BR112020010962A2 - método de operação de um sistema de energia - Google Patents

Abstract

Método de operação de um sistema de energia (1), referido sistema de energia (1) compreendendo: - um barramento de transmissão (3) local em comum, - pelo menos, uma fonte de energia (9) local conectada ao referido barramento (3); - pelo menos, uma carga (11, 13) local conectada ao referido barramento (3); - uma estocagem de energia (15) conectada ao referido barramento (3); - uma interface controlável (5) disposta para intercambiar energia entre o referido barramento (3) e uma rede de distribuição externa (7) sendo externa ao referido sistema de energia (7); - um controlador (17) adaptado para controlar a referida interface (5) de forma a conduzir o referido intercâmbio de energia. De acordo com a invenção, o controlador (17) define três modos baseados no estado de carga da estocagem e energia, a qual determina se, e como, a energia é intercambiada com a rede externa (7) de forma a otimizar o autoconsumo e realizar uma redução da taxa de alocação e aparar picos conforme o apropriado.

Description

"MÉTODO DE OPERAÇÃO DE UM SISTEMA DE ENERGIA” Campo Técnico

[001] A presente invenção refere-se ao campo técnico de sistemas de energia. Mais particularmente, refere-se a um método de operação de um sistema de energia, aonde a energia pode ser elétrica, térmica, pneumática, hidráulica ou similar.

Estado da Técnica

[002] Atualmente, existe bastante interesse em sistemas de energia locais de microgrades integrando uma fonte de força local, tal como um sistema fotovoltaico (PV), gerador térmico e de potência combinados, turinas eólicas ou similares, de forma a produzir-se força sem localização fixa e se reduzir a demanda por energia para grades em larga escala. Em algumas jurisdições, a força elétrica pode ser também fornecida sob forma de grade a partir de tal produção em pequena escala, e comercializada ao fornecedor de energia local dentro de uma tarifa de serviço. Entretanto, tal produção local raramente atende ao perfil integral do consumo de energia local, sendo frequentemente, altamente variável. Tem-se que tais sistemas incorporam frequentemente estocagem de energia local, tal como um banco supercapacitor, sistema de bateria ou algo similar atuando como um armazenador intermediário, e evitando os picos excessivos com respeito a força sendo retirada ou alimentada para uma grade mais ampla.

[003] No documento “Improved ramp-rate and self consumption ratio in a renewable-energy based DC micro-grid” IEEE 2017, número de acesso INSPEC 17083549, a presente invenção descreve um sistema de energia de micrograde DC com uma arquitetura baseada em torno de uma simples arquitetura de barramento, aonde todos os componentes do sistema envolvendo transmissão de energia fazem- se eletricamente conectados. Dentro desta finalidade, o sistema compreende um produtor de energia local, tal como um sistema PV, cargas locais, uma estocagem de energia local (a saber, um banco supercapacitor) e uma interface contendo a grade externa. Este documento descreve o melhoramento da taxa de alocação e a taxa de autoconsumo de tal sistema através do controle da interface via injeção do excedente da força local gerada na grade de maior amplitude, uma vez que a estocagem de energia tenha atingido o seu estado prático mínimo de carga. O sistema exato descrito faz uso de uma carga resistiva para estimular a alimentação até a grade externa, uma vez que a alimentação atual não é possível por razões técnicas ligadas com a infraestrutura laboratorial disponível.

[004] Tem-se que quando o estado de carga da energia estocada encontra- se entre os seus limites práticos máximo e mínimo, as cargas captam força a partir da produção local, e a estocagem de energia suprindo com qualquer deficiência de força e a absorção de qualquer excedente de produção acima e abaixo daquela empregada diretamente pelas cargas locais. Portanto, o sistema extrai somente força, ou fornece o excedente de força, para e a partir da grade de maior amplitude, caso a estocagem de energia apresente um estado de carga fora desses limites.

[005] Este controle é alcançado por meio de um par de controladores proporcionais-integradores servindo no controle da interface assumindo a deficiência de força advinda da grade necessária quando o estado de carga apresenta-se abaixo do limite mínimo, e alimentando com a energia excedente na grade quando o estado da carga apresenta-se acima do limite máximo.

[006] Uma vantagem principal deste sistema com respeito a outros tais sistemas do estado anterior da técnica é que não se faz necessária nenhuma medição da corrente atualmente consumida por diferentes cargas; o sistema pode ser inteiramente controlado com base em um simples parâmetro ligado ao estado de carga da estocagem de energia. No caso de um supercapacitor, o mesmo é proporcional ao quadrado da voltagem através do capacitor, de acordo com a equação E = (C.V2)/2, aonde E consiste do estado da carga em termos da quantidade de energia estocada (Joules), C é a capacitância do supercapacitor (Farads), e V é a referida voltagem (Volts). Isto representa uma significativa simplificação com respeito, por exemplo, ao sistema extremamente complexo descrito no documento US8442698.

[007] Muito embora o sistema descrito no documento referido acima seja muito promissor em respeito a reduzir a taxa de alocação e aumentar o consumo local da energia produzida localmente com respeito a outros sistemas, o mesmo não endereça de forma alguma outros aspectos desejáveis de gerenciamento de força, tal como aparar picos de energia. Além disso, uma vez que o estado da carga da estocagem de energia varia constantemente dentro de limites amplos, o seu tempo de vida útil pode ficar limitado devido ao excedente de ciclagens reentrantes.

[008] Um objetivo da presente invenção consiste em se superar esses empecilhos, e se propor um método de operação de um sistema de energia do tipo descrito acima, exibindo um elevado desempenho diante de uma taxa de complexidades.

Descrição da Invenção

[009] Mais especificamente, a invenção se refere a um método de operação de um sistema de energia. Este sistema de energia pode ser elétrico, pneumático, térmico, hidráulico ou similar, e compreende, genericamente: - um barramento de transmissão local em comum, em oposição a uma disposição de múltiplas entradas contendo múltiplas conexões individuais entre os elementos; - pelo menos uma fonte de energia local conectada ao referido barramento; - pelo menos uma carga local conectada ao referido barramento; - uma estocagem de energia conectada ao referido barramento; - uma interface controlável disposta para intercambiar energia entre o referido barramento e uma rede de distribuição externa sendo externa ao referido sistema de energia; e - um controlador adaptado para controlar a referida interface de forma a conduzir o referido intercâmbio de energia.

[010] O controlador é adaptado para definir, com base no estado de carga da referida estocagem de energia: - um primeiro estado de carga correspondendo a uma margem de segurança predefinida acima de um estado de carga mínima absoluto; - um segundo estado de carga superior ao referido primeiro estado de carga e correspondendo a um limite predefinido acima do qual a energia não pode ser substancialmente extraída da referida rede de distribuição externa (a despeito de quaisquer transientes inevitáveis em função da dinâmica do controlador); - um terceiro estado de carga superior ao referido segundo estado de carga e correspondendo a um limite adicional predefinido abaixo do qual a energia não pode ser substancialmente transferida para a referida rede de distribuição externa (novamente, a despeito de quaisquer transientes inevitáveis impostos pela dinâmica do controlador); - um quarto estado de carga correspondendo a uma margem de segurança adicional predefinida abaixo de um estado de carga máxima absoluto; e sendo que o referido controlador é adaptado para definição de: - um primeiro modo do referido sistema quando o referido estado de carga apresenta-se entre o referido segundo e terceiro estados de carga, aonde a energia é transferida para ou a partir da referida estocagem de energia e nenhuma energia é intercambiada com a referida rede de distribuição externa; - um segundo modo do referido sistema quando o referido estado de carga apresenta-se entre os referidos primeiro e segundo estados de carga ou entre os referidos terceiro e quarto estados de carga, aonde a energia é transferida para ou a partir do referido sistema de estocagem de energia (conforme o apropriado) para finalidades de aparar picos e/ou limitação da taxa de alocação, e aonde a energia é intercambiada com a rede de distribuição externa de forma a se tentar trazer o sistema em sentido ao referido primeiro modo; e - um terceiro modo do referido sistema quando o referido estado de carga apresenta-se abaixo do referido primeiro estado de carga ou acima do referido quarto estado de carga, aonde a energia é transferida para ou a partir do referido sistema de estocagem de energia (conforme for o apropriado) para finalidades de limitação de taxa de alocação e aonde a energia é intercambiada com a rede de distribuição externa trazendo o referido sistema de volta para o referido segundo modo.

[011] Este método de operação do sistema, de acordo com os três modos distintos, reduz significativamente a força de pico extraída da rede externa, aumentando a auto-utilização da energia, e reduzindo a ciclagem reentrante do sistema de estocagem de energia, uma vez que o sistema é levado ao primeiro modo aonde o barramento não se comunica com a rede externa. Além disso, uma vez que o controle não pode ser conduzido unicamente com base em um fator único (a saber, o estado de carga), a quantidade de sensores e medições requeridas é limitada, e a comunicação com as fontes de dados externas não é necessária.

[012] Vantajosamente, o aparo de picos é conduzido exclusivamente no referido segundo modo.

[013] Vantajosamente, o aparo de picos pode ser desarmado no referido segundo modo, por exemplo, em um caso aonde não venha a ser apropriado, ou para forçar o sistema a dar reentrada ao primeiro modo.

[014] Vantajosamente, no referido segundo modo, uma limitação é imposta na taxa de transferência de energia para e/ou a partir da referida rede de distribuição externa. Esta limitação é removida, tipicamente, no referido terceiro modo, de maneira a interromper o aparo de pico e impedir a movimentação reentrante do estado de carga para abaixo do primeiro estado de carga ou acima do quarto estado de carga, no que poderia resultar em prejuízos para a estocagem de energia.

[015] Vantajosamente, após a remoção da referida limitação no referido terceiro modo, a referida limitação é novamente instalada somente uma vez assim que o sistema retorna ao referido segundo modo e a taxa de transferência de energia com respeito a rede externa houver caído para abaixo do valor da referida limitação. A oscilação do estado de carga em torno do primeiro ou quarto estados vem a ser, portanto, impedida.

[016] Vantajosamente, o controlador compreende um primeiro controlador proporcional-integral (PI) adaptado para comandar a referida interface controlável de forma a tentar trazer de volta o referido estado de carga para o referido segundo estado de carga quando ele houver caído para um nível abaixo, e um segundo controlador proporcional-integral adaptado para comandar a referida interface controlável de forma a tentar trazer o referido estado de carga até ao referido terceiro estado de carga quando ele houver subido a um nível acima. Os dois controladores podem ser combinados em um único controlador físico ou com base em software. Uma vez que um controlador PI apresenta um tempo de resposta finito, isto automaticamente cuida da limitação da taxa de alocação no segundo e terceiro modos, sem a necessidade de computação adicional. Além disso, os referidos primeiro e segundo controladores proporcionais-integrais são dispostos para impedirem a transferência de energia via a referida interface quando no referido primeiro modo de modo que o sistema neste modo apresente-se autônomo da rede externa.

[017] Vantajosamente, o referido controlador é adaptado para definir um estado de carga auxiliar do limite de carga situado entre os referidos segundo e terceiro estados de carga acima dos quais pelo menos uma carga controlável captura energia a partir do referido barramento, e abaixo dos quais a referida carga controlável não captura energia advinda do referido barramento.

[018] Vantajosamente, o referido segundo estado de carga e/ou o terceiro estado de carga são variáveis. Isto permite adaptação do comportamento do sistema em tempo real, ou na antecipação de futuros eventos, tais como alterações no consumo ou produção, mudanças nos preços para intercâmbio de energia com a rede externa, e assim por diante. De modo a simplificar-se o controle, pode-se manter uma diferença pré-determinada constante entre o referido segundo estado de carga e o referido terceiro estado de carga. Tendo-se como resultado a adaptação dos limites de forma sincronizada.

[019] Finalmente, a invenção refere-se a um sistema de energia compreendendo: - um barramento de transmissão local em comum; - pelo menos uma fonte de energia local conectada ao referido barramento; - pelo menos uma carga local conectada ao referido barramento; - uma estocagem de energia conectada ao referido barramento; - uma interface controlável disposta para intercambiar energia entre o referido barramento e uma rede de distribuição externa ao referido sistema de energia; - um controlador adaptado para controlar a referida interface de forma a conduzir o referido intercâmbio de energia.

[020] Sendo que o referido controlador é adaptado para comandar o sistema de forma a conduzir o método de acordo com qualquer reivindicação anterior.

Breve Descrição dos Desenhos

[021] Detalhes adicionais da invenção aparecem mais claramente mediante a leitura da parte descritiva adiante, em conexão com as figuras ilustrativas vindas a seguir, aonde:

[022]- a Figura 1 consiste de um diagrama esquemático em blocos de um sistema de energia mediante o qual o método da invenção vem a ser conduzido;

[023]- a Figura 2 consiste de uma representação esquemática dos estados de carga definindo os diversos modos do sistema;

[024]- as Figuras 3-5 consistem de gráficos do comportamento do sistema quando submetido ao método da invenção;

[025]- a Figura 6 consiste de um diagrama esquemático de blocos de uma arquitetura de controlador; e

[026]- a Figura 7 consiste de um gráfico esquemático ilustrando o princípio variacional dos limites dos estados de carga E2 e E4 para a otimização do uso do sistema.

Modalidades da Invenção

[027] A Figura 1 ilustra genericamente um sistema de energia 1 mediante o qual o método da invenção vem a ser conduzido. O sistema 1 pode compreender uma micrograde, uma grade em escala residencial, distrital ou de dimensões similares, à parte de uma grade de rede de grande porte.

[028] Este sistema de energia 1 pode ser elétrico, pneumático, térmico, hidráulico ou similar, a energia em questão sendo, respectivamente, elétrica, pressão a gás, calor, ou fonte hidráulica (ou seja, sob pressão). Na parte descritiva que se segue será feita referência mais frequentemente a um sistema elétrico, uma vez que é o mais comum.

[029] O sistema 1 compreende um barramento de transmissão 3 simples local em comum que é conectado a uma interface 5, a qual é adaptada para intercambiar energia com uma grade externa 7. Esta grade externa pode, por exemplo, consistir de uma grade elétrica, uma rede de ar comprimido em um complexo industrial, uma rede de aquecimento em distrito, um sistema hidráulico ou algo similar, conforme o apropriado dependendo do tipo de sistema de energia. O barramento 3 consiste de um conduto de energia (cabo, tubulação,...) adequado para a transmissão da energia em questão.

[030] A produção de energia local, tal como um sistema PV, turbina de vento, compressor de ar comprimido, gerador de gás, fornalha, trocador de calor, bomba hidráulica ou algo similar, conforme o apropriado, vem a ser provida por uma fonte de energia local 9, a qual é também conectada ao barramento 3 em comum, e é disposta para suprir energia ao mesmo. Caso seja necessária a presença de uma interface apropriada entre a fonte de energia 9 local e o barramento 3, isto pode ser provido.

[031] O sistema 1 compreende ainda, pelo menos, uma carga 11, a qual consiste de um consumidor de energia local retirando energia do barramento 3.

Opcionalmente, pelo menos uma carga controlável 13 pode ser também provida.

Uma carga controlável 13 consiste de um consumidor de energia local que pode ser conectado ou desconectado, de acordo com as suas limitações inerentes em potencial, ao invés da necessidade de suprimento constante de energia ou em certas oportunidades. Novamente, caso sejam necessárias as interfaces, eles podem ser posicionadas entre as cargas 11, 13 e o barramento 3 de forma a suprirem com energia dentro da voltagem, temperatura, pressão, etc. corretas conforme o apropriado.

[032] Uma estocagem de energia 15 é também acoplada bidirecionalmente ao barramento 3 no caso da energia elétrica, a estocagem de energia 15 pode ser composta de supercapacitores, um sistema de bateria, volante, sistema de estocagem bombeada ou algo similar. No caso da energia pneumática, a estocagem pode ser um reservatório de gás de volume suficiente, e no caso da energia hidráulica podem ser usados um tanque de juntura fechado, torre d'água ou similares. Em um sistema térmico, isto pode consistir de uma estocagem térmica ou fria compreendendo um substrato aquecido ou resfriado. Tais estocagens de energia 15 podem ser dispostas na forma de elementos individuais, aonde for apropriado,

e/ou podem ser um sistema de estocagem compreendendo múltiplos elementos.

[033] O controlador 17 é adaptado para controlar a interface 5 permitindo o fluxo bidirecional da energia entre o barramento 3 e a rede externa 7 com base em um parâmetro relacionado ao estado de carga da estocagem de energia 15. O controlador 17 pode comandar também a ativação do desarme de quaisquer das cargas controláveis 13 presentes, conforme descrito em maiores detalhes adiante.

[034] De fato, uma das vantagens deste tipo de sistema 1 é que um simples parâmetro relacionado ao estado de carga da estocagem de energia 15 pode controlar todo o sistema simplesmente através da ativação da interface 5. Nenhum sistema de comunicação ou disposições adicionais de sensores fazem-se necessárias, representando um significativa simplificação com respeito a muito do existente no estado da técnica. Essencialmente, os diversos elementos do sistema que não sejam a interface 5 e as cargas controláveis reagem de modo autônomo ao estado do barramento. No caso de se fazerem necessárias interfaces entre alguns dos elementos e o barramento, conforme mencionado anteriormente, estas podem reagir de forma autônoma, por exemplo, com base na voltagem, pressão ou temperatura do barramento, conforme o apropriado, de acordo com a natureza do sistema de energia.

[035] O parâmetro em questão deve consistir de uma função monotônica do estado de carga, o que significa dizer que deve haver uma correlação entre o valor do parâmetro e o estado de carga, de modo que cada estado de carga seja representado por um simples valor único do parâmetro. Por “carga” quer-se implicar o seu formato mais genérico, não ficando restrito a carga elétrica. De fato, dependendo do tipo de sistema, pode ser uma carga térmica (conforme em uma quantidade de energia térmica), uma carga pneumática de gás comprimido, uma carga hidráulica de um preso e/ou peso de água, e assim por diante.

[036] No caso de supercapacitores, o estado de carga é proporcional ao quadrado da voltagem ao longo do supercapacitor. No caso de uma bateria, o parâmetro pode ser mais complicado, e pode ser necessária uma interface efetuando o cálculo do estado de carga. Este pode ser, por exemplo, baseado mediante a integração dos fluxos de energia entrando e saindo da bateria ao longo do tempo, a partir de onde o parâmetro pode ser gerado. No caso de sistemas hidráulicos ou pneumáticos, o estado de carga é representado pela pressão na estocagem de energia 15 e/ou no barramento 3, o qual pode ser usado para gerar o parâmetro, e no caso de um sistema térmico, seria apropriada uma função da temperatura uma vez que representa uma função da carga térmica aonde se mantém a estocagem de energia 15. Uma outra possibilidade no caso de um sistema hidráulico seria a elevação da superfície d'água em um tanque de juntura ou algo similar.

[037] A Figura 2 ilustra genericamente o paradigma de controle empregado no método da invenção, O eixo horizontal representa o estado de carga SoC da estocagem de energia 15, aumentando da esquerda para a direita. Os diversos níveis de estado de carga E0 a E6 representam os níveis a seguir:

[038] E0: um estado de carga mínima absoluto. Tipicamente, isto é definido pelas limitações físicas da estocagem de energia 15, No caso de um sistema elétrico, isto pode consistir de uma voltagem substancialmente zerada ao longo de um supercapacitor, uma voltagem de bateria abaixo da qual nenhuma força pode ser extraída ou abaixo da qual danificações poderiam vir na bateria. No caso de um sistema pneumático, isto pode consistir da estocagem de energia 15 estando a pressão atmosférica. Em um sistema hidráulico, o tanque de juntura pode estar vazio, e em um sistema térmico, a estocagem de energia 15 pode estar à temperatura ambiente.

[039] E1: uma margem de segurança predefinida onde vem a ser indesejável ter-se o estado da carga caindo por mais do que um curto período de tempo relativamente curto, conforme será discutido em maiores detalhes adiante. Isto corresponde a um “primeiro estado de carga” dentro do âmbito da invenção.

[040] E2: um estado de carga superior a E1 acima do qual substancialmente nenhuma energia pode ser extraída da rede de distribuição externa 7 e abaixo da qual quaisquer cargas controláveis 13 são desligadas. Isto corresponde a um “segundo estado de carga” dentro do âmbito da invenção.

[041] E3: no caso em que as cargas controláveis 13 estejam presentes, E3, que é superior a E2, define o limite de SoC acima do qual essas cargas são acionadas e podem extrair energia do barramento 3. Caso as cargas controláveis 13 não estejam presentes, E2 não é utilizado. E3 representando um estado auxiliar opcional da carga.

[042] E4: consiste de um estado de carga adicional, superior a E2 e E3 (caso seja utilizado este último), correspondendo a um limite predefinido abaixo do qual substancialmente nenhuma energia pode ser transferida a uma rede de distribuição externa 7. Isto corresponde a um “terceiro estado de carga” dentro do âmbito da invenção.

[043] E5: consiste de uma margem de segurança predefinida aonde vem a ser indesejável ter-se o estado de carga se elevando por mais de um certo período de tempo relativamente curto, assim como será discutido em maiores detalhes adiante. Isto corresponde a um “quarto estado de carga” dentro do âmbito da invenção.

[044] E6: consiste do estado de carga máxima absoluto permitido, acima do qual a estocagem de energia 15 não pode absorver mais energia sem vir a saturar e/ou vir a ser danificada.

[045] Deve ser observado que entre E2 e E4, dependendo da resposta do controlador 17, quando se cruzando esses limites, quantidades relativamente pequenas de energia podem ainda serem transferidas com a rede externa 7 dentro de uma maneira transiente, aonde o termo “substancialmente” vem a ser empregado neste contexto para definir que não pode ocorrer qualquer intercâmbio não- transiente, significante, mantido com a rede externa 7, entre esses níveis SoC, a despeito do que a dinâmica do controlador venha a impor (caso seja aplicada). Isto pode ser inevitável, por exemplo, devido ao emprego de um controlador apresentando uma resposta de tempo finita (conforme no caso de controladores PI descritos em detalhes adiante), o que impõe um lapso de intervalo quanto a resposta da interface 5. Este lapso de intervalo pode impedir que a interface 5 comute ligando ou desligando exatamente a transição entre os estados de carga. A magnitude e duração desses fenômenos transientes são determinadas por muitos parâmetros, tais como a produção e consumo local e o estado interno do controlador, e são inteiramente dependentes da dinâmica do controlador 17 escolhido. Entretanto, no estado estacionário, esta transferência transiente tende a ir a zero rapidamente em função da constante de tempo do controlador, e dentro do funcionamento geral do sistema, esses transientes se apresentam relativamente pequenos. Caso a dinâmica do controlador seja escolhida excluindo tais transientes, eles não virão a ocorrer.

[046] No documento mencionado anteriormente, essencialmente somente os limites E1 e E5 são utilizados, considerando uma situação aonde o SoC varia entre os estados de carga máximo e mínimo desejados levando-se em conta os fatores de segurança. Entre esses limites, o sistema apresenta-se em um primeiro modo que é dominado por um autoconsumo dado pelas cargas 11, 13. Qualquer queda entre os requisitos de energia e produção de energia é extraída a partir da estocagem de energia 15, e qualquer excedente de produção é ali armazenado. Caso o SoC seja reduzido para E1, a energia é tomada da grade externa ao invés da estocagem de energia 15 e o SoC permanece constante até que a produção local apresente-se novamente com excedente. Caso o SoC chegue ao E5, a produção de excedente de energia é alimentada para a grade externa, e novamente o SoC permanece constante até que a produção local atinja novamente uma queda. Isto é claramente explicado no documento em conexão com a Figura 2 do trabalho, e resulta em uma ciclagem extremamente reentrante da estocagem de energia. Com certos tipos de baterias, por exemplo, esta ciclagem reentrante afeta negativamente o tempo de vida útil das baterias, e deve ser evitada.

[047] Por outro lado, na presente invenção, este primeiro modo existe entre os estados de carga E2 e E4. Neste estado, a interface 5 é comandada pelo controlador 17 para não intercambiar energia com a rede externa 7, e a produção local é utilizada para consumo local com qualquer excedente ou queda sendo alimentada, ou suprida pela, estocagem de energia 15. Essencialmente, o sistema 1 é autônomo com respeito a rede externa 7, enquanto que o SoC permanece entre E2 e E5. Não ocorre nenhuma limitação da taxa de alocação (veja abaixo), uma vez que não ocorre nenhum intercâmbio de energia com a rede externa 7.

[048] Entre E1 e E2, e entre E4 e E5, o controlador 17 apresenta-se no segundo modo, o qual é distinto do primeiro modo. Neste modo, o controlador 17 permite que a força seja intercambiada com a rede externa 7 para a finalidade de aparar os referidos picos e também a limitação da taxa de alocação (RRL).

[049] O aparo do pico consiste do princípio de redução da demanda na rede externa 7 durante as horas de pico, durante as quais a energia é de maior custo, e/ou, no caso em que seja também cobrada uma taxa ao consumidor com base na carga de força de pico (ou seja, a taxa de pico pela qual a energia é retirada a partir da rede externa 7), reduzindo esta carga de pico por se tomar mais energia da estocagem de energia 15 durante os tempos de pico. Em outras palavras, a taxa pela qual a energia é tomada da rede externa 7 pode ser fechada, por exemplo, abaixo de um limite aonde a carga mais elevada é aplicada pelo fornecedor.

[050] Portanto, quando o SoC apresenta-se entre o E1 e o E2, por exemplo, devido a uma queda significativa da produção local que leva a que o SoC caia abaixo do E2, o sistema apresenta-se na parte inferior do segundo modo. O controlador 17 comanda a interface 5 para extrair energia da rede externa 7, de forma a tentar trazer o SoC de volta para E2, e por conseguinte, colocar o sistema de volta ao primeiro modo. Caso o controlador 17 imponha uma retirada de força máxima na interface 4, o aparo de pico com base nesta extração máxima de força ocorre uma vez que a queda entre a demanda local pelas cargas 11 e o somatório do suprimento advindo da produção local suprida pela fonte local 9 e a extração de força máxima da rede externa 7 seja efetuada automática e passivamente pela extração a partir da estocagem de energia 15, que irá levar a queda do SoC ainda mais abaixo do nível E2. Nas simulações com um protótipo elétrico do presente sistema 1, tal aparo de pico reduz a extração de força máxima a em torno de 32kW para em torno de 7 kW.

[051] De modo inverso, caso um excedente significativo de produção venha a levar que o SoC suba acima de E4 até a parte superior do segundo modo, o controlador 17 comanda a interface 5 alimentando com energia a rede externa 7, de forma a tentar trazer o SoC de volta a E4, e por conseguinte, colocando novamente o sistema de volta ao seu primeiro modo. Os comentários acima com respeito a limitação de extração da energia aplicam-se igualmente no caso de alimentação, que pode ser da mesma forma limitado.

[052] O controlador 17 pode incorporar uma histerese na sua estratégia de controle evitando a oscilação entre o primeiro e segundo modos em torno dos estado de carga E2 e E4.

[053] A limitação da taxa de alocação consiste do princípio de redução da taxa pela qual o intercâmbio de energia com a rede externa vem a ocorrer, evitando súbitas demandas sobre a mesma. Isto ocorre no segundo modo devido a resposta do controlador 17, seguindo adiante uma explicação detalhada.

[054] Entre E0 e E1 e entre E5 e E6, o sistema apresenta-se em um terceiro modo, distinto dos referidos primeiro e segundo modos. Neste modo, a estocagem de energia 15 é considerada incorporar um SoC dentro de seus limites práticos, enquanto que deixando uma margem de segurança para entre absolutamente vazia e absolutamente cheia. Tem-se que abaixo de E1 (ou seja, na parte inferior do terceiro modo), a estocagem de energia não pode ser mais extraída para consumo local e, consequentemente, qualquer limitação de força imposta a interface 5 é removida, e pode ser extraída tanta energia quanto a requerida para trazer o SoC de volta ao estado E2. Portanto, não pode ocorrer mais aparo de pico uma vez que o SoC encontra-se muito baixo para dar suporte ao mesmo.

[055] Da mesma forma, caso o SoC venha a subir acima de E5 e o sistema apresente-se na parte superior do terceiro modo, por exemplo, devido a um excessivo fornecimento de produção local que não pode ser intercambiada com a rede externa 7 devido as limitações impostas sobre a interface 5, o excesso de produção local não pode ser mais armazenado na estocagem de energia 15, devendo ser alimentado para a rede externa 7 evitando-se uma situação perigosa a qual pode danificar a estocagem de energia 15 através de uma sobrecarga na mesma. Isto resulta em quantidades ilimitadas de energia sendo alimentadas para a rede externa 7 sem limites artificialmente impostos de maneira a trazer o SoC de volta ao estado E0. Essencialmente, os únicos limites para o intercâmbio de energia com a rede externa 7 no terceiro modo são impostos pelas limitações físicas da interface 5 e da rede externa 7.

[056] Tem-se que, e está claro que, o SoC não pode cair abaixo de E1 ou elevar-se acima de E5 exceto em maneira transiente imposta pela resposta temporal do controlador 17 e da capacidade de reatância da interface 5, uma vez que pode ocorrer, essencialmente, intercâmbio de força sem limitação com a rede externa 7.

[057] De fato, as excursões transientes no terceiro modo podem ocorrer somente para finalidades de limitação da taxa de alocação, que vem a ocorrer tanto no segundo quanto terceiro modos, explicadas em detalhes nos parágrafos a seguir,

[058] A produção de energia local pela fonte local de energia pode ser altamente variável com a primeira das derivadas da força produzida (ou seja, a segunda das derivadas da energia produzida) representando taxas de mudança significativas. No contexto de um sistema PV, a sombra de uma nuvem passando por sobre o sistema em um dia ensolarado irá provocar uma súbita queda na produção de força, e da mesma forma, uma vez que passe uma nuvem, a força produzida irá, subitamente, aumentar novamente. Caso em qualquer distrito em particular existam múltiplos usuários do sistema, a produção local dos mesmos irá aumentar e diminuir a alocação aproximadamente de maneira simultânea. Isto impõe restrições significativas à rede externa, uma vez que múltiplos consumidores repentinamente, subitamente, tem a energia alimentada ou extraída em um momento similar, o que pode levar a questões quanto a qualidade de serviço no lado externo, tal como picos de voltagem, quedas de voltagem e assim por diante, uma vez que o fornecedor principal para a rede 7 (por exemplo, uma central de força convencional no caso de um sistema elétrico) não pode acompanhar a curva de demanda devido aos tempos de respostas mais lentos das fontes de energias mais amplas, centralizadas. No caso de um sistema térmico, isto resulta em picos e quedas de temperatura, e nos sistemas pneumático e hidráulico leva a picos e quedas da pressão, uma vez que o suprimento de energia centralizado não pode conjugar as taxas de alocação na curva de demanda.

[059] Tem-se que, o sistema 1 é adaptado para conduzir a limitação da taxa de alocação com respeito as suas demandas diante da rede externa 7. Em termos qualitativos, isto envolve a extração ou suprimento de modo transiente de energia (conforme o apropriado) até a estocagem de energia 15 de forma a impedir taxas de alocação significativas de suprimento ou demanda para ou a partir da rede externa

7. Em outras palavras, por exemplo, no caso de uma etapa de mudança no suprimento ou demanda local, enquanto estando-se no segundo modo, o controlador assegura que a resposta da interface 5 seja suavizada pelo intercâmbio de energia transiente com a estocagem de energia 15, de modo que a rede externa 7 não necessite de suprir ou absorver subitamente esta mudança de etapa.

[060] A maneira mais simples pela qual isto pode ser alcançado consiste no emprego de um controlador 17 com uma apropriada resposta transiente, a qual serve, portanto, para estrangular a taxa de mudança de força passando através da interface 5. Esse ponto será analisado novamente adiante.

[061] A Figura 3 ilustra os princípios da limitação da taxa de alocação (RRL) e o aparo de pico (PS) aplicados pelo método da presente invenção no segundo modo. De modo a simplificar-se a compreensão, esses gráficos foram desenvolvidos presumindo-se a força elétrica, entretanto, a “força” pode ser também entendida no contexto de taxa de mudança de energia térmica, pneumática ou hidráulica no caso de modalidades não-elétricas do sistema 1.

[062] O gráfico superior representa os diversos fluxos de força, aonde o Pbal consiste do balanço de força local entre a produção local pela fonte de energia 9 e o consumo pelas cargas 11, 13. O -Pgrid representa a força fluindo para fora através da interface 5 para a rede externa 7 (o sinal negativo sendo definido como um fluxo de saída através da interface 5), o qual é limitado no segundo modo a um valor de -Plim.

Este valor limite pode ser ajustado conforme o desejado de maneira a otimizar o desempenho do sistema 1. O gráfico inferior representa o SoC (também referido como Ess) da estocagem de energia 15.Os gráficos são alinhados com respeito ao eixo horizontal do tempo.

[063] Na origem do eixo do tempo, o SoC é mantido no segundo modo em E4, com o balanço de força líquido no interior do sistema 1 sendo igual a alimentação de força na rede externa 7.

[064] No tempo t1, ocorre uma etapa de mudança positiva no balanço de força. Isto pode ocorrer, por exemplo, devido a um súbito aumento na produção local e/ou de uma súbita queda na demanda local, tal como uma carga 11, 13 sendo mútua ou automaticamente desligada por razões fora do controle do controlador 17.

[065] Tem-se que o SoC eleva-se acima de E4 e o controlador 17 comanda a interface 5 para alimentar mais força para a rede externa 7. Entretanto, a taxa de resposta do controlador 17 é tal que não permite que a interface acompanhe exatamente o balanço de força, resultando em que a alimentação de força para a rede externa 7 eleva-se a uma taxa inferior aquela da mudança do balanço de força.

A diferença entre as curvas de balanço de força Pbal e a força da grade -Pgrid é efetuada pela força, e portanto, pela energia, escoando para o sistema de estocagem 15. As taxas de fluxo de força entrando e saindo da estocagem de energia 15 não são limitadas, e portanto, nem os picos de curva de Pss, antes da redução, conforme a taxa de transferência para a rede externa 7 vá se processando.

Tem-se que a taxa de alocação da demanda com respeito a rede externa 7 é limitada.

[066] Uma vez que cheguemos ao segundo modo, a magnitude dos intercâmbios de força com a rede externa 7 são limitados, tendo-se que -Pgrid não pode se elevar além do valor de -Plim. Ele alcança este limite em t2. Sem esta limitação, a curva de -Pgrid se elevaria para encontrar com a curva de Pbal, conforme indicado pela curva pontilhada.

[067] A situação em que -Pgrid não alcança -Plim é ilustrada na Figura 4, mostrando que -Pgrid surge inicialmente como na Figura 3, porém vem a superar Pbal em t2, recaindo posteriormente, acompanhando Pbal. A diferença na força representada pela diferença entre as curvas de Pbal e -Pgrid é intercambiada com a estocagem de energia 15, o que provoca um breve aumento no SoC de t1 para t2, isto vindo a ser “reembolsado” pela interação com a rede externa 7 entre t2 e t3, a partir de cujo ponto o SoC vem a retornar para E4.

[068] Retornando agora para a Figura 3, uma vez que a força sendo suprida para a rede externa 7 é limitada e sendo o pico aparado além de t2, existe um excesso de força, representado pela diferença entre Pbal e -Pgrid, que escoa para a armazenagem de energia 15. Isto é indicado pela curva Pss e também pelo aumento no SoC tendo início a partir de t2.

[069] Em t3, o valor de Pbal retorna ao seu nível formal, por exemplo, acompanhando um aumento na demanda local ou uma redução na produção local.

Devido a resposta do controlador 17, novamente a demanda na rede externa 7 não cai imediatamente na sequência, A mudança imediata em t3 é absorvida pela extração de energia da estocagem de energia 15, conforme pode ser visto pelo valor negativo de Pss, e pelo fato da curva SoC cair. Entretanto, na modalidade ilustrada, - Pgrid não começa a cair até a t4, quando a força de alimentação de entrada que teria sido intercambiada na ausência da limitação -Plim atravessa o limite -Plim. Entretanto, também é possível se dispor o controlador 17 diferentemente, de modo que -Pgrid comece a cair imediatamente em t3.

[070] De t4 em diante, a força alimentada para a rede externa 7 cai de acordo com a taxa de resposta do controlador 17, e continua a cair até atingir o valor de Pbal. O SoC cai até atingir E4 novamente.

[071] A partir do exposto pode ser observado com clareza como a limitação da taxa de alocação e o aparo de pico são conduzidos no segundo modo, no contexto de um SoC entre E4 e E5. Para um SoC entre E1 e E2, aplicam-se as mesmas considerações, com algumas modificações, os sinais e direções dos fluxos de força sendo invertidos e o limite compreendendo um valor de +Plim (o qual pode ser simétrico com respeito a -Plim ou pode apresentar uma magnitude diferente), não sendo necessário descrevê-los em maiores detalhes aqui.

[072] A Figura 5 ilustra uma situação similar, a qual é idêntica a da Figura 3 entre a origem e pouco depois de t2. Entretanto, neste caso, ao invés do balanço de força Pbal reduzir-se a um certo ponto, ele é mantido inalterável.

[073] Tem-se que o SoC continua a aumentar atingindo E5 em t3, colocando o sistema no seu terceiro modo. Nesta altura, a estocagem de energia 15 não é obrigada a absorver significativamente mais carga, senão poderia ser destruída.

[074] Uma solução possível é simplesmente se remover a limitação -Plim, habilitando a intercâmbios ilimitados de força com a rede externa 7 até que o SoC caia abaixo de E5, em cujo ponto de limitação pode ser restabelecido e pode haver o reinício de aparo de pico. Devido ao tempo de resposta limitado do controlador 17, isto irá resultar em uma elevação inicial do SoC acima do E5, acompanhada pr uma oscilação em torno de E5, este tempo de resposta limitado assegurando novamente a limitação da taxa de alocação com respeito as alterações na taxa de transferência de força com a rede externa 7. De fato, as únicas incursões no espaço SoC acima de E5 que são permitidas se dão para finalidades de limitação da taxa de alocação, conforme mostrado na Figura 4, e são engendradas através da taxa de resposta permitida pelo controlador 17, e portanto, inteiramente subordinadas a dinâmica deste último, sem poderem ser quantificadas para emprego generalizado. Vantajosamente, o intervalo entre E0 e E1 (ou seja, E10) e entre E5 e E6 (ou seja, E65) pode ser dimensionado de tal maneira que no caso de uma perturbação infinitamente rápida com uma magnitude de metade da potência nominal da interface 5, o SoC irá atingir exatamente E0 ou E6, dependendo do caso. Entretanto, esses intervalos podem ser diferentemente dimensionados, de acordo com as necessidades do projetista.

[075] As mesmas considerações se aplicam em torno de SoC E1, com algumas modificações, com os sinais e direções dos fluxos novamente invertidos.

[076] Caso tal oscilação de SoC em torno de E5 e/ou E1 seja indesejável, uma vez que a limitação de -Plim haja sido cancelada de forma a capacitar uma transferência de força essencialmente ilimitada com a rede externa 7 dentro das restrições físicas do sistema, ela pode permanecer cancelada até ao tempo em que - Pgrid tenha sido recuperado de volta para abaixo de seu limite, em cujo ponto do limite ele é reinstalado. Tal situação é ilustrada na Figura 4. No tempo t3, a limitação para -Pgrid é removida, levando a que -Pgrid se eleve e ocorra essencialmente alimentação ilimitada de fora à rede externa 7. O SoC se eleva brevemente para finalidades de limitação de taxa de alocação conforme mencionado acima, o SoC não excedendo E5 mais do que a quantidade previamente indicada. Do tempo t3 em diante, o balanço de força Pbal permanece o mesmo, preservando o sistema no caso de um excesso de produção. Entretanto, através da manutenção da inatividade do limite -Plim mesmo que uma vez que o SoC tenha caído para abaixo de E5 novamente, o sistema irá prosseguir alimentando com força a rede externa 7 limitado somente pelas limitações do sistema, até que o SoC caia para abaixo de E4 e o sistema seja colocado brevemente de volta ao seu primeiro modo antes de voltar a se elevar novamente,

[077] Entretanto, na prática, tal perfil de balanço de força é pouco provável sendo empregado aqui para finalidades ilustrativas, e o SoC pouco provavelmente irá cair para o estado E4 sem que -Pgrid caia para abaixo do valor limite de -Plim. Uma vez que a limitação tenha sido atravessada, o controlador 17 impõe novamente a limitação, e uma situação análoga aquela entre t1 e t3 da Figura 4 auto se impõe por si só.

[078] A partir do exposto, pode ser observado claramente que o controlador atua como uma máquina de estado finito, comandando a interface 5 com base nos níveis limítrofes E1, E2, E4 e E5 do SoC. Além disso, como um parâmetro extra opcional, as limitações com respeito as taxas de energia intercambiadas com a rede externa 7 podem ser mantidas desativadas até que tanto o SoC tenha caído para abaixo do estado E5 quanto o -Pgrid tenha caído para abaixo do limite -Plim.

[079] Também, no caso aonde as cargas 13 controláveis estejam presentes,

o controlador 17 pode comutar, ligando-as e desligando-as dependendo se o SoC apresenta-se respectivamente acima ou abaixo dos valores E3 e E2.

[080] Isto pode ser sumarizado na tabela a seguir: SoC Modo Descrição Cargas controláveis ligadas, caso presentes; nenhum intercâmbio com a estocagem de > E5 Terceiro (superior) energia 15, exceto de forma transiente para RRL; entrada de alimentação para a rede externa 7 sem limitação. Cargas controláveis ligadas, caso presentes; intercâmbio com a estocagem de energia 15 para RRL e aparo de pico; entrada de < E5, > E4 Segundo (superior) alimentação para a rede externa 7 com limitação, a menos que a recuperação do > E5 e o limite ainda tenham sido excedidos. Cargas controláveis ligadas, caso presentes; nenhum intercâmbio com a rede externa 7; < E4, > E3 Primeiro intercâmbio com a estocagem de energia 15 para RRL e consumo local. Cargas controláveis desligadas,, caso presentes; nenhum intercâmbio com a rede < E3, > E2 Primeiro externa 7; intercâmbio com a estocagem de energia 15 para RRL e consumo local. Cargas controláveis desligadas, se presentes; intercâmbio com a estocagem de energia 15 para RRL e aparo de pico; extração da rede < E2, > E1 Segundo (inferior) externa 7 com limitação a menos que a recuperação de < E1 e o limite tenham sido ainda excedidos. Cargas controláveis desligadas, se presentes; nenhum intercâmbio com a estocagem de < E1 Terceiro (inferior) energia 15, exceto de forma transiente para RRL; importar da rede externa 7 sem limitação.

[081] Conforme mencionado acima, o controlador 17 apresenta resposta incorporando uma constante de tempo. Uma maneira simples de se chegar a isto é se fazer uso de um ou mais controladores proporcionais-integradores, os quais devido muito a suas naturezas apresentam uma defasagem de tempo nas suas respostas.

[082] A Figura 6 ilustra uma variante de tal arquitetura de controle para o controlador 17 do sistema 1 da Figura 1, ilustrado juntamente com outros elementos do sistema 1 com o qual interage.

[083] Conforme mencionado acima, a unidade de controle 17 recebe informação com respeito ao SoC da estocagem de energia 15, tal como a voltagem, temperatura, pressão ou similares, conforme o apropriado com o tipo de energia sendo estocado e a natureza da estocagem de energia 15. Isto sendo então convertido em informação utilizável por meio de um estimador de estado de carga

21.

[084] A saída do estimador SoC 21 é alimentada, em seguida, a um par de controladores proporcionais-integradores (PI) 23, 25. O primeiro controlador PI cuida da mudança advinda do primeiro modo para o segundo modo em E2, e a sua saída é exclusivamente positiva de modo a comandar a interface 5 quanto a extrair força a partir da rede externa 7 abaixo de E2. O segundo controlador PI 25 cuida da transição para E4. A sua liberação é exclusivamente negativa e ele comanda a interface 5 injetando força na rede externa 7 acima de E4. Caso o SoC apresente-se entre E2 e E4, as saídas de ambos controladores 23, 25 serão desativadas, o que irá resultar na interface não intercambiar força com a rede externa 7.

[085] Uma vez que os controladores PI apresentam um tempo de resposta sujeito a uma constante de tempo predefinida, esta disposição automaticamente se encarrega da limitação da taxa de alocação, conforme descrito acima, sem ser necessária qualquer computação específica. Conforme mencionado acima, essas constantes de tempo podem resultar também em uma quantidade relativamente pequena de inevitável transferência de força através da interface 5 mediante a entrada no primeiro modo devido ao desativamento dos controladores PI sendo submetidos a uma ligeira defasagem temporal transiente.

[086] Além do mais, uma vez que os dois controladores não se apresentam nunca simultaneamente ativos, eles podem ser combinados em um único controlador com uma implementação mais complexa.

[087] Conforme discutido acima, esses controladores PI 23, 25 são dispostos para limitar a taxa de intercâmbio de energia com a grade externa 7, com os valores limítrofes +Plim e -Plim no segundo modo. Entretanto, esta limitação é cancelada no terceiro modo, por meio do controlador de limitação 27, o qual modifica o comportamento dos controladores PI 23, 25 no terceiro modo de forma a suprimir os limites, com a manutenção dessa suspensão até que a magnitude do intercâmbio de força caia abaixo dos limites, enquanto no segundo modo.

[088] Além disso, os controladores PI 23, 25 podem incorporar de forma vantajosa a finalização de anti-redefinição, controlada pelo controlador de limitação 27 quando os controladores PI saturam em um nível de saída zerado ou +/-Plim. Isto leva a que o valor de saída do integrador seja congelado, evitando um acúmulo de erros. Tal acúmulo de erros pode levar a que o valor do integrador salte subitamente, uma vez que a limitação veio a ser removida quando as transições do sistema estavam no primeiro modo, o que poderia resultar em uma taxa de alocação significativa. No caso oposto, pode também levar a um retardo antes da saída do integrador comportar-se corretamente, uma vez que este erro (por exemplo, um valor negativo para um integrador que deveria aferir saídas positivas ou vice-versa) tem de ser “trabalhado“ de volta a sua faixa correta.

[089] Tem-se que o controlador de limitação ajusta artificialmente o valor do integrador na transição entre o segundo e terceiro modos compensando este comportamento, assegurando que a limitação da taxa de alocação ainda ocorra diante das transições entre o segundo e terceiro modos. O valor do integrador é também bloqueado na transição entre o segundo e primeiro modos impedindo-o quanto a “subcontagens” no primeiro modo, aonde ele não atua. O especialista da área técnica entende como executar tal ajustagem do valor do integrador de forma a se chegar a esta condição. Além do mais, deve ser observado que a finalização de anti-redefinição pode ser desativada caso seja necessário quando a saída do integrador é zero.

[090] Deve ser observado também que outros tipos de controles podem ser utilizados, e que a invenção não fica limitada aos controladores PI.

[091] No caso aonde as cargas controláveis 13 estejam presentes, elas podem ser comprimidas por meio de um disparador Schmitt 29 comandado com base na saída do estimador 21 SoC. A histerese do disparador Schmitt 29 pode ser escolhida a vontade impedindo o sistema de oscilar em torno de E3.

[092] Além disso, o controlador 17 pode incorporar otimização em tempo real dos valores E1, E2, E3, E4 e E5 para melhor maximizar a capacidade de estocagem da estocagem de energia 15, reduzindo os custos pagos ao operador da rede externa 7. Também, as limitações de força Plim e -Plim podem ser também variadas em tempo real de forma a otimizarem o comportamento do sistema 1, esses valores representam os valores de saturação dos controladores PI 23, 25.

[093] Por exemplo, o controlador 17 pode compreender um otimizador 31, o qual atua mediante a entrada nos controladores PI 23, 25 (e, opcionalmente, também mediante o disparador Schmitt 29) de forma a modificar os níveis SoC aonde o sistema altera o modo.

[094] O otimizador 31 pode ser alimentado com informação advinda de um estimador 33, o qual leva em conta informação quanto ao consumo antecipado durante o período de tempo a seguir (por exemplo, hora, dia, semana, …), produção antecipada (por exemplo, com base na informação da condição do clima que é relevante aos níveis aguardados de produção da fonte de energia 9 no caso aonde tem-se uma fotocélula, turbina de vento ou qualquer outra fonte dependente do clima), custos de suprimento de rede externa quando eles são dependentes do tempo (por exemplo, tarifas de pico e fora de pico), informações em tempo real, tais como preços, dados históricos (tais como medições do sistema 1 as quais tenham sido previamente armazenadas) e assim por diante.

[095] Um exemplo de tal modificação de diversos níveis limítrofes é ilustrado na Figura 7.

[096] No tempo t0, o sistema apresenta-se em quase-equilíbrio no primeiro modo, o SoC variando entre E2 e E4.

[097] Em antecipação quanto a importar-se energia mais barata em um tempo posterior em t2 e quando o SoC e a produção local são previstos de estarem adequados para suprirem com todas necessidades no período de intervenção, no tempo t1, o otimizador 31 pode reduzir o valor de E2, de forma a permitir um uso maior da capacidade de estocagem da energia para o consumo local. Em tal situação, o consumo próprio apresenta um valor presente líquido mais elevado do que se importando da rede externa, e a defasagem temporal da importação de energia no futuro é vantajosamente econômica.

[098] Uma vez que a tarifa de energia seja reduzida em t2, o otimizador 31 pode elevar o nível de E2, e opcionalmente também de E4, de forma a aumentar o SoC via a importação aumentada de energia relativamente barata.

[099] Em t4, devido a um aumento na tarifa de entrada de alimentação, tanto o E2 quanto o E4 são novamente rebaixados, uma vez que a entrada de alimentação para a rede externa torna-se financeiramente mais vantajosa do que o auto- consumo, deixando-se o SoC vir a cair. Conforme ilustrado, o E4 é rebaixado suficientemente para forçar o sistema a alimentar energia para a rede externa, uma vez que no caso ilustrado o E4 é reduzido para abaixo do valor anterior de E2.

[0100] Em t4, o E4 é elevado e E2 é deixado a um nível inferior permitindo flutuações amplas no SoC sem a interação com a rede externa 7.

[0101] Caso as cargas controláveis 13 estejam presentes, E3 é também ajustado juntamente com E3, conforme o apropriado.

[0102] De modo a simplificar-se o controle dos limites, é possível se ajustar

E2 e E4 com uma diferença fixa, correspondendo, por exemplo, a 60%, 50%, 40%, ou qualquer outra percentagem conveniente da faixa do SoC entre eu e E6 ou entre E1 e E5, enquanto que mantendo E4< E5 e E2>E1.

[0103] Por meio de tais ajustes dos valores de E2 e E4, o aparo de pico pode ser otimizado ainda mais do que simplesmente. ter-se valores fixos de E2 e E4, dessa forma levando-se em conta o consumo antecipado, produção, preços e assim por diante.

[0104] O otimizador 31 pode ser programado para otimizar a utilização da capacidade de estocagem com base nos fatores mencionados anteriormente.

[0105] Finalmente, deve ser observado que diversas estratégias de otimização com respeito a capacidade da estocagem de energia 15 e da capacidade instalada da fonte de energia local 9 são conhecidas pelos especialistas da área, os quais podem aplicadas da forma apropriada.

[0106] Muito embora a invenção tenha sido descrito em termos de modalidades específicas, são possíveis variações para a mesma sem o desvio do âmbito da invenção, definida no quadro de reivindicações em apenso.

Claims (13)

REIVINDICAÇÕES

1. Método de operação de um sistema de energia (1), CARACTERIZADO pelo fato de compreender: - um barramento de transmissão (3) local em comum; - pelo menos uma fonte de energia (9) local conectada ao referido barramento (3); - pelo menos uma carga local (11, 13) conectada ao referido barramento (3); - uma estocagem de energia (15) conectada ao referido barramento (3); - uma interface controlável (5) disposta para intercambiar energia entre o referido barramento (3) e uma rede de distribuição externa (7) sendo externa ao referido sistema de energia (7); - um controlador (17) adaptado para controlar a referida interface (5) de forma a conduzir o referido intercâmbio de energia; sendo que o referido controlador (17) é adaptado para definir, com base em um estado de carga da referida estocagem de energia (15); - um primeiro estado de carga (E1) correspondendo a uma margem de segurança predefinida acima de um estado de carga mínimo absoluto (E0); - um segundo estado de carga (E2) superior ao referido primeiro estado de carga e correspondendo a um limite predefinido acima do qual substancialmente nenhuma energia pode ser extraída da referida rede de distribuição externa (7); - um terceiro estado de carga (E4) superior ao referido segundo estado de carga e correspondendo a um limite predefinido adicional abaixo do qual substancialmente nenhuma energia pode ser transferida para a referida rede de distribuição externa (7); - um quarto estado de carga (E5) correspondendo a uma margem de segurança predefinida adicional abaixo de um estado de carga de máximo absoluto (E6);

e sendo que o referido controlador é adaptado para definir: - um primeiro modo de referido sistema (1) quando o referido estado de carga apresenta-se entre os referidos segundo (E2) e terceiro (E4) estados de carga, aonde a energia é transferida ou advêm da referida estocagem de energia (15) e nenhuma energia é intercambiada com a referida rede de distribuição externa (7); - um segundo modo de referido sistema quando o referido estado de carga apresenta-se entre os referidos primeiro (E1) e segundo (E2) estados de carga ou entre os referidos terceiro (E4) e quarto (E5) estados de carga, aonde a energia é transferida ou advêm da referida estocagem de energia (15) para finalidades de aparo de pico e/ou limitação da taxa de alocação, e aonde a energia é intercambiada com a rede de distribuição externa (7) de forma a tentar trazer o sistema (1) em sentido ao referido primeiro modo: e - um terceiro modo de referido sistema quando o referido estado de carga apresenta-se abaixo do referido primeiro estado de carga (E1) ou acima do referido quarto estado de carga (E5), aonde a energia é transferida ou advêm da referida estocagem de energia (15) para finalidades de limitação de taxa de alocação e aonde a energia é intercambiada com a rede de distribuição externa (7) trazendo o referido sistema de volta ao referido segundo modo.

2. Método, de acordo com a reivindicação 1, CARACTERIZADO pelo fato do aparo de pico ser conduzido exclusivamente no referido segundo modo.

3. Método, de acordo com a reivindicação 1 ou 2, CARACTERIZADO pelo fato do aparo de pico poder ser desativado no referido segundo modo.

4. Método, de acordo com uma das reivindicações de 1 a 3, CARACTERIZADO pelo fato de no referido segundo modo haver uma limitação imposta na taxa de transferência de energia para e/ou a partir da referida rede de distribuição externa (7).

5. Método, de acordo com a reivindicação 4, CARACTERIZADO pelo fato da referida limitação ser removida no referido terceiro modo.

6. Método, de acordo com a reivindicação 5, CARACTERIZADO pelo fato de após a remoção da referida limitação no referido terceiro modo, a referida limitação é reinstalada somente uma vez que o sistema tenha retornado ao referido segundo modo e a taxa de transferência energia com respeito a rede externa (7) haja caído abaixo do valor de referida limitação.

7. Método, de acordo com uma das reivindicações de 1 a 6, CARACTERIZADO pelo fato do referido controlador (17) compreender: - um primeiro controlador proporcional-integral (23) adaptado para comandar a referida interface controlável (5) de forma a tentar trazer o referido estado de carga de volta para o referido segundo estado de carga quando ele houver caído para aquele estado rebaixado; e - um segundo controlador proporcional-integral (25) adaptado para comandar a referida interface controlável (5) de forma a tentar rebaixar o referido estado de carga para o referido terceiro estado de carga quando este houver se elevado a partir do estado acima.

8. Método, de acordo com a reivindicação 7, CARACTERIZADO pelo fato dos referidos primeiro e segundo controladores proporcionais-integrais (23, 25) serem dispostos para impedirem a transferência de energia via a referida interface quando no referido primeiro modo.

9. Método, de acordo com qualquer uma das reivindicações de 1 a 4, CARACTERIZADO pelo referido controlador ser adaptado para definir um estado de carga auxiliar limítrofe (E3) situado entre o referido segundo (E2) e terceiro (E4) estados de carga acima dos quais pelo menos uma carga controlável (13) capta energia advinda do referido barramento (3), e abaixo da qual a referida carga controlável (13) não capta energia advinda do referido barramento (3).

10. Método, de acordo com qualquer uma das reivindicações de 1 a 9,

CARACTERIZADO pelo fato do referido segundo estado de carga (E2) e/ou o referido terceiro estado de carga (E4) ser/serem variáveis.

11. Método, de acordo com a reivindicação 12, CARACTERIZADO pelo fato de pelo menos um dos referidos estados de carga, o segundo (E2) e o terceiro (E4) ser variável em função de pelo menos um dos itens: - o consumo de energia prevista pela referida carga; - a produção de energia prevista pela referia fonte de energia local; - os preços previstos para consumo a partir da referida rede de distribuição externa; - os preços previstos para entrada de alimentação para a referida rede de distribuição externa.

12. Método, de acordo com a reivindicação 11, CARACTERIZADO pelo fato de uma diferença predeterminada constante entre o referido segundo estado de carga (E2) e o referido terceiro estado de carga (E4) ser mantida.

13. Sistema de energia (1), CARACTERIZADO pelo fato de compreender: - um barramento de transmissão local em comum (3); - pelo menos uma fonte de energia local em comum (9) conectada ao referido barramento (3); - pelo menos uma carga local (11, 13) conectada ao referido barramento (3); - uma estocagem de energia (15) conectada ao referido barramento; - uma interface controlável (5) disposta para intercambiar energia entre o referido barramento (3) e uma rede de distribuição externa (7) sendo externa ao referido sistema de energia (1); - um controlador (17) adaptado para controlar a referida interface (5) de forma a conduzir o referido intercâmbio de energia, sendo que o referido controlador (17) é adaptado para comandar o sistema de forma a conduzir o método de acordo com qualquer reivindicação anterior.

wo 2019/110421 1 /4 PCT/EP2018/083037 1 9 5 \ • - - � �l 3 7 11 O13 1 : : ____ 1 : 15 :--------- �-� 1 1 --------------------------, 1 I_ --------- J 17 FIGURA 1 rr rr LlE10 LlE21 LlE32 LlE43 LlEs4 LlE6s A, Á A, ""'\� •I soe E4 Es E6 Eo E1 E2 E3 ,_ À

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