用于運(yùn)行自主能源供應(yīng)網(wǎng)絡(luò)的方法和系統(tǒng)與流程

本發(fā)明涉及一種用于運(yùn)行自主能量供應(yīng)網(wǎng)絡(luò)的方法，該自主能量供應(yīng)網(wǎng)絡(luò)包括多個能量產(chǎn)生器和多個能量消耗器。本發(fā)明還涉及一種用于運(yùn)行這種自主能量供應(yīng)網(wǎng)絡(luò)的系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

響應(yīng)于與能量供應(yīng)網(wǎng)絡(luò)的供應(yīng)可靠性和再生能量生產(chǎn)商(例如風(fēng)力發(fā)電廠，光伏電站)的增加的比例有關(guān)的問題，最近已經(jīng)使用了自主能量供應(yīng)網(wǎng)絡(luò)(以下也稱為“微電網(wǎng)”)。這種微電網(wǎng)是包括能量產(chǎn)生器和能量消耗器的相對小的能量供應(yīng)網(wǎng)絡(luò)。除此之外，這種微電網(wǎng)還可以包括電能存儲單元。這種能量存儲單元將在下面被視為能量產(chǎn)生器(能量存儲單元傳遞電力)或能量消耗器(能量存儲單元汲取電力)，這取決于它們的運(yùn)行模式。通常，微電網(wǎng)根據(jù)存在的能量產(chǎn)生器和能量消耗器的容量來配置，使得電能的產(chǎn)生和消耗至少近似彼此平衡，使得可以使用術(shù)語自主的，即自供電的運(yùn)行。

此外，微電網(wǎng)并不連接到其它能量供應(yīng)網(wǎng)絡(luò)(例如島上的微電網(wǎng)或在遠(yuǎn)程區(qū)域中)，或者它們在網(wǎng)絡(luò)連接點(diǎn)處耦合到上級能量供應(yīng)網(wǎng)絡(luò)(配電網(wǎng)絡(luò))并且可以從其汲取電力或向其輸送電力。在后一種變型的情況下，存在借助上級能量供應(yīng)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行功率補(bǔ)償?shù)目赡苄裕瑫r在上級能源供應(yīng)網(wǎng)絡(luò)的故障時確保微電網(wǎng)的內(nèi)部電力供應(yīng)可以通過其自身的能量產(chǎn)生器來維持。

微電網(wǎng)的運(yùn)行可以根據(jù)各種參數(shù)來優(yōu)化。例如，微電網(wǎng)可以以最低可能成本或最低可能的co2排放運(yùn)行。在這種情況下，常規(guī)能量產(chǎn)生器(例如柴油發(fā)電機(jī))和再生能量產(chǎn)生器(從可再生能源(例如太陽，風(fēng))產(chǎn)生電能的能量產(chǎn)生器)和任何能量存儲單元都要被考慮、建模和控制。具體地，為了使網(wǎng)絡(luò)運(yùn)行盡可能高效，一個重要方面在于預(yù)測微網(wǎng)絡(luò)中網(wǎng)絡(luò)內(nèi)部的未來能量產(chǎn)生以及網(wǎng)絡(luò)內(nèi)的未來能量消耗，其中兩個量通常至少部分地依賴于天氣，以及優(yōu)化投資組合，即綜合使用各個能源生產(chǎn)商。

當(dāng)前可用于微電網(wǎng)中的能量自動化的解決方案基本上基于常規(guī)管理系統(tǒng)，例如也用于站自動化(例如，西門子sicam系列)或網(wǎng)絡(luò)管理技術(shù)(例如西門子spectrumpower系列)。原則上，這些系統(tǒng)非常適合于微電網(wǎng)的控制和調(diào)節(jié)。然而，它們的運(yùn)行和建模概念主要涉及技術(shù)培訓(xùn)的專業(yè)人員，他們通常不能用于上述應(yīng)用情況，并且其使用還需要相對高的成本。此外，這種自動化解決方案的成本/效益比對于微電網(wǎng)的數(shù)量級是不利的，微電網(wǎng)通常僅具有幾mw的生產(chǎn)功率。這不僅涉及系統(tǒng)成本(即相應(yīng)自動化解決方案的組件和軟件)，而且還涉及參數(shù)化和調(diào)試所需的費(fèi)用。具體地，在這種情況下，建立通常所需的數(shù)學(xué)建模函數(shù)特別導(dǎo)致高的手動分析和參數(shù)化花費(fèi)。此外，已知的自動化解決方案通常假設(shè)微電網(wǎng)和管理中心之間的恒定通信。這已經(jīng)是有問題的，特別是當(dāng)微電網(wǎng)用于確保在偏遠(yuǎn)地區(qū)的安全電力供應(yīng)時，或者在上級能量供應(yīng)網(wǎng)絡(luò)故障(通常還涉及長距離通信的故障)的情況下。

此外，美國專利申請us2010/0023174a1公開了一種微電網(wǎng)的控制系統(tǒng)，其中微電網(wǎng)由相應(yīng)的各個本地控制裝置控制，并且微電網(wǎng)的本地控制裝置彼此交換控制數(shù)據(jù)，以便使上級能源供應(yīng)網(wǎng)絡(luò)的運(yùn)行進(jìn)入優(yōu)化。在該解決方案中，對于各個本地控制裝置存在高配置費(fèi)用。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的是減少自主能量供應(yīng)網(wǎng)絡(luò)(微電網(wǎng))的運(yùn)行所需的參數(shù)化開銷。

該目的通過根據(jù)本發(fā)明的方法來實現(xiàn)。因此，提供了構(gòu)建為用于控制能量產(chǎn)生器和/或能量消耗器的本地控制裝置；在所述方法中執(zhí)行以下步驟：在對于所述本地控制裝置上級布置的計算裝置的數(shù)據(jù)存儲器中提供自主能量供應(yīng)網(wǎng)絡(luò)的模型數(shù)據(jù)，其中所述模型數(shù)據(jù)說明了所述微電網(wǎng)的相應(yīng)設(shè)施，特別是可用的能量產(chǎn)生器，以及能量消耗器和/或存儲器，以及它們的運(yùn)行參數(shù)；通過使用所述模型數(shù)據(jù)，利用所述計算裝置確定所述自主能量供應(yīng)網(wǎng)絡(luò)的運(yùn)行計劃，其中所述運(yùn)行計劃規(guī)定了所述自主能量供應(yīng)網(wǎng)絡(luò)在特定時間間隔期間的運(yùn)行狀態(tài)；所述運(yùn)行計劃被發(fā)送到所述本地控制裝置；并且能量產(chǎn)生器和/或能量消耗器由本地控制裝置根據(jù)運(yùn)行計劃的規(guī)定來控制。

根據(jù)本發(fā)明的方法的特別的優(yōu)點(diǎn)是，本地控制裝置的幾乎所有的參數(shù)化都不是現(xiàn)場地而是借助計算裝置來執(zhí)行。這避免了微電網(wǎng)的運(yùn)營商在現(xiàn)場使用受過訓(xùn)練的人員的需要。此外，可以使用相對簡單的裝置作為本地控制裝置，在該裝置上不必對其計算能力提出嚴(yán)格的要求，因為計算密集的過程，特別是數(shù)學(xué)運(yùn)算優(yōu)化通過計算裝置來執(zhí)行。

借助于計算裝置提供的模型數(shù)據(jù)尤其包括例如相應(yīng)能量產(chǎn)生器的類型和安裝位置、空間取向、名稱、能量產(chǎn)生器的最小和最大生產(chǎn)功率、效率特性、可能使用的燃料的燃料價格或電池容量。

在根據(jù)本發(fā)明的方法的一個有利的改進(jìn)方案中，為了借助計算裝置確定相應(yīng)的時間間隔中的運(yùn)行計劃，確定相應(yīng)的能量產(chǎn)生器的預(yù)期饋送功率，并且預(yù)期饋送功率使用相應(yīng)的能量產(chǎn)生器以便確定運(yùn)行計劃。

在該實施方式中，相應(yīng)能量產(chǎn)生器的運(yùn)行預(yù)測有利地用作運(yùn)行優(yōu)化的基礎(chǔ)。以這種方式，每個能量產(chǎn)生器的預(yù)期饋送功率可以本身被預(yù)測，使得例如對于所討論的時間間隔，可以計劃是否需要從任何上級分配網(wǎng)絡(luò)提取電功率或者可以遞送到其中，例如以便優(yōu)化貨幣收益。

在此，在根據(jù)本發(fā)明的方法的一個有利的實施方式中，此外，借助于計算裝置為相應(yīng)的時間間隔確定自主能量供應(yīng)網(wǎng)絡(luò)的區(qū)域的天氣預(yù)報，并且對于那些其饋送功率取決于相應(yīng)能量產(chǎn)生器的區(qū)域中的當(dāng)前天氣條件的能量產(chǎn)生器，通過使用與相應(yīng)能量產(chǎn)生器的運(yùn)行相關(guān)的天氣預(yù)報的信息以及至少一些模型數(shù)據(jù)來確定相應(yīng)時間間隔的預(yù)期饋送功率。

特別地，從短期可再生能源(風(fēng)力，太陽輻射)產(chǎn)生電能的那些能量產(chǎn)生器在特定程度上取決于相應(yīng)能量產(chǎn)生器的區(qū)域中的相應(yīng)天氣情況。根據(jù)最后提及的實施方式，計算裝置然后確定各個能量產(chǎn)生器的區(qū)域的天氣預(yù)報。由于微電網(wǎng)通常僅具有小的空間范圍，在這種情況下，僅僅為微電網(wǎng)的區(qū)域確定天氣情況就足夠了，并且對于所有可用的能量產(chǎn)生器使用這種天氣情況?；谔鞖馇闆r或與相應(yīng)能量產(chǎn)生器的電能生產(chǎn)相關(guān)的信息(例如風(fēng)強(qiáng)度、云量、日光長度和太陽光的入射角)，在特定模型數(shù)據(jù)的知識的基礎(chǔ)上對于相應(yīng)的能量產(chǎn)生器(例如效率、安裝地點(diǎn)、取向)，計算裝置可以確定所討論的時間間隔的預(yù)期饋送功率。因此也可以借助計算裝置對這樣的能量產(chǎn)生器進(jìn)行假設(shè)，而不需要使用本地控制裝置。

在根據(jù)本發(fā)明的方法的另一有利實施方式中，通過由計算裝置提供或連接到計算裝置的數(shù)據(jù)編輯器獲取模型數(shù)據(jù)作為用戶輸入，并且將模型數(shù)據(jù)存儲在計算裝置的數(shù)據(jù)存儲器中。

這提供了由計算裝置獲取模型數(shù)據(jù)的簡單可能性。也不需要在本地控制裝置之一處手動輸入。

此外，在根據(jù)本發(fā)明的方法的另一有利實施方式中，計算裝置由配置為云計算機(jī)系統(tǒng)的數(shù)據(jù)處理設(shè)備構(gòu)成。

在該實施方式中，以特別靈活的方式配置計算裝置。云計算機(jī)系統(tǒng)在這種情況下旨在表示具有一個或多個數(shù)據(jù)存儲設(shè)備和一個或多個數(shù)據(jù)處理設(shè)備的裝置，其可以通過適當(dāng)?shù)木幊虂砼渲靡员銏?zhí)行任何期望的數(shù)據(jù)處理運(yùn)行。在這種情況下，數(shù)據(jù)處理設(shè)備通常構(gòu)成通用數(shù)據(jù)處理設(shè)備(例如服務(wù)器)，其最初在其設(shè)計和其編程方面沒有特定配置。只有通過已經(jīng)執(zhí)行的編程，通用數(shù)據(jù)處理設(shè)備才被設(shè)置為執(zhí)行特定功能。如果云計算機(jī)系統(tǒng)包括多個單獨(dú)的組件，則這些將以適于數(shù)據(jù)通信的合適方式(例如通過通信網(wǎng)絡(luò))彼此連接。可以向云計算機(jī)系統(tǒng)提供用于數(shù)據(jù)存儲和/或處理的任何期望的數(shù)據(jù)。云計算機(jī)系統(tǒng)本身使得存儲的數(shù)據(jù)和/或執(zhí)行的數(shù)據(jù)處理的結(jié)果又可用于其他設(shè)備，例如微電網(wǎng)的本地控制裝置和連接到云計算機(jī)系統(tǒng)的計算機(jī)工作站。云計算機(jī)系統(tǒng)可以例如由一個計算中心或多個聯(lián)網(wǎng)的計算中心提供。通常，云計算機(jī)系統(tǒng)被配置為在空間上遠(yuǎn)離微電網(wǎng)。

云計算機(jī)系統(tǒng)可以例如由與微電網(wǎng)相同的運(yùn)營商運(yùn)行。例如，在這種情況下，它可以是相同運(yùn)營商的服務(wù)器系統(tǒng)或計算中心。然而，還可以規(guī)定云計算機(jī)系統(tǒng)被分配給除微電網(wǎng)的運(yùn)營商之外的運(yùn)營商。對于微電網(wǎng)的運(yùn)營商，這可以具有這樣的優(yōu)點(diǎn)，即它們本身不必注意云計算機(jī)系統(tǒng)的運(yùn)行和維護(hù)，而是將這些任務(wù)轉(zhuǎn)移給云計算機(jī)系統(tǒng)的運(yùn)營商，云計算機(jī)系統(tǒng)提供這種服務(wù)。

在根據(jù)本發(fā)明的方法的另一個有利的實施方式中，此外，相應(yīng)時間間隔的運(yùn)行計劃可以包括總體運(yùn)行計劃，其規(guī)定自主能量供應(yīng)網(wǎng)絡(luò)的網(wǎng)絡(luò)連接點(diǎn)處的電功率，以及部分運(yùn)行計劃，用于自主能量供應(yīng)網(wǎng)絡(luò)的能量產(chǎn)生器和/或能量消耗器。

以這種方式，不僅可以控制微電網(wǎng)的各個能量產(chǎn)生器和/或消耗器進(jìn)行運(yùn)行，而且可以通過總體運(yùn)行計劃規(guī)定網(wǎng)絡(luò)連接點(diǎn)處的電功率。以這種方式，例如，可以確定微電網(wǎng)在該時間間隔內(nèi)應(yīng)當(dāng)吸取或發(fā)出預(yù)定電功率，或者應(yīng)該在孤島運(yùn)行中完全自主地運(yùn)行。在那些沒有任何耦合到分配網(wǎng)絡(luò)的微電網(wǎng)的情況下，每次在(在這種情況下不存在的)網(wǎng)絡(luò)連接點(diǎn)處的電功率被設(shè)置為零。

關(guān)于部分運(yùn)行計劃，還可以特別地規(guī)定，它們至少分別包括關(guān)于相應(yīng)能量產(chǎn)生器或能量消耗器的功率輸出或功率需求的開關(guān)狀態(tài)和額定值的規(guī)定。

根據(jù)另一實施方式，關(guān)于部分運(yùn)行計劃，還可以包括關(guān)于在相應(yīng)能量產(chǎn)生器或能量消耗器的能量產(chǎn)生或能量消耗期間產(chǎn)生的成本的規(guī)定。在能量生產(chǎn)期間產(chǎn)生的成本特別是相應(yīng)設(shè)備的運(yùn)行成本(包括任何燃料成本)和采購成本。在能量消耗期間發(fā)生的成本例如是能量存儲單元的運(yùn)行和采購成本，但是也可以是這樣的支出，其在超過已經(jīng)(例如與配電網(wǎng)絡(luò)的運(yùn)營商)合同約定的功率限制時必須支付。當(dāng)微電網(wǎng)的運(yùn)營商與上級分配網(wǎng)絡(luò)的運(yùn)營商具有供應(yīng)合同時，消耗成本更為重要。

關(guān)于微電網(wǎng)的運(yùn)行，根據(jù)一個有利的實施方式，可以進(jìn)一步規(guī)定，在自主能量供應(yīng)網(wǎng)絡(luò)由本地控制裝置運(yùn)行期間，自主能量供應(yīng)網(wǎng)絡(luò)的當(dāng)前功率結(jié)余形成為傳輸?shù)阶灾髂芰抗?yīng)網(wǎng)絡(luò)的功率和從其獲取的功率之差，由本地控制裝置確定自主能量供應(yīng)網(wǎng)絡(luò)的正儲備功率和負(fù)儲備功率，將當(dāng)前功率結(jié)余與正和負(fù)儲備功率相比較，并且將比較的結(jié)果用于控制能量產(chǎn)生器。

在這種情況下，正儲備功率被確定為所有活動的(被接通的)能量產(chǎn)生器的最大可能功率輸出和實際當(dāng)前功率輸出之間的差。相應(yīng)地，負(fù)儲備功率被確定為實際當(dāng)前功率輸出和所有活動的能量產(chǎn)生器的最小可能功率輸出之間的差。

最后提到的有利實施方式允許借助于僅少量測量量和簡單計算來調(diào)節(jié)微電網(wǎng)的運(yùn)行。這些也可以用相對簡單的控制裝置來執(zhí)行，而不必在后者上設(shè)置過高的計算能力需求。

在上下文中，在根據(jù)本發(fā)明的方法的另一有利實施方式中，可以具體地規(guī)定，在功率結(jié)余小于或等于正的或負(fù)的儲備功率的情況下，相應(yīng)地控制所接通的能量產(chǎn)生器以便適配其待饋送的功率，并且在功率結(jié)余大于正的或負(fù)的儲備功率的情況下，修改至少一個能量產(chǎn)生器的開關(guān)狀態(tài)。

在該實施方式中，通過相對簡單的調(diào)節(jié)規(guī)則運(yùn)行微電網(wǎng)成為可能。只要能夠通過在儲備功率內(nèi)控制主動能量產(chǎn)生器來實現(xiàn)功率結(jié)余的均衡，就這樣做。當(dāng)正儲備功率不再足夠時，其它(先前關(guān)閉的)能量產(chǎn)生器被投入運(yùn)行。當(dāng)負(fù)儲備功率不再足夠時(太多功率饋送到微電網(wǎng)中)，主動能量產(chǎn)生器被關(guān)閉。執(zhí)行這些步驟直到存在平衡的功率結(jié)余。

接通或斷開能量產(chǎn)生器的順序可以由優(yōu)化參數(shù)確定。例如，可以首先接通其運(yùn)行涉及最低成本的那些產(chǎn)生器，從而始終接通需要最低生產(chǎn)成本的那些不活動能量產(chǎn)生器。在相反的情況下，當(dāng)關(guān)閉時，具有最高能量生產(chǎn)成本的那些能量產(chǎn)生器首先停止運(yùn)行等。進(jìn)一步優(yōu)化可以例如是相應(yīng)能量產(chǎn)生器的co2排放。

此外，根據(jù)另一個有利的實施方式，對于在功率結(jié)余大于正的或負(fù)的儲備功率的情況下不存在可以修改開關(guān)狀態(tài)的另外的能量產(chǎn)生器的情況，改變至少一個能量消耗器的開關(guān)狀態(tài)。

在該實施方式中，如果不可能通過接通或斷開能量產(chǎn)生器進(jìn)行進(jìn)一步調(diào)節(jié)，則對微電網(wǎng)的負(fù)載側(cè)采取影響。因此，當(dāng)需要時，負(fù)載被接通或斷開，以便實現(xiàn)微電網(wǎng)中的平衡的功率結(jié)余。

在根據(jù)本發(fā)明的方法的另一有利的實施方式中，此外，借助本地控制裝置在自主能量供應(yīng)網(wǎng)絡(luò)的運(yùn)行期間采集測量值,這些測量值說明了在網(wǎng)絡(luò)連接點(diǎn)處能量產(chǎn)生器和/或能量消耗器和/或整個自主能量供應(yīng)網(wǎng)絡(luò)的運(yùn)行狀態(tài)，將至少一些測量值和/或從其導(dǎo)出的值傳輸?shù)接嬎阊b置，并且計算裝置通過使用所傳輸?shù)臏y量值和/或從其導(dǎo)出的值確定當(dāng)前時間間隔或者其后的時間間隔的更新的運(yùn)行計劃。

以這種方式，微電網(wǎng)的運(yùn)行可以適應(yīng)性地適應(yīng)當(dāng)前變化。例如，可以平衡預(yù)期傳送的功率的預(yù)測中的不確定性，或者可以補(bǔ)償規(guī)劃到微電網(wǎng)的運(yùn)行中的能量產(chǎn)生器的故障。通過計算裝置執(zhí)行運(yùn)行計劃的相對計算密集的適配，其中優(yōu)化的重新計算至少部分地進(jìn)行，從而減輕了本地控制裝置的負(fù)擔(dān)。

此外，在根據(jù)本發(fā)明的方法的另一個有利的實施方式中，多個自主能量供應(yīng)網(wǎng)絡(luò)的相應(yīng)運(yùn)行計劃由計算裝置確定，并且多個自主能量供應(yīng)網(wǎng)絡(luò)的相應(yīng)能量產(chǎn)生器和/或能量消耗器由相應(yīng)的本地控制裝置根據(jù)相應(yīng)運(yùn)行計劃的規(guī)定來控制。

使用該解決方案，因此由計算裝置提供用于多個微電網(wǎng)的服務(wù)。這些微電網(wǎng)可以被分配給相同或不同的網(wǎng)絡(luò)運(yùn)營商。在后一種情況下，將注意通過適當(dāng)?shù)拇胧﹣泶_保計算裝置上的數(shù)據(jù)安全性。

上述目的還通過用于運(yùn)行自主能量供應(yīng)網(wǎng)絡(luò)的系統(tǒng)來實現(xiàn)，該自主能量供應(yīng)網(wǎng)絡(luò)包括多個能量產(chǎn)生器和多個能量消耗器。

根據(jù)本發(fā)明，提供了構(gòu)建為用于控制能量產(chǎn)生器和/或能量消耗器的本地控制裝置，以及對于本地控制裝置上級布置的計算裝置，該計算裝置具有數(shù)據(jù)存儲器，用于提供自主能量供應(yīng)網(wǎng)絡(luò)的模型數(shù)據(jù)，其說明相應(yīng)的能量產(chǎn)生器及其運(yùn)行參數(shù)。在這種情況下，計算裝置構(gòu)建為用于通過使用模型數(shù)據(jù)來確定自主能量供應(yīng)網(wǎng)絡(luò)的運(yùn)行計劃，并且將運(yùn)行計劃傳輸?shù)奖镜乜刂蒲b置，其中運(yùn)行計劃規(guī)定特定時間間隔期間自主能量供應(yīng)網(wǎng)絡(luò)的運(yùn)行狀態(tài)。本地控制裝置構(gòu)建為用于根據(jù)運(yùn)行計劃的規(guī)定控制能量產(chǎn)生器和/或能量消耗器。

具體地，關(guān)于根據(jù)本發(fā)明的系統(tǒng)，可以規(guī)定，該系統(tǒng)構(gòu)建為用于運(yùn)行多個自主能量供應(yīng)網(wǎng)絡(luò)，并且相應(yīng)的自主能量供應(yīng)網(wǎng)絡(luò)分別被分配有它們自己的本地控制裝置，其連接到計算裝置。

關(guān)于根據(jù)本發(fā)明的系統(tǒng)，上下文關(guān)于根據(jù)本發(fā)明的方法做出的所有評論以相應(yīng)的方式應(yīng)用，反之亦然，特別地，根據(jù)本發(fā)明的系統(tǒng)構(gòu)建為用于執(zhí)行按照任何期望的實施方案或按照任何期望的實施方案的組合的根據(jù)本發(fā)明的方法。關(guān)于根據(jù)本發(fā)明的系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)，參考針對根據(jù)本發(fā)明的方法描述的優(yōu)點(diǎn)。

附圖說明

下面借助實施例詳細(xì)解釋本發(fā)明。實施例的具體配置應(yīng)理解為不以任何方式限制根據(jù)本發(fā)明的方法和根據(jù)本發(fā)明的系統(tǒng)的一般配置；而是實施例的各個配置特征可以以任何期望的方式彼此自由地和與上述特征自由地組合。附圖中:

圖1示出了具有連接到配電網(wǎng)絡(luò)的多個自主能量供應(yīng)網(wǎng)絡(luò)(微電網(wǎng))的能量供應(yīng)系統(tǒng)的示意圖；

圖2示出了兩個微電網(wǎng)的示意圖，其借助本地控制裝置和上級計算裝置運(yùn)行；

圖3示出了本地控制裝置的示意圖；

圖4示出了計算裝置的示意圖；

圖5示出了用于解釋具有本地控制裝置的微電網(wǎng)的運(yùn)行模式的第一條形圖；

圖6示出了用于解釋具有本地控制裝置的微電網(wǎng)的運(yùn)行模式的第二條形圖；和

圖7示出了用于解釋具有本地控制裝置的微電網(wǎng)的運(yùn)行模式的第三條形圖。

具體實施方式

圖1示出了能量供應(yīng)系統(tǒng)10的非常高度示意性的圖示，其中多個自主能量供應(yīng)網(wǎng)絡(luò)(微網(wǎng))11a-c在相應(yīng)的網(wǎng)絡(luò)連接位置12a-c處耦合到分配網(wǎng)絡(luò)13。與分配網(wǎng)絡(luò)13連接有發(fā)電廠14形式的能量生產(chǎn)器，其確保電能的基本供給。

微電網(wǎng)本身包括多個能量產(chǎn)生器15a-c和能量消耗器16a-c，其在圖1中僅通過示例的方式示出。具體地，例如，可以是光伏電站形式的能量產(chǎn)生器(能量產(chǎn)生器15a)，小型發(fā)電廠，例如聯(lián)合熱電廠，沼氣發(fā)電廠，微型渦輪機(jī)等(能量產(chǎn)生器15b)或風(fēng)力發(fā)電廠(能量產(chǎn)生器15c)以及辦公室或商業(yè)建筑形式的能量消耗器(能量消耗器16a)或房屋(能量消耗器16b)。此外，還可以存在根據(jù)運(yùn)行模式可以產(chǎn)生和汲取電能的所謂的“發(fā)電機(jī)”17a-c(生產(chǎn)者和消費(fèi)者的合并)。這些包括例如具有其自己的發(fā)電模塊的建筑物，例如具有光伏模塊的房屋(消費(fèi)者17a)，具有電能存儲單元的電動車輛(消費(fèi)者17b)和靜態(tài)電能存儲單元，例如電池系統(tǒng)(消費(fèi)者17c)。在本說明書的上下文中，取決于其運(yùn)行模式，這樣的消費(fèi)者被視為能量生成器或能量消耗器。例如，靜態(tài)存儲單元在其輸送電能時被認(rèn)為是能量產(chǎn)生器，并且在其正在汲取電能時被視為能量消耗器。

在圖1中示出的能量產(chǎn)生器和能量消耗器僅僅通過示例的方式來理解。當(dāng)然可以是具有任何所需數(shù)量和組合的能量產(chǎn)生器和能量消耗器的微電網(wǎng)。

與圖1中所示不同，自主能量供應(yīng)網(wǎng)絡(luò)/微電網(wǎng)也可以在不耦合到配電網(wǎng)絡(luò)的情況下運(yùn)行。例如，對于島嶼或偏遠(yuǎn)地區(qū)就是這種情況。

為了控制微電網(wǎng)的運(yùn)行，提供了局部控制裝置18a-c，它們在圖1中同樣僅僅象征性地指示。利用這些局部控制裝置，根據(jù)對于特定的時間間隔(例如持續(xù)15分鐘)分別規(guī)定微電網(wǎng)的運(yùn)行狀態(tài)的運(yùn)行計劃，存在于微電網(wǎng)中的能量產(chǎn)生器和/或能量消耗器被控制為使得微電網(wǎng)的運(yùn)行對應(yīng)于特定調(diào)節(jié)策略。例如，調(diào)節(jié)策略可以包括建立微電網(wǎng)的成本優(yōu)化的運(yùn)行模式。為此，必須考慮與各個能量產(chǎn)生器相關(guān)聯(lián)的相應(yīng)能量生產(chǎn)成本(例如當(dāng)前燃料價格，風(fēng)力發(fā)電廠的運(yùn)行成本等)，以及在向配電網(wǎng)13饋電或取電時考慮可能的電價。另一調(diào)節(jié)策略可基于具有最低可能的co2排放的運(yùn)行模式或完全自主運(yùn)行模式(島運(yùn)行)。

為了計劃和優(yōu)化微電網(wǎng)的運(yùn)行，需要預(yù)測在微電網(wǎng)中分別在所討論的時間間隔中產(chǎn)生的并且從微電網(wǎng)提取的電功率。為此，必須進(jìn)行規(guī)劃和參數(shù)化以及分別存在的能量產(chǎn)生器和能量消耗器的建模。這些過程需要高水平的技術(shù)理解和具有高計算能力的數(shù)據(jù)處理設(shè)備。就成本/效益比而言，兩者對于單個微電網(wǎng)的單個局部運(yùn)行也不是有效的。

在這種情況下，為了運(yùn)行微電網(wǎng)，因此提出了將自動化解決方案劃分為兩個，如在圖2中示意性地示出的。在這方面，圖2示出了圖1的能量供應(yīng)系統(tǒng)10的子區(qū)域，具有微網(wǎng)絡(luò)11a和11b，其在網(wǎng)絡(luò)連接位置12a，b處耦合到分配網(wǎng)絡(luò)(在圖2中未進(jìn)一步示出)。相應(yīng)微電網(wǎng)11a，b的本地控制裝置18a，b一方面適當(dāng)?shù)剡B接到相應(yīng)微電網(wǎng)11a，b的能量產(chǎn)生器或能量消耗器，另一方面連接到上級計算裝置20。

與能量產(chǎn)生器和能量消耗器的連接用于向相應(yīng)的能量產(chǎn)生器和能量消耗器發(fā)送控制信號，以便根據(jù)相應(yīng)時間間隔的運(yùn)行計劃調(diào)整其運(yùn)行狀態(tài)。此外，相應(yīng)的本地控制裝置18a，b連接到測量傳感器，該測量傳感器用于測量由相應(yīng)的能量產(chǎn)生器或能量消耗器以及在網(wǎng)絡(luò)連接位置12a，b的區(qū)域中的電能的輸送或需求。以這種方式，本地控制裝置分別被提供微電網(wǎng)的當(dāng)前運(yùn)行數(shù)據(jù)。為了確保清楚，僅僅通過示例的方式僅僅示出了本地控制裝置18a，b到能量產(chǎn)生器15a的連接，并且代表圖2中的所有其他連接。在這種情況下，連接包括到能量產(chǎn)生器21的控制模塊21的第一連接，以便通過控制信號影響能量產(chǎn)生器的運(yùn)行狀態(tài)，以及到用于記錄由能量產(chǎn)生器15a傳送的功率的測量傳感器22(僅示意性地示出)的第二連接，(例如通過適當(dāng)?shù)販y量測量傳感器的測量位置處的電流和電壓)。還示出了到另一測量傳感器23的連接，利用該測量傳感器測量網(wǎng)絡(luò)連接位置12a，b的區(qū)域中的功率。相應(yīng)的本地控制裝置18a，b與各個能量產(chǎn)生器或能量消耗器之間的連接可以以任何期望的合適形式(例如無線地或有線地)配置，并且基于一個或多個通信協(xié)議(例如根據(jù)iec61850，iec61870-5-104，dnp3(i)，xmpp，modbustcp/rtu)。

計算密集型功能以及相應(yīng)微電網(wǎng)的調(diào)度和參數(shù)化集中在計算裝置20中，計算裝置20例如可以是云計算機(jī)系統(tǒng)。為了輸入?yún)?shù)和模型數(shù)據(jù)，計算裝置20連接到數(shù)據(jù)編輯器24，數(shù)據(jù)編輯器24可以被配置為單獨(dú)的數(shù)據(jù)處理設(shè)備(例如工作站)或者被配置為計算裝置20本身的集成的組成部分。

通過將自動化系統(tǒng)劃分為兩個，需要高水平的專家知識、大的人工費(fèi)用和/或高計算能力的過程從相應(yīng)的本地控制裝置18a，b重新定位到計算裝置20，并且提升總體系統(tǒng)的效率。以這種方式，更簡單且因此更經(jīng)濟(jì)的裝置可以用作本地控制裝置18a，b；此外，對于相應(yīng)微電網(wǎng)的配置和運(yùn)行引起了更少的本地人員支出。各個控制裝置18a，b和計算裝置20之間的連接可以以任何期望的適當(dāng)形式配置，例如作為有線以太網(wǎng)連接。可以使用任何期望的通信協(xié)議，例如按照標(biāo)準(zhǔn)iec61850定義的協(xié)議。

計算裝置20同樣可以分配給一個或所有微電網(wǎng)11a，b的運(yùn)營商。作為替代方案，計算裝置20還可以由具有微電網(wǎng)控制領(lǐng)域的專業(yè)知識的服務(wù)提供商運(yùn)行，并且提供相應(yīng)優(yōu)化的運(yùn)行計劃的參數(shù)化和計算，作為用于微電網(wǎng)的相應(yīng)運(yùn)營商的服務(wù)。

具體地，用于運(yùn)行微電網(wǎng)的系統(tǒng)構(gòu)造如下，并且如下運(yùn)行：

如上所述，本地控制裝置18a，b一方面與相應(yīng)的能量產(chǎn)生器和能量消耗器進(jìn)行通信，另一方面與計算裝置20進(jìn)行通信。

為此，如圖3所示，本地控制裝置18包括用于與計算裝置20通信的第一通信接口31和用于將控制信號傳輸?shù)较鄳?yīng)的能量產(chǎn)生器和能量消耗器的第二通信接口32。此外，輸入/輸出接口33用于獲取相應(yīng)測量傳感器的測量值。在這種情況下，測量值可以通過固定布線傳輸?shù)娇刂蒲b置18的輸入/輸出接口33，或者可以在中間過程中轉(zhuǎn)換為報文，并作為報文內(nèi)容提交到輸入/輸出接口33。輸入/輸出接口33相應(yīng)地配置為測量值采集裝置或通信裝置。此外，控制裝置18包括控制器模塊，該控制器模塊執(zhí)行用于控制能量產(chǎn)生器和能量消耗器所必需的功能?？刂破髂K可以例如是微處理器、asic或fpga等。

基于試探法或數(shù)學(xué)優(yōu)化方法，計算裝置20包括用于相應(yīng)微電網(wǎng)的能量產(chǎn)生器和能量消耗器的運(yùn)行計劃，其確保微電網(wǎng)的穩(wěn)定的系統(tǒng)狀態(tài)。計算裝置20被配置為如圖4所示。根據(jù)圖4，計算裝置20包括用于與數(shù)據(jù)編輯器24(參見圖2)進(jìn)行數(shù)據(jù)交換的接口41和用于連接到一個或多個本地控制裝置18的通信接口42。該計算裝置還包括控制器43，其構(gòu)建為用于執(zhí)行功能模塊44a-d。

圖4中的計算裝置20的示圖被認(rèn)為是純功能性的；如上所述，計算裝置可以是單獨(dú)的數(shù)據(jù)處理設(shè)備或例如以云計算機(jī)系統(tǒng)的形式的計算機(jī)設(shè)施，其提供圖2所示的元件和功能。

通過連接到接口41的數(shù)據(jù)編輯器，可以參數(shù)化能量產(chǎn)生器和能量消耗器的主要模型數(shù)據(jù)。這些模型數(shù)據(jù)包括能量產(chǎn)生器和能量消耗器以及說明其運(yùn)行參數(shù)的數(shù)據(jù)，例如能量產(chǎn)生器的最小和最大生產(chǎn)能力、效率特征、燃料價格或電池容量。這些模型數(shù)據(jù)存儲在作為計算裝置20的數(shù)據(jù)存儲模塊的功能模塊44a中；與相應(yīng)本地控制裝置相關(guān)的子集被轉(zhuǎn)發(fā)到本地控制裝置18并存儲在本地數(shù)據(jù)存儲模塊35(參見圖3)中。

功能模塊44b是用于提供天氣預(yù)報的模塊，其根據(jù)微電網(wǎng)的安裝地點(diǎn)詢問適當(dāng)?shù)奶鞖夥?wù)，以便獲得諸如風(fēng)速、風(fēng)向、日照等的天氣參數(shù)的本地預(yù)測。詢問的氣象服務(wù)可以由計算裝置20自身或由外部提供商(氣象服務(wù)提供商)提供。

功能模塊44c是用于計算其能量產(chǎn)生功率取決于相應(yīng)的當(dāng)前天氣情況(例如光伏電站，風(fēng)力發(fā)電站等)的那些能量產(chǎn)生器的預(yù)期饋送功率的模塊。為了計算預(yù)期饋送功率，至少使用由功能模塊44b提供的天氣信息的相關(guān)部分和存儲在功能模塊44a中的模型數(shù)據(jù)的至少部分(例如效率特性)。

功能模塊44d是用于計算各個微電網(wǎng)的運(yùn)行計劃的模塊。在這種情況下，相應(yīng)時間間隔的運(yùn)行計劃一方面包括各個能量產(chǎn)生器的部分運(yùn)行計劃，另一方面包括指示網(wǎng)絡(luò)連接點(diǎn)處的功率流的總體運(yùn)行計劃。功能模塊44d使用例如基于混合整數(shù)線性編程的數(shù)學(xué)運(yùn)算優(yōu)化，并且關(guān)于預(yù)定參數(shù)(例如微電網(wǎng)與配電網(wǎng)的功率交換，運(yùn)行成本或者co2排放)優(yōu)化微電網(wǎng)的運(yùn)行。

相應(yīng)微電網(wǎng)的計算裝置20和本地控制裝置18如下協(xié)作。

在微電網(wǎng)的投入運(yùn)行之前，執(zhí)行用于相應(yīng)微電網(wǎng)的調(diào)度和參數(shù)化的數(shù)據(jù)輸入。為此，用戶首先借助于數(shù)據(jù)編輯器24輸入微電網(wǎng)的模型數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)編輯器24從輸入的數(shù)據(jù)中產(chǎn)生用于數(shù)學(xué)運(yùn)算優(yōu)化的數(shù)據(jù)模型。模型數(shù)據(jù)和從其導(dǎo)出的數(shù)據(jù)模型存儲在功能模塊44a中。

此外，計算裝置20將相關(guān)模型數(shù)據(jù)發(fā)送到相應(yīng)的本地控制裝置。這樣的模型數(shù)據(jù)被認(rèn)為是相關(guān)的，所述模型數(shù)據(jù)對于控制裝置18運(yùn)行相應(yīng)微電網(wǎng)11是必需的或有利的，并且涉及存在于相應(yīng)微電網(wǎng)11中的能量產(chǎn)生器或能量消耗器。

在運(yùn)行期間，計算裝置20以周期性間隔(例如每天一次)詢問氣象服務(wù)的當(dāng)前天氣預(yù)報，并將它們存儲在功能模塊44b中。借助于這些天氣預(yù)報，功能模塊44c計算在要考慮的時間間隔內(nèi)的每個能量產(chǎn)生器的預(yù)期能量輸送，并且將該信息發(fā)送到功能模塊44d，該功能模塊44d通過使用這些信息來計算相應(yīng)微電網(wǎng)的運(yùn)行計劃,和/或?qū)⑵渲苯影l(fā)送到本地控制單元。為此，根據(jù)優(yōu)化規(guī)則執(zhí)行微電網(wǎng)的運(yùn)行的相應(yīng)優(yōu)化。利用功能組件44d，在這種情況下分別針對連續(xù)的時間間隔計算運(yùn)行計劃，例如持續(xù)15分鐘。

最后，計算裝置20將相應(yīng)時間間隔的運(yùn)行計劃發(fā)送到相應(yīng)的本地控制裝置。運(yùn)行計劃包括總體運(yùn)行計劃(在網(wǎng)絡(luò)連接點(diǎn)處的功率流；在純島網(wǎng)絡(luò)的情況下，這總是為零)和相應(yīng)能量產(chǎn)生器的部分運(yùn)行計劃。

這些部分運(yùn)行計劃對于每個時間間隔包含以下信息：

-能量產(chǎn)生器的開關(guān)狀態(tài)(開/關(guān))；

-功率輸送的額定值；

-可能還有生產(chǎn)/消費(fèi)的影子價格。

這些影子價格例如由功能模塊44d如下確定：

-對于生產(chǎn)設(shè)備，作為運(yùn)行成本變化與工作點(diǎn)周圍的功率變化的比率；

-對于能量存儲單元，作為已用于對所述存儲單元充電的電能的平均生產(chǎn)成本；

-對于消耗器，作為假設(shè)的虛擬價格，其規(guī)定在關(guān)閉時的優(yōu)先次序(具有最高價格的消耗器首先被關(guān)閉，并且具有最低價格的消費(fèi)者最后；價格可以由微電網(wǎng)的運(yùn)營商根據(jù)特定標(biāo)準(zhǔn)，例如消耗器的重要性來規(guī)定)。

如下所述，本地控制單元18通過使用所發(fā)送的運(yùn)行計劃對于相應(yīng)的時間間隔如下控制能量產(chǎn)生器。

如上所述，本地控制單元獲取描述能量產(chǎn)生器的相應(yīng)功率饋送或能量消耗器的功率需求的測量值，并且從中形成微電網(wǎng)的功率結(jié)余，其形式為饋送和需求之間的差異。作為替代，也可以測量在網(wǎng)絡(luò)連接點(diǎn)處的功率流，其對應(yīng)于功率結(jié)余。

此外，本地控制裝置確定正和負(fù)儲備功率。在這種情況下，正儲備功率rpos被確定為所有活動的(被接通的)能量產(chǎn)生器的最大可能功率輸出和實際當(dāng)前功率輸出之間的差。相應(yīng)地，負(fù)儲備功率rneg被確定為實際當(dāng)前功率輸出和所有活動能量產(chǎn)生器的最小可能功率輸出之間的差。

借助于參量“功率結(jié)余”，“正儲備功率”和“負(fù)儲備功率”，以及來自運(yùn)行計劃的規(guī)定，執(zhí)行微電網(wǎng)的實時調(diào)節(jié)。在這種情況下，可以容易地考慮與運(yùn)行計劃的偏差，例如由于與預(yù)測的氣象數(shù)據(jù)的偏差和因此的饋送量。

根據(jù)運(yùn)行計劃的規(guī)定，當(dāng)在與當(dāng)前時間匹配的時間間隔中，當(dāng)根據(jù)運(yùn)行計劃的相關(guān)開關(guān)狀態(tài)開啟或關(guān)閉時，相應(yīng)的能量產(chǎn)生器打開或關(guān)閉；此外，功率輸出的額定值可能地作為調(diào)節(jié)規(guī)定傳送到相應(yīng)的能量產(chǎn)生器。

如果在根據(jù)運(yùn)行計劃執(zhí)行的微電網(wǎng)的運(yùn)行中功率結(jié)余小于正/負(fù)儲備功率的大小，則根據(jù)所需的網(wǎng)絡(luò)頻率來調(diào)節(jié)能量產(chǎn)生器的功率輸送。這將參考圖5的示例來解釋。圖5示出了條形圖，利用該條形圖，當(dāng)前接通的能量產(chǎn)生器的功率份額處于兩個不同的調(diào)節(jié)時間t1，t2。在時間t1，第一子柱51代表第一接通的能量產(chǎn)生器的功率份額，第二子柱52相應(yīng)地代表第二能量產(chǎn)生器的功率份額。

根據(jù)運(yùn)行計劃設(shè)置的兩個能量產(chǎn)生器的當(dāng)前功率輸送由線53規(guī)定?？梢钥闯?，第一能量產(chǎn)生器被完全利用，而第二能量產(chǎn)生器被部分利用。功率結(jié)余的測量或計算值由虛線54規(guī)定；可以看出，在時間t1，需要比由運(yùn)行計劃的當(dāng)前規(guī)定饋送的功率更多的功率。在存在與配電網(wǎng)絡(luò)的耦合的情況下，例如通過附加的需求來補(bǔ)償該功率。為了盡可能自主和有效地繼續(xù)運(yùn)行微電網(wǎng)，響應(yīng)于功率結(jié)余和實際輸送之間的差異，由本地控制裝置控制第二能量產(chǎn)生器以輸出更高的功率。這在圖5中由箭頭55指示。在調(diào)節(jié)時間t2，相應(yīng)地實現(xiàn)功率輸送(參見線56)，并且微電網(wǎng)可以在該運(yùn)行狀態(tài)下進(jìn)一步運(yùn)行，而不使額外的能量產(chǎn)生器運(yùn)行。這是可能的，因為雖然功率結(jié)余具有與實際狀態(tài)的正偏差，但是它仍然小于作為示例在圖5中輸入的正儲備功率rpos(僅作為示例，負(fù)儲備功率rneg也在圖5中輸入)。

在圖6中通過示例的方式示出了另一種情況。這里，功率結(jié)余(線61)位于正儲備功率rpos之上，其由當(dāng)前運(yùn)行狀態(tài)(線62)和接通的能量產(chǎn)生器的功率份額給出。為了適應(yīng)，另一能量產(chǎn)生器由控制裝置投入運(yùn)行，其功率份額在調(diào)節(jié)時間t2表示為子柱63。當(dāng)選擇要接通的能量產(chǎn)生器時，例如可以考慮它們的影子價格。因此，具有最低能量生產(chǎn)成本的能量產(chǎn)生器總是首先投入運(yùn)行，并且具有更昂貴的能量生產(chǎn)成本的能量產(chǎn)生器僅在需要時才投入運(yùn)行。

在圖7中通過示例的方式示出了另一種情況。這里，功率結(jié)余(線71)位于負(fù)儲存功率rneg之下，其由當(dāng)前運(yùn)行狀態(tài)(線72)和接通的能量產(chǎn)生器的功率份額給出。為了適應(yīng)，在時間t1處活動的能量產(chǎn)生器通過控制裝置不工作，使得僅具有在調(diào)節(jié)時間t2處被表示為子柱73的功率份額的能量產(chǎn)生器保持接通。當(dāng)選擇要接通的能量產(chǎn)生器時，例如可以考慮它們的影子價格。當(dāng)選擇待斷開的能量產(chǎn)生器時，它們的影子價格同樣可以例如被考慮。因此，具有更昂貴的能量生產(chǎn)成本的能量產(chǎn)生器總是首先停止運(yùn)行，并且具有較低能量生產(chǎn)成本的能量產(chǎn)生器僅在需要時才稍后停止運(yùn)行。

如果最后所確定的功率結(jié)余大于正的或負(fù)的儲備功率，并且所計算的生產(chǎn)缺陷不能通過接通或斷開能量產(chǎn)生器來解決，則微電網(wǎng)進(jìn)入緊急運(yùn)行。在這種情況下，如果饋送功率和吸取功率之間的差為正，則關(guān)閉具有最高陰影價格的生產(chǎn)設(shè)備/電池，直到該差值再次處于調(diào)節(jié)帶內(nèi)，或者如果可能的話，則接通消耗器。如果饋送功率和吸取功率之間的差為負(fù)，則具有最低陰影價格的消耗器/電池被關(guān)閉，直到該差再次處于調(diào)節(jié)帶內(nèi)。

能量產(chǎn)生器或在網(wǎng)絡(luò)連接點(diǎn)處的測量值以循環(huán)間隔(例如每小時)發(fā)送到計算裝置并在那里存檔。此外，啟動新的運(yùn)行優(yōu)化，其啟動對優(yōu)化時段和/或其他時間段的剩余持續(xù)時間的重新計算。這樣做的效果是時間和數(shù)量積分約束可以更好地遵守。

所提出的用于微電網(wǎng)運(yùn)行的自動化概念尤其提供以下優(yōu)點(diǎn)：

-與當(dāng)前的復(fù)雜局部建模相比，單個微電網(wǎng)或單個能量產(chǎn)生器的費(fèi)用急劇下降，因為不再需要獲取綜合的模型數(shù)據(jù)。

-本地控制裝置可以保持非常簡單，并且其不需要任何復(fù)雜的技術(shù)和復(fù)雜的調(diào)試。

-現(xiàn)場所需的參數(shù)化減少到最小量。

-由于減少的建模范圍，工廠可以更快地并且在沒有專業(yè)技術(shù)人員的條件下投入運(yùn)行。

-由于簡單的調(diào)節(jié)概念，該解決方案與用于微電網(wǎng)中的所有形式的能量產(chǎn)生器兼容。

-本地控制裝置僅需要與計算裝置偶爾通信。

盡管以上已經(jīng)借助于優(yōu)選的示例性實施例詳細(xì)地示出和描述了本發(fā)明，但是本發(fā)明不限于所公開的示例，并且本領(lǐng)域技術(shù)人員可以從中導(dǎo)出其他變型，而不脫離權(quán)利要求的保護(hù)范圍。