经由广播介质的自动功率水平修整.pdf

本发明涉及用于通过控制系统控制功率分配的方法和设备，所述控制系统仅要求在控制器（30）和电气用具或者负载（20-1到20-n）之间的广播介质和关于系统的当前总功率消耗的信息以便以逐步、快速收敛的方式精确达到目标消耗水平，而没有“拉锯”效应并且具有任何功率降低的“公平分配”。

权利要求书1.   用于控制多个负载装置（20-1到20-n）的功率供应的一种设备，所述设备被适配成：确定所述多个负载装置（20-1到20-n）的总功率消耗，基于所述确定的总功率消耗与目标值的比较来生成带有功率改变信息的功率改变命令，在逐步过程中经由通信介质（10）将所述功率改变命令广播到所述多个负载装置（20-1到20-n），所述逐步过程朝所述目标值和所述多个负载装置（20-1到20-n）的期望功率值的总和的较低值收敛。 2.   根据权利要求1所述的设备，其中所述设备被适配成生成所述功率改变命令以便在逐步过程中将所述总功率消耗从当前值降低到所述目标值，所述逐步过程在最初的步骤中将所述总功率消耗移动到所述目标值之下并且然后以每个步骤导致比先前步骤的总功率消耗高的总功率消耗的方式朝所述目标值收敛。 3.   根据权利要求1所述的设备，其中所述设备被适配成生成所述功率改变命令以便在逐步过程中将所述总功率消耗增加到较高的目标值，所述逐步过程要么以每个步骤导致比先前步骤的总功率消耗高的总功率消耗的方式朝所述较高目标值收敛要么如果两个接连步骤导致相等的总功率消耗则停止。 4.   根据权利要求1所述的设备，其中所述设备被适配成维持关于所述功率改变信息的和作为结果的所述逐步过程的至少两个最近步骤的总功率消耗的信息。 5.   根据权利要求1所述的设备，其中所述设备被适配成检查所述总功率消耗是否足够接近所述目标值以便实现预定的精度要求。 6.   根据权利要求1所述的设备，其中所述设备被适配成将两个连续步骤之间的所述功率改变信息的改变量限制为预定门限值。 7.   一种功率控制器装置（30），其包括根据权利要求1的设备。 8.   一种系统包括： a. 包括如权利要求1中定义的设备的至少一个功率控制器装置（30）； b. 多个负载装置（20-1到20-n）；以及 c. 通信介质（10），其允许所述功率控制器装置（30）将所述功率改变命令广播到所述多个负载装置（20-1到20-n）。 9.   一种控制多个负载装置（20-1到20-n）的功率供应的方法，所述方法包括以下步骤： a. 确定所述多个负载装置（20-1到20-n）的总功率消耗； b. 基于所述确定的总功率消耗与目标值的比较来生成带有功率改变信息的功率改变命令；以及 c. 在逐步过程中经由通信介质（10）将所述功率改变命令广播到所述多个负载装置（20-1到20-n），所述逐步过程朝所述目标值和所述多个负载装置的期望功率值的总和的较低值收敛。 10.   根据权利要求9所述的方法，其中所述功率改变命令被生成以便在逐步过程中将所述总功率消耗从当前值降低到所述目标值，所述逐步过程在最初的步骤中将所述总功率消耗移动到所述目标值之下并且然后以每个步骤导致比先前步骤的总功率消耗高的总功率消耗的方式朝所述目标值收敛。 11.   根据权利要求9所述的方法，其中所述逐步过程的每个步骤导致比先前步骤的总功率消耗高的总功率消耗，或者如果两个接连步骤导致相等的总功率消耗则停止。 12.   根据权利要求9所述的方法，进一步包括，响应于所述功率改变命令的接收，将在所述多个负载装置（20-1到20-n）处的功率消耗水平设置成等于所述负载装置（20-1到20-n）的期望功率消耗水平和根据所述功率改变信息降低的所述负载装置（20-1到20-n）的最大功率消耗水平的最小值的值。 13.   根据权利要求9所述的方法，进一步包括检查所述总功率消耗是否足够接近所述目标值以便实现预定精度要求。 14.   根据权利要求9所述的方法，进一步包括将两个连续步骤之间的所述功率改变信息的改变量限制在预定门限值。 15.   一种计算机程序产品，其包括用于当在计算机装置上运行时产生权利要求9的步骤的代码装置。

说明书经由广播介质的自动功率水平修整
技术领域
本发明涉及用于经由网络连接（例如，以太网连接）控制功率供应的设备的领域。此外，本发明涉及功率控制器装置以及包括功率控制器装置、多个负载装置和通信介质的系统。本发明进一步涉及对应的方法和对应的计算机程序。
背景技术
在电网中，需求响应指的是特别是在峰值需求的周期中响应于供应条件管理需求端（客户域）。负载消减（load shedding）是用来暂时地并且按需降低电器（即负载）的功率消耗的一类需求响应应用。典型的例子是调暗灯光、减少HVAC（加热、通风以及空气调节）的设定点、或者使用消费电子产品装备的节能模式。因此，负载消减是当存在对于超过可用发电量的电力的巨大需求时电力设施想要它们的客户做的事情。
需求响应能够经由电气用具的手动控制被简单地实现，但是（来自管理站的）集中控制具有明显的优势。对于中央控制，在中央控制器（例如，建筑物管理站）和电气用具之间的通信是要求的。
需求响应可以以“尽最大努力的”方式被完成，但是还可能存在要求非常精确的降低的条件。这样的条件可能是在需求响应提供者（客户）和接收者（例如，设施）之间的契约，或者仅是用来限制对“什么是要求的”的降低的目标，例如，因为用户舒适度的有关降低（例如通过调暗）应该被最小化。如果电气用具的确切操作状态信息是可得到的和/或电气用具能够被容宿有关程序的中央控制器单独地控制以便确定所要求的命令参数，则精确的降耗能够被实现。然而，这是理想的情况。许多控制系统缺少这些细粒度的能力的至少部分。典型的限制条件是单独的电气用具的未知状态，即，完整系统表现为“黑盒”，或者无电气用具的单独寻址，即所有电气用具接收相同的命令。
针对这样的受限系统的常规解决方案包括均匀消减或者如针对在测量消减的效果的US2010/0117620A1中的照明负载所描述的（经由广播命令）到预设的水平的逐步消减，即如果降耗（仍然）是不足够的则在消减命令之后的系统消耗消减到下一个水平，并且当低于目标的消耗水平被达到但是它应该离目标更近时，消耗水平可以被再次增加，例如增加到最后两个消减的一半的水平。
然而，在如上面所描述的受限系统中，当系统降低系统功率消耗大于所要求的时，“过调”可能发生，这可能导致不期望的效果（例如，在调暗灯光的情况下），其中用户舒适度比必要的被降低更多。而且，如果目标消耗通过在一个过程中降低和增加消耗被实现，所谓的“拉锯（see-saw）”效应可能发生，这可能大大地影响用户舒适度（例如，在调暗灯光的情况下）。此外，可能面对“不公平分配”。看相对功率水平（即与电气用具的最大消耗相对的），将负载改变平等分配在所有电气用具上是不公平的。已经处于低消耗水平处的负载将仍然必须被进一步消减。在这种情况下，它可能期望首先降低处于高消耗水平处的负载。
发明内容
本发明的目标是在受限系统中提供具有快速的、用户友好的并且精确的功率消耗适配的功率控制。
这个目标通过如在权利要求1中所要求保护的设备、通过如在权利要求7中所要求保护的功率控制器装置、通过如在权利要求8中所要求保护的系统、通过如在权利要求9中所要求保护的方法以及通过如在权利要求15中所要求保护的计算机程序产品来实现。
因此，提出了针对控制系统的自动负载消减方法，所述自动负载消减方法仅要求在功率控制器装置和负载装置（例如，电气用具）之间的广播介质以及关于系统（即所有负载装置）的当前总功率消耗的信息以便以逐步、快速收敛的方式精确地（在离其中无论什么精度被要求的目标更近的意义上）达到目标消耗水平，而没有“拉锯”效应并且具有“公平分配”（在处于最高消耗水平的负载被首先降低的意义上）。
因为知道当前的功率消耗和目标功率消耗，功率控制器装置将包含功率改变信息（例如百分比（或者类似的）值或比率或（编码的）水平等等）的“修整”命令广播到所有负载装置。在接收到功率修整命令之后，负载装置转到这样的功率水平，其等于它期望的功率水平（例如由终端用户建立的功率水平）和根据功率改变信息降低的它的最大功率消耗的最小值。对接收到修整水平命令的以上反应例如在IEC62386-102, Digital addessable lighting interface – 部分 102: General requirements – control gear. 19-20页, 9.4章节中被描述。
功率控制器装置可以重复“修整步骤”直到当前消耗足够接近目标消耗或目标值（实现无论什么精度被要求）为止。功率控制器装置可以以总功率消耗水平快速且在朝目标水平的一个方向（一直减少）上收敛的方式计算修整值，功率控制器装置可以替换地以总功率消耗水平在最初的步骤中直接转到目标值以下并且然后快速且在朝目标水平的一个方向（一直增加）上收敛的方式计算功率修整命令。
如果总功率消耗应随后的要求应当被进一步降低，则逐步过程能够被再次应用。
所提出的解决方案还允许在功率修整命令之后放宽降耗的要求，即转到或者设置高于当前（经修整的）功率消耗水平的功率消耗水平。
根据定义，“所期望的功率消耗水平”（即所有负载装置的期望功率水平的总和）提供针对系统功率消耗的预定水平（例如上限）。根据所提出的解决方案，功率控制器装置不需要知道“所期望的功率消耗水平”来正确地处理要求。功率控制器装置可以通过检测到接连步骤导致系统的相同总功率消耗来识别系统达到所期望的功率消耗水平（以及例如在这种情况下停止一系列的修整步骤）。可选地，功率控制器装置可以检查总功率消耗是否足够接近目标值以便实现预定的精度要求。作为另一选项，功率控制器装置可以将两个连续步骤之间的功率改变信息的改变量限制在预定的门限值。
应当指出，功率控制器装置和负载装置的以上设备可以被分别实施为离散硬件电路或集成电路或多个芯片或芯片集、或实施为用于控制处理器来执行它们上面的功能或功能性的软件例程。
应当理解，权利要求1的实质确定设备、权利要求7的功率控制器装置、权力要求8的系统、权力要求9的方法以及权利要求15的计算机程序产品具有相似的和/或完全相同的优选实施例，特别地，如在从属权利要求中所定义的那样。
应当理解，本发明的优选实施例还可以是从属权利要求与相应的独立权利要求的任何组合。
本发明的这些和其它方面从在下文中所描述的实施例将是明显的并且将参考在下文中所描述的实施例被阐明。
附图说明
在图中：
图1示出了根据各种实施例的系统架构的示意性框图；
图2示出了根据在各种实施例中使用的预定过程1的功率水平控制过程的流程图；以及
图3示出了根据第三实施例的功率水平控制过程的流程图。
具体实施方式
实施例现在基于用于经由通信介质控制多个电气用具或其它负载装置的功率消耗的系统被描述，所述通信介质允许将功率修整命令广播到每个电气用具。
图1示出了其中以下实施例能够被实施的功率控制系统的网络架构的示意性框图。系统包括控制器30、多个电气用具20-1到20-n以及通信介质或网络10，所述通信介质或网络10以控制器能够将包含功率改变信息（例如百分比、比率或（编码的）水平）的功率修整命令t广播到所有电气用具20-1到20-n的方式连接控制器30和电气用具20-1到20-n。此外，控制器30能够例如基于到有关功率表的连接或对有关功率信息的访问（由从通信网络10到控制器30的反馈箭头指示的）确定系统的（即所有电气用具的）当前总功率消耗。因此，控制器30具有关于系统的当前（总的）功率消耗值的知识或者能够确定系统的当前（总的）功率消耗值。
出于功率控制的目的，控制器30将包含百分比值（或者其它种类的功率改变信息，诸如比率或水平等等）的功率修整命令t广播到所有电气用具20-1到20-n。每个电气用具20-1到20-n维持“期望的功率消耗水平”（例如被终端用户建立的功率消耗水平），并且在接收到修整命令之后，电气用具转到或者设置功率水平，其等于它的期望的功率水平以及（修整命令的）所述百分比值与电气用具的最大功率消耗的积（product）的最小值。
本发明的以下实施例旨在允许以这样的方式从系统的当前功率消耗改变到目标功率消耗，所述方式即：在“公平的分配”并且没有如上面所定义的“拉锯”效应的情况下，系统消耗快速且在朝目标水平的一个方向上收敛。
在下文中，根据第一到第四实施例的所提出的系统的控制器30和电气用具20-1到20-n或其它负载装置的更详细的实施方案基于图2和图3被描述。
图2示出了在下文中被称为过程1的功率控制过程的流程图。它被适配成以以下方式将具有当前系统功率消耗Pc和目标系统功率消耗Pt（系统被要求转到其）的系统带到新的系统功率消耗Pn：
假定控制器30知道Pc和Pt的值以及值Pb，所述值Pb大于或者等于系统中的所有灯的最大功率消耗的总和。在步骤S201中，控制器30确定“当前修整值”tc，所述“当前修整值”tc对应于被应用到系统的最后修整值或者在非修整系统的情况下对应于值“1”，并且控制器30确定当前系统功率消耗Pc。在步骤S202中，控制器检查当前系统功率消耗Pc是否足够接近于目标消耗（其例如被门限值T所定义，使得如果|Pc-Pt|<T精度要求被实现）。如果是这样的话，则过程停止。如果不是，则在步骤S203中，控制器30通过tn=tc-(Pc-Pt)/Pb计算“新的修整水平”tn。在下面步骤S204中，控制器30将具有“新的修整水平”tn的修整命令广播到所有电气用具20-1到20-n。
电气用具以定义的方式对修整命令作出反应，其导致新的系统功率消耗Pn。如已经提及的，步骤S201到S203被称为过程1。过程1在下面两个实施例中被采用，其中下面两种情况能够被组合或单独被实施：1）如果Pc > Pt：以单调方式向下移动，以及2）如果Pc <Pt则以单调方式向上移动。在第一实施例中，过程1被重复采用直到下面停止准则中的一个或多个被满足为止：a）在步骤S202中描述的准则，b）过程1已经被采用的次数已经达到特定门限值，或者c）在过程1的两个最近的应用中，作为结果的系统功率消耗相等但是小于目标值Pt。
可以示出，在第一实施例的情况下，如果最初的系统功率消耗超过Pt，则系统功率消耗通过过程1的每个应用被降低，并且在迭代步骤的数量没有限制的情况下，门限能够被接近达到任何期望的准确度。如果最初的系统功率消耗小于Pt，则存在两个可能性。Pd表示电气用具20-1到20-n的期望功率消耗的总和。如果Pd大于或者等于Pt，则每次迭代增加系统功率消耗，并且在迭代的数量没有限制的情况下，门限能够被接近达到任何准确度。如果Pd小于Pt，则每次迭代增加系统功率消耗直到它达到值Pd；随后的迭代不会导致系统功率消耗中的任何改变。在第一实施例的执行中，不需要知道Pd是否小于Pt；以上停止准则c）确保正确的行为在两种情况下都被实现。
在第二实施例中，如果系统功率消耗Pc超过目标系统功率消耗Pt，则中央控制器传送修整值t=Pt/Pb。电气用具20-1到20-n以所定义的方式对它作出反应。随后，第一实施例的过程被应用到系统的这个新设定上，但是在任何迭代中没有停止准则c）。然而检查可以被可选地添加。
根据第二实施例，在传送第一修整水平值t=Pt/Pb之后，系统功率消耗小于或者等于Pt。在那之后，系统功率消耗随着每次迭代增加，并且在无限次迭代的情况下，Pt能够被接近达到任何准确度。
在下面第三和第四实施例中，控制器30维持关于最后两个修整步骤的知识以用于在另外的过程（被称作过程2）中使用。这些实施例允许在少于第一和第二实施例的迭代的情况下达到给定准确度内的目标水平。
图3示出了第三实施例的流程图。在步骤S301中，控制器30检查是否Pc<Pt。如果不是的话，则过程停止。如果Pc<Pt，则在步骤S302中，控制器30计算新的修整水平tn=tc-(Pc-Pt)/Pb并且将这个新的修整水平广播到电气用具20-1到20-n。在步骤S303中，电气用具20-1到20-n以所定义的方式作出反应。在步骤S304中，控制器30将Pp的值设置为Pc以及将tp的值设置为tc。在步骤S305中，控制器30将tc的值设置为tn。在步骤S306中，控制器30测量系统功率消耗，并且将Pc的值设置为所述测量到的系统功率消耗。在步骤S307中，控制器30检查Pc是否足够接近Pt，或者Pp是否等于Pc。如果这个准则中的一个或两个被满足，则过程停止。如果停止准则中没有一个被满足，则在步骤S308中，控制器30将数z计算为z=(Pp-Pc)/(tp-tc)，并且计算新的修整水平tn= tc -(Pc-Pt)/z，并且将这个新的修整水平广播到电气用具20-1到20-n。在步骤S309中，电气用具20-1到20-n以所定义的方式做出反应。在那之后，控制器30返回到步骤S304。
为了减少第三实施例中的过程的步骤的数量，以上停止准则b）能够被实施如下。在步骤S302中，控制器30还将计数器j设置为1。在步骤S304中，控制器30还将所述计数器j增加1。在步骤S307中，控制器还检查j的值是否在特定门限之下；如果不是，则过程停止。
在第四实施例中，控制器30首先检查是否Pc>Pt。如果不是，则过程停止。如果Pc>Pt，则控制器将修整水平tc=Pt/Pb广播到电气用具20-1到20-n。接下来，电气用具以所定义的方式作出反应。随后，中央控制器30获得总系统功率消耗Pc。然后，第三实施例的步骤S302-S309被应用。
修整水平中的大的改变可能导致人讨厌的光级改变。为了降低这种影响，在以上第一到第四实施例中的每一个中，新的修整水平值tn的计算可以被以下面方式修改。
设thrd_up和thrd_down是门限值。在每个步骤中，如之前那样计算tn。如果tn>tc+thrd_up，则将tn重新定义为tc+thrd_up。如果tn<tc-thrd_down，则将tn重新定义为tc-thrd_down。
因此，在随后修整步骤之间的修整水平值的改变（即功率改变信息）能够被限制为以上门限值。
此外，在供替换的基于软件的实施方案中，所要求的功能性能够被实施在具有处理单元的控制器30的计算机装置中，所述处理单元基于在存储器中存储的控制程序的软件例程来执行控制。控制程序还可以被单独存储在计算机可读介质上。程序代码指令被从存储器取出并且被载入到处理单元的控制单元以便执行结合图2和图3所描述的步骤的功能，其可以被实施为以上提及的软件例程。处理步骤可以在输入数据的基础上被执行并且可以生成输出数据。在本功率控制机制中，输入数据可以对应于所确定的（一个或多个）功率消耗水平，并且输出数据可以对应于修整命令。
因此，以上实施例的功能性可以被实施为包括代码装置的计算机程序产品，所述代码装置用于当在计算机装置或数据处理器上运行时生成所提出的信道估计的每个单独的步骤。
总之，方法和设备已经被描述以用于通过控制系统来控制功率分配，控制系统仅要求在控制器和电气用具或负载之间的广播介质和关于系统的当前总功率消耗的信息以便以逐步、快速收敛的方式精确达到目标消耗水平，而没有“拉锯”效应并且具有任何功率降低的“公平分配”。
尽管本发明已经在图和前述说明书中被详细图示和描述，但是这样的图示和描述将被认为是说明性的或示范性的而不是限制性的；本发明不被限于所公开的实施例。所提出的本发明的应用可以是针对智能照明控制系统、建筑物控制应用以及智能电网建筑物管理系统的功率分配。
对所公开的实施例的其它变例能够被本领域的技术人员在实践所要求保护的发明中从对图、公开内容以及所附权利要求的研究中理解和实现。在权利要求中，词“包括”不排除其它元素或步骤，并且不定冠词“一”或“一个”不排除多个。特定措施被记载在相互不同的从属权利要求中的仅有事实不指示这些措施的组合不能够被用来获利。在权利要求中的任何附图标记不应该被解释为限制范围。