KR20150040894A - 전력 그리드에 대한 시스템, 방법 및 장치와 그리드 엘리먼트들의 네트워크 관리 - Google Patents

전력 그리드에 대한 시스템, 방법 및 장치와 그리드 엘리먼트들의 네트워크 관리 Download PDF

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KR20150040894A
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조셉 더블유. 주니어 포베스
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커샘 에너지 인코포레이티드
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Abstract

본 발명은 액티브 그리드 엘리먼트들의 네트워크 등록 및 관리와 전력 그리드에 대한 시스템들, 방법들 및 장치에 관한 것이다. 그리드 엘리먼트들은 IP-기반 통신 네트워크 라우터와 함께 또는 이 라우터를 제외하고 바람직하게 그리드 엘리먼트들과 코디네이터 간의 네트워크-기반 통신을 통해 시스템에 각각의 그리드 엘리먼트의 초기 등록 이후에 액티브 그리드 엘리먼트들로 변환된다. 다수의 액티브 그리드 엘리먼트들은 공급 용량, 공급 및/또는 로드 단축을 위한, 예를들어 공급 또는 용량을 위한 그리드로 기능을 한다. 또한, 바람직하게, 그리드 엘리먼트들, 에너지 관리 시스템(EMS) 및 유틸리티들, 마켓 참여자들 및/또는 그리드 오퍼레이터들과 통신하기 위한 IP 메시징을 사용하여 네트워크를 통해 코디네이터에 의해 메시징이 관리된다.

Description

전력 그리드에 대한 시스템, 방법 및 장치와 그리드 엘리먼트들의 네트워크 관리{SYSTEM, METHOD, AND APPARATUS FOR ELECTRIC POWER GRID AND NETWORK MANAGEMENT OF GRID ELEMENTS}
본 출원은 2012년 7월 31일에 출원된 미국 출원번호 제13/563,535호의 계속출원이며, 이 출원은 그 전체가 인용에 의해 본원에 포함된다.
본 발명은 일반적으로 전력 관리 시스템의 분야, 및 보다 구체적으로 그리드 엘리먼트의 전력 그리드 및 네트워크 등록 및 관리에 대한 시스템들, 방법들 및 장치 실시예들에 관한 것이다.
일반적으로, 전력 그리드에 대한 전력 관리 시스템들은 공지되어 있다. 그러나, 대부분의 종래 기술 시스템들 및 방법들은 최종 고객들에게 전송되는 경우 고전압 전력 벌크 전력을 배전 시스템들에 전송하기 위하여 정상 그리드 과니, 매크로(큰) 발전 서브시스템들, 송신 서브시스템들에 적용한다. 전력 로드 곡선들을 제어하기 위한 종래 기술은 그리드로부터 미리 결정된 서비스 포인트들로 공급된 전력을 정지시키거나 감소시키기 위하여 사용된 서브시스템들을 관리하는 것을 제어하는 로드 삭감을 포함한다. 게다가 매크로-발전 및 글로벌 기반 발전으로부터 가스 기반 발전으로의 전환의 진보들은 그리드로의 공급의 유도를 관리하기 위하여 새로운 (큰) 가스 점화 터빈들 및 그의 연관된 서브시스템들을 유도하였지만, 특히 보다 작은 배전 공급원들 또는 방법들 또는 기술들에 동작할 수 없고, 그리드에 대한 새로운 엘리먼트들을 도입하며, 여기서 이들 엘리먼트들은 에너지 관리 시스템(EMS) 및/또는 그리드 관리 권한에 대한 필요들 및/또는 요건들을 충족하기 위한 전체 전기 그리드 시스템내에서 직접적으로 식별, 추적, 및 관리된다.
특히, 관련 종래 기술은 대규모 에너지 공급의 관리 및 전력 시스템에서 전기의 송신, 배전 및 소비와 연관된 기술들에 대해 공지되었다. 전력 그리드와 연관된 다양한 디바이스들과 연관된 정보를 수집, 전송, 저장, 및 분석하는 것은 또한 종래 기술에서 공지되었다.
예로서, 관련 종래 기술 문헌들은 다음을 포함한다:
"Power consuption measuring device and power control system"에 대해 Uenou 등에 의해 2005년 7월 5일 출원된 미국 특허 번호 7502698은 전력 소비를 측정하는 단상, 3-와이어 와트-시간 미터를 기술하고, 계약 용량을 변경하고, 전력 공급/배전의 정지/시작을 제어하고, 그리고 중앙 프로세싱 유닛, 저장 수단, 통신 수단, 및 인터페이스들을 포함하는 보다 높은 레벨 제어 장치로부터 프로그램들을 업데이트하고; 디바이스는 매 30분마다 전력 소비를 총합함으로써 전력 소비의 상세 거동을 측정하고(및 표준 시간을 클록킹하고 그 시간 내의 데이터를 수집하기 위한 클록킹 프로세스), 가스 누설 검출기 및 점화 알람과 인터록하고, 레인 도어(rain door)들을 개방/폐쇄하고 인터넷 홈 전기 기기들의 동작/정지를 제어하고, 동적 IP 어드레스 기반 통신을 통해 저비용 통신을 가능하게 한다.
"Power management coordinator system and interface"에 대한 Dunstan 등에 의한 1994년 7월 19일 출원된 미국 특허 번호 5560022는 다양한 소프트웨어 층들 및 포괄 컴포넌트들을 포함하는 컴퓨터 시스템 내의 전력 관리를 제어하기 위한 유연하고 균일한 프로토콜을 제공하는 전력 관리 시스템 및 인터페이스; 드웰(dwell) 및 감쇠 시간들이 디바이스에 의해 설정되도록 사용자가 모든 등록된 디바이스들에 통신되는 시스템에 대한 성능/경제 세팅을 정의하게 하는 프로그램 가능 전력 정책 관리자; 및 이벤트 통지 시퀀스를 유지하고 전력 이벤트들에 대한 시퀀스를 제어하는 프로그램 가능 이벤트 시퀀서; 시스템 엘리먼트들에 대한 요청에 기반하여 전력을 유지 및 할당하는 프로그램 가능 전력 버짓터(budgeter); 열적 고려들에 기초하여 에너지를 유지 및 할당하는 프로그램 가능 열적 버지터; 및 어드레스 및 데이터 정보를 통신하기 위한 버스, 명령들을 실행하고 데이터를 프로세싱하기 위한 버스에 결합된 중앙프로세서, 및 균일한 전력 관리 프로토콜 하에서 컴퓨터 시스템 내의 시스템 디바이스들과 전력 관리 정보의 통신을 위한 전력 관리 코어를 포함하는 전력 관리 조정기를 포함하는 컴퓨터 시스템을 설명하고, 여기서 특정 디바이스들은 전력 관리를 요구하는 포괄 디바이스들이고, 디바이스들 중 하나는 포괄 디바이스들의 전력 관리를 위한 프로그램 가능 드웰 시간 및 감쇠 시간 기간들을 제공하고, 여기서 전력 이벤트들은 전력 이벤트들에 관한 통신의 특정 시퀀스를 유지하기 위한 전력 이벤트 시퀀서를 포함하여, 클라이언트들에 의해 생성되고 전력 관리 코어들에 의해 전력 관리 클라이언트들로 브로드캐스트한다.
"Interconnected premises equpment for energy management"에 대한 Shankar 등에 의한 2006년 10월 10일 출원된 미국특허 번호 8095233은 로컬 디스플레이를 포함하는 복수의 인간 인터페이싱 및 자동 계획 제어를 사용하여, 실시간으로 에너지-소비 기기들의 직접적인 모니터링 및 제어를 용이하게 하고, 유선 및 무선 통신 네트워크들을 통해 상호 연결된 에너지 소비 기기들과 상호작용하는 하나 또는 그 초과의 통신 기기 인터페이스들 및 펑션(function)들의 중앙 조정을 제공하는 모니터링 및 제어 조정기를 설명하기 위한 시스템을 설명하고, 여기서 시스템은 사용자가, 모니터링 및 제어 조정기와 통신하는 구내 제어 통신 게이트웨이를 포함하여, 가열 및 공기 컨디셔닝 시스템들에 대한 구내의 에너지 소비를 조절하게 한다.
"Method and device for controlling electric consumers in a motor vehicle"에 대한 Bertram 등에 의한 2000년 8월 15일에 출원된 미국 특허 번호 6301528은 소비자들을 위해 제공된 제어 구조로 제안된 차량 내 전기 소비자들을 제어하기 위한 방법 및 어레인지먼트를 기술하고, 제어 구조는 개별적으로 또는 합들로서 소비자 전력에 관한 소비자들로부터의 요청들을 수신하는 적어도 높은-랭킹 소비자 관리를 포함하고; 제어 구조는 차량 전기 시스템 및 이에 대한 전력 생성을 위한, 그리고 소비자 관리로부터 요청된 소비자 전력의 합을 수신하기 위한 조정기를 포함하고; 차량 전기 시스템은 소비자들의 제어를 통해 생성된 전력을 취하는 차량 전기 시스템 컴포넌트들 및 소비자 관리에 대한 오더(order)들을 통해 요청된 전력을 조절한다.
"Method and apparatus for routing data streams among intelligent electronic devices"에 대한 Foderoel 등에 의한 2006년 9월 19일 출원된 미국 특허 공개 번호 20070067132는 전력 시스템의 라인들의 보호, 모니터링, 제어, 미터링, 또는 자동화를 위한 지능형 전자 디바이스(IED)를 개시하고, 여기서 IED는 다른 IED들 중 하나와 통신을 허용하도록 구성된 통신 구성 세팅을 포함하고; 그리고 통신 구성 세팅과 통신하는 입력 엘리먼트들 더 포함하여, 다양한 다른 IED들과 통신되게 적응되고, 그 결과 입력 엘리먼트로부터의 신호는 다른 IED들과 통신을 허용하는, 그 내부의 특정 통신 구성 세팅을 선택한다. 또한, 전력 시스템과 연관된 IED들 사이의 데이터 스트림들을 라우팅하기 위한 데이터 스트림 관리 디바이스를 포함하고, 여기서 데이터 시스템들은 실질적으로 전송 및 수신 형태들로부터 변경되지 않고, 그리고 데이터 스트림 관리와 연관되고 다른 IED들과 통신하도록 적응된 IED를 포함하고, 여기서 입력 엘리먼트의 어써션(assertion)은 특정 통신 세팅을 선택한다.
"Electrical power system control communications network"에 대한 Bantinget 등에 의한 2006년 10월 26일 출원된 미국 특허 번호 7609158은 전력 배전 시스템에 대한 통신 네트워크를 설명하고, 네트워크는 전기 회로들의 네트워크에 대한 모니터링 신호들 및 제어 신호들을 통신하고, 네트워크는 송전 또는 배전 시스템들의 동작 조건을 검출하도록 구성된 센서 디바이스를 가진 센서 노드, 센서 디바이스에 대응하고, 송전/배전의 검출된 동작조건에 대응하는 제 1 무선 신호를 송신하도록 구성된 센서 통신 노드, 센서 통신 노드로부터 별개로 제공되고, 제 1 무선 신호를 수신 및 제 1 무선 신호에 대응하는 제 2 무선 신호를 전송하도록 구성된 제어 통신 노드, 제어 통신 노드와 통신하고 제 2 무선 신호를 수신하는 게이트웨이 디바이스를 포함하고, 여기서 감지된 전기 신호들은 브로드캐스된다.
"Wide area, real time monitoring and visualization system"에 대한 Budhraja 등에 의한 2007년 6월 15일 출원된 미국 특허 번호 8060259는 그리드 부분들이 제어 영역들을 가지는 것을 포함하여, 전력 그리드를 모니터링하고, 그리고 신뢰성 매트릭(metric)들, 발전 매트릭들, 송신 매트릭들, 공급자 매트릭들, 그리드 인프라구조 보안 매트릭들, 및 전력 그리드에 대한 마켓 매트릭들의 모니터링을 위한 실시간 성능 모니터링 시스템을 설명하고, 여기서 매트릭들은 데이터베이스에 저장되고, 매트릭들의 시각화는 모니터를 가진 컴퓨터상에 디스플레이된다. 또한 "Real-time performance monitoring and management syste"에 대한 Budhraja 등에 의한 2007년 6월 15일 출원된 미국 공개번호 20100100250을 참조하라.
"Approach for Controlling Electric Power"에 대한 Banister 등에 의한 2007년 11월 7일 출원된 미국 특허 공개 번호 20090119039는 복수의 게이팅된 전력 리셉터클들(receptacles) ― 이들 각각은 무선 신호를 수신하는 것에 응답하여 전력을 선택적으로 제공하도록 구성됨 ―을 포함하고, 그리고 리셉터클들 중 하나에 전력을 제공하기 위한 요청을 수신하도록 구성된 서비스 애플리케이션을 더 포함하는 전력 미터링 시스템을 설명하고, 요청은 전력이 요청되는 리셉터클을 표기하는 식별자를 포함한다. 컴퓨팅 디바이스 상에서 실행 가능한 로컬 호스트 애플리케이션은 식별자를 포함하는 서비스 애플리케이션으로부터 통신을 수신하는 것에 응답하여 전력을 제공할 리셉터클로 조정기 모듈을 통해 무선 신호들을 전송하도록 구성된다.
그리드에 에너지 공급을 관리하는 영역에서, 또한 임의의 공급량, 심지어 마이크로-스케일 공급이 풀 스케일(full scale) 유틸리티들 또는 매크로-발전 공급에 적용가능한 표준들을 준수해야 하는 요건들로 인해 세부 어태치먼트 모델링이 요구되고, 이런 준수는 곤란하거나 또는 비용이 많이 든다. 그러나, 본 발명의 분야에서 전력 그리드들 관리에 관련된 관련 종래 기술 문헌들이 있다.
예로서, 이하의 미국 특허 및 미국 특허 출원 공보들을 고려한다:
"Power management coordinator system and interface"에 대한 Dunstand 등에 의한 1994년 7월 19일 출원된 미국 특허 번호 5560022.
"Method and device for controlling electric consumers in a motor vehicle"에 대한 Bertam 등에 의한 2000년 8월 15일 출원된 미국특허 번호 6301528.
"Power consumption measuring device and power control system"에 대한 Uenou 등에 의한 2005년 7월 5일 출원된 미국 특허 번호 7502698.
"Interconnected premises equipmet for energy management"에 대한 Shankar 등에 의한 2006년 10월 10일 출원된 미국 특허 번호 8095232.
"Method and apparatus for routing data streams among intelligent electronic devices"에 대한 Tziouvaras 등에 의한 2006년 9월 19일 출원된 미국 특허 출원 번호 20070067132.
Bridge 등에 의해 2007년 8월 9일에 출원되고, "Connection locator in a power aggregation system for distributed electric resources"라는 명칭을 가진 미국특허출원 공개번호 제20080040479호는 전기차와 같은 전기 디바이스의 물리적 위치를 획득하고 물리적 위치를 전기 네트워크 위치로 변환하는 단계 및 물리적 위치에서 디바이스와 연관된 고유 식별자를 추가로 수신하는 단계를 포함하는 방법을 개시한다. 또한 WIPO 공개 WO200807477 및 미국특허 공개 번호들 20110025556, 20090043519, 20090200988, 20090063680, 20080040296, 20080040223, 20080039979, 20080040295 및 20080052145를 또한 참조하라.
발명자 Williams에 의해 2010년 12월 22일에 출원되고, "Distributed energy sources system"라는 명칭을 가진 국제 특허 출원 번호 WO2011079235는 소비자 디바이스들 및 전기 유틸리티들과 통신하는 분산형 에너지 소스들(예를들어, 풍력 터빈)을 포함하는 에너지 관리 시스템을 설명하며, 여기서 CPU는 분산형 에너지 소스와 통신하고 분산형 에너지 소스에 의해 생성된 에너지의 흐름을 제어하도록 동작가능하다.
발명자 Cherian 등에 의해 5월 2일에 출원되고, "Dynamic distributed power grid control system"라는 명칭을 가진 국제 특허 출원 번호 제WO2012015508호는 분산형 전력 그리드의 제어 입력들을 발생하여 동적으로 수정하기 위하여 분산형 에너지 자원(DER)들의 동작 제어와 직접 인터페이싱하도록 동작하는 시뮬레이션 모듈을 포함하는 분산형 전력 그리드에 대한 제어 시스템을 설명하며, 분산형 제어 모듈은 분권 및 분산 시뮬레이션을 수행함으로써 제어 방법을 결정하기 위하여 DER의 제어 응답 특징들을 시뮬레이팅할 수 있다. 제WO201200879호 및 제WO2012015507호 및 미국특허 출원번호 제20110106321호, 제20120029720호 및 제20120029897호를 또한 참조하라.
발명자 Alatrash 등에 의해 2011년 10월 21일에 출원되고, "Method and system facilitating control strategy for power electronics interface of distributed generations resources"라는 명칭을 가진 국제 특허 출원 번호 제WO2012058114호는 분산 발전(DG) 유닛들에 대한 제어 전략을 구현하기 위한 방법 및 시스템을 개시하며, DG 유닛은 동기식 발전기와 유사하게 동작한다.
발명자들 Pollack 등에 의해 2007년 8월 9일에 출원되고 "User interface and user control in a power aggregation system for distributed electric resources"라는 명칭을 가진 미국특허번호 제7949435호는 전기 그리드에 연결되는 전기차와 같은 분산형 전력 자원의 사용자들 또는 소유자들에 대한 방법 및 오퍼레이터 인터페이스를 설명하며, 여기에서 사용자 또는 소유자는 사용자 인터페이스를 통해 전기 자원 전력 집성의 참여 정도를 제어하며, 방법 및 오퍼레이터 인터페이스는 전기 자원이 전력 그리드로부터 분리될 때까지 에너지 가격 선호도, 차량 충전 상태 및 예측된 시간량을 더 포함한다. 미국 특허 출원 공개번호 제20090043520호 및 제20080039989호를 또한 참조하라.
발명자 Unetich에 의해 2011년 3월 26일에 출원되고, "Prediction, communication and control system for distributed power generation and usage"라는 명칭을 가진 미국 특허 출원 공개번호 제20110282511호는 장래 시간에 전기 서비스의 가격과 관련된 사용자 신뢰적이며 예측가능 정보를 획득하고 해석하여 통신하기 위한 장치를 설명한다
발명자들 Pollack 등에 의해 2007년 8월 9일에 출원되고, "Scheduling and control in a power aggregation system for distributed electric resources"라는 명칭을 가진 미국특허 번호 제7844370는 전력 그리드의 요구들에 적합하도록 다수의 자원들에 걸쳐 흐름들을 집성하면서, 전기차들과 같은 전력 그리드에 간헐적으로 연결하는 다수의 개별 인터넷 연결들을 서버가 설정하는 전력 집성 시스템에 대한 시스템들 및 방법들을 설명하며, 서비스는 각각의 자원 및 각각의 자원 소유자들에 대한 요구를 적합하게 하기 위하여 전력 흐름들을 최적화하며, 상기 방법은 개별 전기 자원들의 제약들을 시스템내에 입력하는 단계를 더 포함하며, 이는 전력을 제공하여 그리드로부터의 전력을 포착하기 위하여 개별 전기 자원들을 시그널링한다.
발명자들 Kreiss 등에 의해 2009년 1월 7일에 출원되며, "System and method for providing power distribution system information"라는 명칭을 가진 미국 특허 출원 공개번호 제20090187284는 전력 그리드의 유틸리티 데이터를 프로세싱하기 위한 컴퓨터 프로그램 제품을 설명하며, 컴퓨터 프로그램 제품은 복수의 자동 미터들로부터의 전력 사용량 데이터를 프로세싱하도록 구성된 자동 미터 애플리케이션, 정전의 위치를 식별하도록 구성된 정전 애플리케이션, 및 전력 복원의 위치를 식별하도록 구성된 전력 복원 애플리케이션을 포함하는 유틸리티 데이터 애플리케이션들을 저장하는 물리 데이터베이스들로 구성된 데이터마트를 포함한다. 미국 특허 공개 번호 20110270550, 20110270457, 및 20110270454를 또한 참조하라.
고부하 상태들 동안 기본 부하 전력, 중간 전력 및 피크 전력을 생성하는데 있어서의 증가된 비용과, 화석 연료 전기 발전의 사용으로 인한 탄소 배출 영향에 대한 증가된 의식의 결합은 전기 유틸리티들에 의해 추가 발전용량을 구축하거나 또는 유틸리티들을 생성하거나 또는 유틸리티들 또는 임의의 그리드 오퍼레이터 또는 마켓 참여자를 분배하기 위한 필요성을 연기하거나 또는 일부 경우들에서 제거하기 위한 메커니즘으로서 새로운 전력 기술들을 활용하는 대안 솔루션들에 대한 필요성을 증가시켰으며, 이의 주요 기능은 개별 소비자들에게 전기의 생산, 분배, 운영 및 판매를 용이하게 하는 것이다. 기존 전기 유틸리티들은 전기 그리드 생산 및 전기 그리드내로의 통합이 문제가 되는 재생가능 에너지 소스들 또는 분배 에너지 자원들과 같은 새로운 발전 소스들을 통합할 필요성을 처리하면서 화석 기반 또는 초대규모 발전을 구성하기 위한 필요성을 연기시키거나 또는 제거하기 위한 방법들이 요구되고 있다.
오늘날, 수요 반응 부하 관리 프로그램들, 즉 전기 유틸리티 그리드에 "네가와트", 공급 및 그리드 안정성을 적용하기 위한, 매크로-발전 및 에너지 관리 및 제어를 위한 디스패치를 구현하기 위한 시스템들의 패치워크가 존재하며, 이에 의해, 다양한 주파수 대역들의 다양한 라디오 서브시스템들은 "단방향" 전송 전용 통신 방법을 활용하거나 또는 전기 고객들 또는 "스마트 미터들"을 예로서 포함하는 고객들의 부하 소모 디바이스 및 측정 계기들과의 양방향 통신하기 위한 가장 최근에 효율적으로 이용되는 복수의 독점 양방향 통신 방법들을 활용한다. 더욱이, 매크로 발전은 그리드 공급 요구들 또는 그리드 압력 및 고부하 조건들에 응답하여, 발전 에셋들을 "턴 온"시키기 위하여 에너지 관리 시스템들에 아날로그 텔레미터법들을 적용하거나 또는 일부 경우들에서 인간 오퍼레이터에게 물리 디스패치를 적용하는 T-1s와 같은 포인트-투-포인트 POTS(Plain old telephone service) 전용 저비트 레이트 모뎀들 또는 네일형 시분할 멀티플렉스(TDM) 회로들을 주로 활용하는 유틸리티들, 즉 독립 전력 생산자(IPP)들 또는 다른 마켓 참여자들로부터의 중앙집중 제어 센터들로부터 제어되고 디스패치된다. 피크 셰이빙을 위하여 사용되는 통상적인 수요 반응 기술들 하에서, 유틸리티들 또는 다른 마켓 참여자들은 고객의 에어 컨디셔너, 물 가열기 또는 풀 펌프들, 또는 다른 개별 부하 소모 디바이스들에 통상적으로 부착되는 라디오 주파수(RF)-제어 중계 스위치들을 설치한다. 블랭킷 커맨드가 특정 지리적 영역에 송신되며, 따라서 전송 스테이션(예를들어, 통상적으로 페이징 네트워크)의 범위 내의 모든 수신 유닛들은 전력 유틸리티의 선택시에 피크 시간들 동안 턴 오프된다. 피크 부하가 경과한 시간 기간 이후에, 제 2 블랭킷 커맨드는 턴 오프된 디바이스들을 턴 온시키기 위하여 송신된다. 이러한 "부하 시프팅"은 가끔 "2차 피크들"을 유발하는 바람직하지 않은 효과를 가지며, 일반적으로 채택을 위한 소비자 동기들을 필요로 한다.
동일한 개념들을 따르는 가장 최근의 개선들은 "오프" 또는 "컷"을 달성하기 위한 미리 결정된 세트 포인트들을 가지는 부하 제어 스위치들, 즉 프로그램가능 서모스탯들을 포함시키거나 또는 최종 디바이스의 상주 메모리내에 사전에 로드되는 커맨드를 동시에 감소시키도록 IEEE 802.15.4 또는 이의 파생물들 또는"ZigBee" 프로토콜 최종 디바이스들을 활용하는 복수의 메시 기반 비-표준 통신 프로토콜들을 활용하는 RF 네트워크들이다. 이들 네트워크들은 때때로 산업계에서 HAN(Home Area Network)들로서 지칭된다. 이들 기본적인 및 주로 독점 솔루션들에서, 프로그램가능 서모스탯(들) 또는 빌딩 제어 시스템(PCT)들은 HVAC의 세트 포인트를 이동시키거나(또는 다른 유도성 또는 저항성 디바이스에 영향을 미치거나) 또는 전기 그리드로부터 저항성 디바이스를 제거하여 이전에 설명된 동일한 "부하 시프팅" 효과를 달성한다. 이들 방법들의 모두는 자신들의 효과성을 측정하기 위한 통계적 추정치들 및 모델링을 필요로 하며 그리고 이에 의존하며, 개별 디바이스 또는 소비자가 수요 반응 이벤트를 준수하였다는 사후 징후를 제공하기 위하여 동일한 "스마트 미터들"을 통해 전송되는 이력 정보를 사용한다. 이들 방법들을 위하여 사용되는 프로토콜들은 복수의 프로토콜들 및 인터페이스들을 통해 PCT들, 스위칭 및 제어 시스템들의 다양한 OEM들 중에서 표준화를 시도할 것을 유틸리티들 및 이들의 소비자들에 제공하기 위하여 "Smart Energy Profiles Versions 1 & 2" 및 이의 파생물들 포함한다. 이들 방법들은 여전히 미완성이며, ERCOT(Energy Reliability Council of Texas) EILS(Emergency Interruptible Load Service)와 같은 프로그램들에 의해 입증된 "비상" 용량 프로그램들에 대한 제한된 프로그램들을 제외하고, 효과적인 운영 예비력들을 위하여 활용되는 자신들의 수요 반응 효과들을 가지는데 필요한 실시간, 측정, 검증, 저장 안정도 및 다른 속성들을 포함하지 않는다. 또한, 전기차들과 같은 모바일 저장 디바이스들의 효과적인 저장 안정도 및 제어를 위하여, 이들 초기 "스마트 그리드" 디바이스들은 FERC(Federal Energy Regulatory Commission), NERC(North American Electric Reliability Corp.) 또는 NIST(National Institute of Science & Technology) 스마트 그리드 로드맵과 같은 다른 표준 세팅 바디들의 요건들을 충족시킬 수 없다.
에너지 사용량을 신속하게 보고하기 위하여 텔레미터링이 사용된 반면에, 전력 소모, 탄소가스 배출, 이산화황(SO2) 가스 배출, 및/또는 이산화질소(NO2) 배출을 계산하고 그리고 양방향 포지티브 제어 부하 관리 디바이스의 제어 또는 이전에 설명된 부하 제어의 다른 조합들 하에서 특정 디바이스의 상태를 보고하기 위한 비용 효율적인 기술들이 아직 존재하지 않는다. 특히, 단방향 무선 통신 디바이스들은 기존의 전기 공급자 또는 배전 파트너 네트워크로부터, 가열, 통풍, 및 에어-컨디셔닝(HVAC) 유닛들, 물 가열기들, 풀 펌프들, 및 비활성화를 위해 유틸리티 또는 마켓 참여자에 의해 결정된 바와같이 적합한 라이팅 또는 임의의 유도성 또는 저항성 디바이스와 같은 전기 기기들을 비활성화시키기 위하여 활용되었다. 이들 디바이스들은 통상적으로 페이징 송신기 또는 송신기 디바이스로부터의 "온" 또는 "오프" 커맨드들을 수신하는 복수의 양방향 독점 라디오 주파수(RF) 기술들 또는 무선 페이징 수신기들 또는 FM 라디오 캐리어 데이터 변조의 조합으로 사용되었다. 부가적으로, 단방향 디바이스들은 통상적으로 지상 통신 중계선들을 통해 서빙 전기 공급자의 제어 센터에 연결되거나 또는 일부의 경우들에서 마이크로파 전송을 통해 페이징 송신기에 연결된다. 부하 관리 프로그램에 가입한 고객은 서빙 전기 공급자(유틸리티), 소매 전기 공급자 또는 임의의 다른 마켓 참여자가 자신들의 전기 기기들을 단방향 부하 제어 스위치에 연결하여 고에너지 사용 기간들 동안 그 기기들을 비활성화하도록 하기 위한 직접 지불제를 포함하는 할인 또는 임의의 다른 형태의 경제적 유인을 수신한다. 이러한 수요 반응 기술은 전기 부하 수요 곡선이 피크 기간으로부터 적은 발전 집약적 시간 간격으로 이동되는 "피크 시프팅"을 위하여 유틸리티들 또는 임의의 마켓 참여자에 의해 대부분 사용되고, 새로운 전력 플랜트들의 자본 이익률 또는 대응하는 PUC(Public Utility Commissions)에 의해 승인된 자신들의 전기 그리드들을 동작시키도록 효율적으로 사용되는 임의의 자본을 올리는 레이트-기반 유틸리티들에 의해 선호된다. 이들 방법들은 종래 기술이며, 일반적으로 에너지 보전이 측정되지 않는다. 많은 경우들에서, 2차 피크 기간들은 모든 저항성 및 유도성 디바이스들의 누적 효과들이 "오프" 상태로부터 동시에 해제될 때 발생하여 의도되지 않은 2차 피크 이벤트를 유발한다.
일방향 디바이스들이 일반적으로 산업 표준이고 구현하기에 비교적 덜 비싸지만, 수신기에 연결된 실제 디바이스들에 대한 정보의 부족과 결합된 수신기로부터의 리턴 경로의 부족은, 운영 예비력(operating reserve)들을 위하여 밸런싱 권한(balancing authority) 또는 독립적 시스템 오퍼레이터에게 제시하기 위한 측정 및 검증에 따르거나 시스템이 서빙 유틸리티(serving utility)에 영향을 주는 실제 로드 저감(load shed)을 측정하기에 매우 비효율적이고 매우 부정확하게 한다. 차동 전류 우위(draw)가 서빙 전기 유틸리티의 송신 라인들 및 전기 버스 또는 서브스테이션들 상에서 측정 가능하지만, 실제 로드 저감은 근사화되고 로드 유예(load deferral) 위치는 서빙 유틸리티의 제어 중심에서 근사화되거나 다른 통계적 방법들은 전기 유틸리티 그리드(electric utility grid)에 대한 개별 또는 누적 효과를 근사화하기 위해 고려된다. 상기 "양방향" 시스템들은 동시에 FERC 745 같은 FERC Orders들에 의해 지금 인식되는 발전 등가(generation equivalency)들을 형성하는 원격 측정 필요들을 실시간 및 거의 실시간으로 처리하는데 결함이 있고, 여기서 측정 가능하고, 검증 가능한 수요 응답 "네가와트(negawatt)들"은 실시간 또는 거의 실시간 로드 삭감으로서 정의되고 여기서 측정 및 검증은 그리드 동작들을 조정하는 FERC, NERC, 또는 이사회에 의해 제시된 그런 프로그램들 하에서 요구된 허용 오차들 내에서 제공될 수 있다. "어드밴스드 미터링 인프라구조(Advanced Metering Infrastructure)"로 보통 지칭되는 자신의 데이터 수집 세스템들과 결합하는 상기된 "스마트 미터(smart meter)들"은 일반적으로 수요, 주파수 변동들, 전압 지원을 충족하기 위하여 적당한 운영 예비력들의 부족 및 유틸리티 또는 그리드 오퍼레이터에 의해 식별되고 FERC, NERC, 또는 다른 가능한 조정부들에 의해 공개되고 관리되는 임의의 다른 그리드 안정화 필요들을 포함하는 높은 그리드 스트레스로 인해 삭감 이벤트들 또는 "제어 이벤트들"이 개시하기 위한 통지를 유틸리티 또는 그리드 오퍼레이터가 전송한 후 이력(HISTORICAL) 방식으로 미터들로부터 인터벌 데이터를 수집하고 이 정보를 유틸리티, 마켓 참여자 또는 그리드 오퍼레이터에게 리포트한다.
일 예시적 원격 계측 시스템은 미국 특허 번호 6,891,838에 개시된다. 이 특허는 주거용 디바이스들의 메시 통신 및 WAN들을 통해 컴퓨터로 이들 디바이스들의 리포팅 및 제어를 둘러싼 세목들을 설명한다. 이 특허에서 언급된 설계 목적은 "주거용 자동화 시스템들의 모니터링 및 제어"를 가능하게 하는 것이다. 이 특허는 전기의 감소를 가능하게 하기 위해 서빙 유틸리티 또는 고객이 능동적으로 디바이스들을 어떻게 제어하는지를 설명하지 않는다. 대조하여, 이 특허는 서빙 유틸리티의 전력 미터에 의해 디스플레이되고 있는 정보를 리포팅하기 위하여 사용될 수 있는 기술들(원격 계측 분야에서 많은 다른 종래 출원들에서 그러한 것처럼)을 개시한다.
부가적인 예시적인 원격 계측 시스템은 미국 출원 공개번호 2005/0240315 A1에 개시된다. 이 공개된 출원의 주 목적은 유틸리티 로드들을 제어하는 것이 아니고, 오히려 "고객 유틸리티 로드의 상태를 원격으로 모니터링 및 수립하기 위한 개선된 상호작용 시스템을 제공하는 것"이다. 이 공개물의 언급된 목적은 무선 기술을 이용함으로써 유틸리티 필드 직원이 필드 서비싱 미터들에서 소비해야 하는 시간 양을 감소시키는 것이다.
다른 종래 기술 시스템은 빌딩 또는 거주지 내의 디바이스들을 원격으로 턴 오프하거나 턴 온하기 위하여 사유 하드웨어의 사용을 상세히 설명하는 미국 특허 번호 6,633,823에 개시된다. 처음에 이 종래 기술이 일반적으로 전력 로드 제어를 관리하는데 있어 유틸리티들에 도움을 줄 시스템을 설명하지만, 종래 기술은 완전한 시스템을 구성 또는 구현하기 위해 필요한 고유 속성들을 포함하지 않는다. 특히, 이 특허는 보안, 제어된 디바이스의 로드 정확성, 및 고객 불만 및 서비스 취소 또는 동요 가능성을 감소시키는 지능형 알고리즘 내에서, 온도 세트 포인트들, 고객 선호 정보, 및 고객 오버라이드(override)들 같은 파라미터들을 고객이 사용하는 응용 가능 하드웨어가 어떻게 설정할 수 있는지를 개시하는 방법들의 영역들에서 결함이 있다.
일방향, 검증되지 않은 전력 로드 제어 관리 시스템들 및 포지티브 제어 검증 전력 로드 제어 관리 시스템들 사이의 갭을 타개하기 위한 시도들이 이루어졌었다. 그러나, 현재까지, 스마트 차단기들(breaker) 및 커맨드 릴레이 디바이스들 같은 기술들은 주로 높은 비용 진입점들, 고객 수요 부족, 및 그리드 오퍼레이터 또는 ISO의 측정, 원격 계측, 검증 요건들을 부합하기 위한 그들의 능력 또는 로드 제어 구현의 비용에 관련한 전력 생성 비용으로 인해 주거용 및 상업 환경들에서 사용하기 위해 고려되지 않았다. 게다가, 스마트 차단기, 로드 제어 디바이스, 커맨드 릴레이 디바이스들 또는 빌딩 제어 시스템들 내의 서브미터링(submetering) 기술은 종래 기술에서 존재하지 않았다.
하나의 그런 갭-타개 시도는 미국 특허 출원 공개 번호 2005/0065742 A1에 설명된다. 이 공개물은 IEEE 802 기반 무선 통신 링크들을 사용하는 원격 전력 관리를 위한 시스템 및 방법을 개시한다. 이 공개물에서 설명된 시스템은 온-프레미스 프로세서(OPP: on-premise processor), 호스트 프로세서, 및 최종 디바이스를 포함한다. 호스트 프로세서는 전력 관리 커맨드들을 OPP에 발행하고, 상기 OPP는 차례로 커맨드들을 그의 관리 하에서 최종 디바이스들에 릴레이한다. 개시된 OPP는 전력 관리 시스템에 일부 지능을 제공하지만, 전력 감소 이벤트 동안 자신의 제어 하에서 어느 최종 디바이스들을 턴-오프할지를 결정하지 못하고, 대신 호스트 디바이스에 의존하여 그런 결정을 하게 한다. 예를 들어, 전력 감소 이벤트 동안, 최종 디바이스는 턴 온 하도록 OPP로부터의 허용을 요청해야 한다. 요청은 진행 중인 전력 감소 이벤트의 파라미터들 측면에서 요청에 대한 결정을 위해 호스트 디바이스로 포워딩된다. 시스템은 또한 OPP에 의해 유틸리티 미터들의 주기적 판독 및 추후 호스트 디바이스로의 통신을 위해 OPP 내에 판독 데이터의 저장을 고려한다. OPP는 또한 OPP의 제어 하에서 OPP가 비활성화되는 로드의 무능력으로 인해 전력 감소 커맨드에 순응할 수 없을 것을 호스트 프로세서에게 표시할 지능을 포함할 수 있다. 그러나, 호스트 프로세서도 OPP도 특히 커맨드가 전력 관리 시스템의 관리 하에서 몇몇 유틸리티들 중 하나에 의해 발행될 때 전기 유틸리티로부터 전력 감소 커맨드를 만족시키기 위하여 어느 로드들을 제거할지를 결정하지 못한다. 게다가, 호스트 프로세서도 OPP도 유틸리티 및/또는 고객에 의한 미래 사용을 위하여 고객당 또는 유?리티 당 기초로 절약된 전력 및/또는 획득된 탄소 배출권들을 추적하거나 축적하지 못한다. 여전히 추가로, 이런 공개물의 시스템은 전력 관리 시스템에서 고객들의 참여에 기초한 고객들에 대한 보상 인센티브 프로그램이 없다. 여전히 추가로, 이 공개물에 설명된 시스템은 호스트 프로세서 및 OPP 사이, 및/또는 OPP 및 최종 디바이스 사이의 보안 통신들을 제공하지 못한다. 결과적으로 설명된 시스템은 상업적으로 실행 가능한 구현을 위해 필요할 수 있는 많은 피처(feature)들이 부족하다.
고객 프로파일들은 종종 다양한 이유들로 시스템들에 의해 사용된다. 하나의 이유는 고객 로열티를 증진하는 것이다. 이것은 고객에 대해서뿐 아니라, 또한 고객의 행동들에 관한 정보를 유지하는 것을 포함한다. 이것은 고객이 소유하는 것(즉, 어떤 디바이스들), 사용되는 방법, 사용될 때 등에 관한 정보를 포함할 수 있다. 이 데이터를 마이닝(mining)함으로써, 회사는 회사와 계속 비지니스하기 위한 인센티브를 이들 고객들에게 제공하는 고객들에 대한 보상들을 보다 효과적으로 선택할 수 있다. 이것은 종종 고객 관계 관리(CRM)으로서 설명된다.
고객 프로파일 데이터는 또한 물건이 어떻게 사용되는지에 관한 피드백을 얻기 위하여 유용하다. 소프트웨어 시스템들에서, 이것은 종종 테스팅에 대한 보조로서 또는 고객/사용자 경험을 개선하기 위하여 사용된다. 고객 프로파일을 갖는 배치된 시스템들은 고객 동작들 및 다른 데이터를 다시 개발 기구로 통신한다. 그 데이터는 고객의 경험을 이해하기 위하여 분석된다. 그 분석으로부터 학습된 교훈들은 배치된 시스템에 변형들을 만들기 위하여 사용되어, 개선된 시스템이 초래된다.
고객 프로파일 데이터는 또한 마켓팅 및 판매들에 사용될 수 있다. 예를 들어, 소매 비지니스는 고객들이 온라인에서 그리고 "소매 거래" 상점들 내에서 찾는 바를 포함하여, 고객에 관한 다양한 정보를 수집할 수 있다. 이 데이터는 고객 물건 선호도들 및 쇼핑 습관들을 식별할 노력을 하기 위하여 마이닝된다. 그런 데이터는 판매들을 돕고 마켓팅은 고객에게 가능한 관심의 물건들을 제시할 방법을 결정하여, 보다 큰 판매들을 초래한다.
그러나, 전력 유틸리티들, 소매 전기 제공자들 또는 최종 고객들(주거용 또는 상업용)에 소매 전기 상품을 판매하는 임의의 다른 마켓 참여자에 의한 고객 프로파일 정보의 수집은 전력이 어떻게 소비되는지에 관한 그로스 전기 소비 및 추정 정보의 고객 계정 정보로 제한되었지만 고객들이 그들 자신의 동작들을 취할 것을 요구한다. 전력 유틸리티들, RER들, 마켓 참여자들이 통상적으로 디바이스에 의한 에너지 소비의 패턴들을 포함하는 고객의 집 또는 비지니스 내부에서 무엇이 발생하는지에 관한 상세한 데이터를 수집할 수 없기 때문에, 광범위한 고객 프로파일들을 생성할 기회가 거의 없었다.
따라서, 종래 기술 시스템들, 방법들, 또는 디바이스들의 어느 것도, 전기 그리드에 부착된 그리드 엘리먼트들을 포함하여 전력 그리드 네트워크 네트워크에 걸쳐 에너지 관리 및 통신 네트워크들을 통한 메시징을 포함하는 네트워크 관리, 유틸리티들 및 마켓 참여자들에 대한 운영 예비력들을 생성하기 위하여 이들의 추가 관리 및 그리드 엘리먼트들을 포함하는 전력 관리에 대한 완전한 해결책들을 제공하지 못한다. 그러므로, 종래 기술의 단점들을 극복하기 위하여 개별 고객뿐 아니라 전기 유틸리티 및 임의의 다른 마켓 참여자에 대해 전력 절약들을 선택적으로 추적할 수 있는 능동적 전력 로드 관리를 위한 시스템 및 방법에 대한 필요가 존재한다.
본 발명은 전기 전력 그리드 및 그리드 엘리먼트들의 네트워크 등록 및 관리를 위한 시스템들, 방법들 및 장치 실시예들을 제공한다. 따라서, 그리드 엘리먼트들은 바람직하게는 그리드 엘리먼트들과 조정기 간의 네트워크-기반 통신을 통해서, 시스템을 통해 각 그리드 엘리먼트의 초기 등록에 후속하여 액티브 그리드 엘리먼트들로 변환된다. 또한, 바람직하게는, 에너지 관리 시스템(EMD)을 통해서 그리고 유틸리티들, 마켓 참가자들 및/또는 그리드 운영자들을 통해서, 그리드 엘리먼트들과의 통신을 위한 IP 메시징을 사용하여 조정기에 의해 네트워크를 통해서 메시징이 관리된다. 게다가, 본 발명에 따른 조정기는 그리드 엘리먼트들로부터 통신되는 정보를 수신하고, 인증하고, 그리드 엘리먼트들을 등록함으로써, 전기 전력 그리드 내의 미리 결정된 기능을 위해서 또는 초기 등록 이후에 그리드 엘리먼트로 그것의 의도된 기능을 다운로딩하기 위해서 동작가능한 액티브 그리드 엘리먼트들로 이들을 변환하도록 동작가능하다. 조정기는 데이터베이스와 데이터를 통신하고, 그리고 시스템, 그리드 안정화 정보, 운영 예비들, 용량, 합의 및 이들의 조합들 내에서 에너지 흐름들(이들로 제한되지는 않음)을 포함하는 전기 그리드 동작들(정규 또는 긴급)의 전체적인 평가들을 제공하기 위해 추가로 동작가능하다.
등록에 이어, 복수의 액티브 그리드 엘리먼트들은 제어, 레포팅, 상태, 그리드 동작들(정규 또는 긴급), 매크로 공급 용량/에너지의 임의의 소스, 복수의 방법들로부터의 분배된 에너지 자원들로서의 공급, 저장 디바이스들을 통한 공급/에너지, 및/또는 공급 또는 용량으로서의 로드 컷테일먼트를 위해 그리드에서 기능하고, 등록된 액티브 그리드 엘리먼트들과 그들의 대응하는 액티버티들 그리고 그러한 액티버티들과 연관된 정보는 전기 그리드, 컷테일 로드 소스들, 그리드의 동작에 사용되는 제어 액티브 또는 패시브 그리드 엘리먼트들, 또는 그것의 정규 또는 긴급 기능들을 위한 전기 그리드에 부착되는 임의의 다른 디바이스에 전기 공급을 전달하고, 전기 전력 그리드를 관리하는 규정들 및 표준들에 따라 추적되고 관리된다.
따라서, 본 발명의 일 양상은 전기 전력 그리드 네트워크 관리를 위한 시스템을 제공하기 위한 것이고, 그 시스템은 메모리와 동작가능하게 커플링된 프로세서 및/또는 서버와의 전기 연결 및 네트워크-기반 통신을 위해 구조 및 구성되는 적어도 하나의 그리드 엘리먼트를 포함하고, 그 그리드 엘리먼트는 네트워크, 바람직하게는 통신 네트워크를 통해 메모리와 동작가능하게 커플링되는 프로세서 및/또는 서버와의 초기 연결 이후에 적어도 하나의 액티브 그리드 엘리먼트로 변환되고, 등록은 바람직하게 자동 및/또는 자발적이다.
본 발명의 다른 양상은 스마트 전기 전력 그리드 통신을 위한 장치를 제공하기 위한 것이고, 그 장치는 전기 전력 그리드와 연관된 서버와의 전기 연결 및 네트워크-기반 통신을 위해 구조 및 구성되는 그리드 엘리먼트를 포함하고, 그 그리드 엘리먼트는 전기 전력 그리드와의 초기 연결 이후에 액티브 그리드 엘리먼트로 변환되고, 바람직하게는, 각각의 액티브 그리드 엘리먼트는 고유 식별자를 갖는다. 비제한적인 예로서, 그리드 엘리먼트들 중 적어도 하나는 전기 전력 그리드와 연관된 선택 로드 소비 디바이스(들)를 동작, 프로그래밍 및 업데이팅하는 제어 디바이스이다(제어 시스템들, 온도조절장치들, 제어기들, 디바이스를 제어하는 임의의 것, 스위치 기어, 제어 센터로부터 동작하는 큰 제어 시스템들, 또는 큰 제어 시스템으로의 인터페이스를 갖는 박스를 포함하지만 이들로 제한되지는 않음; 변환 프로세스는 제어 시스템들이 전기 디바이스들, 그들의 데이터베이스들, 테이블들, 메모리, Asics, 펌웨어 중 어떤 것에 부착되는 간에 이들을 포함한다. 소프트웨어, 운영 시스템들 또는 이들의 결합 및/또는 그리드 엘리먼트들).
또한, 본 발명의 일 양상에서 있어서는, 전기 전력 그리드 네트워크 관리를 위한 방법이 제공되는데, 그 방법은 서버와의 전기 연결 및 네트워크-기반 통신을 위해 구조 및 구성되는 적어도 하나의 그리드 엘리먼트를 제공하는 단계; 상기 적어도 하나의 그리드 엘리먼트가 메시지를 서버에 통신하는 단계 - 그 메시지는 바람직하게는 표준들-기반 또는 독점적임 - , 및 상기 적어도 하나의 그리드 엘리먼트가 전기 전력 그리드 내에서 액티브하게 기능하기 위한 적어도 하나의 액티브 그리드 엘리먼트로 변환하는 단계를 포함하고, 상기 적어도 하나의 그리드 엘리먼트는 네트워크를 통해 서버와의 초기 연결을 수행한다. 또한, 그 방법은 적어도 하나의 그리드 엘리먼트를 전기 전력 그리드에 연결하는 단계를 더 포함할 수 있다. 또한 바람직하게는, 적어도 하나의 그리드 엘리먼트는 네트워크를 통한 서버와의 통신을 통해서 메시지를 전송 및/또는 수신하도록 동작가능하고, 그 메시지는 조정기에 의해서 서버로 라우팅된다. 메시지들은 네트워크를 통해 전송되고, 인터넷 프로토콜(IP)-기반 메시징을 포함한다.
본 발명의 이러한 및 다른 양상들은, 도면들이 청구되는 발명을 지지하기 때문에, 그 도면들과 함께 고려되는 경우의 바람직한 실시예에 대한 아래의 설명을 읽은 후에 당업자들에게 자명해질 것이다.
도 1은 본 발명의 시스템 및 방법들 내의 조정기 및 그리드 엘리먼트들을 예시하는 개략도이다.
도 2는 본 발명의 시스템들과 연관된 네트워크를 통한 그리드 엘리먼트들, 연결 포인트들 및 텔레메트리를 예시하는 개략도이다.
도 3은 그리드 엘리먼트들 등록 및 통신을 위한 예시적인 네트워크 노드 구성을 예시하는 개략도이다.
도 4는 분배 자동 통신 네트워크를 예시하는 개략도이다.
도 5는 에너지 시스템 운영들 및 통신 네트워크-기반 연결들을 나타내는 개략도이다.
도 6은 기본 AGC/에너지 관리 시스템(EMS) 표현을 나타내는 개략도이다.
도 7은 본 발명의 시스템의 일부로서 에너지 관리 시스템(EMS)을 예시하는 개략도이다.
도 8은 본 발명의 예시적인 실시예에 따른 IP-기반 액티브 전력 관리 시스템의 개략도를 예시한다.
도 9는 본 발명에 따른 예시적인 액티브 로드 클라이언트(ALC) 스마트 미터 사용 경우 예를 예시하는 개략도이고, ALC는 도 8의 시스템의 컴포넌트로서 도시되어 있다.
도 10은 전기 전력 그리드 시스템 내에서 IP 어드레스를 갖는 ALC들의 상태를 추적하기 위한 본 발명에 따른 방법들의 흐름도를 예시한다.
도 11은 보존 전압 감소를 위한 예시적인 시스템 배열을 예시하는 개략도이다.
도 12는 ALC, ALD, IP-기반 통신, 로드 제어 디바이스들 및 전력 소비 디바이스들을 비롯해서, 본 발명에 따른 IP-기반 액티브 에너지 관리 시스템의 개략도이다.
종래 기술인 도 13은 종래 전기 전력 그리드 내에서 생성, 전송, 분배 및 로드 소비를 예시하는 개략도이다.
종래 기술인 도 14는 그리드 내에서 전기 전력에 대한 소비자 요구와 균형을 이루는 전력 생성 또는 공급을 위한 밸런싱 영역들 및 그들의 상호작용을 예시하는 개략도이다.
도 15는 본 발명의 시스템들 내에서 분배식 그리드 인텔리전스를 위한 ALD, ALC 및 IP 통신들을 포함하는 컴포넌트들을 예시하는 개략도이다.
도 16은 본 발명의 시스템들 및 방법들에 따른 비중앙집중식 네트워크들을 갖는 스마트 그리드를 예시하는 개략도이다.
도 17은 본 발명의 시스템들 및 방법들에 따른 비중앙집중식 네트워크들을 갖는 스마트 그리드를 예시하는 다른 개략도이다.
도 18은 본 발명의 시스템들 및 방법들에 따른 비중앙집중식 네트워크들을 갖는 스마트 그리드를 예시하는 또 다른 개략도이다.
도 19는 본 발명의 시스템들 및 방법들에 따른 유틸리티, 마켓 참가자, CSP, 및/또는 REP, ALD/클라우드 계층, ICCP, 제어 및 디스패치, 및 마이크로-그리드 인에이블먼트로부터의 공급에 대한 개략도를 도시한다.
도 20은 그리드, 액티브 로드 디렉터(ALD), 액티브 로드 클라이언트(ALC), 전력 소비 디바이스들, 및 상이한 카테고리들의 운영 예비들을 생성하기 위한 본 발명의 시스템들 및 방법들의 다른 컴포넌트들에 대한 전기 전력의 공급 측 생성을 위한 운영 예비들을 나타내는 개략도이다.
도 21은 전력 소비 디바이스들, 제어 디바이스들, ALC, ALD, 소비자 프로파일, IP 통신 네트워크, 및 본 발명의 시스템들 및 방법들의 그리드 텔레메트리 컴포넌트들을 포함하는 본 발명의 일 실시예를 도시하는 개략도이다.
도 22는 에너지 관리 시스템(EMS), 전력 소비 디바이스들, 제어 디바이스들, ALC, ALD, 소비자 프로파일, IP 통신 네트워크, 및 본 발명의 시스템들 및 방법들의 그리드 텔레메트리 컴포넌트들을 포함하는 본 발명의 일 실시예를 도시하는 개략도이다.
도 23은 EMS, 전력 소비 디바이스들, 제어 디바이스들, ALC, ALD, 소비자 프로파일, IP 통신 네트워크, 및 본 발명의 시스템들 및 방법들의 그리드 텔레메트리 컴포넌트들을 포함하는 본 발명의 일 실시예를 도시하는 개략도이다.
도 24는 프로파일 학습을 비롯해서, 본 발명의 실시예들에 따른 전력 공급 값(PSV)의 생성 및 에너지 소비 디바이스들을 위한 방법 단계들을 예시하는 흐름도이다.
도 25는 환경적으로 종속 및 독립적인 디바이스들에 대한 시간 기간을 계산하고 그러한 전력-소비 디바이스들에 대한 전력 공급 값(PSV)을 결정 또는 생성하기 위한 본 발명의 방법들에 대한 흐름도이다.
도 26은 시간에 따른 팩터들의 변화를 비롯해서, 대응하는 전력 소비 디바이스들에 대한 로드 소비 및 디바이스 관리 온도 제어와 연관된 팩터들에 대한 적어도 삼(3) 차원들을 도시하는 그래프이다.
도 27은 본 발명의 시스템들 및 방법들과 사용하기 위한, 드리프트-대-시간의 챠트의 제 1, 제 2 및 추가적인 표준 편차들을 도시하는 그래프이다.
도 28은 본 발명의 일 실시예에 따른 예시적인 IP-기반 액티브 전력 관리 시스템을 예시하는 개략도이다.
도 29는 본 발명의 일 실시예에 따른 예시적인 액티브 로드 클라이언트의 개략도를 예시하는 개략도이다.
도 30은 ALC들 및/또는 ALD 데이터베이스에 관한 정보를 업데이팅하기 위한 방법에서의 단계들을 예시하는 흐름도이다.
도 31은 전력 사용량 및 전력 공급 값(PSV) 생성을 추적하기 위한 본 발명에 따른 방법들의 흐름도를 예시한다.
본 발명은 그리드 엘리먼트들의 관리 및 네트워크 등록 및 전력 그리드에 대한 시스템들, 방법들 및 장치 실시예들을 제공한다. 따라서, 바람직하게는 그리드 엘리먼트들과 코디네이터 사이의 네트워크 기반 통신을 통해, 각각의 그리드 엘리먼트를 시스템에 초기 등록한 이후, 그리드 엘리먼트들은 활성 그리드 엘리먼트들로 변환된다. 또한 바람직하게는, 활성 그리드 엘리먼트들, 에너지 관리 시스템(EMS) 및 유틸리티들, 마켓 참여자들 및/또는 전기 그리드 운용에 필요한 그리드 운영자 서브시스템들과의 통신을 위해 IP 기반 메시징을 이용하는 코디네이터에 의해 메시징이 네트워크를 통해 관리된다. 초기 등록 이후, 리포팅, 원격측정, 명령 및 제어, 상태, 전기 그리드에 대한 용량/에너지를 공급하는 (모든 생성 용량들 및 타입들의) 생성 서브시스템들의 표준 또는 긴급 전기 그리드 운용, 전기 그리드에 용량 및 에너지를 공급하는 저장 디바이스들 및/또는 (FERC 745 에서와 같이) 용량 또는 공급으로서 작용하는 로드 절감을 위해 다양한 활성 그리드 엘리먼트들이 그리드에서 기능하며, 여기서, 등록된 활성 그리드 엘리먼트들 및 이들의 대응하는 활성들 및 이러한 활성들과 관련된 정보는 전기 전력 그리드를 통제하는 표준들 및 규정들에 따라 트래킹되고 관리된다.
본 발명에 따라, 그리드 엘리먼트(들)의 적어도 하나의 그리드 엘리먼트는 송전 또는 배전 제어 노드(들), 모니터링 노드(들), 원격측정 노드(들), 라우팅 노드(들), 전기 라우팅 노드(들), 장애 방지 노드(들), 발전 노드(들), 로드 제어 노드(들), 디바이스들(능동 및 수동) 센서들 등을 포함하며, 여기서, 노드는 그리드에 대한 인터페이스 및/또는 연결을 추가로 포함한다. 그리드 운용들은 공급, 명령/제어, 모니터링 및 활성 그리드 엘리먼트들에 대한 개별 활동으로서 절감 활동들과 관련된 다양한 상이한 그리드 엘리먼트들에 의해 제공되는 기능을 포함한다.
전반적으로, 본 발명의 시스템들과 방법들, 및 장치들은 그리드 엘리먼트(들) 및 전기 전력 그리드 내의 이들의 기능을 초기화하기 위한 이들의 등록을 제공하며, 여기서, 등록은 그리드 엘리먼트(들)를 메모리와 동작가능하게 커플링된 프로세서 및/또는 서버와의 네트워크 기반 통신을 통해 활성 그리드 엘리먼트(들)로 변환시킨다. 등록 및 활성 그리드 엘리먼트(들)로의 변환 이후, 각 그리드 엘리먼트의 기능은 그리드 엘리먼트 그 자체 및 전기 전력 그리드로의 그리드 엘리먼트의 물리적 접속에 따라 변화한다. 많은 예들에서, 활성 그리드 엘리먼트들은 전력 공급기로서 전력 공급 및/또는 절감, 및/또는 그리드 안정성, 운용 예비력 및/또는 전기 전력 그리드의 다른 예비력을 제공하는, 전력 공급기에 대한 용량을 제공하기 위해 기능한다. 그러나, 모든 각각의 경우에, 전기 전력 그리드 관리 시스템에 등록된 임의의 활성 그리드 엘리먼트는 메모리와 동작가능하게 커플링된 프로세서 및/또는 서버와 네트워크 기반 통신을 위해 동작가능해야 한다. 더욱 바람직하게는, 그리드 엘리먼트들은 네트워크를 통해 통신되는 메지싱에 의해 코디네이터를 통해 통신하며, 여기서, 메시징은 인터넷 프로토콜(IP) 기반 메시징, 또는 독점적 통신 네트워크 프로토콜이며, 이하에 설명되듯이, 복수의 네트워크 방법들에 의해 전송된다.
본 발명은, 메모리와 동작가능하게 커플링된 프로세서 및/또는 서버와의 네트워크 기반 통신 및 전기 접속을 위해 구조 및 구성되는 적어도 하나의 그리드 엘리먼트를 포함하는 네트워크 관리 및 전기 전력 그리드 엘리먼트를 위한 시스템을 제공하며, 여기서, 그리드 엘리먼트는, 네트워크를 통해 메모리와 동작가능하게 커플링된 프로세서 및/또는 서버와의 초기 접속 이후 적어도 하나의 활성 그리드 엘리먼트로 변환된다. 바람직하게, 그리드 엘리먼트들에 대한 변환은 자동 및/또는 자율적이다. 본 발명의 일 실시예에서, 메모리에 커플링된 서버 및/또는 프로세서는 적어도 하나의 그리드 엘리먼트를 활성 그리드 엘리먼트로 변환하는 것을 개시한다. 다른 경우, 적어도 하나의 그리드 엘리먼트는 네트워크를 통해 서버와의 초기 접속의 포인트에서 서버에 메시지를 통신하거나 신호를 전송하고, 그리고/또는 적어도 하나의 그리드 엘리먼트는 전기 전력 그리드에 등록을 통해 신호 또는 메시지의 변환을 개시하기 위해 신호 또는 메시지를 통신하는데; 바람직하게, 신호 또는 메시지는 코디네이터를 통해 라우팅되고, 코디네이터는 그리드 엘리먼트의 기능에 따라 그리드 운영자의 적절한 서브시스템으로 메시지를 라우팅한다. FERC Order 745에 의해 고려되는 공급기로서 기능하는 그리드 안정성, 공급, 및 절감 기술들을 위해, 메시지는 EMS로 라우팅되어야 한다. 또한, 바람직하게, 메시지는, 측지 기준, 그리드 엘리먼트 식별자, 그리드 엘리먼트 타입, 그리드 엘리먼트 기능, 그리드 엘리먼트의 용량 및 에너지 용량, 그리드 엘리먼트 프로필, 그리드 엘리먼트의 부착 포인트 기준, 그리드 엘리먼트의 기능에 기반한 그리드 엘리먼트 원격측정 용량들 및 요건들, 그리드 엘리먼트 전력 공급기 값 (PSV), 그리드 엘리먼트 전력 거래 블록 (PTB) 값, 그리드 엘리먼트 밸런싱 권한 관련성, 그리드 엘리먼트 소유자 식별자, 그리드 엘리먼트 호환성 식별자 및 이들의 조합 중 적어도 하나를 추가로 포함한다.
또한, 바람직하게는, 네트워크 기반 통신은 표준 기반 통신 또는 독점적 통신 프로토콜이며, 통신은 라우터를 통해 그리고/또는 코디네이터를 통해 라우팅가능하며, 여기서 코디네이터는 통신 라우터를 통해 메시지를 수신하고 전송한다. 메시지는, 유틸리티들, 마켓 참여자들 및/또는 그리드 운영자들의 운용을 조정하여, 그리드의 필요 및 요건에 응답하여 그리고 전기 전력 그리드 내의 기능 및 등록된 활성 그리드 엘리먼트들에 의한 공급 및/또는 절감의 제공과 관련된 경제적 이익들을 결정하는 엔티티 또는 적절한 마켓 참여자 또는 확정 관리자에 의해 유도된 전력 공급 값(PSV)이 적절한 전력 마켓에 설정될 수 있게 하는 통제 엔티티에 의해 결정되는 측정, 검증 및 보고 정확성에 대한 최소 요건을 충족하는 유도된 전력 공급 값을 포함한다. 또한, 메시지는, 우선 순위 액세스 플래그들, 가상 사설 네트워크, 독립적 식별 어드레스들(MAC, IP, 장치 일련 번호), 제조자 특정 식별 코드들, 또는 이들의 조합을 포함하기 위한 복수의 방법들 중 적어도 하나를 포함하는 전달 우선 순위를 가지며, 이 방법은 유틸리티들, 마켓 참여자들 또는 그리드 운영자들에 대한 그리드 운용을 조정하는 통제 엔티티에 의해 결정되는 표준에 부합한다. 또한, 활성 그리드 엘리먼트(들)는 메시지에 대한 전달의 우선 순위를 제공하기 위한 적어도 하나의 액세스 포인트 명칭(APN)을 갖는 적어도 하나의 모바일 또는 네트워크 디바이스를 더 포함할 수 있다.
본 발명은 네트워크를 통한 서버와의 초기 접속 이후, 대응하는 복수의 활성 그리드 엘리먼트들로 변환하는 복수의 그리드 엘리먼트들을 제공하며, 적어도 하나의 그리드 엘리먼트는 적어도 하나의 전기 디바이스, 전기 전력 그리드로부터 전기 전력을 소비하는 디바이스 및/또는 다른 활성 그리드 엘리먼트들을 동작, 프로그래밍 또는 업데이트하는 제어 디바이스, 전기 전력 그리드로 전력을 제공하는 디바이스를 포함한다. 따라서, 그리드 엘리먼트들은 또한 센서, 송전 리포팅 또는 제어 디바이스, 배전 시스템 리포팅 또는 제어 디바이스, 전력 소비 디바이스, 전기 기구, 전력을 소비하는 임의의 유도성 디바이스, 전력을 소비하는 임의의 저항성 디바이스, 미터, 스위치, 제어기, 제어 디바이스, 써모스탯, 빌딩 제어 시스템, 보안 디바이스, 및 이들의 조합으로 구성된 그룹으로부터 선택된다. 또한, 그리드 엘리먼트들 중 적어도 하나가 전기 전력 그리드와 관련된 에너지 관리 시스템(EMS)의 제어하에 있다.
코디네이터를 통한 등록 이후, 활성 그리드 엘리먼트에 관련한 변환은 활성 그리드 엘리먼트가 전기 전력 그리드에 대한 운용 예비력 및/또는 그리드 안정성을 제공하게 하며, 변환은 데이터 베이스에 등록되며, 데이터베이스는 ISO, BA, 마켓 참여자, MERC, 유틸리티 서비스 영역 및/또는 FERC에 등록된다. 코디네이터에 의한 보안 및 관리를 위해, 바람직하게는 적어도 하나의 그리드 엘리먼트들 각각은 이와 관련된 고유한 그리드 엘리먼트 식별자를 갖는다.
본 발명은 또한 다양한 활성 그리드 엘리먼트들로부터 등록 데이터를 수신하기 위해 네트워크 기반 통신으로 구조 및 구성된 다양한 데이터베이스들을 제공하며, 적어도 하나의 코디네이터는 데이터 베이스에 접속한 네트워크를 통해 다양한 활성 그리드 엘리먼트들로부터 메시지들을 라우팅하며, 서버는 서비스 지향 구조(SOA), 공개 API들, 사설 API들 및 이들의 조합을 포함하여, 전기 그리드 운용들, 보고 및/또는 안정화에 영향을 미치기 위해 활성 그리드 엘리먼트들과 관련된 데이터 교환 정보를 운용한다. 또한, 활성 그리드 엘리먼트들의 속성을 포함하며, 그리드 엘리먼트들 및 정보 또는 데이터를 활성 그리드 엘리먼트들로 변환하는 것에 관련한 그리드 엘리먼트 및 정보 또는 데이터의 등록은 활성 그리드 엘리먼트들과 관련된 경제적 및 에너지 어카운팅 확정에 사용하기 위해 미리 결정된 시간 기간 동안 데이터베이스들에 저장되며, 활성 그리드 엘리먼트들에 관련된 등록 정보는 전력의 배전 및 송전을 위해 전기 전력 그리드에 대한 접속 포인트들을 결정하기 위해 사용되고, 전기 전력 그리드에 대한 활성 그리드 엘리먼트의 접속을 위한 모델링을 시뮬레이팅하기 위한 분석들로 프로세싱되고 데이터베이스에 저장되는 전기 전력 그리드의 발전, 송전 및 배전 시스템에 대한 정보와 추가로 결합될 수 있다. 더욱이, 활성 그리드 엘리먼트들과 관련된 등록 정보는 표준 또는 긴급 그리드 운용들을 위해 필요한 EMS 또는 다른 그리드 서브시스템들과 통신을 위해 사용된다. 추가적으로, 등록은 각각의 활성 그리드 엘리먼트에 대해 행해지며, 등록은 전기 전력 그리드에 대한 통제 권한 및/또는 ISO, NERC, FERC에 의해 설정된 규정들 및/또는 표준들에 부합한다. 임의의 경우, 네트워크에 의해 코디네이터를 통한 초기 접속 및 등록 이후, 서버는 적어도 하나의 활성 그리드 엘리먼트들 각각에 메시지를 통신하며, 여기서 메시지는 IP 기반 메시지이며, 이는 바람직하게는 복수의 이더넷 가능 통신 네트워크들을 통해 송신되거나, 통신 네트워크를 통해 유선 또는 무선으로 송신된다.
본 발명의 바람직한 실시예들에서, 시스템은 그리드 엘리먼트들과의 메시지의 통신을 가능하게 하는 인터페이스를 더 포함하며, 인터페이스는 IP 기반 인터페이스를 포함하며, 이는 필수적으로, WiMax, HAPA(High Speed Packet Access), EVDO(Evolution for Data Only), Long Term Evolution(LTE), 임의의 제 1 또는 제 2 세대 무선 전송 방법, 이를테면 EDGE 또는 코드 분할 다중 접속, 이더넷, 인터넷 프로토콜 메시지를 전송할 수 있거나 이를 포함하는 임의의 독점적 계층 1-4 프로토콜, 및 이들의 조합으로 구성된 그룹으로부터 선택된다. 본 발명은 적어도 하나의 원격에 위치된 보안 시스템으로부터 보안 시스템 메시지들을 수신할 수 있는 그리드 엘리먼트들 각각과 관련된 보안 인터페이스를 더 포함할 수 있으며, 여기서, 보안 인터페이스는 유틸리티들, 마켓 참여자들 또는 그리드 운영자들에 대한 그리드 운용들을 조정하는 통제 엔티티에 의해 결정되거나 표준 기반이다.
본 발명의 다른 실시예에서, 스마트 전기 전력 그리드 통신을 위한 장치가 제공되는 바, 이는 전기 전력 그리드와 관련된 서버와의 전기적 접속 및 네트워크-기반 통신을 위해 구성되고 형성되는(configured) 그리드 엘리먼트를 포함하며; 그리드 엘리먼트는 전기 전력 그리드와의 최초 접속 이후 액티브 그리드 엘리먼트로 변환되며; 그리고 그리드 엘리먼트는 고유 식별자를 포함한다. 바람직하게는, 변환은 자동적이고 그리고/또는 자율적인데, 먼저 그리드 엘리먼트를 활성화한 다음, 그리드 엘리먼트가 인증되고, 등록된 다음, 그리드 내에서 행하도록 의도된 기능을 수행하는 것을 따른다.
바람직하게는, 그리드 엘리먼트는 서버에 신호 또는 메시지를 송신하는 바, 보다 바람직하게는, 전기 전력 그리드에 등록하기 위해, 코디네이터를 통해 송신하며, 그리고 바람직하게는, 전기 전력 그리드로의 어태치먼트 이후 서버와의 IP 메세징에 의해 서버와 무선으로 통신한다. 액티브 그리드 엘리먼트들에 대한 이러한 장치 실시예들은: 센서, 전력-소모 디바이스, 전기제품(appliance), 계량기(meter), 분배 및/또는 송신 엘리먼트들, 원격측정 엘리먼트(telemetry element)들, 전력 공급 디바이스, 저장 디바이스, 제어기 및 이들의 조합들을 포함하거나, 또는 이러한 것들로 이루어진 그룹으로부터 선택된다.
전기 전력 그리드 네트워크 관리를 위한 방법들에 있어서, 본 발명은 다음의 단계들: 서버와의 전기적 접속 및 네트워크-기반 통신을 위해 구성되고 형성되는 적어도 하나의 그리드 엘리먼트를 제공하는 단계; 및 적어도 하나의 그리드 엘리먼트를 에너자이징하고(energizing) 그리고/또는 적어도 하나의 그리드 엘리먼트를 전기 전력 그리드에 접속하는 단계를 포함하며; 적어도 하나의 그리드 엘리먼트는 네트워크를 통해 서버와 최초 접속을 행하고 그리고 서버에 메시지를 통신하며; 적어도 하나의 그리드 엘리먼트는 전기 전력 그리드 내에서 능동적으로 기능하기 위한 적어도 하나의 액티브 그리드 엘리먼트들로 자동적으로 된다. 바람직하게는, 방법은 다음의 단계들: 적어도 하나의 그리드 엘리먼트가 네트워크를 통한 서버와의 통신에 의해 메시지를 송신하고 그리고/또는 수신하는 단계를 더 포함하며, 상기 메시지는 코디네이터에 의해 서버에 라우팅된다. 또한, 바람직하게는, 통신은 무선 송신이며, 무선 IP-기반의 메시징을 포함한다.
본 발명의 시스템 및 방법들의 동작에 있어서, 통신은 전력 이벤트 메시지들을 더 포함하며, 이러한 전력 이벤트 메시지들은: 디바이스(들)의 상태, 공급 소스(들), 및/또는 요구(demand); 어태치먼트의 위치; 라인 손실들; 분배 및 송신 용량 정보; 및 이들의 조합들 중에서 적어도 하나를 더 포함하며, 전력 이벤트 메시지들은 마켓 참여자, 유틸리티, 또는 전기 그리드 오퍼레이터로부터 개시되는 입력들에 기초한다. 또한, 전력 이벤트 메시지들은 적어도 하나의 그리드 엘리먼트와 관련된 PSV 또는 PTB 에 대한 정보를 포함한다.
본 발명은 전반적으로, 전기 전력 제어 시스템들의 분야에 관한 것으로서, 보다 특정하게는, 그리드 엘리먼트들을 액티브 그리드 엘리먼트들로 변환하기 위한(이는 코디네이터를 통한 전기 전력 그리드에 대한 최초 등록, 및 이후, 액티브 그리드 엘리먼트들로의 그리드 엘리먼트의 변환을 따른다) 시스템들, 방법들 및 장치 실시예들에 관한 것이지만, 전기 전력 그리드는 전기 전력 그리드로의 도입, 및/또는 서플라이로서 고려하기 위한 부하 삭감을 위해 임의의 전기 발전 소스 또는 저장 디바이스로부터의 전력 서플라이를 능등적으로 관리하는 데에 기능적이다. 바람직하게는, 본 발명의 이러한 시스템들 및 방법들 및 임의의 장치 실시예들은, 현재 고려되는 표준들(예를 들어, NERC, FERC 오더들 745, 750, 755 등)을 따르며, 이러한 표준들은, 미국, 및 전기 유틸리티 그리드가 완전히 개발되지는 않았지만 에너지에 대한 요구가 본 발명의 수명(life)에 비해 상당히 증가할 것으로 기대되는 다른 나라들에서 인식되는 요구에 응답하여 달라지고 있다. 일단 액티브 그리드 엘리먼트들로 변환되면, 본 발명의 시스템들, 방법들 및 장치 실시예들은, 임의의 발전 소스 서플라이 또는 저장소(storage)로부터의 전력 서플라이 및/또는 부하 소비 디바이스들에 대해 적용되는 삭감 이벤트들로부터의 전력 서플라이를 능동적으로 관리하는 것을 더 제공함으로써, 유틸리티들 및 마켓 참여자들에 대한 운영 예비력(operating reserves)을 생성하면서, 개별적인 소비자(이것이 개별적인 거주 소비자인지에 상관없이, 전기 전력의 임의의 소비자로서 개략적으로 정의됨), 큰(large) 상업적/산업적 소비자 또는 소매 전기 제공자들 및 마켓 참여자들을 포함하는 그 임의의 조합 뿐 아니라, 전기 전력 그리드에 대한 전력을 생성하든지 분배하든지에 상관없이, 전기 유틸리티 또는 전기 발전 소스 서플라이(GSS) 모두에 대한 전력 절감을 선택적으로 추적하도록 동작가능하다. 따라서, 액티브 그리드 엘리먼트들은, 발전 서플라이, 전력 저장 서플라이, 및/또는 서플라이로서의 부하 삭감 뿐 아니라, 부하-소모 엘리먼트들, 원격측정 엘리먼트들, 센서들, 계량기들, 제어기(control)들, 및 이들의 조합들을 위한 기능을 포함한다. 액티브 그리드 엘리먼트들이 전기 전력 그리드에 대한 어태치먼트 또는 위치를 변경하는 경우, 그러면, 업데이트된 새로운 위치 및/또는 어태치먼트 포인트 정보 또는 데이터를 나타내기 위해, 이들의 액티브 그리드 엘리먼트 속성들이 그에 따라 변경된다. 정상 동작으로 인해, 또는 액티브 그리드 엘리먼트들에 대한 라인들을 따른 전기 전력의 분배 및/또는 송신의 기능장애(dysfunction) 및/또는 통신 네트워크가 변경되거나 또는 기능장애를 갖는 것을 포함하여, 임의의 엘리먼트가 임의의 이유로 서비스가 안됨(out of service)으로 인해, 전기 전력 그리드의 일부가 변경되는 경우, 그러면 바람직하게는, 액티브 그리드 엘리먼트들은 통신 네트워크 및/또는 그리드와 이들이 재접속될 때에 코디네이터를 통해 시스템에 의해 수신확인된다(acknowledged). 또한, 임의의 액티브 그리드 엘리먼트가 새로운 또는 대체(substitute) 그리드 엘리먼트로 교체되거나, 미리 결정된 시간 기간을 초과하는 기간 동안 서비스가 되지 않는데, 그러면 교체 또는 대체 그리드 엘리먼트는, 전기 전력 그리드와 관련된 임의의 위치 또는 어태치먼트 포인트에서 서비스되기 시작하는(introduced) 임의의 새로운 그리드 엘리먼트와 마찬가지로 액티브 그리드 엘리먼트로 변환되도록 등록되어야 한다. 재구성, 수리(repair), 또는 다른 업데이팅이 발생하는 경우, 각각의 액티브 그리드 엘리먼트와 관련된 재구성, 수리, 또는 다른 업데이팅과 관련된 해당 정보가 코디네이터를 통해 통신되며, 데이터베이스에서 업데이트된다.
다음의 설명들 및 정의들은, 종래 기술의 도면들 및 본 발명을 예시하는 그러한 도면들을 포함하는, 관련 종래 기술의 설명 뿐 아니라, 본 발명의 명세서 및 청구항들에서 이용되는 용어들을 명확하게 하기 위해 본원에 포함된다.
Power Distribution Engineering: Fundamentals and Applications, James J. Burke, Marcel Dekker, Inc., NY (1994)는, 전기 전력 그리드, 및 그리드 엘리먼트들 전체에 걸친 분배 및 송신을 포함하는, 기본적인 전력 전기 전력 시스템들을 개시하며, 그리드 엘리먼트들의 기본 기능이 본원에 참조로서 그 전체가 포함된다. 또한, 전기 전력 그리드들 및 시스템들 및 그와 관련된 그리드 엘리먼트들, 및 규정(regulation)들 및 그와 관련된 권한(authority)들에 관련되는 용어들에 대한 두문자어들 및 약어들 및 정의들은 종래에 알려져있으며, 그리고 book Creating Competitive Power Markets: the PJM Model, Jeremiah D. Lambert, Pennwell (2001)에서 또한 정의되며, 참조에 의해 본원에 포함된다.
본 발명의 그리드 엘리먼트들 중 일부를 통해 복수의 소스들로부터 삭감 또는 서플라이가 분배 방식으로 제공될 때, 부하 소비 디바이스들, 및/또는 서플라이 디바이스들의 어태치먼트 포인트, 및 그리드에 대한 그들의 어태치먼트 포인트에서의 그 소비자들에게 물리적 에너지를 전달하는 데에 이용되는 송신 및 분배 시스템에 대한 용량이 또한 생성된다. 이는 종종, 본 발명의 설명 및 산업 모두에서, "서비스 포인트"로서 지칭되며, 그리고 전기 그리드를 따라 임의의 어태치먼트 포인트를 나타낼 수 있으며, 이에 의해, 와이어들의 물리적인 계층이 본 발명에 따라 이용되는 부하 또는 서플라이 중 어느 하나의 물리적인 어태치먼트를 충족시킨다. 이러한 "와이어링된(wired)" 네트워크들에 대한 용량의 생성은 그 자체가 당업계에서 신규한(new)한 것이며, 그리고 전기 전력 그리드에서 전기 전력을 분배하는 데에 이용되는 모든 그리드 엘리먼트를 따라 생성되는 송신 및 분배 용량을 위해 이용되고 식별되는 특정 메시징에 의해 그리고 코디네이터(Coordinator)에 의해 본 발명에서 설명되는 다른 메시징에 의해 추적된다. 이러한 생성되는 용량들은 바람직하게는, 서비스 포인트에 의해, 어태치먼트 와이어들에 의해, 트랜스포머에 의해, 피더 와이어에 의해, 변전소/전기 버스에 의해, 송신 라인(들)에 의해, 그리드 영역(area)에 의해, 측지학적인 포인트(geodetic point)들에 의해, 유틸리티 또는 MP 서비스 영역에 의해, LMP에 의해, 밸런싱 당국(balancing authority)에 의해, 스테이트에 의해, 인터커넥트에 의해, ISO에 의해, 그리고 이들의 조합들에 의해 어그리게이트(aggregate)된다. 따라서, 본 발명에 따른 액티브 그리드 엘리먼트들에 의해 생성되는 용량은, 서플라이 도입 또는 부하 삭감으로 인한 실제 용량, 및/또는 생성되는 용량의 위치 모두를 포함하는데, 이러한 위치는 어태치먼트 포인트의 함수이며 그리고 전기 버스(변전소) 및/또는 그것을 공급하는 송신 피더와 관련된다.
본 발명은 전기 전력 그리드 내에서 기능하는 다수의 그리드 엘리먼트들을 관리하기 위한 시스템들, 장치 및 방법들을 제공한다. 액티브 그리드 엘리먼트들로의 등록 및 변환 이후, 시스템은 전기 유틸리티 및/또는 다른 마켓 참여자들에 의해 공급되는 전기 전력을 (비제한적으로, 디바이스들 및 노드들을 포함하는) 다수의 액티브 그리드 엘리먼트들로 송신 및 분배하는 것을 제공하며, 이러한 액티브 그리드 엘리먼트들 중 일부는 전력을 소모하고, 일부는 전력을 공급하고, 일부는 전력을 저장하고, 일부는 그 조합을 행한다. 액티브 그리드 엘리먼트들은 서프라이 및/또는 서플라이로서의 부하 삭감을 제공하도록 그리드 내에서 기능할 수 있다. 액티브 그리드 엘리먼트들 각각은, (발전 및/또는 저장을 통한) 서플라이 및/또는 소비의 감소 및/또는 그 에너지 소비와 관련된 전력 서플라이 값(PSV)을 갖는다. 그리고, 각각의 그리드 엘리먼트는 또한, 메시징을 통신(송신 및/또는 수신)하도록 동작하는 바, 이러한 메시징은 바람직하게는, 액티브 그리드 엘리먼트들과의, 에너지 관리 시스템(EMS)과의, 그리고 유틸리티들, 마켓 참여자들, 및/또는 그리드 오퍼레이터들과의 통신을 위해, IP-메시징을 이용하여 코디네이터에 의해 네트워크를 통해 관리된다. 하지만, 일부 경우들에서는, 코디네이터를 거치지 않고 그리드 엘리먼트들 사이에서 메시징이 제공된다.
본 발명에 따른 예시적인 실시예들을 상세히 설명하기에 앞서, 실시예들은, 개별적인 가입자 단위로 전력 로드 또는 서플라이를 능동적으로 관리하는 것 그리고 개별적인 가입자들 및 전자 유틸리티 또는 다른 마켓 참여자 양쪽 모두에 의해 발생되는 전력 절감을 선택적으로 추적하는 것에 모두 관련된, 시스템 및 장치 컴포넌트들, 및 프로세싱 단계들, 통신들, 프로토콜들, 메시징 및 이송의 결합들에 주로 존재한다는 점에 주목하며, 이들 모두 본 발명의 액티브 그리드 엘리먼트들을 직접적으로 수반한다. 따라서 시스템들, 장치, 및 방법 단계들의 컴포넌트들은 도면들에서 적절한 경우 종래 심볼들로 표현되었는데, 그 도면들은 본 발명에서의 설명의 이득을 갖는 당업자들에게 쉽게 자명할 세부사항들로 본 개시를 모호하게 하지 않도록 본 발명의 실시예들을 이해하기에 적절한 그러한 특정 세부사항들만을 도시한다.
본 발명의 설명에 따라 이용되는 바와 같이, NERC는 http://www.nerc.com/files/Glossary_12Feb08.pdf에서 온라인으로 설명 및 정의되는데, 본 발명의 설명에 따라 이용되는 밸런싱 당국(BA: Balancing 권한)은 예정보다 빨리(ahead of time) 자원 계획들을 통합하고, 밸런싱 당국 영역 내에서의 로드-교환-발생 밸런스를 유지하고, 인터커텍션 주파수(Interconnection frequency)를 실시간으로 지원하는 담당 엔티티(responsible entity)로서 정의된다. 본 발명의 설명에 따라 이용되는 밸런싱 당국 영역(BAA: Balancing 권한 Area)은, 밸런싱 당국의 계측된 바운더리들 내에서의 발생, 송신 및 로드들의 집합(collection)으로서 정의된다. 밸런싱 당국(BA)은 이러한 영역(BAA) 내에서의 로드-자원 밸런스를 유지한다.
또한, 요구가 갑작스럽고 정량화하여 변화함으로써, 유틸리티의 전자 그리드 내의 라인 주파수의 상당한 변동을 야기한다면, 유틸리티는 라인 주파수의 변화에 대해 반응하고 그러한 변화를 수정해야 한다. 이를 행하기 위해, 유틸리티들은 전형적으로, 유틸리티의 조정 예비력(regulating reserve)을 제어하기 위하여 자동 발생 제어(AGC: Automatic Generation Control) 프로세스 또는 서브시스템을 이용한다. 이러한 서브시스템은, 그 어그리게이트에서 송신, 발생 및 분배 원격 계측, 프로세서들, 및 산업 표준 소프트웨어와 결합될 때, 예로서 GE, OSIsoft 및 Areva와 같은 많은 OEM들에 의해 에너지 섹터에 대해 예시되고 제조되는 "에너지 관리 시스템(EMS)"으로 지칭된다. 요구에 있어서 상당한 변화가 일어났는지 여부를 결정하기 위해, 각각의 유틸리티는 자신의 영역 제어 에러(ACE: Area Control Error)를 모니터한다. 유틸리티의 ACE는, 유틸리티 그리드의 타이 라인들 내에서의 스케쥴링된 그리고 실제의 전력 흐름들의 차와 공급 전력의 실제의 그리고 스케쥴링된 주파수의 차의 합에 유틸리티의 주파수 편향 설정으로부터 결정되는 상수를 곱한 것과 같다.
관련 분야에서 오랫동안 충족되지 않은 요구들의 어그리게이션(aggregation)은 아래의 속성들을 포함하는 시스템들 및 장치 컴포넌트들을 갖는, 본 발명에 의해 제공되는 솔루션들을 포함한 새로운 혁신에 대한 기초이다:
a. 시스템, 장치, 방법들 및 디바이스들은 복수의 보안 암호 방법들과 함께 표준 기반 OSI 계층 1-4 통신 프로토콜들을 활용한다.
b. 통신 계층은 인터넷 프로토콜(V4 또는 V6 또는 이들의 파생들)을 기반으로 하여, 메시지들, 명령들, 코멘드들, 측정치들 및 원격 계측이 물리 계층 전달 이더넷, 1세대 무선 통신 방법들(아날로그 또는 디지털), 2세대 통신 방법들, 예컨대 코드 분할 다중 액세스(1XRTT), EDGE(Enhanced Data Rates for GSM Evolution), 3세대 프로토콜들, 예컨대 EVDO(Evolution for Data Only), HSPA(High Speed Packet Access), 4세대 프로토콜들, 예컨대 LTE(Long Term Evolution), IEEE 802.11(X) "WiFi", 또는 IEEE(국제 전기 통신 협회) 또는 임의의 국내 또는 국제 표준 단체에 의해 승인된 임의의 파생 표준, 또는 거의 실시간으로 동작할 수 있고 그들의 코멘드, 제어, 원격 계측, 측정, 검증 및/또는 합의 정보를, 유선으로든 아니면 무선으로든, 전송하기 위한 인터넷 프로토콜 패킷을 포함할 수 있는 임의의 사설 프로토콜들을 통해 전송된다.
c. (b)를 위한 코멘드 및 제어는, 중앙집중형 프로세서, 분산 처리 장치로부터 또는 디바이스 레벨로 생성되고 제어될 수 있다.
d. 이러한 방법들의 어그리게이션은 실시간 로드 삭감의 생성을 초래하는데, 그러한 실시간 로드 삭감은 "요구 응답(Demand Response)", 매크로 또는 분산 발생으로서 광범위하게 분류될 수 있고, NERC, FERC, 및/또는 본 발명이 이용되는 전력 그리드에 의해 요구되는 네이티브 로드(native 로드)(즉, 실시간 서플라이)일 수 있으며, 또한 전력 그리드 및/또는 유틸리티들 또는 전력 그리드에 전력을 제공하는 다른 마켓 참여자의 동작을 레귤레이팅하는 임의의 다른 조정 단체에 의해 정의된 바와 같은 운영 예비력들을 생성하는 데에 이용될 수 있다.
도 1은 본 발명의 시스템 및 방법들 내의 적어도 하나의 코디네이터 및 다수의 그리드 엘리먼트들을 나타내는 개략도이다. 도 1의 표시들은 411 중앙 전력 플랜트; 410 격리된 마이크로그리드 및 건물 관리 시스템; 409 그리드 장애물; 414 사무실; 14 GE - EV; 723 풍력 발전 단지(GE 발생기들); 406 GE - 저장소; 917 GE - 프로세서들/BMS; 416 태양 전지판들 및 선택적인 제어기들, 스마트 기기들 또는 발생기들을 구비한 주택들; 920 GE 센서들; 405 파동들 및 장애들을 검출할 수 있으며, 격리될 영역들에 대해 시그널링할 수 있는 센서들; 921 GE - 태양 전지판들; 214 라우터; 923 ASC; 21 ALC; 926 코디네이터; 927 ASD; 137 ALD; 10 EMS; 930 MP, 그리드 오퍼레이터, 권한을 포함한다.
예를 들어 설명되며, 그리고 본 발명의 한정이 아닌 도 1의 그리드 엘리먼트들은, 스마트 기기들, 스마트 미터들, 건물 제어 시스템들, 센서들, 저장소 디바이스들, (바람, 태양열, 물 등과 같은 대체 에너지 소스들을 포함하는) 전력 발생기들, 액티브 로드 클라이언트(ALC)들, 액티브 로드 디렉터(ALD)들, 액티브 서플라이 클라이언트(ASC)들, 액티브 서플라이 디렉터(ASD)들, 제어기들, 코디네이터들, 분배 엘리먼트들, 그리드 동작들 및 안정성에 필요한 송신 엘리먼트들, 및 이들의 결합들을 포함한다. 시스템으로의 등록, 및 본 발명의 전기 전력 그리드 및 대응하는 시스템들 및 방법들 내에서의 관리되는 참여에 대한 액티브 그리드 엘리먼트들로의 변형에 이어, 액티브 그리드 엘리먼트들은 적어도 하나의 코디네이터와 그리고 이를 통해 그리고 에너지 관리 시스템(EMS) 또는 다른 그리드 동작 서브시스템들, 예컨대 RTO/ISO 동작 시스템들, 송신 동작 시스템들, 분산 동작 시스템들, 및 이들의 의도한 목적에 따른 기능에 대해 통신한다. 한정이 아닌 예로서, 스마트 미터는 하나 또는 그보다 많은 액티브 그리드 엘리먼트들 및/또는 디바이스들에 의해 소비되는 로드를 추적하여 전달하기 위한 미터 기능들을 제공하며; 온도 조절기 또는 건물 제어 시스템은 HVAC 그리고/또는 온도 관리, 습도, 채광, 보안 등을 포함하는 환경 조건 표시 및 제어를 제공한다.
도 2는 그리드 엘리먼트들, 부착 포인트들, 및 본 발명의 시스템들과 연관된 네트워크를 통한 원격 계측을 나타내는 개략도이다. 도 2의 표시들은: 930 그리드 OP/MP/RE 등; 959 서플라이 리소스(들)(BA); 251 변압기; 1001 자동화 & 건물 정보 시스템; 21 ALC; 141 로드; 53 스마트 미터; 1002 PCT 프로그래밍 가능 통신 온도 조절기; 1003 제어 가능 로드 리소스; 14 EV; 926 코디네이터; 10 EMS; 1004 ASD 데이터베이스 서버 PROC 메모리; 408 그리드 또는 마이크로그리드 상의 원격 계측 포인트들을 포함한다.
도 2는 모두 적어도 하나의 밸런싱 권한(BA) 내에 있으며, 모두 전기 전력 그리드 및 통신 네트워크(들)를 통해 접속되는 다수의 액티브 그리드 엘리먼트들과 전기 전력 접속 및 통신하는 EMS에서, 그리드 오퍼레이터, 유틸리티, 마켓 참여자, 소매 전기 공급자 및/또는 배포자, 및 이들의 결합들로 구성된 그룹으로부터 선택되는 적어도 하나의 제어 또는 참여 엔티티를 나타낸다. 액티브 그리드 엘리먼트들은 부착 포인트 정보, 측지 정보, 상태, 용량, 그리드 엘리먼트 식별자(들), 그리드 엘리먼트 프로파일(들), 전력 소비 및 플로우들(순시 및 이력), 및 이들의 결합들을 포함하지만 이에 한정된 것은 아닌 다수의 그리드 엘리먼트 속성들 및/또는 그리드 엘리먼트 팩터들에 관련된 원격 계측 및 메시징을 제공한다. 가급적 액티브 그리드 엘리먼트들 사이의 통신 및 제어 또는 참여 권한은 네트워크를 통해 제공되며 이더넷 및/또는 IP 접속을 통해 적어도 하나의 코디네이터를 거쳐 라우팅된다. 패킷들을 추적하기 위해 카운터가 또한 포함될 수 있으며, 패킷 스위칭 및 라우팅이 본 발명의 시스템들 및 방법들 내에서 제공되는데, 여기서 에너지 라우팅 및 에너지 정보 라우팅을 위한 네트워크 통신에는 애플리케이션, 표현, 세션, 전송, 네트워크, 데이터 링크 및 물리적 통신 기능들에 관한 계층들을 포함하는 개방형 시스템 간 상호 접속(OSI) 모델과 유사한 계층화를 갖는 메시징 구조가 제공되는데, 이는 시스템의 통신 태스크들을 정의하고, 공공 및 사설 네트워크들을 통한 상호 접속을 위한 통신 인프라스트럭처를 형성하는 수직 세트의 계층들을 제공한다. 일반적인 OSI 모델 통신 구조들 및 기능을 설명하는 정보는 해당 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자들에게 공지되어 있고, NY MacMillan의 William Stallings에 의한 데이터 및 컴퓨터 통신들(1985)에서 기술되며, 이는 그 전체가 인용에 의해 본 명세서에 포함된다.
본 발명의 시스템들 및 방법들에 대한 OSI 모델링 구조는 전자 전력 그리드 및 이에 등록된 액티브 그리드 엘리먼트들의 물리적 구조 및 네트워크와 함께 사용할 통신 네트워크들을 제공하는 것으로 여겨지며, TCP/IP를 추가로 포함할 수 있다. 이상적으로는, 통신 네트워크에 대한 OSI 모델은 액티브 그리드 엘리먼트들 및 제어들, 데이터베이스, 서버, 서플라이 및 로드에 의한 조정 등을 포함하는 전자 전력 분산 및 송신을 위한 물리적 네트워크와 통합될 것이다. 본 발명은 OSI 기반 모델, 및 시스템을 통한 전력 이동과 메시징을 통합하기 위한 조정을 포함하여, 에너지 네트워크(즉, 전자 전력 그리드) 및 통신 네트워크의 애플리케이션을 제공한다.
도 3은 그리드 엘리먼트들의 등록 및 통신을 위한 예시적인 네트워크 노드 구성을 도시하는 개략도이다. 도 3의 표시들은: 1005-밸런싱 권한; 32-제어기; 1006-매크로 발전; 14-배터리; 21-ALC; 137-ALD; 10-EMS; 1007-분배된 발전; 1008- 사양에 따른 IP/이더넷; 1009-그리드 엘리먼트들; 1010-제어 로드 응답; 408-그리드 또는 마이크로그리드 상의 텔레메트리 포인트들; 1011-분배된 에너지 리소스들; 927-ASD를 포함한다.
본 발명의 일 실시예에서, 액티브 그리드 엘리먼트들 및 코디네이터 및/또는 다른 그리드 엘리먼트들을 수반하는 통신용 네트워크는 패킷-스위칭된 네트워크(packet switched network)를 포함하며, 패킷 스위칭된 네트워크는, 이를테면 그리드 엘리먼트가 코디네이터에 초기 통신을 송신함으로써 시스템과의 초기 등록(registration)을 형성하고, 코디네이터가 응답하고, 그리고 본 발명의 시스템들 및 방법들이 그 후 액티브 그리드 엘리먼트들로 자동 및/또는 자율(autonomous) 변환을 위해 제공되는 경우, 소스 노드로부터의 패킷들을 수용하고 이러한 패킷들을 목적 노드로 전달하기 위해 이용되며, 등록 시에 액티브 그리드 엘리먼트들은 이들의 지정된 또는 미리결정된 작동들 및 역할들 또는 기능들을 수행하도록 전기 전력 그리드 내에서 기능한다. 도 3은 전기 전력 그리드 내에서 에너지 라우팅 및 통신을 위한 네트워크를 통하는 다수의 경로들 또는 루트들을 도시하는 예시적인 네트워크 구성을 도시한다. 액티브 그리드 엘리먼트들과 코디네이터(들) 사이의 연결들 및 다른 액티브 그리드 엘리먼트들이 도시된다. 본 발명의 바람직한 실시예들에서, 적어도 하나의 밸런싱 당국(BA)은 적어도 하나의 코디네이터를 포함하며, 적어도 하나의 코디테이터는 다수의 액티브 그리드 엘리먼트들과 네트워크 기반 통신하며, 적어도 하나의 전력 소스 및 적어도 하나의 EMS와의 전기 및 데이터 통신 연결들로 추가로 연결된다. 예로서, 본 발명의 시스템과의 등록 이전에 새로운 그리드 엘리먼트가 임의의 소스(배터리 또는 외부에서 공급되는 전력)로부터의 전력을 이용한 새로운 그리드 엘리먼트의 초기 에너자이징을 따르는 네트워크를 통해 신호 또는 메시지를 개시하며, 초기 메시지는 다음 중 적어도 하나: 유니크한 그리드 엘리먼트 식별자, 장비 식별자, 서비스 정보의 등급(class), 성능, 수용량, 기능 정보, 측지 정보(GPS, 물리적 어드레스, 등), 부착 포인트, IP 어드레스 정보, 통신 포맷 및 내용 정보, 보안, 인증(authentication) 정보, 및 이들의 조합들을 포함한다. 따라서, 적어도 하나의 그리드 엘리먼트의 초기 에너자이징 이후, 그리드 엘리먼트는 전기 전력 그리드와의, 바람직하게는 코디네이터와의 통신에 이용가능한 적어도 하나의 네트워크를 검색하고, 코디네이터와 결합되는 방법, 또는 코디네이터와의 초기 네트워크 통신, 네트워크 프로토콜의 식별, 등을 적어도 설정하는 방법을 결정한다. 네트워크 식별자가 적어도 하나의 그리드 엘리먼트들의 각각에 대한 변환 및 네트워크 인터페이스에 포함된다. 바람직하게, 적어도 하나의 그리드 엘리먼트와 적어도 하나의 코디네이터 사이의 메시징이 IP 기반 메시징에 의해 네트워크 상에서 제공된다. 적어도 하나의 그리드 엘리먼트의 초기 응답 및 등록 이후에, 적어도 하나의 액티브 그리드 엘리먼트로의 변환이 존재하며, 이는 적어도 하나의 액티브 그리드 엘리먼트들의 각각이, 미리결정된 간격들로, 연속적으로, 또는 적어도 하나의 액티브 그리드 엘리먼트들의 각각에 대한 상태 변화가 발생하는 경우의 텔레메트리를 포함하여, 전기 전력 그리드 내의 액티브 그리드 엘리먼트의 미리결정된 기능을 위해 자동으로 및/또는 자율적으로 기능하도록 작동가능한 것을 제공한다.
본 발명의 바람직한 실시예들에서, 그리드 엘리먼트들의 등록은 각각의 그리드 엘리먼트에 대한 유니크한 식별을 제공하기 위해 다음: 액티브와 인액티브 사이의 메시징 및/또는 신호표시(signaling), IP 어드레스, V4, V6, 소유권, 메시 또는 다이렉트(direct), TDM 또는 포트들, 아날로그 또는 디지털 텔레메트리, RFID들, 및 이들의 조합들 중 하나 또는 그 초과를 이용하여 제공될 수 있다. 그리드 엘리먼트들을 위한 등록은 홈 네트워크 또는 방문자 네트워크로의 등록을 더 포함할 수 있으며, 그리고/또는 상이한 위치들 또는 지리들 및/또는 상이한 또는 새로운 부착 포인트들에 대한 액티브 그리드 엘리먼트들(초기 등록 후의 변환을 따름) 중 임의의 엘리먼트의 움직임은 그러한 액티브 그리드 엘리먼트에 대한 움직임 또는 변화에 대한 상태의 적어도 하나의 업데이트를 위해 제공된다. 부착 포인트들은 바람직하게 위치 레지스터에 제공되며, 위치 레지스터는 전기 전력 그리드 내의 전기 버스 또는 서브스테이션, 또는 전기 전력 그리드의 물리적 구조 내의 임의의 다른 미리 결정된 측지적(geodetic) 위치에 근접하여 정의된다.
도 5는 본 발명의 시스템들 및 방법들의 일부로서 분배 자동화 통신 네트워크를 도시하는 개략도이다. 도 5의 표시들은: 1029-REP(들), CSP(어그리게이터들), 마켓 세틀먼트들(settlements), 유틸리티들, IPP(들) 및 다른 마켓 참가자들을 포함하는 마켓 참가자들; 1030-전기 그리드 작동들; 1031-TRO/ISO 작동들; 1032-RTO SCADA; 1033-전송 작동들; 1034-SCADA; 1035-분배 작동들; 10-EMS; 1036-서비스 프로바이더들(TSP들, Wires Co); 1037-CIS; 1038-빌링; 1039-정전 관리; 1040-제3자 프로바이더들; 1041-CLP; 115-빌딩 제어; 1042-홈 컨트롤; 137-ALD들; 135-SOA 버스; 14-전기 차량들; 953; 저장소; 1043-PV; 2-프로파일들; 53-스마트 미터들; 232-기구들; 1044-제어 디바이스들; 617-고객들; 1045-부착 정보; 927-ASD; 1046-모니터링 & 텔레메트리; 1047-분배 엘리먼트들; 1011-분배된 에너지 리소스; 953-저장소; 1048-전송 엘리먼트들; 265-서브스테이션들; 1033-전송; 1023-모뎀; 1049-어워즈(awards) & 스케쥴링; 1050-벌크 생성(bulk generation); 1051-플랜트 제어들; 1052-재생 가능한 소스들; 1053-에너지 세틀먼트들/스케쥴링 정보처리기관(clearinghouse); 1054-세틀먼트들, 등록 방법; 1055-TDM: 이더넷, IP 및 독점 통신들; 1066-측지 정보; 1067-네트워킹된 데이터베이스들; 1068-코디네이팅된 서버들 PROC/MGMT을 포함한다.
도 5는 메인 통신 링을 포함하고, 메인 통신 링은 그와 연관된 다수의 액티브 그리드 엘리먼트들을 갖고, 적어도 하나의 마스터 제어 센터 및 대응하는 데이터베이스, SCADA 마스터, AMR 마스터, 스위치들 및 전기 네트워크 라인들 및 연결들(구리 와이어) 및 통신 네트워크 라인들 및 연결들(파이버), 및 다수의 액티브 그리드 엘리먼트들이 그와 연관된 적어도 하나의 분배된 링을 더 포함한다. 이러한 예시적인 네트워크 섹터에서, 액티브 그리드 엘리먼트들 및 전기 전력 네트워크 및 통신 네트워크는 하나의 밸런싱 권한(BA) 내에 포함된다. 몇몇 액티브 그리드 엘리먼트들은 미터들 및/또는 스마트 미터들로서 기능하고, 네트워크를 통해 그리드 엘리먼트들로부터 적어도 하나의 코디네이터로 자동화된 미터 텔레메트리를 제공한다. 전형적인 네트워크 아키텍처에서, 밸런싱 권한을 위한 적어도 하나의 코어 네트워크가 제공되며, 다수의 그리드 엘리먼트들은 그리드 엘리먼트들과 적어도 하나의 코디네이터 사이에서 메시지들을 송신하고 수신하기 위한 전기 전력 전송 및/또는 분배 연결 및 네트워크 기반의 통신 연결로 구성되고 형성된다.
도 6은 본 발명의 시스템들 및 방법들의 일부로서 에너지 시스템 작동들 및 통신 네트워크 기반 연결들을 도시하는 온-라인 AGC 블록도이며, 이러한 연결들은 전기 전력 그리드에 대한 전송 및/또는 분배 라인들에 적용가능한 NIST 표준들에 대한 양립성 및/또는 컴플라이언스를 포함하고, 전기 전력 그리드는, 다수의 그리드 엘리먼트들, 마켓 참가자(들), 유틸리티 또는 전기 전력 발생기 공급기 및/또는 제 3자 에너지 프로바이더(GSS에 대해서는, 이하에서 설명되는 바와 같음), 에너지 마켓 정보처리 기관(ECM), 전력 소모 디바이스들, ALC들, ALD들, ASC들 ASD들, 및 적어도 하나의 코디네이터를 포함하는 다수의 그리드 엘리먼트들 중 적어도 하나에 의해 제공되는 공급과 같이, 에너지 공급 및/또는 절감에 대한 세틀먼트를 위해 적어도 하나의 전력 트레이딩 블록(PTB)을 제공하기 위한 어그리게이터와 통신 네트워크 연결된다. 도 6의 표시들은 72-보안 제약 디스패치; 73-발생기 세트-포인트들 & 참가 인자들; 74-실행 트리거; 75-AGC; 76-상승/하위 명령들; 77-AGC 상의 전력 플랜트들; 78-실시간 텔레메트리를 포함한다.
도 7은 EMS 시스템 안정화 및 제어를 포함하는, 기본 AGC/에너지 관리 시스템(EMS) 표현을 도시하는 개략도이다. 도 7의 표시들은 932-발전기 연료 비용; 933-시스템 제약들; 934-경제적 한계들; 935-에너지 비용 곡선들; 72-보안 제약 디스패치; 937-발생 세트 포인트들; 938-참가 인자들; 74-실행 트리거; 78-실시간 텔레메트리; 75-AGC; 942-경제적 디스패치; 943-로드 주파수 제어; 944-ACE=(NIA-NIS)-10b(FA-FS)-IME; 945-스케쥴링된 주파수; 946-교환 스케쥴링; 947-실제 작동 주파수; 948-조절 & 디스패치; 949-상승/하위 발생; 950-상승/하위 저장소; 951-시스템 분배 및 연계(linkage); 952-배터리들; 953-저장소; 954-네트 실제 교환; 955-분산된 전력; 956-풍력(Wind power); 957-태양열(Solar power); 958-조정가능한 전력; 959-공급부; 433-소비자; 961-팩토리/오피스; 416-가정; 14-EV, 배터리; 964-로드들 및 손실들; 965-수요; 966-실제 발생; 967-실제 용법을 포함한다.
본 발명에 대한 도입으로, 도 1 및 도 8은 본 발명의 예시적인 실시예에 따른 액티브 그리드 엘리먼트들을 갖는 IP 기반 액티브 전력 관리(로드 및 공급) 시스템의 개략도를 도시한다. 도 8의 표시들은: 105-PC Mac; 101-LCD들; 21-ALC; 103-DHCP; 104-IP 어드레스; 106-마이크로; 17-HVAC; 108-식별자들 및 보안에 대한 각각의 추가; 109-ESN; 111-미터/게이트웨이 MAC; 112-조명; 113-IME; 1-와이파이 지그비 이더넷 소유권(WIFI Zigbee Ethernet Proprietary); 115-빌딩 제어 시스템; 116-TV; 118-집적된 ALD; 119-M-2-공급측 배터리/EV, EV는 로드 제어될 수 있음; 120-원격 ALC; 121-출구; 122-전기 그리드; 123-전기 그리드/마이크로그리드/유틸리티/마켓/ISO; 124-ALD 또는 ALC 안전 PT 라우터를 포함한다. 미터, PCT, 로드 제어 디바이스; 141-로드 소비 디바이스(직접 또는 간접); 126-단일 위치, 다수의 위치들, 개인 네트워크 IPV4/IPV6; 103-DHCP; 128-원격 ALD 또는 클라우드 ALD 또는 라우터와 같은 분배된 ALD; 129-다른 로드 소비 디바이스들; 130-다른 홈들 및 비즈; 131-다른 ALD(들), ALC(들); 69-디바이스들 사이의 표준 이더넷 통신들 또는 IP 메시지를 캡슐화하는 소유권; 106-LAN이 있을 수 있다.
도 8의 도면은, 로드-소비 디바이스들로서의 미리 결정된 기능을 갖는 액티브 그리드 엘리먼트들이, 인터넷과 같은 기본적인 통신 네트워크와의 비교에 의해, 액티브 로드 다이렉터(ALD) 및/또는 코디네이터에 의한 통신 네트워크 내에서의 IP-기반 메시징을 어떻게 다룰 수 있는지에 대한 유추(analogies)를 나타낸다. 유사하게, 배터리 또는 연료 전지, 또는 압축 공기, 저장된 물, 또는 방전에 이용가능한 또는 그리드 내로 실제로 방전되는, 전력 그리드에 저장된 에너지로서 전기를 방전하기 위한 가능성을 제공하는 임의의 서브시스템을 포함하는, 저장 소스 서플라이(SSS)에 의해서든지, 또는 발전 소스 서플라이(GSS) 엘리먼트들에 의해서든지에 상관없이, 액티브 서플라이 다이렉터(ASD) 및 액티브 서플라이 클라이언트 또는 엘리먼트(ASC)는, 전기 전력 그리드에 실제로 공급되거나 이용가능한 전력의 해당 관리를 제공한다. 임의의 경우에 있어서, 그리드에 대한 전력 서플라이가 발전 또는 부하 삭감에 의해 제공되는지에 상관없이, 서플라이는 전력 공급 값(PSV) 및 전력 트레이드 블럭(PTB)에 의해 평가되고 레이트되는데(rated), 이는 그리드에 의한 안정화(settlement)에 의해 허용가능한 어그리게이트된 양들을 포함하는, 전력의 양을 나타내고, 이는, PSV, PTB, 및 액티브 그리드 엘리먼트들과 관련되고 그에 의해 전달되는 마켓 팩터들, 코디네이터에 대한 전기 전력 시스템 에너지 관리 내에서의 타이밍, 지속기간, 품질, (서플라이 및/또는 요구 응답을 위한) 이벤트의 타입에 기초한 안정화를 위해 액티브 그리드 엘리먼트들에 의해 코디네이터를 통해 그리고 그 다음으로 에너지 관리 클리어링하우스에 전달된다. 바람직하게는, 안정화를 위해 요구되는 모든 정보는, 본 발명의 장치 실시예들에 의해 그리고 시스템들 및 방법들 내에서, 자동으로 그리고/또는 자율적으로 그리고 바람직하게는 네트워크를 통한 IP-기반 메시징에 의해 전달되고; 이 정보는 적어도 하나의 코디네이터에 의해 라우팅되고, 에너지 관리 클리어링하우스에 의해 액세스가능한 데이터베이스의 메모리에 저장된다.
전기 전력 그리드 내에서 전력을 공급하고 그리고/또는 로드 삭감을 제공하는 것과 연관된 각각의 액티브 그리드 엘리먼트는, 자신의 속성들과 함께, 그리드 내에서 그 엘리먼트의 액티비티 및 기능과 연관된 적어도 하나의 전력 공급 값(PSV)을 포함한다. 전력 공급 값(PSV)이, 미터 또는 서브미터, 빌딩 제어 시스템, 서플라이 소스, 또는 그리드의 조정을 관리하는 조정 바디(regulatory body)(들)에 의해 공급되는 표준 내에서 전력을 측정하는 임의의 디바이스 또는 제어기에서, 추정되고, 모델링되고, 측정되고, 및/또는 결정되거나 계산된다. PSV는 측정의 정확도를 위한 동작 표준, 동작 허용오차들에 의존한다. 명백하게는, 관리 당국, 그리드 오퍼레이터, 마켓 참여자, 유틸리티, 및/또는 전력 그리드 동작들에 대해 적용가능한 규정(regulation)들에 의해 결정되는 그리드 안정성, 신뢰성, 주파수(frequency)를 제공하기 위한 에너지 관리 시스템(EMS) 또는 등가물(equivalent)에 대응하는 전력 삭감 또는 전원을 다루기(address) 위한 균일하고 체계적인 유닛을 제공한다. PSV는, 관리 엔티티(governing entity)에 제시되는 서플라이와 관련되거나 또는 이와 동일시되는(equated) IP 메시지를 송신 또는 수신하는(관리 엔티티가 이러한 값들을 수용하고 서플라이 등가물을 수여함) 임의의 시스템, 장치 및/또는 디바이스에 의해 디바이스 레벨에서, 그리드로의 전원의 도입에 부가하여, 전력의 감소 또는 삭감의 변환을 가능하게 한다. PSV는 전력 유닛들, 흐름, 모멘터리 등가물(monetary equivalent) 및 이들의 조합들의 유닛들로 제공될 수 있다. PSV 및/또는 PTB는, 에너지의 블록들 또는 번들(bundle)들이 도입되고, 어그리게이트되고, 세틀링(settle)되는 것을 제공하는 일관된 또는 표준 유닛(들)을 위한 전력 관리 시스템들 내에서의 오랫동안 충족되지 않았던 요구를 해소하며; 종래 기술 어디에서도 이러한 기능 유닛들을 교시하거나 개시하지 않는다. 따라서, 본 발명은, 전력 그리드에 서플라이를 제공하기 위한 요건으로서 (그 전체가 인용에 의해 본원에 통합되고, 모두 2011년 공개된 FERC 오더들 745, 750, 755에 따르는) 이용가능한 삭감 전력 및/또는 전력 그리드에 도입되고/전력 그리드에 대해 이용가능한 전력을 측정하고 각각의 액티브 그리드 엘리먼트에 대해 세틀링하기 위한 유닛을 제공하는 PSV를 포함하며, 특히, 전력 그리드에 대한 서플라이는 그리드 안정성, 전압 안정성, 신뢰성 및 이들의 조합들을 위해 제공된다. 명백하게는, FERC 오더 755로부터의 "고 성능 예비력(high performance reserves)"은 "데드밴드(deadband)", 즉 레그업(reg-up)/레그다운(reg-down)의 수신, 그 오더의 인식 및 그리드에 영향을 주기 위한 응답 사이의 시간을 커버하는 바, 이는 고 성능 예비력에 대해 약 5분인데, 이는 통상의 유틸리티들 보다 서플라이에 대해 더 빠르다.
PSV는 바람직하게, 가장 가까운 상호 접속 포인트에서의 종래의 전력 전달 또는 절감 시스템들, 지역 한계 가격(LMP: Location Marginal Price), 노드, 송신 상호 접속, 밸런싱 권한, 유틸리티 서비스 영역, 소매 전기 제공자 서비스 영역, ISO, 상태, 및 이들의 결합들로서 합의(settle)되는데, 다시 말하면, 합의는 전달 및/또는 수용 포인트(또한 부착 포인트)에서 이용 가능하며, 각각의 액티브 그리드 엘리먼트에 대해 ALC, ASC, 코디네이터, 계량 디바이스, 스마트 미터, 서브미터, 및 이들의 결합들, 또는 PSV 및/또는 합의를 결정하기 위해 관리 권한에 의해 받아들여진 임의의 수익 등급 디바이스에 의해 가능해진다. 또한, 바람직하게, PSV는 실시간 메트릭들을 통해서가 아니라면 모델링 및/또는 추정을 통해, 그러한 디바이스들 및/또는 그리드 엘리먼트들에 인접한 라인 손실들에 대한 고려사항을 포함한다. 더욱이, 검증 및 합의에 대한 실시간 메트릭들이 존재하지 않는 경우에, PSV 및 다른 메트릭들에 관하여, 모델링이 사용된다. 바람직하게는, 본 발명과 관련하여 모델링, 추정, 최적화, 및 결합들에 관한 분석, 예컨대 미국 특허 제8180622호, 제8170856호, 제8165723호, 제8155943호, 제8155908호, 제8131401호, 제8126685호, 제8036872호, 제7826990호, 제7844439호, 제7840395호, 제7729808호, 제7840396호, 제7844440호, 제7693608호, 그리고 미국 특허 출원 공보 제20070239373호, 제20080262820호, 제20080263469호, 제20090076749호, 제20090083019호, 제20090105998호, 제20090113049호, 제20100023309호, 제20100049494호, 제20100168931호, 제20100268396호, 제20110082596호, 제20110082597호로 교시된 분석이 사용되며, 이러한 특허들은 모두 그 전체가 인용에 의해 본 명세서에 포함된다.
본 발명의 방법들, 시스템들, 디바이스들 및 장치는, 네트워크를 통해 그리고 바람직하게는 코디네이터를 통해 전달되는 IP-기반 메시징으로 그리드 엘리먼트들의 자동 등록에 후속하여, 이들의 액티브 그리드 엘리먼트들로의 변환을 제공한다. 등록 이후, 액티브 그리드 엘리먼트들은 이들 각각의 의도된 기능들에 따라 동작하고, 또한 바람직하게는, 적어도 하나의 코디네이터를 통해 네트워크를 통한 자동 통신들 및 메시지들 계속 갖는다. 자동 및 바람직하게는 자율적인 등록 및 진행중인 메시징 때문에, 액티브 그리드 엘리먼트들은 포괄적으로, 전기 그리드, 마이크로 그리드, 또는 다른 시스템, 또는 이들의 결합들에 대한 전력의 흐름, 더 구체적으로는 독립형으로 또는 모두 합쳐, 수송 가능한 저장 및 로드 소비 디바이스들로서 기능하는(그리고 적절한 합의 및 그리드 안정성 관리를 보장하기 위해 추적되어야 하는) 전기 차량들(EV: electric vehicles)의 그리드에 대해, 발생에 의해서든, 방전에 대비한 저장에 의해서든, 그리고/또는 로드 절감에 의해서든, 전력의 공급을 관리하고, 그리드 안정성을 보장하도록 그리고 공급에 해당하는 전력 발생, 저장 및/또는 절감의 임의의 소스로부터 전력을 공급하도록 기능하기 위한 방법들, 시스템들, 디바이스들 및 장치에 관한 것이다.
본 발명에 따르면, 그리드 안정화 메트릭들은 전압, 전류, 주파수, 역률, 무효(reactive) 및 유도 전력, 커패시턴스, 위상 제어, 및/또는 그리드 오퍼레이터 또는 이를 위한 관리 엔티티에 의해 결정된 전력 그리드 안정성을 운용 및 유지하기 위해 그리드 오퍼레이터, 마켓 참가자, 유틸리티 등에 의해 요구되는 임의의 다른 그리드 메트릭을 포함한다. 바람직하게, 이러한 메트릭들은 분배 시스템, 송신 시스템, 전기 버스(서브스테이션), 발생 소스, 공급 제어 디바이스들, 로드 제어 디바이스들, 로드 소비 디바이스들(특히, 절감 활동들에 수반되는 것들), 적어도 하나의 코디네이터, 및 이들의 결합들 내에서의 또는 이들에서의 위치들을 포함하지만 그에 한정된 것은 아닌, 전력 그리드 전역의 다수의 포인트들에서 그리고 더 바람직하게는 액티브 그리드 엘리먼트들 및 이들의 속성들 및 상태 정보를 이용하여 모니터링 및/또는 측정된다. 메트릭들은, 발생 소스가 본래 대규모인지, 예를 들어 다량의 석탄, 핵, 가스 또는 다른 종래의 또는 종래가 아닌 발생 소스들, 마이크로-그리드 발생, 비상용 예비 전력 발생, 대체 에너지 발생, 예를 들어 바람, 태양열 등, 또는 방전에 잠재적으로 이용 가능한 전력 저장 디바이스나 연료 전지와 같은 대규모의 발생인지 여부와 관계없이, 임의의 크기 및 타입의 액티브 그리드 엘리먼트에 적용된다.
또한, 액티브 그리드 엘리먼트들 중 적어도 하나는 클라이어트 디바이스들을 포함할 수 있거나, 또는 연관된 전력 소모 또는 발생 제어 디바이스들은, 그리드 오퍼레이터, 유틸리티, 마켓 참가자, 그리드 관리 권한, 및/또는 전력 그리드에 적용 가능한 임의의 다른 규정들의 요건들에 따라 그리드 안정성 메트릭들에 의해 표시된 확실한 그리드 안정성을 갖고 부착 포인트들에서 전력 그리드와 관련되도록 로드 소비와 발생 모두를 제공하는, 액티브 로드 디렉터(ALD), 액티브 로드 클라이언트(ALC), 제3자 에너지 관리 시스템(EMS), 액티브 공급 디렉터(ASD), 코디네이터, 발생 소스 공급(GSS), 저장 소스 공급(SSS), 송신/분배 용량, 메시징, 합의들, 보안, 및 이들의 결합들로부터의 커맨드들을 독립적으로 실행하는 능력을 갖는다. 이러한 액티브 그리드 엘리먼트들 모두는 바람직하게, 본 발명의 유효 기간(life) 동안 고려되는 IP 메시징의 모든 현재의 그리고 차후의 반복들을 다룰 수 있는 코디네이터 또는 계층 3 라우터에 의해 IP 메시지를 통해 이들의 커맨드들을 수신하고 통신들 및/또는 메시징을 전송한다. 도 6은 본 발명의 시스템의 일부로서 기본 AGC/에너지 관리 시스템(EMS) 표현을 보여주는 개략도이다. 도 6에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따라 로드 리소스들(도 3 및 도 4의 L 및 CLR) 그리고 자동 발생 제어 및 분산 에너지 리소스(DER)(도 3 및 도 4)를 갖는 상세한 EMS가 제공된다.
도 4는 메시징을 위한 SOA 버스 아키텍처를 포함하는 메인 통신, 자체-힐링 링의 일 실시예를 도시한다. 도 4에 대한 표시는 1012 자동 미터 판독 마스터; 1013 SCADA 마스터; 1014 코디네이터들, ALD(들), ASD(들); 14 배터리, EV; 1007 분산된 생성; 1015 미터링/스마트 미터 또는 ALC; 1009 그리드 엘리먼트들; 9 제어 센터/유틸리티 제어; 1016 그리드 통신에 대한 부착 포인트들; 69 이더넷, IP-기반 통신 버스; 1017 매크로 또는 분산된 에너지 리소스; 260 거주용; 1018 소형 상업용; 1019 대형 상업용; 1020; 분산된 에너지 소스; 1021 원격 터미널 유닛; 1022 그리드 부착 ALC; 1023 모뎀; 141 로드; 10 EMS; 212 데이터베이스; 1024 자동 미터 판독(PLC); 1025 공개 스위치 텔레폰 네트워크; 1006 매크로 생성; 1026 그리드 엘리먼트들을 접속하는 POTS 모뎀들; 1027 마이크로그리드; 1028 ASD & ALD를 포함한다.
또한, 바람직하게, 활성 그리드 엘리먼트들로의 및 활성 그리드 엘리먼트들로부터의 모든 메시징은 많은 활성 그리드 엘리먼트들의 초기 등록을 포함하여 그들의 초기 등록을 따르는 많은 활성 그리드 엘리먼트들과, EMS 및/또는 그리드 오퍼레이터, 유틸리티, 관리 당국, 및 이들의 결합들 사이에서 통신하는 코디네이터를 통해 제어, 관리 및 전송된다. 더 바람직하게, 모든 커맨드들 및 통신들은, 다수의 그리드 엘리먼트들과의 직접 및/또는 무선 통신을 위해 고안 및 구성되고, 프로세서의 컴포넌트들, 메모리, 지속성 계층, 메모리 캐시, 메시징 엔진, 보안 인터페이스, 상태 및/또는 상태 변경 표시기, 측지 로케이터, 원격 측정, 네트워크와의 접속들, 접속들을 관리 및 변경하도록 동작 가능한 소프트웨어, 송신 및 분배 부착들과 연관된 데이터를 저장 및 분석하도록 동작 가능한 소프트웨어를 갖는 데이터베이스, 서비스 포인트들, 활성 그리드 엘리먼트들, 등록, 인증, PSV, PTB, 식별, 로드 및 공급의 용량 및 능력, 활성 그리드 엘리먼트들에 대한 소프트웨어 버전 제어, 소프트웨어 개선 제어, 합의를 위한 소프트웨어, 및 이들의 결합들을 더 포함하는 코디네이터를 통해 또는 이러한 코디네이터에 의해 라우팅된다. 활성 그리드 엘리먼트들로서 포함될 수 있고, 코디네이터에 적용 가능할 수 있으며 본 발명에 포함되는 다른 스위치 엘리먼트들은 고객 식별 및 인증, 고객 보안, 부착 정보 및 용량들, 송신 및 분배 시스템을 이용하고, 전기 그리드 또는 그 오퍼레이터에게 상기 전부 중 복수를 시그널링하기 위한 예약들을 포함한다. 코디네이터는 "에너지 라우터"로서 기능하며, 이로써 그리드로의 그리고 그리드로부터의 공급, 요구 및 송신/분배 용량을 라우팅하는데 요구되는 메시징은 순수한 통신 라우팅과는 구별되며, 그리드 안정성 및 개선된 그리드 성능에 관련된다. 따라서, 코디네이터는 종래의 전기 통신 라우터로서의 기능을 할 뿐만 아니라, 전력 그리드에 대한 공급 또는 절감을 위해 요구되는 앞서 언급한 메시징, 관리 및 제어 기능을 추가로 포함한다. 코디네이터는, 그리드 인프라스트럭처를 에이징(aging)하는 시기에 현재 주파수 편차들, 보안 및 그리드 성능이 모두 요구되는 앞서 언급한 FERC 오더들, 그리고 FERC 및 NERC가 마켓 참가자들을 식별하여 해결하도록 임무를 부여한 새로운 요구들― 이들은 어떠한 종래 기술에 의해서도 아직 해결되지 않았지만 본 발명에 의해 해결됨 ―에 레거시 매크로 그리드 및 잠정적인 "스마트 그리드" 엘리먼트들이 대응할 수 없는 변화 및 동적 로드 환경에서 고려되는 규정과 일치한다. 코디네이터의 에너지 라우팅 기능은 트래픽 관리자 및 메시징 엔진의 역할을 하여, 모든 활성 그리드 엘리먼트들, 전력 그리드에 대한 합의 정보 및 확실한 예약들, 그리고 레거시 인프라스트럭처에 그 능력들 및 한계들 이상으로 부담을 주고 이를 파괴하지 않으면서 마이크로엘리먼트들을 허용하고 매크로 그리드로 분산 발생 및 분산 로드 절감이 수행되게 하는 1-대-다수(즉, EMS에 대한 하나의 포트 대 EMS의 제어 하의 그리고 다수에서 하나까지 그리드 안정성을 제공하는 다수의 활성 그리드 엘리먼트들)에 대한 인터페이스를 추적하며; 코디네이터는 추가로, 모든 디바이스들의 상태를 추적하여 그 정해진 경계들 내에, 또는 PSV에 관해 앞서 설명한 바와 같이, 또는 밸런싱 영역, ISO, 유틸리티, 마켓 참가자, 및 이들의 결합들을 포함하는, 그리드에 대한 관리 당국에 의해 결정된 바와 같이 유지하도록 동작 가능하다. 도 1은 (다른 도면들에 부가하여) 본 발명의 시스템 및 방법들의 일부로서 코디네이터를 예시하는 개략도를 제공한다. 추가로, 코디네이터는 모든 새로운 그리드 엘리먼트를 등록하도록 동작 가능한 "에너지 라우터"로서 동작하기 때문에, 코디네이터는 네트워크에 이를 도입하기 위한 메시지를 "확보"하도록 기능하고, 일단 코디네이터를 통해 등록되고, 전력 그리드 및 그의 활성 그리드 엘리먼트 속성들의 데이터베이스 내의 저장을 포함하는 통신 네트워크에 도입되면, 각각의 활성 그리드 엘리먼트는 또한 코디네이터에 의한, 코디네이터로의 및 코디네이터를 통한 메시징을 통해 업데이트될 수 있다.
바람직하게, 코디네이터는, 그 특성들, 이들과 연관된 프로파일들, 위치, 및 다양한 전력 그리드 리소스 요건들에 대한 반응성에 관한 능력에 따라 모든 등록된 활성 그리드 엘리먼트들을 관리한다. 코디네이터는 추가로, 이러한 등록된 활성 그리드 엘리먼트들을 매칭시키고 우선순위를 정하도록 동작하며, 이들의 정보 및/또는 매칭과 우선순위의 메시징을 무선 및/또는 유선 캐리어들을 비롯한 통신 엘리먼트들에 제공하여, 이후 임의의 주어진 시점에 그리드 리소스 요건들을 기초로, 유틸리티, 마켓 참가자, 그리드 오퍼레이터, EMS, 및 이들의 결합들로의 임의의 메시지들의 통신을 위해 네트워크들 중 임의의 또는 모든 네트워크를 거쳐 우선순위가 정해지게 된다. 따라서, 코디네이터는 기존의 전기 통신 인프라스트럭처를 통해 전달될 수 있는 메시징에 대한 우선순위 "플래그들"을 제공하여, 이들이 서비스의 우선순위 또는 "클래스"를 제공하도록 구성되는지 여부, VPN들을 제공하는지 여부와 관계없이, 그러한 통신 네트워크들을 통해 전송된 다른 정보에 비해 우선순위 메시징을 갖는 리소스 메시징 및 그리드 안정성을 제공한다. 특히, 전력 발생, 분배 및 송신은 중대한 인프라스트럭처의 일부이며, 미국을 포함하는 많은 국가들에서 국가 안보를 위한 자산을 제공하므로, 본 발명은 코디네이터와 연관된 우선순위 메시징으로 강화된 중대한 인프라스트럭처 보안을 제공하며, 코디네이터가 활성 그리드 엘리먼트, ALC, ASD, GSS, SSS, 스마트 미터, 서비스 포인트, 송신, 분배 엘리먼트 또는 이들의 결합들 별로 다수의 루트들, VPN들, APN들 및 IP 어드레스들을 수용할 새로운 칩 및 ASIC 기술들을 활용하게 한다.
코디네이터는 통신을 위해 계층 1-4에 대해 동작 가능하며 이를 포함하지만, 추가로 그리고 중요하게, 코디네이터는 어디에서 엘리먼트들이 그리드에 부착되는지를 추가로 추적하고 통신하여 제어하며, ALD 또는 ASD 또는 EMS를 포함하지만, 이에 제한되는 않는 임의의 활성 그리드 엘리먼트와의 통신에 의해 또는 이러한 통신 없이 리소스들이 어떻게 사용되는지에 관한 결정들을 하거나 결정들을 전달하고, 임의의 그리고 모든 그리드 엘리먼트들의 상태를 레거시 분배 자동화 및 송신 보고 서브시스템들에 전달하며, 임의의 소스로부터의 로드 절감 및/또는 공급을 통한 그리드 안정성에 대한 활성 그리드 엘리먼트들의 직접적인 기여를 위한, 그리고 그의 합의, 및 그리드, ALD, ASD, 마켓 참가자, 그리드 오퍼레이터들, 이들의 레거시 서브시스템들 및/또는 전력 그리드에 대한 EMS에 의한 디바이스들의 보안, 인증, 초기 등록; 및 그러한 활성 그리드 엘리먼트에 대한 상태 변경; 그리고 이들의 결합들을 위한 새로운 방법들을 제공하면서, 동시에 레거시 서브시스템들에 의해, 또는 본 발명을 통해 요청된 공급, 절감 및/또는 그리드 안정성을, 모두 IP 기반 메시징을 이용해, 가장 바람직하게는, 통신에 대한 캐리어 등급 무선 및/또는 유선 네트워크들을 비롯하여, 무선 메시징, 사유(proprietary) 방법들 또는 이더넷을 통해 네트워크를 거쳐 전달되는 디지털 암호화된 보안 IP 메시징을 사용하여 달성하도록 적절한 서브시스템으로 그러한 메시지들을 가능하게 하고 라우팅한다.
코디네이터는 각각의 활성 그리드 엘리먼트에 대한 모든 원격 측정, 합의, 추적, 및 이들의 결합들의 통신을 위해 추가로 동작한다. 공급 및/또는 로드 절감을 위한 그리드와 연관된 모든 활성 그리드 엘리먼트들은 코디네이터에 등록되며 EMS 내의 하나 또는 그보다 많은 포트들 내에서 라우팅되고, 따라서, 예를 들면, 도면들에 예시된 바와 같이, 코디네이터 및 전력 그리드 내의 그 애플리케이션 또는 기능이 활성 그리드 엘리먼트들과의 코디네이션 및 메시징을 통해 1차 주파수 제어, 그리드 안정성, 제어 이벤트들, 공급 소스들에 대한 디스패치 스케줄들(전력 그리드 조건들에 응답하여 사전 스케줄링된 시간과 동적/실제 시간 모두), 및 이들의 결합들에 대한 신호들, 원격 측정 및 메시징을 전송한다. 코디네이터는 또한 바람직하게, 활성 그리드 엘리먼트들과 연관된 송신 예약 서브시스템들을 클리어하고 이들에 그리고 이들에 의해 보고하기 위한 기능을 포함한다. 예로서, 종래 기술의 송신 예약 서브시스템들은 (인터넷 웹사이트 www.oatioasis.com에 예시된) OATI의 OASIS 송신 예약 시스템과 같은 회사들로 표현될 수 있는데, 이는 FERC에 의해 감독 및 규제되지만, 그 클리어 및 보고는 매크로 송신 레벨들 아래의 예약들을 가능하게 하기에는 불충분하고, 그 예약 시스템들은 "확고한" 용량 그리고 그 신뢰성이 보장되지 않기 때문에 매우 작은 값을 갖는 "확고하지 않은" 용량을 포함한다. 본 발명은 이러한 문제들 중 다수를 해결하며, 전력 분배, 합의, 및 이들의 결합들을 그리드 엘리먼트에 의해, 서비스 포인트에 의해, 디바이스에 의해 그리고 소비자에 의해 강화함으로써 "실제 측정 가능 및 검증 가능한 전송 용량"을 생성한다. 추가로, 절감, 저장소로부터의 공급, 및 이들의 결합들에 대한 합의에 관한 원격 측정은 코디네이터를 통해 관리된다. 코디네이터는 추가로, GSS든 아니면 SSS든, 공급, 그리고 다수의 활성 그리드 엘리먼트들 중 임의의 엘리먼트에 대한 로드 절감 관리, 및 그리드 안정성을 위해 그리고 모든 활성 그리드 엘리먼트들 관리에 적용되는 전 세계적인 전기 통신 네트워크들에서 사용되는 OSI 모델과 비슷한 라우팅 및 제어 아키텍처 및 방법들을 제공하기 위해, IP-기반 또는 사유 메시징 통신에서 고안되고, 구성되며, 동작 가능하다. 이러한 타입의 에너지 라우팅에 의해 고려되는 메시지들 및 용량 생성 그 자체는, 매크로 전기 유틸리티 아키텍처의 현재 기술의 레거시 서브시스템들로 매끄럽게 통합하면서, FERC 및 NERC 목표들을 달성하기 위한 새로운 표준에 대한 잠재성을 생성한다.
본 발명의 방법, 시스템 및 장치 실시예들은, 액티브 그리드 엘리먼트들이 텔레메트리 측정 경로를 통해 IP 메시지들의 정적 스트림 대신 상태 변경 메시지들을 전송하도록 동작 가능함을 추가로 제공한다. 상태 변경 메시지들은 단지 "델타들"(아니면, 상태 변경)을 전달하는 능력을 제공하며, ALD, ASD, 및/또는 서버는, 마지막으로 "알려진 값"으로부터의 텔레메트리를, 정적으로 스트리밍하는 값들보다는 "델타" 메시지를 전달함으로써 그 마지막으로 알려진 값이 변경될 때까지 전송, 송신 또는 스트리밍하고, "머신 대 머신" 통신들, 텍스트 텔레메트리, 또는 관리 엔티티에 의해 설정된 요건들을 충족하지만, 서비스 포인트 또는 액티브 그리드 엘리먼트위치에서 이용 가능한 송신 대역폭 및 레이턴시를 동시에 이용하면서 준수할 수 있는 임의의 낮은 비트 레이트 텔레메트리 방법을 사용할 수 있다. 액티브 그리드 엘리먼트들과 연관되는 이러한 상태 변경 메시지들은 바람직하게, 전력 공급 값(PSV), PTB, 및/또는 임의의 다른 그리드 안정성 메시지들을, 단지 텔레메트리 단위보다는 이벤트 단위로 보고하고 그러한 메시지들을 서버를 통해 전송하기 위한 필수 정보를 포함하며, 그리드 오퍼레이터, 마이크로그리드 오퍼레이터, 및/또는 다른 그리드 제어 엔티티에 의해 결정된 포맷을 통해 에너지 관리 시스템(EMS)으로 전송되고, 동시에 서비스 포인트 및/또는 액티브 그리드 엘리먼트들에서 1차 주파수 제어 및 그리드 안정성을 달성하고 ALC, ASD, ALD, ASD 또는 이들의 결합들에 필수 정보를, 나중에 스마트폰, 태블릿 또는 메모리가 모바일 클라이언트에 다운로드될 수 있는 장치에 의한 드라이브와 같은 수동 개입에 의해 더 양호한 송신 속도들이 이용 가능하거나 리트리브 가능할 때, 합의 또는 측정 및 검증 프로세스들을 위해 전송하기에 충분한 입상(granular) 포맷으로 저장한다.
본 발명의 시스템들, 방법들 및 장치 실시예들은 또한 EMS, 코디네이터, ASD, ASC, ALD, ALC, 로드 소비 디바이스, "스마트 전기 미터" 및 그의 서브컴포넌트들(프로세서/메모리)에 의해 직접적으로, 또는 임의의 액티브 그리드 엘리먼트, 예를 들어, 프로그래밍 가능 서모스탯 또는 빌딩 제어 시스템과 같은 클라이언트 디바이스를 프로그래밍함으로써 발행된 커맨드들을 제공하고, 여기서 커맨드들은 임의의 로드 소비 디바이스(가령, HVAC 시스템, 전력의 마켓 가격 또는 운영 예비력과 같은 공급 측 인덱스들 또는 고객의 선호도들을 고려하는 로드 측 인덱스들, 또는 임의의 다른 센서에 대해 프로그래밍된 시스템 프로파일)에 대한 로드 삭감(curtailment) 이벤트의 활성화 또는 전기 전력 그리드와 연관된 임의의 공급 소스에 대한 공급 또는 수요 이벤트의 활성화를 예측한다.
로드 소비 디바이스의 활성화 바로 전에, 미터 또는 서브미터, ALC, 또는 로드 소비 디바이스에 의해 측정되는 총 로드의 정밀한 측정은 로드 소비 디바이스의 활성화 전에 총 전기 양에 대한 그의 기여도를 확인하도록 이루어진다. 마찬가지로, ASD, ASC 또는 임의의 공급 소스, GSS 또는 SSS에 대해, 부착 포인트(들)에 존재하는 전기 공급 및 전기 공급 이용 가능성이 결정된다. 로드 소비 또는 공급 디바이스 또는 다른 기능이든지 아니든지, 동일한 상술된 측정 엘리먼트들에 의한 측정들은 액티브 그리드 엘리먼트들로 그리드 엘리먼트 및 그의 변형의 등록 후에 이루어진다. 베이스라인 측정을 통해 또는 정밀한 측정 타이밍을 사용하여, 액티브 그리드 엘리먼트의 활성화에 의한 "전" 및 "후" 로드 또는 공급 기여도가 ALC 또는 ASC, 디바이스에 기록되거나, ALD, ASD 및/또는 코디네이터에 대한 상술된 통신 방법들 중 하나를 활용하는 IP 메시지를 통해 EMS 또는 코디네이터로 전달 또는 라우팅되거나, 그리드 엘리먼트(들)에 대한 "상태 변화" 메시지가 ALD, ASD 및/또는 코디네이터로 직접적으로 통신될 때까지 ALD, ASD 및/또는 코디네이터에 저장되어, 이것은 ALD, ASD 및/또는 코디네이터, 사전 프로그래밍된 로드 삭감 또는 공급 프로파일에 응답하여, 또는 에너지 관리 시스템(EMS) 또는 이에 따라 ALC, ASC, 코디네이터, 사전-프로그래밍된 공급 프로파일, 또는 이들의 조합들로부터의 커맨드들에 응답하여, 또는 생성, 저장 또는 이들의 조합이든지 아니든지, 임의의 공급 소스로부터의 능동 공급 관리를 위한 EMS(바람직하게는 코디네이터를 통해)로부터의 커맨드들에 응답하여 제거, "절단", 감소 또는 "부가"되는 로드, 또는 이용 가능한 공급 또는 제공되는 공급의 계산에서 사용될 수 있다.
액티브 그리드 엘리먼트들의 등록 및 관리를 위한, 본 발명의 시스템들, 방법들 및 장치에 대한 실시예들을 예시하는 다음의 예들은, 로드 삭감, 저장으로부터의 공급 및 생성으로부터의 공급에 대한 2011년도에 소개된 FERC 규정들 745, 750 및 755를 따른다.
공급 등가물을 제공하기 위한 로드 삭감에 관련하여, 도 8은 본 발명에 따라 ALC(active load client) 스마트 미터 사용 경우의 예로서 예시적인 그리드 엘리먼트를 예시하는 개략도를 제공하며, 여기서 ALC는 도 9의 시스템의 컴포넌트로서 도시된다. 도 9의 인덱스들은 다음들, 즉, 4 그리드 분배 또는 전송 시스템; 202 그리드 또는 전원; 203 전기 소비 디바이스; 21 ALC; 205 다양한 IP-기반 통신 방법을 통한 ALD로의 통신을 포함한다. ALC는 다음과 같은 방식들로 스마트 미터로서 기능한다는 것에 주의한다: 즉, 통제 조직에 의해 확립되는 수익 그레이드에 대한 측정, 메모리/프로세서에 저장되는 그리드 안정화 값들, 메모리/프로세서, PST 및 PTB를 계산하기 위해 사용되는 메모리 내의 IDR 및 다른 IEEE/ANSI 또는 승인된 테이블들, 통신 인터페이스, 원격/자율적 ALD 기능, IP 멀티미디어 게이트웨이, 라우터, 보안 인터페이스(들), 소비자 인터페이스(들), 연결 차단(disconnect) 성능, 진보된 미터링 인프라스트럭처 피쳐들 및 기능들.
부가적으로 또는 대안적으로, 제한이 아닌 예로서, 스마트 브레이커들 및 커맨드 지연 디바이스들은 본 발명에 따라 그의 등록 이후의 그리드 엘리먼트들이고, 측정 및 검사 목적들로 서브미터들로서 고려되고 동작될 수 있다. 본 발명에 대한 다른 방법 단계들에서, 도 10은 전기 전력 그리드 시스템 내의 IP 어드레스를 갖는 ALC들로서 액티브 그리드 엘리먼트들의 상태를 추적하기 위한 본 발명에 따른 방법들의 흐름도를 도시한다. 도 10의 인덱스들은 다음 즉, 802 특정된 유틸리티 내의 IP 어드레스를 갖는 각각의 ALC의 상태를 추적; 804 특정 ALC에 대응하는 기록 내의 ALD 데이터베이스에서 각각의 ALC로부터 수신되는 정보를 로그; 806 트랜잭션을 수신; 808 트랜잭션? ; 810 "관리 상태" 입력; 812 어느 ALC 및 연관된 디바이스들을 수행할지 결정; 814 턴 오프 또는 감소할 표시된 디바이스들의 리스트를 갖는 선택된 ALC들에 "턴 오프, 감소" 트랜잭션들을 전송; 816 감속된 각각의 ALC에 대한 ALC/ALD DB에 PSV 및 타임스탬프를 로그; 818 ALC 관리자에 대한 "턴 온" 트랜잭션의 스케줄링; 820 원하는 PSV를 충족하는 "온" 상태의 하나 또는 그 초과의 ALC들을 발견; 822 원하는 PSV를 충족하는데 필요한 각각의 ALC에 제어 커맨드를 전송; 824 원(original) "턴 온" 트랜잭션이 수신된 ALC로 "턴 온" 트랜잭션을 전송; 826 ALD 데이터베이스에 "턴 온" 트랜잭션 시간을 로그; 828 현재 "오프" 상태에 있는 각각의 ALC에 "턴 온" 트랜잭션을 전송; 830 모든 ALC들이 온?; 832 "이벤트 종료" 트랜잭션을 마스터 이벤트 관리자에 전송; 836 "감소 또는 절단"; 838 "이벤트 종료"; 840 "턴 온"을 포함한다.
도 11은 하기의 명세서에서 보다 상세히 설명되는, ALC, ALD, IP-기반의 통신, 로드 제어 디바이스들 및 전력 소비 디바이스들로서의 능등 그리드 엘리먼트들을 포함하는, 본 발명에 따른 IP-기반의 능동 에너지 관리 시스템(EMS)의 개요를 제공하는 개략적 다이어그램이다. 도 11의 인덱스들은 다음, 즉, 206 EMS/그리드 오퍼레이터/마켓 참여자/소매 전기 제공자/독립적 전력 생산자/자동 세대 제어; 137 ALD; 208 애플리케이션; 209 캐시/퍼시스턴스(Cache/Persistence); 210 미들웨어(Middleware); 211-메시징 엔진(Messaging Engine); 212 데이터베이스(Database); 213 커뮤니케이션들(Communications); 214 라우터(Router); 215 물리층(Physical Layer); 216 NIST/NERC/FERC 표준들에 대한 사설 또는 공중 네트워크 연결 보안; 217 IP 통신 방법들; 21 ALC; 219 1:1 또는 1:다수 ALC/GW/미터(들) 대 디바이스들; 111; 미터(들); 221 대형 상업적/산업적 빌딩 제어; 222 소형(Sm)/중형(Med)/대형 비즈(Biz); 26 프로그램 가능 제어 가능 서모스탯; 1 WiFi Zigbee 이더텟 RF 링크; 226 프로그램가능 서모스탯; 227 하나의 ALD 대 다수의 홈들/디바이스들/비즈니스들; 228 ALD 로; 118 통합된 ALC; 203 전기 소비 디바이스, 전기 소비 구조 및 저항성/유도성; 208 임의의 로드 소비 디바이스; 232 임의의 로드 소비 어플라이언스(appliance); 115 빌딩 제어; 234 다수의 표준들 또는 사유 인터페이스들을 통한 빌딩 제어와의 인터페이스들; 235 충전소(Charging Station); 14 EVA들을 포함한다. 예시된 바와 같이, 본 발명의 시스템의 표시들(206)은 전력 소비 디바이스들에 의해 소비되는 로드를 관리하기 위해 제어 디바이스들 및/또는 ALC들에 대한 로드 제어 이벤트들에 관하여 이들 액티브 그리드 엘리먼트들과 통신하기 위해 IP-기반의 통신 방법을 통해 액티브 그리드 엘리먼트들(이 예에서, ALD(들))과 네트워크 통신한다. 액티브 그리드 엘리먼트들 간의 상호작용을 보(여주기 위해 다양한 시스템 엘리먼트들을 예시 목적을 위해 예시된다.
본 발명에 의해 다뤄지는(addressed) 팩터(factor)들의 다른 양상에서, 도 12는 보존 전압 감소(CVR)를 위한 예시적인 시스템 배열을 예시하는 개략도이다. 도 12의 인덱스들은 다음, 즉, 237 약 100KV 또는 이 초과의 송신 라인들; 238 전기 버스 서브 스테이션(Electrical Bus Sub Station); 239 분배 전압들(Distribution voltages), 예를 들어, 6.9KV; 240 단상(Single phase); 241 XFMR; 242 220V 피더(Feeder); 243 ALC를 통한 피더를 따른 전압 측정; 244 홈, 비즈, 디바이스에서의 ALC 전압; 245 단상 +/- 3-5V, 108-112V; 246 전압들은, 전기 디바이스들에 대한 손상을 방지하기 위해 라인의 단부에서 각 표준들(per standards) 또는 +/- 3-5V을 유지해야 함; 249 자동 전압 레귤레이터; 250 전압 레귤레이터 +/- ; 251 변압기를 포함한다. 도면의 좌측에 도시된 송전 라인들은, 유틸리티(utility)일 수 있는 전력 생성 소스로부터의 전기 전력을 전기 버스 또는 서브 스테이션에 전달하며, 이러한 전기 버스 또는 서브 스테이션에서, 전력은, F1, F2, F3,.., FN(여기에서, ALC(들)을 통해 피더를 따른 전압 측정이 이루어짐)으로서 나타낸 부가적인 변압기들에 분배 전압들(예를 들어, 이 예에서는 약 6.9kV 및 단상)을 제공하도록 변환된다. 현재의 표준들 하에서, 전압들은 약 +/-3% 및 약 +/-5% 사이에서 유지되어야 하지만, 어느 경우이든, 전력 소비 디바이스들에 대한 손상을 막기 위해 라인의 단부에서의 최종 분배를 위해, 표준들에서 요구되는 바에 따라 유지되어야 한다. ALC들로서 기능하는 액티브 그리드 엘리먼트들은 바람직하게는 전압 정보 및 라인 손실 정보를 ALD(들)로서 기능하는 다른 액티브 그리드 엘리먼트들에 전송한다. 액티브 그리드 엘리먼트는 이에 따라 전압들을 자동으로 제어하기 위해 위상/전압 "고정(locked)" 루프를 설정하여서, CVR은 본 발명의 방법들 및 시스템들에 따라 메가와트의 운영 예비력을 생성한다.
또한, 본 발명의 상업적인 응용에 대한 도입으로서, 본원에서 참조되는 종래 기술의 도면들과 함께, 전기 전력 그리드의 기본적인 동작들을 고려하는 것이 유익하다. 종래 기술의 도 13은 전형적인 전기 전력 그리드 내에서의 생성, 송전, 분배 및 로드 소비를 예시하는 개략도이다. 도 13의 인덱스들은 다음, 즉 253 생성; 254 석탄; 255 하이드로(Hydro); 256 원자력(Nuclear); 257 최종 용도(End Use); 258 산업용(Industrial); 259 상업용(Commercial); 260 거주자용; 261 "굿(Good)" 동작 텔레메트리 & 가시성(Visibility); 262 "푸어(Poor)" 동작 텔레메트리 & 가시성; 263 송전(고전압); 264 분배(중간 전압); 265 "전기 버스들"로서 또한 지칭되는 서브스테이션(Substation)을 포함한다.
전형적인 종래 기술의 송전 시스템들(예를 들면, 고전압 송전 라인들)은 전력 소스들(예를 들면, 전력 플랜트들)을 분배 설비들(예를 들면, 전력 서브스테이션, 변압기, 변압기 드럼)뿐만 아니라 이웃 전력 시스템들에 접속한다. "스마트 미터들"은 홈들 및 비지니스들 상에 배치되고, 그들의 주요 기능은 "진보된 미터링"이거나, 이력 미터링 정보 및 제한된 유틸리티 운영 이점들이다. 종래 기술에서, 전력 생성 또는 공급은 그리드 내의 전력에 대한 소비자 수요와 밸런싱된다. 전기(electricity)는 비용 효율적으로 저장될 수 없으며, 이에 따라 공급(생성)은 소비자 요구를 충족시키고 그리고 시스템 실패를 피하기 위해 요구될 때에 정확하게 생성되어야 한다. 호수 내의 레벨(level in lake)은 항상 일정하게 유지되어야 하며; 이는 간단히 말해서, 주파수(60Hz) 및 전압 안정성을 포함하며 이들에 집중하는 그리드 안정성이다. 물리학의 법칙은, 전력이 적어도 저항의 경로 상에서 흐른다는 것을 지시하는데, 이는 반드시 우리가 전력을 흐르도록 하고자 하는 곳은 아니다.
종래 기술 도 14는 그리드 내의 전력에 대한 소비자 요구에 의한 전력 생성 또는 공급 밸런싱을 위한 밸런싱 영역들 및 이들의 상호작용을 도시하는 개략도이며, 여기서 유틸리티들은 송전 라인들 및 밸런싱 영역들에 의해 연결된다. 도 14의 표시는 606 송신 "스트림"; 607 제어 영역 1 "레이크; 608 제어 영역 2"레이크"; 609 제어 영역 3"레이크"; 610 마이크로-레이크 교환들; 611 마이크로 레이크 1; 612 마이크로-레이크 2; 613 마이크로-레이크 3; 614 NERC 제어, 성능, 및 방해 제어 표준들의 준수; 615 상호교환 밸런스(ACE 측정); 616 전송 "스트림"(제어 영역들 간의 MW 플로우); 617 고객; 618 발전기; 619 미터링 포인트들을 포함한다.
이용가능한 온라인은 지역들과 밸런싱 영역들 및 그리드 내에서의 전력에 대한 고객 수요와 발전 또는 공급과의 밸런싱에 관한 이들의 상호작용을 예시하는 수많은 맵들이다. 일 예는 NERC 지역들 및 밸런싱 권한 맵이다. 이러한 밸런싱 영역(BA; balancing area)들은 네트워크식 통신과 이들 사이의 전력 분배를 위해 구조화되고 구성되는 전력 그리드 및/또는 다수의 그리드들에 대한 기회들을 제공한다. 본 발명의 일 실시형태에서, 활성 그리드 엘리먼트들과의 통신은 통신, 메시징 등의 일 대 다 코디네이션을, 각각의 BA에 대해 적어도 하나의 코디네이터와 연관될 수 있는, 많은 활성 그리드 엘리먼트들과 EMS 사이, 주어진 BA 내부 또는 BA들 사이에 제공하는 적어도 하나의 코디네이터를 통하여 통과하거나 또는 적어도 하나의 코디네이터에 의해 라우팅되며, 이로써, 상태의 관리, 코디네이트된 교차-통신, 상태 변경, 그리드 안정성 메트릭들, 제어 메시지들 및 이들의 조합을 제공할 수 있다.
이하에서 본 발명의 시스템들 및 방법들은, 공급 및 로드 삭감 관리, 이용 가능한 전력, 운영 예비력들 및/또는 그리드 안정성의 증가를 위해 밸런싱 영역들 및 지역들에 걸친 협력을 용이하게 하기 위한 전력 트레이드 블록 또는 전력 트레이딩 블록들(PTB)들을 제공한다. 본 발명의 바람직한 실시예들에서, 평가하는 단계(valuing), 거래하는 단계(trading), 판매하는 단계, 교환하는 단계(bartering), 공유하는 단계, 바꾸는 단계(exchanging), 신용 거래하는 단계(crediting), 및 이들의 조합들의 방법 단계들을 포함하는, 적어도 하나의 PTB가 전력 그리드에 도입 및/또는 제공된다. 따라서, 본 발명은 발전, 저장 또는 분배 또는 송전이든지 아니든지 로드 소비 소비자들 또는 공급 소스들을 비롯한 BA들 또는 마이크로그리드들 또는 개별적인 활성 그리드 엘리먼트들에 걸친 전기 거래 마켓을 제공한다.
원격 측정(telemetry), 측정, 검증, PSV, 및 본원에서 설명되는 다른 팩터들은, FERC 745, 750 및 755를 준수하여, 소비자가 결제 가격으로 메가와트에 대해 보상될 운영 예비력들로서 삭감을 제공하고, 공급이 제공되거나 제공되도록 이용 가능한 것으로 표시되거나 결제 가격으로 메가와트에 대해 보상되거나 또는 결정되도록 기능하는 활성 그리드 엘리먼트들에 대한 능력을 본 발명에 제공한다. 결제 가격들은, 전력의 발전기 또는 전력의 구매자에 의해 전력이 전달되거나 수용되는 경우 이들의 위치를 포함하는 많은 속성들에 의해 결정된다. 용어 "지역 한계 가격(Locational Marginal Pricing, LMP)"은, 전력이 발전기로부터 전달되거나 구매자에 의해 수용되는 노드를 지칭한다. 노드는, 네트워크, 또는 통제 엔티티(governing entity)에 의해 특정되는 임의의 다른 측지학적으로 정의되는(geodetically defined) 경계 내의 물리적 버스 또는 버스들의 집합에 해당한다. 로드 또는 공급 구역(load zone)은 노드들의 어그리게이션(aggregation)으로서 정의된다. 구역 가격(zonal price)은 그 구역 내의 모든 노드들의 가격들의 부하-가중 평균(load-weighted average)이다. 허브(hub)는, 장기(long-term)의 상업적 에너지 거래를 용이하게 하기 위한 노드들의 대표적인 선택으로서 정의된다. 허브 가격은 모든 허브 위치들에서의 LMP들의 단순 평균이다. 외부 또는 프록시 노드는, ISO-밸런싱 영역과 그 이웃들 간의 거래를 위한 프록시의 역할을 하는 위치로서 정의된다. 본 발명에 따르면, 적어도 하나의 그리드 엘리먼트(들)은 전송 또는 분배 제어 노드, 모니터링 노드, 원격 측정 노드, 라우팅 노드, 전기 라우팅 노드, 결점 보호 노드, 발전 노드, 부하 제어 노드, 디바이스들(능동 & 수동), 센서들 등을 포함하고, 어떤 노드는 인터페이스 및/또는 어태치먼트를 포함한다. ISO들로서 오픈 마켓들을 갖지 않는 수직으로 통합된 유틸리티들에 대해, 이들의 전력 전달 또는 수용은, 이들의 송전 및 분배 시스템이 연장하고 그리고 그 유틸리티에 의해 유지되는 그리드 안정성에 영향을 받는 지리적위치(geography)로서 정의되는 이들의 "밸런싱 영역"의 이들의 경계들에서 일어날 수 있다. 밸런싱 당국(Balancing Authority) 경계들은 또한, 전달 포인트들 또는 (LMP) 가격 포인트(pricing point)들일 수 있다. 수직으로 통합된 유틸리티들은, 수직으로 통합된 유틸리티들 내에서, 유틸리티가 서비스하는 밸런싱 영역(BA) 내의 그리드에 대한 개선들을 위해 레이트 베이스(rate base)가 과금된(charged) 이후 로컬의 공익 사업 위원회(local public utility commissioins)가 룰들을 시행하고 강화하기 위한 더 많은 당국을 갖는 것을 제외하고, ISO들 내의 분리된(decoupled) 유틸리티들과 동일한 FERC 및 NERC 룰들에 영향을 받는다는 것을 주목해야 한다. 3 개의 FERC 오더들(2011년부터 모두 745, 750, 755)은 본 발명에 대한 방법들에 따른 시스템 및 장치 실시예들에서 활성 그리드 엘리먼트와 이들의 등록 및 이들의 기능을 비롯한 전력 그리드 로드 관리 및 분산된 공급에 적용가능하다. 세계적인 마켓에서의 추세는, 요구 응답 기술들/로드 삭감 기술들의 이용으로 하여금 보다 적은 대규모, 특히 화석 연료 발전소에 대한 요구를 촉진시키도록 허용하는 새로운 FERC 룰들을 유틸리티들이 따라야만 하도록, 이러한 유틸리티들에 대해 마켓의 힘(market forces)을 투입(inject)하는 것이다.
전력은 일반적으로 "커패시티" 면에서 제너레이터가 유틸리티, 마켓 참여자 또는 REP를 위해 확보하기로 동의한 전력의 확보된 피크량으로 거래되며; "에너지"는 전력 그리드, 소비자들, 특히 기업 계정들에 대해 전력을 구입, 판매 또는 유통하고, 또한 이런 식으로 전력을 구매할 권한이 부여된 유틸리티, 마켓 참여자, REP 또는 임의의 엔티티에 의해 소비되는 전력의 양으로서 정의된다. 에너지는 도매 마켓에서 "메가와트시(MegaWatt Hours)"로 계산되며, 이는 2개의 유틸리티들, 이러한 양을 소비하기에 충분히 대형인 상업 고객, (생성 또는 유통) 유틸리티, 또는 일반적으로 생성 유틸리티로부터 전력을 구매하고 유통 네트워크를 이용하여 그 구매된 전력을 도매 레벨에 공급하고 그 전력을 일반적으로 더 작은 측량 증분들인 "킬로와트시(kWH)"로 최종 소비자들/고객들에게 유통하는 REP를 포함하는 마켓 참여자 사이의 LMP와 같은 전력 교환, 송신 기준점, 또는 계량 포인트에서 소비되는 일(1) 백만 와트의 전기로서 정의된다. 유틸리티들, 마켓 참여자들, REP들 및 CSP들이 이들의 삭감/DR 및/또는 공급을 "커패시티 수치를 나타내는 kW" 및 회피 에너지를 나타내는 "kWH"의 증분들로 어그리게이팅할 수 있게 하는 FERC 오더 745, 750, 755에 의해 이네이블되는 삭감 기술들의 이용을 수반하는 프로그램들의 도입으로 인해 이러한 증분들이 중요하다. 피크 "커패시티" 요금(charge)들은 간격들을 기초로 계산되고, 이로써 순간 피크(kW/MW)는 "커패시티" 요금을 결정한다.
특히, 보다 상세한 설명에 의해, 2011년에, FERC는 세계 마켓에 대한 직접 응용성을 갖고 미국 전역에 걸쳐서 구현될 마켓에 대한 새로운 기술들, 특히 분배된 로드 자원, 삭감(curtailment), 수요 응답 기술들, 및 분배된 공급 소스들의 투입에 관한 영향을 천명했던 일련의 오더들(745, 750, 755)을 발행하였다. 2011년 3월 15일 발행하고 2011년 4월 채택하였으며 그 전체 본원에 인용에 의해 포함되는 FERC 오더(745)는, 마켓, BA 또는 유틸리티 서비스 영역 또는 RTO(regional trading area)내로 수락될 수 있는 전력의 최소 트래이딩 블록을 어그리게이팅할 수 있는 유틸리티, 마켓 참여자들, CSP들, REP들 또는 임의의 다른 엔티티는, 그것이 생성되었던 것처럼, 최근접 LMP에서의 결제 가격(clearing price)에서 이러한 삭감/로드 자원 및 수요 응답 기술에 대해 보상되어야 한다는 것을 규정한다; 이는, 이러한 공급 및/또는 삭감 활동들과 연관된 활성 그리드 엘리먼트들이 어그리게이트된 계산에 대한 그의 개별적인 기여에 기초하여 개별적으로 추적, 관리, 리포트, 및 보상될 수 있다는 것을 규정한다. 솔직히 말해서, "네가와트(Negawatt)들"은 "메가와트들"과 동일한 값을 갖는다. 이익을 보장하기 위해 자산의 레이트 토대 복구(rate base recovery)의 구식 관행을 여전히 갖는 이들 유틸리티들에 특히 논쟁적으로, 이들 "네가와트들"이 "메가와트들"로서 보상되는 조건들은 그리드 안정성(grid stability)의 이익을 위해 유틸리티 운영 리저브들(Operating Reserves)을 생성할 수 있는 삭감/로드 자원/수요 응답 기술들을 중요시한다. 앞서 정의된 운영 리저브들은 삭감/로드 자원들/수요 응답의 경우에 상이한 용량 및 에너지 제품들 또는 그의 등가성들에 관여하고, 생성과 동일한 레벨의 측정, 검증, 응답성(레이턴시) 및 지불(settlement)에 대하여 수행할 자신의 능력에 기초하여 최근접 LMP에서 보상된다. 이러한 높은 표준은, 용량 제품(capacity product)(종래의 그리고 진보된 수요 응답)들이 마켓에 또한 참여하고, 전송 손실 없이 용량 및 에너지 자원들을 제공하는 귀중한 기능을 수행하면서, 생성 등가성들(generation equivalencies)(로드 자원)로서 수행할 수 있는 이들 진보된 기술들을 보상하는 실제적인 효과를 갖는다(회피된 전력은 종단점으로의 kWH/MWH의 전송을 회피하고, 그에 따라 전력이 요구되는 다른 곳에 전력을 전달하도록 전송 및 분배 라인들을 자유롭게 함). 대부분의 유틸리티들은 그의 전기 버스(변전소 레벨들) 미만의 분배 손실들의 정확한 측정들을 갖지 않고, 따라서, 이 정보가 유틸리티 동작들로 포워딩하게 되도록 허용하는 높은 성능의 IP 기반 활성 그리드 엘리먼트들 및 대응하는 서비스 지점들은 운영 리저브들 및 "네가와트들"을 프로모팅하고, 그의 가치를 늘린다는 것이 주의되어야 한다.
2007년 8월 28일자로 출원되었고 이제 미국 특허 7715951인 미국 출원 제 11/895,909호의 분할출원인, 2010년 3월 1일자로 출원되었고 이제 미국 특허 8032233인 미국 출원 제 12/715,195호의 계속출원(continuation)인, 2011년 6월 29일자로 출원된 미국 출원 제 13/172,389호를 포함하는 미국 특허들 및 특허 출원들에 관련되고, 이들 모두는 그 전체가 인용에 의해 본 명세서에 포함되며; 이들 특허문헌들은, 전력 그리드들 내의 몇몇 활성 로드 관리의 설명들을 포함하고, 본 발명의 시스템들 및 방법들에 대한 부가적인 배경 및 맥락을 제공한다.
또한, 이러한 문헌에서, "제 1" 및 "제 2", "상단" 및 "하단" 등과 같은 관계 용어들은, 다른 엔티티 또는 엘리먼트로부터 하나의 엔티티 또는 엘리먼트를 구별하기 위해서만 사용될 수도 있다(그러한 엔티티들 또는 엘리먼트들 사이의 임의의 물리적 또는 논리적 관계 또는 순서를 반드시 요구하거나 암시하지 않음). 용어들 "포함하다", "포함", 또는 이들의 임의의 다른 변경은, 프로세스, 방법, 물품, 또는 엘리먼트들의 리스트를 포함하는 장치가 그들 엘리먼트들만을 포함하는 것이 아니라, 그러한 프로세스, 방법, 물품, 또는 장치에 명백히 리스트되지 않거나 고유하지 않은 다른 엘리먼트들을 포함할 수도 있기 위해 비-배타적인 포함을 커버하도록 의도된다. 임의의 오브젝트 도는 동작과 관련하여 사용된 바와 같은 용어 "복수"는 그러한 오브젝트 또는 동작의 2개 또는 그 초과를 의미한다. 단수에 의해 시작되는 청구항 엘리먼트는, 프로세스, 방법, 물품, 도는 엘리먼트를 포함하는 장치에서 부가적인 동일한 엘리먼트들의 존재를 더 많은 제약들 없이 배제하지 않는다.
청구된 요지를 지원하는 정의 및 설명에 의해, 바람직하게, 본 발명은 통신 계층을 통해 메시징하기 위한 통신 방법들을 포함한다. 네트워크를 통한 IP-기반 통신들이 가장 바람직하다. 대응적으로 및 본 발명에 따라 메시징하기 위한 통신 방법들에 따르면, 본 명세서, 도면들 및 청구항들 전반에 걸쳐 사용되는 바와 같이, 용어 "ZigBee"는, 표준 802.15.4에 따른 IEEE(Institute of Electronics & Electrical Engineers)에 의해 채용된 임의의 무선 통신 프로토콜 또는 임의의 후속 표준(들)을 지칭하고, 용어 "Wi-Fi"는, 표준 802.11 하에서 IEEE에 의해 채용된 임의의 통신 프로토콜 또는 임의의 후속 표준(들)을 지칭하고, 용어 "WiMax"는 표준 802.16 하에서 IEEE에 의해 채용된 임의의 통신 프로토콜 또는 임의의 후속 표준(들)을 지칭하며, 용어 "Bluetooth"는 표준 802.15.1을 구현하는 임의의 단거리 통신 프로토콜 또는 임의의 후속 표준(들)을 지칭한다. WiMax에 대해 부가적으로 또는 대안적으로, 아날로그 무선 송신, 즉 1세대 표준 기반(IEEE, ITU 또는 다른 인식된 세계 통신 표준)과 같은 "1G" 무선 프로토콜, "1XRTT로서 또한 알려진 EDGE 또는 CDMA2000"와 같은 "2G" 표준 기반 프로토콜, "고속 패킷 액세스(HSPA) 또는 EVDO(Evolution for Data Only)"와 같은 3G 기반 표준, "WiMax, 롱텀 에볼루션 "LTE" 및 그의 파생된 표준들을 포함하는 IEEE, ITU 표준들"과 같은 임의의 수용된 4G 표준, 무선 또는 유선의 임의의 이더넷 솔루션, 또는 IP 기반 메시지를 전송 및 수신하는 클라이언트 디바이스 또는 임의의 제어가능한 디바이스에 통신하는 임의의 사설 무선 또는 전력 라인 캐리어 표준들을 포함하지만 이에 제한되지는 않는 다른 통신 프로토콜들이 사용될 수도 있다. 용어 "고속 패킷 데이터 액세스(HSPA)"는, 자신의 3세대 UMTS(Universal Mobile Telecommunications System) 프로토콜들 이후의 모바일 통신들을 위한 글로벌 시스템(GSM)의 진화물(evolution)을 지칭하는 ITU(International Telecommunication Union) 또는 다른 모바일 원격통신 표준 보디(body)에 의해 채용된 임의의 통신 프로토콜을 지칭한다. 용어 "롱텀 에볼루션(LTE)"은, HSPA에 대한 대체 프로토콜들이도록 예상되는 음성, 비디오 및 데이터 표준들에 대한 GSM-기반 네트워크들의 진화물을 지칭하는 ITU 또는 다른 모바일 원격통신 표준 보디에 의해 채용된 임의의 통신 프로토콜을 지칭한다. 용어 "코드 분할 다중 액세스(CDMA) EVDO(Evolution Date-Optimized) 리비젼 A(CDMA EVDO Rev.A)"는 표준 넘버 TIA-856 Rev.A 하에서 ITU에 의해 채용된 통신 프로토콜을 지칭한다.
본 명세서에 설명된 발명의 실시예들이 하나 또는 그 초과의 종래의 프로세서들, 및 특정한 비-프로세서 회로들과 함께, 본 명세서에 설명된 바와 같은 하나 또는 그 초과의 전력 로드 관리 시스템들에서 전력 로드 분배를 관리하고 개별 가입자 전력 소비 및 절약들을 추적하기 위한 기능들 중 일부, 대부분, 또는 모두를 구현하도록 하나 또는 그 초과의 프로세서들을 제어하는 고유한 저장된 프로그램 명령들로 구성될 수도 있음을 인식할 것이다. 비-프로세서 회로들은, 라디오 수신기들, 라디오 송신기들, 안테나들, 모뎀들, 신호 드라이버들, 클록 회로들, 전력 소스 회로들, 중계기들, 미터기들, 스마트 브레이커(breaker)들, 전류 센서들, 및 사용자 입력 디바이스들을 포함할 수도 있지만 이에 제한되지는 않는다. 그러므로, 이들 기능들은, 전력 로드 관리 시스템 내의 디바이스들 사이에서 정보를 분배하고 신호들을 제어하기 위한 방법의 단계들로서 해석될 수도 있다. 대안적으로, 몇몇 또는 모든 기능들은, 저장된 프로그램 명령들을 갖지 않는 상태 머신에 의해, 또는 기능들의 각각의 기능 또는 몇몇 결합들이 맞춤형(custom) 로직으로서 구현되는 하나 또는 그 초과의 주문형 집적 회로(ASIC)들에서 구현될 수 있다. 물론 2개의 접근법들의 결합이 사용될 수 있다. 따라서, 이들 기능들에 대한 방법들 및 수단이 본 명세서에서 설명된다. 추가적으로, 본 명세서에 기재된 개념들 및 원리들에 의해 안내되는 경우, 예를 들어, 이용가능한 시간, 현재의 기술, 및 경계적인 고려사항들에 의해 동기가 부여되는 가급적 상당한 노력 및 많은 설계 선택들에도 불구하고, 당업자는 용이하게, 과도한 실험 없이, 그러한 소프트웨어 명령들, 프로그램들 및 집적 회로(IC)들을 생성하고, 그러한 비-프로세서 회로들을 기능적으로 통합할 수 있을 것임이 예상된다.
최근에, IEEE 및 ITU는, 진보된 스마트 미터들을 포함하는 스마트 브레이커 및 스마트 접속해제 스위치들을 이용하는 전력 로드 제어 디바이스들의 응답 및 제어를 개선시키기 위해 새로운 기술들의 고려사항을 용이하게 하는 개선된 WiMax 및 롱텀 에볼루션 무선 표준들을 릴리즈했으며, 여기서, IP 멀티미디어 게이트웨이들은 별개의 접속된 인쇄 회로 보드들, 즉 이들 디바이스들에 의해 제공된 측정들이 지불(settlement) 목적들을 위해 수용될 수도 있도록 충분한 "수익(revenue) 등급" 계량을 소유하는 서브미터링 기술들로서 삽입되거나 부착된다. 당업자에 의해 인식될 바와 같이, 용어 "수익 등급"은 산업 용어, 즉 ANSI에 의해 결정된 정확도의 퍼센티지이며, 이는 전력 측정이 소비되는 실제 값의 1/2% 내에 있어야 한다는 것을 의미한다. 따라서, 교정 표준들은 그에 따라 전력 측정 디바이스들 및/또는 칩들의 OEM들에 제공된다. 본 발명의 시스템들 및 방법들의 실시예들에서, 이들 교정 표준들은, 칩셋 및 관련 소프트웨어를 포함하는 컴포넌트들, 및 상기 기재된 바와 같이 IP-기반 통신들을 통한 전력 측정 정보의 송신을 통해 충족된다. 기준 전력 사용 포인트를 제공하는 기초 기술들, 전기 소비 디바이스들(유도성 또는 저항성)에 대한 전력 "상태" 및 전력 소비 데이터의 검증을 허용하는 샘플링 기술들, 리액티브 전력, 전력 팩터, 시동 전류, 듀티 사이클들, 전압, 소비 전망들 및 가장 중요하게는 실시간 또는 근 실시간 전력 측정 샘플링 등은, ANSI(American National Standards Institute), ISO, 그리드 오퍼레이터, 관리 보디 수익 측정 등을 포함하는 전력 공급 값(PSV)을 도출하도록 요구되며, 바람직하게 이들은, 소비자 관점으로부터 활성 로드 관리를 최적으로 모네타이징(monetizing)하려는 목적들을 위해 적어도 단일 PTB(Power Trade Block) 유닛의 사이즈에 도달하도록 어그리게이팅(aggregate)된다. PTB들은, 설비, 말단 소비자/소비자, 마켓 참가자, CSP, 요구 응답 어그리게이터, 또는 FERC, NERC 등과 같은 그리드 오퍼레이터들을 조정하는 정부 엔티티에 의해 인가된 임의의 엔티티에 의한 입찰(bid), 트레이딩, 지불을 위해 수용될 수 있는 (kW 또는 MW 단위의) 용량 사이즈 또는 (kWH 또는 MWH 단위의) 에너지 데이터를 결정하도록, 그리드 오퍼레이터, 지역 송신 오퍼레이터, 또는 독립적인 시스템 오퍼레이터에 의존한다. 일반적으로, (그리드 상의 임의의 측지(geodetic) 위치에서의 삭감 활동들로부터 그리드에 대한 효과를 고려하지만, 일반적으로 전기 버스 또는 지서(substation)에 의해 모델링되는) 측정, 검증, 송신 및/또는 분배 모델링으로 인해, 최소의 수용가능한 PBT는 본 발명의 시점에서 100kW이다. 최소 원격측정, 측정, 검증, 확인이 충족되며, 서브-PTB에 의해 전력 블록 증분들을 지불하기 위해 현재 또는 장래에 사용되는 그리드 오퍼레이터, ISO, RTO, BA 또는 그리드 지형의 임의의 다른 증분들에 수용가능한 최소의 PTB로 어그리게이팅될 수 있는 한, 최소의 PTB가 전기 그리드의 송신 및 분배 공급기 시스템을 따라 디바이스, 홈, 빌딩, 서비스 포인트, 상업용, 산업용, 변압기, 공급기, 서브스테이션, 송신 라인 및 임의의 서브-포인트에서 결정될 수 있도록 서브레벨에서 수행될 수 있는 ALD 및 ALC와 결합된 경우, 측정/검증에서의 이들 진보들, 이러한 실시예에 설명된 바와 같이 복수의 다양한 통신 방법들에 의해 제시된 근 실시간 또는 실시간 IP/이더넷 기반 원격측정 능력들, 및 서비스 지향 아키텍처 기반(SOA) 소프트웨어 및 하드웨어 서브시스템들이 주어지면, 이러한 제한은 영구적이도록 예상되지 않는다.
다른 것들 중에서도, WiMax, 고속 패킷 액세스(HSPA), EVDO(Evolution for Data Only), 둘 모두의 고려된 3세대 무선 표준들, "4G" 표준 및 본 발명의 기한 동안 도입되도록 매우 확실한 그의 파생 표준들로서 본 발명의 시점에서 고려되는 롱텀 에볼루션(LTE), 상기 통신 방법들에서 기재된 바와 같은 "WiFi", 및 "다중 입력 다중 출력(MIMO)"를 포함하는 그의 파생 표준들로서 또한 알려진 IEEE 802.11(X), 예로서, 탄소 배출권(carbon credit)들을 셋업하는 Kyoto 또는 Copenhagen 프로토콜들과 같이, 정부 또는 관리 보디들(예를 들어, NERC(National Electric Reliability), FERC(Federal Energy Reliability Commission), 연기되거나, 보존되거나 제거된 전력의 양(또는 제거된 탄소, SO2, 또는 NO2))에 의해 설정된 바와 같은 원격측정 성능 표준들을 충족시키기 위해 실시간으로 또는 충분한 시간 증분들로 모니터링 및 측정하기 위한 능력을 갖는 시스템에서의 복수의 사설 메시 및 포인트 투 포인트 통신 솔루션들 또는 임의의 인터넷 프로토콜(IP)-기반 로드 제어를 이용함으로써, 본 발명의 실시예들은 종래 기술들을 부연(expand onto)하고 향상시킨다. 이들 개선들은, 환경에 더 친화적인 새로운 전력 생성에서 연기 또는 투자하기 위해 전기 설비들 또는 임의의 마켓 참가자에 대한 새로운 옵션들을 허용한다.
IP-기반 전력 관리는 많은 이유들 때문에 기존의 시스템들에 비해 유리하다. 이것은 인터넷 프로토콜 버전 6(V6)를 이용하는 통신들 및 제어에 대해 특히 참이며, 그에 의해, 전력의 측정 및 제어를 위해 이용되는 로드 소비 디바이스(ALC), 미터기, 로드 제어기 디바이스, 프로그래밍가능 서모스탯(PCT), 빌딩 제어 시스템 또는 임의의 디바이스, 및 임의의 공급-관련 엘리먼트 또는 디바이스 및 관련 센서들 및 제어기들, 및 전력 관리의 목적을 위한 PSV 및/또는 PTB의 이들의 대응하는 파생물을 포함하지만 이에 제한되지는 않는 다수의 활성 그리드 엘리먼트들의 각각은, 삭감 또는 공급에 관계없이, 그리드 조정기, 오퍼레이터, 또는 등가물에 적용가능한 예비소들을 동작시키기 위하여 제공되기 위해, 그 자신의 정적 IP 어드레스, 즉 향상된 보안을 갖는 가상의 사설 네트워크를 가질 수 있다. 그리드 엘리먼트들 또는 디바이스(들), 제어 디바이스(들), 조정기, 및 이들의 결합 각각에 대해, 수익 등급 계량, 및 제한이 아닌 예로서, 그 시간에 고유한 식별자에 대해 제공되기 위한 IP V4를 통한 정적 IP 어드레스 또는 동적으로 할당된 IP 어드레스와 같은 고유한 식별자의 IP-통신은, 로드 삭감 이벤트에 대응하는 적어도 하나의 PTB를 형성하기 위하여 PSV들의 실시간 어그리게이션에 대해 중요하다. 따라서, IMEI(international manufacturer equipment identifier) 및 전자 시리얼 넘버들 또는 MAC 어드레스를 갖는 하드웨어의 모든 각각의 부분은, 각각의 디바이스가 향상된 보안 및 지불을 위해 제공하는 고유한 식별자를 갖도록 IP V6와 결합가능하다. 보안 송신의 다른 잘 설정된 방법들은, 그리드 안정화 및 동작을 개선시키는 동작 예비소들 및 다른 그리드 안정화 예비소들을 생성하기 위해 개별 로드 소스들, 로드 소스들의 그룹들, 또는 임의의 서브 증분을 생성 또는 어그리게이팅하려는 목적들을 위하여, 진보된 로드 삭감, 로드 리소스들, 또는 요구 응답을 구현하기 위해 필요한 PSV들, PTB들, 장비 식별자들, "상태들", 또는 임의의 다른 그리드 안정화 커맨드, 제어 또는 상태 메시지의 보안 통신을 위해 2개의 IP 기반 또는 사설 솔루션들 사이에서의 정보의 송신 중에 광범위하게 사용되는 암호화 "키들"의 사용을 포함한다. 그리고 대응적으로, 각각의 활성 그리드 엘리먼트에 대하여 전기 전력 그리드에 제공 또는 도입되는 모든 공급 이용가능도 및/또는 실제 공급을 위해, PSV들 및 PTB들은, 그것이 모든 요건들, 제한이 아닌 예로서, FERC, NERC, 정부 기관 규칙들 및 요건들 등에 따른다면, 임의의 미리 결정된 부착 포인트들, 지리적 위치들, 및 이들의 결합들에서의 도입을 위해, 분배된 전력 공급을 생성하도록 그룹들 내의 전력 공급 소스들, 또는 임의의 서브 증분으로서 어그리게이팅된다.
예컨대, 조정기가 포지티브 제어를 제공하여, 시스템 제어기가 임의의 위치에 있는 임의의 액티브 그리드 엘리먼트로부터 응답을 수신하도록 허용하여, 전기 전력 그리드에 대한 상기 액티브 그리드 엘리먼트의 자동 등록이 뒤를 잇는다. 일단 의도되는 대로 기능하면, 액티브 그리드 엘리먼트는 예컨대 부가 메시징을 통신하고, 상기 부가 메시징은, 가변 속도 유도성 디바이스 또는 가변 전력 소비 저항성 디바이스의 경우에서와 같이, 실제 타겟 디바이스가 턴 "오프" 또는 턴 "온" 했음 또는 감소했음을 표시하고, 이로써 전체 동작이 중단되는 것이 아니라, 전력 소비량이 감소되어, 전력 소비 디바이스로부터 전력의 전부가 아닌 전력의 일부의 삭감을 통해 동작 리저브가 생성된다. 대응하게, 전원으로서 기능하는 임의의 액티브 그리드 엘리먼트들에 대해, GSS 또는 SSS 엘리먼트들은 그리드에 대한 부착점들을 통한 도입에 이용가능한 전기 전원을 제공한다. 부가하여, 각각의 액티브 그리드 엘리먼트는 고유 액티브 그리드 엘리먼트 식별자를 포함하고, 상기 고유 액티브 그리드 엘리먼트 식별자는 장비 식별자를 포함할 수 있지만, 각각의 액티브 그리드 엘리먼트에 완벽하게 고유하다. 또한, 각각의 액티브 그리드 엘리먼트에 대해, 상기 각각의 액티브 그리드 엘리먼트의 IP 주소가, 그리드 엘리먼트가 시스템에 자동으로 등록될 때 (예컨대, DHCP(dynamic host configuration protocol)의 사용을 통해) 동적으로 할당되든지 또는 서빙 IP 네트워크에 의해 정적으로 할당되든지 하여, 이로써 전력 서비스들을 부주의로 셧다운하는 사보티지(sabotage) 또는 무작위 테러리즘의 행위로부터 보호하기 위한 개선된 보안이 제공된다. FCC가 대역내에 있는 바와 같은 비허가 및 비제어 스펙트럼 대역들에서 동작하는 라디오 서브시스템들을 활용하는 것들을 포함하는 기존 전력 관리 시스템들은, 보안 문제점들을 적절하게 다루지 않으며, 따라서 적대적 또는 악의적 행위들에 더욱 쉽게 영향받을 수 있다. 이러한 액티브 그리드 엘리먼트 식별자들의 추가적인 실시예들은 MAC 주소들, 표준들 기반 암호화 키들, 그리고 HSPA, EVDO 및 LTE와 같은 표준들 기반 통신 방법들의 사용에 내재적인 보통의 암호화 기술들의 사용을 포함하고, 여기서 패킷들은 그들이 라디오 기지국, 또는 몇몇 경우들에서 라우터 및 심지어 애플리케이션 층 자체를 떠날 때의 지점으로부터 암호화된다. 추가적인 실시예들은 IP 전송 층을 통해 가상 물리 층 연결들을 형성하는 VPN(Virtual Private Network) 및 VPN 터널들을 포함한다.
전기 전력을 위한 시장은 미리결정된 단위(basis)로, 예컨대 부하 삭감 또는 공급 요청을 위한 이벤트의 적어도 하루 앞서, 그 필요들을 예측한다. 발전 또는 삭감을 위한 부하량들은 그리드에 대한 적어도 하나의 위치, 지리, BA, 및/또는 부착점에 대해 제공되고; 또한 이벤트를 위한 타이밍에 따라 좌우되는, 그러한 부하량들에 대한 대응하는 가격책정이 또한 제공된다. 에너지 공급의 예비(standby) 및 클리어링(clearing)이 제공된다. 이들은 일반적으로, 시장의 에너지 거래자에 의해 제어된다. 리저브들, 동작 리저브들, 보조 자원들, 실시간 에너지, 및 이들의 결합들을 조절하기 위한 할당이 이루어진다. 예컨대, 비드(bid)가 ERCOT에 제출된다. 부하-소비 디바이스들 및 공급원들을 포함하는 각각의 액티브 그리드 엘리먼트의 상태가 메시징을 통해, 바람직하게는 조정기를 통해 제공되고; 또한, 조정기는 액티브 그리드 엘리먼트 또는 디바이스 식별, 용량, 상태 등등에 관련된 정보 및 메시징을 제공한다. 조정기는 다수의 액티브 그리드 엘리먼트들과 EMS 또는 제어 서버, 즉 ASD 사이의 라우팅, 상태, 용량, 식별자, 추적, 및/또는 제어 통신자이다. 도 8을 참조하면, ALC는 자신의 상태를 ALD, ASD, 및/또는 조정기를 통해 EMS 및/또는 그리드 오퍼레이터에 통신한다. 통신은 다양한 방법들 및 본원에서 식별된 컴포넌트들을 통해 발생한다. 액티브 그리드 엘리먼트 및/또는 디바이스로부터의 메시지는 엘리먼트 또는 디바이스의 식별, 용량, 공급 또는 부하 삭감을 위한 이용가능성 등등을 포함한다. 중요하게, 각각의 그리드 엘리먼트가 기능적으로 활성화되기 위해 그리드에 등록되어야 하고, 그런 다음 각각의 액티브 그리드 엘리먼트의 미리결정된, 의도된 기능을 위해 그리드에의 액티브 그리드 엘리먼트 기능 참여가 제공된다. 바람직한 실시예들에서, 이러한 등록은 조정기를 통해 그리고 IP 메시징을 통해 발생하고, 그리고 그러한 특정 액티브 그리드 엘리먼트들에 의해 요구되는 대로 그리고 그들의 참여, 기능, 및/또는 그리드에서의 역할에 따라, 원격계측이 제공된다. 예컨대, 원격계측은, EMS에 의해 별개로 제어되는 데드 대역 및 리저브들을 조정기를 통해 조절하기 위한 상이한 레이트들로(실시간 또는 매 6초마다 상태 변경), 그리고 ALD/ASD, 제어기 등등을 포함하지만 이들로 제한되지는 않는 액티브 그리드 엘리먼트들 각각에 대해 스트리밍된다.
IP-기반 시스템들은 또한 대역폭 또는 네트워크 효율적이다. 예컨대, IP 디바이스들은 7-층 OSI(Open Systems Interconnection) 모델을 통해 제어되고, 이로써 각각의 패킷의 페이로드는, 메시지 또는 "상태 변화" 또는 전기 그리드 또는 마이크로그리드를 위한 동작 리저브들의 안정화, 스테이터싱(statusing) 및 생성의 목적들을 위해 앞선 실시예들에서 요구된 임의의 다른 메시지를 포함할 수 있고, 그리고 동기 통신을 요구하지 않는다. 이러한 송신 방법(예컨대, "UDP" 통신)은 브로드밴드 네트워크 상에서 아주 최소한의 오버헤드 및 낮은 데이터 레이트들을 허용한다. 또한, IP 네트워크들은 메시징의 전송을 위해 TCP/IP(Transport Control Protocol/Internet Protocol) 메시징 포맷들을 설정할 수 있다. 대역폭 성능이 매우 불량하고 그리고 암호화를 포함할 수 있거나 또는 암호화를 포함하지 않을 수 있는 사유 데이터 패킷에 IP 메시지가 캡슐화될 수 있는 사유의 "메시" 네트워크들에 대해, 효율적인 비동기 통신 방법은 커맨드 및 제어 또는 상태 레포팅을 위한 메시지 타입 및 복수의 메시지들을 전송하기 위한 유일한 방법일 수 있다. 부가하여, IP 디바이스들은, 전기 그리드 오퍼레이터, 즉 시장 참여자에게 중요한 많은 상태들을 레포팅할 수 있다. 이러한 상태들은, 엔티티가 그리드의 안전하고 신뢰성 있는 동작을 보장하기 위한 커맨드 및 제어를 수신하는데 필요한 준수 정보를 공급하고, 그러나 또한 동작 리저브들 또는 임의의 요구 응답 물건들을 전달하기 위해 그리드 오퍼레이터의 표준들에 부합하는데 필요한 정보를 제공하기 위해 측정, 검증, 원격계측, 합의 및 PSV(Power Supply Value)들을 위해 필요하며, 여기서 최종 결과들은 그리드 안정성을 개선시키고, 그리고 소비자, 유틸리티, 시장 참여자, REP, CSP 등등이 FERC 오더(745)에서 고려되는 바와 같은 이러한 물건들을 공급하기 위한 금전적 보상을 받도록 허용할 것이다. 정전을 위한 또는 간단한 요구 응답 준수를 위한 "무 전력"을 포함하는 이러한 커맨드들은, 디바이스 레벨, 미터 레벨, 전기 버스 레벨, 또는 위의 전부 중 복수에서 측정 및 검증했다. 또한, "많은" 종점들 또는 액티브 그리드 엘리먼트들이 하나의 자원으로서 그리고 EMS에 응답하여 동시에 동작될 수 있도록, 이러한 커맨드들은 애그리게이팅되고 그리고 그리드 오퍼레이터 또는 유틸리티에 제시된다. 예컨대, 액티브 부하 클라이언트(21)는, AC 전력이 손실될 때 백업 또는 예비 전력을 액티브 부하 클라이언트(21)에 제공하기 위한 배터리 백업 메커니즘을 갖도록 구현될 수 있다. 이러한 경우, 배터리 백업이 호출될 때, 액티브 부하 클라이언트는 "무 전력" 조건을 레포팅할 수 있다. 대안적으로, 액티브 부하 클라이언트가 ALD 서버로부터의 메시지(예컨대, 폴(poll) 또는 다른 메시지)에 적시에 응답하는데 실패하면, 특히 임의의 지리적 영역의 다수의 액티브 부하 클라이언트들이 ALD 서버 메시징에 적시에 응답하는데 실패하거나 또는 다수의 UDP 패킷들이 확인응답을 수신하지 않을 경우 "무 전력" 조건이 가정될 수 있다. 각각의 소비자 프레미스(premise)들 및 액티브 부하 클라이언트의 지리적 위치가 설치 때 또는 그 이후에 (예컨대, GPS 좌표들을 이용하여) 알려질 수 있기 때문에, 그러한 네트워크 정전들은 미터 단위마다 또는 부하 소비 디바이스 단위마다 위치될 수 있다.
액티브 그리드 엘리먼트들에 관련된 통신을 위한 다수의 유스 케이스들이 본 발명의 시스템들 및 방법들 하에서 제공된다. 본 발명 하의 메시징은, 디바이스들의 프로파일들, 그리드의 "헬스", 상태 정보 등등에 관련된 임의의 그리고 모든 커맨드들, 질의들 등등을 포함한다. 프로파일들은, 유틸리티에 의해 커맨딩된 제어된 재시동만이 아니라, 제어된 재시동을 위해, 무엇이 시동되는지, 언제 시동되는지를 자동으로 도출하고; 본 발명은, 특히 그리드 안정성 및/또는 공급 자원 정보를 제공하기 위해, 프로파일들 및/또는 유틸리티 어느 한 쪽이 커맨드 및 제어를 통신하게 제공한다.
추가적인 실시예는, ALD, ASD, 및/또는 조정기 서버가 액티브 그리드 엘리먼트들 레벨에서 실행될 커맨드들 또는 프로파일들의 세트를 통신 또는 전력의 손실에 앞서 제공하도록 허용하여, 그들이 자동적으로 그리고 독자적으로 동작하여 그리드 오퍼레이터 또는 유틸리티가 원하는 동작 리저브들이 제공되어 이후의 송신을 위한 측정 및 검증 정보가 저장되거나, 또는 전력 손실의 경우 매우 정밀한 "재-시동" 프로시저들을 허용하여, 그리드 오퍼레이터로부터의 전력 복구의 동시 충격이 발전 및 분배 시스템에 과부하를 주는 악영향을 갖지 않게 된다. "제어된 재시동"의 이러한 실시예들은 또한 소비자 프로파일에 적용될 수 있고, 여기서 소비자 위치에 있는 대부분의 미션 크리티컬 디바이스들은 우선순위화되고, PSV 그리고 역률, 전압, 전류, 무효 전력 또는 액티브 그리드 엘리먼트들에 의해 역사적으로 레포팅되는 임의의 다른 그리드 안정화 메트릭과 같은 다른 부하 특징들을 통해 유틸리티에 알려져, 그리드 오퍼레이터 또는 소비자가 이러한 독자적 프로파일들, 독자적 액티브 그리드 엘리먼트들 및 메모리를 동일하게 사용할 수 있어, 매크로-그리드 오퍼레이터와 무관하게 독자적으로 동작하는 "마이크로그리드들"이 생성되고 그리고 마이크로그리드를 통해 격리되는 그러한 소비자들에 그리드 안정화 부하 자원들이 제공되며, 여기서 컴퓨터 제어된 시스템 및 장치의 동작 또는 별개의 유틸리티 또는 마이크로그리드 오퍼레이터 중 어느 한 쪽 하에서 마이크로그리드를 전력공급하고 동작시킬 수 있는 다른 공급 자원들이 존재하고, 그리고 호스트 ALD 또는 조정기와의 통신이 재-설정될 때까지 독자적으로 동작할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에서 제공되는 바와 같은 IP-기반 전력 관리 시스템의 가장 유익한 장점들 중 하나는, 구별적인 PSV 값을 통해 동작 리저브들의 생성에 이용가능하고 그리고 리저브들이 필요할 때 액티브 그리드 엘리먼트들과 연관된 실제 전력량의 정확한 레포팅, 소비자 및 부하 소비 디바이스들의 알려진 "예상" 동작을 포함하는 복수의 방법들, 즉 앞서 설명된 베이스라인 방법들로 인한 소비자 프로파일들을 통해 이용가능한 전력의 예측, 그리고 그리드 오퍼레이터, CSP, MP, 유틸리티, 및 그리드의 주어진 조건에서 대등물의 필요들뿐만 아니라 개별 단위로 각각의 소비자에 의해 절약되는 전력에 기초하여 상이한 타입들의 동작 리저브들을 할당하기 위한 능력이다. 본 발명의 실시예들은, 단지 추정치를 제공하는 것 대신에, 액티브 그리드 엘리먼트들의 각각마다 얼마나 많은 킬로와트들(또는 탄소 크레디트들)이 생성되고 있는지 또는 절약되고 있는지를 모니터링하고 정밀하게 계산한다. 이러한 값들은 액티브 그리드 엘리먼트들과 연관된 PSV(Power Supply Value)에 저장되고, 여기서 역사적 소비량, 실시간 소비량, 거브닝 바디(NAESBY, FERC, NERC)에 의해 공급된 표준들에 의해 제공되는 바와 같은 베이스라인 소비량 데이터가, 그리드 안정화 동작 리저브들을 위해 필요한 정보를 IP 메시지를 통해 전송하기 위해 사용되는 PSV를 설정한다. 또한, 본 발명의 실시예들은, 발전 믹스(generation mix)에 따라 이연된 부하 및 오염물질들의 실제 양을 추적하고, 유틸리티 및 지리적 영역에 서빙하고, 그리고 액티브 그리드 엘리먼트들에 의해 개별 기여들을 추적하기 위한 수단을 제공한다. 이러한 이연된 오염물질들은 Senate Bill 567로서 알려진 최근에 통과된 노스캐롤라이나 법에 의해 예시된 바와 같은 "재생가능한 에너지 크레디트들"로서 인식되며, 여기서 이러한 PSV는 각자의 총 발전 믹스의 퍼센티지로서 재생가능한 에너지를 공급하기 위한 발전 및 분배 유틸리티들 의무들에 대해 "네가와트들(Negawatts)" 카운트를 도출했다. 본 발명에 따라, 액티브 그리드 엘리먼트들이 메트릭들을 갖고 그리고 각자의 대응하는 삭감 또는 공급을 확인해주는 원격계측이 측정되고, 검증되며, 설정된 파라미터들 내에서 합의되면, 그러면 유틸리티는 (적어도 하나의 PTB를 제공하기 위해 액티브 그리드 엘리먼트들에 의해 애그리게이팅된) 공급을 수용할 수 있고, 상기 공급은 삭감 이벤트의 경우 이용가능했었을 것이며, 그런 다음 재생가능한 에너지 크레디트들이 액티브 그리드 엘리먼트(들) 레벨에 이용가능한데, 즉 메가와트들은 액티브 그리드 엘리먼트 단위의 재생가능한 에너지 크레디트들과 동일하다.
본 발명은, 전기 유틸리티 및/또는 다른 시장 참여자들에 의해 전기 전력 그리드를 경유해 다수의 액티브 그리드 엘리먼트들에 공급되는 전력을 관리하기 위한 시스템들 및 방법들을 제공하고, 상기 다수의 액티브 그리드 엘리먼트들 각각은 자신의 에너지 소비량 및/또는 소비량의 감소와 연관된 PSV(Power Supply Value)를 갖는다. 바람직하게, 본 발명의 시스템들 및 방법들에 따라, PSV의 생성은 추정 및/또는 베이스라이닝을 포함한다. 또한, 탄소 크레디트들을 위한 PSV 애플리케이션들은 측지학적으로 종속적일 수 있거나, 측정될 수 있거나, 또는 액티브 그리드 엘리먼트들 각각을 위해 소스로부터 소비된 전기에 기초하여 계산될 수 있고; 탄소 크레디트들에 대해, PSV가 측정가능하고 검증가능해진다면, PSV는 그런 다음 효율성, 감소 및 베이스라이닝을 통해 제거된 화석 연료 전기에 기초한다.
본 발명의 시스템, 방법 및 장치 실시예들은, IP 포맷 또는 임의의 사유 메시징으로, 그리드 안정성 향상, 부하 감축, 실시간 에너지 관리, 서플라이 이용가능성, 계측 테이블들, 디바이스 할당, 및 이들의 조합을 비롯하여, PSV, PTB, 또는 그리드의 활성들에 참여하는 것에 관한 다른 정보를 비롯하여, 메모리의 특성들, ASIC, 계측학, 위치, 보안, 스테이터스, 상태변경, 및 이들의 조합들을 개선하고, 변경하고, 향상시키고, 변경시키고 그리고 이것들의 조합인 모든 메시지를 통신하도록 임의의 액티브 그리드 엘리먼트(즉, 시스템에의 그것의 초기 등록에 후속하는 임의의 그리드 엘리먼트)에 제공한다. 보다 바람직하게는, 액티브 그리드 엘리먼트들로의 그들이 활성화 및 변환 이전의 그리드 엘리먼트들에 대한 초기 등록 및 임의의 업데이트들를 포함하는 모든 메시징이 다수의 액티브 그리드 엘리먼트들과 코디네이터 사이에 제공되고, EMS, 그리드 오퍼레이터, 감독 제어 및 분배 제어 및 자동화, 전송 제어, 또는 임의의 활성 그리드 관리 시스템과 통신하는 1 대 다수의 통신들로부터 그리고 1 대 다수의 통신들을 통해 관리된다.
GSS이든 SSS이든 서플라이 소스들로부터 그리드로의 전력 흐름 및/또는 그리드를 통과하여 전력 소모 디바이스들로의 전력 흐름은 코디네이터에 의해 제어되고 그리고/또는 관리되는 하나 또는 그 초과의 액티브 그리드 엘리먼트들에 의해 선택적으로 도입되고, 인에이블되고, 감소되고 디스에이블되고, 수익 등급 도량형 내에서 이사회에 의해 인지될 수 있는 액티브 그리드 엘리먼트들 각각에 대한 PSV 정확도 및 PTB 정확도로 측정되어, 액티브 그리드 엘리먼트(들)은 본질적으로, IP 접속을 통해 바람직하게는 코디네이터를 통해 그리드 안정성에 필요한 임의의 액티브 그리드 엘리먼트 또는 디바이스에 대한 복수의 상태들을 리포트하고 ALD/ASC를 통해 각각의 ALC/ASC를 통해 제어할 수 있는 PSV 값들을 지닌 서브-미터가 되어, 그리드 상의 각각의 분배 포인트는 분배 또는 전송 시스템의 각각의 포인트에서 안정화될 수 있어서 조건들이 발생함에 따라 조건들에 반응하기보다는 전체론적으로 그리드 안정화를 가져온다. 제어 서버로부터의 바람직하게는 코디네이터를 통해 통신되는 력 제어 메시지들은 감소될 전력의 양 및/또는 생성될 운영 예비력들 및/또는 미리결정된 어태치먼트 포인트들 또는 위치에 도입될 서플라이, 및 원하는 운영 예비력 또는 그리드 안정성 예비력을 생성하기 위해 연관 ACL로의 IP 연결들을 통해 ALD에 의한 활성화 시에 필요한 운영 예비력들의 타입에 따라 하나 또는 그 초과의 연관된 전력 소모 디바이스들로 더 많은 전력의 흐름을 디스에이블시키고, 감소시키고 또는 소모하도록 지시될 적어도 하나의 제어가능한 디바이스의 식별을 나타낸다. 특히, 전력 제어 명령들은, 요청 전기 유틸리티, 마켓 참여자 또는 전력 그리드 오퍼레이터(들)에 의해 서플라이로부터의 일시적인 감소 또는 증가 또는 서플라이에 대한 부가(예를 들어, 예비력들을 조절하기 위한 Auto Reg up/Reg Down)에 대한 이용가능한 전력(PSV)의 양을 결정하도록 서버에 요청하는 전력 조회 커맨드를 포함하며, 커맨드 프로세서는 전력 조회 커맨드에 대해 반응하는 연관 전력 제어 이벤트 메시지를 이슈하고, 서버는, 적어도 하나의 전기 유틸리티 또는 전력 그리드 오퍼레이터(들)에 대한 전류 전력 사용량 정보를 저장하는 데이터 베이스를 더 포함하고, 이벤트 매니저(또는 코디네이터)는 연관된 전력 제어 이벤트 메시지의 수신에 응답하여 유틸리티 데이터 베이스에 액세스하고 전류 전력 사용량 정보와, 액티브 그리드 엘리먼트들 각각에 대해, 그로부터 추정된, 유도된 또는 생성된 대응하는 전력 공급 값(PSV)에 기초하여 일시적인 감소를 위해 이용가능한 전력량을 나타내는 전력 조회 커맨드에 대한 응답을 통신한다. 이 폴링 커맨드는 또한 PSV, PTB, 상태, 반응 전력, 전압, 전류, 또는 ALD/ASD에 대한 임의의 다른 그리드 안정화 메트릭을 리포트하도록 및 ASC를 통해 액티브 그리드 엘리먼트들을 제공하기 위한 "경보"로서 기능하여, ALD/ASD는 전기 버스에 의한, 지역별 송전망 기구에 의한, 밸런싱 권한에 의한, 마이크로그리드에 의한, 개별 소비자에 의한 또는 개별 변압기 또는 그리드 또는 마이크로그리드의 분배 시스템 상에서의 임의의 포인트에 있는 임의의 다른 시스템에 의한 복수의 정보일 수 있으므로, ALD/ASD/코디네이터는 그리드 또는 마이크로그리드의 안정화와 유틸리티, REP, 마켓 참여자, CSP 또는 디스패치를 위해 이용가능한 리소스의 다른 즉각적이고 정확한 스냅샷을 공급하고 IP 플래그 또는 특수하게 포맷된 메시지를 통해 전달된 우선순위 메시지를 구하기 위해 액티브 그리드 엘리먼트들을 준비하는 데에 효과를 가져오는 프로파일 또는 전력의 감소, 삭감 타입, 순서를 우선순위화하여 경보와 결합된 메시지를 그리드 안정화 효과를 갖도록 IP 플래그 또는 특수하게 포매팅된 메시지를 통해 전달된 우선순위 메시지를 기대한다. 이와 같이, 본 발명의 시스템들 및 방법들은 그리드 안정화 제품 및/또는 운영 예비력의 생성을 제공하고; 메시징은 액티브 그리드 엘리먼트 레벨로 다운되는 스테이터스, 그리드 "헬스"용으로 사용된다.
본 발명의 바람직한 실시예들에서, 예비 메시지들을 동작시키는 것은, 네트워크 상의 다른 트래픽을 포함하여 네트워크를 통해 우선순위화된다. 또한, 우선순위 메시징이 더 포함되어, 충분한 속도의 측정(PSV)을 갖고 다른 패킷들에 비해 네트워크 우선순위를 갖는 EMS 및/또는 코디네이터에 응답하는 표준-기반 또는 사유(proprietary) 통신 네트워크들 상에서, 다른 비-중요 트래픽을 통해 그들 메시지들을 송신하기 위해, 응급 및/또는 중요 인프라구조 보호 전력 관리 커맨드들이 임의의 다른 전력 제어 커맨드들을 통해 우선순위를 수신하게 한다.
본 발명의 일 실시예에서, 다수의 소스들로부터 전력을 공급 및 수신하기 위해 구조화 및 구성되는 전력 그리드 상에서 전력을 관리하기 위한 시스템이 제공되며, 여기서, 전력은 복수의 액티브 그리드 엘리먼트들로 흐르고, 제어가능한 디바이스들을 포함하는 복수의 액티브 그리드 엘리먼트들에 의해 인에이블 및 디스에이블되는, 전력 생성 및 저장 솔루션들을 포함하는 복수의 액티브 그리드 엘리먼트들에 의해 생성되며, 여기서, 시스템은,
전력 커맨드들을 수신 또는 개시하고, 그에 응답하여 전력 이벤트 메시지들을 이슈하도록 동작가능한 커맨드 프로세서를 포함하는 서버 － 전력 커맨드들 중 적어도 하나는, 전력 소모 디바이스들로서 기능하는 복수의 액티브 그리드 엘리먼트들에 의해 소비되는 전력의 양, 또는 도입, 또는 GSS 또는 SSS를 포함하는 액티브 그리드 엘리먼트들에 의한 분산된 전력 공급부의 도입을 위한 이용가능성에서의 감소 또는 증가를 요구함 －; 전력 제어 이벤트 메시지들을 수신하고, 각각의 클라이언트 디바이스에 관련된 적어도 하나의 전력 관리 상태를 유지하며, 마켓 참가자, 유틸리티, 또는 전기 그리드 오퍼레이터로부터 개시될 수도 있는 전력 제어 이벤트 메시지들에 응답하여 전력 제어 이벤트 명령들을 이슈하도록 동작가능한 이벤트 관리자; 복수의 전력 소모 디바이스들에 의해 소비되는 전력에 관련되고, 전력 소모 디바이스들 또는 전력 공급 소스(GSS 또는 SSS) 각각에 대해 감소될 전력의 양에 기초하는 정보를 저장하고, 적어도 하나의 전력 공급 값(PSV), 또는 액티브 그리드 엘리먼트의 위치 또는 부착점 또는 서비스 포인트와 연관된 근방에서 송신 라인 손실들을 포함하는 각각의 액티브 그리드 엘리먼트와 연관된 PSV에서의 변화를 생성하기 위한 데이터베이스; 및 이벤트 관리자 및 데이터베이스에 동작가능하게 커플링되는 클라이언트 디바이스 관리자 － 클라이언트 디바이스 관리자는, 데이터베이스에 저장된 정보에 기초하여 데이터베이스로부터, 분산된 공급 소스에 의해 감소 또는 증가 또는 도입될 전력의 양, 및/또는 특정된 양의 전력에서의 감소를 요구하는 전력 제어 이벤트 명령의 수신에 응답하여 전력 소모 디바이스들로서 기능하는 하나 또는 그 초과의 연관된 액티브 그리드 엘리먼트들에 전력의 흐름을 디스에이블시키도록 명령받을 적어도 하나의 제거가능한 디바이스의 식별 중 적어도 하나를 표시하는 전력 제어 메시지를 이슈할 적어도 하나의 클라이언트 디바이스를 선택하고, 복수의 제어가능한 디바이스 및 대응하는 디바이스 인터페이스들은 전력 제어 명령들의 제어가능한 디바이스들로의 통신을 용이하게 하고, 전력 제어 명령들은 적어도 하나의 제어가능한 디바이스가 전력 소모 디바이스(들)로의 전력의 흐름을 선택적으로 인에이블 및 디스에이블하게 함 －; 및 수신된 전력 제어 메시지에 응답하여, 제어가능한 디바이스 인터페이스들을 통해 제어가능한 디바이스들에 전력 제어 명령을 이슈하기 위해 제어가능한 디바이스 인터페이스들에 동작가능하게 커플링된 디바이스 제어 관리자 － 전력 제어 명령은 제어가능한 디바이스(들)가 소비된 전력을 감소시키기 위해 적어도 하나의 연관된 전력 소모 디바이스에 전력의 흐름을 디스에이블시키게 하고, 소비된 전력에서의 감소에 기초하여, 소비된 전력 또는 공급을 위해 공급된 또는 이용가능한 전력에서의 감소에 대응하는 다른 (적어도 제 2의) 전력 공급 값(PSV)를 생성함 － 를 포함한다.
이러한 실시예는, 전력의 가격을 포함하기 위한 프로세서, 데이터베이스, 이벤트 관리자, 선호도 관리자 및 마켓 조건들의 결합을 더 포함할 수도 있으며, 그리드 안정화 이벤트들 및 그리드 오퍼레이터의 생성, 송신, 및 분배 엘리먼트들에 대한 소비자의 위치는 전력 소모 디바이스들에서의 변화에 의한 전기 그리드 상의 변화에 영향을 줄 것이며, 그 전력 소모 디바이스들에서의 변화는 크레딧들, 경제적인/재정적인 인센티브들, 보상 프로그램들, 또는 카본/그린 크레딧들에 대한 답례로 복수의 액티브 그리드 엘리먼트들의 통상적인 동작에 대한 변화를 달성하도록 복수의 통신 방법들(스마트 폰, 태블릿 컴퓨터, 컴퓨터, 텍스트 응답, 폰 메시지)을 통해 자동적으로 또는 수동으로 전력을 절감(curtail) 또는 소비하도록 선택하기 위해 그리드 오퍼레이터, 마켓 참가자, 또는 유틸리티에 의해 제공된 정보 중 몇몇 또는 모두를 이용한다. 이것은, 관리 엔티티에 의해 설정된 바와 같은 리포팅 및 응답 둘 모두에 대한 그 최소 시간 간격에서 전력을 절감 또는 수용하기 위한 실질적인 보상을 소비자가 행하게 할 경제적인 이벤트를 소비자에게 알리는 실시간 또는 거의 실시간의 신호를 액티브 그리드 엘리먼트들이 그리드 오퍼레이터로부터 수신하는 것을 제공한다. 이것은, 그리드 스트레스/안정화를 위한 실시간 가격정책(pricing) 또는 매우 높은 상품(commodity) 가격정책이다.
바람직하게, 프로파일 또는 또한 이전에 선택된 경제 메시지들에 기초하여 제어들을 자동화했던 프로파일을 수용 또는 변경시키기 위해 스마트 폰, 태블릿, 또는 임의의 웹-이네이블드 기기에 로딩될 수 있는 소비자 프로파일을 통해 마켓 가격정책이 조절(condition)된다.
본 발명의 일 실시예에서, 각각의 마켓 참가자(market participant; MP)에 의해 필요한 전력의 양을 활성적으로 모니터링함으로써, 그리고 참가 소비자들로부터의 전력을 재지시함으로써 요구된 전력을 공급함으로써 다양한 전기 유틸리티 회사들, 마켓 참가자(MP) 또는 임의의 다른 전력 그리드 오퍼레이터(들)에 대한 전력 분배를 제어하는 것에 활성 그리드 엘리먼트들 및 이들의 레지스트레이션(registration)이 적용된다. 이러한 실시예에서, 소비자들은, 전력 관리 시스템이 하루의 피크 로딩 시간들 동안 특정한 전력-소비 디바이스들을 디세이블시키게 하도록 동의한다. 활성 그리드 엘리먼트들에 대한 일 예에서, 스마트 브레이커들, 로드 제어 스위치들(서브미터링(submetering) ALC들), 또는 전기 소비 디바이스 내에 인터페이싱 또는 부가될 수 있거나, 전기 소비 디바이스들이 벽 소켓 또는 원격으로 스위칭 온 또는 오프되기 위한 능력을 갖는 임의의 다른 전기 접속으로부터 전력을 수신하는 포인트에 부가될 수 있는 임의의 다른 디바이스는, 그리드 엘리먼트들의 초기 레지스트레이션 후에, 알려진 IP 어드레스에 의해 액세스되는 전기 서비스 제어 패널 내의 특정한 디바이스들에 대해 설치된다. 대안적으로, IP-어드레싱가능한 스마트 기기들이 사용될 수도 있다. 전력 관리 시스템은, 각각의 디바이스가 턴온되는 경우 소비하는 정상-상태 전력의 양을 결정하고, 각각의 가입자에 대해 정보를 데이터베이스에 로그한다. 예를 들어, 동작 예비들의 생성을 위해 ALD로의 어그리게이션(aggregation)을 위해 PSV로서 수용되기에 충분한 계측을 갖는 사실상 ALC로서 기능하는 디바이스에 포함되는 각각의 스마트 기기 상의 또는 각각의 스마트 브레이커 또는 전력 측정 회로 내의 전류 센서는, 각각의 모니터링된 디바이스에 의해 소비되는 전류의 양을 측정할 수도 있다. 그 후, 활성 로드 클라이언트는, 전력 소모를 획득하기 위해 디바이스의 동작 전압에 의하여 소비되는 전류의 양을 곱(multiply)하고, 전력 소모를 ALD 서버에 송신한다. 서빙 유틸리티가 그것이 현재 공급할 수 있는 것보다 더 많은 전력을 필요로 할 경우, 전력 로드 관리 시스템은 자동적으로, 개별 디바이스 또는 가입자 기반으로 특정한 로드들을 턴오프 또는 감소시킴으로써 전력 분배를 조정한다. 각각의 특정한 로드에 의해 소비되는 전력의 양이 PSV를 통해 알려지고 PBT를 통해 어그리게이팅되기 때문에, 시스템은, 어떠한 로드들이 턴 오프 또는 감소될지를 정밀하게 결정할 수 있으며, 이러한 단기 정전(outage)의 결과로서 각각의 소비자에 의해 생성된 전력 절약들을 추적한다.
또한, 소비된 전력에서의 감소에 기초하여, 본 발명의 시스템들 및 방법들은, 전력 소모 디바이스(들)에 의한 소비된 전력에서의 감소에 대응하는 전력 공급 값(PSV)을 제어 센터에서 생성하는 것을 제공한다. 중요하게, PSV는, 소비된 전력에서의 감소의 측정 및 검증을 포함하는 실제 값이며; 그러한 측정 및 검증 방법들은, 전력 그리드(들)에 대한 적절한 관리 보디(body) 또는 기관에 의해 결정될 수도 있다. 전력 공급값(PSV)은, 그리드의 규정을 관리하는 규제 보디(들)에 의해 공급된 바와 같은 표준 내에서 전력을 측정하는 미터 또는 서브미터 또는 빌딩 제어 시스템 또는 임의의 디바이스 또는 제어기에서 계산된다. PSV 변화들은, 측정의 정확도를 위한 동작 허용도들, 동작 표준에 의존할 수도 있다. PSV는 예상, 통계적인 샘플링, 베이스라이닝(baseline), 및 이들의 결합들을 더 포함한다. PSV는, 전력 그리드, 예를 들어, FERC, NERC 등의 관리 보디에 의해 허용되는 바와 같이, 예를 들어, 전력 생성 엔티티 또는 전력 소모 디바이스들을 제어하도록 허용되는 엔티티의 이들 값들 및 보상 공급 등가물을 수용하는 관리 엔티티에 제시되는 바와 같이 공급되기 위해 관련되거나 동등하게 되도록 IP 메시지를 전송 또는 수신하는 임의의 시스템에 의해 디바이스 레벨의 전력에서의 절감 또는 감소의 변환을 가능하게 한다.
PSV는 용량, 요구, 전력 흐름, 시간, 재정적인 등가물, 에너지, 및 이들의 결합들의 단위들로 제공될 수도 있다. 따라서, PSV는 측정 및/또는 검증에 의해 확인되는 실제 값을 제공하고, 그에 의해, 전력 그리드에 공급을 제공하기 위한 요건으로서 절감 값을 제공하며, 여기서, 전력 전력 그리드로의 공급은 그리드 안정화, 전압 안정화, 신뢰도, 및 이들의 결합들에 대해 제공되고, 전력 그리드 및/또는 그리드 오퍼레이터(들)에 대한 관리 기관에 의해 결정되는 바와 같은 그리드 안정화, 신뢰도, 빈도를 제공하기 위한 에너지 관리 시스템 또는 등가물에 대한 응답으로서 추가적으로 제공된다.
본 발명은 도면들을 참조하여 더 쉽게 이해될 수 있다. 도 15는 본 발명의 시스템들 내에서 분배식 그리드 인텔리전스를 위한 ALD, ALC, 및 IP 통신들을 포함하는 활성 그리드 엘리먼트들을 예시하는 개략도를 제공한다. ALC들은 로드 소모 디바이스들에 부착될 수 있거나 또는 통합될 수 있다. 도 18의 표시는: 132 레거시 그리드(Legacy grid); 133 임의의 웹-이네이블드 디바이스(Web-enabled device)로부터의 사용자 인터페이스; 135 보안 IP 통신들을 통한 SOA 정보 버스; 137 ALD; 138 마켓 & 이코노믹스(Market & Economics); 139 고체 상태 변압기(Solid State Transformer); 140 DGI(Distribution Grid Intelligence); 141 로드; 142 DRER(Distributed Renewable Energy Resource); 143 DESD(Distributed Energy Storage Device); 144 IEM(Intelligent Energy Management); 145 IFM(Intelligence Fault Management); 146 RSC; 147 ESD 를 포함한다.
활성 그리드 엘리먼트들을 포함하는 스마트 그리드 구성들은 본 발명의 방법들 및 시스템들 하에서 바람직하다. 예로써, 본 발명의 시스템들 및 방법들에 따른 비중앙집중식 네트워크들을 갖는 스마트 그리드 내의 활성 그리드 엘리먼트들을 예시하는 개략도들을 제공하는 도 16 내지 도 18에서의 실시예들을 고려한다.
도 16은, 텔레콤(telecom)과 같은 비중앙집중식 네트워크들이 어떻게 기능 및 상호운용할 수 있는지 그리고 기반하는 표준들의 일 실시예를 도시한다. 이들 기능들은, 스마트 그리드 ― 그 자체를 모니터링 및 힐링(heal)할 수 있는 통합된 마이크로그리드들의 네트워크; 주파수 변동들에 응답하여 셧오프(shut off)될 수 있는 스마트 기기들; 디멘드 관리(여기에서, 금전을 절약하기 위한 오프-피크 시간들로 사용이 시프트될 수 있음); 및 작은 생성기들 및 솔라 패널들(이들의 에너지가 그리드 상의 전체 디멘드를 감소시킬 수 있음)을 포함할 수 있다. 도 16의 표시는: 404 특수한 보호 스킴(scheme)들을 마이크로초 내에 실행할 수 있는 프로세서; 405 절연될 영역들에 대해 시그널링할 수 있고 변동들(fluctuations) 및 장애들(disturbances)을 검출할 수 있는 센서들; 406 스토리지 ― 오프-피크(off-peak) 시간들에서 생성된 에너지는 추후 사용을 위해 배터리들에 저장될 수 있음; 408 그리드 또는 마이크로그리드 상의 텔레메트리 포인트들; 409 그리드에서의 장애; 410 절연된 마이크로그리드; 411 중앙 발전소(Central power plant); 258 산업 공장(industrial plant); 413 풍력 발전소(Wind farm); 414 오피스들(Offices); 및 416 거주지들을 포함한다.
도 17의 표시는: 417 상주(resident) 또는 분배형(distributed) 데이터 스토리지 데이터 베이스; 418 ALD 또는 액세스가능; 419 SOA/웹 서비스 아키텍처(Web Services Architecture); 420 운영 시스템들(EMS, OMS, DMS); 421 백 오피스 시스템들(Back office Systems)(CIS, 빌링(Billing)); 422 활성 로드 다이렉터(Active Load Director): 더 상세한 도면 참조; 423 분배형 엘리먼트들에 ALC를 더해 CVR을 생성; 429 CVR; 424 기존 AMI 또는 MDM일 수 있음; 425 AMI 헤드 종료(Head End); 426 AMI 콜렉터; 427 3G 또는 4G 게이트웨이를 갖는 2-웨이 IP-기반 스마트 미터; 428 전력 계층; 430 보안: 자산 모니터링 및 보호(Asset Monitoring and Protection); 431 유틸리티; 432 인프라스트럭처(Infrastructure); 433 소비자(Consumer); 434 ISO 또는 유틸리티 동작들; 435 DA 분석 수집 & 취득(Analytics Collection & Acquisition); 436 생성(집중 생성(Centralized Generation): 석탄, 천연 가스, 원자력, 및 증가한 재성가능성들(CSP, 벌크 윈드(Bulk Wind)); 437 송신(138-750 kV 수퍼 전도성 케이블들은 라인 손실을 감소시키며, 3-5배 전력을 전달(HVDC FACT들)); 438 서브스테이션(자동 정정: 전압, 주파수, 및 역률(Power Factor) 이슈들. 통합된 Volt/Var; 다이나믹 열적 레이팅들(Dynamic Thermal Ratings); 439 분배(페이저 측정 유닛들(PNU들)/광학적 센서들; 동적 새그(Sag) 감소; IED 통합); 440 2-웨이 전력; 441 홈/빌딩(스마트 미터들: 홈/빌딩 시스템들의 자동화; 차세대 기기들); 442 분배 생성 및 스토리지(2-웨이 전력 흐름의 도입: 솔러(solar) PV, 마이크로 윈드(Micro Wind), 터빈들(Turbines), 연료 전지들(Fuel Cells), 분배 스토리지 및 PHEV들; DC 마이크로그리드들); 296 상호운용가능한 유틸리티 동작들(Interoperable Utility Operations)을 포함한다.
도 18의 표시는: 444 유틸리티, 마켓 참여자, CSP, REP; 445 ICCP; 446 제어 및 디스패치; 447 데이터 스토리지 SGaaS 센터; 448 ALD/클라우드; 449 또한 유틸리티일 수 있음; 450 IP 통신들; 451 VIA SOA; 452 운영 시스템들(EMS, OMS, DMS); 453 백 오피스 시스템들(CIS, 빌링(Billing)); 454 ISO 또는 유틸리티 동작들; 455 DA 분석 수집 & 취득(Analytics Collection & Acquisition); 456 M2M; 457 새로운 CVR; 458 전력 계층; 459 CVR; 460 유틸리티; 461 인프라스트럭쳐; 462 소비자; 463 보안: 자산 모니터링 및 보호(Asset Monitoring and Protection); 464 생성(집중 생성(Centralized Generation): 석탄, 천연 가스, 원자력, 및 증가한 재성가능성들(CSP, 벌크 윈드(Bulk Wind)); 465 송신(138-750 kV 수퍼 전도성 케이블들은 라인 손실을 감소시키며, 3-5배 전력을 전달(HVDC FACT들)); 466 서브스테이션(자동 정정: 전압, 주파수, 및 역률(Power Factor) 이슈들. 통합된 Volt/Var; 다이나믹 열적 레이팅들(Dynamic Thermal Ratings); 467 2-웨이 전력; 468 홈/빌딩(스마트 미터들: 홈/빌딩 시스템들의 자동화; 차세대 기기들); 469 분배 생성 및 스토리지(2-웨이 전력 흐름의 도입: 솔러(solar) PV, 마이크로 윈드(Micro Wind), 터빈들(Turbines), 연료 전지들(Fuel Cells), 분배 스토리지 및 PHEV들; DC 마이크로그리드들); 470 3G 또는 4G 게이트웨이를 갖는 2-웨이 IP-기반 스마트 미터; 297 데이터 스토리지 또는 서버; 269 기지국 또는 송신 포인트를 포함한다.
도 19는 본 발명의 시스템들 및 방법들에 따른 유틸리티, 마켓 참가자, CSP, 및/또는 REP, ALD/클라우드 층, ICCP, 제어 및 디스패치, 및 마이크로-그리드 인에이블먼트로부터의 공급에 대한 개략도를 도시한다. 도 19의 표시는: 471 FERC 750-755 (분배 에너지 이네이블, 마이크로그리드 이네이블, 그리드의 분배 레벨에 부착 이네이블, 고속으로 동작하는 보조물들(ancillaries)로 인한 더 높은 $ 보상(compensation))(자가 발전(Micro generation), 마이크로 터빈들(micro turbines), 마이크로 그리드들(micro grids), 보조물들에 대해 보상)(밸런싱이 중요한 AS에 대한, 낮은 레이턴시 통신, NERC 디스패치 & 제어, 측정 & 검증, QSE, EMS, ICCP); 472 유틸리티, 마켓, 참가자, CSP, REP; 473 ICCP; 474 제어 및 디스패치; 475 데이터 스토리지 SGaaS 센터; 476 ALD/클라우드; 477 또한 유틸리티일 수 있음; 478 ISO 또는 유틸리티 동작들; 479 부착 & 모델링(Attachment & Modeling); 480 M2M; 481 전력 계층; 483 유틸리티; 484 인프라스트럭쳐; 485 소비자; 486 이네이블 마이크로-그리드들(Enable Micro-grids); 487 보안: 자산 모니터링 및 보호(Asset Monitoring and Protection); 488 생성(집중 생성(Centralized Generation): 석탄, 천연 가스, 원자력, 및 증가한 재성가능성들(CSP, 벌크 윈드(Bulk Wind)); 489 송신(138-750 kV 수퍼 전도성 케이블들은 라인 손실을 감소시키며, 3-5배 전력을 전달(HVDC FACT들)); 490 서브스테이션(자동 정정: 전압, 주파수, 및 역률(Power Factor) 이슈들. 통합된 Volt/Var; 다이나믹 열적 레이팅들(Dynamic Thermal Ratings); 491 2-웨이 전력; 492 분배(페이저 측정 유닛들(PNU들)/광학적 센서들; 동적 새그(Sag) 감소; IED 통합); 493 에너지 스토리지; 494 3G 또는 4G 게이트웨이를 갖는 2-웨이 IP-기반 스마트 미터; 482 송신; 705 빌딩들(buildings); 707 부착 및 모델링(Attachment and Modeling); 709 홈/빌딩(스마트 미터들: 홈/빌딩 시스템들의 자동화; 차세대 기기들); 711 분배 생성 및 스토리지(2-웨이 전력 흐름의 도입; 솔러(solar) PV, 마이크로 윈드(Micro Wind), 터빈들(Turbines), 연료 전지들(Fuel Cells), 분배)를 포함한다.
상기 기재된 바와 같이, 본 발명은, 전력 그리드를 위해 동작 예비량들을 생성하기 위한 시스템들 및 방법들을 제공한다. 약정(contract) 하의 회사(firm) 요구 또는 용량은 기본 로드(그리드 상에서 통상적으로 예상되는 최소의 로드) 및 동작 예비량으로 구성된다. 동작 예비량은, 정규 예비량(그리드 안정화에 응답하는 예비량 및 자동 생성 제어에 대한 응답) 및 비상(contingency) 예비량으로 구성된다. 비상 예비량은, 운전 예비량(spinning reserve)(그리드에 접속되고 즉시 이용가능하며, 수 분내로 진행하도록 준비됨) 및 비-운전 또는 보충 예비량(그리드에 접속되지 않고 수 분내로 진행하도록 준비됨)으로 구성된다. 도 18은, 상이한 카테고리들의 동작 예비량들을 생성하기 위한 본 발명의 시스템들 및 방법들의 그리드, ALD, ALC, 전력 소모 디바이스들, 및 다른 컴포넌트들에 대한 전력의 공급측 생성을 위한 동작 예비량들을 표현하는 개략도이다.
도 20은 상이한 카테고리들의 운영 예비력들을 생성하기 위한 본 발명의 시스템들 및 방법들의 ALD, ALC, 전력 소모 디바이스들, 및 다른 컴포넌트들을 포함하는, 그리드, 액티브 그리드 엘리먼트들에 대한 전력의 공급측 생성을 위한 운영 예비력들을 표현하는 개략도이다. 도 20의 표시들은 다음을 포함한다: 280 넌-스피닝 또는 보충 예비력(Non-spinning or supplemental reserve); 278 스피닝 예비력(Spinning reserve); 275 조절 예비력(Regulating reserve); 268 베이스 로드(Base load); 737 생성 리소스들에 의해 공급되는 ALD/ALC 없음(Without ALD/ALC supplied by generation resources); 21 액티브 로드 클라이언트(Active Load Client); 8 액티브 로드 디렉터(Active Load Director); 141 로드 소모 디바이스(Load consuming device); 741 소형 매체 비즈니스(Small medium business); 742 대형 상업적/산업적(Large com/ind); 280 넌-스피닝 또는 보충 예비력; 744 전형적/통상적 로드 시프팅 디맨드 응답(Typical/traditional load shifting demand response); 745 스피닝 예비력 - ALD-ALC 이용(Spinning reserve - with ALD-ALC); 746 조절 예비력 - ALD-ALC 이용(Regulating reserve - with ALD-ALC); 268 베이스 로드; 748 ALD를 이용하여 그리고 ALC들을 통해 능동적으로 관리되는 로드 소모 디바이스들(With ALD and actively managed load consuming devices via ALCs); 416 주거지(Residence).
도 21은 본 발명의 시스템들 및 방법들의 전력 소모 디바이스들, 제어 디바이스들, ALC, ALD, 커스터머 프로파일, IP 통신 네트워크, 및 그리드 텔레메트리 컴포넌트들을 포함하는, 액티브 그리드 엘리먼트들을 갖는 본 발명의 일 실시예를 도시하는 개략도이다. 도 21의 표시들은 다음을 포함한다: 1 Zigbee, WIFI, 이더넷 또는 사유 통신(Zigbee, WIFI, ethernet or proprietary communication); 2 커스터머 프로파일(Customer Profile); 3 커스터머 인터넷 애플리케이션(Customer Internet Application); 4 그리드(Grid); 5 발전 디바이스(Power generating device); 6 IP 또는 IP 이더넷 네트워크를 갖는 사유(IP or Proprietary with IP Ethernet network); 7 게이트웨이, ALC, 미터(Gateway, ALC, meter); 8 액티브 로드 디렉터; 9 유틸리티 데이터 에너지 제어 센터(Utility(s) Data Energy Control Center); 10 EMS; 11 ICCP; 12 그리드 텔레메트리(Grid telemetry); 13 Web을 통한 커스터머 대시보드(Customer Dashboard via Web); 14 EV, 배터리; 15 전력 저장 디바이스(Power storage device); 16 주거지 또는 스마트 브레이커 로드 센터(Residential or Smart Breaker Load Center); 17 HVAC 유닛; 18 온수 가열기(Hot Water Heater); 19 세탁기/건조기(Washer/Dryer); 20 풀 펌프(Pool Pump); 21 ALC; 21 액티브 로드 클라이언트(Active Load Client); 22 스마트 어플라이언스(Smart Appliance); 23 가변성 팩터 센서(Variability factor sensor); 26 PCT.
도 22는 본 발명의 시스템들 및 방법들의 EMS, 전력 소모 디바이스들, 제어 디바이스들, ALC, ALD, 커스터머 프로파일, IP 통신 네트워크, 및 그리드 텔레메트리 컴포넌트들을 포함하는 액티브 그리드 엘리먼트들을 갖는 본 발명의 일 실시예를 도시하는 개략도이다. 도 22의 표시들은 다음을 포함한다: 2 커스터머 프로파일; 13 커스터머 대시보드; 302 커스터머 보상 프로그램(Customer Rewards Program); 303 텍스트, 메일러, 금전적 보상들(Text, mailer, monetary rewards); 10 EMS; 21 액티브 로드 클라이언트; 9 유틸리티 제어 센터; 307 보안 인터페이스(Security Interface); 308 UCC 커맨드 프로세서(UCC Command Processor); 309 마스터 이벤트 매니저(Master Event Manager); 310 액티브 로드 클라이언트 매니저(Active Load Client Manager); 311 보안 인터페이스(Security Interface); 312 액티브 로드 클라이언트 인터페이스(Active Load Client Interface); 313 보안 디바이스 관리(Security Device Management); 32 디바이스 제어기(Device Controller); 315 판독 미터 애플리케이션(Read Meter Application); 316 커스터머 리포트 애플리케이션(Customer Reports Application); 317 액티브 로드 클라이언트 진단 매니저(Active Load Client Diagnostic Manager); 318 웹 브라우저 인터페이스(Web Browser Interface); 319 커스터머 퍼스널 셋팅들(Customer Personal Settings); 320 커스터머 사인-업 애플리케이션(Customer Sign-Up Application); 321 액티브 로드 디렉터 데이터 베이스(Active Load Director Data Base); 322 전력 절약 애플리케이션(Power Savings Application); 323 프로세서; 324 콜 센터 매니저(Call Center Manager); 325 서비스 디스패치 매니저(Service Dispatch Manager); 326 탄소 절약 애플리케이션(Carbon Savings Application); 8 액티브 로드 디렉터; 328 트러블 티켓 생성기(Trouble Ticket Generator); 329 유틸리티 전력 및 탄소 데이터 베이스(Utility Power and Carbon Data Base).
다른 예시에서, 도 23은 본 발명의 시스템들 및 방법들의 EMS, 전력 소모 디바이스들, 제어 디바이스들, ALC, ALD, 커스터머 프로파일, IP 통신 네트워크, 및 그리드 텔레메트리 컴포넌트들을 포함하는 액티브 그리드 엘리먼트들을 갖는 본 발명의 일 실시예에 대한 개략도를 도시한다. 도 23의 표시들은 다음을 포함한다: 27 ALD 서버로/ALD 서버로부터(To/From ALD Server); 28 리눅스 또는 다른 O/S(Linux or other O/S); 29 스테이터스 응답(Status Response); 30 스마트 디바이스 인터페이스; 31 스마트 브레이커 모듈 제어기(Smart Breaker Module Controller); 32 디바이스 제어 매니저(Device Control manager); 33 B1-BN 카운터 매니저(B1-BN Counter Manager); 34 리포트 트리거(Report Trigger); 21 액티브 로드 클라이언트; 36 하나 또는 둘 이상의 전력 관리 인에이블된 디바이스; 37 스마트 브레이커 모듈; 38 브레이커 1(Breaker 1); 39 브레이커 2; 40 브레이커 3; 41 브레이커 4; 42 브레이커 5; 43 브레이커 6; 44 통신 인터페이스; 45 IP 계층 3 라우터(IP Layer 3 Router); 46 보안 인터페이스; 47 IP 기반 통신 컨버터; 48 스마트 미터 인터페이스(Smart Meter Interface); 49 보안 디바이스 인터페이스; 50 IP 디바이스 인터페이스; 51 로컬 IP 접속 디바이스(들)(Local IP Connected Device(s)); 52 전류 센서(Current Sensor); 53 스마트 미터.
후속하는 것은, 본 발명에 따른 시스템들 및 방법들의 컴포넌트들에 대한 예들로서 커스터머-조정가능한 파라미터들의 리스트, 즉, 풀 펌프(시각(time of day), 요일(day of week), 달(month)); HVAC 및 워터 가열기 온도(연중 온도 범위 중 계절/달, 온도 밖, 시각/요일 온도 스케줄, 위층 및 아랫층에 대한 위치 온도 세트 포인트들); 창문들(개방/폐쇄); 팬(fan)들; 건조기(사용 시간); 식기세척기(사용 시간); 상업 빌딩 제어(냉동기(chiller), 냉각 타워(cooling tower), 디스차지 에어(discharge air), 보일러(boiler), 순환수식(hydronic), 빌트-업 에어 핸들링 유닛(built-up air handling unit))이다. 공급자-조정가능한 파라미터들은, 풀 펌프(사용 시간), 워터 가열기(온도 범위), 서모스탯(thermostat)(온도 범위), HVAC(온도 범위), 건조기(사용 시간), 및 식기세척기(사용 시간)를 포함할 수 있다. 레이트들은, 스펙(예를 들어, 그리드 안정성 및 사용도에 의존하는 가격정책 및 사용 시간) 당 마켓 참가자들 중 하나에 의해 공급될 수도 있다.
도 24는 학습 프로파일을 포함하는, 본 발명의 실시예들에 따른, 에너지-소모 디바이스들에 대한 방법 단계들 및 그러한 디바이스들에 대한 전력 공급 값(PSV)의 생성을 예시하는 흐름도이다. 도 29의 표시들은 다음을 포함한다: 332 디바이스가 에너지를 이용했는가?(Did the device use energy?); 333 시간 듀레이션, 듀티 온일 때의 시간 듀레이션, 듀티 오프일 때의 시간 듀레이션 계산(Calculate time duration, time duration when duty on, time duration when duty off); 334 디바이스가 환경적으로 의존적인가 또는 의존적이지 않은가?(Is device environmentally dependent or not?); 335 환경적으로 의존적(Environmentally-dependent); 336 환경적으로 독립적(Environmentally-independent); 344 사용된 에너지 및 PSV 계산(Calculate the energy used and PSV); 338 디바이스가 드리프팅중인가?(Is the device drifting?); 339 전력 시간 레이트 및 PSV 계산(Calculate the power time rate and PSV); 340 드리프트 레이트 계산(Calculate the drift rate); 341 동일한 가변성 팩터들 및 이 세트 포인트에서 이 디바이스에 대한 기록이 이미 존재하는가?(Does a record already exist for this device at this set point and same variability factors?); 342 (불릿 포인트들) 기록 시간, 현재 세트 포인트, 가변성 팩터들, 분당 사용된 에너지, 전력 시간 레이트 & PSV, 드리프트 레이트를 이용하여 디바이스에 대한 새로운 매트릭스 엔트리 생성(Create a new matrix entry for the device using (bullet points) Record time, Current set point, Variabilitly factors, Energy used per minute, Power time rate & PSV, Drift rate); 343 평균 에너지 사용량, 드리프트 레이트, PSV, 및 전력 시간 레이트를 계산하기 위해 더 많은 현재 데이터를 이용하여 기록을 업데이트(Update the record using more current data to calculate average energy usage, drift rate, PSV and power time rate); 344 사용된 에너지 및 PSV 계산(Calculate the energy used and PSV); 345 절약된 에너지 및 PSV 계산(Calculate the energy saved and PSV); 346 이 시간 기간 동안 이 디바이스에 대한 기록이 이미 존재하는가?(Does a record already exist for this device for this time period?); 347 (불릿 포인트들) 기록 시간, 현재 시간 기간, 분당 사용된 에너지, 분당 절약된 에너지, PSV를 이용하여 디바이스에 대한 새로운 매트릭스 엔트리 생성(Create a new matrix entry for the device using (bullet points) Record time, Current time period, Energy used per minute, Energy saved per minute, PSV); 348 더 많은 현재 데이터를 이용하여 기록 업데이트(Update the record using more current data); 349 학습 프로파일(Learning profile).
또한, 도 25는, 환경적으로 의존적인 및 독립적인 디바이스들에 대한 시간 기간을 계산하고, 그러한 전력-소모 디바이스들에 대한 전력 공급 값(PSV)을 결정 또는 생성하기 위한 본 발명의 방법들에 대한 흐름도를 도시한다. 도 25의 표시들은 다음을 포함한다: 354 시간 기간 계산(Calculate the time period); 355 디바이스가 환경적으로 의존적인가 또는 의존적이지 않은가?(Is device environmentally dependent or not?); 356 환경적으로 의존적(Environmentally-dependent); 357 환경적으로 독립적(Environmentally-independent); 358 디바이스를 가열중인지 또는 냉각중인지를 결정(Determine if the device is heating or cooling); 359 시간 기간 동안 세트 포인트들 획득(Obtain the set points for the time period); 360 시간 기간 동안 외부 온도들 획득(Obtain the outside temperatures for the time period); 361 이 디바이스에 대한 PSV 생성. 생성된 PSV들 합산(Generate PSV for this device. Sum the PSVs generated); 362 시간 듀레이션으로, 매칭 기록에서의 PSV 및 사용된 전력 곱함(Multiply the power used and PSV in the matching record by the time duration); 363 디바이스 세팅이 온인지 또는 오프인지를 결정(Determine if the device setting is on or off); 364 샘플링 기간에서 시간 블록들의 리스트 획득(Obtain a list of time blocks in the sampling period); 367 디바이스가 현재 제어 이벤트에 있는가?(Is the device currently in a control event?); 368 디바이스의 듀티 사이클에 따라 제어 팩터로, PSV 및 사용된 전력량 곱셈(Multiply the amount of power used and PSV by a control factor according to the device's duty cycle); 369 시간 기간 동안 PSV 및 사용된 전력량 리턴(Return the amount of power used and PSV for the time period).
예로서, 전력 소모 디바이스들과 같은 온도 또는 환경-팩터 제어 디바이스들에 대해 기능하는 액티브 그리드 엘리먼트들에 대해, 도 26은 시간에 따른 팩터들의 변화를 포함하는, 대응하는 전력 소모 디바이스들에 대한 온도 제어를 관리하는 디바이스들 및 로드 소모량과 연관된 팩터들에 대한 적어도 삼(3)차원들을 나타내는 그래프를 제공한다. 도 26의 표시들은 다음을 포함한다: 55 시간의 변화로 나눈 온도의 변화(change in temperature divided by change in time). 제 3 축은 단지 3차원으로만 한정되는 것이 아니라, 팩터들, 이를 테면, 그 중에서도 특히, 습도, 외부 온도, 드리프트 및 PSV를 포함하는 다차원들을 나타낼 수 있다.
도 27은 본 발명의 시스템들 및 방법들과의 사용을 위해, 드리프트 대 시간의 차트에 대한 제 1 표준 편차, 제 2 표준 편차, 및 부가적 표준 편차를 나타내는 그래프이다. 표시들 57 및 58은 제 1 표준 편차 및 제 2 표준 편차를 각각 나타낸다. 코디네이터 및/또는 ALD를 포함하는 액티브 그리드 엘리먼트들이 자동으로 로드 삭감을 고려중일 때, 바람직하게는, 검색 알고리즘이 영향받는 컨슈머들의 최소량에 대비하여 최대 로드를 제공한다. 구조들의 열적 드리프트에 기초하여, 부가적 구조들이 식별 및 선택되어, 그리드 안정성을 위해 요구되는 삭감이 제공된다. 도 26에 예시된 바와 같이, 각각의 구조는 자신만의 팩터들을 갖는다. 따라서, ALD는 프로파일들 및 속성들에 기초하여 ALC들 및/또는 전력 소모 디바이스들에 명령들을 선택 및 제공한다. 대안적으로, 본 발명의 시스템들 및 방법들 내에서 등록 및 업데이트된 액티브 그리드 엘리먼트들을 통해 라우팅되는 통신들 및 라우팅되는 에너지를 결정하기 위해, 최소-비용 알고리즘들이 코디네이터에 의해 이용될 수 있다.
바람직하게, 시스템은, 본 명세서에 기술된 바와 같은 에너지 관리 시스템 및 그의 다양한 액티브 그리드 엘리먼트들에 관한 정보를 저장하기 위해 데이터베이스와 연관된 서버 컴퓨터 상의 메모리에, 예를 들어, 로드 삭감 이벤트를 충족시키기 위해 이용된 최종 전력 소모 디바이스(들)의 식별을 저장하고, 그리고 다음 차례의 삭감 이벤트에 대한 선택의 목적들을 위해, ALD에 대한 그들의 카테고리화를 자동으로 시프팅한다.
도 28은 본 발명의 일 실시예에 따른 예시적인 IP-기반 액티브 전력 관리 시스템(10)을 묘사한다. 도 28의 표시(indicia)는: 56 발전 디바이스; 57 액티브 부하 클라이언트; 58 가변성 인자 센서; 59 고객 인터넷 애플리케이션; 60 스마트 어플라이언스; 61 주거 또는 스마트 차단기 부하 센터; 62 전력 저장 디바이스; 63 풀 펌프; 64 세척기/건조기; 65 온수 가열기; 66 HVAC 유닛; 67 고객 대쉬보드; 68 안테나; 69 네트워크; 70 액티브 부하 디렉터; 71 유틸리티(들) 데이터 에너지 제어 센터를 포함한다.
예시적인 전력 관리 시스템은, 하나 또는 그 초과의 유틸리티 제어 센터(UCC)들(71)(한 개가 도시됨)과 하나 또는 그 초과의 액티브 부하 클라이언트(ALC)들(57)(한 개가 도시됨) 사이에 연결된 액티브 부하 디렉터(ALD) 서버(70) 및/또는 코디네이터를 통해서 다수의 액티브 그리드 엘리먼트들로의 배전(power distribution)을 모니터링하고 관리한다. ALD 서버(70)는, 직접적으로든, 또는 인터넷 프로토콜(IP) 또는 임의의 다른 연결-기반 프로토콜들을 이용하는 네트워크(69)를 통해서든, 유틸리티 제어 센터(71) 및 각각의 액티브 부하 클라이언트(57)와 통신할 수 있다. 예를 들어, ALD 서버(70)는, 하나 또는 그 초과의 무선 통신 프로토콜들, 예컨대 GSM(Global System for Mobile communications), EDGE(Enhanced Data GSM Environment), HSDPA(High Speed Packet Access), TDMA(Time Division Multiple Access), 또는 CDMA2000, CDMA 리비전 A 및 CDMA 리비전 B를 포함하는 CDMA(Code Division Multiple Access) 데이터 표준들을 이용하는 하나 또는 그 초과의 기지국들(68)(한 개가 도시됨)을 통해 동작하는 RF 시스템들을 이용하여 통신할 수 있다. 대안적으로 또는 부가적으로, ALD 서버(70)는 DSL(digital subscriber line) 가능 연결, 케이블 텔레비전 기반 IP 가능 연결, 또는 이들의 임의의 결합을 통해 통신할 수 있다. 도시된 예시적인 실시예에서, ALD 서버(70)는, 기지국(68)으로부터 액티브 부하 클라이언트(57)로의 "라스트 마일(last mile)"에 대해, 기지국(68)까지의 통상적인 IP-기반 통신(예를 들어, 트렁크 라인(trunked line)을 경유함) 및 WiMax 프로토콜을 구현하는 무선 채널의 결합을 이용하여 하나 또는 그 초과의 액티브 부하 클라이언트들(ALC들)(57)과 통신한다.
각각의 액티브 그리드 엘리먼트(57)는 특정 주소(예를 들어, IP 주소)를 통해 액세스 가능하고, ALC들의 경우, 이들 각각은 이들과 연관된 다른 액티브 그리드 엘리먼트들, 예를 들어, ALC가 연관된(예를 들어, 연결되는 또는 지원하는) 사업체 또는 주거지에 설치된 개별적인 스마트 차단기 모듈들 또는 지능형 어플라이언스들(60)의 상태를 제어 및 모니터링한다. 각각의 ALC는 단일 주거 또는 상업 고객과 연관된다. 일 실시예에서, ALC(57)는 주거 부하 센터(61)와 통신하고, 상기 주거 부하 센터(61)는, ALC(57)로부터의 시그널링에 응답하여, "ON"(액티브) 상태로부터 "OFF"(인액티브)로 그리고 그 반대로 스위칭할 수 있는 스마트 차단기 모듈들을 포함한다. 스마트 차단기 모듈들은, 새로운 구성(new construction) 동안의 설치를 위해, 예를 들어, 상표명 "Square D" 하에서 Schneider Electric SA에 의해 또는 상표명 "Cutler-Hammer" 하에서 Eaton Corporation에 의해 제조되는 스마트 차단기 패널들을 포함할 수 있다. 기존의 빌딩들을 레트로-피팅하기 위해, 개별 식별 및 제어를 위한 수단을 갖는 스마트 차단기들이 이용될 수 있다. 통상적으로, 각각의 스마트 차단기는, 단일 어플라이언스를 제어하고, 그리고 디바이스 하우징 내부에 있건 또는 그 외부에 있건 간에 회로들 또는 개별 어플라이언스들 또는 어플라이언스 제어들 또는 어플라이언스 제어 디바이스들(예를 들어, 세척기/건조기(64), 온수 가열기(65), HVAC 유닛(66), 또는 풀 펌프(63))에 임베딩될 수 있다.
부가적으로, ALC(57)는, 다양한 알려진 통신 프로토콜들(예컨대, HOMEPLUG Powerline Alliance 및 IEEE, 이더넷, 블루투스, ZigBee, Wi-Fi, WiMax 등에 의해 발표되거나 또는 개발되고 있는 사양들을 통해서를 포함하는, 그 다양한 형태들로 있는 BPL(Broadband over PowerLine), IP) 중 하나 또는 그 초과를 통해 직접적으로(예컨대, 주거 부하 센터(61)와 통신하는 것 없이) 다른 액티브 그리드 엘리먼트들, 예컨대, 개별 스마트 어플라이언스들을 제어할 수 있다. 통상적으로, 스마트 어플라이언스(60)는 통신 능력들을 갖춘 전력 제어 모듈(미도시)을 포함한다. 전력 제어 모듈은, 실제 어플라이언스와 전력원 사이에서, 그 어플라이언스에 대한 전원에 맞추어 설치된다(예를 들어, 전력 제어 모듈은, 홈 또는 사업체에 있는 전력 아웃렛에 플러깅되고, 어플라이언스를 위한 전력 코드는 전력 제어 모듈에 플러깅된다). 따라서, 전력 제어 모듈이 어플라이언스(60)를 턴 오프 하라는 커맨드를 수신할 때, 전력 제어 모듈은 어플라이언스(60)에 공급하는 실제 전력을 연결해제한다. 대안적으로, 스마트 어플라이언스(60)는, 직접적으로 커맨드들을 수신하고 어플라이언스의 동작을 제어하는, 어플라이언스에 직접 통합된 전력 제어 모듈을 포함할 수 있다(예컨대, 스마트 서모스탯은, 세트 온도를 높이거나 또는 낮추는 것, HVAC 유닛을 스위칭 온 또는 스위칭 오프하는 것, 또는 팬을 스위칭 온 또는 스위칭 오프 하는 것과 같은 그러한 기능들을 수행할 수 있다). 이러한 다양한 액티브 그리드 엘리먼트들 모두는, 자동으로 관리되고, 그리고 본원에 설명된 바와 같이 이들이 연관된 코디네이터 및/또는 다른 액티브 그리드 엘리먼트들과의 자동 메시징을 제공한다.
액티브 그리드 엘리먼트들(예를 들어, ALC 매니저(108))이 코디네이터로부터 수신하여 이에 따라 프로세싱할 수 있는 여러 유형들의 메시지들이 존재한다. 제한하지 않는 예로써, 보안 경보 메시지, 우선순위 메시지, 리포트 트리거 메시지, 상태 응답 메시지, 상태 업데이트 메시지, 전력 절감 메시지, 및 이들의 조합들이 존재한다. 보안 경보 메시지는, 거주지 또는 사업체에 설치되고 그리고 (예를 들어, 무선으로 또는 유선 연결을 통해서) 액티브 그리드 엘리먼트(들)에 커플링된 선택적인 보안 또는 안전 모니터링 시스템으로부터 비롯된다. 보안 경보 메시지가 코디네이터에 의해 수신될 때, 이 보안 경보 메시지는 데이터베이스에 액세스하여 그 경보를 어디에 전송할지를 결정하기 위한 라우팅 정보를 획득하고, 그런 다음 그 경보를 지시된 대로 경보 메시징과 연관된 또는 그에 영향을 받은 이러한 액티브 그리드 엘리먼트들에게 전송한다. 예를 들어, 코디네이터는, 경보 또는 다른 메시지(예를 들어, IP-기반 메시지, 전자 메일 메시지, 사전-레코딩된 음성 메시지, 및 이들의 조합들)를 보안 모니터링 서비스 회사 및/또는 거주지 또는 사업체의 소유자에게 전송하도록 프로그래밍될 수 있다.
레포트 트리거 메시지는, 코디네이터에게, 미리결정된 전력량, PSV, PTB, 및 이들의 결합들이 액티브 그리드 엘리먼트에 의해 모니터링되는 특정 디바이스에 의해 소비되었음을 경보한다. 레포트 트리거 메시지가 액티브 그리드 엘리먼트(들)로부터 수신될 때, 코디네이터는, 메시지에 포함된 정보를, 공급된 정보와 연관된 액티브 그리드 엘리먼트(들)에 대한 데이터베이스에 로깅한다. 그런 다음, PSV, PTB, 및 이들의 결합들을 포함하는 전력 소모량 정보가 코디네이터에 의해 사용되어, 동작 리저브 요건을 충족시키기 위해 전력 감소 이벤트 동안 전력 감소 또는 "컷" 또는 감소 메시지를 수신할 액티브 그리드 엘리먼트들(ALD들/ALC들)이 결정된다.
상태 응답 메시지는, 코디네이터와 통신하는 각각의 액티브 그리드 엘리먼트의 유형 및 상태를 레포팅한다. 상태 응답 메시지가 액티브 그리드 엘리먼트로부터 수신될 때, 코디네이터는 메시지에 포함된 정보를 데이터베이스에 자동으로 로깅한다.
다른 실시예에서, 전력 절약 메시지 및/또는 애플리케이션은, 전력 감소 이벤트(본원에 "컷 이벤트" 또는 "감소 이벤트"로 지칭됨) 동안 각각의 유틸리티 또는 마켓 참가자에 의해 절약된 총 전력량뿐만 아니라, 절약된 전력량, PSV, PTB 및 전달된 전력량, PSV, PTB, 및 이들의 결합들을 감소시켰고 그리고 그 액티브 그리드 엘리먼트와 연관된 베이스라인에 대해 매칭하였던 각각의 액티브 그리드 엘리먼트에 대한 결합들을 계산하도록 선택적으로 포함될 수 있다. 전력 절약 애플리케이션(322)은 특정 유틸리티에 의해 서비스받는 각각의 고객에 대한 데이터베이스(124)에 저장된 데이터에 액세스하며, 액티브 그리드 엘리먼트들 및/또는 유틸리티가 데이터베이스에 엔트리로서 참여하였던 각각의 컷 또는 감소 이벤트, 즉, 축소(curtailment) 또는 부하 제어 이벤트에 대한 각각의 유틸리티에 의해 축적되는 그리고/또는 액티브 그리드 엘리먼트들을 참여시킴으로써 어그리게이팅된 총 누적 전력 절약들 또는 PSV(예를 들어, 시간당 메가와트들 또는 kWH/MWH로)를 저장한다.
도 29는, 본 발명의 일 실시예에 따른 예시적인 액티브 부하 클라이언트(21)의 개략적인 도면을 예시한다. 도 34의 표시는: 8 액티브 부하 디렉터; 28 리눅스; 29 상태 응답; 530 통신 인터페이스; 45 IP 계층 3 라우터; 46 보안 인터페이스; 47 IP 기반 통신 컨버터; 32 디바이스 제어 매니저; 31 스마트 차단기 모듈 제어기; 33 B1-BN(차단기) 카운터 매니저; 34 레포트 트리거; 538 이벤트 스케줄러; 30 스마트 디바이스 인터페이스; 540 전력 디스패치 디바이스 인터페이스; 541 하나 또는 그 초과의 스마트 디바이스들; 15 전력 저장 디바이스; 5 발전 디바이스; 16 주거 또는 스마트 차단기 부하 센터; 38 차단기 1; 39 차단기 2; 40 차단기 3; 41 차단기 4; 42 차단기 5; 43 차단기 6; 21 액티브 부하 클라이언트; 50 IP 디바이스 인터페이스; 51 로컬 IP 연결된 디바이스들; 49 보안 디바이스 인터페이스; 48 스마트 미터 인터페이스; 53 스마트 미터를 포함한다.
도시된 액티브 그리드 엘리먼트(여기서, 액티브 부하 클라이언트(ALC)(21)로서 기능함)는, 리눅스-기반 운영 시스템(28), 상태 응답 생성기(29), 스마트 차단기 모듈 제어기(31), 스마트 디바이스 인터페이스(30), 통신 인터페이스(44), 보안 인터페이스(46), IP-기반 통신 컨버터(47), 디바이스 제어 매니저(32), 스마트 차단기(B1-BN) 카운터 매니저(33), 레포트 트리거 애플리케이션(34), IP 라우터(45), 스마트 미터 인터페이스(48), 보안 디바이스 인터페이스(49) 및 IP 디바이스 인터페이스(50)를 포함한다. 이 실시예에서, ALC로서의 액티브 그리드 엘리먼트는 고객의 거주지 또는 사업체에서 온-사이트(on-site)에 로케이팅된 컴퓨터 또는 프로세서-기반 시스템이다. 액티브 그리드 엘리먼트들/ALC들의 1차 기능은, 액티브 부하 클라이언트(300)가 고객 대신 감독하는, 거주지 또는 사업체에 로케이팅된 제어가능한 디바이스들의 전력 부하 레벨들을 관리하는 것이다. 예시적 실시예에서, 액티브 부하 엘리먼트 상에서 실행되는 소프트웨어는 하드웨어 및 일반적인 소프트웨어 환경을 관리하기 위해 리눅스 임베딩된 운영 시스템(302)을 이용하여 동작한다. 당업자는 그 중에서도, 마이크로소프트의 운영 시스템군, Mac OS 및 Sun OS, C++, 기계 언어와 같은 다른 운영 시스템들이 대안적으로 이용될 수 있음을 쉽게 인지할 것이다. 추가적으로, 액티브 로드 클라이언트(21)는, 액티브 그리드 엘리먼트들이, 그 자신들, 및/또는 액티브 로드 클라이언트와 ALD 서버 사이의 통신들을 가능하게 하는 호스트 IP 네트워크상의 DHCP 서버로부터, 그에 의해 관리되고 그리고/또는 그들과 연관되는 하나 또는 그 초과의 제어가능한 디바이스들(402-412, 420, 460)(다른 액티브 그리드 엘리먼트들일 수 있음)에 대한 IP 어드레스들을 동적으로 요청하는 것을 가능하게 하기 위한 DHCP 클라이언트 기능을 포함할 수 있다. 액티브 그리드 엘리먼트는 라우터 기능을 더 포함할 수 있으며, 액티브 그리드 엘리먼트들로부터 제어가능한 디바이스들(38-43, 53)로의 메시지들의 전달을 가능하게 하기 위해 그리고/또는 코디네이터와의 네트워크를 통한 메시징을 위해 액티브 그리드 엘리먼트의 메모리에 할당된 IP 어드레스들의 라우팅 테이블을 유지할 수 있다.
통신 인터페이스는 액티브 그리드 엘리먼트들과 코디네이터(들) 사이의 연결성을 용이하게 할 수 있는데, 이는 또한 ALD들/ASD들을 포함할 수 있다. 위의 내용에 논의된 바와 같이, 액티브 그리드 엘리먼트들과 코디네이터 및/또는 서버 및/또는 메모리와 커플링된 프로세서(서버로서 기능함) 사이의 통신은 WiMax 프로토콜 및 등가물들 또는 대체물들을 포함하는(그러나, 이에 제한되는 것은 아님) 임의의 타입의 IP 또는 다른 연결 프로토콜에 기초할 수 있다. 따라서, 통신 인터페이스(308)는 임의의 및 모든 액티브 그리드 엘리먼트들을 위한 유선 또는 무선 모뎀, 무선 액세스 포인트, 또는 다른 적절한 인터페이스일 수 있다.
표준 IP 계층-3 라우터(45)는 통신 인터페이스(530/44)에 의해 수신된 메시지들을 액티브 그리드 엘리먼트 및 임의의 다른 로컬로 연결된 디바이스(51) 둘 다로 라우팅하는데, 이는 에너지 라우터(코디네이터) 및/또는 시스템에 등록된 다른 액티브 그리드 엘리먼트들을 포함할 수 있다. 라우터(45) 및/또는 라우팅 기능들을 포함하는 코디네이터는 수신된 메시지가 액티브 그리드 엘리먼트로 지향되는지 여부를 결정하며, 만약 그렇다면, 메시지를 (암호화된 메시징이라면)복호화될 보안 인터페이스(46)에 전달한다. 보안 인터페이스(46)는 코디네이터 서버와 액티브 그리드 엘리먼트 사이에 교환되는 메시지들의 컨텐츠들에 대한 보호를 제공한다. 메시지 컨텐츠는, 예를 들어, 액티브 그리드 엘리먼트들 또는 공지된 정보의 임의의 다른 결합에 대한 IP 어드레스 및 GPS 데이터의 결합 또는 공지된 정보의 임의의 다른 결합으로 구성되는 동기식 암호화 키를 이용하여, 보안 인터페이스(46)에 의해 암호화 및 복호화된다. 메시지가 액티브 그리드 엘리먼트로 지향되지 않으면, 코디네이터에 의해 결정된대로, 메시지는 하나 또는 그 초과의 로컬로 연결된 액티브 그리드 엘리먼트들로의 전달을 위해 IP 디바이스 인터페이스(50)에 전달된다. 예를 들어, IP 라우터(45)는 (액티브 그리드 엘리먼트들과 관련된 임의의 유형의 메시징을 포함하여)전력 로드 관리 시스템 메시지들뿐만 아니라, 종래의 인터넷 메시지들을 라우팅하도록 프로그래밍될 수 있다. 이러한 경우, 액티브 그리드 엘리먼트들 및 코디네이터(들)는 개별 인터넷 게이트웨이들 또는 라우터들을 이용하는 대신에, 거주지 또는 사업체, 또는 다른 액티브 그리드 엘리먼트들에 공급되는 인터넷 서비스에 대한 게이트웨이로서 기능할 수 있다.
IP 기반 통신 컨버터(47)는 서버 및/또는 코디네이터로부터의 유입 메시지들을 개방하며, 이들을 지정된 액티브 그리드 엘리먼트들 내의 적절한 기능부로 지향한다. 컨버터(47)는 또한, 다양한 액티브 그리드 엘리먼트의 기능부들(예를 들어, 디바이스 제어 매니저(32), 상태 응답 생성기(29) 및 보고 트리거 애플리케이션(34))로부터 메시지들을 수신하고, 메시지들을 코디네이터 및/또는 서버(8)에 의해 예상되는 형태로 패키징하며, 그 다음, 암호화를 위해 이들을 보안 인터페이스로 전달한다.
코디네이터는 로컬로 연결된 다양한 액티브 그리드 엘리먼트들들에 대한 전력 관리 커맨드들 및/또는 커맨드 메시지들을 라우팅 및 프로세싱 한다. 액티브 그리드 엘리먼트들은, 예로써 그리고 비제한적으로, 스마트 브레이커들, 스마트 미터들, 로드 제어 어플라이언스들, 빌딩 제어 시스템들 등(38-43) 또는 다른 IP 기반 디바이스들, 이를테면, 개인 제어 모듈들(미도시)을 가지는 스마트 어플라이언스들을 포함할 수 있다. 바람직하게 코디네이터는 또한, 코디네이터와 연관된 각각의 액티브 그리드 엘리먼트의 타입 및 상태를 유지하는 상태 응답 생성기(코디네이터 프로세싱 및/또는 그와 연관된 데이터베이스 내에 포함될 수 있음)에 질의하고, 보유, 분석, 및 다른 프로세싱 또는 보고를 위해 상태들을 서버 및/또는 데이터베이스에 제공함으로써, 서버로부터의 "쿼리 요청(Query Request)" 또는 등가의 커맨드들 또는 메시지들을 프로세싱한다. "쿼리 요청" 메시지는, 액티브 그리드 엘리먼트들에 대한 셋팅들을 포함하는, 단순한 상태 요청들 외의 정보, 예로써 그리고 비제한적으로, 이를테면, 열적으로 제어된 디바이스들에 대한 온도 세트 포인트들, 로드 제어가 허용 또는 금지되는 시간 인터벌들 및 디바이스 제어의 우선순위들(예를 들어, 전력 감소 이벤트 동안, 온수 가열기 및 수영장 펌프가 HVAC 유닛이 턴오프되기 전에 턴오프됨), PSV, PTB 및/또는 이들의 결합들을 포함할 수 있다.
바람직하게, 액티브 그리드 엘리먼트들과 메시징하는 코디네이터는 또한 상태 응답 생성기(304)를 포함하고, 상태 응답 생성기(304)는 서버로부터 상태 메시지들을 수신하고, 이에 응답하여, 각각의 액티브 그리드 엘리먼트 및/또는 제어가능한 디바이스(38-43), EP 기반-디바이스들(53)를 폴링(poll)하여 이들이 기능하고 양호한 동작 순서대로 되어 있는지 여부를 결정한다. 각각의 액티브 그리드 엘리먼트는 상태 응답 메시지에서 동작 정보(예를 들어, 활동 상태 및/또는 에러 보고들)와의 폴들(polls)에 응답한다. 코디네이터는 공급 및/또는 부하 감축을 위한 전력 관리 이벤트들과 관련한 기준에 대한 상태 응답들을 상태 응답 생성기와 연관된 메모리에 저장한다(또는 저장을 위해 상태 응답들을 데이터베이스로 라우팅한다).
바람직하게, 코디네이터 및 액티브 그리드 엘리먼트들의 각각은 스마트 디바이스 인터페이스(30)를 더 포함하고, 스마트 디바이스 인터페이스(30)는 개별 액티브 그리드 엘리먼트들(예를 들어, 스마트 어플라이언스 전력 제어 모듈들)과의 그리고 그로부터의 IP 또는 다른 어드레스 기반 통신들을 가능하게 한다. 연결은 BPL, ZigBee, Wi-Fi, Bluetooth 또는 다이렉트 이더넷 통신들을 포함하는(그러나, 이에 제한되는 것은 아님) 몇몇 서로 다른 타입들의 네트워크들 중 하나를 통해 이루어질 수 있다. 따라서, 스마트 디바이스 인터페이스(30)는 액티브 그리드 엘리먼트들을, 스마트 디바이스 및 어플라이언스들을 포함하는, 다른 액티브 그리드 엘리먼트들과 연결시키는 네트워크 내에서의 또는 그 상에서의 이용에 적응되는 모뎀이다. 스마트 디바이스 인터페이스(30)는 또한, 코디네이터가 온도 셋팅들을 감지하고 온도 변화들에 반응하기 위한 능력을 가지는 이러한 디바이스들을 관리하게 한다.
다른 실시예를 설명하는 것으로써, 스마트 브레이커(breaker)들, 스마트 미터들, 로드 제어 기기들, 빌딩 제어 시스템들 등을 비제한적으로 포함하는 모든 액티브 그리드 엘리먼트들, 모듈 제어기는 스마트 브레이커 모듈로 및 그로부터 전력 제어, PSV, PTB, 및/또는 이들의 결합들을 포함하는 메시지들, 명령들을 포맷팅, 전송, 및 수신한다. 일 실시예에서, 통신들은 BPL 접속을 통하는 것이 바람직하다. 그러한 실시예에서, 스마트 브레이커 모듈 제어기(31)는 BPL 모뎀 및 동작 소프트웨어를 포함한다. 스마트 브레이커 모듈(37)은, 개별적인 스마트 브레이커들, 스마트 미터들, 로드 제어 기기들, 빌딩 제어 시스템들 등(38-43)을 포함하며, 여기서, 각각의 스마트 브레이커(38-43)는 적용가능한 모뎀(예를 들어, BPL이 이용된 네트워킹 기술인 경우 BPL 모뎀)을 포함하며, 바람직하게는, 단일 기기 또는 다른 디바이스에 공급된 전력과 일치(in-line)한다. B1-BN 카운터 관리자는 각각의 인스톨된 스마트 브레이커(38-43)에 대한 실시간 전력 사용도를 결정 및 저장한다. 예를 들어, 카운터 관리자(316)는, 각각의 스마트 브레이커(38-43)에 의해 사용된 전력 또는 PSV, PTB, 및/또는 결합들의 양을 추적 또는 카운트하고, 전력의 카운트된 양들을 카운터 관리자와 연관된 액티브 로드 클라이언트의 메모리에 저장한다. 임의의 브레이커에 대한 카운터가 미리 결정된 제한에 도달하는 경우, 카운터 관리자는, 스마트 브레이커에 대응하는 식별 넘버, 및 대응하는 양의 전력(전력 넘버), PSV, PTB, 및 이들의 결합들을 리포트 트리거 애플리케이션에 제공한다. 일단 정보가 리포트 트리거 애플리케이션에 전달되면, 카운터 관리자는, 정보가 다시 한번 수집될 수 있도록, 적용가능한 브레이커에 대한 카운터를 제로로 리셋한다. 그 후, 리포트 트리거 애플리케이션은 액티브 로드 클라이언트에 대한 식별 정보, 특정한 스마트 브레이커에 대한 식별 정보, 및 전력 넘버를 포함하는 리포팅 메시지를 생성하고, 서버/ALD로의 송신을 위해 IP 기반 통신 컨버터(47)에 리포트를 전송한다.
바람직하게, 본 발명의 시스템들 및 방법들은, 소프트웨어, 펌웨어, 칩셋들, 커널들, 및 이들의 결합들을 포함하지만 이에 제한되지는 않는 액티브 그리드 엘리먼트들의 자동화된 원격 업데이팅을 코디네이터(들)와의 네트워크를 통한 통신들을 통해 제공한다. 액티브 그리드 엘리먼트들을 업데이팅하기 위한 코디네이터(들) 및/또는 중앙 서버, 및/또는 전용 서버를 통한 업데이팅이 본 발명에 의해 제공된다. 또한, 테이블 공간들, 가격, 수용가능한 시간 증분들에서의 변화들, 상태 메시지들, 마케팅, 어그리게이팅, 결산(settle)을 위한 로드에 대한 마켓의 위치(LMP, 노드, 전기 버스 등), 및 이들의 결합들로 처리하는 IP 메시지 또는 소유 메시지 내에서 PSV, PTB, 또는 PTB 서버 포인트 ASIC의 위치를 업데이트하기 위해 향상하도록 의도된 중앙 및/또는 원격 디바이스 또는 서버, 또는 프로세서에 의해, PSV 및/또는 PTB를 포함하는, 액티브 그리드 엘리먼트들의 임의의 그리고 모든 속성들을 업데이팅하기 위한 목적들을 위하여 커맨드들이 전송된다. 업데이팅은, PSV, PTB, 또는 전력 그리드 내의 임의의 구역 내의 임의의 액티브 그리드 엘리먼트들의 활력(health) 및/또는 상태를 알기 위한 능력의 목적들을 위한 것이다. 따라서, 본 발명의 시스템들 및 방법들은, 소프트웨어, 펌웨어, 법칙들, 계측, ASIC들, 칩셋들, 머신 코드, 운영 시스템들, 및 이들의 결합들에 관련된 액티브 그리드 엘리먼트들들의 업데이팅의 임의의 양상에 영향을 주는 코디네이터(들)을 통해 및/또는 액티브 그리드 엘리먼트들에 직접적으로 원격 서버 또는 전용 디바이스(들)에 의한, 임의의 그리고 모든 액티브 그리드 엘리먼트들의 자동화 업데이팅을 제공한다. 또한, 액티브 그리드 엘리먼트들은 액티브 그리드 엘리먼트들의 개선된 또는 증가된 정확도를 위해 업데이팅되어, 그와 연관된 PSV 및 PTB에 자격을 부여(qualify)할 수도 있다. 또한, 본 발명은, 적어도 하나의 액티브 그리드 엘리먼트들이 전력 그리드와 연관된 네트워크 내의 적어도 하나의 다른 액티브 그리드 엘리먼트들에 커맨드들을 송신하는 것을 제공하는, 스마트 크로스-통신을 이용하는 액티브 그리드 엘리먼트들을 제공한다.
도 30은 본 발명의 일 실시예에 따라, 전력 그리드와 연관된 전력 관리 시스템(10)으로의 임의의 그리드 엘리먼트의 등록을 자동적으로 확인하기 위해 서버(예를 들어, 코디네이터의 일부로서)에 의해 실행되는 단계들을 제공하는 예시적인 동작 흐름도(600)를 예시한다. 도 30의 표시는: 902 서비스 디스패치 매니저로부터의 "업데이팅" 트랜잭션 수신; 903 특정 IP 주소에서 ALC로 쿼리 요청 전송; 904 쿼리 요청에 대한 응답 수신; 905 ALC로부터 획득된 최신 상태 정보로 ALD 데이터베이스 업데이팅; 906 ALC는 올바르게 기능하는가?; 907 고객 상태를 액티브로 셋팅; 908 서비스 디스패치 매니저에게 "서비스" 전송; 을 포함한다.
단계들은 서버 및/또는 코디네이터의 메모리(미도시)에 저장되고, 서버의 하나 또는 그 초과의 프로세서들(미도시)에 의해 실행되는 한 세트의 컴퓨터 명령들(소프트웨어)로서 바람직하게 구현된다. 논리 흐름에 따라, 코디네이터(926)는, 에너자이징되었지만 아직도 등록되어 있지 않은 임의의 그리드 엘리먼트로부터 자동화된 메시징을 수신하고(902); 메시징은 상기 설명된 바와 같은 그리드 엘리먼트의 속성들을 포함한다. 코디네이터는 메시징에 반응하여 그리드 엘리먼트의 등록을 확인하고, 그런 다음에 그것을 액티브 그리드 엘리먼트로 전달하며, 이에 의해 전력 그리드와 연관된 기능성을 제공한다. 코디네이터로부터 "업데이트" 또는 유사한 트랜잭션 메시지 또는 커맨드, "업데이트" 메시지에 특정된 IP 어드레스를 이용하여 "쿼리 요청" 또는 유사한 메시지 또는 커맨드를 액티브 그리드 엘리먼트에 전송(903)한다. "쿼리 요청" 메시지는 액티브 그리드 엘리먼트들의 리스트를 포함하고, 서버/ALD는 자동적으로 관리되는 것이 예상된다. 액티브 그리드 엘리먼트들 이후 IP 메시지들을 통해 통신 네트워크를 통한 소프트웨어, 펌웨어 또는 임의의 코드 실시예를 업데이트하는 것은 코디네이터 또는 다른 동작 프로세서/데이터베이스를 통해 등록된다. 코디네이터는 또한, 액티브 그리드 엘리먼트들에 대한 정보(예를 들어, 현재 IP 네트워크, 동작 상태(예를 들어, 기능 중인지 아닌지), 현재 사용을 측정하기 위한 모든 카운터들의 셋팅(예를 들어, 모두가 초기 셋 업 시간에서 0으로 셋팅됨), 제어되고 있는 액티브 그리드 엘리먼트들 또는 다른 디바이스들의 상태(예를 들어, "온" 상태 또는 "오프" 상태로 스위칭됨))를 포함하는 쿼리 리플라이(query reply)를 수신(904)한다. 코디네이터는 데이터베이스를 액티브 그리드 엘리먼트로부터 획득된 최후 상태 정보로 업데이트한다(905). 코디네이터가 쿼리 응답으로부터, 또는 액티브 그리드 엘리먼트로부터의 메시징에 표시된 바와 같이 액티브 그리드 엘리먼트가 적절히 기능하고 있음을 검출(906)하면, 코디네이터는 전력 그리드 및 전력 그리드와 연관된 전력 관리 시스템 내의 코디네이터 서버 활동들에의 참여를 허용하기 위해 액티브 그리드 엘리먼트 상태를 "등록됨" 및/또는 "액티브"로 셋팅(907)한다. 그러나, 코디네이터가 액티브 그리드 엘리먼트가 적절히 기능하고 있지 않음을 검출(610)하면, 코디네이터는 "서비스" 또는 유사한 트랜잭션 메시지 또는 커맨드를 서비스 디스패치 관리자(325)에 전송(908)한다.
이제 도 31을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른, 예시적인 전력 로드 관리 시스템에서의 활동들 및/또는 이벤트들, 및 이들에 관한 등록된 액티브 그리드 엘리먼트들과의 통신을 관리하기 위하여 (예를 들어, 마스터 이벤트 관리자(309)의 일부로서) 코디네이터 및/또는 서버/ALD에 의해 실행되는 단계들을 제공하는 예시적인 동작 흐름도를 도시한다. 바람직하게, 단계들은, 서버의 메모리(도시되지 않음)에 저장되고 서버 및/또는 코디네이터의 하나 또는 그 초과의 프로세서들(도시되지 않음)에 의해 실행되는 컴퓨터 명령들(소프트웨어)의 세트로서 구현된다. 논리 흐름에 따라, 코디네이터는, 코디네이터 및/또는 서버와 연관된 각각의 유틸리티 및/또는 액티브 그리드 내의 현재 전력 사용량 및/또는 PSV를 추적한다(702). 도 36의 표시는, 각각의 유틸리티 내의 현재 전력 사용량 & PSV를 추적(702); 트랜잭션을 수신(704); 트랜잭션 타입?(706); 유틸리티를 관리된 상태로 배치(708); "컷" 또는 "감소" 트랜잭션을 시스템으로부터 제거될 수 메가와트들로 ALC 관리자에 전송(710); 프로세스에서의 전력 관리 이벤트를 고객들에게 통지(711); 유틸리티에 대한 현재 사용량 정보를 액세스함으로써 제거될 수도 있는 PSV를 생성(712); "계류중"으로 이벤트의 상태를 셋팅(714); ALC 관리자로 "종료 이벤트" 트랜잭션을 전송(716); ALC 관리자로부터 "이벤트 종료됨" 트랜잭션을 수신(718); 유틸리티의 상태를 "관리되지 않음"으로 셋팅(720); 전력 관리 이벤트가 종료되었다는 것을 고객들에게 통지(722); 전력 절약 애플리케이션들에 "이벤트 종료됨" 트랜잭션을 전송(724); "컷"(728); "종료 이벤트(730)"; "얼마나 많이"(732)를 포함한다.
부가적으로, 전력 소비에 대한 액티브 그리드 엘리먼트 프로파일들이 본 발명에 포함된다. 설명된 실시예들은, 발명의 명칭이 "액티브 전력 로드 관리를 위한 시스템 및 방법(System and Method for Active Power Load Management)"인 공개된 특허 출원 미국 공보 2009/0062970에서 개시된 개념들을 활용하며, 그 미국 공보는 그 전체가 인용에 의해 본 명세서에 포함된다. 다음의 단락들은, 본 명세서에서 설명되는 실시예들의 이해에 있어서 독자를 보조하기에 충분히 상세하게, 적어도 하나의 액티브 로드 클라이언트(ALC) 및 적어도 하나의 액티브 로드 디렉터(Active Load Director; ALD)를 포함하는 액티브 관리 로드 시스템(ALMS)을 설명한다. ALMS, ALD, 및 ALC의 더 상세한 설명은 미국 공보 2009/0062970에서 발견될 수 있으며, 그 미국 공보는 그 전체가 인용에 의해 본원에 포함된다.
예로서, 소비되는 전력에 있어서의 감소에 기초하여, 본 발명의 시스템들 및 방법들은, 액티브 그리드 엘리먼트들에 의해 소비된 전력에 있어서의 감소에 대응하는 전력 서플라이 값(PSV; power supply value)을 제어 센터에서 생성하는 것을 제공한다. 중요하게, PSV는 소비되는 전력에 있어서 감소의 측정 및 검증을 포함하는 실제 값이며; 이러한 측정 및 검증 방법들은 전기 전력 그리드(들)에 대한 권한(authority) 또는 적절한 통제 조직에 의해 결정될 수도 있다. 전력 서플라이 값(PSV)은, 미터기 또는 서브미터기에서, 또는 빌딩 제어 시스템에서, 또는 그리드의 규제를 통제하는 규제 기관(들)에 의해 공급되는 것과 같은 표준 내에서 전력을 측정하는 액티브 그리드 엘리먼트에서 계산된다. PSV 변동들은, 측정의 정확성을 위해 운영 허용오차, 운영 표준에 의존할 수 있다. PSV는, 예를 들어, FERC, NERC 등의 전기 전력 그리드의 통제 조직에 의해 허용되는 것과 같은, 예를 들어, 전력 소비 디바이스들과 같은 액티브 그리드 엘리먼트들을 제어하도록 허용된 엔티티 또는 전력 생성 엔티티의 공급 등가를 수여하고 그리고 이러한 값들을 수락하는 통제 엔티티에 제시된 것으로서 제공되도록 동일시되거나 또는 이에 관련될 IP 메시지를 전송 또는 수신하는 임의의 시스템에 의해 액티브 그리드 엘리먼트 레벨의 전력에 있어서의 삭감 또는 감소의 변형을 인에이블한다.
액티브 그리드 엘리먼트들과 연관된 PSV는 전기 전력 플로우, 금전적 등가, 및 이들의 조합의 단위들로 제공될 수 있다. 따라서, PSV는 측정 및/또는 검증에 의해 확인된 실제 값을 제공하고, 이에 의해 전력 그리드에 공급을 제공하기 위한 요건으로서 삭감 값을 제공하며, 여기서 전력 전기 전력 그리드로의 서플라이에는 그리드 안정성, 전압 안정성, 신뢰도, 및 이들의 조합들이 제공되고, 전기 전력 그리드 및/또는 그리드 운영자(들)에 대한 권한을 통제함으로써 결정된 바와 같은 그리드 안정성, 신뢰도, 주파수를 제공하기 위한 에너지 관리 시스템 또는 등가에 반응하는 것으로서 추가적으로 제공된다.
액티브 그리드 엘리먼트들과 연관된 에너지 소비 패턴들에는, 다양한 상이한 타입들의 활동들에 사용될 수도 있는 분석이 행해진다. 예를 들어, 이러한 데이터로부터 생성된 에너지 소비 패턴들에 기초하여, 코디네이터는, 액티브 그리드 엘리먼트들이 부착된 각각의 서비스 포인트에 대한 성능 곡선들 및/또는 데이터 메트릭들을 도출할 것이며, 각각의 액티브 그리드 엘리먼트 및 전기 전력 그리드 내의 그것의 기능으로부터 실현될 수 있는 에너지 감소의 양을 결정할 것이다. 코디네이터는, 에너지 소비가 수요 관리(demand side management), 인터럽터블 로드(interruptible load), 또는 스피닝/규제 예비력들을 통해서 감소될 수 있는 액티브 그리드 엘리먼트들과 연관된 서비스 포인트들의 리스트를 생성할 것이다. 이러한 정보는, 이하 상세하게 설명된 "지능형 로드 순환(intelligent load rotation)"으로 지칭되는 제어의 우선순위화된 순환형 순서를 생성하기 위해 코디네이터 및/또는 ALD 프로세스들에 의해 조작될 수 있다. 인터럽터블 로드의 버든(burden)의 이러한 순환적 시프팅은 유틸리티 로드 커브를 감소시키고 평탄화하는 현실적 효과를 가지면서, 서빙 유틸리티가 에너지 효율에 의한 ALD 또는 자신 소유의 데이터베이스들 내에 자신의 고객들을 효율적으로 그룹화하는 것을 허용한다.
일반적으로, 설명된 실시예들은, 프로파일을 생성하고, 에너지 사용량 및 서플라이의 패턴들을 계산하여 도출하고, 그리고 물리적 통신 링크와 결합된 액티브 그리드 엘리먼트들로 구성된 시스템의 기계(machinery)를 통해서 구현될 때 그리고 컴퓨터, 프로세서, 메모리, 라우터들 및 활용될 것으로 당업자들이 기대하는 것과 같은 다른 필수적인 머신들을 통해서 이러한 입력들이 조작될 때 이러한 패턴들의 이용을 행하기 위한 폐쇄 루프 시스템 및 방법을 포괄한다.
본 발명은, 전기 전력 그리드들 및 그들과 연관된 액티브 그리드 엘리먼트들에 적용되는 바와 같은 "드리프트"의 개념을 또한 고려한다. 액티브 그리드 엘리먼트 프로파일에 대해 수집된 데이터는, 감쇠율 또는 감쇠 드리프트, 온도 슬로프, 또는 운동 방정식(f{x})를 경험적으로 도출하도록 사용되며, 이에 의해, 서비스 포인트(또는 디바이스)는 개별적인 그리고/또는 어그리게이팅된 액티브 그리드 엘리먼트(들)에 대한 고유하게 도출된 "지문" 또는 에너지 사용량 패턴을 가질 것이다.
또한, 기재된 실시예들은, "지능형 로드 순환" 개념을 이용한다. 지능형 로드 순환은, 제어 이벤트들에 대해 동일한 액티브 그리드 엘리먼트들이 항상 선택되는 것이 아니라, 몇몇 공평한 방법 및/또는 최소 비용 분석-적용된 방식, 또는 전기 그리드 리소스들을 최적화하기 위한 분석적 접근법 및 전기 그리드 리소스들과의 자동화된 상호통신을 위해 등록된 연관된 액티브 그리드 엘리먼트들의 기능들로 서비스 영역에 걸쳐 제어 이벤트들을 분산시키는 것을 보장하기 위해 기계 지능을 이용한다.
다른 실시예에서, 액티브 그리드 엘리먼트들의 프로파일들의 에너지 소비 패턴들은 과잉 전력 공유에 대한 가장 양호한 타겟들인 액티브 그리드 엘리먼트들을 확인하는데 사용된다. 이는 태양 또는 바람과 같은 재생 가능한 에너지가 그리드에 부가될 때 발생할 수 있고, 그리드에 의해 보상될 수 없는 전력을 초래한다. 이는, 예를 들어, 매우 바람이 많이 부는 날에 발생할 수 있다. 이런 일이 일어나면, 유틸리티들 또는 마켓 참가자, 그리드 운영자, EMS, 또는 동등한 것은 과잉 에너지로 무엇을 해야 하는가 하는 문제에 직면한다. 에너지 절약들에 영향을 주기 위해 서비스 포인트들로의 전력을 컷팅하기보다는, 유틸리티, 시장 참가자, 그리드 운영자, EMS, 또는 동등한 것은 전력 소산(dissipation)을 초래하기 위해 서비스 포인트들 및 그들 서비스 포인트들과 연관된 액티브 그리드 엘리먼트들에 걸쳐 에너지를 부가할 수 있다. 코디네이터에 의해 선택된 서비스 포인트들 및/또는 액티브 그리드 엘리먼트들은 전력 절약들을 위해 선택된 서비스 포인트들과 상이할 수 있다(또는 심지어 그 반대의 경우에도). 이러한 서비스 포인트들에 있는 디바이스들은 오프 상태였다면 턴 온될 수 있을 것이거나 또는 날씨-제어되는 디바이스들에 대한 설정 포인트들은 정상일 때보다 더 가열되거나 냉각되도록 조정될 것이다. 많은 제어 포인트들에 걸친 확산은, 이는 필요한 에너지 소산을 제공할 수 있다.
추가적인 실시예에서, 액티브 그리드 엘리먼트들의 프로파일들은, 업 셀링(up selling), 다운 셀링 또는 크로스 셀링에 대한 기회들을 확인하는데 사용될 수 있다. 이들 기회들은, 전력 유틸리티에 의해서 또는 그들의 파트너들에 의해서 결정될 수도 있다. 액티브 그리드 엘리먼트들로부터의 데이터는, 비효율적인 디바이스들, 결함이 있는 디바이스들, 또는 현재의 표준들을 만족시키기 위한 업데이트를 요구하는 디바이스들에 대한 통찰력들을 제공하는데 사용될 수도 있다. 또한, 액티브 그리드 엘리먼트들의 프로파일들의 데이터는, 대체로 개별적으로 또는 집합적으로(또는 선택적으로) 관련된 전력 그리드 참여 기회들을 확인하는데 사용될 수도 있다.
본 발명에 따라, 임의의 액티브 그리드 엘리먼트들에 대한 PSV는 이력 로드(historical load) 베이스라이닝(baselining), 곡선들, 실시간 또는 거의 실시간 값에 기초한 추정 및 이들의 조합들에 관한 정보를 포함하는 방법들에 의해 생성될 수 있다. 유리하게, 본 발명은, PSV를 비롯하여, 단지 종래 기술에 따른 커맨드에 대한 추정보다 훨씬 나은, 액티브 그리드 엘리먼트들 각각에 대한 액티브 로드 및/또는 공급 관리 메트릭들을 제공하며; PSV는 또한 측정 및 결제(settlement) 단계들에 추가로 제공된다. FERC는, 그것이 발생하는 지점에서 신용 결제(settlement credits)를 제공하고; 그 다음 결제 정보는 거래로 이어지며(follows); 가장 바람직하게는, 본 발명에 따라, 예컨대, 천연 가스 공급을 위해, 금융 거래들 또는 다른 상품 거래들에서처럼, 실시간 또는 거의 실시간으로 결제가 이루어지는 것을 요구한다. 또한, 바람직하게, 전기 전력 그리드에 대한 관리 엔티티(governing entity)에 의해 수용되는 또는 수용가능한, 정의된 인터벌이 존재하며, 각각의 거래는 발생시 바로 기록된다. 게다가, 본 발명은, 거래 시간에 또는 대략 거래 시간에 로드-소모 디바이스들에 의한 결제 삭감(settlement of the curtailment), 즉 삭감을 제공하는 IP 실시간 통신들을 제공한다. 또한, 바람직하게, 전력 이벤트의 수용에 대한 IP 실시간 통신과 관련되며, 이후 코디네이터(들)를 통해 시스템내에 등록된 각각의 액티브 그리드 엘리먼트들과 연관되며 결제 데이터베이스에 자동으로 기록된 입증 자료(supporting evidence)를 제공하는 데이터가 존재한다. 또한, 이 결제와 관련된 일부 정보 및 이 결제는 에너지/삭감 구매자(energy/curtailment purchaser)에게 송신되며, 이후 또한 판매자는 삭감 이벤트와 관련된 PSV 및/또는 PTB에 따라 결제를 한다.
PTB(Power Trading Block)들은 그리드 오퍼레이터 또는 ISO에 의존한다; 시스템에 등록된 액티브 그리드 엘리먼트들에 대한 개별적 그리고/또는 총체적 또는 선택적으로 어그리게이트된(aggregated) 데이터를 포함하여, 승인(accept), 결제(settle) 및 현금화(monetize)를 위해 그리드 오퍼레이터에 대한 충분한 삭감 또는 공급이 있어야 한다. 이때, PTB는 통상의 유틸리티 또는 독립 시스템 오퍼레이터 또는 그리드 또는 마이크로그리드 오퍼레이터와 같은 대부분의 전기 전력 그리드들에서 100kWatts이다. 일반적으로, 운영 예비력들(operating reserves)로서 이용가능한 전력은, 그리드 및 그의 운영 예비력들을 유익하게 안정화시키기에 충분하게(significant enough) 다량의, PTB 크기로 거래된다. 이때, 지역적 거래 기관 또는 이에 대한 지리적-특정 그리드 및 해당 법령(regulations)은, 최소 PTB 크기 또는 PTB 유닛에 도달하도록, 통상적으로, 주거용 또는 상업용의, 다수의 고객들로부터의 로드 어그리게이션(aggregation of load)을 요구하는 PTB 크기를 결정한다. PSV와 결합되는 PTB 유닛, 및 ALC/ALD에 이용되는 실시간 보안 통신들은, 그리드 수신 및 결제 목적을 위한 PTB 유닛을 형성하기 위해 요구되는 최소 PTB의 크기를 낮추는 기능을 한다. 상업적 임팩트(commercial impact)는, 삭감 이벤트로부터 해당 고객들 및/또는 디바이스들에 대한 최소 네거티브 물리적 임팩트로, 디바이스(들)에 의한 응답 및 삭감 이벤트(들)에 관련된 정보의 통신 타이밍 및 비용에 기인한, PTB 유닛에 대응하는 최소 PTB 크기, 그리고 삭감 이벤트에 대해 디바이스(들)와 연관된 고객(들)에 대한 최대 보상을 확보하기 위해 다수의 디바이스들에 의한 로드 삭감 어그리게이션이 관리되는 방법을 결정한다.
액티브 그리그 엘리먼트 프로파일들은 또한 동적일 수 있다. 이에 대한 예는, 전기 유틸리티 그리드에 연결되고 고객에 의해 소유되는 로드 소모 디바이스들을 제어하는 역할을 대신 하기 위해, 소유자 대신 권한이 있는 전기 유틸리티 그리드, 마켓, 마켓 참여자, 유틸리티, REP, CSP 또는 임의의 다른 엔티티로부터의 실시간 통신들을 이용하기 위해 액티브 그리드 엘리먼트들에 대한 능력일 수 있다. 액티브 그리드 엘리먼트들은, IP-기반 통신 방법들 및 웹 기반 디바이스들, 예컨대 스마트 폰들, 컴퓨터들, 텍스트 메시지들, 페이징 메시지들 또는 심지어 음성 응답 유닛들 또는 라이브 고객 서비스 에이전트들을 이용한 복수의 방법들을 통해 이 정보를 자동으로 수신한다. 이러한 실시간 시나리오하에서, 액티브 그리드 엘리먼트들은 소유자 대신, 전기 상품(commodity) 또는 디멘드 응답 제품들을 구매, 판매 또는 거래하도록 허가받은 유틸리티, 마켓 참여자, REP 또는 임의의 엔티티에 의해 판매되는 전기에 대한 실시간 마켓 가격책정을 동적으로 이용하기 위해 프로파일을 더 중요하게 변경하거나 또는 미리 결정된 프로파일 또는 "Opt Out" 에 대해 동적으로 "Opt In"할 수 있다.
본 발명은, 컴퓨터 지원 장치의 채용으로 액티브 그리드 엘리먼트들이 코디네이터와 연관되는 방법을 보다 상세하게 적절히 설명하였으며, 컴퓨터 지원 장치는, 이로 제한되는 것은 아니지만 프로세서들, ASICS, 메모리, 분석기(analytics), 통신 인터페이스들 및 방법론들, 데이터베이스들, 관계형일뿐만 아니라(both) 고성능인 "이력장치(historian)" 데이터베이스들, 지속성 및 캐시 층들, 메타데이터 층들, 분석 엔진들, 모니터링 및 보고 액티브 로드 클라이언트들, 인터넷 프로토콜, 이더넷, 캐리어 그레이드 유선 및 무선 네트워크들, 독점 네트워크들, TDM 무선 및 유선 네트워크들, 아날로그 및 디지털 원격측정 서브시스템들, 코디네이터들(Coordinators), 액티브 공급 디렉터들 및 함께 집중될뿐 아니라(both) 네트워킹되며 분배되는 복수의 전술한 것들을 포함한다. 상기 설명들은 공급으로서 작용하는 FERC 745 로드의 실시예에서 상술되었지만, 당업자는, 결제를 포함하여, FERC 750 및 755에 대한 공급 측에 이들을 적용하는 것처럼 앞서 설명된 이들 기능들을 상관시킬 것이다.
이들 고도로 분산된 네트워크들은, 이들이 대량 전기 그리드로부터 분리되거나, 전기 그리드로부터 일시적으로 또는 영구적으로 자신들을 분리하는 것을 자발적으로 선택한 경우, 직접적으로 EMS의 제어 하에서, 코디네이터를 통하여 또는 자율적으로 작동할 수 있어야 한다. 본 발명은, 소프트웨어, 하드웨어 및 고급 통신 방법들을 통하여, 상호연결된 전기 그리드에 직접적으로 그들의 에너지 리소스들을 전달하고 수행할 수 있도록 액티브 그리드 엘리먼트들과 연관된 많은 작은 DER 리소스들(MANY small DER resources)의 성능들을 제공하는데, 이는 리소스들이 마켓 참가자, REP, 유틸리티, IPP, 그들 자신의 에너지 에이전트로서 작용하는 회사(Company), 또는 복수의 전술한 모든 것들에 의해 제공될뿐 아니라(both), 작동되며, 현금화될 수 있는 최소 PTB 블록들로 설립되는 어그리게이팅된(aggregated) PSV 값들을 갖는 대량 리소스였기 때문이다.
본 발명은 전술한 간헐적인 리소스들을 위해, DER 리소스들로서 신뢰할만하게 밸런싱되고, 조절되며, 그리드에 제공될 수 있는 능력을 또한 제공한다. DER 리소스들을 밸런싱하는 것은, 복수의 이들 리소스들이 동일한 서비스 포인트/부착부에 공동위치될 수 있거나 또는 그들 자신들이 서로로부터 물리적으로 디스어그리게이팅될(disaggregate) 수 있지만, 본 발명 및 본 발명의 속성들에 의해 상호연결될 수 있는 것을 제안할 것이다. 이러한 유형의 DER의 실시예는 동일한 설비에 태양열 필름, 패널들, 또는 이들의 조합들, 풍력(wind) 또는 수력(water) 터빈, 및 예비 발전기를 설치한 상업적 빌딩일 것이다. 이들의 상이한 DER 속성들을 갖는 이들 상이한 리소스들은, 공급 소스 마다의 주요한 주파수 제어, 전압 제어를 위해 제공될 수 있는 성능을 가질 것인 ASC를 통하여 모두 결합되어야 하며, 상호 연결된 전기 그리드에 그의 공급을 여전히 제공하면서 자율적으로 또는 코디네이터 및 EMS를 통하여, 둘 모두로부터 그들 시스템들을 작동시키고, 분배 또는 전송 시스템 상의 DER 공급 위치를 기초로 하여 상이할 수 있는, 적절한 부착 규제들을 충족시켜야 한다. 본 발명은, 리소스의 이용가능성, 마켓 참가자에 의해 또는 마켓 참가자를 통하여 제공된 에너지의 순간에 그리드의 에너지가 요구하는 것이 무엇인가, 또는 프로파일에 기초한 경제적 동기들(incentives) 또는 본 발명을 활용하는 개인 고객이 통제 엔티티에 의해 승인되는 경우 승인된 트레이딩 조직을 통하여 사전에 판매하였는지, 또는 그리드 상의 부착 지점에서 실시간으로 공급하였는지, 및 리소스가 전달되는 당시 EMS가 이용가능하지 않음으로 인하여, 에너지 관리 시스템(EMS)에 의해 지시되고, 그러한 EMS 서비스들을 제공하는 바에 따라 본 발명을 통하여 공급하였는지에 기초하여, 통신하고 DER 리소스들을 제어하는 기능을 하며, 그에 의해 본 발명의 장치는, 에너지를 제공하고 각각의 리소스가 전기 그리드의 상호연결부에 신뢰적으로 제공할 수 있는 것에 따라 밸런싱되는, 이용가능한 소스들로부터의 리소스들을 그리드 안정화한다.
본 발명과 함께 사용될 수 있는 DER의 다른 실시예들은, American Tower, Crown Castle Inc. SBA Inc 등과 같은 타워 임대 회사들(tower leasing companies), 통신회사들이 소유한 무선 통신 타워들과 같은 통신 시설들이고 이에 의해 대기 발전(standby generation), 배터리들, 태양(solar), 바람 또는 연료 전지들을 포함하는 예비(backup) 발전의 다른 형태들이 신뢰성을 보장하기 위해 존재한다. 데이터 센터들, 중앙국들(central offices), 텔레비전, 케이블 및 다른 통신 중대 기반 시설(critical infrastructure)과 같은 전선 설비들(wireline facilities)은 모두 마이크로 및 매크로그리드 상호접속들(interconnections)의 예들이고, 이에 의해, 잠재적인 대기 발전 및 DER 자원들이 이미 존재할 수 있으며 그리고 상술된 발명의 사용이 이러한 DER 자원들을 전력 그리드에 상호접속시키는데 사용될 것이다.
많은 용어들 및 두문자어들이 본 설명에서 사용되고 원격통신들 및/또는 컴퓨터 네트워킹 산업들에서 잘 정의되어 당 업계, 및 전력 관리 업계의 당업자에 의해 용이하게 이해된다는 것에 유의해야 한다. 이들 용어들 및 두문자어들의 완전한 설명들이 원격통신 표준 또는 프로토콜을 정의하든지 간에 용이하게 이용가능한 원격통신 표준들 및 문헌에서 발견될 수 있어서 본원에서 더 상세히 설명되지 않는다.
본원에서 설명된 시스템들의 실시예들 또는 컴포넌트들이 전력 로드 및/또는 공급 분배를 관리하고 하나 이상의 전력 로드 및/또는 공급 관리 시스템들에서 개별 가입자 전력 소모 및 절약들, 및 전력 공급을 추적하여 제어하기 위한 기능들 일부, 대부분 또는 모두를 특정 비-프로세서 회로들과 함께 구현하기 위하여 하나 이상의 프로세서들을 제어하는 고유 저장 프로그램 명령들 및 하나 이상의 종래의 프로세서들로 구성될 수 있다는 것이 인식될 것이다. 비-프로세서 회로들은 라디오 수신기들, 라디오 송신기들, 안테나들, 모뎀들, 신호 드라이버들, 클록 회로들, 전력 소스 회로들, 릴레이들, 미터들, 서브 미터들, 스마트 브레이커들, 전류 센서들, 및 고객 입력 디바이스들을 포함할 수 있으나 이들에 제한되지 않는다. 따라서, 이들 기능들은 전력 로드 및/또는 공급 관리 시스템의 디바이스들 사이에서 정보 및 제어 신호들을 분배하기 위한 방법의 단계들로서 해석될 수 있다. 대안적으로, 일부 또는 모든 기능들은 프로그램 명령들을 저장하지 않은 상태 머신에 의해 또는 하나 이상의 주문형 집적회로(ASIC)들로 구현될 수 있으며, 여기서 각각의 기능 또는 기능들의 일부 조합들은 통상의 로직으로서 구현된다. 물론, 2개의 접근법들의 조합이 사용될 수 있다. 따라서, 이들 기능들을 위한 방법 및 수단이 본원에서 설명되었다. 게다가, 예를 들어 이용가능 시간, 현재의 기술 및 경제적인 고려사항들에 의해 동기가 부여된 가능한 상당한 노력들 및 많은 설계 선택들에도 불구하고, 본원에서 개시된 개념들 및 원리들에 의해 안내될 때, 당업자가, 과도한 실험 없이, 이러한 소프트웨어 명령들, 프로그램들 및 집적회로(IC)들을 생성하고 이러한 비-프로세서 회로들을 적절히 배열하고 기능적으로 용이하게 통합할 수 있다는 것이 예상된다.
부가적으로, 시스템의 전력 관리에 수반되는 이들 마켓 참여자들에 대한 PSV에 대한 측정, 검증 및 지불은 본 발명의 애플리케이션에 추가로 포함된다. 또한, 본 발명의 시스템들, 방법들, 및 장치는 데이터베이스, 프로세서, 이들에서 작동 가능한 소프트웨어, 및 분배 및 전송 시스템들의 캐패시티 예비력을 제공하는 외부의 마켓 참여자들로의 인터페이스들을 더 포함할 수 있다.
본 발명의 실시예들에서, 공급 액티브 그리드 엘리먼트들로서 공급 및/또는 로드 삭감은 본 발명의 시스템들, 방법들, 및 장치를 이용하여 그들의 자동 및/또는 수동 등록을 용이하게 하기 위해 부가적인 컴포넌트들을 더 포함할 수 있다. 또한, 이러한 액티브 그리드 엘리먼트들 및 코디네이터 및/또는 ASD 사이의 등록을 위한 메시징은, 모든 미래의 메시징, 우선순위화, 프로파일들, 업데이트들, 업그레이드들, 수정들, 결제, 보안, 및 이들의 결합들을 포함하여, 활성화, 작동, 및 전력 그리드와의 통합을 위해 필요한 정보를 제공하는 제 1 등록 통신을 위한 초기 메시징을 포함할 수 있다. 액티브 그리드 엘리먼트로부터의 초기 메시징 다음에, 코디네이터는 선택적으로, EMS 요구사항들과 전기 전력 그리드 및 액티브 그리드 엘리먼트들로 변환되는 모든 등록된 그리드 엘리먼트들 및 전기 전력 그리드의 요구사항들을 밸런싱하고 유지하기 위해 관리, 제어, 메시징, 및 매칭에 대한 코디네이터의 활동들을 용이하게 하도록 기능하는 "에너지 쿠키"를 제공할 수 있다.
전술한 명세서에서, 본 발명은 특정 실시예들을 참조로 하여 설명되었다. 그러나, 당업자는 첨부된 청구항들에서 제시된 본 발명의 사상 및 범위로부터 벗어나지 않고 다양한 수정들 및 변형들이 이루어질 수 있다는 것을 인식할 것이다. 예를 들어, 본 발명은 임의의 수의 IP-기반 또는 다른 통신 방법들을 사용하여 유틸리티 회사들로부터 가입한 고객들로의 전력의 분배를 관리하기 위하여 적용가능하다. 부가적으로, 액티브 그리드 엘리먼트들 및/또는 서버내의 특정 모듈들의 기능들은 하나 이상의 균등 수단에 의해 수행될 수 있다. 따라서, 명세서 및 도면들은 제한적인 의미가 아니라 예시적인 의미인 것으로 간주되며, 이러한 수정들은 본 발명의 범위내에 포함되는 것으로 의도된다.
장점들, 다른 이점들 및 문제점들에 대한 해결책들은 본 발명의 특정 실시예들과 관련하여 앞서 설명되었다. 그러나, 장점들, 이점들, 문제점들에 대한 해결책들, 및 이러한 장점들, 이점들 또는 해결책들이 더 잘 전달되도록 하는 것을 야기하거나 또는 초래할 수 있는 임의의 액티브 그리드 엘리먼트(들)은 임의의 또는 모든 청구항들의 중요하거나 또는 필수적이거나 또는 본질적인 특징 또는 엘리먼트로서 해석되지 않는다. 본 발명은 본 출원이 계류중인 동안 만들어진 임의의 보정들을 포함하는 첨부된 청구항들 및 발행된 이들 청구항들의 모든 균등물들에 의해서만 정의된다.
전술한 설명을 판독할 때 특정 수정들 및 개선들이 당업자에 의해 이루어질 것이다. 앞서 언급된 예들은 본 발명의 양상들을 명확하게 하려는 목적에 기여하기 위하여 제공되며, 이들이 본 발명의 범위의 제한에 기여하지 않는다는 것이 당업자에게 명백할 것이다. 모든 수정들 및 개선들은 간결함 및 가독성을 위하여 본원에서 삭제되었으나, 본 발명의 범위내에 적절하게 속해 있다.

Claims (56)

  1. 전력 그리드 엘리먼트 및 네트워크 관리를 위한 시스템으로서,
    메모리와 동작가능하게 커플링된 프로세서 및/또는 서버와 인터넷 프로토콜(IP)-기반 통신 네트워크 통신 및 전기 연결을 위하여 구성 및 배열된 적어도 하나의 그리드 엘리먼트를 포함하며; 그리고
    상기 그리드 엘리먼트는 네트워크를 통해 상기 메모리와 동작가능하게 커플링된 상기 프로세서 및/또는 상기 서버와 초기 연결 이후에 적어도 하나의 액티브 그리드 엘리먼트로 자율적으로 그리고/또는 자동적으로 변환되는, 시스템.
  2. 제 1항에 있어서, 상기 통신은 통신 라우터를 통해 메시지들을 수신 및 송신하는 코디네이터를 통해 그리고/또는 라우터를 통해 라우팅 가능한, 시스템.
  3. 제 1항에 있어서, 상기 네트워크를 통해 상기 서버와 초기 연결 이후에, 대응하는 복수의 액티브 그리드 엘리먼트들로 변환되는 복수의 그리드 엘리먼트들을 더 포함하는, 시스템.
  4. 제 1항에 있어서, 상기 적어도 하나의 그리드 엘리먼트는 전력 그리드, 마이크로그리드 또는 이들 둘다로부터 전력을 소비하거나 또는 전력 그리드, 마이크로그리드 또는 이들 둘다에 전력을 제공하는 전기 디바이스인, 시스템.
  5. 제 1항에 있어서, 상기 적어도 하나의 그리드 엘리먼트들 중 적어도 하나는 상기 액티브 그리드 엘리먼트들 중 다른 엘리먼트를 동작시키고, 프로그래밍하고, 프로파일링하며 그리고/또는 업데이트하는 제어 디바이스인, 시스템.
  6. 제 1항에 있어서, 상기 적어도 하나의 그리드 엘리먼트는 센서, 전력-소비 디바이스, 어플라이언스, 미터, 스위치, 제어기, 제어 디바이스, 서모스택, 빌딩 제어 시스템, 보안 디바이스 및 이들의 조합들로 구성된 그룹으로부터 선택되는, 시스템.
  7. 제 1항에 있어서, 상기 그리드 엘리먼트들 중 적어도 하나는 에너지 관리 시스템(EMS) 또는 SCADA 시스템의 제어하에 있는, 시스템.
  8. 제 1항에 있어서, 상기 액티브 그리드 엘리먼트에 관한 상기 변환은 상기 액티브 그리드 엘리먼트가 상기 전력 그리드에 대한 전력, 운영 예비력들 및/또는 그리드 안정화를 제공하도록 하는, 시스템.
  9. 제 1항에 있어서, 상기 적어도 하나의 그리드 엘리먼트들 각각은 고유 그리드 엘리먼트 식별자를 가지는, 시스템.
  10. 제 1항에 있어서, 상기 변환은 다수의 그리드 엘리먼트들로부터 등록 데이터를 수신하기 위해 네트워크-기반 통신으로 구성 및 배열된 다수의 데이터베이스들 또는 데이터베이스에 등록되는, 시스템.
  11. 제 10항에 있어서, 상기 데이터베이스들을 연결하는 네트워크를 통해 상기 다수의 액티브 그리드 엘리먼트들로부터 메시지들을 라우팅하기 위한 적어도 하나의 코디네이터를 더 포함하며, 상기 데이터베이스들을 동작시키는 서버들은 전기 그리드 동작들, 보고 및/또는 안정화에 영향을 미치는, 상기 액티브 그리드 엘리먼트들과 연관된 정보를 교환하는, 시스템.
  12. 제 10항에 있어서, 상기 그리드 엘리먼트들의 등록은 상기 액티브 그리드 엘리먼트들과 연관된 재정 및 에너지 세틀먼트에 사용하기 위한 미리 결정된 시간 기간들 동안 상기 데이터베이스에 저장되는, 시스템.
  13. 제 10항에 있어서, 상기 액티브 그리드 엘리먼트들과 연관된 등록 정보는 전력의 배전 및 전송을 위한, 상기 전력 그리드에 대한 부착 포인트들을 결정하기 위하여 사용되는, 시스템.
  14. 제 13항에 있어서, 상기 액티브 그리드 엘리먼트들에 대응하는 측지 정보 및 상기 액티브 그리드 엘리먼트들과 연관된 등록 정보는 상기 전력 그리드의 생성, 전송 및 배전 시스템에 대한 정보와 결합되고, 상기 데이터베이스에 저장되며 그리고 상기 전력 그리드에의 액티브 그리드 엘리먼트들의 부착을 위한 모델링을 시뮬레이트하기 위한 분석으로 프로세싱되는, 시스템.
  15. 제 10항에 있어서, 각각의 액티브 그리드 엘리먼트에 대하여 등록이 이루어지며, 상기 등록은 FERC, NERC, ISO 및/또는 상기 전력 그리드에 대한 관리 기관에 의해 설정된 규제들 및/또는 표준에 따르는, 시스템.
  16. 제 1항에 있어서, 상기 서버는 상기 네트워크를 통한 초기 연결 이후에 상기 적어도 하나의 그리드 엘리먼트들 각각에 IP-기반 메시지를 통신하는, 시스템.
  17. 제 16항에 있어서, 상기 메시지는 무선으로 전송되는, 시스템.
  18. 제 16항에 있어서, 상기 그리드 엘리먼트들과 상기 메시지의 보안 통신을 가능하게 하는 IP-기반 인터페이스를 더 포함하는, 시스템.
  19. 제 18항에 있어서, 상기 IP-기반 인터페이스는 기본적으로 WiMax, 고속 패킷 액세스(HSPA), EVDO(Evolution for Data Only), 롱 텀 에벌루션(LTE), EDGE 또는 코드 분할 다중 액세스와 같은 임의의 1세대 또는 2세대 무선 전송 방법, 이더넷, 유선 연결, TDM 통신 네트워크 또는 인터넷 프로토콜 메시지를 포함하거나 또는 이 메시지를 전송할 수 있는 임의의 프로프리어터리 계층 1-4 프로토콜을 통한 이더넷, 및 이들의 조합들로 구성된 그룹으로부터 선택되는, 시스템.
  20. 제 16항에 있어서, 상기 메시지는 유틸리티들, 마켓 참여자들 및/또는 그리드 오퍼레이터들을 포함하는 전력 그리드의 동작을 규제하는 관리 기관에 의해 결정되는, 측정, 검증 및 보고 정확도를 위한 최소 요건들을 충족하는 전력 공급값을 포함하는, 시스템.
  21. 제 1항에 있어서, 적어도 하나의 원격적으로 배치된 보안 시스템으로부터 보안 시스템 메시지들을 수신하도록 동작가능한, 상기 그리드 엘리먼트들 각각과 연관된 보안 인터페이스를 더 포함하는, 시스템.
  22. 제 16항에 있어서, 상기 메시지는 우선순위 액세스 플래그들, 가상 사설 네트워크들, 독립 식별 어드레스들(MAC, IP, 전자 일련 번호들, 키들 또는 토큰들), 제조자 특정 식별 코드들, 또는 이들의 조합들을 포함하는 복수의 방법들을 중 적어도 하나를 포함하는 전달 우선순위를 가지며, 상기 방법들은 유틸리티들, 마켓 참여자들 또는 그리드 오퍼레이터들에 대한 그리드 동작들을 규제하는 관리 기관에 의해 결정되는 표준들에 따르는, 시스템.
  23. 제 1항에 있어서, 상기 그리드 엘리먼트(들)는 상기 네트워크를 통한 초기 연결 이후에, 상기 적어도 하나의 그리드 엘리먼트들에 통신되는 IP-기반 메시지에 대한 전달 우선순위를 제공하기 위한 적어도 하나의 액세스 포인트 이름(APN)을 가진 적어도 하나의 모바일 디바이스를 더 포함하는, 시스템.
  24. 제 1항에 있어서, 상기 적어도 하나의 그리드 엘리먼트는 신호를 전송하거나 또는 전력 그리드의 등록을 통해 자신의 변환을 개시하는 상기 네트워크를 통해 상기 서버와의 초기 연결 포인트에서 IP-기반 메시지를 상기 서버에 통신하는, 시스템.
  25. 제 16항에 있어서, 상기 메시지는 측지 기준, 그리드 엘리먼트 식별자, 그리드 엘리먼트 타입, 그리드 엘리먼트 기능, 그리드 엘리먼트 용량, 그리드 엘리먼트 프로파일, 그리드 엘리먼트 부착 포인트 기준, 그리드 엘리먼트 전력 공급값(PSV), 그리드 엘리먼트 전력 트레이드 블록(PTB) 값, 그리드 엘리먼트 밸런싱 인가 연관관계, 그리드 엘리먼트 소유자 식별자, 그리드 엘리먼트 상호호환 식별자, 자원 노드 및 이들의 조합들 중 적어도 하나를 더 포함하는, 시스템.
  26. 스마트 전력 그리드 통신을 위한 장치로서,
    전력 그리드와 연관된 서버와 전기 연결 및 네트워크-기반 통신을 위하여 구성 및 배열된 그리드 엘리먼트를 포함하며,
    상기 그리드 엘리먼트는 상기 전력 그리드와의 초기 연결 이후에 액티브 그리드 엘리먼트로 자율적으로 그리고/또는 자동적으로 변환되며;
    상기 그리드 엘리먼트는 고유 식별자를 포함하며; 그리고
    상기 초기 연결 이후에, 상기 그리드 엘리먼트는 인증 및 등록된 이후에 상기 그리드내에서 수행하도록 의도된 기능을 수행하는, 스마트 전력 그리드 통신을 위한 장치.
  27. 제 26항에 있어서, 상기 그리드 엘리먼트는 상기 서버와 무선으로 통신하는, 스마트 전력 그리드 통신을 위한 장치.
  28. 제 26항에 있어서, 상기 그리드 엘리먼트는 상기 전력 그리드에의 부착 이후에 상기 서버와 IP 메시지를 통신하며, 상기 메시지는 코디네이터를 통해 라우팅되는, 스마트 전력 그리드 통신을 위한 장치.
  29. 제 26항에 있어서, 상기 그리드 엘리먼트는 센서, 전력-소비 디바이스, 어플라이언스, 미터 및 이들의 조합으로 구성된 그룹으로부터 선택되는, 스마트 전력 그리드 통신을 위한 장치.
  30. 제 26항에 있어서, 상기 그리드 엘리먼트는 인증되고 등록된 이후에 상기 그리드내에서 수행하도록 의도된 기능을 수행하는, 스마트 전력 그리드 통신을 위한 장치.
  31. 제 26항에 있어서, 상기 그리드 엘리먼트는 상기 전력 그리드에 초기에 등록하기 위한 신호를 상기 서버에 전송하며, 상기 신호는 상기 네트워크를 통해 코디네이터를 사용하여 라우팅되는, 스마트 전력 그리드 통신을 위한 장치.
  32. 제 26항에 있어서, 그리드 엘리먼트는 전력 그리드로부터 전력을 소비하며, 전력 그리드에 전력을 공급하며 그리고/또는 전력 그리드에 관한 전력을 측정하는 디바이스인, 스마트 전력 그리드 통신을 위한 장치.
  33. 전력 그리드 네트워크 관리를 위한 방법으로서,
    서버와 전기 연결 및 네트워크-기반 통신을 위하여 구성 및 배열되는 적어도 하나의 그리드 엘리먼트를 제공하는 단계를 포함하며;
    상기 적어도 하나의 그리드 엘리먼트는 상기 서버에 IP-기반 메시지를 통신하며; 그리고
    상기 적어도 하나의 그리드 엘리먼트는 상기 전력 그리드내에서 액티브하게 기능을 위한 적어도 하나의 액티브 그리드 엘리먼트로 자동적으로 변환되는, 전력 그리드 네트워크 관리를 위한 방법.
  34. 제 33항에 있어서, 상기 적어도 하나의 그리드 엘리먼트가 상기 네트워크를 통해 상기 서버와의 통신을 통해 상기 메시지를 송신하고 그리고/또는 수신하는 단계를 더 포함하며, 상기 메시지는 코디네이터에 의해 상기 서버에 라우팅되는, 전력 그리드 네트워크 관리를 위한 방법.
  35. 제 33항에 있어서, 상기 통신은 무선 IP-기반 메시징인, 전력 그리드 네트워크 관리를 위한 방법.
  36. 제 33항에 있어서, 상기 통신은 전력 이벤트 메시지들을 더 포함하며, 상기 전력 이벤트 메시지들은 디바이스(들), 공급 소스(들) 및/또는 수요의 상태; 부착 위치; 라인 손실들; 배전 및 전송 용량 정보; 및 이들의 조합들 중 적어도 하나를 포함하며; 상기 전력 이벤트 메시지들은 마켓 참여자, 유틸리티 또는 전기 그리드 오퍼레이터로부터 개시되는 입력들에 기초하는, 전력 그리드 네트워크 관리를 위한 방법.
  37. 제 33항에 있어서, 상기 IP-기반 메시지들은 적어도 하나의 그리드 엘리먼트와 연관된 전력 트레이드 블록(PTB) 또는 전력 공급 값(PSV)에 대한 정보를 포함하는, 전력 그리드 네트워크 관리를 위한 방법.
  38. 제 33항에 있어서, 상기 메시지는 측지 기준, 그리드 엘리먼트 식별자, 그리드 엘리먼트 인증, 그리드 엘리먼트 타입, 그리드 엘리먼트 기능, 그리드 엘리먼트 용량, 그리드 엘리먼트 프로파일, 그리드 엘리먼트 부착 포인트 기준, 그리드 엘리먼트 전력 공급값(PSV), 그리드 엘리먼트 전력 트레이드 블록(PTB) 값, 그리드 엘리먼트 밸런싱 인가 연관관계, 그리드 엘리먼트 소유자 식별자, 그리드 엘리먼트 상호호환 식별자 및 이들의 조합들 중 적어도 하나를 더 포함하는, 전력 그리드 네트워크 관리를 위한 방법.
  39. 제 33항에 있어서, 상기 그리드 엘리먼트는 상기 서버에 자동적으로 인증 및 등록하며; 그리고
    상기 그리드 엘리먼트는 상기 그리드내의 자신의 의도된 기능을 후속적으로 수행하는, 전력 그리드 네트워크 관리를 위한 방법.
  40. 제 33항에 있어서, 상기 그리드 엘리먼트는 상기 전력 그리드와의 초기 연결 이후에 상기 전력 그리드에 등록하기 위한 신호를 상기 서버에 전송하며; 그리고
    상기 적어도 하나의 액티브 그리드 엘리먼트는 효율성을 개선하고, 그리드 안전성을 개선하며, 그리드 액티비티들을 위한 세틀먼트를 개선하며 그리고 이들의 조합들을 수행하기 위하여 상기 전력 그리드내에서의 자신을 기능을 변환하기 위하여 적어도 하나의 액티브 그리드 엘리먼트를 수정하는 IP-기반 업데이트 메시지를 수신하는, 전력 그리드 네트워크 관리를 위한 방법.
  41. 전력 그리드 엘리먼트 및 네트워크 관리를 위한 시스템으로서,
    네트워크를 통해 서버에 전기 연결 및 IP-기반 네트워크 통신을 위하여 구성 및 배열되는 적어도 하나의 액티브 그리드 엘리먼트를 포함하며;
    상기 적어도 하나의 액티브 그리드 엘리먼트는 상기 서버로부터 수신되는 업데이트 메시지로 자동적으로 그리고/또는 자율적으로 업데이트되며; 그리고
    업데이트된 적어도 하나의 액티브 그리드 엘리먼트는 업데이트된 그리드 엘리먼트 속성들을 포함하도록 변환되는, 전력 그리드 엘리먼트 및 네트워크 관리를 위한 시스템.
  42. 제 41항에 있어서, 상기 속성들은 그리드 엘리먼트 상태, 테이블 정보, 가격 책정, 계측치, 원격측정으로 얻은 자료, 시간의 변화, 상태 메시지들, 마켓의 위치, 부착 포인트 정보, 측지 정보, 상태, 용량, 그리드 엘리먼트 식별자, 그리드 엘리먼트 프로파일, 소비 전력, 전력 흐름들, 그리드 엘리먼트 정보 정확도, 소프트웨어, 펌웨어, 업그레이드들, 우선순위화, 보안, 세틀먼트 및 이들의 조합들로 구성된 그룹으로부터 선택되는, 전력 그리드 엘리먼트 및 네트워크 관리를 위한 시스템.
  43. 제 41항에 있어서, 상기 적어도 하나의 액티브 그리드 엘리먼트는 전력 그리드로부터 전력을 소비하고, 전력 그리드에 전력을 공급하며 그리고/또는 전력 그리드에 관한 전력을 측정하는 디바이스인, 전력 그리드 엘리먼트 및 네트워크 관리를 위한 시스템.
  44. 제 41항에 있어서, 상기 적어도 하나의 액티브 그리드 엘리먼트들 중 적어도 하나는 다른 액티브 그리드 엘리먼트들을 동작시키고, 프로그래밍하고 그리고/또는 업데이트하는 제어 디바이스인, 전력 그리드 엘리먼트 및 네트워크 관리를 위한 시스템.
  45. 제 41항에 있어서, 상기 적어도 하나의 액티브 그리드 엘리먼트들은 센서, 전력-소비 디바이스, 어플라이언스, 미터, 스위치, 제어기, 제어 디바이스, 서모스탯, 빌딩 제어 시스템, 보안 디바이스 및 이들의 조합들로 구성된 그룹으로부터 선택되는, 전력 그리드 엘리먼트 및 네트워크 관리를 위한 시스템.
  46. 제 41항에 있어서, 상기 데이터베이스들을 연결하는 상기 네트워크를 통해 다수의 액티브 그리드 엘리먼트들로부터 메시지들을 라우팅하기 위한 적어도 하나의 코디네이터를 더 포함하며;
    상기 데이터베이스들을 동작시키는 서버들은 전기 그리드 동작들, 보고 및/또는 안정화에 영향을 미치는, 상기 액티브 그리드 엘리먼트들과 연관된 정보를 교환하며; 그리고
    그리드 엘리먼트들의 등록은 상기 액티브 그리드 엘리먼트들과 연관된 세틀먼트에 사용하기 위한 미리 결정된 시간 기간 동안 상기 데이터베이스에 저장되는, 전력 그리드 엘리먼트 및 네트워크 관리를 위한 시스템.
  47. 제 41항에 있어서, 상기 적어도 하나의 액티브 그리드 엘리먼트는 상기 네트워크를 통해 상기 서버에 대해 업데이트 메시지를 수신 및/또는 전송하도록 동작가능하며;
    상기 업데이트 메시지는 IP-기반 포맷, 프로프리어터리 메시지 포맷으로 전송되거나 또는 IP 캡슐화된 메시지이며;
    상기 업데이트 메시지는 메모리의 적어도 하나의 액티브 그리드 엘리먼트의 특징들, 기능 성능 또는 참여, ASIC, 계측, 위치, 보안성, 상태, 상태 변화, 및 이들의 조합들을 개선하고, 수정하며, 강화화며, 변화시키며 그리고 이들의 조합들을 수행하여 전력 공급값(PSV), 전력 트레이드 블록(PTB) 및 그리드에서의 그 자신의 액티비티들에서 적어도 하나의 그리드 엘리먼트의 참여에 대한 다른 정보를 포함하며, 상기 다른 정보는 그리드 안정화 강화, 로드 단축, 실시간 에너지 관리, 공급 안정성, 전송 용량 정보, 계측 테이블들, 디바이스 할당, 세틀먼트의 개선 또는 세틀먼트에 대한 수익 그레이드 계측 및 이들의 조합을 포함하는, 전력 그리드 엘리먼트 및 네트워크 관리를 위한 시스템.
  48. 제 41항에 있어서, 상기 업데이트 메시지는 디바이스(들), 공급 소스(들) 및/또는 수요의 상태; 부착 위치; 라인 손실들; 배전 및 전송 용량 정보; 그리드 안정화 정보; 및 이들의 조합들 중 적어도 하나를 더 포함하는, 전력 그리드 엘리먼트 및 네트워크 관리를 위한 시스템.
  49. 제 41항에 있어서, 상기 메시지는 전력 공급 값(PSV), 전력 트레이드 블록(PTB); 및/또는 적어도 하나의 그리드 엘리먼트 각각과 연관된 킬로-와트 패킷(KWP) 단위에 대한 정보를 포함하는, 전력 그리드 엘리먼트 및 네트워크 관리를 위한 시스템.
  50. 제 41항에 있어서, 상기 액티브 그리드 엘리먼트에 관한 상기 변환은 상기 액티브 그리드 엘리먼트가 그리드에 대한 전력 공급, 운영 예비력들 및/또는 그리드 안정성을 제공하도록 하고 그리고/또는 전력 그리드에 대한 네이티브 로드를 서빙하도록 하는, 전력 그리드 엘리먼트 및 네트워크 관리를 위한 시스템.
  51. 제 41항에 있어서, 코디네이터 또는 서버로부터 상기 액티브 그리드 엘리먼트들로의 IP-기반 메시지의 통신을 가능하게 하는 IP-기반 인터페이스를 더 포함하는, 전력 그리드 엘리먼트 및 네트워크 관리를 위한 시스템.
  52. 제 51항에 있어서, 상기 IP-기반 인터페이스는, 기본적으로 WiMax, 고속 패킷 액세스(HSPA), EVDO(Evolution for Data Only), 롱 텀 에벌루션(LTE), EDGE, 코드 분할 다중 액세스와 같은 임의의 1세대 또는 2세대 무선 전송 방법, 이더넷, 유선 연결, TDM 통신 네트워크를 통한 이더넷, 또는 인터넷 프로토콜 메시지, IPV4, IPV6, DHCP, 상태 IP 어드레스들, 가상 사설 네트워크(VPN)들, 공중/사설 네트워크들 및 이들의 조합들을 포함하거나 또는 이들을 전송할 수 있는 임의의 프로프리어터리 계층 1-4 프로토콜로 구성된 그룹으로부터 선택되는, 전력 그리드 엘리먼트 및 네트워크 관리를 위한 시스템.
  53. 제 41항에 있어서, 적어도 하나의 원격적으로 배치된 보안 시스템으로부터 보안 시스템 메시지들을 수신하도록 동작가능한 액티브 그리드 엘리먼트들 각각과 연관된 보안 인터페이스를 더 포함하는, 전력 그리드 엘리먼트 및 네트워크 관리를 위한 시스템.
  54. 제 41항에 있어서, 상기 업데이트 메시지는 우선순위 액세스 플래그들, 가상 사설 네트워크들, 독립 식별 어드레스(MAC, IP, 전자 일련 번호), 제조자 특정 식별 코드들, 또는 이들의 조합들을 포함하는 복수의 방법들 중 적어도 하나를 포함하는 전달 우선순위를 가지며, 상기 방법들은 유틸리티들, 마켓 참여자들 또는 그리드 오퍼레이터들에 대한 그리드 동작들을 규제하는 관리 기관에 의해 결정되는 표준들을 따르는, 전력 그리드 엘리먼트 및 네트워크 관리를 위한 시스템.
  55. 제 41항에 있어서, 상기 업데이트 메시지는 측지 기준, 그리드 엘리먼트 식별자, 그리드 엘리먼트 인증, 그리드 엘리먼트 타입, 그리드 엘리먼트 기능, 그리드 엘리먼트 용량, 그리드 엘리먼트 프로파일, 그리드 엘리먼트 부착 포인트 기준, 그리드 엘리먼트 전력 공급값(PSV), 그리드 엘리먼트 전력 트레이드 블록(PTB) 값, 그리드 엘리먼트 밸런싱 인가 연관관계, 그리드 엘리먼트 소유자 식별자, 그리드 엘리먼트 상호호환 식별자 및 이들의 조합들 중 적어도 하나를 더 포함하는, 전력 그리드 엘리먼트 및 네트워크 관리를 위한 시스템.
  56. 스마트 전력 그리드 통신을 위한 장치로서,
    전력 그리드와 연관된 서버와 전기 연결 및 IP-기반 네트워크 통신을 위하여 구성 및 배열되는 액티브 그리드 엘리먼트를 포함하며;
    상기 액티브 그리드 엘리먼트는 상기 서버로부터 수신된 IP-기반 업데이트 메시지로 자동적으로 업데이트되며;
    업데이트된 액티브 그리드 엘리먼트 액티비티는 자동 및/또는 자율적이며, 상기 업데이트된 액티브 그리드 엘리먼트는 상기 서버로부터 IP-기반 업데이트 메시지를 수신한 이후에 상기 그리드 내의 업데이트된 기능의 성능을 허용하기 위하여 인증 및 업데이트되며; 그리고
    상기 액티브 그리드 엘리먼트는 고유 식별자를 포함하며, 상기 업데이트된 액티브 그리드 엘리먼트 액티비티는 상기 서버로부터의 IP-기반 업데이트 메시지를 수신한 이후에 자동 및/또는 자율적인, 전력 그리드 엘리먼트 및 네트워크 관리를 위한 시스템.

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