用于电力管理的系统和方法与流程

1.本发明涉及用于自动存储和取回系统的电力管理的系统和方法，并且更具体地，涉及用于自动存储和取回系统的电力管理的系统和方法，其中，电力管理取决于当前能量价格和未来能量价格。


背景技术：

2.图1公开了具有框架结构100的典型的现有技术的自动存储和取回系统1，并且图2和图3公开了适用于在这样的系统1上操作的两个不同的现有技术的集装箱搬运车辆201、301。
3.框架结构100包括多个直立构件102和由直立构件102支撑的多个水平构件103。构件102、103通常可由金属(例如挤压铝型材)制成。
4.框架结构100限定了存储网格104，该存储网格104包括以行布置的存储列(存储柱，storage columns)105，其中，存储列105存储集装箱106(也称为箱)，集装箱106互相堆叠在另一个之上以形成堆107。存储网格104防止存储集装箱106的堆107的水平运动，并引导集装箱106的竖直运动，但是在堆叠时通常不以其他方式支撑存储集装箱106。
5.自动存储和取回系统1包括跨存储104的顶部以网格图案布置的轨道系统108，在该轨道系统108上操作多个集装箱搬运车辆201、301以从存储列105升起存储集装箱106和将存储集装箱106下降到存储列105中，并且将存储集装箱106运输到存储列105上方。轨道系统108包括：第一组平行轨道110，其被布置为引导集装箱搬运车辆201、301沿第一方向x跨框架结构100的顶部运动；以及第二组平行轨道111，垂直于第一组轨道110布置以引导集装箱搬运车辆201、301沿垂直于第一方向x的第二方向y运动。以这种方式，轨道系统108限定网格列115，在该网格列115上，集装箱搬运车辆201、301可在存储列105上方(即，在与水平x-y平面平行的平面中)横向移动。
6.每个现有技术的集装箱搬运车辆201、301包括车身201a、301a，以及第一组车轮201b、301b和第二组车轮201c、301c，这些车轮使得集装箱搬运车辆201、301能够分别沿x方向和y方向横向移动。在图2和图3中，每组车轮中的两个车轮是完全可见的。第一组车轮201b、301b被布置为与第一组轨道110的两个相邻轨道接合，而第二组车轮201c、301c被布置为与第二组轨道111的两个相邻轨道接合。每组车轮201b、301b，201c、301c可被升高和降低，使得第一组车轮201b、301b和/或第二组车轮201c、301c可在任何一个时间与相应的一组轨道110、111接合。
7.每个现有技术的集装箱搬运车辆201、301还包括用于竖直运输存储集装箱106的提升装置(未示出)，例如从存储列105升高存储集装箱106和将存储集装箱106降低到存储列105中。提升装置包括一个或多个夹持/接合装置(未示出)，其适于接合存储集装箱106，并且该夹持/接合装置可从车辆201、301降低，使得可沿与第一方向x和第二方向y正交的第三方向z调整夹持/接合装置相对于车辆201、301的位置。
8.每个现有技术的集装箱搬运车辆201、301包括存储室或空间，当跨轨道系统108运
输存储集装箱106时，该存储室或空间用于容纳和存放存储集装箱106。存储空间可包括居中布置在车身201a内的空腔，如图2所示，并且例如，如wo2015/193278a1所述，该申请的内容通过引用并入本文。
9.图3示出了具有悬臂结构的集装箱搬运车辆301的替代配置。例如，在第317366号中详细描述了这种车辆，该申请的内容也通过引用并入本文。
10.图2所示的中央空腔集装箱搬运车辆201可具有覆盖沿x和y方向具有尺寸的区域的占地面积，其通常等于网格列115的横向范围，即网格列115在x和y方向上的范围，例如，如wo2015/193278a1中所述，该申请的内容通过引用并入本文。本文所使用的术语“横向”可以指“水平”。
11.可替代地，中央空腔集装箱搬运车辆101可具有大于由网格列115限定的横向区域的占地面积，例如，如在wo2014/090684a1中公开的。
12.在x和y方向上，相邻网格单元彼此接触布置，使得相邻网格单元之间没有空间。
13.在存储网格104中，大多数网格列115是存储列105，即在其中将存储集装箱106存储在堆107中的网格列105。然而，网格104通常具有不用于存储存储集装箱106的至少一个网格列115，但是其包括集装箱搬运车辆201、301可卸下和/或拾取存储集装箱106的位置，使得可将它们运输到可从网格104的外部访问存储集装箱106或将存储集装箱106从网格104移除或移进网格104的访问站(未示出)。在本领域内，这样的位置通常称为“端口”，并且端口位于其中的网格列115可称为端口列119、120。到访问站的运输可以是在任何方向上，即水平的、倾斜的和/或垂直的。例如，存储集装箱106可以放置在存储网格104内的随机或专用网格列115中，然后由任何集装箱搬运车辆拾取并运输到端口119、120，以便进一步运输到访问站。注意，术语“倾斜”是指具有在水平与垂直之间某处的一般运输方向的存储集装箱106的运输。
14.当要访问存储在图1中公开的网格104中的存储集装箱106时，将指示集装箱搬运车辆201、301中的一个从目标存储集装箱106在网格104中的位置取回目标存储集装箱106并将其运输到卸货端口119。该操作涉及将集装箱搬运车辆201、301移动到目标存储集装箱106所在的存储列105上方的网格位置，使用集装箱搬运车辆201、301的提升装置(未示出)从存储列105取回存储集装箱106，并将存储集装箱106运送到卸货端口119。如果目标存储集装箱106位于堆107的深处，即一个或多个其他存储集装箱106位于目标存储集装箱106上方，该操作还涉及在从存储列105中提升目标存储集装箱106之前临时移动放置在上方的存储集装箱106。该步骤(在本领域中有时被称为“挖掘”)可用随后用于将目标存储集装箱106运输到卸货端口119的同一集装箱搬运车辆，或者用一个或多个其他合作的集装箱搬运车辆来执行。可替代地或另外地，自动存储和取回系统1可具有专门用于临时从存储列105移除存储集装箱106的任务的集装箱搬运车辆。一旦目标存储集装箱106已经从存储列105中移除，就可将临时移除的存储集装箱106重新放置到原始存储列105中。然而，移除的存储集装箱106可替代地重定位到其他存储列。
15.当将存储集装箱106存储在网格104中时，指示集装箱搬运车辆201、301中的一个从拾取端口120拾取存储集装箱106并将其运输到它要被存储的存储列105上方的网格位置。在已经移除位于存储列堆107内的目标位置处或目标位置之上的任何存储集装箱106之后，集装箱搬运车辆201、301将存储集装箱106定位在期望位置。然后，可将移除的存储集装
箱106降低回存储列105中，或重新放置到其他存储列中。
16.为了监测和控制自动存储和取回系统1，例如监测和控制网格104内相应存储集装箱106的位置、每个存储集装箱106的内容以及集装箱搬运车辆201、301的运动，使得可在所需时间将所需的存储集装箱106传送到所需位置，而不会使集装箱搬运车辆201、301相互碰撞，自动存储和取回系统1包括控制系统，该控制系统通常是计算机化的并且通常包括用于跟踪存储集装箱106的数据库。
17.除了安装之外，操作自动存储系统的最大成本是集装箱搬运车辆在日常操作中消耗的能量成本。因此，本发明的目的是降低该成本。


技术实现要素：

18.在独立权利要求中阐述并表征了本发明，而从属权利要求描述了本发明的其他特征。
19.本发明的优选实施例由用于自动存储和取回系统的电力管理的系统限定，该自动存储和取回系统包括：多个集装箱搬运车辆，具有至少一个可充电电源、用于在三维底层存储网格中搬运集装箱；充电设备，用于对至少一个可充电电源充电；电源，用于向存储和取回系统供电；监测系统，用于监测能量价格，其中，所述监测系统被配置为用能量价格持续更新电力管理器，并且电力管理器被配置为接收关于可充电电源的充电水平的信息和关于容量和集装箱搬运车辆的使用要求的当前资源，并且所述电力管理器被配置为根据能量价格调整自动存储和取回系统的电力策略。
20.此外，电力管理器被配置为在低能量成本时段期间控制可充电电源的充电，并且在高能量成本时段期间控制所存储的能量作为存储系统的附加电源，并且使用排序系统来决定以哪个顺序对两个或更多个可充电电源进行充电，并且控制能量的存储。监测系统监测当前能量价格和未来能量价格。
21.此外，电源可以经由来自可再生能源的本地产生的电力和/或电网电力接收电力。
22.电力管理器的排序系统被配置为决定首先对具有最高充电水平的可充电电源进行充电，并决定首先使用具有最高充电水平的可充电电源作为附加电源。
23.充电设备可以是充电站或充电机器人，并且至少一个大容量电池可以用于在低能量成本时段期间存储能量。
24.本发明的优选实施例还由用于自动存储和取回系统的电力管理的方法限定，该自动存储和取回系统包括：多个集装箱搬运车辆，具有至少一个可充电电源、用于在三维底层存储网格中搬运集装箱；充电设备，用于对集装箱搬运车辆的可充电电源进行充电；电源，用于向存储系统供电；监测系统，用于监测能量价格，该方法包括以下步骤：让监测系统通过以下方式建立外部电力信息：读取当前电力消耗，以及更新当前能量成本和未来能量成本；让监测系统通过以下方式建立内部电力信息：获取自动存储和取回系统的当前能量状态，以及估计自动存储和取回系统的未来能量状态；让电力管理器根据外部电力信息和内部电力信息来更新系统的电力策略。
25.可以通过让电力管理器使用排序系统来决定以哪个顺序对可充电电源进行充电和/或让电力管理器的排序系统决定首先对具有最高充电水平的可充电电源进行充电和/或让电力管理器的排序系统决定首先使用具有最高充电水平的可充电电源作为附加电源
来更新系统的电力策略。
26.通过让电力管理器根据电力价格来控制可充电电源的充电，可以降低存储系统中的电力成本。当价格较高时，可充电电源可用作系统的附加电源。该附加电源允许存储系统在价格较低时存储电力，并在价格较高时使用所存储的电力。通过结合控制到可充电电源的电力流或来自可充电电源的电力流的电力管理器，可以大大降低存储系统的操作成本，并且可以解决自动存储系统的操作成本问题。
附图说明
27.附上以下附图以促进对本发明的理解。附图示出了本发明的实施方式，现在仅以示例的方式对其进行描述，其中：
28.图1是现有技术的存储网格104的透视图，其中，集装箱搬运车辆在顶部运行。
29.图2是现有技术的集装箱搬运车辆的透视图，该集装箱搬运车辆具有在中央布置的用于在其中容纳存储集装箱106的空腔。
30.图3是现有技术的集装箱搬运车辆的透视图，该集装箱搬运车辆具有用于在下面容纳存储集装箱106的悬臂。
31.图4是本发明的不同模块及其连接方式的框图。
32.图5是该方法的不同步骤的流程图。
具体实施方式
33.在下文中，将参考所附附图更详细地讨论本发明。然而，应当理解，附图并非旨在将本发明限制于所描绘的主题。
34.在上面的背景技术部分中描述了具有框架结构100的典型的现有技术的自动存储和取回系统10。
35.集装箱搬运车辆轨道系统108允许集装箱搬运车辆201在不同网格位置之间水平移动，其中，每个网格位置与网格单元122相关联。
36.在图1中，存储网格104被示出为具有8个网格单元122的高度。然而，应当理解，存储网格104原则上可以是任意大小的。存储网格104可以比图1中公开的宽得多和/或长得多。例如，网格104可以具有超过700
×
700个存储列105的水平范围。此外，网格104可以比图1中公开的深得多。例如，存储网格104的深度可以大于12个网格单元122，即在图1所示的z方向上。
37.图2是现有技术的集装箱搬运车辆的透视图，该集装箱搬运车辆具有在中央布置的用于在其中容纳存储集装箱106的空腔。
38.中央空腔集装箱搬运车辆201可具有覆盖在x和y方向上具有尺寸的区域的占地面积，其通常等于网格列115的横向范围，即网格列115在x和y方向上的范围，例如，如wo2015/193278a1中所述，该申请的内容通过引用并入本文。
39.可替代地，中央空腔集装箱搬运车辆101可具有大于由网格列115限定的横向区域的占地面积，例如，如在wo2014/090684a1中公开的。
40.图3是现有技术的集装箱搬运车辆的透视图，该集装箱搬运车辆具有用于在下面容纳存储集装箱106的悬臂。
41.图4是本发明的不同模块及其连接方式的框图。存储系统从至少一个电源401接收电力。电源401可以是电网电力或来自可再生电源的本地产生的电力。电力可以进一步存储在系统中包括的可充电电源中。在优选实施例中，存储系统1接收电网电力和来自可再生电源的本地产生的电力两者。来自可再生电源的本地产生的电力可以是风力发电、水力发电、太阳能发电或任何其他可用的电力来源。由监测系统402监测可用电力的量和电力的成本。监测系统402可以从电网提供商接收关于可用电力和当前电力成本的电力信息，以及对未来时间段的电力成本的估计。未来时间段可以例如是接下来的24小时，或者甚至更远的时间。
42.监测系统402将电力信息发送到电力管理器403。电力管理器403控制系统操作所需的电力如何分配，以及应该从电网电力中提取多少电力，应该从可再生电源的本地产生的电力中提取多少电力，和/或应该从系统的可充电电源中存储的电力中提取多少电力。电力管理器还控制是否应该使用电网电力或来自可再生电源的电力来对可充电电源进行充电。
43.电力管理器403控制至少一个充电设备404，充电设备404用于对至少一个可充电电源405进行充电。在优选解决方案中，存在在多个不同充电设备404处存储的多个可充电电源405。这些可充电电源405可以是用于给集装箱搬运车辆200、300供电的电池。可替代地或另外地，可充电电源405可以是电池组，其唯一目的是在本地产生的可再生电源产生剩余能量的条件合适时以及在电网电力价格较低时存储能量。
44.充电设备404既可以对可充电电源405充电，也可以从可充电电源405汲取电力。将电力从电网和/或本地可再生电源引导到充电设备404。电力管理器403可以控制电力的分配，例如，存储一些能量以供以后使用，一些能量用于对集装箱搬运车辆200、300的可充电电源405进行充电，以及一些能量用于操作系统的其余部分。
45.可以经由充电设备404从可充电电源405引导所存储的电力，以为存储系统的其余部分供电。
46.图5是示出根据本发明的优选实施例的方法的不同步骤的流程图。
47.在该实施例中，存储系统首先检索外部电力信息510。这需要检索当前能量供应的信息520，并更新对未来能量成本的估计530。
48.为了获得关于当前能量供应的信息520，第一步骤是检查是否存在本地产生的可再生能源522。检索来自本地产生的能源的可用能量的量524。下一步骤是检索电网电力的价格信息526。这可以经由例如从因特网下载信息来获得。
49.下一步骤是估计未来能量成本530。如果系统连接到本地产生的可再生能源532，则估计来自该来源的未来能量产量534。这是通过收集天气数据、一天的时间和哪个季节等信息来完成的，以便估计来自本地产生的可再生能源的未来可用能量的量。此外，检索和更新未来电网能量的预测价格536。
50.下一步骤是检索内部电力信息540。
51.检索内部电力信息540包括计算系统当前能量状态的步骤550。当前能量状态可以包括关于系统当前存储了多少能量的信息。还检索关于系统的当前能量消耗的信息。当前消耗取决于有多少集装箱搬运车辆在运作，有多少可充电电源在充电设备中充电，以及系统的其余部分(例如端口、传送带等)消耗了多少能量。
52.检索内部电力信息还涉及更新对系统未来能量状态的估计的步骤560。这包括对当前活动和未来活动所需能量的估计。此外，可以使用历史数据来改进估计。历史数据可以用于机器学习和人工智能，以提高所估计的未来电力消耗的准确性。
53.最后一个步骤是更新电力策略570。电力策略的更新570涉及更新所检索的电力信息(内部540和外部510两者)以及能量需求，并使用历史数据来优化电力管理器403的充电策略的第一步骤580。
54.更新电力策略最终涉及规划系统的未来能量状态590。如果能量成本较低，或本地产生的可再生能量产量较高，电力管理器将尝试通过更频繁和更长时间地对可充电能源充电来增加系统中的存储能量。这是针对系统的活动而计划的，其中，对操作效率的任何降低也被最小化。
55.当完成所有步骤时，电力管理器403重新开始处理，并且因此通过接收或检索关于能量价格、可充电电源的充电状态以及内部电力信息和外部电力信息的信息来持续更新电力管理器。
56.在本发明的替代实施例中，可以静态地设置充电策略。电池可以设置为在一天中的固定时间间隔充电。代替收集所估计的未来能量成本，系统可以以固定的时间间隔设置，其中，优选的是存储系统增加其充电状态。这通常有利于轮班工作的企业，其中，系统的充电被设置为一天中能量价格最低的时间(通常是晚上时间或夜间时间)。一天中可以将系统设置为增加其充电状态的另一时间是午餐时间期间。基本上，当普通劳动力具有停工时间时的任何时间，这是用于增加充电状态的良好时间。
57.电力的存储可以在系统内部的电池供应中。这些电池是集装箱搬运车辆中的电池。它们可以固定在集装箱搬运车辆中，或者它们可以是可更换的。在替代解决方案中，当价格较低时，至少一个大容量电池可以用于存储电力。因此，它们不是用于向集装箱搬运车辆供电的可充电电源的一部分。
58.参考标号列表
59.1 自动存储和取回系统
60.100 框架结构
61.102 直立构件
62.103 水平构件
63.104 存储网格
64.105 存储列
65.106 存储集装箱
66.106
’ꢀ
存储集装箱
67.107 堆
68.108 轨道系统
69.110 第一组平行轨道
70.111 第二组平行轨道
71.115 网格列
72.119 端口列
73.120 端口列
74.122 网格单元
75.200 集装箱搬运车辆
76.201 集装箱搬运车辆
77.300 集装箱搬运车辆
78.301 集装箱搬运车辆
79.401 电源
80.402 监测系统
81.403 电力管理器
82.404 充电设备
83.405 可充电电源
84.510 外部电力信息
85.520 当前能量供应
86.522 本地产生的可再生能量供应
87.524 可用能量
88.526 电网电力价格
89.530 对未来能量成本的估计
90.532 本地产生的可再生能量供应
91.534 未来能量产量
92.536 所预测的能量价格
93.540 内部电力信息
94.550 系统当前能量状态
95.560 对系统未来能量状态的估计
96.570 电力策略
97.580 基于能量信息、需求和历史数据更新电力策略
98.590 系统的未来能量状态。