CN108432029A - 用于控制电力存储设备的系统和方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种本地控制系统(6)，其被配置为基于由整个控制系统(7)发送的充电指令或放电指令来定义对电力存储设备(5)做出的充电命令或放电命令，以及由电力使用设备(4)使用的瞬时电力，使得由电力使用设备(4)使用的瞬时电力总是大于电力存储设备(5)的放电电力，以便保证由电力存储设备(5)存储的电力不被重新注入到电力分配网络(3)中。

Description

用于控制电力存储设备的系统和方法
技术领域
本发明涉及电力分配网络中的消耗优化的领域。
背景技术
消费者终端的电力存储设备的控制系统是已知的，诸如在文献EP 2928721A1中描述的系统，其中每个电池包括被配置为建立与整个控制系统的双向通信的本地控制系统。
对于每个电池，整个控制系统根据从每个本地控制系统迭代地发送至整个控制系统的对每个电池来说特定的充电曲线(charge profile)的单独选择而产生的在电力分配网络内可能的整个电消耗曲线来确定最优充电曲线。
然而，消费者终端的电力存储设备的这种控制系统不考虑一些消费者终端包括本地电力生产系统的事实。
而且，消费者终端的电力储存设备的控制系统是已知的，诸如在文献US20140379151中描述的系统，其提供了消费者终端中的一些包括本地电力生产系统。
但是，用于消费者终端的电力储存设备的充电和放电的此类控制系统并不限制将被重新注入到电力分配网络中的电力。
然而，消费者终端并不总是被允许将电力重新注入到网络中，特别是当消费者终端不是电力的合约生产者时或者当消费者终端消耗的电力比它产生的少时。
而且，重新注入到网络中的电池的放电的电力问题释放的电力问题不由本地生产计量器(meter production)计量，并且不能如本地生产那样被给予报酬。消费者终端因此没有兴趣将由电力存储设备所存储的电力重新注入到电力分配网络中。
发明内容
本发明的目的是提供一种能够控制本地电力存储系统的充电和放电以允许调制消费者终端的电力消耗并且确保由电力存储设备存储的电力不重新注入到分配网络中的本地电力存储系统(特别是家用电池)的控制系统。
根据本发明，通过由电力分配网络供应的消费者终端的电力存储设备的充电和放电的本地控制系统来实现此目的，该消费者终端包括：
-消费者装备；
-本地电力生产系统；
-电力存储设备；
本地控制系统包括：
-被配置为收集至少包括电力存储设备的充电状态和由消费者装备消耗的
瞬时电力的信息的发送器；
-被配置为从整个控制系统接收电力存储设备的充电指令或放电指令的发
送器；
本地控制系统的特征在于，其被配置为根据以下内容来定义对电力存储设备
的充电命令或放电命令：
-由整个控制系统发送的充电指令或放电指令，以及
-由消费者装备消耗的瞬时电力，使得由消费者装备消耗的瞬时电力总是大
于电力存储设备的放电电力，以确保由电力存储设备存储的电力不重新注入
到电力分配网络中。
如果其中消费者终端不被允许生产电力，特别是当消费者终端不是合约电力的生产者时，或者当消费者终端消耗比其生产的电力少时，本发明防止电力重新注入到电力分配网络中。
本发明还根据由连接到分配网络的一组消费者终端供应的电力量来调整本地控制系统的充电指令或放电指令。
本发明根据由连接到分配网络的一组消费者终端供应的电力量来调整针对一组消费者的电力生产的电力消耗。
本发明特别管理在波动或间歇电力生产的情况下(通常在消费者终端生产光伏电力或风电力的情况下)的电力的存储。
而且，消费者终端配备有断路器，该断路器被配置为当从分配网络汲取的电力大于最大订购合约电力的值时将消费者终端与电力分配网络断开连接。
在电池充电期间，如果由消费者终端消耗的电力的总和超过与最大订购合约电力对应的电力阈值，则消费者终端可以与分配网络断开连接。
在电池的充电期间，因此存在消费者终端自动与分配网络断开连接的风险。
由消费者终端消耗的瞬时电力是由消费者装备消耗的瞬时电力与电力存储设备的充电或放电电力的总和。
每当电池充电时，充电电力为正，并且每当电池放电时，充电电力为负。
本发明有利地通过单独地采取下面的特征或以其技术上可能的组合中的任一个来完成。
充电命令或放电命令被周期性地调整，
-在周期N+1处的充电命令或放电命令等于在周期N处的充电命令或放电命令，当在周期N处时，由所述消费者终端注入到所述网络中的瞬时电力(被定义为电力存储设备的放电电力与由所述消费者装备消耗的瞬时电力之间的差)为负或零；
-周期N+1的充电命令或放电命令等于周期N的充电命令或放电命令减去在周期N处由消费者终端注入到网络中的瞬时电力，当在周期N处时，由消费者终端注入到网络中的瞬时电力为正。
对电力存储设备的充电命令或放电命令被定义为使得由本地生产系统生产的瞬时电力总是小于或等于由消费者装备消耗的瞬时电力与电力存储设备的充电或放电电力的总和，以确保在电力分配网络上不重新注入电力。
对电力存储设备的充电指令或放电指令被定义为使得用电设备消耗的瞬时电力和电力存储设备的充电或放电电力的总和总是小于或等于最大合约电力的值。
此类系统防止消费者终端在电池充电期间与分配网络断开连接。
本地控制系统还包括被配置为显示至少包括存储设备的充电水平的信息的用户界面。
本地控制系统还包括由消费者终端消耗的电力计量器。
本地控制系统还包括由本地电力生产系统生产的电力计量器。
由整个控制系统发送的充电指令或放电指令是太阳光预报的函数(function)。
由整个控制系统发送的充电指令或放电指令是对该组消费者终端的整个消耗的预报的函数。
本发明还提出了一种用于由同一电力分配网络供应的消费者终端的多个电力存储设备的充电和放电的整个控制系统，消费者终端中的一些包括：
-本地电力生产系统；
-电力存储设备；
-电力存储设备的本地控制系统；
整个控制系统被配置为:
-根据从不同的本地控制系统接收到的信息来定义针对至少至少一个本地
控制系统的充电指令或放电指令；以及
-将所述指令传输给本地控制系统。
本发明还提出了一种由同一电力分配网络供应的消费者终端的电力存储设备的充电和放电的控制过程，消费者终端包括：
-消费者装备；
-本地电力生产系统；
-电力存储设备；
该控制过程包括根据以下内容对电力存储设备的充电命令或放电命令的定
义步骤：
-由整个控制系统发送的充电指令或放电指令；
-由消费者装备消耗的瞬时电力，
使得由消费者装备消耗的瞬时电力总是大于电力存储设备的电力，以确保在电力分配网络上不重新注入由电力存储设备存储的电力。
充电命令或放电命令被周期性地调整，
-在周期N+1处的充电命令或放电命令等于在周期N处的充电命令或放电命令，当在周期N处时，由消费者终端注入到网络中的瞬时电力(被定义为电力存储设备的放电电力与由消费者装备消耗的瞬时电力之间的差)为负或零；
-在周期N+1处的充电命令或放电命令等于在周期N处的充电命令或放电命令减去在周期N处由消费者终端注入到网络中的瞬时电力，当在周期N处时，由消费者终端注入到网络中的瞬时电力为正。
本发明还提出了一种用于属于连接到同一电力分配网络的多个消费者终端的消费者终端的电力存储设备的充电和放电的控制过程，
消费者终端中的一些包括：
-消费者装备；
-本地电力生产系统；
-电力存储设备；
该过程还包括以下步骤：
-根据从不同的本地控制系统接收到的信息来定义电力存储设备的充电指令或放电指令，
-将所述指令传输到所述消费者终端的本地控制系统(6)。
附图说明
其他目的、特征和优点将从参照以说明性和非限制性的方式给出的附图的以下详述的描述中显现，其中：
-图1示出了根据本发明的配备有整个控制系统的分配网络；
-图2示出了根据本发明的整个控制过程。
具体实施方式
图1示出了电力分配网络3，包括：
-整个控制系统7；
-连接到电力分配网络3的多个消费者终端1。
消费者终端1通常是住宅。
一些消费者终端1包括：
-消费者装备4，诸如家用电器；
-本地电力生产系统2；
-电力存储设备5；
-电力存储设备5的本地控制系统6。
本地电力生产系统2可以特别是光伏板或风力涡轮机。
电力存储设备5是连接到住宅的电网的住宅电池，无论是在静态电池的情况下永久地连接，还是在电动车辆的电池的情况下间歇地连接。
每个消费者终端1通过充电器/逆变器52连接到电力分配网络3。
充电器/逆变器52确保充电和逆变(inverting)功能两者，并且在下文中将被称为转换器。
转换器52是用于将供应有直流的电力存储设备5连接到供应交流的住宅的电网的双向直流/交流转换设备。
具有可以由外部命令信号调制的电力指令的充电器52必须由制造商来适于每种型号的静态电池。电动车辆的电池通常连接到非逆变器充电器，但是例如在文献US 2013/0113413A1中描述了适用于电动车辆的逆变器充电器。
消费者终端1包括由终端1消耗的电力计量器32，以计量(accounting for)由终端1消耗的电力。
由终端1消耗的电力可以源自分配网络3或本地生产系统2。
由消费者终端消耗的瞬时电力是由消费装备4消耗的瞬时电力与电力存储设备的充电电力或放电电力的总和。
充电电力在电池充电时为正并且在电池放电时为负。
当电力存储系统5充电时，由电力存储系统5汲取的电力被直接计量在所消耗电力中。
在电力存储系统5放电时，直接从所消耗的电力减去由电力存储系统5供应给住宅的电器的电力。
产生电力的消费者终端1还包括由消费者终端生产的电力计量器22。
计量器实时(即，其中测量周期少于10秒)提供由住宅生产和消耗的电力。
这些数据例如经由无线电或有线网络实时传输到本地控制系统6。
本地控制系统6周期性地将这些数据传输到整个控制系统7，通常每天一次。
本地电力管理系统6是包括微处理器、存储器和输入-输出接口的微型计算机。
本地电力管理系统实时地接收来自由消费者终端消耗的电力计量器32和/或由消费者终端生产的电力计量器22的数据，以及经由例如住宅的互联网链路或经由移动电信网络的它自己的连接的来自整个管理系统7的控制信号。
本地电力管理系统根据其针对住宅的区域中的电力的管理的本地优化已准备的程序或者响应于整个控制系统7的命令向充电器52发送充电命令或放电命令，同时集成本地信息。
每个本地控制系统6包括被配置为与电力计量器32和22以及与转换器52通信的发送器61。
每个本地控制系统6还包括被配置为与整个控制系统7通信的发送器62。
通信可以经由无线电、通过电力线载波(PLC)或者通过专用有线网络来执行。
充电器52例如经由无线电或有线网络来接收由本地控制系统6发送的电力存储设备5的充电命令或放电命令。
充电器52将电力的本地或远程优化所必需的信息发送回本地控制系统6。
此信息至少包括：
-电力存储设备5的充电状态，
-由终端1消耗的实时电力，
-由本地电力生产系统2生产的实时电力。
此信息还可以包括：
-测量电池的充电电力和放电电力；
-电力存储设备5的健康状态，
-警报。
本地控制系统6还包括被配置为显示至少包括存储设备的充电水平的信息的用户界面。
除住宅的电力的本地优化以外，整个控制系统7还优化了对一组住宅的电力的管理。
对于消费者终端1中的至少一个，整个控制系统7被配置为根据从不同的本地控制系统6接收到的信息来定义电力存储设备5的充电指令或放电指令，并且将所述指令传输到所述消费者终端1的本地控制系统6。
由整个控制系统7定义的充电指令或放电指令针对每个消费者终端1被定义，使得该组消费者终端1的响应对于网络管理来说是总体最优的。
由整个控制系统7定义的充电指令或放电指令尤其考虑与本地存储系统5的充电或放电有关的累积消耗的上升或下降。
整个控制系统7被配置为特别为了重新平衡区域的生产和消耗或者减少国家消耗点来定义充电指令或放电指令。
如图2中的方框M2'和M3'所示，整个控制系统7可以向不同的本地控制系统6传输关于本地算法将集成到其优化计算中的电力的动态价格(通过网络购买或销售)的信息。
在包括本地电力生产设备2的消费者终端的情况下，本地控制系统6可以考虑由生产计量器22提供的所生产的瞬时电力，以用于计算由消费者终端通过网络所注入的净电力，该净电力定义为消费者终端的生产与消费者终端的消耗之间的差。
本地控制系统6的充电命令或放电命令出于不同的优化目的而被定义为调制注入到网络中的净电力：自动消耗的最大化、通过网络注入的限制、或根据市场价格的电力的消耗发票和销售的优化。
如图2中的方框M1所示，本地控制系统的充电命令或放电命令可以特别地被定义为使由电网供应的电力的成本最小化。
在当前情况下，本地控制系统6的命令在所谓的“非高峰”时段处是充电命令，在该时段期间在公共分配网络处收集到的电力以最低价格开具发票，以在非高峰时段期间将电力存储在电池中。本地控制系统6的命令在所谓的‘高峰’时段处是充电命令，在该时段期间在公共分配网络处收集到的电力以最高价格开具发票，以给住宅的家用电器供电(feed)。
高峰时段和非高峰时段的定价计划(pricing schedule)可以是由整个控制系统7发送的信息。如果其中本地控制系统没有与整个控制系统7通信，则定价计划也可以被预编程在本地控制系统6中。
通常，定价计划显示电力价格的每日变化周期。电池控制的默认模式因此对应于电池每日的充电/放电循环。
除本地控制以外，在一些特殊的日子，整个控制系统7优化对一组终端的电力的管理。在这种情况下，特殊日子的控制模式(生产盈余的管理模式和消耗点的管理模式)被替换为之前描述的默认模式。
整个控制系统7向本地控制系统6发送触发从默认模式退出的信息。
此信息可以特别是：
-在特定时间间隔内有效的电力的动态价格的信号，本地算法将其集成在其充电和放电时段的优化计算中。此信息将是例如‘明天从18点到20点，以xx€/kWh的超高峰电力价格供应电力(power sera)’；
-对于终端而言特定的并且在给定时间间隔内的充电指令或放电指令，使得该组终端的响应(即，由各个电池的充电或放电引起的累积消耗的上升或下降)产生针对网络的管理的整个优选的最优(通常具有使区域中的生产和消耗重新平衡或减少国家消耗点的目的)。此信息将是例如‘明天从13点到15点对电池进行充电的指令’(例如以吸收由远程平台预报的地区的生产盈余)。
在本情况下，本地控制系统6向整个控制系统7发送用于计算整个最优(电池的充电状态、充电或放电曲线的历史)所必需的信息和能够监视各个系统的正确操作的信息(电池的健康状态、温度警报、断开连接...)。
如图2中的方框M2所示，整个控制系统可以被配置为在网络的某些部分上存储生产盈余(通常以限制电压的局部上升并且避免网络的增强或在过电压情况下的生产装置的自动关闭)。
由整个控制系统7根据天气(风和太阳)和消耗预报(根据周/周末日、温度、过去消耗的历史)来预报生产盈余。
当预报到生产盈余时，整个控制系统7向本地控制系统6发送由本地控制系统6的本地优化算法确定的在相关时段期间的充电指令(其也可以是针对电力的降低价格而引起电力的充电的信号)。以充分早的通知(从24小时到几小时)发送指令，以允许在预期的充电时段之前的电池的放电。
如图2中的方框M3所示，整个控制系统也可以被配置为减少一组住宅的消耗以限制网络上的电力转换(以避免线路或变压器上的附加费)或者限制一般昂贵且污染更严重的生产点装置的使用)。
由远程平台根据天气(温度、风)和消耗预报(根据周/周末日、温度、过去消耗的历史)来预报消耗点。
当预报到消耗点时，整个控制系统7向本地控制系统6发送由本地控制系统6的本地优化算法确定的在相关时段期间的放电指令(其也可以是针对电力的降低电力而引起电力的放电的信号)。以充分早的通知(从24小时到几小时)发送放电指令，以允许在预期放电时段之前对电池进行充电。
电池的充电和放电由本地控制系统6连续控制，独立于控制的类型和使用的模式。
本地控制系统6确定充电指令或放电指令在电池的充电阶段期间不引起住宅的断开连接。
为此，本地控制系统6根据由住宅消耗的瞬时电力来定义充电指令，使得由家用电器吸收的电力累积和电池的充电电力保持小于住宅的订购电力，这是合约电力，超过该合约电力，主断路器打开并且切断网络供电。
而且，本地控制系统6确定充电命令或放电命令，使得注入到网络中的净电力为负或零。
事实上，重新注入到网络中的电力不被消耗计量器32计量，并且不能如太阳能生产那样被给予报酬。
存储在电池中的电力因此可以仅用于为住宅的家用电器供电。
为此目的，充电命令或放电命令被定义为使得由消费者装备4消耗的瞬时电力总是大于电力存储设备5的放电电力，以确保在电力分配网络3上由电力存储设备5存储的电力不重新注入。
周期性地调整充电命令或放电命令，整个周期典型地持续在1s与60s之间，
-在周期N+1处的充电命令或放电命令等于在n周期N处的充电命令或放电命令，当在周期N处时，由消费者终端注入到网络中的瞬时电力(定义为电力存储设备5的放电电力与由消费者装备4消耗的瞬时电力之间的差)为负或零；
-在周期N+1的充电命令或放电命令等于周期N的充电命令或放电命令减去在周期N处由消费者终端注入到网络中的瞬时电力，当在周期N处时，由消费者终端注入到网络中的瞬时电力为正。
本地控制系统6考虑由生产计量器22递送的表示由本地生产系统2生产的瞬时电力的值和由消耗电力计量器32递送的表示由终端1消耗电力的值，以确定通过网络注入的净电力，注入到网络中的净电力被定义为由本地生产系统2生产的瞬时电力(从其中减去由终端1消耗的电力)。
本地控制系统6根据由住宅消耗的瞬时电力来定义充电命令，使得后者始终保持小于由终端所消耗的电力，这是因为在此之后，放电的电力被重新注入到网络中并且对于客户而言是丢失的。

Claims (13)

1.一种由电力分配网络(3)供应的消费者终端(1)的电力存储设备(5)的充电和放电的本地控制系统(6)，所述消费者终端(1)包括：
-消费者装备(4)；
-本地电力生产系统(2)；
-电力存储设备(5)；
所述本地控制系统(6)包括：
-发送器(61)，其被配置为收集至少包括所述电力存储设备(5)的充电状态和由所述消费者装备(4)消耗的瞬时电力的信息；
-发送器(62)，其被配置为从整个控制系统(7)接收所述电力存储设备(5)的充电指令或放电指令；
所述本地控制系统(6)的特征在于，所述本地控制系统(6)被配置为根据以下内容来定义对所述电力存储设备(5)的充电命令或放电命令：
-由所述整个控制系统(7)发送的充电指令或放电指令；
-由所述消费者装备(4)消耗的瞬时电力，
使得由所述消费者装备(4)消耗的瞬时电力总是大于所述电力存储设备(5)的放电电力，以确保在所述电力分配网络(3)上不重新注入由所述电力存储设备(5)存储的电力。
2.根据前述权利要求所述的本地控制系统(6)，其中，所述充电命令或放电命令被周期性地调整，
-在周期N+1处的所述充电命令或放电命令等于在周期N处的所述充电命令或放电命令，当在周期N处时，被定义为所述电力存储设备(5)的放电电力与由所述消费者装备(4)消耗的瞬时电力之间的差的由所述消费者终端注入到所述网络中的瞬时电力为负或零；
-周期N+1的充电命令或放电命令等于周期N的充电命令或放电命令减去在周期N处由消费者终端注入到所述网络中的瞬时电力，当在周期N处时，由所述消费者终端注入到所述网络中的瞬时电力为正。
3.根据前述权利要求所述的本地控制系统(6)，其中，对所述电力存储设备(5)的充电命令或放电命令被定义为使得由所述本地生产系统(2)生产的瞬时电力总是小于或等于由所述消费者装备(4)所消耗的瞬时电力与所述电力存储设备(5)的充电电力或放电电力的总和，以确保在所述电力分配网络(3)上不重新注入电力。
4.根据前述权利要求中的任意一项所述的本地控制系统(6)，其中，对所述电力存储设备(5)的充电命令或放电命令被定义为使得由所述消费者装备(4)消耗的瞬时电力与所述电力存储设备(5)的充电电力或放电电力的总和总是小于或等于最大合约电力的值。
5.根据前述权利要求中的任意一项所述的本地控制系统(6)，还包括被配置为显示至少包括所述存储设备(5)的充电水平的信息的用户界面。
6.根据前述权利要求中的任意一项所述的本地控制系统(6)，还包括由所述消费者终端(1)消耗的电力计量器(32)。
7.根据前述权利要求中的任意一项所述的本地控制系统(6)，还包括由所述本地电力生产系统(2)生产的电力计量器(22)。
8.根据前述权利要求中的任意一项所述的本地控制系统(6)，其中，由所述整个控制系统(7)发送的充电指令或放电指令是太阳光预报的函数。
9.根据前述权利要求中的任意一项所述的当地控制系统(6)，由所述整个控制系统(7)发送的所述充电指令或放电指令是一组消费者终端(1)的整个消耗的预报的函数。
10.一种由同一电力分配网络(3)供应的消费者终端(1)的多个电力存储设备(5)的充电和放电的整个控制系统(7)，所述消费者终端(1)中的一些包括：
-本地电力生产系统(2)；
-电力存储设备(5)；
-根据权利要求1至8中的任意一项所述的电力存储设备(5)的本地控制系统(6)；
所述整个控制系统(7)被配置为：
-根据从不同的本地控制系统(6)接收到的信息来定义对至少一个本地控制系统(6)的充电指令或放电指令；以及
-将所述指令传输到所述本地控制系统(6)。
11.一种由同一电力分配网络(3)供应的消费者终端(1)的电力存储设备(5)的充电和放电的控制过程，所述消费者终端(1)包括：
-消费者装备(4)；
-本地电力生产系统(2)；
-电力存储设备(5)；
所述控制过程包括根据以下内容对所述电力存储设备(5)的充电命令或放电命令的定义步骤：
-由整个控制系统(7)发送的充电指令或放电指令；
-由所述消费者装备(4)消耗的瞬时电力，
使得由所述消费者设备(4)消耗的瞬时电力总是大于所述电力存储设备(5)的放电电力，以确保在所述电力分配网络(3)上不重新注入由所述电力存储设备(5)存储的电力。
12.根据前述权利要求所述的控制过程，其中，所述充电命令或放电命令被周期性地调整，
-在周期N+1处的所述充电命令或放电命令等于在周期N处的所述充电命令或放电命令，当在周期N处时，被定义为所述电力存储设备(5)的放电电力与由所述消费者装备(4)消耗的瞬时电力之间的差的由所述消费者终端注入到所述网络中的瞬时电力为负或零；
-周期N+1的充电命令或放电命令等于周期N的充电命令或放电命令减去在周期N处由消费者终端注入到所述网络中的瞬时电力，当在周期N处时，由所述消费者终端注入到所述网络中的瞬时电力为正。
13.根据权利要求11或12中的任意一项所述的属于连接到所述同一电力分配网络(3)的多个消费者终端(1)的消费者终端(1)的电力存储设备(5)的充电和放电的控制过程，
所述消费者终端(1)中的一些包括：
-消费者装备(4)；
-本地电力生产系统(2)；
-电力存储设备(5)；
所述过程还包括以下步骤：
-根据从不同的本地控制系统(6)接收到的信息来定义所述电力存储设备(5)的充电指令或放电指令，
-将所述指令传输到所述消费者终端(1)的本地控制系统(6)。
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