BRPI0720002A2 - Sistema de agregação de energia para recursos elétricos distribuídos - Google Patents

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BRPI0720002A2
BRPI0720002A2 BRPI0720002-1A BRPI0720002A BRPI0720002A2 BR PI0720002 A2 BRPI0720002 A2 BR PI0720002A2 BR PI0720002 A BRPI0720002 A BR PI0720002A BR PI0720002 A2 BRPI0720002 A2 BR PI0720002A2
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BR
Brazil
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electrical
resource
energy
service
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BRPI0720002-1A
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David L Kaplan
Seth W Bridges
Seth B Pollack
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V2Green Inc
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Relatório Descritivo da Patente de Invenção para "SISTEMA DE AGREGAÇÃO DE ENERGIA PARA RECURSOS ELÉTRICOS DISTRIBUÍ- DOS".
PEDIDOS RELACIONADOS
Esse pedido reivindica prioridade para o pedido de patente pro- visório US N0 60/869.439 para Bridges et al., intitulado, "A Distributed Energy Storage management System", depositado em 11 de dezembro de 2006, e aqui incorporado a título de referência; pedido de patente provisório US N0 60/915.347 para Bridges et al., intitulado, "Plug-in-Vehicle Management Sys- tem", depositado em 1 de maio de 2007 e aqui incorporado a título de refe- rência; e o pedido de patente US N0 11/836.747 para Bridges et al., intitula- do, "Power Aggregation System for Distributed Electric Resources", deposi- tado em 9 de agosto de 2007, e aqui incorporado a título de referência. ANTECEDENTES
Os sistemas de transporte, com sua alta dependência de com- bustíveis fósseis, são especialmente intensivos em carbono. Ou seja, as u- nidades físicas de trabalho realizado no sistema de transporte tipicamente descarregam uma quantidade significantemente maior de CO2 na atmosfera do que as mesmas unidades de trabalho executado eletricamente.
A rede de energia elétrica contém instalação inerente limitada para armazenar energia elétrica. A eletricidade deve ser gerada constante- mente para satisfazer uma demanda incerta, que muitas vezes resulta em supergeração (e por isso energia desperdiçada) e algumas vezes resulta em sub-geração (e, por conseguinte, falhas de energia).
Os recursos elétricos distribuídos, em massa podem, em princí- pio, fornecer um recurso significante para abordar os problemas acima. No entanto, a infraestrutura de serviços de energia atual necessita provisão e flexibilidade que são exigidas para agregar um grande número de recursos em pequena escala (por exemplo, baterias para veículos elétricos) para sa- tisfazer necessidades em media e grande escala de serviços de energia. Uma única bateria de veículo é insignificante quando comparada com as necessidades da rede de energia. O que é necessário é uma maneira de coordenar vastos números de baterias para veículos elétricos, a medida que os veículos elétricos se tornam mais populares e prevalentes.
As interfaces elétricas e de comunicação de nível baixo para permitir carga e descarga de veículos elétricos com respeito à rede, são 5 descritas na patente US N0 5.642.270 para Green et al., Green et al., intitu- lada "Battery Powered Electric Vehicle and Electrical supply System", aqui incorporada a título de referência. A referência de Green descreve um siste- ma de carga e comunicação bidirecional para veículos elétricos conectados a rede, mas não aborda as exigências de processamento de informação de 10 lidar com grandes populações móveis de veículos elétricos, as complexida- des de faturamento (ou compensação) dos proprietários do veículo, nem com as complexidades de montar pools móveis de veículos elétricos em re- cursos de energia agregados robustos o bastante para suportar contratos de serviço de energia de empresa com operadoras da rede.
BREVE DESCRIÇÃO DOS DESENHOS
A figura 1 é um diagrama de um sistema de agregação de ener- gia exemplar.
A figura 2 é um diagrama de conexões exemplares entre um ve- ículo elétrico, a rede de energia, e a Internet.
A figura 3 é um diagrama em bloco de conexões exemplares
entre um recurso elétrico e um servidor de controle de fluxo do sistema de agregação de energia.
A figura 4 é um diagrama de um Ieiaute exemplar do sistema de agregação de energia.
A figura 5 é um diagrama de áreas de controle exemplares no
sistema de agregação de energia.
A figura 6 é um diagrama de centros de controle de fluxo múlti- plos no sistema de agregação de energia.
A figura 7 é um diagrama em bloco de um servidor de controle de fluxo exemplar.
A figura 8 é um diagrama em bloco de um módulo de fluxo líqui- do de energia inteligente remoto exemplar. A figura 9 é um diagrama de uma primeira técnica exemplar para
i
localizar um local de conexão de um recurso elétrico em uma rede de ener- gia.
A figura 10 é um diagrama de uma segunda técnica exemplar para localizar um local de conexão de um recurso elétrico na rede de energi- a.
A figura 11 é um diagrama de uma terceira técnica exemplar pa- ra localizar um local de conexão de um recurso elétrico na rede de energia.
A figura 12 é um diagrama de uma quarta técnica exemplar para localizar um local de conexão de um recurso elétrico na rede parcialmente interligada.
A figura 13 é um diagrama de medidas de segurança exempla- res em uma implementação de veículo para casa do sistema de agregação de energia.
A figura 14 é um diagrama de medidas de segurança exempla-
res quando fontes elétricas múltiplas fluem energia para uma casa no siste- ma de agregação de energia.
A figura 15 é um diagrama de bloco de um disjuntor inteligente exemplar do sistema de agregação de energia.
A figura 16 é um diagrama de fluxo de um método exemplar de
agregação de energia.
A figura 17 é um diagrama de fluxo de um método exemplar de comunicativamente controlar um recurso elétrico de agregação de energia.
A figura 18 é um diagrama de fluxo de um método exemplar de medição de energia bidirecional de um recurso elétrico.
A figura 19 é um diagrama de fluxo de um método exemplar de determinar um local de rede elétrica de um recurso elétrico.
A figura 20 é um diagrama de fluxo de um método exemplar de programar agregação de energia.
A figura 21 é um diagrama de fluxo de um método exemplar de
isolamento inteligente.
A figura 22 é diagrama de fluxo de um método exemplar de es- tender uma interface de usuário para agregação de energia.
A figura 23 é um diagrama de fluxo de um método exemplar de adquirir e manter os proprietários de veículo elétrico em um sistema de a- gregação de energia.
5 DESCRIÇÃO DETALHADA Síntese
É descrito aqui um sistema de agregação de energia para recur- sos elétricos distribuídos, e métodos associados. Em uma implementação, o sistema exemplar se comunica através da Internet e/ou algumas outras re- 10 des públicas ou privadas com numerosos recursos elétricos individuais co- nectados a uma rede de energia (daqui por diante, "rede"). Através de co- municação, o sistema exemplar pode dinamicamente agregar esses recur- sos elétricos para fornecer serviços de energia a operadoras da rede (por exemplo, empresas concessionárias, Operadores de Sistema Independente 15 (ISO), etc.). Os "serviços de energia" como usados aqui, referem-se à distri- buição de energia bem como outros serviços auxíliares incluindo resposta de demanda, regulamentação, reservas de giratórias, reservas não giratórias, desequilíbrio de energia, e produtos similares. "Agregação" como usado aqui refere-se a habilidade para controlar os fluxos de energia para dentro e para 20 fora de um conjunto de recursos elétricos espacialmente distribuídos com o propósito de fornecer um serviço de energia de magnitude maior. "Operador de rede de energia" como usado aqui, refere-se à entidade que é responsá- vel por manter a operação e a estabilidade da rede de energia dentro ou a- través de uma área de controle elétrico. O operador da rede de energia pode 25 constituir alguma combinação de processos manual/humano, a- ção/intervenção e automatizados controlando sinais de geração em resposta aos sensores do sistema. Um "operador de área de controle" é um exemplo de uma operadora de rede de energia. "Área de controle" como usado aqui, refere-se a uma porção contida da rede elétrica com portas de entrada e de 30 saída definidas. O fluxo líquido de energia na rede nessa área deve igualar (dentro de uma tolerância de erro) a soma do consumo de energia dentro da área e o fluxo de energia de saída a partir da área. "Rede de energia" como usado aqui significa um sistema de dis- tribuição de energia/rede que conecta os produtores de energia com os con- sumidores de energia. A rede pode incluir geradores, transformadores, inter- conectores, estações de comutação, subestações, alimentadores, e equipa- 5 mento de segurança como parte de tanto/ambos o sistema de transmissão (isto é, energia de grande quantidade) quanto o sistema de distribuição (isto é, energia de varejo). O sistema de agregação de energia exemplar é verti- calmente escalável para uso com uma vizinhança, uma cidade, um setor, uma área de controle, ou (por exemplo) um dos oito Interconectores de 10 grande escala no Conselho de Confiabilidade Elétrica Norte Americano (NERC). Além disso, o sistema exemplar é horizontalmente escalável para uso no fornecimento de serviços de energia para múltiplas áreas de rede simultaneamente.
"Condições de rede", como usado aqui, significa a necessidade 15 por mais ou menos energia fluindo para dentro ou para fora de uma seção da rede de energia elétrica, em uma resposta para um de um número de condições, por exemplo, mudanças de suprimento, mudanças de demanda, contingências e falhas, eventos de inclinação, etc. Essas condições de rede tipicamente se manifestam como eventos de qualidade de energia tais como 20 eventos de sub- ou de supertensão e eventos de sub- ou de super- frequência.
"Eventos de qualidade de energia", como usado aqui tipicamente refere-se a manifestações de instabilidade de rede de energia incluindo des- vios de tensão e desvios de frequência; adicionalmente, eventos de qualida- 25 de de energia como usado aqui também inclui outros distúrbios na qualidade da energia distribuída pela rede de energia tal como pulsos de tensão de subciclo e harmônicos.
"Recurso elétrico" como usado aqui tipicamente refere-se a enti- dades elétricas que podem ser comandadas para fazer alguma dessas três coisas: obter energia (atuar como carga), fornecer energia (atuar como gera- ção ou fonte de energia), e armazenar energia. Os exemplos podem incluir sistemas de bateria/carga/inversor para veículos elétricos ou híbridos, repo- sitórios de baterias de veículo elétrico usados, mas aproveitáveis, armaze- nagem de energia fixada, geradores de célula combustível, geradores de emergência, cargas controláveis, etc.
"Veículo elétrico" é usado amplamente aqui em referência a veí- 5 culos elétricos puros e elétricos híbridos, tal como veículos elétricos híbridos "plug-in" (PHEVs), especialmente veículos que têm significante capacidade de armazenagem de bateria e que se conectam à rede de energia para re- carregar a bateria. Mais especificamente, veículo elétrico significa um veícu- lo que adquire alguma ou toda da sua energia para movimento e outros pro- 10 pósitos a partir da rede de energia. Além do mais, um veículo elétrico tem um sistema de armazenagem de energia, que pode consistir em baterias, capacitores, etc., ou alguma combinação deles. Um veículo elétrico pode ou não pode ter a capacidade de fornecer energia de volta para a rede elétrica.
Os "sistemas de armazenagem de energia" de veículo elétrico (baterias, supercapacitores, e/ou outros dispositivos de armazenagem de energia) são usados aqui como um exemplo representativo de recursos elé- tricos intermitentemente ou permanentemente conectados à rede que podem ter entrada e saída dinâmica de energia. Tais baterias podem funcionar co- mo uma fonte de energia ou uma carga. Uma coleção de baterias de veículo elétrico agregadas pode se tornar um recurso estatisticamente estável atra- vés de numerosas baterias, apesar de tendências de conexão periódica re- conhecível (por exemplo, um aumento no número total de veículos conecta- dos à rede de noite; uma redução no número coletivo de baterias conecta- das conforme a permuta da manhã começa, etc.). Através de vastos núme- ros de baterias de veículo elétrico, as tendências de conexão são prognosti- cáveis e tais baterias se tornam um recurso estável e confiável para recorrer, a rede ou uma parte da rede (tal como a casa de uma pessoa em um ble- caute) deve experimentar uma necessidade de aumento ou diminuição de energia. A coleta de dados e armazenagem também possibilita que o siste- ma de agregação de energia prognostique o comportamento da conexão em uma base por usuário.
Sistema Exemplar A figura 1 mostra um sistema de agregação de energia exemplar 100. Um centro de controle de fluxo 102 é comunicativamente acoplado com uma rede, tal como uma mistura de pública/privada que inclui a Internet 104, e inclui um ou mais servidores 106 fornecendo um serviço de agregação de 5 energia centralizado. A "Internet" 104 será usada aqui como representativa de muitos tipos diferentes de misturas de redes comunicativas e misturas de rede. Via uma rede, tal como a Internet 104, o centro de controle de fluxo 102 mantém comunicação 108 com operadoras da rede(s) de energia, e de comunicação 110 com recursos remotos, isto é, comunicação com recursos 10 elétricos periféricos 112 (nós/dispositivos de uma rede de energia de "extre- midade" ou de "terminal") que são conectados à rede de energia 114. Em uma implementação, comunicadores de linha de transmissão de energia (PLCs), tais como aqueles que incluem ou consistem em pontes Ethernet através de linha de transmissão de energia 120 são implementados em Ιο- ί 5 cais de conexão de modo que o "últimos quilômetro" (nesse caso, últimos metros- por exemplo, em uma residência 124) de comunicação da Internet com recursos remotos é implementado pelo mesmo fio que conecta cada recurso elétrico 112 à rede de energia 114. Por conseguinte, cada local físi- co de cada recurso elétrico 112 pode ser associado com uma ponte de linha 20 de transmissão de energia através da Ethernet 120 correspondente (daqui por diante, "ponte") em ou próximo ao mesmo local como o recurso elétrico 112. Cada ponte 120 é tipicamente conectada a um ponto de acesso na In- ternet de um proprietário do local; como será descrito em maiores detalhes abaixo. O meio de comunicação de centro de controle de fluxo 102 para o 25 local de conexão, tal como uma residência 124, pode obter muitas formas, tais como modem de cabo, DSL, satélite, fibra, WiMax1 etc. Em uma varia- ção, os recursos elétricos 112 podem conectar com a Internet por um meio diferente do mesmo fio de energia que os conecta à rede de energia 114. Por exemplo, um recurso elétrico 112 dado pode ter sua própria capacidade 30 sem fio para conectar diretamente com a Internet 104 e, desse modo, com o centro de controle de fluxo 102.
Os recursos elétricos 112 do sistema de agreqação de energia 100 exemplar podem incluir as baterias de veículos elétricos conectadas à rede de energia 114 em residências 124, áreas de estacionamento 126, etc.; as baterias em um repositório 128, geradores de célula combustível, barra- gens privadas, plantas de energia convencionais, e outros recursos que pro- duzem eletricidade e/ou armazenam eletricidade fisicamente ou eletricamen- te.
Em uma implementação, cada recurso elétrico 112 participante ou grupo de recursos locais tem um módulo de fluxo líquido de energia inte- ligente (IPF) remoto correspondente 134 (daqui por diante, "módulo IPF re- moto" 134). O centro de controle de fluxo 102 centralizado administra o sis- tema de agregação de energia 100 por comunicação com os módulos IPF remotos 134 distribuído perifericamente entre os recursos elétricos 112. Os módulos IPF remotos 134 executam diversas funções diferentes, incluindo prover o centro de controle de fluxo 102 com os estados de recursos remo- tos; controlar a quantidade, direção e sincronização de energia sendo trans- ferida para dentro ou para fora de um recurso elétrico 112 remoto; fornecer medição de energia que está sendo transferida para dentro ou para fora de um recurso elétrico 112 remoto; fornecer medidas de segurança durante a transferência de energia e mudanças de condições na rede de energia 114; atividades de informação; e fornecer controle autocontido de transferência de energia e medidas de segurança quando a comunicação com o centro de controle de fluxo 102 for interrompida. Os módulos IPF remotos 134 serão descritos em maiores detalhes abaixo.
A figura 2 mostra uma outra vista de conexões elétricas e comu- nicativas exemplares para um recurso elétrico 112. Nesse exemplo, um veí- culo elétrico 200 inclui um banco de bateria 202 e um módulo IPF remoto 134 exemplar. O veículo elétrico 200 pode se conectar a um receptáculo da parede convencional (tomada da parede) 204 de uma residência 124, o re- ceptáculo da parede 204 representando a borda periférica da rede de ener- gia 114 conectada via uma linha de transmissão de energia residencial 206.
Em uma implementação, fio de energia 208 entre o veículo elé- trico 200 e a receptáculo da parede 204 pode ser composto somente de fio I
convencional e isolamento para conduzir energia de corrente alternada (CA)
t
para e a partir do veículo elétrico 200. Na figura 2, um módulo de conexão da localidade 210, específico de localização executa a função de ponto de acesso à rede - nesse caso, o ponto de acesso à Internet. Uma ponte 120 se 5 interpõe entre o receptáculo 204 e o ponto de acesso à rede de modo que o fio de energia 208 pode também carregar comunicações de rede entre o veí- culo elétrico 200 e o receptáculo 204. Com tal ponte 120 e módulo de cone- xão da localidade 210 no lugar em um local de conexão, nenhum outro fio especial ou meio físico é necessário para se comunicar com o módulo IPF 10 remoto 134 do veículo elétrico 200, diferente de um fio de energia 208 con- vencional para fornecer corrente de linha residencial em tensão convencio- nal. A montante do módulo de conexão da localidade 210, a energia e a co- municação com o veículo elétrico 200 são solucionadas na linha de trans- missão de energia 206 em um cabo de Internet 104.
Alternativamente, o fio de energia 208 pode incluir característi-
cas de segurança não encontradas em fios de energia e de extensão con- vencionais. Por exemplo, um plugue elétrico 212 do fio de energia 208 pode incluir componentes de proteção elétrica e/ou mecânica para impedir o mó- dulo IPF remoto 134 de eletrificar ou expor os condutores machos do fio de energia 208 quando os condutores estão expostos a um usuário humano.
A figura 3 mostra uma outra implementação do módulo de cone- xão da localidade 210 da figura 2, em maiores detalhes. Na figura 3, um re- curso elétrico 112 tem um módulo IPF remoto 134 associado, incluindo uma ponte 120. O fio de energia 208 conecta o recurso elétrico 112 à rede de 25 energia 114 e também ao módulo de conexão da localidade 210 de modo a se comunicar com o servidor de controle de fluxo 106.
O módulo de conexão da localidade 210 inclui um outro caso de uma ponte 120', conectada a um ponto de acesso de rede 302, que pode incluir tais componentes como um roteador, comutador, e/ou modem, para 30 estabelecer uma conexão através de fios ou sem fio com, nesse caso a In- ternet 104. Em uma implementação, o fio de energia 208 entre as duas pon- tes 120 e 120' é substituído por uma ligação de Internet sem fio, tal como um transceptor sem fio no módulo IPF remoío 134 e um roteador sem fio no mó- dulo de conexão da localidade 210.
Leiautes de Sistema Exemplar
A figura 4 mostra um Ieiaute exemplar 400 do sistema de agre- 5 gação de energia 100. O centro de controle de fluxo 102 pode ser conectado a muitas entidades diferentes, por exemplo, via a Internet 104, para comuni- car e receber informação. O Ieiaute exemplar 400 inclui recursos elétricos 112, tais como os veículos elétricos "plug-in" 200, fisicamente conectados à rede dentro de uma única área de controle 402. Os recursos elétricos 112 se 10 tornam um recurso de energia para operadoras da rede 404 utilizarem.
O Ieiaute exemplar 400 também inclui usuários finais 406 classi- ficados em proprietários de recursos elétricos 408 e proprietários de local de conexão elétrica 410, quem pode ou não pode ser um e os mesmos. De fato, os acionistas em um sistema de agregação de energia 100 exemplar inclu- 15 em a operadora de sistema no centro de controle de fluxo 102, o operadora da rede 404, o proprietário do recurso 408, e o proprietário do local 410 em que o recurso elétrico 112 está conectado à rede de energia 114.
Os proprietários de local de conexão elétrica 410 podem incluir:
• Áreas de aluguel de carro - as companhias de aluguel de carro muitas vezes têm uma grande porção da sua frota estacionada na área. Eles
podem adquirir as frotas de veículos elétricos 200 e, participar em um siste- ma de agregação de energia 100, gerar rendimento a partir da frota ociosa de veículos.
• Áreas de estacionamento público - os proprietários de área de estacionamento podem participar no sistema de agregação de energia 100
para gerar rendimento a partir dos veículos elétricos estacionados 200. Aos proprietários de veículo pode ser oferecido estacionamento grátis, ou incen- tivos adicionais, em troca por fornecer serviços de energia.
• Estacionamento no local de trabalho - os empregadores podem participar de um sistema de agregação de energia 100 para gerar rendimen- to a partir dos veículos elétricos 200 dos empregados estacionados. Aos empregados podem ser oferecidos incentivos em troca por fornecer serviços de energia.
• Residências - uma garagem de casa pode meramente ser e- quipada com um módulo de conexão da localidade 210 para possibilitar ao proprietário da casa participar no sistema de agregação de energia 100 e
gerar rendimento a partir de um carro estacionado. Também, a bateria do veículo 202 e os eletrônicos de energia associados dentro do veículo podem fornecer backup de energia local, durante momentos de pico de carga ou interrupções de energia.
• Vizinhança residencial - os vizinhos podem participar em um sistema de agregação de energia 100 e serem equipados com dispositivos
de distribuição de energia (desenvolvido, por exemplo, por grupos de coope- rativa com o proprietário da casa) que gera rendimento a partir dos veículos elétricos estacionados 200.
• As operações de rede 116 da figura 4 coletivamente incluem interações com mercados de energia 412, as interações de operadoras da
rede 404, e as interações de controladores automatizados de rede 118 que executam controle físico automático da rede de energia 114.
O centro de controle de fluxo 102 pode também ser acoplado com fontes de informação 414 para recepção de relatórios sobre o tempo, 20 eventos, informações de preço, etc., coletivamente chamadas de informação adquirida. Outras fontes de dados 414 incluem os acionistas do sistema, ba- ses de dados públicas, e dados históricos do sistema, que podem ser usa- dos para otimizar a performance do sistema e satisfazer restrições no siste- ma de agregação de energia 100 exemplar.
Por conseguinte, um sistema de agregação de energia 100 e-
xemplar pode consistir em componentes que:
• se comunicam com os recursos elétricos 112 para reunir dados e atuar carregando/descarregando os recursos elétricos 112;
• reunir preços de energia em tempo real;
· reunir estatísticas de recurso em tempo real;
• prognosticar o comportamento de recursos elétricos 112 (se- qüência, localização, estado (tal como estado de carga da bateria) no mo- mento de conectar/desconectar);
• prognosticar o comportamento da rede de energia 114/carga.
• cifrar comunicações para privacidade e segurança de dados;
• acionar carregamento dos veículos elétricos 200 para otimizar alguma(s) figura(s) de mérito;
• oferecer diretrizes ou garantias em torno da disponibilidade da carga por vários pontos no futuro, etc.;
Esses componentes podem estar operando em um recurso de computação único (computador, etc.), ou em um conjunto distribuído de re- cursos (tanto fisicamente colocalizado quanto não).
Os sistemas de IPF exemplares em tal Ieiaute 400 podem forne- cer muitos benefícios: por exemplo, serviços auxiliares com custo inferior (isto é, serviços de energia), controle de granulação fina (tanto temporaria- mente quanto espacialmente) sobre a programação do recurso, níveis de 15 confiabilidade e de serviço garantidos, níveis de serviço aumentados via programação de recurso inteligente, estabilidade de fontes de geração in- termitente tal como geração de energia eólica e solar.
O sistema de agregação de energia 100 exemplar possibilita a uma operadora de rede 404 controlar os recursos elétricos 112 agregados 20 conectados à rede de energia 114. Um recurso elétrico 112 pode atuar como uma fonte de energia, carga, ou armazenagem, e o recurso 112 pode exibir combinações dessas propriedades. O controle de um recurso elétrico 112 é a habilidade para a acionar o consumo de energia, geração, ou armazena- gem de energia de um agregado desses recursos elétricos 112.
A figura 5 mostra a função de múltiplas áreas de controle 402 no
sistema de agregação de energia 100 exemplar. Cada recurso elétrico 112 pode ser conectado ao sistema de agregação de energia 100 dentro de uma área de controle elétrico específica. Um único exemplo do centro de controle de fluxo 102 pode administrar recursos elétricos 112 de múltiplas áreas de 30 controle distintas 501 (por exemplo, áreas de controle 502, 504 e 506). Em uma implementação, essa funcionalidade é alcançada através de logicamen- te separar os recursos dentro do sistema de aqreqação de energia 100. Por exemplo, quando as áreas de controle 402 incluem um número arbitrário de áreas de controle, a área de controle "A" 502, a área de controle "B" 504, ..., área de controle "n" 506, então as operações de rede 116 podem incluir ope- radoras de área de controle correspondentes 508, 510, ..., e 512. Uma divi- 5 são adicional em uma hierarquia de controle que inclui grupamentos de divi- são de controle acima e abaixo das áreas de controle 402 ilustradas permite ao sistema de agregação de energia 100 escalar para as grades de energia 114 de diferentes magnitudes e/ou variar números de recursos elétricos 112 conectados com uma rede de energia 114.
A figura 6 mostra um Ieiaute exemplar 600 de um sistema de
agregação de energia 100 exemplar que usa múltiplos centros de controle de fluxo 102 e 102'. Cada centro de controle de fluxo 102 e 102' tem seus próprios usuários finais respectivos 406 e 406'. As áreas de controle 402 a serem administradas por cada exemplo específico de um centro de controle 15 de fluxo 102 podem ser designadas dinamicamente. Por exemplo, um pri- meiro centro de controle de fluxo 102 pode administrar a área de controle A 502 e a área de controle B 504, enquanto um segundo centro de controle de fluxo 102' administra a área de controle n 506. Do mesmo modo, os opera- dores da área de controle correspondente (508, 510 e 512) são servidos pe- 20 Io menos centro de controle de fluxo 102 que serve suas áreas de controle diferentes respectivas.
Servidor de Controle de Fluxo Exemplar
A figura 7 mostra um servidor exemplar 106 do centro de contro- le de fluxo 102. A implementação ilustrada na figura 7 é somente um exem- 25 pio de configuração, para propósitos descritivos. Muitos outros arranjos dos componentes ilustrados ou mesmo de diferentes componentes que constitu- em um servidor exemplar 106 do centro de controle de fluxo 102 são possí- veis dentro do escopo da matéria objeto. Tal servidor exemplar 106 e o cen- tro de controle de fluxo 102 podem ser executados em hardware, software, 30 ou combinações de hardware, software, firmware, etc.
O servidor de controle de fluxo exemplar 106 inclui um adminis- trador de conexão 702 para se comunicar com os recursos elétricos 112, um mecanismo de prognóstico 704 que pode incluir um mecanismo de aprendi- zado 706 e um mecanismo de estatísticas 708, um otimizador de restrição 710, e um administrador de interação de rede 712 para receber sinais de controle da rede 714. Os sinais de controle da rede 714 podem incluir sinais de controle de geração, tal como sinais de controle automatizado de geração (AGC). O servidor de controle de fluxo 106 pode ainda incluir uma base de dados/depósito de informações 716, um servidor da web 718 para apresen- tar uma interface de usuário aos proprietários de recursos elétricos 408, ope- radoras da rede 404, e proprietários de local de conexão elétrica 410; um administrador de contrato 720 para negociar os termos do contrato com mercados de energia 412, e um mecanismo de aquisição de informação 414 para rastrear o tempo, novos eventos relevantes, etc., e baixar informação de bases de dados públicas e privadas 722 para prognosticar o comporta- mento de grandes grupos dos recursos elétricos 112, monitorar preços de energia, negociar contratos, etc.
Operação de um Servidor de Controle de Fluxo Exemplar
O administrador de conexão 702 mantém um canal de comuni- cações com cada recurso elétrico 112 que é conectado ao sistema de agre- gação de energia 100. Isto é, o administrador de conexão 702 permite que 20 cada recurso elétrico 112 conecte e se comunique, por exemplo, usando o Protocolo da Internet (IP) se a rede é a Internet 104. Em outras palavras, os recursos elétricos 112 chamam a casa. Isto é, em uma implementação eles sempre iniciam a conexão com o servidor 106. Essa faceta possibilita que os módulos IPF exemplares 134 lidem com problemas com firewalls, endere- 25 çamento de IP, confiabilidade, etc.
Por exemplo, quando um recurso elétrico 112, tal como um veí- culo elétrico 200 se conecta em casa 124, o módulo IPF 134 pode se conec- tar ao roteador da casa via a conexão de linha de transmissão de energia. O roteador irá designar ao veículo 20 um endereço (DHCP), e o veículo 200 30 pode se conectar ao servidor 106 (nenhum buraco no firewall é necessário dessa direção).
Se a conexão é terminada por qualquer razão (incluindo casos I
de interrupções do servidor), então o módulo IPF 134 sabe chamar a casa outra vez e conectar o próximo recurso de servidor disponível.
O administrador de interação de rede 712 recebe e interpreta sinais da interface do controlador automatizado de rede 118 de um operador de rede 404. Em uma implementação, o administrador de interação de rede 712 também gera sinais para transferir aos controladores automatizados de rede 118. O escopo dos sinais a serem transferidos depende de acordos ou contratos entre as operadoras da rede 404 e o sistema de agregação de e- nergia 100 exemplar. Em uma situação o administrador de interação de rede 712 transfere informação sobre a disponibilidade de recursos elétricos 112 agregados para receber energia da rede 114 ou suprir energia para a rede 114. Em uma outra variação, um contrato pode permitir que o administrador de interação de rede 712 transfira sinais de controle ao controlador automa- tizado de rede 118 - para controlar a rede de energia 114, submeter às res- trições incorporadas do controlador automatizado de rede 118 e submeter ao escopo de controle permitido pelo contrato.
A base de dados 716 pode armazenar todos os dados relevan- tes para o sistema de agregação de energia 100 incluindo registros de re- curso elétrico, por exemplo, para os veículos elétricos 200, informação de conexão elétrica, dados de medição de energia por veículo, as preferências do proprietário do recurso, informação de conta, etc.
O servidor da web 718 fornece uma interface de usuário aos a- cionistas do sistema, como descrito acima. Tal interface de usuário serve primeiramente como um mecanismo para transportar informação aos usuá- 25 rios, mas em alguns casos, a interface de usuário serve para adquirir dados, tais como preferências, dos usuários. Em uma implementação, o servidor da web 718 pode também iniciar contato com proprietários de recurso elétrico 408 participantes para anunciar ofertas para trocar energia elétrica.
O administrador de negociação/contrato 720 interage com as operadoras da rede 404 e seus mercados de energia associados 412 para determinar a disponibilidade do sistema, determinação de preço, níveis de serviço, etc. O mecanismo de aquisição de informação 414 se comunica com as bases de dados públicas e privadas 722, como mencionado acima, para reunir dados que são relevantes para a operação do sistema de agregação de energia 100.
5 O mecanismo de prognóstico 704 pode usar dados do depósito
de dados 716 para fazer prognósticos sobre o comportamento do recurso elétrico, tal como quando os recursos elétricos 112 irão conectar e desco- nectar, disponibilidade de recurso elétrico global, carga de sistema elétrico, preços de energia em tempo real, etc. Os prognósticos possibilitam que o 10 sistema de agregação de energia 100 utilize mais completamente os recur- sos elétricos 112 conectados à rede de energia 114. O mecanismo de a- prendizado 706 pode rastrear, registrar e processar o comportamento do recurso elétrico real, por exemplo, através de aprender o comportamento de uma amostra ou seção transversal de uma grande população de recursos 15 elétricos 112. O mecanismo de estatísticas 708 pode aplicar várias técnicas probabilísticas para o comportamento do recurso para perceber tendências e fazer prognósticos.
Em uma implementação, o mecanismo de prognóstico 704 exe- cuta prognósticos via filtragem colaborativa. O mecanismo de prognóstico 20 704 pode também executar prognósticos por usuário de um ou mais parâme- tros, incluindo, por exemplo, tempo de conexão, duração de conexão, estado da carga no momento da conexão e localização da conexão. De modo a e- xecutar prognóstico por usuário, o mecanismo de prognóstico 704 pode pu- xar por informações, tais como dados históricos, tempo de conexão (dia da 25 semana, semana do mês, mês do ano, férias, etc.), estado da carga em co- nexão, local da conexão, etc. Em uma implementação, um prognóstico de séries de tempo pode ser computado via uma rede neutra recorrente, uma rede Bayesiana dinâmica, ou outro modelo gráfico direto.
Em uma situação, para um usuário desconectado da rede 114, o mecanismo de prognóstico 704 pode prognosticar o tempo da próxima cone- xão, o estado da carga no momento da conexão, o local da conexão (e pode designar uma probabilidade/indício). Uma vez que o recurso 112 foi conec- I
tado, o tempo de conexão, estado da carga na conexão, e local de conexão, se tornam ainda entradas para refinamentos dos prognósticos da duração da conexão. Esses prognósticos ajudam a guiar prognósticos de disponibilidade total do sistema bem como para determinar uma função de custo mais preci- 5 so para alocação do recurso.
A construção de um modelo de prognóstico parametrizado para cada usuário único não é sempre escalável no tempo ou espaço. Por isso, em uma implementação, em vez do uso de um modelo para cada usuário no sistema 100, o mecanismo de prognóstico 704 constrói um conjunto reduzi- do de modelos onde cada modelo no conjunto reduzido é usado para prog- nosticar o comportamento de muitos usuários. Para decidir como agrupar usuários similares para criação e designação do modelo, o sistema 100 pode identificar características de cada usuário, tais como número de únicas co- nexões/desconexões por dia, o(s) tempo(s) de conexão típico(s), duração média da conexão, média do estado de carga e tempo de conexão, etc., e pode criar grupos de usuários em qualquer um espaço característico com- pleto ou em espaço característico reduzido que é computado via um algorit- mo de redução da dimensionalidade tal como Análise de Componentes Prin- cipais, Projeção Aleatória, etc. Uma vez que o mecanismo de predição 704 tem usuários designados para um cluster, os dados coletivos de todos os usuários nesse grupo são usados para criar um modelo prognosticável que será usado para prognósticos de cada usuário no grupo. Em uma implemen- tação, o procedimento de designação do grupo é variado para otimizar o sis- tema 100 para velocidade (menos grupos), para precisão (mais grupos), ou alguma combinação das duas.
Essa técnica de grupamento exemplar tem múltiplos benefícios. Primeiro, ela possibilita um conjunto de modelos reduzido, e, desse modo parâmetros reduzidos de modelo, que reduz o tempo de computação para fazer prognósticos. Ela também reduz o espaço de armazenagem dos parâ- 30 metros do modelo. Segundo, identificando traços de personalidade (ou ca- racterísticas) de novos usuários para o sistema 100, esses novos usuários podem ser designados para um grupo existente de usuários com traços simi- lares, e o modelo do grupo, construído dos dados extensivos dos usuários existentes, pode fazer prognósticos mais precisos acerca do novo usuário mais rapidamente porque ele está alavancando a performance histórica de usuários similares. É claro que, com o tempo, os usuários individuais podem 5 mudar seus comportamentos e podem ser redesignados para novos grupos que se encaixam melhor ao seu comportamento.
O otimizador de restrição 710 combina informação do mecanis- mo de predição 704, do depósito de dados 716, e o administrador do contra- to 720 para gerar sinais de controle de recurso que irão satisfazer as restri- 10 ções do sistema. Por exemplo, o otimizador de restrição 710 pode sinalizar um veículo elétrico 200 para carregar seu banco de bateria 202 em uma taxa de carregamento certa e mais tarde descarregar o banco de bateria 202 para transferir energia para a rede de energia 114 em uma certa taxa de transfe- rência: as taxas de transferência de energia e as programações de sincroni- 15 zação das transferências de energia otimizadas para ajustar o comporta- mento de conectar e desconectar individual rastreado do particular veículo elétrico 200 e também otimizadas para ajustar um suprimento de energia diariamente e demandar "ciclo de respiração" da rede de energia 114.
Em uma implementação, o otimizador de restrição 710 desem- 20 penha um papel chave em converter sinais de controle de rede 714 ou fon- tes de informação 414 nos sinais de controle do veículo, mediado pelo admi- nistrador de conexão 702. O mapeamento de sinais de controle de rede 714 de uma operadora de rede 404 ou fontes de informação 414 em sinais de controle que são transferidos a cada recurso elétrico único 112 no sistema 25 100 é um exemplo de um problema de otimização de restrição específico.
Cada recurso 112 tem restrições associadas, tanto duras quanto brandas. Exemplos de restrições de recurso podem incluir: sensibilidade do proprietário ao preço, estado de carga do veículo (por exemplo, se o veículo 200 está completamente carregado, ele não pode participar do carregamen- 30 to na rede 114), a quantidade de tempo prognosticada até o recurso 112 desconectar do sistema 100, a sensibilidade do proprietário para rendimento versus estado de carga, os limites elétricos do recurso 114, as imposições de carregamento manua! pelos proprietários do recurso 408, etc. As restri- ções em um recurso particular 112 podem ser usadas para designar um cus- to para ativação de cada uma das ações particulares do recurso. Por exem- plo, um recurso cujo sistema de armazenagem 202 tem pouca energia ar- 5 mazenada nele terá um baixo custo associado com a operação de carrega- mento, mas um custo muito alto para a operação de geração. Um recurso completamente carregado 112 que é prognosticado para estar disponível por dez horas terá uma operação de geração de custo menor do que um recurso completamente carregado 112 que está prognosticado para ser desconecta- 10 do dentro dos próximos 15 minutos, representando a conseqüência negativa de distribuir um recurso menos do que cheio ao seu proprietário.
A seguir está um exemplo de situação de converter um sinal de geração 714 que compreende um nível de operação do sistema (por exem- plo, -10 megawatts para +10 megawatts, onde + representa carga, - repre- 15 senta geração) para um sinal de controle de veículo. Vale a pena perceber que porque o sistema 100 pode medir os fluxos líquidos de energia real em cada recurso 112, o nível de operação do sistema real é conhecido em todos os momentos.
Nesse exemplo, assumindo que o nível de operação do sistema inicial é de 0 megawatts, os recursos não são ativos (obtendo ou distribuindo energia da rede), e o nível de contrato do serviço de agregação negociado para a próxima hora é de ± 5 megawatts.
Nessa implementação, o sistema de agregação de energia 100 exemplar mantém três listas de recursos disponíveis 112. A primeira lista 25 contém recursos 112 que podem ser ativados para carregamento (carga) em ordem prioritária. Existe uma segunda lista dos recursos 112 ordenados por prioridade para descarregamento (geração). Cada um dos recursos 112 nessas listas (por exemplo, todos os recursos 112 podem ter uma posição em ambas as listas) tem um custo associado. A ordem prioritária das listas é 30 diretamente relacionada ao custo (isto é, as listas são classificadas de me- nor custo para maior custo). Designar os valores de custo para cada recurso 112 é importante porque ele possibilita a comparação de duas operações que alcançarem resultados similares com respeito à operação do sistema. Por exemplo, adicionar uma unidade de carregamento (carga, obtendo ener- gia a partir da rede) para o sistema é equivalente a remover uma unidade de geração. Para, executar qualquer operação que aumenta ou diminui a pro- 5 dução do sistema, podem existir múltiplas escolhas de ação e em uma im- plementação o sistema 100 seleciona a operação de custo mais baixo. A terceira lista de recursos 112 contém recursos com restrições duras. Por e- xemplo, os recursos cujos proprietários 408 impuseram ao sistema 100 for- çar o carregamento serão colocados na terceira lista de recursos estáticos.
No tempo "1", o nível de operação solicitado pela operadora da
rede muda para +2 megawatts. O sistema ativa o carregamento dos primei- ros recursos "n" da lista, onde "n" é o número de recursos cuja carga aditiva é prognosticada para igual a 2 megawatts. Depois dos recursos serem ativa- dos, o resultado das ativações é monitorado para determinar o resultado real 15 da ação. Se mais de 2 megawatts de carga estão ativos, o sistema irá inabili- tar o carregamento em ordem de prioridade reversa para manter a operação do sistema dentro da tolerância de erro especificado pelo contrato.
Do tempo "1" até o tempo "2", o nível de operação solicitado permanece constante em 2 megawatts. No entanto, o comportamento de 20 alguns dos recursos elétricos pode não ser estático. Por exemplo, alguns veículos 200 que são parte da operação do sistema de 2 megawatts podem ser se tornar completos (estado de carga = 100%) ou podem se desconectar do sistema 100. Outros veículos 200 podem se conectar ao sistema 100 e demandar carregamento imediato. Todas essas ações irão causar uma mu- 25 dança no nível de operação do sistema de agregação de energia 100. Por isso, o sistema 100 continuamente monitora o nível de operação do sistema e ativa ou desativa os recursos 112 para manter o nível de operação dentro da tolerância de erro especificada pelo contrato.
No tempo "2", o nível de operação solicitado pela operadora da rede diminui para -1 megawatts. O sistema consulta as listas de recursos disponíveis e escolhe o conjunto de custo mais baixo para alcançar um nível de operação do sistema de -1 megawatts. Especificamente, o sistema se move seqüencialmente através das listas de prioridade, comparando o custo de geração habilitar a geração versus desabilitar o carregamento, e ativar o recurso de custo mais baixo em cada etapa de tempo. Uma vez que o nível de operação alcança -1 megawatts, o sistema 100 continua a monitorar o nível real de operação, procurando por desvios que poderiam exigir a ativa- ção de um recurso 112 adicional para manter o nível de operação dentro da tolerância de erro especificado pelo contrato.
Em uma implementação, um mecanismo de custeio exemplar é alimentado por informação na mistura de geração de rede em tempo real para determinar as conseqüências marginais de carregamento ou de gera- ção (veículo 200 para a rede 114) sobre uma "pegada de carbono", o impac- to nos recursos de combustível fóssil e no ambiente em geral. O sistema exemplar 100 também possibilita otimização para qualquer métrica de custo, ou uma combinação ponderada de diversos. O sistema 100 pode otimizar figuras de mérito que podem incluir, por exemplo, uma combinação de ma- ximização de valor econômico e minimização de impacto ambiental, etc.
Em uma implementação, o sistema 100 também usa custo como uma variável temporal. Por exemplo, se o sistema 100 programa um pacote de descarga para carregar durante uma janela de tempo próximo, o sistema 100 pode prognosticar seu perfil de custo antecipado à medida que ele car- rega, permitindo que o sistema 100 adicionalmente otimize, de forma adap- tável. Isto é, em algumas circunstâncias o sistema 100 sabe que terá um recurso de geração de alta capacidade por um certo tempo futuro.
Múltiplos componentes do servidor de controle de fluxo 106 constituem um sistema de programação que tem múltiplas funções e com- ponentes:
• coleção de dados (reúne dados em tempo real e armazena da- dos históricos);
• projeções via o mecanismo de prognóstico 704, que capta da- dos em tempo real, dados históricos, etc.; e produz previsões de disponibili- dade de recurso;
• constrói otimizações em previsões de disponibilidade de recur- so, restrições, tais como sinais de comando de operadoras da rede 404, pre- ferências do usuário, condições de tempo, etc. As otimizações podem tomar a forma de planos de controle de recurso que otimizam uma métrica deseja- da.
A função de programação pode possibilitar um número de servi-
ços de energia úteis, incluindo:
• serviços auxiliares, tais como serviços de resposta rápida e regulagem rápida;
• energia para compensar por súbitos, previsíveis ou inespera- das instabilidades da rede;
• resposta para demandas de rotina e instáveis;
• estabilidade de fontes de energia renováveis (por exemplo, complementar energia gerada pelo vento).
Um sistema de agregação de energia 100 exemplar agrega e controla a carga apresentada por carregar/transferir muitos veículos elétricos 200 para fornecer serviços de energia (serviços de energia auxiliar) tais co- mo reservas de regulagem e de giro. Por conseguinte, é possível satisfazer exigências de tempo de chamada de operadoras da rede 404 somando-se múltiplos recursos elétricos 112. Por exemplo, doze cargas de operação de 5kW cada podem ser desabilitadas para prover 60Rw de reservas de giro por uma hora. Contudo, se cada carga pode ser desabilitada por no máximo minutos e o tempo de chamada mínimo é de duas horas, as cargas po- dem ser desabilitadas em série (três em um tempo) para fornecer 15kW de reservas para duas horas. Naturalmente, são possíveis intercalações de re- cursos elétricos individuais mais complexos pelo sistema de agregação de energia 100.
Para uma empresa concessionária (ou entidade de distribuição de energia elétrica) maximizar a eficiência da distribuição, a empresa con- cessionária necessita minimizar os fluxos de potência reativa. Tipicamente, 30 existe um número de métodos usados para minimizar os fluxos de potência reativa incluindo comutação de bancos de indutor ou de capacitor no sistema de distribuição para modificar o fator de potência em diferentes partes do sistema. Para administrar e controlar esse suporte dinâmico de Volt-ampére Reativo (VAR) eficientemente, ele deve ser feito de uma maneira ciente lo- cal. Em uma implementação, o sistema de agregação de energia 100 inclui circuitos de correção do fator de potência, colocados em veículos elétricos 5 200 com o módulo IPF remoto 134 exemplar, possibilitando, por conseguin- te, tal serviço. Especificamente, os veículos elétricos 200 podem ter capaci- tores (ou indutores) que podem ser dinamicamente conectados à rede inde- pendente de se o veículo elétrico 200 está carregando, distribuindo energia, ou fazendo nada. Esse serviço pode então ser vendido para as empresas 10 concessionárias para suporte do VAR dinâmico a nível de distribuição. O sistema de agregação de energia 100 pode tanto sentir a necessidade por suporte VAR de uma maneira distribuída e por uso dos módulos IPF remotos 134 distribuídos para tomar ações que fornecem suporte VAR sem interven- ção da operadora de rede 404.
Módulo IPF Remoto Exemplar
A figura 8 mostra o módulo IPF remoto 134 das figuras 1 e 2 em maiores detalhes. O módulo IPF remoto 134 ilustrado é somente uma confi- guração de exemplo, para propósitos descritivos. Muitos outros arranjos dos componentes ilustrados ou até componentes diferentes que constituem um
módulo IPF remoto 134 exemplar são possíveis dentro do escopo da matéria
i
objeto. Tal módulo IPF remoto 134 exemplar tem alguns componentes de hardware e alguns componentes que podem ser executados em hardware, software ou combinações de hardware, software, firmware, etc.
O exemplo ilustrado de um módulo IPF remoto 134 é represen- 25 tado por uma implementação adequada para um veículo elétrico 200. Por conseguinte, alguns sistemas de veículos 800 são incluídos como parte do módulo IPF remoto 134 exemplar em consideração à descrição. No entanto, em outras implementações, o módulo IPF remoto 134 pode excluir alguns ou todos os sistemas de veículos 800 de serem contados como componentes 30 do módulo IPF remoto 134.
Os sistemas de veículos 800 descritos incluem um computador de veículo e interface de dados 802, um sistema de armazenaqem de ener- gia, tal como um banco de bateria 202, e um inversor/carregador 804. Além dos sistemas de veículos 800, o módulo IPF remoto 134 também inclui um controlador de fluxo líquido de energia comunicativo 806. O controlador de fluxo líquido de energia comunicativo 806 por sua vez inclui alguns compo- 5 nentes que estão em interface com a energia de CA da rede 114, tal como um comunicador de linha de transmissão de energia, por exemplo, uma pon- te Ethernet através de linha de transmissão de energia 120, e um sensor de corrente ou de corrente/tensão (energia) 808, tal como um transformador de detectar corrente.
O controlador de fluxo líquido de energia comunicativo 806 tam-
bém inclui a Ethernet e componentes de processamento de informação, tal como um processador 810 ou microcontrolador e um endereço de controle de acesso ao meio (MAC) associado à Ethernet 812; memória de acesso aleatório volátil 814, memória não-volátil 816 ou armazenagem de dados, 15 uma interface tal como uma interface RS-232 818 ou uma interface CANbus 820; uma interface de camada física Ethernet 822, que possibilita fiação e sinalização de acordo com os padrões Ethernet para a camada física através de meios de acesso da rede na MAC/Camada de Ligação de Dados e um formato de endereçamento comum. A interface de camada física Ethernet 20 822 fornece interface elétrica, mecânica e procedural para o meio de trans- missão - isto é, em uma implementação, usando a ponte Ethernet através de linha de transmissão de energia 120. Em uma variação, sem fio ou outros canais de comunicação com a Internet 104 são usados no lugar da ponte Ethernet através de linha de transmissão de energia 120.
O controlador de fluxo líquido de energia comunicativo 806 tam-
bém inclui um medidor de fluxo líquido de energia bidirecional 824 que ras- treia transferência de energia para e de cada recurso elétrico 112, nesse caso o banco de bateria 202 de um veículo elétrico 200.
O controlador de fluxo líquido de energia comunicativo 806 ope- ra tanto dentro, ou conectado a um veículo elétrico 200 quanto outro recurso elétrico 112 para possibilitar agregação de recursos elétricos 112 introduzi- dos acima (por exemplo, via uma interface de comunicação com fio ou sem fio). Esses componentes acima listados podem variar entre diferentes im- plementações do controlador de fluxo líquido de energia comunicativo 806, mas as implementações tipicamente incluem:
• um mecanismo de comunicações dentro do veículo que possi- bilita a comunicação com outros componentes do veículo;
• um mecanismo para se comunicar com o centro de controle de
fluxo 102;
• um elemento de processamento;
• um elemento de armazenagem de dados;
· um medidor de potência; e
• opcionalmente, uma interface de usuário.
As implementações do controlador de fluxo de energia comuni- cativo 806 podem possibilitar a funcionalidade incluindo:
• executar comportamentos pré-programados ou de aprendizado
quando o recurso elétrico 112 está fora de execução (não conectado à Inter- net 104, ou o serviço está indisponível);
• armazenar perfis de comportamento localmente armazenados em memória cache para conectividade em "roaming" (o que fazer quando está carregando em um sistema estranho ou em operação desconectada,
isto é, quando não existe conectividade de rede);
• permitir que o usuário imponha o comportamento do sistema
corrente; e
• medir informação de fluxo líquido de energia e armazenar da- dos de medição durante operação fora de execução para transação posteri- or.
Por conseguinte, o controlador de fluxo líquido de energia comu- nicativo 806 inclui um processador central 810, interfaces 818 e 820 para comunicação dentro do veículo elétrico 200, um comunicador de linha de transmissão de energia, tal como uma ponte Ethernet através de linha de
transmissão de energia 120 para comunicação externa ao veículo elétrico 200, e um medidor de fluxo líquido de energia 824 para medir o fluxo de e- nergia para e do veículo elétrico 200 via uma linha de transmissão de ener- gia 208 CA conectada.
Operação do Módulo IPF Exemplar
Continuando com os veículos elétricos 200 como representativos de recursos elétricos 112, durante os períodos quando um tal veículo elétrico 200 está estacionado e conectado à rede 114, o módulo IPF remoto 134 ini- cia uma conexão ao servidor de controle de fluxo 106, registra ele próprio, e espera por sinais do servidor de controle de fluxo 106 que direciona o módu- lo IPF remoto 134 para ajustar o fluxo líquido de energia para dentro ou para fora do veículo elétrico 200. Esses sinais são comunicados ao computador do veículo 802 via a interface de dados, que pode ser qualquer interface a- dequada incluindo a interface RS-232 818 ou a interface CANbus 820. O computador do veículo 802, seguindo os sinais recebidos do servidor de controle de fluxo 106, controla o inversor/carregador 804 para carregar o banco de bateria 202 do veículo ou para descarregar o banco de bateria 202 em upload para a rede 114.
Periodicamente, o módulo IPF remoto 134 transmite informação com respeito aos fluxos de energia para o servidor de controle de fluxo 106. Se, quando o veículo elétrico 200 está conectado à rede 114, não existe percursos de comunicação para o servidor de controle de fluxo 106 (isto é, o 20 local não está equipado apropriadamente, ou existe uma falha na rede), o veículo elétrico 200 pode seguir um comportamento pré-programado ou de aprendizado de operação fora de execução, por exemplo, armazenado como um conjunto de instruções na memória não-volátil 816. Em tal caso, as tran- sações de energia podem também estar armazenadas em memória cache 25 não-volátil 816 para posterior transmissão para o servidor de controle de flu- xo 106.
Durante os períodos quando o veículo elétrico 200 está em ope- ração como transporte, o módulo IPF remoto 134 escuta passivamente, re- gistrando os dados de operação do veículo selecionado para posterior análi- 30 se e consumo. O módulo IPF remoto 134 pode transmitir esses dados para o servidor de controle de fluxo 106 quando um canal de comunicações se tor- na disponível. I
Medir os fluxos líquidos de energia Exemplar
Potência é a taxa de consumo de energia por intervalo de tem- po. A potência indica a quantidade de energia transferida durante um certo período de tempo, por conseguinte, as unidades de potência são quantida- 5 des de energia por unidade de tempo. O medidor de fluxo líquido de energia 824 exemplar mede a potência para um recurso elétrico 112 dado através de um fluxo bidirecional - por exemplo, energia da rede 114 para o veículo elé- trico 200 ou do veículo elétrico 200 para a rede 114. Em uma implementa- ção, o módulo IPF remoto 134 pode localmente armazenar leituras do medi- 10 dor de fluxo líquido de energia 824 para assegurar transações precisas com o servidor de controle de fluxo 106, mesmo se a conexão para o servidor está temporariamente inativa, ou se o próprio servidor está indisponível.
O medidor de fluxo líquido de energia 824 exemplar, em conjun- ção com os outros componentes do módulo IPF remoto 134 possibilita ca- racterísticas amplas do sistema no sistema de agregação de energia 100 exemplar que incluem:
• rastrear o uso de energia em uma base de recurso elétrico es- pecífico;
• monitorar a qualidade da energia (checar se a tensão, frequên- cia, etc. desviam dos seus pontos de operação nominal, e nesse caso, notifi- car as operadoras da rede, e modificar potencialmente o recurso de fluxos de energia para ajudar a corrigir o problema);
• faturamento de um veículo específico e transações para uso de
energia;
· faturamento móvel (suporte para faturamento preciso quando o
proprietário do recurso elétrico não é o proprietário do local de conexão elé- trica 410 (isto é, não o proprietário da conta do medidor). Dados do medidor de fluxo líquido de energia 824 podem ser capturados no veículo elétrico 200 para faturamento;
· integração com um medidor inteligente no local de carregamen-
to (troca de informação bidirecional); e
• resistência a adulteração (por exemplo, quando o medidor de fluxo líquido de energia 824 está protegido dentro de um recurso elétrico 112 tal como um veículo elétrico 200).
Localizador de Recurso Móvel
O sistema de agregação de energia 100 exemplar também inclui várias técnicas para determinar o local da rede elétrica de um recurso elétri- co 112 móvel, tal como um veículo elétrico 200 plug-in. Os veículos elétricos 200 podem se conectar à rede 114 em numerosos locais e o controle e tran- sação precisos de troca de energia podem ser possibilitados através de co- nhecimento específico do local de carregamento.
Algumas das técnicas exemplares para determinar os locais de carregamento do veículo elétrico incluem:
• questionar um identificador único para a localização (via aco- plado, sem fio, etc.), que pode ser:
- a ID única do hardware da rede no site de carregamento;
- a ID única do medidor inteligente localmente instalada, através de comunicação com o medidor;
- uma ID única instalada especificamente para esse propósito em um site; e
- usar GPS ou outras fontes de sinal (celular, WiMax, etc.) para estabelecer um local "flexível" (geográfico estimado), que é então refinado com base nas preferências e dados históricos do usuário (por exemplo, os veículos tendem a ser conectados na residência do proprietário 124, não uma residência de vizinho).
A figura 9 mostra uma técnica exemplar para solucionar a locali- zação física da rede 114 de um recurso elétrico 112 que está conectada ao sistema de agregação de energia 100 exemplar. Em uma implementação, o módulo IPF remoto 134 obtém o endereço Controle de Acesso ao Meio (MAC) 902 do modem de rede localmente instalado ou roteador (ponto de acesso na Internet) 302. O módulo IPF remoto 134 então transmite esse úni- co identificador MAC para o servidor de controle de fluxo 106, que usa o i- dentificador para solucionar a localização do veículo elétrico 200.
Para discernir sua localização física, o módulo IPF remoto 134 pode também, algumas vezes, usar os endereços MAC ou outros identifica- dores únicos de outro equipamento fisicamente instalado próximo que pode se comunicar com o módulo IPF remoto 134, incluindo um medidor "inteli- gente" da concessionária 904, uma caixa de cabo de TV 906, uma unidade 5 baseada em RFID 908, ou uma unidade de ID exemplar 910 que é capaz de se comunicar com o módulo IPF remoto 134. A unidade de ID exemplar 910 é descrita em mais detalhes na figura 10. Os endereços MAC 902 não dão sempre informação sobre a localização física da peça de hardware associa- da, mas em uma implementação o servidor de controle de fluxo 106 inclui 10 uma base de dados de rastreamento 912 que relaciona endereços MAC ou outros identificadores com uma localização física associada do hardware. Dessa maneira, um módulo IPF remoto 134 e o servidor de controle de fluxo 106 podem encontrar um recurso elétrico móvel 112 sempre que ele se co- nectar à rede de energia 114.
A figura 10 mostra uma outra técnica exemplar para determinar
uma localização física de um recurso elétrico móvel 112 na rede de energia 114. Uma unidade de ID exemplar 910 pode ser conectada na rede 114 em ou próximo a um local de carregamento. A operação da unidade de ID 910 é como a seguir. Um recurso elétrico 112 recentemente conectado procura por 20 recursos localmente conectados através de transmissão de um Ping ou mensagem na área de recepção sem fio. Em uma implementação, a unidade de ID 910 responde 1002 ao Ping e transporta um identificador único 1004 da unidade de ID 910 de volta para o recurso elétrico 112. O módulo IPF remoto 134 do recurso elétrico 112 então transmite o identificador único 25 1004 para o servidor de controle de fluxo 106, que determina a localização da unidade de ID 910 e através do Proxy, o exato ou o aproximado local da rede do recurso elétrico 112, dependendo do tamanho da área de captação da unidade de ID 910.
Em uma outra implementação, o recurso elétrico 112 recente- mente conectado procura por recursos localmente conectados através de transmissão de um Ping ou mensagem que inclui o identificador único 1006 do recurso elétrico 112. Nessa implementação, a unidade de ID 910 não ne- cessita confiar ou reusar a conexão sem fio, e não responde de volta ao mó- dulo IPF remoto 134 do recurso elétrico 112, mas responde 1008 diretamen- te ao servidor de controle de fluxo 106 com uma mensagem que contém seu próprio identificador único 1004 e o identificador único 1006 do recurso elé- 5 trico 112 que foi recebido na mensagem Ping. O servidor de controle de flu- xo 106 central então associa o identificador único 1006 do recurso elétrico 112 com um estado "conectado" e usa o outro identificador único 1004 da unidade de ID 910 para determinar ou aproximar a localização física do re- curso elétrico 112. A localização física não tem que estar próxima, se uma 10 unidade de ID 910 está associada com somente um local de rede exato. O módulo IPF remoto 134 fica sabendo que o Ping é bem-sucedido quando ele escuta de volta do centro de controle de fluxo 106 com confirmação.
Tal unidade de ID 910 exemplar é particularmente útil em situa- ções em que o percurso de comunicações entre o recurso elétrico 112 e o servidor de controle de fluxo 106 é via uma conexão sem fio que ela própria não possibilita determinação exata de localização de rede.
A figura 11 mostra um outro método 1100 e sistema 1102 exem- plar para determinar a localização de um recurso elétrico móvel 112 na rede de energia 114. Em uma situação em que o recurso elétrico 112 e o servidor 20 de controle de fluxo 106 conduzem comunicações via um esquema de sina- lização sem fio, é ainda desejável determinar a localização da conexão física durante períodos de seqüência com a rede 114.
As redes sem fio (por exemplo, GSM, 802.11, WiMax) compre- endem muitas células ou torres em que cada uma transmite identificadores 25 únicos. Adicionalmente, a intensidade da conexão entre uma torre e clientes móveis conectando-se à torre é uma função da proximidade do cliente à tor- re. Quando um veículo elétrico 200 está conectado à rede 114, o módulo IPF remoto 134 pode adquirir os identificadores únicos das torres disponíveis e relaciona isto à intensidade do sinal de cada conexão, como mostrado na 30 base de dados 1104. O módulo IPF remoto 134 do recurso elétrico 112 transmite essa informação ao servidor de controle de fluxo 106, onde a in- formação é combinada com dados de inspeção, tal como a base de dados I
1106 de modo que um mecanismo de inferência de posição 1108 pode dis-
i
por em triângulos ou de outro modo inferir a localização física do veículo elé- trico 200 conectado. Em uma outra capacitação, o módulo IPF 134 pode u- sar as leituras de intensidade para solucionar a localização do recurso dire- tamente, em cujo caso o módulo IPF 134 transmite a informação de localiza- ção em vez da informação de intensidade do sinal.
Por conseguinte, o método exemplar 1100 inclui adquirir (1110) a informação de intensidade do sinal; comunicando (1112) a informação de intensidade do sinal adquirida ao servidor de controle de fluxo 106; e inferin- do (1114) a localização física usando informação de localização de torre ar- mazenada e os sinais adquiridos do recurso elétrico 112.
A figura 12 mostra um método 1200 e sistema 1202 para usar sinais de um sistema de posicionamento global por satélite (GPS) para de- terminar uma localização física de um recurso elétrico 112 na rede de ener- 15 gia 114. Usando GPS um módulo IPF remoto 134 para solucionar sua locali- zação física na rede de energia de uma maneira não exata. Essa informação de localização ruidosa do GPS é transmitida ao servidor de controle de fluxo 106, que a usa com uma base de dados de informação 1204 para inferir a localização do recurso elétrico 112.
O método exemplar 1200 inclui adquirir (1206) os dados de po-
sição ruidosa; comunicar (1208) os dados da posição ruidosa adquirida ao servidor de controle de fluxo 106; e inferir (1210) a localização usando a in- formação de inspeção armazenada e os dados adquiridos.
Métodos de Transação Exemplares e Outras Funcionalidades O sistema de agregação de energia exemplar 100 suporta as
seguintes funções e alterações:
1. Ajuste - O sistema de agregação de energia exemplar 100 cria contratos fora do sistema e/ou ofertas em mercados abertos para obter con- tratos para serviços de energia, contratos via o servidor da web 718 e admi- 30 nistrador do contrato 720. O sistema 100 então resolve essas solicitações em exigências de energia específicas mediante comunicado da operadora de rede 404, e comunica essas exigências aos proprietários de veículo 408 através de uma das diversas técnicas de comunicação.
2. Distribuição - O administrador de interação de rede 712 aceita os sinais de controle de rede 714 em tempo real das operadoras da rede 404 através de um dispositivo de distribuição de energia, e responde a esses
sinais 714 através de distribuição de serviços de energia dos veículos elétri- cos 200 conectados à rede 114.
3. Relatório - Depois de um evento de distribuição de energia estar completo, um administrador de transação pode relatar transações de serviços de energia armazenadas na base de dados 716. Um administrador
de faturamento decide essas solicitações em transações de faturamento de crédito ou de débito específico. Essas transações podem ser comunicadas a um sistema de faturamento da operadora de rede ou empresa concessioná- ria para reconciliação contábil. As transações podem também ser usadas para fazer pagamentos diretamente aos proprietários do recurso 408.
Em uma implementação, o módulo IPF remoto 134 residente em
veículo pode incluir um administrador de comunicações para receber ofertas para fornecer serviços de energia, mostrá-las ao usuário e permitir que o usuário responda às ofertas. Algumas vezes esse tipo de interação de anún- cio ou de contratação pode ser executada pelo proprietário de recurso elétri- 20 co 408 convencionalmente conectando com o servidor da web 718 do servi- dor de controle de fluxo 106.
Em um modelo exemplar de administração de carga ou armaze- nagem baseada no veículo, o sistema de agregação de energia exemplar 100 serve como um intermediário entre os proprietários de veículo 408 (indi- 25 viduais, frotas, etc.) e operadoras da rede 404 (Operadoras de Sistema In- dependente (ISOs), Operadoras de Transmissão Regional (RTOs), empre- sas concessionárias, etc.)
O recurso elétrico de carga e armazenagem 112 apresentado por um veículo elétrico "plug-in" 200 único não é um recurso substancial o bastante para um ISO ou empresa concessionária para considerar controlar diretamente. No entanto, por agregação muitos veículos elétricos 200 juntos, administrando seu comportamento de carga, e exportando uma interface de controle simples, o sistema de agregação de energia 100 fornece serviços que são disponíveis a operadoras da rede 404.
Do mesmo modo, os proprietários de veículo 408 podem não estar interessados em participar sem que a participação seja fácil, e sem que 5 exista incentivo para fazê-la. Criando-se valor através de administração a- gregada, o sistema de agregação de energia 100 pode fornecer incentivos para os proprietários na forma de pagamentos, custos de carregamento re- duzidos, etc. O sistema de agregação de energia 100 pode também fazer o controle de carregamento do veículo e transferir energia para a rede 114 de 10 modo automático e quase sem interrupção para o proprietário do veículo 408, tornando, desse modo, uma participação agradável.
Através da colocação de módulos IPF remotos 134 em veículos elétricos 200 que podem medir atributos de qualidade de energia, o sistema de agregação de energia 100 possibilita uma rede de sensor maciçamente distribuída para a rede de distribuição de energia 114. Os atributos de quali- dade de energia que o sistema de agregação de energia 100 pode medir incluem frequência, tensão, fator de potência, harmônicos, etc. Então, nive- lando a infraestrutura de comunicação do sistema de agregação de energia 100, incluindo os módulos IPF remotos 134, esses dados detectados podem ser relatados em tempo real para o servidor de controle de fluxo 106, onde a informação é agregada. Também, a informação pode ser apresentada para a empresa concessionária, ou o sistema de agregação de energia 100 pode corrigir diretamente as condições indesejáveis de rede através do controle do comportamento de transferência de carga/upload de energia do veículo de numerosos veículos elétricos 200, trocando o fator de potência de carga, etc.
O sistema de agregação de energia 100 exemplar pode também fornecer Suprimento de Energia Ininterrupta (UPS) ou energia de backup para uma casa/trabalho, incluindo interconexão do conjunto de circuitos. Em 30 uma implementação, o sistema de agregação de energia 100 permite que os recursos elétricos 112 fluam a energia para fora das suas baterias para a casa (ou trabalho) para energizar alguma ou todas as cargas da casa. Cer- ias cargas podem ser configuradas como cargas chaves para manter "liga- do" durante um evento de perda de energia de rede. Em tal situação, é im- portante manipular o isolamento da residência 124a partir da rede 114. Tal sistema pode incluir circuitos anti-isolantes que têm a habilidade para se comunicar com o veículo elétrico 200, descrito adicionalmente abaixo como uma caixa de interruptor inteligente. A habilidade do módulo IPF remoto 134 para se comunicar permite que o veículo elétrico 200 saiba se é seguro for- necer energia, "seguro" sendo definido como "seguro para trabalhadores da linha da concessionária como resultado do interruptor principal na casa estar em um estado desconectado". Se a energia na rede cair, a caixa de interrup- tor inteligente desconecta da rede e então contata quaisquer veículos elétri- cos 200 ou outros recursos elétricos 112 participando localmente, e solicita- os para iniciar o fornecimento de energia. Quando a energia da rede retorna, a caixa de interruptor inteligente desliga os recursos de energia locais, e en- tão reconecta.
Para faturamento móvel (para quando o proprietário do veículo 408 for diferente do proprietário da conta do medidor 410), existem dois as- pectos importantes para a manipulação do faturamento para levar em conta durante a recarga do veículo elétrico: quem possui o veículo, e quem possui 20 a conta do medidor da concessionária onde a recarga está acontecendo. Quando o proprietário do veículo 408 for diferente do proprietário da conta do medidor 410, existem diversas opções:
1. O proprietário do medidor 410 pode dar carga grátis.
2. O proprietário do veículo 408 pode pagar no momento da car- ga (via cartão de crédito, conta, etc.).
3. Uma conta pré-estabelecida pode ser ajustada automatica- mente.
Sem supervisão do sistema de agregação de energia 100, po- dem ocorrer roubos de serviços. Com ajuste automático da conta, o sistema de agregação de energia 100 registra quando os veículos elétricos 200 car- regam em locais que exigem pagamento, via IDs do veículo e IDs do local, e via medição exemplar do fluxo de energia do tempo anotado dentro/fora do veícuio. Nesses casos, o proprietário do veículo 408 é faturado pela energia usada, e esta energia não é carregada para o proprietário da conta do medi- dor 410 da concessionária (então é impedido um faturamento duplo). Um administrador de faturamento que executa ajuste automático da conta pode 5 ser integrado com a concessionária da energia, ou pode ser implementado como um sistema de débito/crédito separado.
Uma estação de carregamento, se grátis ou paga, pode ser ins- talada com uma interface de usuário que apresenta informação útil ao usuá- rio. Especificamente, através de coleta de informação sobre a rede 114, o 10 estado do veículo, e as preferências do usuário, a estação pode apresentar informação tal como o preço da eletricidade corrente, o custo de recarga es- timado, o tempo estimado até a recarga, o pagamento estimado para trans- ferir energia para a rede 114 (tanto total quanto por hora), etc. O mecanismo de aquisição de informação 414 se comunica com o veículo elétrico 200 e 15 com redes de dados públicas e/ou privadas 722 para adquirir os dados usa- dos no cálculo dessa informação.
O sistema de agregação de energia 100 exemplar também ofe- rece outras características para o benefício de proprietários de recurso elé- trico 408 (tais como proprietários de veículos):
· os proprietários de veículo podem ganhar eletricidade grátis
para carregar o veículo em recompensa por participação no sistema.;
• os proprietários de veículo podem experimentar custo de carga reduzido evitando taxas no momento de pico;
• os proprietários de veículo podem receber pagamentos basea- dos no serviço de energia real que eles fornecem ao seu veículo;
• os proprietários de veículo podem receber uma tarifa preferen- cial para participar no sistema.
Existem também características entre o sistema de agregação de energia 100 exemplar e as operadoras da rede 404.
· o sistema de agregação de energia 100 como agregador de
recurso elétrico pode ganhar uma gratificação da administração (que pode ser alguma função de serviços fornecidos), paga pelo operadora da rede • o sistema de agregação de energia 100 como um agregador de recurso elétrico pode vender em mercados de energia 412;
• as operadoras da rede 404 podem pagar pelo sistema de agre- gação de energia 100, mas operar o sistema de agregação de energia 100 elas próprias.
Segurança e Isolamento Inteligente Remoto Exemplares
O sistema de agregação de energia 100 exemplar pode incluir métodos e componentes para implementar padrões de segurança e com segurança acionar operações de descarga de energia. Por exemplo, o sis- tema de agregação de energia 100 exemplar pode usar sensores de linha no veículo bem como equipamento de isolamento inteligente, instalados em locais particulares. Por conseguinte, o sistema de agregação de energia 100 possibilita operações seguras do veículo para a rede. Adicionalmente, o sis- tema de agregação de energia 100 possibilita coordenação automática de recursos para situações de backup de energia.
Em uma implementação, o veículo elétrico 200 contendo um módulo IPF remoto 134 pára o upload de energia do veículo para a rede se o módulo IPF remoto 134 não detectar linha de energia originada da rede 114. Essa pausa de upload de energia impede a eletrificação de um fio que pode ser desplugado, ou eletrificação de uma linha de energia 206 que está sendo reparada, etc. No entanto, isso não impossibilita usar o veículo elétrico 200 para fornecer energia de backup se a energia da rede estiver inativa porque as medidas de segurança descritas abaixo asseguram que não é criada uma condição de isolamento.
Um equipamento de isolamento inteligente adicional instalado em um local de carregamento pode se comunicar com o módulo IPF remoto 134 de um veículo elétrico 200 para ativação coordenada de upload de e- nergia para a rede 114 se a energia da rede cair. Uma implementação parti- cular dessa tecnologia é a capacidade de backup de energia do veículo para casa.
A figura 13 mostra medidas de segurança exemplares em uma situação do veículo para casa, em que um recurso elétrico 112 é usado para fornecer energia para uma carga ou conjunto de carga (como em uma casa). Uma caixa de interruptor 1300 é conectada ao medidor da concessionária 1302. Quando um recurso elétrico 112 está fluindo energia para a rede (ou cargas locais), uma condição de isolamento deve ser impedida por razões de segurança. O recurso elétrico 112 não deve energizar uma linha que con- vencionalmente deve ser considerada sem energia, em uma interrupção de energia, pelos trabalhadores da linha.
Um disjuntor (comutador) de rede inteligente 1304 localmente instalado detecta a linha da concessionária de modo a detectar uma condi- ção de falta de energia e coordena com o recurso elétrico 112 para possibili- tar transferência de energia do veículo para casa. No caso de uma falta de energia, um disjuntor de rede inteligente 1304 desconecta os interruptores de circuito 1306 da rede da concessionária 114 e se comunica com o recur- so elétrico 112 para iniciar os serviços de backup da energia. Quando os serviços da concessionária retornam à operação, o disjuntor de rede inteli- gente 1304 se comunica com o recurso elétrico 112 para inabilitar os servi- ços de backup e reconecta os interruptores à rede da concessionária 114.
A figura 14 mostra medidas de segurança exemplares quando os recursos elétricos 112 múltiplos energizam uma casa. Nesse caso, o dis- juntor de rede inteligente 1304 coordena com todos os recursos elétricos 112 conectados. Um recurso elétrico 112 é considerado o "mestre" 1400 para propósitos de gerar um sinal de referência 1402 e os outros recursos são considerados "escravos" 1404 e seguem a referência do mestre 1400. Em um caso em que o mestre 1400 desaparece da rede, o disjuntor de rede in- teligente 1304 designa um outro escravo 1404 para ser a referência/mestre 1400.
A figura 15 mostra, em maiores detalhes, o disjuntor de rede in- teligente 1304 das figuras 13 e 14. Em uma implementação, o disjuntor de rede inteligente 1304 inclui um processador 1502, um comunicador 1504 acoplados com recursos elétricos 112, um sensor de tensões 1506 capaz de detectar tanto a linha de CA interna quanto a do lado da concessionária, uma bateria 1508 para operação durante condições de falta de energia e um carregador de bateria 1510 para manter o nível da carga da bateria 1508. Um interruptor ou relé 1512 controlado comuta entre a energia da rede e a energia fornecida por recurso elétrico quando sinalizado pelo processador 1502.
Opções de Experiência Exemplares para o Usuário
O sistema de agregação de energia 100 pode habilitar um núme- ro de características desejáveis do usuário:
• a coleção de dados pode incluir distância acionada e emprego de combustível, tanto elétrico tanto não elétrico, para permitir derivação e
análise de eficiência total do veículo (em termos de energia, despesas, im- pacto ambiental, etc.). Esses dados são exportados para o servidor de con- trole de fluxo 106 para armazenagem 716, bem como para mostrar uma in- terface de usuário no veículo, interface de usuário da estação de carga, e interface do usuário de web/telefone celular.
• a carga inteligente toma conhecimento do comportamento do veículo e adapta automaticamente a sincronização do carregamento. O pro- prietário do veículo 408 pode impor e solicitar carregamento imediato se de- sejado.
Métodos Exemplares
A figura 16 mostra um método exemplar 1600 de agregação de energia. No diagrama de fluxo, as operações são sumarizadas em blocos individuais. O método exemplar 1600 pode ser executado por hardware, software, ou combinações de hardware, software, firmware, etc., por exem- pio, por componentes do sistema de agregação de energia 100 exemplar.
No bloco 1602, a comunicação é estabelecida com cada um dos recursos elétricos múltiplos conectados a uma rede de energia. Por exemplo, um serviço de controle de fluxo central pode administrar numerosas cone- xões intermitentes com veículos elétricos móveis, cada um dos quais pode 30 se conectar à rede de energia em várias localizações. Um agente remoto no veículo conecta cada veículo à Internet quando o veículo se conecta a uma rede de enerqia. I
No bloco 1604, os recursos elétricos são individualmente sinali-
i
zados para fornecer energia para ou obter energia da rede de energia.
A figura 17 é um diagrama de fluxo de um método exemplar de controlar de modo comunicativo um recurso elétrico para agregação de e- 5 nergia. No diagrama de fluxo, as operações são sumarizadas em blocos in- dividuais. O método exemplar 1700 pode ser executado por hardware, soft- ware, ou combinações de hardware, software, firmware, etc., por exemplo, por componentes do módulo (IPF) de fluxo líquido de energia inteligente 134 exemplar.
No bloco 1702, a comunicação é estabelecida entre um recurso
elétrico e um serviço para agregação de energia.
No bloco 1707, a informação associada com o recurso elétrico é comunicada ao serviço.
No bloco 1706, um sinal de controle baseado em parte na infor- mação é recebido do serviço.
No bloco 1708, o recurso é controlado, por exemplo, para forne- cer energia à rede de energia ou para obter energia da rede, isto é, para ar- mazenagem.
No bloco 1710, o fluxo líquido de energia bidirecional do disposi- tivo elétrico é medido, e usado como parte da informação associada com o recurso elétrico que é comunicado ao serviço no bloco 1704.
A figura 18 é um diagrama de fluxo de um método exemplar de medição de energia bidirecional de um recurso elétrico. No diagrama de flu- xo, as operações são sumarizadas em blocos individuais. O método exem- 25 piar 1800 pode ser executado por hardware, software, ou combinações de hardware, software, firmware, etc., por exemplo, através de componentes da medição de fluxo de energia exemplar 824.
No bloco 1802, a transferência de energia entre um recurso elé- trico e uma rede de energia é medida de maneira bidirecional.
No bloco 1804, as medições são transferidas para um serviço
que agrega energia com base em pare nas medições.
A figura 19 é um diagrama de fluxo de um método exemplar de determinar uma localização de rede elétrica de um recurso elétrico. No dia- grama de fluxo, as operações são sumarizadas em blocos individuais. O mé- todo exemplar 1900 pode ser executado por hardware, software, ou combi- nações de hardware, software, firmware, etc., por exemplo, através de com- 5 ponentes do sistema de agregação de energia 100 exemplar.
No bloco 1902, é determinada uma informação de localização física. A informação de localização física pode ser derivada de tais fontes como sinais de GPS ou da intensidade relativa de sinais de torre de celular como um indicador de sua localização. Ou, a informação de localização físi- 10 ca pode derivar através de receber um identificador único associado com um dispositivo próximo, e de encontrar a localização associada com tal identifi- cador único.
No bloco 1904, uma localização de rede elétrica, por exemplo, de um recurso elétrico ou sua conexão com a rede de energia, é determina- da da informação de localização física.
A figura 20 é um diagrama de fluxo de um método exemplar de programar agregação de energia. No diagrama de fluxo, as operações são sumarizadas em blocos individuais. O método exemplar 2000 pode ser exe- cutado por hardware, software, ou combinações de hardware, software, 20 firmware, etc., por exemplo, por componentes do servidor de controle de flu- xo 106 exemplar.
No bloco 2002, são admitidas submissões associadas com re- cursos elétricos individuais.
No bloco 2004, a agregação de energia é programada, com ba- se nas submissões de admissão.
A figura 21 é um diagrama de fluxo de um método de isolamento inteligente exemplar. No diagrama de fluxo, as operações são sumarizadas em blocos individuais. O método exemplar 2100 pode ser executado por hardware, software, ou combinações de hardware, software, firmware, etc., 30 por exemplo, por componentes do sistema de agregação de energia 100 exemplar.
No bloco 2102, é detectado uma interrupção de energia. No bloco 2104, é criada, uma conectividade local - uma rede isolada da rede de energia.
No bloco 2106, os recursos de armazenagem de energia local são sinalizados para energizar a conectividade local.
A figura 22 é um diagrama de fluxo de um método exemplar de
estender uma interface de usuário para agregação de energia. No diagrama de fluxo, as operações são sumarizadas em blocos individuais. O método exemplar 2200 pode ser executado por hardware, software, ou combinações de hardware, software, firmware, etc., por exemplo, por componentes do sis- tema de agregação de energia 100 exemplar.
No bloco 2202, uma interface de usuário é associada com um recurso elétrico. A interface de usuário pode ser mostrada em, no ou perto de um recurso elétrico, tal como um veículo elétrico que inclui um sistema de armazenagem de energia, ou a interface do usuário pode ser mostrada em 15 um dispositivo associado com o proprietário do recurso elétrico, tal como um telefone celular ou computador portátil.
No bloco 2204, as preferências e submissões de agregação de energia são admitidas via a interface do usuário. Em outras palavras, um usuário pode controlar um grau de participação do recurso elétrico em uma situação de agregação de energia via a interface do usuário. Ou, o usuário pode controlar as características de tal participação.
A figura 23 é um diagrama de fluxo de um método exemplar de ganhar e manter os proprietários de veículo elétrico em um sistema de agre- gação de energia. No diagrama de fluxo, as operações são sumarizadas em 25 blocos individuais. O método 2300 exemplar pode ser executado por hard- ware, software, ou combinações de hardware, software, firmware, etc., por exemplo, por componentes do sistema de agregação de energia 100 exem- plar.
No bloco 2302, os proprietários de veículo elétrico são registra- dos em um sistema de agregação de energia para recursos elétricos distri- buídos.
No bloco 2304, um incentivo é fornecido para cada proprietário para participação no sistema de agregação de energia.
No bloco 2306, o serviço continuado recorrente para o sistema de agregação de energia é repetidamente compensado.
Conclusão
Embora sistemas exemplares e métodos tenham sido descritos
em linguagem específica para características estruturais e/ou atos metodo- lógicos, é para ser entendido que a matéria objeto definida nas reivindica- ções em anexo não é necessariamente limitada às características específi- cas ou atos descritos. Em vez disso, as características específicas e atos 10 são descritos como formas exemplares de implementar os métodos, disposi- tivos e sistemas, etc., reivindicados.

Claims (62)

1. Método compreendendo: estabelecer uma conexão de comunicação com cada um dos múltiplos recursos elétricos conectados a uma rede de energia elétrica; e sinalizar individualmente os recursos elétricos para proporcionar energia para a rede de energia elétrica, retirar energia da rede de energia, ou determinar a carga disponível, capacidade de geração ou armazenamen- to de um recurso elétrico.
2. Método, de acordo com a reivindicação 1, em que os recursos elétricos compreendem sistemas de armazenamento de energia.
3. Método, de acordo com a reivindicação 1, em que sinalizar individualmente cada recurso elétrico é baseado em parte na medição de um fluxo de energia entre o recurso elétrico e a rede de energia elétrica.
4. Método, de acordo com a reivindicação 3, em que a medição ocorre no ou próxima a cada recurso elétrico.
5. Método, de acordo com a reivindicação 1, compreendendo ainda: determinar uma localização de rede de energia elétrica de cada recurso elétrico; e sinalizar individualmente cada recurso elétrico baseado em parte na localização da rede de energia elétrica
6. Método, de acordo com a reivindicação 1, compreendendo ainda agendar fluxos de energia para cada um dos recursos elétricos basea- do em uma otimização de pelo menos algumas limitações nos recursos elé- tricos conectados.
7. Método, de acordo com a reivindicação 6, compreendendo ainda converter sinais de controle da rede ou informações adquiridas em sinais de controle de recurso baseado no planejamento otimizado.
8. Método, de acordo com a reivindicação 1, em que os recursos elétricos compreendem recursos elétricos móveis conectados intermitente- mente à rede de energia elétrica em localizações variadas.
9. Método, de acordo com a reivindicação 8, em que os recursos elétricos móveis compreendem veículos elétricos conectáveis à rede de e- nergia elétrica.
10. Método, de acordo com a reivindicação 1, em que a sinaliza- ção inclui direcionar individualmente os recursos elétricos para proporcionar energia a ou retirar energia da rede de energia elétrica em momentos e ta- xas específicas para cada recurso elétrico.
11. Método, de acordo com a reivindicação 1, compreendendo ainda: receber sinais de controle da rede a partir de uma operadora de rede de energia elétrica ou de informação adquirida de uma fonte de infor- mação; agendar uma agregação dos recursos elétricos para suavizar uma condição da rede indicada pelos sinais de controle ou da informação adquirida; e oferecer uma agregação como predita pela operadora de rede de energia elétrica.
12. Método, de acordo com a reivindicação 11, compreendendo ainda contratar com a operadora de rede de energia elétrica para realizar a agregação em troca de uma compensação.
13. Método, de acordo com a reivindicação 11, compreendendo ainda: predizer tendências nos recursos elétricos individuais disponí- veis, recursos elétricos agregados disponíveis, e tendências por usuário compreendendo duração de conexão, tempo de conexão, tempo de desco- nexão, local de conexão e estado de carga (SOC) de recurso em conexão; e basear a agregação pelo menos em parte nas tendências predi- tas.
14. Método, de acordo com a reivindicação 13, em que predizer as tendências é baseado em aprendizado de comportamentos dos numero- sos recursos elétricos.
15. Método, de acordo com a reivindicação 11, em que a predi- ção é modificada com base em pelo menos em parte correlacionar eventos futuros esperados com dados antigos em recursos elétricos agregados dis- poníveis.
16. Sistema compreendendo: um servidor para comunicar com cada um dos recursos elétricos múltiplos conectados à uma rede de energia elétrica; e um gerenciador de conexão para individualmente sinalizar os recursos elétricos para trocar energia com a rede de energia elétrica.
17. Sistema, de acordo com a reivindicação 16, em que os re- cursos elétricos compreendem sistemas de armazenamento elétrico de veí- culos elétricos, cada veiculo elétrico intermitentemente conectado à rede de energia elétrica em localizações variadas.
18. Sistema, de acordo com a reivindicação 16, compreendendo ainda um otimizador de limitação para agregar a troca de energia de acordo com uma otimização de parâmetros selecionados ou impostos por um pro- prietário de recurso elétrico, uma operadora de rede de energia elétrica, uma condição física da rede de energia elétrica, um contrato entre um adminis- trador do servidor e um administrador da rede de energia elétrica, ou um controlador de rede automatizado.
19. Sistema, de acordo com a reivindicação 18, compreendendo ainda um mecanismo de predição para aprender, inferir ou projetar uma ten- dência dos recursos elétricos, proprietários dos recursos elétricos, proprietá- rios da localização da conexão elétrica, operadoras da rede, ou controlado- res de rede automatizados, em que uma otimização da agregação de troca de energia é baseada pelo menos em parte na tendência.
20. Sistema, de acordo com a reivindicação 18, compreendendo ainda um gerenciador de contrato para estabelecer um acordo entre um ad- ministrador do servidor e um operador da rede de energia elétrica para uma troca de energia agregada.
21. Sistema compreendendo: meios para individualmente sinalizar recursos elétricos sobre uma rede, em que cada recurso elétrico é intermitentemente conectado à rede de energia elétrica em localizações variadas; e meios para dinamicamente agregar energia fluindo para e a par- tir dos recursos elétricos através da sinalização em resposta a uma condição da rede de energia elétrica sinalizada por um sinal de controle de rede.
22. Sistema compreendendo: um primeiro comunicador associado com um recurso elétrico, para se comunicar com componentes do recurso elétrico; um segundo comunicador associado com o recurso elétrico, pa- ra se comunicar com o serviço que sinaliza cada um dos múltiplos recursos elétricos para obter energia de uma rede de energia ou fornecer energia pa- ra a rede de energia; e um medidor para medir os fluxos líquidos de energia bidirecional entre o recurso elétrico e a rede de energia.
23. Sistema de acordo com a reivindicação 22, compreendendo adicionalmente uma armazenagem de dados para armazenar instruções e o fluxo líquido de energia bidirecional medido.
24. Sistema de acordo com a reivindicação 22, em que o primei- ro comunicador, o segundo comunicador, o medidor, e armazenagem de dados estão dentro de um veículo elétrico.
25. Sistema de acordo com a reivindicação 22, em que o primei- ro comunicador sinaliza um dispositivo de computação no recurso elétrico para carregar um sistema de armazenagem de energia para energizar o re- curso elétrico ou sinaliza o dispositivo de computação para descarregar e- nergia a partir do sistema de armazenagem de energia para a rede de ener- gia.
26. Sistema de acordo com a reivindicação 22, compreendendo adicionalmente um sensor para determinar quando o recurso elétrico se co- necta e se desconecta da rede de energia.
27. Sistema de acordo com a reivindicação 22, em que o segun- do comunicador se comunica com um canal de comunicação e se registra com o serviço.
28. Sistema de acordo com a reivindicação 27, em que o segun- do comunicador obtém um endereço de Protocolo de Internet (IP) quando o canal de comunicação usa o Protocolo de Internet.
29. Sistema de acordo com a reivindicação 22, compreendendo adicionalmente um processador para executar instruções entre o primeiro comunicador, o segundo comunicador, o medidor, a armazenagem de da- dos, um dispositivo de computação associado com o recurso elétrico, e um sensor para determinar quando o recurso elétrico está conectado à rede de energia.
30. Sistema de acordo com a reivindicação 29, compreendendo adicionalmente usar o segundo comunicador para transferir por download instruções para execução pelo processador.
31. Sistema de acordo com a reivindicação 22, compreendendo adicionalmente uma interface de usuário para mostrar as comunicações do primeiro comunicador e do segundo comunicador, uma leitura do medidor, conteúdo da armazenagem de dados, mensagens do serviço, um estado de carga do sistema de armazenagem de energia, uma duração de recebimento de uma carga a partir da rede de distribuição de energia, um tempo de con- clusão de carga prognosticado, uma duração de descarregar energia para a rede de energia, um preço de energia, um local, uma identidade do proprie- tário do local, uma identidade do proprietário da conta de medição, um esta- do de conexão com o canal de comunicação, uma conta de usuário no servi- ço, informação de fatura, anúncios de ofertas do serviço, e/ou opções de enverdecimento ambiental via o serviço.
32. Sistema de acordo com a reivindicação 29, em que a interfa- ce do usuário aceita entrada de um usuário para sobrepor-se aos sinais do serviço, sobrepor-se às instruções pré-programadas armazenadas na arma- zenagem de dados, especificando preferências do usuário, e/ou especifican- do restrições do sistema selecionadas pelo usuário.
33. Sistema de acordo com a reivindicação 22, compreendendo adicionalmente instruções pré-programadas na armazenagem de dados para manusear o fluxo líquido de energia para o e do recurso de energia quando o segundo comunicador está desconectado do serviço.
34. Sistema de acordo com a reivindicação 22, compreendendo adicionalmente instruções na armazenagem de dados para alcançar conec- tividade de "roaming" quando o recurso elétrico está fora de uma área geo- gráfica especificada.
35. Sistema de acordo com a reivindicação 22, em que a arma- zenagem de dados guarda em memória cache informação de fluxo líquido de energia bidirecional medida pelo medidor para uma transação posterior com o serviço.
36. Sistema de acordo com a reivindicação 22, em que o segun- do comunicador se comunica com: um ponto de acesso na Internet em um local onde o recurso elétrico está conectado ao sistema de distribuição de energia; um medidor no local; ou um outro recurso elétrico no local.
37. Método compreendendo: receber sinais a partir de um serviço que informa cada um dos recursos elétricos múltiplos para obter energia de uma rede de energia ou para fornecer energia para uma rede de energia; direcionar um dispositivo de computação no recurso elétrico para carregar um sistema de armazenagem de energia para energizar o recurso elétrico com base nos sinais recebidos ou direcionar o dispositivo de compu- tação para gerar energia a partir do sistema de armazenagem de energia para fornecer para a rede de energia com base nos sinais recebidos; medir os fluxos líquidos de energia para e a partir do recurso elétrico; e comunicar pelo menos alguma da informação de fluxo de ener- gia medida durante a medição para o serviço.
38. Método de acordo com a reivindicação 37, compreendendo adicionalmente detectar quando o recurso elétrico está conectado à rede de energia.
39. Método de acordo com a reivindicação 37, compreendendo adicionalmente mostrar no recurso elétrico pelo menos um de: comunica- ções para o e a partir do serviço, uma leitura da medição, dados armazena- dos, mensagens a partir do serviço, um estado de carga do sistema de ar- mazenagem de energia, uma duração de recebimento de uma carga da rede de distribuição de energia, uma duração de geração de energia para a rede de distribuição de energia, um tempo de conclusão de carga prognosticado, um preço de energia, um local, uma identidade do proprietário do local, uma identidade do proprietário da conta do medidor, um mapa de agregação de recursos elétricos que participam em um ciclo de carregamento ou um ciclo de geração de energia um estado de conexão com um canal de comunica- ção, uma conta do usuário no serviço, informação de faturamento do serviço, anúncios e ofertas do serviço, e/ou opções de enverdecimento ambiental.
40. Método de acordo com a reivindicação 37, compreendendo adicionalmente impor sinais do serviço, impor instruções pré-programadas armazenadas na armazenagem de dados, especificar preferências do usuá- rio, e/ou especificar restrições do sistema selecionados pelo usuário.
41. Método de acordo com a reivindicação 37, compreendendo adicionalmente seguir as instruções pré-programadas armazenadas para geranciar o fluxo de energia para o e a partir do sistema de armazenagem de energia quando desconectado do serviço.
42. Método de acordo com a reivindicação 37, compreendendo adicionalmente armazenar, quando desconectada do serviço, pelo menos alguma da informação de fluxo líquido de energia medida durante a medição e recuperação, quando reconectada com o serviço, da informação do fluxo de energia armazenada para uma transação com o serviço.
43. Aparelho compreendendo: um medidor configurado para medir transferência de energia bidirecional entre um recurso elétrico e uma rede de energia; e uma interface para enviar as medições para um serviço que a- grega energia com base em parte nas medições.
44. Aparelho de acordo com a reivindicação 43, em que o servi- ço agrega uma capacidade de recursos elétricos distribuídos para obter e- nergia, fornecer energia, ou armazenar energia com base nas medições.
45. Aparelho de acordo com a reivindicação 43, em que o recur- so elétrico compreende um veículo elétrico, um veículo elétrico híbrido, ou um veículo que obtém pelo menos alguma energia para movimento a partir de um recurso de armazenagem elétrico.
46. Aparelho de acordo com a reivindicação 43, em que o medi- dor continuamente calcula uma potência elétrica instantânea integrada du- rante um tempo para determinar a energia usada e envia a potência elétrica instantânea calculada e/ou a energia usada para o serviço de agregação de energia.
47. Aparelho de acordo com a reivindicação 46, em que o medi- dor guarda em memória cache pelo menos alguma das medições e/ou pelo menos algum dos cálculos em uma armazenagem de dados local para futu- ras transações com o serviço.
48. Aparelho de acordo com a reivindicação 47, em que o medi- dor guarda em memória cache as medições ou cálculos na armazenagem de dados local quando o serviço está fora de execução ou quando a comunica- ção com o serviço está desconectada, e transmite as medições ou cálculos para o serviço quando o serviço está em execução e conectado.
49. Aparelho de acordo com a reivindicação 43, compreendendo adicionalmente um monitor de qualidade de energia para detectar problemas de qualidade de energia, incluindo desvios de tensão nominal (tais como quedas ou subidas de tensão), harmônicos de tensão, impulsos de subciclo, impulsos rápidos, desvios de frequência nominal, desvios do fator de potên- cia em relação à umidade, e ruído de alta frequência e para transmitir pro- blemas de qualidade detectados ao serviço de agregação de energia.
50. Aparelho de acordo com a reivindicação 42, em que o medi- dor mede parâmetros de uma carga e suprimento incluindo o máximo de demanda, do fator de potência, e da potência reativa usados.
51. Aparelho de acordo com a reivindicação 43, em que o medi- dor computa um valor de eletricidade consumida e/ou fornecida, o valor da eletricidade variando por um momento do dia, um dia da semana, e uma pe- riodicidade.
52. Aparelho de acordo com a reivindicação 42, compreendendo adicionalmente: um mecanismo de transação; uma interface de usuário; e em que o mecanismo de transação fornece a um usuário uma opção de sin- cronização de transferência de energia ou uma opção de determinação de preço de transferência de energia.
53. Aparelho de acordo com a reivindicação 52, em que o meca- nismo de transação fornece faturamento específico de recurso elétrico de uso de energia e crédito de suprimento de energia com base na entrada do medidor.
54. Aparelho de acordo com a reivindicação 53, em que o meca- nismo de transação e o medidor fornecem faturamento móvel, em que um proprietário do recurso elétrico não é o mesmo que um proprietário de uma conta associada com o local de conexão da rede de energia.
55. Aparelho de acordo com a reivindicação 54, compreendendo adicionalmente uma interface para troca de informação bidirecional com um medidor permanentemente instalado associado com um local onde o recurso elétrico está conectado à rede de energia.
56. Aparelho de acordo com a reivindicação 43, em que a infor- mação do medidor é criptografada para transmissão para o serviço ou arma- zenagem no armazenamento de dados local e decifrada no serviço.
57. Aparelho de acordo com a reivindicação 43, compreendendo adicionalmente um medidor a prova de adulteração.
58. Aparelho de acordo com a reivindicação 43, compreendendo adicionalmente casos múltiplos do aparelho associado com os respectivos recursos elétricos distribuídos para rastrear o uso de energia em uma base de recurso específica.
59. Método, compreendendo: medir a transferência de energia bidirecional entre um recurso elétrico e uma rede de energia; e enviar as medições de transferência de energia bidirecional para um serviço que agre- ga energia com base em parte nas medições.
60. Método de acordo com a reivindicação 59, em que o serviço agrega uma capacidade de recursos elétricos distribuídos para obter potên- cia, fornecer potência, ou armazenar energia com base nas medições.
61. Método de acordo com a reivindicação 59, em que um com- ponente associado com o recurso elétrico executa a medição.
62. Método de acordo com a reivindicação 59, em que o recurso elétrico compreende um sistema de armazenagem de energia de veículo.
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