用于取決于供電系統(tǒng)中的狀況來對電信網(wǎng)絡的電能消耗進行時空控制的方法和設備的制造方法
【專利說明】用于取決于供電系統(tǒng)中的狀況來對電信網(wǎng)絡的電能消耗進 行時空控制的方法和設備
[0001] 本發(fā)明一般涉及電信和供電領(lǐng)域。具體地，本發(fā)明涉及對具有多個可控制元件的 分布式電信系統(tǒng)的電能消耗進行控制。詳細地，本發(fā)明包括用于取決于電力網(wǎng)或更精確地 供電網(wǎng)中的狀況來對電信網(wǎng)絡的電能消耗進行時空控制的方法和設備，該電力網(wǎng)負責在空 間和時間上向電信網(wǎng)絡供電，該電力網(wǎng)具有中央電力網(wǎng)監(jiān)視單元，該中央電力網(wǎng)監(jiān)視單元 監(jiān)視電力網(wǎng)中的至少一部分組件的操作狀況，并且該電信網(wǎng)絡具有電信控制單元，該電信 控制單元控制電信網(wǎng)絡中的至少一部分電信網(wǎng)絡組件。
[0002] 本發(fā)明的引言和【背景技術(shù)】
[0003] 由信息和電信技術(shù)中的系統(tǒng)消耗的能量當前正遍及全世界顯著上升。該種發(fā)展 的背景為因特網(wǎng)應用在兩個維度中的顯著增加：首先，因特網(wǎng)正被日益增長數(shù)目的用戶接 入。術(shù)語"用戶"還包括諸如遠程控制的生產(chǎn)或傳感器系統(tǒng)之類的自動化用戶。其次，諸應 用既在增加對空間上分隔開的不同組件之間的數(shù)據(jù)傳輸?shù)膸捯?，又在增加對自動化?算的要求。如果假設根據(jù)當今的架構(gòu)和系統(tǒng)工程學范例符合需求地擴展網(wǎng)絡，則所提及的 所有增長現(xiàn)象產(chǎn)生由電信網(wǎng)絡消耗的能源量的成比例的增長。在2007年，與ICT相關(guān)的達 到55. 4TWh的能量消耗已達到德國全部能量消耗的10. 5%。在沒有對策的情況下，預期到 2020年會增長超過20%達到約66. 7TWh[l]。
[0004] 根據(jù)德國聯(lián)邦政府2011年夏天的計劃決策（"能量轉(zhuǎn)移"巧])，經(jīng)系統(tǒng)修改的框 架條件應用于獲取該能量。具體地，包括系統(tǒng)相關(guān)的數(shù)量級上的可再生能量供應者（諸如 太陽能和風能）（在2011年，約占供電的20%份額并且約占全部終端能量消耗的12%，由 此包括熱能和移動性巧])將潛在地導致可用性和價格風險的波動。因此，必須在工業(yè)規(guī)模 上高質(zhì)量地實現(xiàn)并且控制新過程（諸如儲能和負載轉(zhuǎn)移）。
[0005] 針對此背景，根據(jù)本發(fā)明的說明書的方法和裝置提供用于在空間和時間自由度中 控制電能的大型消耗者（即，電信網(wǎng)絡）的機制。 現(xiàn)有技術(shù)
[0006] 總體而言，電信網(wǎng)絡代表非常大的電負載，而且該電負載分布在很大的地理區(qū)域 上（例如，在國家區(qū)域上）。除了實際的網(wǎng)絡工程之外，此類網(wǎng)絡的運行需要技術(shù)室和辦公 室W及其它支持功能（例如，用于技術(shù)室的空調(diào)），它們本身也具有自己的能量消耗。在本 文中給出的本發(fā)明的說明書的含義內(nèi)，所有該些能量要求都被包含到電信網(wǎng)絡的能量消耗 中。
[0007] 術(shù)語"電信網(wǎng)絡"被理解為表示終端的連接，W使得信息可W在它們之間交換。
[000引 電f旨網(wǎng)絡的不例是電話網(wǎng)絡和計算機網(wǎng)絡、IP網(wǎng)絡。
[0009] 在該種布置中，終端之間的連接可W是有線或無線的。取決于連接的類型，不同的 網(wǎng)絡拓撲得W區(qū)分。然而，不同的拓撲也可在網(wǎng)絡內(nèi)使用；在電話網(wǎng)絡中，訂戶房屋W星形 連接至本地交換局，但是本地交換局經(jīng)由部分網(wǎng)狀的網(wǎng)絡彼此連接。數(shù)字和模擬信息可經(jīng) 由該些連接來傳送。在必要時，此信息可向上調(diào)制到較高頻率。數(shù)字信息可W用線路碼來編 碼。在該種布置中，除了終端之外，所使用的組件可w是各種類型的組件，從基站、寄存器、 開關(guān)、路由器、網(wǎng)關(guān)、轉(zhuǎn)換器直到交換機、服務器等。此列表僅作為示例；取決于技術(shù)，可W使 用多個不同的組件。
[0010] 取決于重要性，該些組件可W兀余地與備份系統(tǒng)一起建立，并且可W按不同的操 作模式來操作。因此，兀余的組件可W被打開和關(guān)閉，操作速度可被調(diào)整，活躍組件的傳輸 速度和數(shù)目可被確定，即，打開和關(guān)閉豐富可用的處理器和組件。此外，UPS(不間斷電源） 可被打開和關(guān)閉，W使得操作可W在沒有電力網(wǎng)供電的情況下進行。所有該些組件及其經(jīng) 修改的操作均影響功耗和能量要求。機器可W集中地、尤其還被區(qū)劃性地控制。
[0011] 此外，電信網(wǎng)絡包含儲能元件扣I^s系統(tǒng)的主要部分），該些儲能元件被用于即使 在供電暫時失效時也確?？煽康木W(wǎng)絡操作。根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)，電信網(wǎng)絡地點處的儲能元件被 用于確保對電信網(wǎng)絡的元件的不間斷電壓供應。
[0012] 根據(jù)當今的現(xiàn)有技術(shù)，如果在固定時間點考慮網(wǎng)絡的實際擴展階段，則對電信網(wǎng) 絡的能量要求是恒定的：電信網(wǎng)絡的容量被設計成使得它們能夠（除了儲備之外）覆蓋期 望的峰值話務需求。該網(wǎng)絡容量就是持久可用的并且決定網(wǎng)絡的能量要求。此行為首先由 網(wǎng)絡元件的硬件特征并且其次由當前的網(wǎng)絡運行和控制系統(tǒng)范例來確定。相反，取決于所 考慮的網(wǎng)絡部分（例如，參見[4]、[引），電信網(wǎng)絡中的實際話務需求在一定程度上非常顯 著地波動。該些話務波動可W按日循環(huán)或者按周和季節(jié)節(jié)奏來觀察?？偠灾?，基于引言 中提及的增長因素，預計電信網(wǎng)絡中要被傳送和處理的話務量將顯著增加[6]。
[0013] 圖1示意性地示出電信網(wǎng)絡的原理組件，該些組件根據(jù)所描述的現(xiàn)有技術(shù)聯(lián)合地 對能量消耗作貢獻，尤其是儲能元件和空調(diào)裝置。對電信網(wǎng)絡的供電必須適應系統(tǒng)特性，因 為該些系統(tǒng)特性源自能量轉(zhuǎn)移。在此上下文中，可W將物理性質(zhì)與管理規(guī)定區(qū)分開來。第 一類別包括：
[0014] 來自可再生源的分散化的饋入能量的量正不斷地增長。在該種情形中，供應的自 然波動（陽光的持續(xù)時間、風力強度）使得較難規(guī)劃總供應。大規(guī)模平衡效應已被理論證 明，但是基于將在中期不可用的基礎設施。
[0015] 分散化的饋入尤其是在低電壓網(wǎng)絡中但是還日益增多的在較高網(wǎng)絡層面處導致 反向負載流。能量流的寬波動范圍由此導致線路擴展的尺寸設計進退兩難的局面一擴展 是應當集中于具有高CAPEX投入（資本支出）的峰值負載還是集中于具有最優(yōu)投資的平均 值？
[0016] 除了針對將來擴展的尺寸設計問題，分散化地饋入現(xiàn)有的低電壓網(wǎng)絡還導致實際 的網(wǎng)絡穩(wěn)定性問題，例如，與維護頻率和提供無功功率有關(guān)的問題。
[0017] 該些物理性質(zhì)可W類似地預期在轉(zhuǎn)換為可再生能量供應者的所有國家供電系統(tǒng) 中出現(xiàn)。然而，由法律規(guī)定的重要性質(zhì)是國家規(guī)范，并且不能被簡單地轉(zhuǎn)移。具體地，在該 種情形中適用W下實情：
[0018] 能源市場中的角色模型管控個體市場參與者之間的責任和原型契約關(guān)系。原則 上，在競爭組織的市場部分與其中適用管制者的規(guī)定的受管制部分之間作出區(qū)分。
[0019] 受管制的傳輸功能與競爭組織的發(fā)電之間的交替關(guān)系在該里是特別成問題的。
[0020] 所定義的例如用于對饋入進行優(yōu)先級排序的方法模型調(diào)度平衡組的或使得平衡 功率可用的通知，由此已針對總體系統(tǒng)中的強度穩(wěn)定性和可預測性。然而，該僅在物理因素 被正確表示的程度上成功。
[0021] 在整個供電系統(tǒng)的所有部分中W地毯式覆蓋的方式具有可控制的能量消耗地點、 存儲和發(fā)電能力并且總體上占據(jù)總國家功耗的顯著份額的電信網(wǎng)絡被W特定的方式預先 指定在所提及的系統(tǒng)特性的配置中承擔活躍角色。
[0022] 另外，存在電力網(wǎng)或者更確切地說供電網(wǎng)，其表示用于通過供電公司來向消費者 提供電能的整合電網(wǎng)。為了向消費者供應電能，需要從發(fā)電機（發(fā)電站和風力發(fā)電站）至 消費者的線路。具有變化地指定的電壓的電力網(wǎng)被用于此目的；還為交流電指定頻率。在 該種情形中，存在具有發(fā)電機、變電站、變壓器和配電站的電力發(fā)電機。在整合電網(wǎng)中經(jīng)常 存在用來自一個或多個發(fā)電站的電力來供電的區(qū)劃性部分。該些電網(wǎng)是高電壓、中電壓、和 低電壓電網(wǎng)，低電壓電網(wǎng)通常W 230-400V操作W向家庭供電。高電壓電網(wǎng)通常W llOkV操 作。為了向消費者供應電能，需要從發(fā)電機（發(fā)電站和風力發(fā)電站）至消費者的線路。具 有變化地指定的電壓的電力網(wǎng)被用于此目的；還為交流電指定頻率。大多數(shù)組件由系統(tǒng)運 營商監(jiān)視、檢查和控制。該通常是在區(qū)劃性的基礎上進行的，但是也可W在州范圍上進行。 該允許在瓶頸情況下打開位于電網(wǎng)W外的發(fā)電站。超額的能量也可被釋放。例如，如果大 量風能或太陽能可用，則可將其傳遞至相鄰的電網(wǎng)。在沒有過載時關(guān)閉發(fā)電機也是可行的。 因此，各系統(tǒng)運營商共享也可在區(qū)劃性基礎上查看的信息。因此，在提供數(shù)字數(shù)據(jù)傳輸?shù)那?況下，該些系統(tǒng)運營商可W發(fā)現(xiàn)發(fā)電站的所利用的容量或過載、或者甚至對發(fā)電站的任何 損害。在該種情形中，區(qū)劃被認為是主要從本地發(fā)電機供應能量的空間區(qū)域。