 제공한다.
위에서 유의된 바와 같이, APC(access priority code)는 특정 DES에 할당된 상대적인 큐잉 순서이다. EAPR에 의해 특정 DES에 제공된 APC는 정해진 순간(또는 시간 기간)에 전기 어플라이언스 최대 큐잉 시간을 정의한다. DES에서 수신된 APC는, 전기 시스템 전력 드로우가 목표 (예를 들면, "계획된 피크-전력") 임계치를 초과하고 EAPR이 그의 액세스 큐잉 프로세스를 시작할 때, 총 시스템 큐잉 시간을 최소화하는데 사용된다. APC는 각각의 전기 어플라이언스 엔드-사용 서비스 요건들을 고려하고, 상기 요건들은 통상적으로 다음: 전력 드로우(와트, 전기 어플라이언스가 그의 작동 사이클 동안에 "온"일 때 평균 전력 드로우임); 사용 시간(분, 전기 어플라이언스가 그의 작동 사이클 동안에 "온"인 평균 분 수임); 사용 빈도(분, 전기 어플라이언스에 대한 "온" 시간들 사이의 평균 분 수임); 위치(어플라이언스의 대략적인 지리적 위치를 식별하기 위해, 및 어플라이언스가 각각의 EAPR 전기 회로에 속하는 것을 보장하기 위해); 엔드-사용자 최대 수용 가능한 큐잉 시간(초, 어플라이언스 엔드-사용자가 어플라이언스 사용 중에 지연을 수용할 것인 평균 시간이고, 이러한 값은 산업 평균, 엔드-사용자 APR 이력 또는 이들의 몇몇의 조합일 수 있음); 및 APR(access priority request)(위에서 유의된 바와 같이, 전력 공급부에 액세스하는 엔드-사용자에 의해 제공된 신호가 즉시 요구됨) 중 하나 이상을 포함한다. 하나 이상의 파라미터들의 위의 세트는 때때로 "APC 파라미터들"로서 지칭된다.
도 9는 특정 DES 및 EAPR 사이의 기본적인 상호 작용을 예시한다. 이러한 동일한 상호 작용은 각각의 DES에서 수행된다. 단계(900)에서, DES는 EAPR로의 액세스 요청을 개시하고, 인증 파라미터들 및 APC 파라미터들(APR을 포함할 수 있음)을 전달한다. 단계(902)에서, EAPR은 DES 인증을 완료하고, 그의 큐잉 루틴을 실행한다. 큐잉 루틴이 도 10에 도시되고, 이것은 아래에 설명된다. EAPR이 큐잉이 필요하다(즉, 시스템이 "비지" 모드에 있다)고 결정하면, EAPR은 APC를 DES로 전송한다. (APC는 또한 물론 이러한 시간에 각각의 다른 DES로 전송된다.) 이것이 단계(904)이다. 반면에, EAPR이 큐잉이 불필요하다(즉, 시스템이 "가용" 모드에 있다)고 결정하면, EAPR은 액세스 요청 "승인" 응답을 DES로 전송한다. DES는 ("비지" 모드에 있는 경우) APC에 따라 첨부된 어플라이언스를 턴 "온"함으로써, ("가용" 모드에 있는 경우) APR이 존재하거나 액세스 요청 "승인"이 수신되면, 즉시 단계(906)에서 응답한다. 단계(908)에서, DES는 실제 큐잉 시간 및 전력 드로우 측정을 보고한다. EAPR은 단계(910)에서 그 DES 데이터를 저장하고, DES 프로파일을 업데이트한다. 이것은 상호 작용을 완료한다.
도 10은, 액세스 포인트들에 의해 공유되는 전력 공급부에 대한 액세스를 승인하는데 사용되는 본 발명의 EAPR 큐잉 우선 순위 프로세스의 동작을 예시한다. 이러한 실시예에 따라, 전기 시스템 총 전력 드로우가 설정된 "계획된 피크-전력" 임계치 미만인 동안에, 전력 공급부에 대한 DES 액세스가 승인된다. 이것은 "가용" 모드이다. 그러나, 전기 네트워크 총 전력 드로우가 설정된 "피크-전력" 임계치를 초과할 때, EAPR은 그의 액세스 큐잉 프로세스를 시작한다. 이것은 "비지" 모드이다. 우선 순위 프로세스는 일반적으로 다음과 같이 작동한다. "오프" 상태에 있는 전기 어플라이언스들이 전력 공급부에 대한 액세스를 요청할 때, 그들이 큐잉된다. 큐에서 "하나"보다 많은 DES가 존재하면, DES 큐잉 순서는 그들의 액세스 우선 순위 코드들에 기초한다. 바람직하게, APC들은 또한 각각의 DES 최대 수용 가능 큐잉 시간(바람직하게는 서비스 무결성을 보장하기 위해 초과되지 않아야 하는 시간)을 전달한다. 정해진 APC(예를 들면, 더 짧은 시간 제약을 표시함)를 갖는 DES는 더 높은 값을 갖는 APC들을 갖는 DES들에 비해 큐에서 더 높은 우선 순위를 가질 것이다. 원한다면, APR들이 구현될 수 있고, 위에 논의된 바와 같이, APR들은 전력 공급부에 대한 즉각적인 액세스를 제공하여 큐를 우회하는 엔드-사용자 요청들이다.
프로세스 플로우는, DES가 전력 공급부 액세스 요청을 행하는 단계(1000)에서 시작한다. 앞서 언급된 바와 같이, 복수의 DES 디바이스들이 존재할 수 있고, 각각의 이러한 디바이스는 임의의 시간에 전력 공급부에 대한 액세스를 요구할 수 있다. 전력 공급부가 자신의 계획된 피크-전력(또는 몇몇 다른 지정된) 임계치 아래에서 동작하고 있는지 여부를 결정하기 위한 테스트가 단계(1002)에서 수행된다. 단계(1002)에서의 테스트의 결과가 포지티브이면, 루틴은 단계(1004)에서 계속되고, DES 액세스 요청이 승인된다. 이것은 가용 모드이다. 그러나, 단계(1002)에서의 테스트의 결과가 네거티브이면, 피크-전력 임계치(GoS)에 도달되었거나 초과되었다. 그 다음, 루틴은 단계(1006)로 분기되고, 이전에 설명된 방식으로 큐잉(queuing)이 시작된다. 단계(1008)에서, 최종 사용자 APR이 DES 전력 공급부 액세스 요청과 연관되는지 여부를 결정하기 위한 테스트가 수행된다. 연관되면, 루틴은 큐잉 동작을 우회하고 (단계(1004)로 리턴함으로써) 요청을 승인한다. 요청과 연관된 어떠한 APR도 존재하지 않으면, DES에 대한 APC가 최대 가용 큐잉 시간보다 더 큰지 여부를 결정하기 위한 테스트가 단계(1010)에서 수행된다. 더 크면, 루틴은 단계(1004)로 다시 한번 리턴하여, 액세스 요청을 승인한다. 그러나, 단계(1010)에서의 테스트의 결과가 네거티브이면, DES 액세스 요청이 큐 상에서의 다음 요청인지 여부를 결정하기 위한 테스트가 단계(1012)에서 수행된다. 다음 요청이 아니면, 루틴은 단계(1006)로 리턴하고 큐잉 프로세스가 계속된다. 그러나, 테스트 단계(1012)의 결과가 포지티브이면, 액세스 요청이 승인된다 (이는, 큐 내의 DES의 위치에 도달되었기 때문이다).
바람직하게는, 시스템 상태가 "비지(busy)"이면, 모든 오프 상태 DES가 즉시 큐잉된다. EAPR은 또한, 시스템 상태가 변하는 경우 새로운 피크-전력 임계치를 설정할 수 있다. 선호되는 구현에서, 이 동적 피크-전력 임계치 변경은 시스템 상태가 변할 때마다 수행된다.
앞서 설명된 큐잉 방식은 상당한 이점들을 제공한다. 이 기술은 액세스 포인트들의 규제에 의해 (그리고, 구체적으로는, DES들에 APC들을 제공함으로써) 동시의(coincident) 피크 요구를 제어한다. 이 요구 조절 방식에서, 액세스 포인트 각각의 온 상태 및 연관된 전력 드로우(draw)가 식별되고, 각각의 액세스 포인트에 대한 로드(load) 지속기간 곡선은, 다른 액세스 포인트들로부터, 큐잉 프로세스를 구동하는데 이용되는 확률 분포 함수로 정규화된다 (즉, 로드 지속기간 곡선(들)과 결합된다). 실제로, 확률 분포 함수는 정규화된 로드 지속기간 곡선이고, 따라서 액세스 포인트들의 세트(포괄적으로 보여지는 경우, DES들의 세트)에 대해 발생할 수 있는 "동작 상태들"의 가변 세트를 설명한다. 따라서, "n"개의 액세스 포인트들(및 DES들)이 존재하면, 액세스 포인트 세트에 대한 2n개의 가능한 동작 상태들이 존재하고, 각각의 동작 상태는 경우에 따라, 액세스 포인트들의 몇몇 서브세트(서브세트는 액세스 포인트들 모두를 포함할 수 있음)가 "온" 또는 "오프"인 것에 대응하는 동시의 "이벤트들"의 세트에 의해 표현된다. 예를 들어, 세(3)개의 액세스 포인트들이 존재하면, DES 디바이스들(A, B 및 C로 라벨링됨) 각각이 온(이진 "1") 또는 오프(이진 "0")인 것에 대응하는 여덟(8)개의 가능한 동작 상태들이 존재한다. {0, 0, 1}과 같은 동작 상태는 DES "A"가 오프이고, DES B가 오프이고, DES C가 온인 것을 지칭한다. 각각의 동작 상태는 연관된 발생 확률을 갖고, 확률들은 합산되어 100%가 된다. 그 다음, 특정한 동작 상태는 (도 10에 대해 앞서 설명된 바와 같은) "피크-전력" 임계치로서 설정될 수 있다. 피크-전력 임계치는 통상적으로, 큐잉이 요구되는 특정한 동작 상태와 연관된 서비스 등급(통상적으로 퍼센티지 또는 소수(decimal fraction)로서 표현됨)을 표현한다 (예를 들어, 동작 상태 {1, 1, 1}에 대응하는, DES ABC가 온인 동작 상태를 표현하는 GoS=2%). 큐잉 동작을 트리거링하는 하나보다 많은 이러한 임계치가 존재할 수 있다.
이 방법에 따르면, (DES 액세스 요청들이 EAPR에서 수신될 때 온/오프 이벤트들에 의해 표현되는 바와 같이) (액세스 포인트들의) 세트의 동작 상태가 변함에 따라, 전력 공급부에 대한 액세스는 선택적으로 큐잉되거나 또는 (이전에 큐잉되었다면) 디큐잉된다(de-queued). 이것은, 도 10에 대해 앞서 설명된 동작이다. 하나 또는 그 초과의 확률 임계치들(GoS 값들)은, 시스템이 가용(큐잉 없음) 또는 비지(큐잉)가 되도록 설정되는 경우를 정의하고, 실제로, 최고 전기 전력 소모를 요구하는 가장 덜 빈번한 이벤트들(포괄적으로 보여지는 액세스 포인트들의 동작 상태들)을 필터링한다. 본 명세서에서 사용되는 바와 같은 용어들 "가장 덜 빈번한" 및 "최고"는 큐잉 솔루션을 임의의 특정한 구현으로 제한하는 것으로 간주되어서는 안된다. 더 일반적으로, 설명된 접근법은 전기 전력 요구를 파형 송신("온/오프" 디지털 파형)과 유사한 것으로 취급하고, 큐잉 동작은 이 파형 신호의 위상을 효과적으로 조정하여, 위상 변조의 형태를 제공한다. 따라서, 예를 들어, 이 변조는 제 1 어플라이언스(appliance)의 동작 주파수의 위상을 조정하여, 하나 또는 그 초과의 다른 어플라이언스 신호들과의 "충돌들"을 최소화하고, 따라서 시스템 어그리게이트(aggregate) 전력 요구를 감소시킨다. 요구를 감소시킴으로써, 전기 전력 소비자들은 상당한 경제적 이점(즉, 감소된 전력 비용들)을 받는다. 이 방식에서, 큐잉 기술은 전기 전력 시스템에 대한 고유의 채널 액세스 방법을 제공한다.
대안적인 일 실시예에서, 기술은 동시 요구를 증가시키기 위해 사용될 수 있다(즉, 개별 파 신호들에 대한 위상 조정들을 수행함으로써 어그리게이트 파 신호의 진폭을 조절).
도11은 표현 DES를 도시한다. 전술한 바와 같이, 바람직하게 액세스 포인트와 관련된 DES가 존재하며, 하나 또는 둘 이상의 전기 기구 또는 디바이스가 특정 DES와 관련될 수 있다. 일단 EAPR이 시스템이 "분주"하거나 분주할 것으로 결정하면, DES는 액세스 포인트에서 요구된 큐잉을 강화하기 위해 APC를 사용한다. DES는 전형적으로 하드웨어 컴포넌트들 또는 하드웨어 및 소프트웨어 컴포넌트들을 이용하여 구현된다. 도 11에 도시된 바와 같이, DES(1100)의 전형(그러나, 비제한적인 구현임)은 몇몇 컴포넌트들; 마이크로제어기(1102), 스위치 릴레이(1104), 전력 모니터(1106) 및 우선권 스위치(1108)를 포함한다. 전술한 바와 같이, DES의 주요한 역할은 전력 공급에 대한 액세스를 요청하고 EAPR 명령들에 따라 이를 허용하는 것이며, 따라서 동시 피크 요건이 조절된다. 추가적으로, DES가 인증하고, 그 전력 드로우를 EAPR에 보고하고 자동 루틴들을 수행한다. 전력 드로우는 전력 모니터에 의해 모니터링되어 DES 고장을 검출하고 기구의 전력 사용 패턴들을 프로파일링한다. 전력 드로우, 사용 주파수, 위치 및 APR들은 EAPR에 의해 고려되어 전력 공급에 대한 액세스를 허용한다. DES 우선권 스위치(1108)는, 수신된 APC 코드가 즉각적인 최종 사용자 서비스 요건들을 반영하지 않는 경우 최종 사용자 액세스 우선권 요청들(APR)을 생성한다. 마이크로제어기(1102)는 데이터 접속을 통한 EAPR과의 보안 디지털 통신들의 인증 및 설정, 전력 공급에 액세스하기 위한 (EAPR에 대한) 요청의 발행 및 스위치 릴레이(1104)를 제어하여 전력을 주어진 시간에 그 큐잉 순서 및 APC에 기초하여 "on" 하는 것을 포함한다. 마이크로제어기는 또한 우선권 스위치(1108)에 의해 생성된 엔드 유져 액세스 우선권 요청들을 캡쳐하고 다른 EAPR 공급된 자동 루틴들을 실행한다. 일단 전력 공급에 대한 허용된 액세스라면, DES는 확률 분포 기능(예를 들어, 변환된 얼랑 C 분포)의 컨택스트 내에서 활성 네트워크 서버가 된다. 따라서, 그 전력 드로우는 전기 시스템 총 전력 드로우에 부가되며 큐잉 알고리즘에 대한 피크 전력 임계에 대해 확인된다.
하나 또는 둘 이상의 센서 자동화 기구들(미도시)은 DES "센서의 비트" 입력(1105)에 접속한다. 기구 센서가 기구를 "on"으로 전환하는 것을 담당하기 때문에, 이러한 비트는 전력에 액세스하기 위한 EAPR 요청을 트리거링한다. 액세스가 EAPR에 의해 허용되면, "스위치 비트" 출력 신호(1107)는 기구를 "on"으로 전환하는 한편, DES 전력 라인 모니터 회로(1106)는 기구 전력 드로우를 측정한다.
도 12는 특정 DES에서 기구 전력 드로우의 통계적 측정을 나타내는 그래프이다. 설명된 바와 같이, APC 파라미터들(전력 드로우, 사용 시간, 사용 주파수, 위치, 최종 사용자 최대 큐잉 시간 및 임의의 APR)은 EAPR 큐에서 다른 기구들에 비해 더 짧은 사용 시간 및 더 높은 사용 주파수를 갖는 전기 기구들의 큐일 순서를 우선화하는 APC들을 정의하기 위해 EAPR에 의해 사용된다. 또한, 정규화된 전력 드로우는 이하의 관계들(이들은 예시이고 제한이 아님)에 따라 동일한 위치의 DES의 그룹에서 낮은 전력 드로우를 갖는 DES에 유리한 가중 팩터를 제공한다:
정규화된 전력 드로우=전력 드로우/최대(시스템의 DES 전력 드로우)
APC = (정규화된 전력 드로우)*(사용자 시간)∧2/(사용자 주파수)
일 실시예에서, APC 값은 분 단위의 DES 최대 큐잉 시간이며; 바람직하게는, 이 값은 기구 사용 시간과 그 최종 사용자 최대 허용가능 큐잉 시간 시간의 최소를 초과하지 않는다:
APC ≤ Minimum (최종 사용자 허용가능 큐잉 시간, 사용 시간)
예로써, 전술한 솔루션을 구현하는 시스템은 전력 라우터에서 실행하는 예측 소프트웨어 알고리즘에 기초하여 (전형적으로 원격인) 위치들에서 피크 요구를 제어하는 DES(예를 들어, SCADA-컴플라이언트) 디바이스의 세트 및 EAPR을 포함한다. 설명된 바와 같이, EAPR은 (예측가능하게 동작 위상 시프트들을 계산 및 실행함으로써) 전력 공급으로부터 전력 드로우 충돌들 및 액세스 포인트 큐잉 시간을 최소화하도록 동작하며, 그로 인해 EAPR이 제어하는 사이클링 기구들, 디바이스들 및 서비스들로부터의 피크 전력 요구를 감소시킨다. DES 기능은 하드웨어, 펌웨어 또는 소프트웨어로 구현될 수 있다.
"software-as-a-service"로서 클라우드 실시예 내에서 EAPR(또는 그것의 일부 기능)이 구현될 수 있다.
그 시스템은 단일 물리적 설비 내에서, 다수의 물리적 설비들에 걸쳐, 또는 기타 등등으로 구현될 수 있다. 대안적인 실시예에서, 그 시스템은 예를 들어 모듈러, 계층적 아키텍쳐로 구현되는데, 지역적인 서버들에 상주하는 소프트웨어는 자신에 무선으로 접속된 DES 디바이스들의 국부적인 모니터링 및 제어를 제공하는데 반해, 중앙 서버(여기서 EAPR이 실행함)가 그 지역적인 서버들을 감독한다.
예시적인 실시예들에서, DES 디바이스들은 원격통신 셸터들, 라디오 장비 룸들, 컴퓨터 서버 룸들, 상업 용지들, 제도 및 교육 캠퍼스들, 업스트림 및 다운스트림 오일 및 가스 굴착 현장들 및 정제 공장들, 전기 자동차 충전소들, 도시 발전소들, 청사들, 전기 시설들 등 내에 위치된다.
EAPR 및 DES 간의 링크는 바람직하게 보안적이다. APC 코드들이 이메일 메시지와 같은 SMTP를 통해, NNTP(telnet)를 통해, SMS(text) 또는 MMS(multimedia)를 통해, (웹서비스와 같이) SOAP를 경유한 HTTP를 통해, 기타 등등을 통해서를 포함하는 (이에 제한되지는 않음) 임의의 IP-기반 또는 다른 전송 계층 프로토콜을 통해 전송될 수 있다. DES로 전송된 APC들은 바람직하게는 AT(Attention) 명령들이고, 이로써 아날로그 형태로 전송될 수 있다. DES로 전송된 명령은 "시간"인 것으로 이해될 수 있는 값이다. 바람직하게, 그 값은 EAPR이 DES와 핸드세이크하는 때마다 업데이팅된다.
DES 기능은 기존의 SCADA-컴플라이언트 또는 다른 타입의 전기 디바이스 또는 어플라이언스에 포함될 수 있다. DES가 독립형 디바이스로서 구현될 필요는 없고, 오히려, 하나 이상의 설명된 기능들이 소프트웨어 또는 다른 구성에 의해 기존의 전기 디바이스/어플라이언스에 추가될 수 있다. 이러한 해결방법에서, 시스템 제공자는 EAPR 기능(예컨대, 클라우드-기반 서비스로서)를 제공하고, 설명된 액세스 포인트 기능 및 동작들을 제공하도록 구성된 디바이스들/어플라이언스들에 접속한다. 이러한 해결방법은 제어 포인트(들)에서 기존의 하드웨어를 이용할 때 턴키 솔루션을 구현하는 비용을 감소시킨다.
개시된 요지에 의해 제공되는 요구된 변조는 설명된 EAPR/DES 기능의 임의의 물리적인 어레인지먼트에 구현될 수 있다.
본 명세서에 설명된 바와 같이 얼랑 확률 분포(Erlang probability distribution)의 사용은 개시된 청구 대상을 제한시키는 것으로 의도되지 않는다. 얼랑 확률 분포는 감마 분포(Gamma distribution)의 특정 경우이고, 그리고 임의의 그런 분포는 또한 사용될 수 있다. 적용될 수 있는 다른 확률 분포들은 포와송(poisson) 분포, 파레토(pareto) 분포, 및 베르누이(Bernoulli) 처리 분포, 및 엥셋(Engset) 계산을 포함한다.
설명된 바와 같은 시스템 컴포넌트들은 대표 실시예이다. 모든 그런 컴포넌트들이 포함되거나, 도시된 바와 같이 식별된 범위들이 존재하는 것이 요구되지 않는다. 다수의 컴포넌트들 중 하나는 설명된 청구 대상의 범위로부터 벗어남이 없이 경우에 따라, 시스템 또는 다른 엔티티들과 조합되거나 연관될 수 있다. 컴포넌트들이 동일한 데이터 센터 내에 위치되는 것이 요구되지 않는다. EAPR 또는 DES는 필요할 때 컴퓨팅 기계 및 연관된 전자 어플라이언스들 및/또는 기계적 디바이스들을 포함한다. 설명된 기능들은 머신들, 디바이스들, 프로그램들, 제어기들, 스위치들, 프로세스들, 실행 스레드들, 등등에 의해 구현될 수 있다.
상기는 본 발명의 특정 실시예들에 의해 수행된 동작들의 특정 순서를 기술하지만, 대안적인 실시예들이 상이한 순서로 상기 동작들을 수행할 수 있거나, 특정 동작들을 조합할 수 있거나, 특정 동작들을 오버랩할 수 있거나, 등등이 가능할 수 있기 때문에, 상기 순서가 예시적임이 이해되어야 한다. 주어진 실시예에 대한 명세서에서의 참조들은 설명된 실시예가 특정 피처, 구조, 또는 특징을 포함할 수 있다는 것을 가리키지만, 모든 각각의 실시예가 반드시 상기 특정 피처, 구조, 또는 특징을 포함할 수 없다.
본 명세서의 청구 대상은 완전히 하드웨어 실시예, 완전히 소프트웨어 실시예, 또는 하드웨어와 소프트웨어 둘 다를 포함하는 실시예의 형태를 취할 수 있다. 일 실시예에서, 기능성은 하나 또는 그 초과의 서버 머신들에서 실행되는 소프트웨어로 구현된다. 개시된 시스템(또는 상기 시스템의 일부들)은 컴퓨터 또는 임의의 명령 실행 시스템에 의해 또는 상기 컴퓨터 또는 상기 임의의 명령 실행 시스템과 관련하여 사용하기 위한 프로그램 코드를 제공하는 컴퓨터-이용가능 또는 컴퓨터-판독가능 매체로부터 액세스 가능한 컴퓨터 프로그램 물건의 형태를 취할 수 있다. 컴퓨터-이용가능 또는 컴퓨터 판독가능 매체는 명령 실행 시스템, 장치, 또는 디바이스에 의해 또는 상기 명령 실행 시스템, 장치, 또는 디바이스와 관련하여 사용하기 위한 프로그램을 저장할 수 있는 임의의 디바이스 또는 장치일 수 있다. 매체는 전자, 자기, 광학 등등일 있다. 컴퓨터-판독가능 매체의 예들은 반도체 또는 고체 상태 메모리, 자기 타입, 제거가능 컴퓨터 디스켓, 랜덤 액세스 메모리(RAM), 판독-전용 메모리(ROM), 견고한 자기 디스크 및 광학 디스크를 포함한다. 광학 디스크들의 현재 예들은 컴팩트 디스크-판독 전용 메모리(CD-ROM), 컴팩트 디스크-판독/기록(CD-R/W) 및 DVD를 포함한다.
시스템의 주어진 컴포넌트들이 개별적으로 기술되었지만, 당업자는 기능들의 일부가 주어진 명령들, 프로그램 시퀀스들, 코드 부분들, 등등에서 조합되거나 공유될 수 있다는 것을 인식할 것이다.
본 발명을 기술하였고, 현재 우리가 청구하는 바는 다음과 같다.

Claims (28)

  1. 장치로서,
    적어도 하나의 하드웨어 프로세서; 및
    한 세트의 전기 전력 액세스 포인트들에 의해 공유되는 전력 공급부(power supply)에 대한 큐잉 액세스(queuing access)의 방법을 제공하기 위해, 상기 하드웨어 프로세서에 의해 실행되는 컴퓨터 프로그램 명령들을 보유하는(holding) 컴퓨터 메모리
    를 포함하며, 상기 방법은,
    각각의 액세스 포인트에 대해, 온 상태(on state)에 있는 상기 액세스 포인트와 연관된 전력 드로우 값(power draw value)을 식별하는 단계 ―상기 전력 드로우 값은 부하 지속 곡선(load duration curve)과 연관됨―;
    확률 분포 함수(probability distribution function)를 생성하기 위해 상기 액세스 포인트들에 대한 한 세트의 동작 상태들에 대해 상기 부하 지속 곡선을 정규화(normalizing)하는 단계 ―상기 확률 분포 함수는 다수의 동작 상태들에 상응하는 한 세트의 확률 임계치들을 가지며, 상기 확률 임계치들은 상기 전력 공급부에 대한 액세스가 큐잉되어야 하는 특정 서비스 등급(GoS)을 나타내는 적어도 하나의 임계치를 포함함―; 및
    동작 상태에서의 제 1 변화에 응답하여 상기 서비스 등급을 나타내는 임계치가 충족될 때, 상기 전력 공급부에 대한 액세스를 큐잉하는 단계
    를 포함하는, 장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 확률 분포 함수는 변환된 얼랑(transformed Erlang) C 확률 분포인, 장치.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 변환된 얼랑 C 확률 분포 함수는 상기 특정 서비스 등급에 대한 총 전력 수요(total power demand)와 연관하여 부하 지속 곡선을 모델링하는, 장치.
  4. 제 1 항에 있어서,
    적어도 제 1 및 제 2 액세스 포인트들은 독립적 전력 드로우들을 갖는, 장치.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 제 1 및 제 2 액세스 포인트들은 서로 지리학적으로(geographically) 분포되는, 장치.
  6. 제 1 항에 있어서,
    하나 또는 그 초과의 어플라이언스들(appliances)은 특정 액세스 포인트와 연관되는, 장치.
  7. 제 1 항에 있어서,
    상기 전력 공급부에 대한 액세스를 큐잉하는 단계는, 특정 액세스 포인트와 연관된 어플라이언스의 턴-온을 조절하는, 장치.
  8. 제 7 항에 있어서,
    상기 턴-온은 상기 특정 액세스 포인트에 액세스 우선순위 코드(access priority code)를 제공함으로써 조절되며, 상기 액세스 우선순위 코드는 상기 특정 액세스 포인트를 포함하는 상기 액세스 포인트들에 제공되는 한 세트의 액세스 우선순위 코드들(APC들)의 멤버이며, 상기 세트의 액세스 우선순위 코드들은 상기 전력 공급부로부터의 전력 드로우 충돌들 및 액세스 포인트 큐잉 시간을 최소화하기 위해 상기 액세스 포인트들의 상대적 큐잉 순서를 정의하는, 장치.
  9. 제 1 항에 있어서,
    상기 방법은, 동작 상태에서의 제 2 변화에 응답하여 상기 서비스 등급을 나타내는 임계치가 충족되어 중단될 때, 상기 전력 공급부에 대한 액세스를 디큐잉(dequeuing)하는 단계를 더 포함하는, 장치.
  10. 제 1 항에 있어서,
    상기 확률 분호 함수는 연속적으로 재생성되는, 장치.
  11. 제 1 항에 있어서,
    상기 방법은 하나 또는 그 초과의 참여 엔티티들을 대신하여(on behalf of) 서비스로서 구현되는, 장치.
  12. 전력 수요 관리 시스템으로서,
    한 세트의 스위치들 ―상기 세트의 스위치들의 각각의 스위치는 전기 전력 액세스 포인트와 연관되며, 상기 전기 전력 액세스 포인트는 전력 공급부에 공유된 액세스를 제공하는 한 세트의 전기 전력 액세스 포인트들 중 하나임―; 및
    전력 라우터
    를 포함하며, 상기 전력 라우터는,
    각각의 액세스 포인트에 대해, 온 상태에 있는 상기 액세스 포인트와 연관된 전력 드로우 값을 식별하며 ―상기 전력 드로우 값은 부하 지속 곡선과 연관됨―;
    확률 분포 함수를 생성하도록 상기 액세스 포인트들에 대한 한 세트의 동작 상태들에 대해 상기 부하 지속 곡선들을 정규화하며 ―상기 확률 분포 함수는 다수의 동작 상태들에 상응하는 한 세트의 확률 임계치들을 가지며, 상기 확률 임계치들은 상기 전력 공급부에 대한 액세스가 큐잉되어야 하는 특정 서비스 등급(GoS)을 나타내는 적어도 하나의 임계치를 포함함―; 그리고
    동작 상태에서의 제 1 변화에 응답하여, 상기 서비스 등급을 나타내는 임계치가 충족될 때 상기 전력 공급부에 대한 액세스를 큐잉하도록
    구성되는 하드웨어 엘리먼트 동작 소프트웨어를 포함하는, 전력 수요 관리 시스템.
  13. 제 12 항에 있어서,
    상기 확률 분포 함수는 변환된 얼랑 C 확률 분포인, 전력 수요 관리 시스템.
  14. 제 13 항에 있어서,
    상기 변환된 얼랑 C 확률 분포 함수는 상기 특정 서비스 등급에 대한 총 전력 수요(total power demand)와 연관하여 부하 지속 곡선을 모델링하는, 전력 수요 관리 시스템.
  15. 제 12 항에 있어서,
    적어도 제 1 및 제 2 액세스 포인트들은 독립적 전력 드로우들을 갖는, 전력 수요 관리 시스템.
  16. 제 12 항에 있어서,
    하나 또는 그 초과의 어플라이언스들(appliances)은 특정 액세스 포인트에서 스위치와 연관되는, 전력 수요 관리 시스템.
  17. 제 12 항에 있어서,
    상기 전력 라우터는 상기 스위치와 연관된 어플라이언스의 턴-온을 조절하기 위해 특정 액세스 포인트에서 스위치를 제어함으로써 상기 전력 공급부에 대한 액세스를 큐잉하는, 전력 수요 관리 시스템.
  18. 제 17 항에 있어서,
    상기 턴-온은 액세스 우선순위 코드를 갖는 상기 특정 액세스 포인트에서 상기 스위치를 제공하는 상기 전력 라우터에 의해 조절되며, 상기 액세스 우선순위 코드는 상기 특정 액세스 포인트에서 상기 스위치를 포함하는 상기 세트의 스위치들에 제공되는 한 세트의 액세스 우선순위 코드들(APC들)의 멤버이며, 상기 세트의 액세스 우선순위 코드들은 상기 전력 공급부로부터의 전력 드로우 충돌들 및 각각의 액세스 포인트 큐잉 시간을 최소화하기 위해 상기 세트의 스위치들의 상대적 큐잉 순서를 정의하는, 전력 수요 관리 시스템.
  19. 제 18 항에 있어서,
    액세스 우선순위 코드(APC)는 상기 액세스 포인트에 위치되는 상기 스위치와 연관된 적어도 하나의 전기 어플라이언스와 연관되는 최종-사용자 서비스 요구조건의 함수인, 전력 수요 관리 시스템.
  20. 제 12 항에 있어서,
    상기 전력 라우터는, 동작 상태에서의 제 2 변화에 응답하여 상기 서비스 등급을 나타내는 임계치가 충족되어 중단될 때, 상기 전력 공급부에 대한 액세스를 디큐잉하는, 전력 수요 관리 시스템.
  21. 제 12 항에 있어서,
    스위치는 SCADA-컴플라이언트(compliant) 디바이스와 연관되는, 전력 수요 관리 시스템.
  22. 제 12 항에 있어서,
    상기 전력 라우터는 상기 확률 분포 함수를 연속적으로 재생성하는, 전력 수요 관리 시스템.
  23. 전기 액세스 포인트와 연관된 장치로서,
    상기 전기 액세스 포인트는 전력 공급부를 공유하는 한 세트의 분산된 액세스 포인트들 중 하나이며, 상기 장치는,
    적어도 하나의 하드웨어 프로세서; 및
    방법을 제공하기 위해, 상기 하드웨어 프로세서에 의해 실행되는 컴퓨터 프로그램 명령들을 홀딩하는 컴퓨터 메모리
    를 포함하며, 상기 방법은,
    상기 액세스 포인트와 연관된 전력 드로우를 식별하는 데이터를 제공하는 단계;
    상기 액세스 포인트에 대한 액세스 우선순위 코드(APC)를 주기적으로 수신하는 단계 ―상기 APC는 상기 전력 공급부로부터의 전력 드로우 충돌들 및 각각의 액세스 포인트 큐잉 시간을 최소화하기 위해, 상기 액세스 포인트들의 상대적 큐잉 순서를 정의하기 위해 상기 세트의 액세스 포인트들에 주기적으로 리턴되는 한 세트의 액세스 우선순위 코드들 중 하나이며, 상기 세트의 액세스 우선순위 코드들은 상기 전력 공급부에 대한 액세스가 큐잉되어야하는 또는 디큐잉되어야 하는 서비스 등급(들)(GoS)을 나타내는 한 세트의 하나 또는 그 초과의 확률 임계치들을 가짐―; 및
    상기 APC에 따라 상기 전력 공급부에 대한 액세스를 인에이블하는 단계
    를 포함하는, 전기 액세스 포인트와 연관된 장치.
  24. 제 23 항에 있어서,
    하나 또는 그 초과의 전기 디바이스들은 상기 액세스 포인트와 연관되는, 전기 액세스 포인트와 연관된 장치.
  25. 제 24 항에 있어서,
    상기 하나 또는 그 초과의 전기 디바이스들은 SCADA-컴플라이언트 디바이스를 포함하는, 전기 액세스 포인트와 연관된 장치.
  26. 제 24 항에 있어서,
    상기 하나 또는 그 초과의 전기 디바이스들은 사이클링 전기 어플라이언스의 전기적 동작들을 조절하는 제어 디바이스를 포함하는, 전기 액세스 포인트와 연관된 장치.
  27. 제 23 항에 있어서,
    상기 확률 분포 함수는 변환된 얼랑(transformed Erlang) C 확률 분포인, 전기 액세스 포인트와 연관된 장치.
  28. 제 23 항에 있어서,
    상기 APC는 상기 액세스 포인트와 연관된 어플라이언스의 턴-온에 대한 상대적 큐잉 순서를 설정하는, 전기 액세스 포인트와 연관된 장치.

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