用于控制能量系统的组件之间的能量流的装置和方法

技术领域

本发明涉及一种根据权利要求1的前序部分所述的装置。此外，本发明还涉及一种根据权利要求9的前序部分所述的方法。

背景技术

能量系统通常具有多个组件、特别是能量产生器和能量消耗器。在此需要协调能量系统的组件之间的能量流，即，能量的交换，通常是电流或电能的交换。

关于组件的协调可以借助协调平台中央地进行。为此，协调平台可以执行优化方法，借助这种优化方法，尽可能高效或最佳地事先、例如提前一天(英文：Day-Ahead，日前)计算组件之间的能量流。

此外，协调平台还可以被设计为交易平台，使得组件可以公布销售报价和购买报价。在优化中可以考虑与能量形式有关的销售报价和购买报价，其中尽可能最大的并且在该意义上尽可能最佳的能量营业额通常是有利的。

对于已知的协调平台来说，纳入能量存储器是困难的。这是因为能量存储器耦合不同的时间点，并且迄今为止，例如对于第二天的所有时间间隔销售报价和购买报价必须同时公布(英文：Day-Ahead Spot-Markt，日前现货市场)。

发明内容

因此，本发明要解决的技术问题是，可以在协调平台的情况下实现能量存储器的纳入。

上述技术问题通过具有独立权利要求1的特征的装置和具有独立权利要求9的特征的方法来解决。在从属权利要求中说明了本发明的有利的实施方式和扩展。

根据本发明的用于控制能量系统的组件之间的能量流的装置包括用于控制能量流的控制装置，其中该控制装置可以借助优化方法事先针对时间区域计算能量流。此外，根据本发明，能量系统的组件以及由此能量系统包括至少一个能量存储器。根据本发明，能量流可以借助控制装置进行计算和控制，使得能量存储器在时间区域结束时的充电状态与能量存储器在时间区域开始时的充电状态基本相同。

换言之，控制装置被设计为基于优化方法的计算出的解来控制能量流，使得能量存储器在时间区域结束时的充电状态与能量存储器在时间区域开始时的充电状态基本相同。

在本发明中，术语“调节”同样属于术语“控制”。

根据本发明，能量存储器在时间区域开始和结束时(即在时间区域的边界处)的充电状态基本相同。在此，如果两个充电状态相互之间具有最多5％、优选最多3％、特别优选最多1％的偏差，那么在本发明的意义上，这两个充电状态就基本相同。在测量精度的范围内，充电状态特别优选地是相同的。特别地，这些充电状态是相同的。

每个能量产生器被设计为用于产生至少一种能量形式并且将其提供给一个或多个能量消耗器。每个能量消耗器被设计为用于消耗由能量产生器提供的至少一种能量形式。能量产生器的能量形式可以是不同的。特别地，作为能量形式提供电流和/或热能/热量。因此，能量流可以是电流和/或热流。

根据本发明的装置形成中央协调平台，该中央协调平台借助控制装置基于优化方法的解(事先计算能量流)来控制能量系统的组件之间的能量流。控制装置可以基于优化方法的解来控制能量系统的组件之间的能量流。

在本发明意义上的优化方法是使目标函数最大化或最小化的方法，其中能量流构成目标函数的优化变量。目标函数的最大化或最小化通常是复杂的，并且因此通常以数值方式进行。不需要目标函数的精确的最大值或最小值。优化方法的结果至少是能量系统的组件之间的能量流。控制装置尽可能根据事先计算出的能量流来控制能量系统的组件或能量系统的组件之间的能量流。由此可以实现尽可能高效或最佳的能量系统运行。控制装置通常事先针对一天(时间区域)计算能量流。

根据本发明，控制装置被设计为计算和控制能量流，使得能量存储器在时间区域结束时的充电状态与能量存储器在时间区域开始时的充电状态基本相同。例如，能量存储器关于时间区域的充电状态具有周期性的边界条件。因此，适用

通过本发明，尤其是通过能量存储器在时间区域结束时的充电状态与能量存储器在时间区域开始时的充电状态相同，有利地可以实现将能量存储器整合到中央协调平台或交易平台。特别地，由此有利地确保了，能量存储器仅在能量系统内或为协调平台提供了灵活性。换言之，在这个意义上，能量存储器既不产生能量也不消耗能量，而是仅临时存储能量。由此还可以在装置内以及同样在交易平台内实现能量存储器的经济上更公平的运行。

在根据本发明的用于控制能量系统的组件之间的能量流的方法中，其中组件包括至少一个能量存储器，借助优化方法事先针对时间区域计算能量流。根据本发明，计算和控制能量流，使得能量存储器在时间区域结束时的充电状态与能量存储器在时间区域开始时的充电状态基本相同。

换言之，控制装置基于优化方法的计算出的解来控制能量流，其中能量流的计算借助优化方法进行，并且由此进行控制，使得能量存储器在时间区域结束时的充电状态与能量存储器在时间区域开始时的充电状态基本相同。

由此给出与根据本发明的装置类似和相当的优点。

优选地，能量流的优化在附加条件下进行，使得能量存储器在时间区域结束时的充电状态与能量存储器在时间区域开始时的充电状态基本相同。

特别优选地，在此在数学上确定附加条件，使得至少对于优化来说，充电状态在数学上是相同的。

根据本发明的有利的实施方式，能量系统的组件包括多个能量产生器和多个能量消耗器，其中能量产生器、能量消耗器和至少一个能量存储器借助能量传输网络相互连接。

有利地，能量系统的组件之间的能量流可以通过能量传输网络、例如电力网络进行。能量传输网络可以是与能量系统的组件有关的局部能量传输网络，并且与上级设置的能量传输网络、特别是电力网络连接或可以与其耦合以进行能量交换。此外，在控制装置所执行的优化中、即优化方法中可以考虑能量传输网络和/或上级设置的能量传输网络的物理功率容量。此外，还可以考虑使用能量传输网络的费用和/或使用上级设置的能量传输网络的费用。

在本发明的有利的扩展中，该装置包括通信接口，其用于在控制装置与组件之间双向交换数据容器，其中借助数据容器存储的数据可以在优化方法中加以考虑。

因此，控制装置可以有利地与能量系统的组件进行通信。此外，控制装置在优化方法中有利地可以考虑关于组件的信息。因此，该装置有利地关于组件形成中央通信装置、控制装置和协调平台。

在此特别优选的是，数据容器包括为控制功率流设置的控制数据。

换言之，控制装置借助优化方法计算功率流、特别是在考虑关于组件的信息的情况下。随后，借助通信接口将控制数据传输到组件，其中控制数据被设计为，使得组件根据计算出的能量流运行。借助控制数据将优化方法的特定于组件的结果象征性地传达给组件。在组件一侧，可以分别设置另外的控制单元(英文：edge device，边缘装置)，其可以采集控制数据并且根据所采集的控制数据控制相应的组件。因此，控制装置借助控制单元来控制组件。该装置因此形成中央协调平台，其分别与用于数据交换的每个组件的控制单元(本地控制单元)耦合以进行数据交换。

根据本发明的有利的实施方式，借助数据容器存储每个能量产生器可提供的能量的最大的量和每个能量消耗器可接收的能量的最大的量。

换言之，能量产生器的控制装置已知其相应可提供的能量的最大的量，并且能量消耗器已知其相应可接收的能量的最大的量。由此有利地确保了，能量系统的组件在其技术实施的范围内运行。物理数据或物理信息(例如可提供的能量的最大的量和可接收的能量的最大的量)可以作为优化方法中的附加条件加以考虑。例如，如果

在本发明的有利的扩展中，借助数据容器存储了能量存储器的最大存储容量、能量存储器的最大充电功率、能量存储器的最大放电功率、能量存储器的充电效率和/或能量存储器的放电效率。

由此，有利地可以实现对能量存储器的改进的建模并且由此实现在优化方法中对能量存储器的改进的考虑。所提到的能量存储器的物理或技术上的参数可以作为优化方法中的附加条件加以考虑。特别地，针对能量存储器确定附加条件

根据本发明的有利的实施方式，借助数据容器存储每个能量产生器的最低销售价格和每个能量消耗器的最高购买价格。

因此，该装置有利地形成交易平台、特别是本地能量市场。在优化方法中考虑了最低销售价格和最高购买价格。由此，有利地提高了能量系统的组件之间的能量流的概率，从而能量市场有利地可以在能量上尽可能高效地运行。

在本发明的有利的扩展中，能量系统的每个组件、特别是能量存储器包括控制单元(英文：edge device，边缘装置)，其通过通信接口与控制装置耦合以进行数据交换。

有利地，数据容器或数据或信息由此可以在控制装置与组件之间进行交换。此外，在此可以实现通过装置对组件进行全局控制，其中根据优化方法的解来控制组件。由此可以实现装置、特别是能量市场在能量上尽可能高效的运行。

根据本发明的有利的实施方式，在优化中考虑组件中的至少一个的能量流的在时间上的可偏移性。

由此，在优化方法中有利地可以考虑可在时间上偏移的负载，例如电动车辆的充电。例如，该考虑通过附加条件

在本发明的有利的扩展中，在优化中考虑能量流的类型。

例如，由此可以区分不同的电流类型，尤其是来自可再生能量源的电流和来自不可再生能量源的电流。因此，能量消耗器可以向控制装置传送对电流类型的偏好。例如，电流优选地应当从光伏设备接收。能量消耗器的这种偏好可以在优化方法中加以考虑。在优化方法中考虑能量消耗器和/或能量产生者的进一步的偏好是可能的并且设置了这种考虑。

附图说明

本发明的另外的优点、特征和细节从下面描述的实施例并且参照附图得出。在此，唯一的附图示意性示出了根据本发明的实施方式的装置。

具体实施方式

该装置1包括能量产生器2和能量消耗器3。此外，装置1还包括一个或多个能量存储器4和一个或多个在时间上可偏移的负载5，例如电动车辆。能量产生器2、能量消耗器3以及能量存储器4和在时间上可偏移的负载5形成能量系统的组件2,...,5。换言之，该能量系统包括能量产生器2、能量消耗器3、能量存储器4和在时间上可偏移的负载5，其中能量系统的组件2,...,5之间的能量流可以借助控制装置42进行控制、特别是进行调节。该装置1包括控制装置42。

控制装置42被设计为，借助优化方法针对时间区域，例如从t＝0到t＝T，计算组件之间的能量流。为此需要物理或技术上的参数，物理或技术上的参数从组件传输到控制装置42。

能量产生器2、能量消耗器3和能量存储器4借助能量传输网络110、例如电网来耦合以进行能量(能量流)交换。换言之，能量传输网络110可以实现能量系统的组件之间的能量流。

此外，控制装置42例如借助通信接口具有与能量系统的每个组件2,...,5的数据连接。数据连接用箭头101,...,104来说明，并在下文中用相同的附图标记来标识。数据连接101、...、104可以被设计为单向的或双向的。原则上，控制装置42与能量系统的组件2,...,5之间的数据交换，例如借助数据容器的数据交换，可以借助数据连接101,...,104进行。

能量产生器2借助数据连接102将至少其在时间点t可提供的能量的最大的量

能量消耗者3借助数据连接104将至少其在时间点t可接收的能量的最大的量

至少一个能量存储器4借助数据连接101将至少其可提供的最大存储容量

至少一个可偏移的负载5(可偏移的消耗，英文：Shiftable Load，缩写为SL)借助数据连接103将至少其在偏移的时间段T

此外，还可以设置未示出的可偏移的产生器。具有在时间上可偏移的产生器的产生器单元例如借助数据连接102将至少在另外的偏移时间段T

借助数据容器传输的数据或参数被用于优化方法的参数化。优化方法通常包括要将其最小化或最大化的目标函数。目标函数包括变量(其值是优化方法的结果)和参数(其在执行优化时不会发生改变)。当所有参数具有特定的值时，优化方法是参数化的。在此，优化方法的变量是组件之间的能量流。通常提前一天、即针对未来一天计算能量流。目标函数可以是能量系统的总二氧化碳排放量、能量系统的总一次能量使用量和/或能量系统的总成本。

根据前面提到的参数，有利的目标函数通过以下公式给出

其中

优化问题，即计算目标函数的最大值或最小值，通常在附加条件下进行。例如，对所有的n和t必须在物理上满足以下条件

此外，针对每个能量产生器2设置附加条件

可偏移的负载5可以借助附加条件

可以考虑其他物理/技术上的附加条件，例如功率仅为正值；或网络边界条件。特别地，电流的类型、例如来自光伏发电的电流，和/或能量消耗器的偏好和/或能量产生器的偏好可以在优化方法中借助进一步的附加条件加以考虑。对于多种类型的电流(电流类型)，上面提到的等式分别适用。对于具有物理基础、例如能量存储器4的物理边界条件的等式，形成来自各个电流类型的功率的总和。

在借助控制装置42计算能量流之后，这些计算的值被传输到相应的组件2,...,5，也就是说借助控制装置42或通过控制装置42的通信接口进行传输。由此确保了组件2,...,5以及由此能量系统根据优化方法的解尽可能最佳地运行。换言之，控制装置基于优化方法的解来控制组件。由此改进了能量系统的效率，例如最大的能量营业额。之所以如此，特别是因为能量存储器4实现了灵活性，并且通过本发明可以在优化方法中考虑到该灵活性。在时间上可偏移的负载5也提供了一种灵活性。该装置1(也构成了能量/能源的交易平台)因此可以通过纳入能量存储器4实现能量系统的组件2,...,5之间的能量流的、关于组件2,...,5的中央协调(灵活性)。

虽然在细节上通过优选的实施例对本发明进行了详细的阐述和描述，但是本发明却不限于所公开的示例并且本领域技术人员可以从中导出其它变形方案，而不脱离本发明的保护范围。

附图标记列表

1 装置

2 能量产生器

3 能量消耗器

4 能量存储器

5 在时间上可偏移的负载/电动车辆

42 控制装置

101 数据交换

102 数据交换

103 数据交换

104 数据交换

110 能量传输网络