本发明总体上涉及一种用于管理和/或监视一组负载的能量消耗的方法和系统，该方法和系统能够确定包括多个基本负载曲线的聚合的总负载曲线，每个基本负载曲线与属于该组的负载的消耗的时间变化相对应，并且每个基本负载曲线的运行被周期性调节。
被特别针对的但并非本发明唯一的一个应用领域为管理和/或监视特别大量的电器(例如，位于大量消费者的家中并连接到配电网的家用电器)的电力消耗。
在这样的系统中，通常将至少一个电子装置安装在多个站点(家庭，商业建筑物，社区等)上，该至少一个电子装置本地连接到至少一个被监视的电器，以便能够最好连续地测量该电器的电力消耗。然后，以一个或多个服务器的形式的专用集中式平台实时获取由系统的每个本地电子装置传达的测量出的电力消耗采样。因此，该平台能够确定基本负载曲线，也就是说，确定被监视的负载或电器中的每一个的相对消耗的时间变化，并由此通过聚合这些基本负载曲线来推导出总负载曲线。
申请人提出例如这样的系统，该系统用于管理由位于大量用户的家中的非常大量的电器组成的组的消耗，其中，特别获得的各种负载曲线通过能够从电器组中实时选择电器子组的方式使得能够提出所谓的扩散抑制服务，其中，系统(特别是中央平台)将向该电器子组发送命令以暂时停止运行，以便将电器组的能量消耗降低给定的设定值。这种类型的系统例如在申请wo2008/017754或在申请wo2012/172242中。这种系统还能够经由停止和重启命令，通过分析大量用户的消耗来有选择地调节某些电器的电源供应，这使得能够使电力消耗适应于在给定的时间可用的电力生产。
在上述系统中，集中式平台以一般约为十分钟左右的采样周期来获得测量出的电力消耗采样。
此外，还希望能够通过减小采样周期来确定更准确的总负载曲线。然而，当使用短得多的采样周期(典型地约为十秒)时，申请人发现自己面临这样的情况：在聚合基本负载曲线之后获得的总负载曲线受干扰的影响很大。图1示出了通过在一小时左右的周期内以等于10秒的采样周期tech获取测量出的电力消耗采样而获得的负载曲线ctot的示例，该负载曲线造成使用约十分钟的采样周期不可见的大振荡，如负载曲线ctot上叠加的粗实线的轨迹所示。
这些振荡的存在使准确估计总负载曲线变得更加困难。另外，在没有过大尺寸的情况下，这些振荡可能会导致电线劣化或拥塞。
本发明的目的是提出该问题的解决方案。
为此，本发明的一个主题是一种用于平滑总负载曲线的方法，其中，总负载曲线包括由用于管理和/或监视负载消耗的系统获得的多个基本负载曲线的聚合，每个基本负载曲线与周期性调节的负载i的消耗的时间变化相对应，所述方法包括以下步骤：
-确定与相应的负载i相关联的调节周期di；
-通过以采样周期tech获得多个测量出的消耗采样来确定并存储每个基本负载曲线，其中，采样周期tech为每个调节周期di的约数；
-从所有负载共同的参考时间t0开始，将每个负载i的运行或每个存储的基本负载曲线的至少一部分时移随机位移δti，位移δti取决于采样周期tech、针对该负载i确定的调节周期di以及与该负载i相关联的随机整数值ni。
除了以上段落中已经提到的主要特征之外，根据本发明的方法还可以具有以下一项或多项附加特征：
-将每个负载i的运行时移的步骤可以包括：从所有负载共同的所述参考时间t0开始，对每个负载i依次施加用于停止负载i的运行的命令和随后的用于重启负载i的运行的命令；
-优选地在由以下关系式给出的随机重启时间处施加所述用于重启负载i的运行的命令：
其中，
pgcd是最大共同除数函数，并且在大于或等于所有负载共同的参考时间t0且小于随机重启时间
-可以在参考时间t0将所述用于停止负载i的运行的命令施加于所有负载；作为变型，在所有负载共同的参考时间t0和随机重启时间
-可以在使得随机位移δti对于具有相同的调节周期di的任何负载均相同的所选时间处施加用于停止负载i的运行的命令，例如，随机位移δti设置为等于采样周期tech；
-在另一个可能的实施例中，将每个存储的基本负载曲线的一部分时移的步骤可以包括：选择每个曲线的所述部分，该部分包括从对于所有负载都相同的第一时间开始获得的测量出的采样，并将所述所选部分移位，以使得所述所选部分的起点与比第一时间更晚的第二时间一致；
-作为变型，将每个存储的基本负载曲线的一部分时移的步骤包括：确定模拟停止的第一时间和第一时间之后的模拟重启的第二时间，对每个曲线的所述部分的选择包括在与参考时间相对应的第三时间之后加上与负载的调节周期相对应的值而获得的测量出的采样，移位所述所选部分以使得所述所选部分的起点与所述第二时间一致，并消除位于所述第一时间和所述第二时间之间的曲线部分；
-所述第二时间优选是由以下关系式给出的随机时间：
其中，
并且，所述第一时间被选为大于或等于所有负载共同的参考时间t0并小于第二时间：
-可以通过基于相关联的负载曲线估计与负载i相关联的调节周期di，或者通过将所述调节周期设置为预定值，来确定所述调节周期di；
-随机整数值ni优选是大于或等于0且小于或等于
本发明的另一个主题是一种用于管理和/或监视负载消耗的系统，该系统能够确定包括多个基本负载曲线的聚合的总负载曲线，每个基本负载曲线与周期性调节的负载i的消耗的时间变化相对应，所述系统具有能够通过应用以下步骤来平滑所述负载曲线的装置：
-确定与相应的负载相关联的调节周期di；
-通过以采样周期tech获得多个测量出的消耗采样来确定并存储每个基本负载曲线，其中，采样周期tech为每个调节周期di的约数；
-从所有负载共同的参考时间t0开始，将每个负载i的运行或每个存储的基本负载曲线的至少一部分时移随机位移δti，其中，位移δti取决于采样周期tech、针对该负载i确定的调节周期di以及与该负载i相关联的随机整数值ni。
该系统例如是能够管理和/或监视负载的电能消耗的系统，负载包括位于多个消费者的家庭中并连接至配电网的家用电器。
首先，该系统可以在每个消费者的家中具有至少一个第一电子装置和至少一个第二电子通信装置，该至少一个第一电子装置能够测量其所连接的至少一个电器的电力消耗，并且能够向该至少一个电器施加用于停止运行的命令和用于重启运行的命令，该至少一个第二电子通信装置连接到该第一电子装置，其次，该系统具有至少一个中央服务器，该中央服务器能够通过第二电子通信装置与所述第一装置通信，以便实时地以采样周期tech获得所述多个测量出的消耗采样。
第一和第二电子装置可以被集成到单个壳体中。
通过阅读以下参照附图给出的描述，将会更好地理解本发明，在附图中：
-图1(已经上面被描述)给出了使用现有技术的用于聚合现基本负载曲线的系统以减小到10秒的采样周期运行而获得的负载曲线的示例；
-图2示出了三个电散热器的负载曲线的三个示例；
-图3给出了通过聚合为三个信号而获得的负载曲线部分的分解图；
-图4示意性地给出了根据本发明的一种可能的实施方式的平滑方法的步骤；
-图5给出了根据本发明的在施加平滑之前和之后获得的聚合负载曲线的比较；
-图6示出了根据本发明的另一可能实施例的使用数字处理的平滑方法的原理；
-图7示出了根据本发明的使用数字处理的平滑方法的变型；
-图8示意性地示出了根据本发明的用于管理和/或监视负载消耗的系统的示例性架构，该系统能够确定包括多个基本负载曲线的聚合的总负载曲线。
在本公开的其余部分中，将在确定总负载曲线的背景下描述本发明，该总负载曲线包括与多个电器的电力消耗的时间变化相对应的基本负载曲线的聚合。然而，将看到，一旦所考虑的负载以全有或全无模式运行并且消耗遵循周期性模式(例如在所考虑的负载受到周期性调节时)，本发明的原理通常可以应用于其他类型的消耗能量。
如以上参考图1所示，当用于获得由位于大量消费者家中的电器形成的负载的测量出的电力消耗采样的采样周期(在本公开的其余部分中表示为tech)减小到约10秒左右的值时，申请人会观察到包括多个基本负载曲线的聚合的总负载曲线的大震荡的现象。此外，测试和模拟表明，当电器中的至少一些被监视的电器同时或实际上同时重启时，例如在配电网普遍停电的情况下，这种现象会加剧。
通过对该现象进行更详细的分析，能够通过识别以下事实来更准确地确定原因：当前，大量家用电器(诸如，散热器、空调系统、冰箱、冰柜或卤素灯照明系统)可能具有周期性调节的全有或全无运行状态。作为示例，图2示出了针对三个市售散热器获得的三个负载曲线c1、c2、c3。分别代表每个散热器消耗的功率(分别为p1cons、p2cons和p3cons)的时间变化的这些曲线c1、c2、c3清楚地示出了每个散热器以调节周期(分别为d1、d2和d3)在全有或全无模式下运行，以及每个散热器的周期持续时间不同。实际上，这种周期性调节行为是在聚合的负载曲线中观察到的大振荡的原因，因为大量电器有时会同步运行，尤其是在停电后或按照时间指令(电价信号、时钟等)同时启动这些电器的情况下。
因此，有可能示出，从一组同时开启的周期性调节的电气负载开始，聚合的负载曲线(诸如，图3中所示的受噪声影响的弯曲部分ctot)可能会被破坏分为三个信号：
-非周期性走向t；
-源自电气负载的周期性调节的第一结构化噪声b1；和
-能够通过常规滤波被容易地消除的第二非结构化低振幅噪声b2。
为了尽可能平滑总负载曲线，也就是说，为了最大程度地衰减第一结构化噪声b1(该噪声是由大量的电气负载i与相同的周期性调节同步形成的，该周期性调节具有由di表示的调节周期)，在下文中，本发明提出，从所有负载共同的参考时间t0开始，通过对负载i施加随机时移δti来促使负载进行去同步，该随机时移δti取决于采样周期tech、针对该负载i确定的调节周期di以及与负载i相关联的随机整数值ni。
特定于每个负载的随机时移可以以两种方式被施加，下面将对其进行详细描述：
-通过直接作用于电气负载的运行；或者
-通过对已经获得并存储的负载曲线部分进行数字处理。
对负载i的运行进行时移：
从所有负载共同的参考时间t0开始对每个负载i的运行施加随机时移的一般原理是通过针对每个负载i依次施加用于停止负载i的运行的命令和随后的用于重启负载i的运行的命令。
在下文中使用以下符号和特定功能：
i表示正在监控其消耗的负载，当将i以索引的形式分配给给定参数时，该参数链接到负载；
di是与负载相关联的调节周期；
tech是用于获得负载的测量出的消耗采样的采样周期，tech是每个采样周期di的约数，例如，10秒；
t0是所有负载共同的参考时间；
ni是可以等于0的随机整数值。
负载i的重启时间
其中，
pgcd是最大共同除数函数。
停止时间
但是，优选以下各项：
-如果期望优先考虑执行的方便性，则停止时间
-如果期望协调停止时间，则停止时间
最快的处理是在有限的值区间
在一个纯示例性示例中，如果将共同参考时间t0选择为每天的03:00，将采样周期选择为10秒，并将停止时间δti选择为20秒，则能够例如为具有等于60秒的调节周期的电气负载i选择第一停止时间03:00:30。同一负载将随机地从03:00:30(ni＝0)、从03:01:20(ni＝1)、从03:02:10(ni＝2)、从03:03:00(ni＝3)、03:03:50(ni＝4)或03:04:40(ni＝5)开始停止运行20秒。
可以通过图4中示意性示出的步骤来总结用于平滑包括应用上述公式的多个基本负载曲线ci的总负载曲线的方法的一个示例。这里以一定顺序示出了这些步骤，但是可以调换前两个步骤。在第一步骤s1中，确定与负载i相关联的调节周期di。可以通过被监视的负载的类型及其相关联的调节周期的先验知识来执行该确定。在第二步骤s2中，通过获得具有单个采样周期tech的多个测量出的消耗采样来确定每个负载i的基本负载曲线，该单个采样周期tech是每个调节周期的约数。
作为变体(未示出)，步骤s1和s2被调换。因此，例如通过测量基本负载曲线的两个上升沿之间的平均持续时间，能够使用基本负载曲线来估计相关联的调节周期di。如果无法进行此测量，例如，如果负载曲线为零(负载在给定时间不消耗)，则将预定义的调节周期分配给考虑中的负载。最后的步骤s3对应于对每个负载i施加停止和重启序列的阶段，以将每个负载i的运行时移随机位移δti，该随机位移δti取决于采样周期tech、调节周期di和随机整数值。停止时间和重启时间由公式1和公式2的组限定。由于负载的共同调节周期，在根据本发明的时移处理之前被同步的负载可能将被去同步。从在此过程之后获取的测量出的消耗采样获得的所有基本负载曲线将有可能获得平滑的聚合曲线，根据该平滑的聚合曲线，能够实时地进行高度准确的估计。优选地，例如每天同一时间定期重复作用于负载的运行的该过程。作为变型，可以在事先检测到一些负载具有同步运行之后启动该过程，例如通过分析基本负载曲线来执行该检测。
图5示出了显示在应用根据图4的方法之后获取的对总负载曲线ct的平滑效果(图中的右侧部分)的示例。可以观察到，通过本发明，进行处理之前存在的振荡效果(图中的左侧部分)被大大减小。对负载曲线部分进行数字移位：
当然，如上所述的对负载的运行的时移假设系统能够通过停止命令和重启命令有效地作用于它正在监视的负载的运行。如果不是在这种情况，则等效地可以对已经获得并存储的基本负载曲线进行纯数字处理。为此，通过选择每个存储的基本负载曲线的位于模拟停止时间的第一时间
图6以部分(a)中的处理之前的基本负载曲线和部分(b)中的处理所得的基本负载曲线的示例示意性地示出了该数字处理。
在图6中重复使用了符号t0，以表示如上所述的所有负载共同的参考时间。位于部分(a)中的负载曲线的介于参考时间t0和模拟停止的第一时间t1之间的部分在部分(b)中保持不变。相反，位于部分(a)中的负载曲线的跟随模拟停止的第一时间t1之后的部分已在部分(b)中向右移位，使得该部分的起点与模拟重启的第二时间t2一致。在处理之后，曲线的位于第一时间t1和第二时间t2之间的空间包括值为零的采样。
使用数字处理的平滑方法的一个变体如图7所示，其还具有部分(a)中的处理之前的基本负载曲线和部分(b)中的处理所得的基本负载曲线的示例。同样在这种情况下，位于部分(a)中的负载曲线的介于参考时间t0和模拟停止的第一时间t1之间的部分在部分(b)中保持不变。相反，部分(a)中的曲线的从时间t0 d(d为负载的调节周期)开始的部分在部分(b)被带回到模拟重启的时间t2处。位于部分(a)中的负载曲线的介于模拟停止的第一时间t1和第二时间t2之间的部分已在部分(b)中被消除，并被替换为值为零的采样。与图6所示的变型相比，此处不必强制模拟停止的第一时间t1对所有的负载都相同。
如果期望实时处理，则应优先选择根据图6的数字处理方案。
如果期望进行与在实际上已经停止了负载的运行的情况下被观察到的处理更接近的处理，则应优选根据图7的数字处理方案。
另一种数字处理的可能性是，由于所有的基本负载曲线都具有时间戳，从共同的参考时间t0开始，能够将具有调节周期di的每个负载的时间戳移位等于nitech的值，其中，ni是从集合
图8给出了根据上面概述的方法之一的能够实现根据本发明的平滑方法的用于监视和/或管理电气负载消耗的系统的示例性架构：
该图显示了各种家庭11、...1i、...1n，每个家庭配备有与配电网(未示出)相连的一个或多个电器，该一个或多个电器被例如电加热系统、空调系统等监视。作为非限制性示例，因此在这种情况下，家庭11具有单个电器
-至少一个第一电子装置31、...3i、...3n，其电连接到家庭中被监视的各种电器，能够优选连续地测量这些电器消耗的电压和电流，并且选择性地向家庭中被监视的电器中的每一个发送用于停止运行的命令和用于重启运行的命令；
-连接到第一装置的至少一个第二电子通信装置41、...4i、...4n。
该系统最后具有至少一个中央服务器5，该中央服务器5能够通过第二电子通信装置与第一电子装置通信，以便实时地以采样周期tech获得多个测量出的消耗采样。在此中央服务器中获得包括基本负载曲线的聚合的总负载曲线。
第一电子装置、第二电子装置和中央服务器5例如分别与以申请人的名义在文件wo2008/017754中描述的调制器壳体、控制壳体和远程外部平台相对应。在当前情况下，由每个调制器壳体以采样周期tech执行的消耗测量经由控制壳体发送到外部平台。通过集成到系统的控制壳体中的无线通信调制解调器执行对测量值的定期发送，该无线通信调制解调器能够通过分组交换电话通讯(诸如，gprs、3g或4g)连接到外部平台。可选地，可以通过adsl链接建立到中央服务器的连接。如图8所示，控制壳体优选与调制器壳体分离，并通过有线链路(优选通过电力线通信或plc)连接到调制器壳体。为此，调制器壳体和控制壳体中的每一个均配备有plc调制解调器。因此，控制壳体可以连接到多个调制器壳体，控制壳体从调制器壳体收集测量值，以便将测量值发送到外部平台。控制壳体有利地具有usb端口，该usb端口使得能够接受附加模块(诸如，短程无线调制解调器或温度传感器)的连接。因此也可以规定，通过射频信道从调制器壳体中发送测量值。
作为变型，第一和第二电子装置可以被集成到单个壳体中。
可以通过图8的系统以多种方式来实现在上述各种变型中提出的根据本发明的平滑方法。
根据第一种可能的实现方式，可以规定每个第二电子装置41、4i、...、4n能够在本地确定和存储与其连接的每个电器的基本负载曲线，并估计与该电器相关联的调节周期。
然后，根据上面概述的原理，每个第二电子装置41、4i、...、4n还能够将电器的存储的基本负载曲线部分或电器的运行时移相应的随机位移。例如，每个第二电子装置41、4i、...、4n通过发送被依次施加于电器的用于停止运行的命令和随后的用于重启运行的命令，将该电器的运行时移相应的随机位移。
根据第二种实施方式，由中央服务器5负责在本地确定和存储每个电器的基本负载曲线的任务并负责估计与该电器相关联的调节周期。中央服务器5然后可以通过经由与其连接的第一电子装置发送被依次施加于电器的用于停止运行的命令和随后的用于重启运行的命令，来将该一个电器的运行时移相应的随机位移。在这种情况下，对用于停止运行的命令和用于重启运行的命令的发送由第二电子通信装置传送并被中继到第一电子装置。
尽管已经在确定包括与多个电器的电力消耗的时间变化相对应的基本负载曲线的聚合的总负载曲线的背景下描述了本发明，但是负载消耗的概念对应于能够以广泛的变量被测量并能够与流量相关联的任何物理现象。因此，只要所考虑的负载以全有或全无模式运行并且消耗遵循周期性模式，例如，在所考虑的负载受周期性调节时，本发明可以应用于其他类型的消耗的能量，诸如，气体、水、电子或光子。
1.一种用于平滑总负载曲线的方法，所述总负载曲线包括由用于管理和/或监视负载消耗的系统获得的多个基本负载曲线的聚合，每个基本负载曲线与周期性调节的负载i的消耗的时间变化相对应，所述方法包括以下步骤：
-确定与相应的负载i相关联的调节周期di；
-通过以采样周期tech获得多个测量出的消耗采样来确定并存储每个基本负载曲线，其中，所述采样周期tech是每个调节周期di的约数；
-从所有负载共同的参考时间t0开始，将每个负载i的运行或每个存储的基本负载曲线的至少一部分时移随机位移δti，所述随机位移δti取决于所述采样周期tech、针对负载i确定的调节周期di以及与负载i相关联的随机整数值ni。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，将每个负载i的运行时移的步骤包括：从所有负载共同的所述参考时间t0开始，对每个负载i连续地施加用于停止负载i的运行的命令和随后的用于重启负载i的运行的命令。
3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，在由以下关系式给出的随机重启时间施加所述用于重启负载i的运行的命令：
其中，
并且，在大于或等于所有负载共同的所述参考时间t0并且小于所述随机重启时间
4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，在所述参考时间t0将所述用于停止负载i的运行的命令施加于所有负载。
5.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，在所有负载共同的所述参考时间t0与所述随机重启时间
6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，在使得所述随机位移δti对于具有相同的调节周期di的任何负载均相同的所选时间施加所述用于停止负载i的运行的命令。
7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所述随机位移δti被设置为等于所述采样周期tech。
8.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，将每个存储的基本负载曲线的一部分时移的步骤包括：选择每个曲线的所述部分，并将所述所选部分时移，以使所述所选部分的起点与比对于所有负载均相同的第一时间更晚的第二时间一致，其中，所述所选部分包括从所述第一时间开始获得的测量出的采样。
9.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，将每个存储的基本负载曲线的一部分时移的步骤包括：确定模拟停止的第一时间和所述第一时间之后的模拟重启的第二时间，其中，对每个曲线的所述部分的选择包括在与所述参考时间相对应的第三时间之后加上与负载的调节周期相对应的值而获得的测量出的采样，将所述所选部分移位以使所述所选部分的起点与所述第二时间一致，并消除位于所述第一时间和所述第二时间之间的曲线部分。
10.根据权利要求8或9所述的方法，其特征在于，所述第二时间是由以下关系式给出的随机时间：
其中，
并且，所述第一时间被选为大于或等于所有负载共同的所述参考时间t0并小于所述第二时间。
11.根据以上权利要求中任一权利要求所述的方法，其特征在于，通过基于相关联的负载曲线估计与负载i相关联的调节周期di，或者通过将所述调节周期设置为预设值，来确定所述调节周期di。
12.根据以上权利要求中任一权利要求所述的方法，其特征在于，所述随机整数值ni是大于或等于0并且小于或等于
13.一种用于管理和/或监视负载消耗的系统，所述系统能够确定包括多个基本负载曲线的聚合的总负载曲线，每个基本负载曲线与周期性调节的负载i的消耗的时间变化相对应，所述系统包括能够通过应用以下步骤来平滑所述负载曲线的装置：
-确定与相应的负载i相关联的调节周期di；
-通过以采样周期tech获得多个测量出的消耗采样来确定并存储每个基本负载曲线，其中，所述采样周期tech是每个调节周期di的约数；
-从所有负载共同的参考时间t0开始，将每个负载i的运行或每个存储的基本负载曲线的至少一部分时移随机位移δti，所述随机位移δti取决于所述采样周期tech、针对负载i确定的调节周期di以及与负载i相关联的随机整数值ni。
14.根据权利要求13所述的系统，其能够管理和/或监视包括位于多个消费者的家庭中并连接到配电网的家用电器的负载的电能消耗。
15.根据权利要求14所述的系统，其特征在于，所述系统在每个消费者(11、...1i、...1n)的家庭中，首先具有：至少一个第一电子装置(31、...3i、...3n)和至少一个第二电子通信装置(41、...4i、...4n)，所述至少一个第一电子装置(31、...3i、...3n)能够测量与其连接的至少一个电器
16.根据权利要求15所述的系统，其特征在于，所述第一装置和所述第二装置被集成到单个壳体中。
技术总结