CN107949967A - 本地存储器的运行策略的确定 - Google Patents

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Abstract

说明一种用于确定电气的能量储存器(111)的运行策略的方法(400)。所述方法(400)包括：将一个运行时间区间划分成(401)一个时间段(223)序列，使得在所述时间段(223)序列的各时间段(223)中分别存在恒定的功率条件，所述运行策略应该针对所述运行时间区间被确定。所述方法(400)还包括：为所述时间段(223)序列的每个时间段(223)确定(402)有限数量的可能的运行功率(221)，所述能量储存器(111)能够在相应的时间段(223)中以所述运行功率被充电或放电。所述方法(400)还包括：确定(403)一定数量的运行点(310)序列；其中，用于时间段(223)的运行点(310)表明针对该时间段(223)的所述有限数量的可能的运行功率中的运行功率；其中，运行点(310)序列表明用于所述时间段(223)序列的运行功率序列。所述方法(400)进一步包括：从所述一定数量的运行点(310)序列中选择(404)一个运行点(310)序列作为运行策略。

Description

本地存储器的运行策略的确定
技术领域
本发明涉及用于确定家用中的本地存储器的运行策略、尤其是用于确定家用中的本地存储器的充电/放电计划的一种方法以及一种相应的控制单元。
背景技术
家用(Haushalt)可以包括多个电消耗器以及一个或多个电能源或电能产生器(例如太阳能设备和/或到供电网络上的电气用户引入线)。此外，家用可以包括一个或多个电气能量储存器，所述电气能量储存器在被充电时作为消耗器出现，而所述电气能量储存器在被放电时作为能量源出现。家用的所述不同构件可以通过HEMS(家庭能源管理系统)来进行中央控制，以便根据确定的标准来优化电能消耗(例如以便最小化用于电能的成本)。
发明内容
本文件致力于如下技术任务，即：高效地确定用于家用中的能量储存器的运行策略(尤其是充电/放电计划)，其降低(尤其是最小化)预定义的成本标准。
所述任务通过独立权利要求来解决。此外，有利的实施方式在从属权利要求中说明。
根据一个方面说明一种用于确定电气的能量储存器(尤其是家用的本地存储器)的运行策略的方法。在此，所述电气的能量储存器在所述运行策略的范畴内可以暂时地被充电以及暂时地被放电。因此，可以确定具有一个或多个充电时间段以及一个或多个放电时间段的运行策略。所述方法包括：将一个运行时间区间划分成一个时间段序列，所述运行策略应该针对所述运行时间区间被确定。在此优选这样实现所述划分，使得在所述时间段序列的各时间段中分别存在恒定的功率条件。所述功率条件可以包括最大的充电功率，所述最大充电功率能够由能量储存器在确定的时刻接收，或者可以包括最大放电功率，所述最大放电功率能够由能量储存器在确定的时刻提供。备选地或补充地，所述功率条件可以包括(正的或负的)能量成本，所述能量成本在确定的时刻产生用于能量储存器的充电(典型地作为正的成本)或所述能量成本在确定的时刻在能量储存器放电时产生(典型地作为负的成本)。备选地或补充地，所述功率条件可以包括在确定的时刻预测的由一个或多个家用电消耗器所要求的功率和/或在确定的时刻预测的本地产生的功率，该本地产生功率能够由本地的能量产生单元、尤其是由太阳能设备提供。
所述方法还包括：为所述时间段序列的每个时间段确定有限数量的可能的运行功率，所述能量储存器能够在相应的时间段中以所述运行功率被充电和/或放电。在此，所述确定有限数量的可能的运行功率可以包括：将一个运行功率区间分成N个可能的运行功率，其中，N可以等于亦或小于10(例如5)。必要时，N也可以取超过10的值。所述运行功率区间可以向上由最大充电功率限定，该最大充电功率能够最大由能量储存器(例如通过技术的限定)接收。此外，所述运行功率区间可以向下由如下的最大放电功率限定，该最大放电功率能够最大由能量储存器(例如通过技术的限定)提供。
因此，可以为有限数量的时间段分别定义有限数量的可能的运行功率。因此，可以为有限数量的时间段定义具有有限数量的运行点的网络结构。在此，用于时间段的运行点表明针对该时间段的所述有限数量的可能的(正的或负的)运行功率中的运行功率。因此，确定(优化的)运行策略(即，优化的充电/放电计划)的问题可以表达为通过运行点的网络结构(即运行点序列)确定(优化)路径。
所述方法还包括确定一定数量的运行点序列。在此，运行点序列表明用于相应时间段序列的运行功率序列。换句话说，运行点序列表明：能量储存器在所述时间段序列的不同时间段中应该以怎样的(恒定的)运行功率被充电或放电。在此，所述一定数量的运行点序列可以以特别高效的且精确的方式借助动态规划、尤其是借助维特比算法来确定。然后，可以从所述一定数量的运行点序列中选择一个运行点序列作为用于能量储存器的运行策略。
通过上述方法、尤其是通过在时间上划分成多个时间段和/或通过划分成有限数量的可能的运行功率，能够实现高效地确定成本优化的运行策略。在此，在确定运行策略时，在由消耗器所要求的功率方面、在本地产生的功率方面和/或在外部相关电能的能量成本方面可以考虑预测的信息。因此，尤其是能够减少本地能量储存器的循环调节(Zyklisierung)。
用于时间段的运行点可以表明(正的或负的)成本，所述成本通过利用由该运行点表明的(正的或负的)运行功率进行充电或放电而引起。所述成本例如可以在时间段中的能量成本的基础上并且在运行点的运行功率的基础上确定。在此，所述成本尤其是可以与如下情况有关：运行功率是否(至少部分地)通过本地的能量产生器提供、运行功率是否(至少部分地)由公共电网得到或者被馈入到公共电网中(以及在什么条件下)等。
所述确定一定数量的运行点序列可以包括：根据由运行点表明的成本，针对相应数量的运行点序列确定一定数量的累积成本。然后，可以根据所述一定数量的累积成本来选择用于运行策略的运行点序列。这样，能够选择使累积成本最小化的运行策略。
可以从所述时间段序列的初始时间段出发和/或从所述时间段序列的最终时间段出发，重复地逐个时间段地确定所述一定数量的运行点序列。尤其是，所述确定一定数量的运行点序列可以包括：针对所述时间段序列的第一时间段，确定M个运行点子序列，这些运行点子序列从初始时间段或从最终时间段延伸至第二时间段，该第二时间段与第一时间段相邻。在此，M例如可以是20、10或更少。然后，可以在用于所述第一时间段的运行点的基础上并且在所述M个运行点子序列的基础上确定扩大的运行点子序列，这些扩大的运行点子序列从初始时间段或从最终时间段延伸至第一时间段。因此能够重复地逐个时间段地确定所述一定数量的运行点序列。通过限制于有限数量M个运行点子序列，能够限制用于确定所述一定数量的运行点序列的计算耗费。
所述确定一定数量的运行点序列可以包括：针对所述时间段序列的第一时间段，确定针对所述M个运行点子序列的M个累积子成本。然后，在用于所述第一时间段的运行点的基础上并且在所述M个累积子成本的基础上，可以确定针对所述扩大的运行点子序列的累积子成本。此外，可以根据针对所述扩大的运行点子序列的累积子成本选择所述扩大的运行点子序列(例如M个扩大的运行点子序列)的子集。尤其是可以选择累积子成本最小的有限的子集。因此，在计算耗费有限时还能够提供成本优化的运行策略。
所述方法还可以包括：确定从在第二时间段中的运行点过渡到在第一时间段中的运行点的过渡成本。在此，所述过渡成本可以尤其是与针对运行功率改变(由于各运行点之间的过渡)的成本有关。然后，也可以根据所述过渡成本确定针对所述扩大的运行点子序列的累积子成本。因此能够以高效的方式考虑由于运行功率改变而引起的成本。
所述方法可以进一步包括：尤其是参照由所述扩大的运行点子序列总共提供的能量数量来检查扩大的第一运行点子序列是否满足约束条件。当不满足所述约束条件时，可以不采用所述扩大的第一运行点子序列。因此，在早期的时刻可以不被采用不满足所要求的约束条件(例如能量存储器在确定时刻所要求的SOC(State of Charge，充电状态))的运行策略。因此能够进一步减少计算耗费。
根据另一方面说明一种(用于HEMS)控制单元，该控制单元设置用于实施上述的方法。
根据另一方面说明一种软件(SW)程序。该SW程序可以设置用于在处理器上被实施并且由此用于实施在本文件中所说明的方法。
根据另一方面说明一种存储介质。该存储介质可以包括SW程序，该SW程序设置用于在处理器上被实施并且由此用于实施在本文件中所说明的方法。
应当注意的是，在本文件中所说明的方法、装置和系统不仅可以单独地使用，而且可以以与其它在本文件中所说明的方法、装置和系统组合的方式使用。此外，在本文件中所说明的方法、装置和系统的每个方面可以多样化地互相组合。尤其是，权利要求的特征可以多样化地互相组合。尤其是，权利要求的特征多样化地互相组合。
附图说明
此外，借助实施例更详细地说明本发明。其中：
图1示出一种示例性的用于本地存储器的充电/放电的系统的框图；
图2a示出用于家用消耗的示例性时间变化曲线、用于外部相关电能的能量成本的示例性时间变化曲线以及用于本地产生电能的数量的示例性时间变化曲线；
图2b示出示例性地将一个运行时间区间划分成多个时间段以及示出示例性的可能的充电/放电功率(即运行功率)；
图3示出示例性的运行点序列；以及
图4示出一种示例性的用于确定运行策略的方法的流程图。
具体实施方式
如开头所述的那样，本文件致力于确定用于本地存储器的运行策略(尤其是充电/放电计划)。图1示出用于运行本地电气能量储存器111(也被称作本地存储器)的系统100的框图。所述本地存储器111可以被充以外部供电网络104中的电能。此外，该本地存储器111可以被充以本地的能量产生单元103中的电能、例如太阳能设备中的电能。另一方面，本地存储器111可以将电能输出给一个或多个电消耗器102。所述系统100包括控制单元101，该控制单元设置用于控制能量储存器111的充电/放电过程。尤其是，控制单元101设置用于确定用于能量储存器111的充电或放电的运行策略并且根据该运行策略给能量储存器111充电或使该能量储存器放电。
典型地，在不同的时刻提供不同的最大运行功率用于给能量储存器111充电。可供充电的最大运行功率例如可以根据能量源103、104(例如太阳能)在时间上的可用性和/或根据由不同的电消耗器102对电能的不同需求而改变。图2a示出本地产生的功率203关于时间205的示例性的(预测的)变化曲线，该功率可以由本地的能量产生单元103提供。例如，利用太阳能设备103可以仅在白天提供电功率203。此外，图2a示出所要求的功率202关于时间205的示例性(预测的)变化曲线，该功率由家用中的电消耗器102所要求。
此外，图2a示出能量成本204关于时间205的示例性的变化曲线。所述能量成本204例如可以根据可供使用的电能的不同组成而改变。例如，能量成本204在可使用太阳能的情况下可能比在通过公共的供电网络获得电能的情况下更低。备选地或补充地，能量成本204可以与用于外部相关电能的成本结构有关。
此时应该确定用于能量储存器111的运行策略，通过该运行策略确保降低(尤其是最小化)在运行时间间隔上(例如一天)的累积成本。在此，所述累积成本可以包括用于获得外部供应装置104的电能的成本、用于能量储存器111的(高的)循环调节的成本、用于家用的(可能减小的)自给自足的成本和/或用于(可能的)舒适性损失的成本。因此可以确定如下运行策略，该运行策略减少(尤其是最小化)预定义的成本函数，其中，所述成本函数可以与一个或多个上述标准有关。
为此目的，可以为所述运行时间区间(例如24小时的时间区段)确定一个时间段序列，在各所述时间段中功率条件实质上是恒定的。示例性的功率条件是在确定的时间段中的可供使用的本地产生的功率203、家用消耗器102所要求的功率202和/或上述能量成本204。因此，尤其是可以确定如下时间段序列，在各所述时间段中本地产生的功率203、所要求的功率202以及能量成本204(实质上)是恒定的。为此目的，可以从本地产生的功率203的变化曲线、从所要求的功率202的变化曲线以及从能量成本204的变化曲线中确定如下时刻，至少一个功率条件在所述时刻改变。这些时刻可以被看作相邻的时间段之间的界限。
图2b示出图2a中的变化曲线的示例性时间段223。在一个时间段223之内功率条件是恒定的。所述时间段223可以被用作用于确定成本优化的运行策略在时间上的解。因此，能够降低用于确定运行策略的优化问题的复杂性。
因此，所述运行时间区间可以被划分成一个时间段223序列，其中，功率条件在每个时间段223中(实质上)是恒定的。此外，可以为每个时间段223定义不同的可能的运行功率221，能量储存器111能够在相应的时间段223中以所述运行功率充电或放电。在图2b中定义了4种不同的在最小可能的运行功率与最大可能的运行功率之间的运行功率221(例如-5kW、0kW、5kW以及7kW)。能量储存器111的所述最大可能的运行功率(用于放电)以及所述最大可能的运行功率(用于充电)可以与能量储存器111的特性有关。
因此，能量储存器111在一个时间段223中能够以不同的运行功率221充电或放电。因此，可以为每个时间段223定义不同的能量数量，所述能量数量能够在相应的时间段223中被输送给能量储存器111或被取出。在此，所述能量数量由运行功率221以及由一个时间段223的时间长度得出。
图3示出运行点310的网络结构300。所述网络结构300针对一个时间段223包括一定数量的运行点310，其中，一个运行点310具有一个或多个运行点参数。所述运行点参数可以包括：
●能量数量，该能量数量在运行点310的时间段223中被传输给能量储存器111或从能量储存器111中被取出；
●运行功率221，在运行点310的时间段223中利用该运行功率进行充电或放电；和/或
●成本，该成本与所传输的能量数量有关。
此外，网络结构300包括从第一运行点310(在第一时间段223中)到第二运行点310(在直接接着第一时刻的第二时间段223中)的过渡302(通过点划线箭头或实线箭头示出)。所述过渡302可以具有一个或多个过渡参数。所述过渡参数例如可以包括针对运行功率改变的成本。因此能够提供如下网络结构300，该网络结构定义用于充电/放电过程的可能的运行功率以及与之有关的成本。然后，能够通过所述网络结构300找到路径301、即时间上的运行点310序列，通过该路径降低(必要时最小化)预定义的成本标准，所述成本标准例如包括在运行时间区间中的累积能量成本。所述路径301在图3中通过实线箭头示出。在此，可以以高效的方式使用动态规划法、尤其是维特比算法。
尤其是，可以以重复的方式例如从属于所述时间段223序列的初始时间段223的运行点310出发确定从所述运行点310直到所述时间段223序列的最终时间段223的路径310。在此，为了减少计算耗费可以在每个重复步骤中(即，针对所述时间段223序列的每个时间段223)选择有限数量的子路径。然后，对于进一步的方法仅考虑所述有限数量的子路径。此外能够及早排除如下路径，这些路径不满足预定义的约束条件(例如如下路径，这些路径没有达到或超过由能量存储装置111在运行时间区间期间总共要接收的能量数量)。
图4示出一种示例性的用于确定电气能量储存器111的运行策略的方法400的流程图。该能量储存器111可以包括在家用中的本地能量储存器。备选地或补充地，能量储存器111可以包括用于驱动电动车的能量储存器。所述方法400包括将一个运行时间区间(例如24小时的时间区间)划分成401一个时间段223序列，使得在所述时间段223序列中的各时间段223中分别存在恒定的(可能预测的)功率条件。所述方法400还包括：为所述时间段223序列的每个时间段223确定402有限数量的可能的运行功率221，能量储存器111在相应的时间段223中能够以所述运行功率被充电或放电。此外，所述方法400包括确定403一定数量运行点310序列。在此，用于一个时间段223的一个运行点310表明针对该时间段223的所述有限数量的可能的运行功率中的一个运行功率。此外，一个运行点310序列表明用于所述时间段223序列的一个运行功率序列。所述方法400还包括：从所述一定数量的运行点310序列中选择404一个运行点310序列作为运行策略。
尤其是，具有特殊适用评价的参数化动态规划可以被用于可能有意义地在时间上组合各运行功率，以便确定成本优化的运行策略。
在确定运行策略时，在由消耗器所要求的功率202方面、在本地产生的功率203方面和/或在外部相关电能的能量成本204方面可以考虑预测的信息。这些信息可以借助历史数据针对未来的运行时间区间被预测。此外，可以考虑附加信息(例如天气预测)用于预测所要求的功率202、本地产生的功率203和/或能量成本204。然后，由所述预测的信息能够确定具有恒定功率条件的时间段223。因此，在历史数据的基础上能够以精确且高效的方式确定能量储存器在未来的运行时间区间的运行策略。
通过相应地考虑多种不同的成本项，通过所说明的方法能够与能量储存器的自给自足优化相比实施能量储存器的成本优化。此外，通过预测性的能量管理能够避免在家庭中的负载管理情形。必要时能够将本地存储器在优化的范畴内分配分配给各个负载(例如电动车)。此外，尤其是能够力求减少循环调节。此外，必要时可以在各能量储存器的组合体中使用本地存储器。
因此换句话说，通过在本文件中所说明的方法能够最小化家用电能的成本。此外，通过有针对性地使用本地能量源能够提高自给自足程度。此外能够减少本地能量储存器的循环调节，从而能够提高这样的能量储存器的使用寿命。在本文件中所说明的方法是可扩展的并且因此附加地可应用于各能量储存器的组合体。
本发明不限于所示出的各实施例。尤其是要注意，说明书和附图应该仅阐明所提出的方法、装置和系统的原理。

Claims (10)

1.用于确定电气的能量储存器(111)的运行策略的方法(400)，其中，该方法(400)包括：
-将一个运行时间区间划分成(401)一个时间段(223)序列，使得在所述时间段(223)序列的各时间段(223)中分别存在恒定的功率条件，所述能量储存器(111)的运行策略应该针对所述运行时间区间被确定；
-为所述时间段(223)序列的每个时间段(223)确定(402)有限数量的可能的运行功率(221)，所述能量储存器(111)能够在相应的时间段(223)中以所述运行功率被充电或放电；
-确定(403)一定数量的运行点(310)序列；其中，用于时间段(223)的运行点(310)表明针对该时间段(223)的所述有限数量的可能的运行功率中的运行功率；其中，运行点(310)序列表明用于所述时间段(223)序列的运行功率序列；以及
-从所述一定数量的运行点(310)序列中选择(404)一个运行点(310)序列作为运行策略。
2.根据权利要求1所述的方法(400)，其中，所述一定数量的运行点(310)序列借助动态规划、尤其是借助维特比算法来确定。
3.根据上述权利要求之一所述的方法(400)，其中，
-用于时间段(223)的运行点(310)表明成本，所述成本通过利用由该运行点(310)表明的运行功率进行充电或放电而引起；
-所述确定(403)一定数量的运行点(310)序列包括：根据由运行点(310)表明的成本，针对相应数量的运行点序列确定一定数量的累积成本；以及
-根据所述一定数量的累积成本，选择用于所述运行策略的运行点(310)序列。
4.根据权利要求3所述的方法(400)，其中，所述确定(403)一定数量的运行点(310)序列包括：针对所述时间段(223)序列的第一时间段，
-确定M个运行点(310)子序列，这些运行点子序列从初始时间段或从最终时间段延伸至第二时间段，该第二时间段与第一时间段相邻；以及
-在用于所述第一时间段的运行点(310)的基础上并且在所述M个运行点(310)子序列的基础上，确定扩大的运行点(310)子序列，这些扩大的运行点子序列从初始时间段或从最终时间段延伸至第一时间段。
5.根据权利要求4所述的方法(400)，所述方法还包括：
-确定针对所述M个运行点(310)子序列的M个累积子成本；
-在用于所述第一时间段的运行点(310)的基础上并且在所述M个累积子成本的基础上，确定针对所述扩大的运行点(310)子序列的累积子成本；以及
-根据针对所述扩大的运行点(310)子序列的累积子成本，选择所述扩大的运行点(310)子序列的子集。
6.根据权利要求5所述的方法(400)，其中，
-该方法(400)还包括：确定从第二时间段中的运行点(310)过渡到第一时间段中的运行点(310)的过渡成本；
-也根据所述过渡成本确定针对所述扩大的运行点(310)子序列的累积子成本；以及
-所述过渡成本尤其是与针对运行功率改变的成本有关。
7.根据权利要求5至6之一所述的方法(400)，所述方法还包括：
-尤其是参照由所述扩大的运行点(310)子序列提供的能量数量来检查扩大的第一运行点(310)子序列是否满足约束条件；以及
-当不满足所述约束条件时，不采用所述扩大的第一运行点(310)子序列。
8.根据上述权利要求之一所述的方法(400)，其中，从所述时间段(223)序列的初始时间段出发和/或从所述时间段序列的最终时间段出发，重复地逐个时间段地确定所述一定数量的运行点(310)序列。
9.根据上述权利要求之一所述的方法(400)，其中，
-所述确定(402)有限数量的可能的运行功率(221)包括：将一个运行功率区间分成N个可能的运行功率(221)；
-所述运行功率区间由如下运行功率限定，该运行功率能最大地由能量存储器(111)接收或输出；以及
-N尤其是等于或小于10。
10.根据上述权利要求之一所述的方法(400)，其中，所述功率条件包括以下中的一个或多个：
-最大充电功率，所述最大充电功率能够由能量储存器(111)在确定的时刻接收；
-最大放电功率，所述最大放电功率能够由能量储存器(111)在确定的时刻提供；和/或
-能量成本(204)，所述能量成本在确定的时刻为了能量储存器(111)的充电或放电而累积；和/或
-在确定的时刻预测的由一个或多个电消耗器(102)所要求的功率(202)；和/或
-在确定的时刻预测的本地产生的功率(203)，该本地产生的功率能够由本地的能量产生单元(103)、尤其是由太阳能设备提供。
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