TW201716786A - 分配的能量系統邊緣單元 - Google Patents

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迪安 桑德斯
斯圖 斯塔特曼
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太陽邊際能源公司
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Abstract

根據本發明的態樣，呈現了分配能量系統邊緣單元。一種邊緣單元，包含：電力網介面；一或多個裝置介面；耦合到該電力網介面和該一或多個裝置介面的處理單元，該處理單元包括允許與外部實體通訊的通訊狀態；與該通訊狀態通訊的控制和監視狀態；與該控制和監視狀態通訊並提供單元狀態數據的檢查單元狀態；其中該控制和監視狀態和該通訊狀態提供指令數據集、根據該單元狀態數據的當前操作參數、該指令集數據、和特徵化參數數據，以及其中該控制和監視狀態向該電力網介面和該一或多個裝置介面提供控制信號。

Description

分配的能量系統邊緣單元 相關申請案
本申請案是由迪恩桑德斯和斯圖斯塔特曼於2015年7月4日提出的美國專利申請案14/791420的延續案，題為“具有雲端分配能源管理服務之可再生能源集成儲存和發電系統，裝置和方法”，在此通過引用以其整體併入本文。
實施例一般關於用於分配能量系統的系統和方法，並且特別地關於可以在分配能源系統中使用的單個邊緣單元。
存在多個場所特定的能量產生和備用系統，其通常與當前使用的或正在開發使用的各個的商業，住宅場所或場地位置相關聯。存在可以在特定位置產生電的幾種技術。這樣的技術包括例如太陽光電板(例如，太陽能 板)；小型天然氣渦輪機(也稱為微型渦輪機)；小型風力渦輪機(與在電力網連接的風力發電場中使用的大型渦輪機相反)；低壓水輪機；高壓低流量水輪機；使用氫氣，天然氣和潛在的其它烴的燃料電池；地熱源；能量清除裝置；或常規柴油，天然氣，汽油或其它烴發電機。在住宅，商業或其他場所使用的這些技術可以被稱為“分配能源”。由於成本，方便性和缺乏協調的電力網互連標準的原因，分配能源僅部署在非常有限的程度。歷史上，電力儲存和供電裝置典型地涉及在特定地點的主電源的電力故障的情況下儲存能量的電池的充電。典型地，用於特定地點的電力源是連接到地點(例如，家庭或商業)的公用電力網，其通常被設計為支持特定地點需求的全部或選定的電力負載。因此，住宅和商業電力儲存和供應裝置可能是大而笨重的。在一些情況下，電力儲存和供應裝置儲存由替代能源產生的電力，並且甚至可以向公用電力網供應電力，其實質上作為小的分配發電廠運行。
這種分配電力系統通常提供用於已建立的電力網備用電力，其連接至該已建立的電力網備用電力並且可包括能量儲存和能量產生的組合。如上所述，能量產生可以包括燃料發電機(例如，柴油，汽油，天然氣，氫氣或使用其他燃料的發電機)以及可再生的(例如太陽能，風能，水等)。儲存可以包括來自任何可用的電池技術或其他形式的機械儲存(例如，泵送水以稍後用於水驅動渦輪機中)電池儲存。這些分配電力系統還可以從電 力網本身接收和儲存電力。耦合到電力網的分配電力系統可以在負載轉移或負載平坦化模式中以電力網操作，以便更好地利用從電力網接收的功率。
由於多種因素，包括電動汽車的日益普及和先進計量基礎設施的可用性，實現分配電源系統的成本會減少，而分配電源系統的利益增加。隨著這些系統發展，存在為了更好地利用而協調這種分配能源系統的利益日益增加。
因此，有必要開發比用於分配能源系統更好的組織。
根據本發明的態樣，呈現了分佈式能量系統邊緣單元。一種邊緣單元，包含：電力網介面；一或多個裝置介面；耦合到該電力網介面和該一或多個裝置介面的處理單元，該處理單元包括允許與外部實體通訊的通訊狀態；與該通訊狀態通訊的控制和監視狀態；與該控制和監視狀態通訊並提供單元狀態數據的檢查單元狀態；其中該控制和監視狀態和該通訊狀態提供指令數據集，根據該單元狀態數據的當前操作參數，該指令集數據，和特徵化參數數據，以及其中該控制和監視狀態向該電力網介面和該一或多個裝置介面提供控制信號。
一種操作分配能量系統邊緣單元的方法，包含：接收指令集；監視該邊緣單元的狀態以提供單元狀態 數據；根據該指令集，該單元狀態數據和特徵化參數數據而提供當前操作參數；和向將該邊緣單元耦合到電力網的電力網介面以及將該邊緣單元耦合到一或多個裝置的一或多個裝置介面提供控制信號。
這些和其他實施例在下面進一步相對於下面的附圖來討論。
100‧‧‧電力系統
102‧‧‧電力網
104‧‧‧邊緣單元
104-1至104-N‧‧‧邊緣單元
104-1至104-m‧‧‧邊緣單元
106‧‧‧伺服器
108‧‧‧使用者
110‧‧‧虛擬電廠
112‧‧‧使用者/請求者
114‧‧‧VPP
116‧‧‧功率儀表
116-1至116-N‧‧‧功率儀表
120‧‧‧發電設施
122‧‧‧電力使用者
124‧‧‧單元
124-1至124-(N-m)‧‧‧單元
202‧‧‧處理單元
204‧‧‧配電部分
206‧‧‧負載
208‧‧‧電力網介面
210‧‧‧發電介面
212‧‧‧功率儲存介面
214‧‧‧負載功率介面
216‧‧‧發電機
218‧‧‧儲存裝置
220‧‧‧使用者介面
222‧‧‧時鐘
224‧‧‧數據儲存器
226‧‧‧通訊介面
228‧‧‧處理器
230‧‧‧負載控制介面
232‧‧‧功率匯流排
234‧‧‧匯流排
236、238、240、242‧‧‧儀表
270‧‧‧使用者介面
300‧‧‧狀態功能
302‧‧‧控制和監視狀態、控制和監視、控制單元
304‧‧‧重新啟動
306‧‧‧單元狀態、單元狀態數據
308‧‧‧檢查單元狀態、檢查單元
310‧‧‧當前操作參數數據
312‧‧‧特徵化參數、特徵化參數數據
314‧‧‧故障恢復狀態
316‧‧‧關閉狀態
318‧‧‧通訊、通訊狀態
320‧‧‧數據
402‧‧‧配置命令執行器
404-1至404-N‧‧‧程式
406‧‧‧配置
406-1至406-N‧‧‧配置
408‧‧‧獲勝模式
408-1至408-N‧‧‧模式
410‧‧‧協商器
412‧‧‧模式執行器
414-1至414-m‧‧‧驅動器
圖1示出了具有虛擬電廠(Virtual Power Plant；VPP)控制多個根據一些實施例的分配電源單元的系統的一個例子。
圖2示出如圖1的邊緣單元的一個例子。
圖3示出如圖2的邊緣單元的操作。
圖4示出了圖2和圖3所示的邊緣單元的操作的進一步示例細節。
在以下的說明中，闡述具體的細節以描述本發明的一些實施例。然而，對本領域技術人員，可以在沒有這些具體細節的一些或全部的情況下實施一些實施例，這將是顯而易見的。本文所公開的具體實施方案是示例而不是限制。儘管未特別說明，本領域的技術人員可以實現本公開內容的範圍和精神內的其他元件。
此示出本發明的態樣和實施例的描述和附圖 不應該被視為限制-限定了保護本發明的申請專利範圍。在不脫離本說明書和申請專利範圍的精神和範圍的情況下，可以作出各種改變。在一些情況下，為了不混淆本發明，眾所周知的結構和技術沒有被詳細示出或描述。
每當可實際實施時，參照一個實施例詳細地說明的元件和其相關的態樣可以被包括在它們沒有具體示出或描述的其它實施例中。例如，如果參照一個實施例並且不參照第二實施例而詳細地說明一個元件，該元件仍可被作為包括在第二實施例中而請求保護專利範圍。
圖1示出了根據一些實施例的示例性電力系統100。電力系統100是被示為邊緣單元104-1至104-N的一組分配能源系統(Distributed energy systems；DES)的示例，其為每個分別被各個地耦合到電力網102。這樣，電力系統100包括多個邊緣單元104(邊緣單元104-1至104-N在圖1中示出)。邊緣單元104-1到104-N可以在地理上分開，並且每個可以與不同的居所，商業或其他機構相關聯。
邊緣單元104中的每一個表示被耦合以接收電力並且向電力網102供應電力的DES。在一些實施例中，邊緣單元104中的每一個可以透過功率儀表116(功率儀表116-1至116-N在圖1中示出)耦合至電力網102。功率儀表116由控制電力網102的電力公司提供，並且可以例如是智慧型儀表。在一些實施例中，功率儀表116可以向電力網102的操作者接收和發送信號。在一 些實施例中，功率儀表116可以向邊緣單元104提供信號，其允許由電力公司透過功率儀表116的邊緣單元104的某些態樣之控制。
通常，電力網102可以是從電源接收電力並向電力使用者提供電力的任何配電系統。如圖1所示，電力網102從電力源120接收電力並向電力使用者122供應電力。可存在耦合到電力網102的任何數量的電力源120。電力源120可以是例如包括線圈燃燒裝置的商業發電廠，水力發電廠，地熱發電廠，核電廠，燃氣發電廠，太陽能生產設施，風力發電設施，各個的發電機或用於產生電力的任何其他發電裝置。此外，電力系統100可以進一步表示耦合到電力網102的發電設施120。如圖1所示，電力網102耦合到邊緣單元104，邊緣單元104中的每一個可以向電力網102提供電力或從電力網102接收電力。
如圖1所示，邊緣單元104可以透過耦合到伺服器106或其它網路裝置(例如虛擬電廠110)來聯網。伺服器106可以提供監視及控制功能至邊緣單元104之各者。伺服器106可以代表VPP，伺服器，或微電力網控制器，例如在美國專利申請案(代理人案卷號52416.28US04)中描述的微電力網控制器，其與本申請同時提交，並且其全部內容透過引用併入本文。
如圖1所示，邊緣單元104-1到104-m與伺服器106通訊。任何形式的通訊，包括有線或無線通訊協 議，可以在伺服器106和邊緣單元104-1到104-m之間使用。如圖1所示，伺服器106還可以與可以監視並向伺服器106提供指令的使用者108通訊。在一些實施例中，伺服器106可以耦合到另一個伺服器。通常，諸如伺服器106的伺服器可以耦合到任何數量的其他伺服器和各個邊緣單元104。
根據一些實施例，任何數量的邊緣單元104或伺服器106也可以耦合到虛擬電廠(Virtual power plant；VPP)110。VPP 110向單個的單元124(單元124-1到124-(N-m)如圖1所示)提供各個的指令。單元124可以是邊緣單元104中的單個邊緣單元，或者可以是包括多個邊緣單元104的多者。特別地，如圖1所示，單元124-1由伺服器106和邊緣單元104-1至104-m形成，而單元124-2至124-(N-m)是各個邊緣單元104-(m+1)至104-N。
如圖1所示，VPP 110與伺服器106和邊緣單元104-(m+1)-104-N通訊。單元124-1由伺服器106和邊緣單元104-1至104-m形成，而單元124-2至124-(N-m)分別由邊緣單元104-(m+1)至104-N形成。一般來說，VPP單元124可包括邊緣單元104中的任何單個邊緣單元或邊緣單元104的任何集合。
一般來說，VPP 110從使用者/請求者112接收功率請求，並且如果該請求可以由單元124所表示的資源來滿足，則VPP 110指示單元124以便滿足功率請求。 使用者/請求者112可以是例如電力公司，並且可以包括VPP 110和用於控制電力網102的電力公司的計算系統之間的介面。
如圖1進一步所示，VPP 110可以與另一個VPP 114通訊。VPP 114可以向VPP 110提供請求，以便滿足VPP 114已經接收到的請求。在一些實施例中，當VPP 110從VPP 114接收到請求時，VPP 110可以類似於伺服器106進行操作。請求者表示向VPP(例如VPP 110)提供請求以便儲存來自VPP 110的電力或向電力網102提供電力的任何裝置或使用者。在美國專利申請案(代理人案卷號52416.28US02)中更詳細的描述VPP，該申請案與本公開同時提交並且透過引用整體併入本文。
圖2示出了邊緣單元104的示例。如圖2所示，邊緣單元104包括配電部分204和處理單元202。處理單元202也控制和監視配電部分204中的組件例如門閂，溫度控制，濕度控製或邊緣單元104的其它部件。配電部分204包括用於多個功率處理裝置的介面。如圖2所示，配電單元204包括電力網介面208以及發電介面210，功率儲存介面212和負載功率介面214中的一或多個。配電單元204還可以包括功率匯流排232，鏈接存在於配電部分204中的電力網介面208，發電介面210，電力儲存介面212和負載電力介面214中的每一個。
電力網介面208在電力網102和電力匯流排232之間傳輸電力。當邊緣單元104向電力網102供電 時，電力網介面208在為邊緣單元104設定的內部電源電壓下從匯流排232接收電力，將電力與電力網102兼容，並將電力提供給電力網102。在一些實施例中，電力匯流排232表示一或多個各個的電力匯流排，每個電力匯流排可以承載不同的DC或AC電壓。當邊緣單元104從電力網102接收功率時，電力網介面208將來自電力網102的電力轉換為與適合於正在接收電力的裝置的匯流排232的內部電壓兼容。
發電介面210在發電機216和電力匯流排232之間接口。發電機216可以是任何電力源，例如內燃發電機(柴油，天然氣，天然氣，氫等)，燃料電池，太陽能電池板，風力發電，水力發電或任何其他電源。在一些實施例中，邊緣單元104可以包括多個發電機216，在這種情況下，發電介面210將包括在發電機216中的任何數量的各個的發電機連接到電力匯流排232。發電機216中的每個各個的發電機可以具有專用和各個的介面電路在發電介面210中。
功率儲存介面212在能量儲存裝置218和匯流排232之間接口。儲存裝置218可以是能夠儲存能量的任何裝置或裝置的組合，例如電池，機械儲存裝置(壓縮空氣，泵送水等)，熱儲存裝置或被設計為儲存用於將來取回的能量的其他裝置。然後，電力儲存介面212轉換儲存裝置218中儲存的能量以向匯流排232供電。電力儲存介面212進一步從匯流排232接收電力並將能量儲存在儲 存裝置218中。
負載功率介面214從匯流排232向負載206提供功率。負載206可以例如是房屋，商業，公寓樓，電信塔，醫院或任何其他電力使用者。在一些實施例中，負載206的各個部件可以由外部信號啟用或去停用。例如，在房子中，可以啟用或禁用某些電器(例如，熱水加熱器，空調等)以調節使用電力。因此，負載206可以是可調節的。在一些實施例中，儀表116向負載206中的控制裝置提供信號。
介面208，210，212，和214包括諸如電力反向器，DCDC轉換器，AC-DC轉換器和用於單個介面之間以及邊緣單元104和電力網102或負載206之間的功率轉換的其他電子裝置的電力電路。介面可以進一步包括計量系統，以精確地監視整個單元104的功率流。如圖2所示，儀表236可以提供電力網102和單元104之間的功率的精確測量，特別是透過電力網介面208。功率儀表238透過負載功率介面214和負載206。類似地，功率產生介面210可以包括用於監視來自發電機216的功率流的儀表240，功率儲存介面212可以包括用於監視匯流排232和儲存218之間的功率流的儀表242。功率儀表236，238，240，和242可以向處理單元202提供信號。
圖2中所示的配電部分204的描述僅提供用於討論。可以提供其他配置，以便於從各個的電源或能量儲存裝置向電力網102和/或負載206傳輸和儲存電力。 配電部分204可以例如不包括圖2之所有元件。例如，邊緣單元104可僅包括儲存216而無發電容量(亦即，欠缺發電機216)。例如，邊緣單元104可不耦合至負載206。因此，配電部分204的特徵可以是例如能量儲存容量的量，可用的儲存的當前水平，儲存218的充電和放電特徵，能夠發電的量和未來發電的容量(例如，發電機中的燃料量，來自太陽能電池板或風力發電機的當前產量，來自太陽能電池板，風力發電機和其他條件相關來源的預計產量或影響發電容量的其它因素功率)。因此，每個邊緣單元104可以由描述邊緣單元204的儲存容量和發電容量的一組特徵化參數來特徵化。因此，每個VPP單元124也可以由一組特徵化參數來特徵化。
如圖2所示，配電部分204可以向處理器單元202提供信號並由處理器單元202控制。處理器單元202包括處理器228。處理器228可以透過匯流排234耦合到記憶體和數據儲存器224和使用者介面270。處理器228可以是能夠執行指令的任何處理器，微處理器或系列處理器或微處理器。記憶體和數據儲存器224可以是揮發性或非揮發性記憶體，磁碟驅動器，唯讀媒體，磁驅動器或用於儲存可由處理器228執行的數據和指令的其它媒體的任何集合。使用者介面270可以是任何顯示和使用者輸入的組合可以是分開的裝置耦合到其中的端口(例如，USB端口或其他這樣的端口)，或者可以是這樣的組合，使得邊緣單元104處的使用者可以提供本地指令或檢視邊 緣單元104之狀態在一些實施例中，使用者介面220還可以被耦合以從諸如儀表116的智慧型儀表接收信號。在一些實施例中，時鐘222還可以透過數據匯流排234耦合到處理器228以便根據標準提供精確的定時，使得所有邊緣單元104在統一的時間上操作。時鐘222可以例如提供準確的時間，其可以用以啟用於配電204內的功率的生產和儲存的過程。
處理器228還耦合到通訊介面226，用於與其他聯網裝置，例如，諸如伺服器的伺服器106，或諸如VPP 110的VPP)。這樣，通訊介面226可以被配置為透過無線或有線網路通訊，並且可以使用任何通訊協議。在一些實施例中，通訊介面226可以透過網際網路與伺服器106或VPP 110通訊，例如，透過雲端，透過有線或無線協議。
處理器228還耦合到負載控制介面230。負載控制介面230可以向負載206提供影響負載206的功率使用的信號。例如，在邊緣單元104的一些示例中，負載206可以具有可以是透過來自處理器228的信號透過負載控制介面230而遠程啟用或停用。然後，負載206的功率使用可以由處理器228控制或完全禁用。在一些實施例中，處理器228可以按順序在負載206中打開和關閉電器以更好地控制邊緣單元104內的功率的使用並允許邊緣單元104執行其接收的一指令集。負載移位和負載整形可以例如在邊緣單元104中透過明智地啟用或禁用裝置(例如 熱水加熱器，汽車充電器或負載206中的其他裝置)來實現。
如圖2所示，處理器單元202被耦合以接收並向配電部分204提供信號。處理器單元202可以控製配電部分204將到電力網102的功率路由至負載206，以提供或停止從發電機216中的任何一個發電機，以儲存能量或接收能量到儲存218。
邊緣單元104可以用提供給網路的其他組件(例如VPP 110)的一組特徵參數和當前狀態參數來特徵化。該組特徵參數可以包括例如總能量儲存，發電容量，發電的類型發電機的燃料水平，負載特徵，能量儲存充電/放電特徵，儲能容量，效率特徵，寄生損耗特徵，配電部件的可控特徵，負載可控性特徵，功率調度特徵，充電特徵等等參數。當前狀態參數可以包括當前能量儲存，當前發電，當前負載需求，輸出到電力網的當前功率，當前損失和其他參數。
圖3描繪了示出邊緣單元104的處理單元202的操作的示例狀態功能300。圖3所示的狀態圖303示出了各種狀態，其在一些示例中可以同時操作。一些或所有狀態可在邊緣單元104操作時連續操作。
如圖3所示，狀態功能300包括控制和監視狀態302。在控制和監視狀態302中，處理單元202使用從數據310讀取的操作參數，並根據那些操作參數將信號發送到配電部分204以控制各個裝置(發電機，儲存單 元，輸出介面)。操作參數可以包括例如發電率，儲存率，目標儲存級別，負載級別，電力網功率耦合級別或用於控制配電部分204的組件的操作的其他參數。操作參數可以透過控制和監視302從儲存在指令集數據320中的從通訊318接收的指令，並且還可以取決於從單元狀態數據306讀取的當前單元狀態。
控制單元302可以從伺服器106，VPP 110或其他來源接收指令。在一些實施例中，控制單元302可以從多個指令集中決定要執行的特定組，並且可以執行所選擇的指令組。
儲存在數據320中的指令集可以包括指示邊緣單元104執行的順序的一組步驟。如下所述，指令集數據320可包括用於可在控制及監視302中操作之多個程式的各別指令集。儲存在數據320中的指令集可以包括儲存目標級別和儲存速率，發電需求，負載參數設定和電力網耦合設定。例如，指令集可以包括執行某些操作的指令，這些操作在特定時間開始並且具有特定時間的持續時間，例如用於在特定時間開始並在特定時間結束的特定功率位準釋放到電力網102，或者在特定時間幀期間儲存能量，或在用於儲存或供應到電力網的某個時間段內產生電力。控制和監視302決定儲存在當前操作參數數據310中的操作參數與儲存在數據320中的指令集和儲存在特徵化參數312中的特徵化參數一致。
如上所述，儲存在特徵化參數數據312中的 特徵化參數可以包括總能量儲存特徵，總發電統計，負載特徵(包括負載控制參數)，電力網耦合特徵，效率特徵和寄生損耗特徵。下面的表I中示出了一些示例參數集。
效率特徵可以包括例如透過例如太陽能充電控制器(Solar charge controller；SCC)的DC-DC損耗，DC-AC損耗(例如，逆變器損耗)，AC-DC損耗(例如，逆變器損耗)，或可能發生在系統中由於能量轉換的損失之其他效率損耗。寄生損耗是指整個系統中發生的損耗。
如圖3所示，控制和監視302被耦合以從單元狀態數據306讀取當前單元狀態，並將信號發送到發電部分204，以便滿足儲存在當前操作參數310中的操作參 數。在執行該任務時，控制和監視302可以依靠邊緣單元104的特徵來建模和預測發電部分204的操作，以便控制發電部分204的特定部件。
在一些實施例中，控制和監視302可以轉換到檢查單元308，檢查單元308本身可以連續操作。檢查單元308測量配電部分204的當前參數以便更新單元狀態數據306。在一些實施例中，檢查單元狀態308可以連續操作以周期性地更新儲存在單元狀態數據306中的當前狀態。在一些實施例中，檢查單元308可以透過控制和監視狀態302被觸發以更新單元狀態數據306中的數據。
控制和監視狀態302還被耦合以轉換到通訊狀態318以接收指令或報告邊緣單元104的狀況。通訊狀態318包括透過使用者介面220或透過通訊介面226的通訊。透過使用者介面220的通訊，其與邊緣單元104一起定位，允許本地操作者或本地裝置(例如，儀表116)透過向處理器部分202提供指令來改變邊緣單元104的操作。透過通訊介面226的通訊允許邊緣單元104接收來自諸如VPP 110的VPP或來自諸如伺服器106的伺服器的操作指令。
通訊狀態318可以提供指令以在從外部實體接收到指令時控制和監視302。指令可以包括報告儲存在單元狀態306中的當前狀態的請求，儲存在操作參數310中的當前操作參數或儲存在特徵化參數數據312中的特徵化參數。控制和監視狀態302根據請求發送數據用於報告 至通訊狀態318。此外，通訊狀態318可以提供指令以控制和監視狀態302，以在當前操作參數數據310中設定新的操作參數。在這種情況下，控制和監視狀態302可以在當前操作參數數據310中設定所請求的操作參數，只要它們與特徵化參數數據312中的特徵化參數一致即可。
另外，通訊狀態318可以接收提供在規範時間順序執行的多個指令集的一指令集。在這種情況下，控制和監視狀態302可以基於在指令集數據320規範的時間儲存在指令集數據320中的該等多個指令集來重置當前操作參數數據310的該等操作參數。
在控制和監視狀態302中檢測到操作中的錯誤的情況下，則可以導致到故障恢復狀態314的轉換。可能發生的錯誤的示例包括需要超過儲存在數據312中的特徵化參數的特徵化的操作參數。其他示例包括裝置故障，例如電源介面故障，發電故障，儲存故障或配電部分204中的其他硬體故障。在故障恢復狀態314中，處理器單元202決定配電部分204的組件的故障是否已經發生。如果發生故障，則處理器單元202可以透過重置產生錯誤的各個組件來嘗試恢復。然而，如果該組件的恢復是不可能的，則處理器單元202可以調整儲存在特徵化參數312中的特徵化參數，以反映配電部分204的降低容量，並返回到控制和監視狀態302，以繼續邊緣單元104的降低容量的操作。處理器單元202還可以調整操作參數以符合在特徵化參數312中反映的降低容量，並且報告新的特徵化參 數。
如果錯誤特別嚴重，則處理器單元202可以轉變到關閉狀態316。在關閉狀態316中，向通訊狀態318產生報告以向耦合到邊緣單元104的伺服器或VPP發送非操作狀態。此外，如果不關閉配電部分204中全部的部件，可以關閉配電部分204中大部分的部件。
當透過通訊318接收到這樣做的指令時，關閉狀態316可以轉變到重新啟動304。在一些實施例中，現場技術人員可以在修復或替換一或多個組件之後從使用者介面220重新啟動邊緣單元104導致錯誤的配電部分204。在一些情況下，可以透過通訊318從伺服器或VPP接收可能使用縮減組的特徵化參數312和新的一組操作參數310的重新啟動請求。在一些實施例中，重新啟動304可以提供控制和監視302具有用於當前操作參數310的一組操作參數，其可以是例如空閒或待機設定。一旦重新啟動完成，控制和監視302可以透過通訊狀態318報告儲存在特徵化參數312中的特徵化參數，儲存在當前操作參數310中的操作參數以及儲存在單元狀態306中的當前狀態。
在一些實施例中，通訊318可以檢測到缺少，例如，到伺服器或VPP的通訊鏈路。在一些實施例中，當通訊鏈路發生故障時，邊緣單元104可以根據指令集數據320中的指令繼續執行。在一些實施例中，當通訊鏈路發生故障時，邊緣單元104可以恢復到一組標準操作 參數，繼續在標準集下工作或可以轉換到故障恢復314，其可以在關閉狀態316中關閉邊緣單元104。
圖4示出了根據一些實施例的控制和監視302的各方面的更詳細的示例。如圖4所示，例如，配置命令執行器402從通訊狀態318接收通訊。配置命令執行器402與多個程式404-1至404-N中的每一個進行通訊。程式404-1至404-N包括可以在處理單元202上執行以控制電源單元204的各個排序程式。複數個程式404-1至404-N可以例如包括順序程式，規則集程式，覆蓋程式，警報程式或控制邊緣單元102的操作的其它程式。程式的一些示例提供如下：
．規則集程式-規則集程式是基於通用規則引擎的方法，其使用諸如系統狀態，日曆信息，效用信令，電力網條件或其他數據的環境屬性來對參數集或特定操作模式做出決定。
．順控程式-順控程式是一種創建一系列指令的方法，這些指令相對於開始時間和持續時間或停止時間順序執行。例如，序列可以用於實現VPP指令集。
．覆蓋程式-覆蓋程式指定高優先級，需要完成現在的程式。這種類型的程式可以在執行某些關閉或其他防禦程式的緊急情況下使用。在一些情況下，在單元104的測試期間可以使用覆蓋程式化。在一些情況下，可以使用覆蓋程式來執行VPP指令。此 外，各個供應者或效用操作者可以通過使用者介面220或通過與介面226的通訊提供覆蓋。
．時間軸程式-時間軸程式允許在絕對時間坐標中事件的排程，也可以是覆蓋程式。
．PV自用程式-PV自用程式提供在單元104中保持來自光電系統的盡可能多的發電功率，同時盡可能地減少電力網需求。
．能量套利程式-能源套利程式可以增加對光電自用程式的延期，以交待使用定價的時間，包括肩峰和高峰期。
．功率流限制程式：功率流限制程式監視可用容量，電力網輸出限制，電池溫度，電池電壓，並修改其他程式的活動，以確保電池安全，壽命和電力網監管要求。
．警報程式：警報程式監測和配置系統中所有參數的閾值警報，並在參數不在允許限制內時產生警報。
．客戶端標籤時間線程式：客戶端標籤時間線程式可以允許實用程式向邊緣單元104發送信號調度。信號調度可以在邊緣單元104中打開和關閉標誌，其可以啟動用於操作邊緣單元104內的各種裝置。
例如，當與VPP 110一起使用時，VPP指令集利用諸如上面描述的程式來運行。VPP程式通常在VPP110上而不是在邊緣單元104中在雲端或網際網路中運行。相反地，VPP程式化利用諸如上述的本地程式來實現 VPP程式產生的指令集。例如，可以利用覆蓋程式，順序程式和時間線程式來運行VPP指令集。
複數個程式404-1至404-N中的每一個將被優先化並且具有可以隨時間改變的排序。優先級和排序可以基於程式類型。例如，作為與安全相關的程式，與壽命相關的程式，與公用設施需求相關聯的程式，與消費者興趣相關聯的程式，以及預設程式化，可以將排序和優先次序從最高到最低優先級排序。例如，操作VPP指令集的排序程式通常具有高排序，而可被設置為作為預設程式集操作的規則集程式可以具有低得多的優先級。在邊緣單元102的操作觸發故障或警報的情況下，例如，可以增加警報程式的優先級。
在每種情況下，配置命令執行器402分別為程式404-1至404-N中的每一個提供配置406-1至406-N。配置406包括用於每個程式的一組規則。每個程式都有不同類型的配置。此外，每個程式404-1至404-N分別包括模式408-1至408-N。模式指的是邊緣單元104要採取的實際動作。模式可以是例如為了將站點儀表讀數保持在0瓦特，產生並輸出一定量的功率，將儲存系統充電到特定充電等。可以產生操作參數以實現特定模式。
認識到在任何給定時間只有一個模式可以在邊緣單元102上操作，協商器410確定在給定時間的哪個模式將控制邊緣單元102。程式404-1至404-N中的每一個提供關於應當執行模式408-1至408-N中的哪一個的投 票。如上所述，程式404-1到404-N中的每一個被優先化，使得在程式404-1到404-N中的某些程式的投票比在程式404-1到404-N中的其它程式的加權更高。協商器410確定模式408-1至408-N中的哪一個要被執行並將該決定傳遞到模式執行器412。
模式執行器412根據模式408-1至408-N中的獲勝模塊來操作配電部分204。模式執行器412根據模式，特徵化參數數據312和單元狀態數據306產生操作參數310。其他參數，例如電力網和效用產生規則，也可以用於產生操作參數312。
特別地，與程式404-1至404-N通訊並且基於適當的操作參數310，模式執行器412透過各個介面裝置驅動器414-1至414-m向介面208，210，212，和214提供單獨的指令。驅動器414-1至414-m可以包括與介面208，210，212，和214的方面介面的任何數量的驅動器，以便控制發電機216，儲存裝置218，至負載206的電力或至電力網102的電力。因此，驅動器可以包括任何介面，例如受控區域網路(Controlled area network；CAN)驅動器，Kokam電池驅動器，用於光伏太陽能發電的最大功率點跟踪(Maximum power-point tracking；MPPT)驅動器，MOdBuS，XAN或用於介面處理單元202到配電單元204的裝置介面208，210，212，和214的其他驅動器。
在操作中，協商器410週期性地查詢程式 404-1至404-N以從程式404-1至404-N中的每一個接收模式投票。例如，協商器410可以在特定時間間隔上查詢每個程式，例如每五(5)秒。本領域技術人員將認識到，時間間隔可以是任何時間段。在每個查詢時，協商器410在所有投票的程式中選擇並選擇獲勝模式408。當選擇獲勝模式408時，協商器410通知模式執行器412。如果獲勝模式408不同於當前執行的模式，模式執行器412重新配置並產生新的一組操作參數310以執行新模式408。週期性地，協商器410可以向模式執行器412通知當前執行的模式。例如，協商器410可以每200ms(儘管可以使用任何時間段)與模式執行器412通訊。此外，模式執行器412將所請求的模式轉換為操作參數310，然後基於操作參數310針對介面驅動器414-1至414-m下命令。
提供上述詳細描述是為了說明本發明的具體實施例，並不意在進行限制。在本發明的範圍內的許多變化和修改是可能的。本發明在所附申請專利範圍中闡述。
100‧‧‧電力系統
102‧‧‧電力網
104-1、104-2、104-m、104-(m+1)、104-(m+2)、104-N‧‧‧邊緣單元
106‧‧‧伺服器
108‧‧‧使用者
110‧‧‧虛擬電廠
112‧‧‧使用者/請求者
114‧‧‧VPP
116-1、116-2、116-m、116-(m+1)、116-(m+2)、116-N‧‧‧功率儀表
120‧‧‧發電設施
122‧‧‧電力使用者
124-1至124-(N-m)‧‧‧單元

Claims (20)

  1. 一種邊緣單元，包含：電力網介面；一或多個裝置介面；耦合到該電力網介面和該一或多個裝置介面的處理單元，該處理單元包括允許與外部實體通訊的通訊狀態；與該通訊狀態通訊的控制和監視狀態；與該控制和監視狀態通訊並提供單元狀態數據的檢查單元狀態；其中該控制和監視狀態和該通訊狀態提供指令數據集、根據該單元狀態數據的當前操作參數、該指令集數據、和特徵化參數數據，以及其中該控制和監視狀態向該電力網介面和該一或多個裝置介面提供控制信號。
  2. 如申請專利範圍第1項所述的邊緣單元，其中該控制和監視狀態包括配置命令執行器；複數個程式，該複數個程式中的每一個從該配置命令執行器接收配置，並且該複數個程式中的每一個生成模式；協商器，其從該複數個程式中的每一個接收投票並且基於該投票選擇獲勝模式以執行；及模式執行器，從該協商器接收該穫勝模式，基於該獲 勝模式產生該當前操作參數，向一或多個介面驅動器提供指令以執行該操作參數。
  3. 如申請專利範圍第2項所述的邊緣單元，其中該複數個程式的每一個具有優先級並且該協商器以來自該複數個程式的每一個的該投票來考慮該優先級以選擇該獲勝模式。
  4. 如申請專利範圍第3項所述的邊緣單元，其中該優先級是基於程式的該類型，其中該複數個程式按照安全性、壽命、效用要求、消費者利益和預設程式的順序被優先化。
  5. 如申請專利範圍第2項所述的邊緣單元，其中該複數個程式包括規則集程式、順序程式、覆蓋程式、時間線程式、PV自用程式、能量套管程式、電力流限程式、警報程式和客戶標籤時間線程式中的一或多個。
  6. 如申請專利範圍第2項所述的邊緣單元，其中該介面驅動器向該電力網介面和該一或多個裝置介面提供操作信號。
  7. 如申請專利範圍第1項所述的邊緣單元，其中該一或多個裝置介面包括到一或多個儲存裝置的一或多個儲存介面。
  8. 如申請專利範圍第7項所述的邊緣單元，其中該一或多個儲存裝置包括電池。
  9. 如申請專利範圍第1項所述的邊緣單元，其中該一或多個裝置介面包括到一或多個能量產生裝置的一或多個 發電機介面。
  10. 如申請專利範圍第9項所述的邊緣單元，其中該一或多個能量產生裝置可包括來自由光電太陽能發電機、燃料電池發電機、水力發電機和內燃發電機組成的集合的一或多個裝置。
  11. 一種操作分配能量系統邊緣單元的方法，包含：接收指令集；監視該邊緣單元的狀態以提供單元狀態數據；根據該指令集、該單元狀態數據和特徵化參數數據而提供當前操作參數；以及向將該邊緣單元耦合到電力網的電力網介面以及將該邊緣單元耦合到一或多個裝置的一或多個裝置介面提供控制信號。
  12. 如申請專利範圍第11項所述的方法，其中進一步包括向複數個程式中的每一個提供配置；該複數個程式中的每一個基於該配置、該指令集和該當前狀態而產生模式；基於來自該複數個程式中的每一個的投票來協商獲勝模式；通過基於該模式產生操作參數而執行該獲勝模式以及向該電力網介面和該一或多個裝置介面提供控制信號。
  13. 如申請專利範圍第12項所述的方法，其中該複數個程式的每一個具有優先級並且協商該獲勝模式包括以來 自該複數個程式的每一個的該投票來考慮該程式之該優先級以選擇該獲勝模式。
  14. 如申請專利範圍第13項所述的邊緣單元，其中該優先級是基於程式的該類型，其中該複數個程式按照安全性、壽命、效用要求、消費者利益和預設程式的順序被優先化。
  15. 如申請專利範圍第12項所述的邊緣單元，其中該複數個程式包括規則集程式、順序程式、覆蓋程式、時間線程式、PV自用程式、能量套管程式、電力流限程式、警報程式和客戶標籤時間線程式中的一或多個。
  16. 如申請專利範圍第12項所述的邊緣單元，其中控制信號由向該電力網介面和該一或多個裝置介面提供該操作信號的介面驅動器所產生。
  17. 如申請專利範圍第11項所述的邊緣單元，其中該一或多個裝置介面包括到一或多個儲存裝置的一或多個儲存介面。
  18. 如申請專利範圍第17項所述的邊緣單元，其中該一或多個儲存裝置包括電池。
  19. 如申請專利範圍第11項所述的邊緣單元，其中該一或多個裝置介面包括到一或多個能量產生裝置的一或多個發電機介面。
  20. 如申請專利範圍第19項所述的邊緣單元，其中該一或多個能量產生裝置可包括來自由光電太陽能發電機、燃料電池發電機、水力發電機和內燃發電機組成的集合的 一或多個裝置。
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