CN110383689A - 用于跨时间电能产品的不确定性-灵活性匹配引擎 - Google Patents

Abstract

示例性实施例涉及特别是在存在不确定性的情况下用于协调电能产生和消耗的匹配引擎。该引擎根据电力供需链的不确定性和灵活性提供匹配。该系统可以使用由供需链中元素的性能度量提供的不确定性和灵活性的量化表征。

Description

用于跨时间电能产品的不确定性-灵活性匹配引擎

技术领域

本发明涉及存在不确定性的电网和电能生产和消耗系统。特别地，本发明涉及传感器控制的电能产生和需求。

背景技术

电网面临若干挑战。需求和供应的可变性和不确定性可能造成不匹配，导致效率损失、系统故障和资源浪费。这种不匹配可能源于当前可再生能源生产中和消费者需求中存在的可变性和不确定性。例如，太阳能和风力发电都依赖于天气。虽然可以做出预测，但仍然存在很大的不确定性。另一方面，由于加热和冷却负载例如受天气或其他事件的影响，能量需求也未能提前完全知晓。随着可再生能源在电网中的份额增长，总能量产生和消耗变得不那么可预测。

此外，当前趋势指向分散生产的增加。发电可以变得更加分散，并且在每个发电机组可以以较小的量产生能量。消费者和企业可能会在其使用点或附近添加更多太阳能电池板。此外，电力公司可以添加更小的、快速反应的气动涡轮机以响应波动的需求，并且这些涡轮机可以放置在整个电网的分散位置以帮助满足需求。

由于电力网既不能存储也不能吸收或产生电能，因此需要能量输入和输出之间的持续平衡以实现可靠和安全的操作。如果没有适当的平衡，某些时候可能缺乏能源供应，或者在其他时间供应过剩，导致标称电网频率和电压的不希望的偏差、电网拥堵以及电力系统设备损坏。

在当前的电力市场中，仅存在对冲价格不确定性的产品，例如期权和期货。目前还没有已知的产品包含容量的不确定性。因此，没有已知的产品能够解决电力供应和需求的变化。

用于解决这些问题的当前方法依赖于电网增强、需求响应和多级市场。电网增强包括升级变压器和电力电缆。然而，虽然这些措施是可靠的，但它们需要额外的基础设施，因此非常昂贵且耗时。需求响应计划，例如提供可变能源定价，简单、便宜且分散，但由于能源消费者的价格弹性未知，因此不可靠。多级电能和电力市场是可靠的已知解决方案。然而，这些方法仅适用于可控生成，其复杂，仅具有有限的产品，并且仅对传输系统操作员可用。此外，需求响应和多级市场是被动的，在问题发生之前无法解决问题。

存在灵活性市场原型，例如iPower、PowerMatcher和UFLEX。然而，许多这些市场原型仅允许限制性的灵活性产品，并且不考虑跨时间约束。

所需要的是一种能够将不确定性与灵活性相匹配的系统。

因此，本领域需要解决上述问题。

发明内容

从第一方面来看，本发明提供了一种智能电网能量系统，包括：匹配引擎，其通过计算机通信网络可操作地连接到至少一个电能发电机和至少一个电负载，并且被编程为：通过计算机通信网络接收来自发电机的不确定性的定量度量，其中发电机包括不确定的能量产生速率；通过计算机通信网络接收来自电负载的灵活性的定量度量，其中负载包括灵活的能量消耗速率；生成与时间相关的时间表，其中时间表基于使用不确定性的定量度量和灵活性的定量度量的齐诺多面体映射；并将与时间相关的时间表传送给负载以修改能量消耗速率。

从另一方面来看，本发明提供了一种用于协调电能产生和消耗的装置，其被配置为经由计算机通信网络与至少一个不确定单元和至少一个灵活单元通信，该装置包括：至少一个处理器；至少一个包括计算机程序代码的存储器，所述至少一个存储器和计算机程序代码被配置为与所述至少一个处理器一起使得所述装置至少：从所述至少一个灵活能量单元接收至少一个灵活性提议，其中灵活能量单元被配置为以灵活的速率产生能量或消耗能量；从所述至少一个不确定能量单元接收至少一个灵活性请求，其中所述不确定能量单元被配置为以不确定的速率产生能量或消耗能量；从至少一个灵活性请求中的每一个中提取不确定性的定量度量；从至少一个灵活性提议中提取灵活性的定量度量；并生成与时间相关的时间表，其中时间表基于使用不确定性的定量度量和灵活性的量化度量的映射；并且将与时间相关的时间表发送到至少一个灵活能量单元以修改能量产生或消耗的速率。

从另一方面来看，本发明提供了一种用于将能量产生和/或消耗中的不确定性与能量产生和/或消耗的灵活性相匹配的方法，该方法包括：接收来自至少一个灵活能量单元的至少一个灵活性提议，其中灵活能量单元配置为产生能量或消耗能量；接收来自至少一个不确定能量单元的至少一个灵活性请求，其中所述不确定能量单元被配置为产生能量或消耗能量；清算至少一个灵活性提议和至少一个灵活性请求；执行分配，其将不确定的发电和/或消耗的潜在实现分配给用于至少一个灵活能量单元的电能产生和/或消耗的相应控制信号；从所述至少一个不确定能量单元接收交付时段的至少一个间隔的至少一个电能度量值；以及，基于所述分配，将所述交付时段的第二至少一个时间间隔的至少一个控制信号值发送到所述至少一个灵活能量单元。

从另一方面来看，本发明提供了一种用于将能量产生和/或消耗中的不确定性与能量产生和/或消耗的灵活性相匹配的计算机程序产品，该计算机程序产品包括计算机可读存储介质，其可由处理电路读取并存储用于由处理电路执行以执行实现本发明步骤的方法的指令。

从另一方面来看，本发明提供了一种存储在计算机可读介质上并可加载到数字计算机的内部存储器中的计算机程序，包括软件代码部分，当所述程序在计算机上运行时，用于执行本发明的步骤。

根据示例性实施例，通过为电能和电力产品提供单一市场来扩展现有市场。该系统提前通过灵活性来匹配不确定性，因此可以通过保留足够的灵活性来主动对冲不确定性。此外，该系统利用了这样一个事实，即许多系统具有传统上被忽略的能量灵活性。与传输系统运营商的现代储备市场相比，所提出的系统对任何希望通过灵活性来对冲其不确定性的人开放。此外，可以引入更多的市场参与者，因为许多类型的小型分布式系统、例如加热和冷却系统以及插入式电动车辆，具有一定的能量灵活性。该系统使用灵活性和不确定性的定量描述，并允许包括跨时间约束的产品到交易的灵活性和不确定性。

在一个实施例中，智能电网能量系统包括匹配引擎，该匹配引擎通过计算机通信网络可操作地连接到至少一个电能发电机和至少一个电负载，并且被编程为通过计算机通信网络接收来自发电机的不确定性的定量度量，其中发电机包括不确定的能量产生速率，通过计算机通信网络接收来自电负载的灵活性的定量度量，其中负载包括灵活的能量消耗速率，产生与时间相关的时间表，其中时间表基于使用不确定性的定量度量和灵活性的定量度量的齐诺多面体映射，并将与时间相关的时间表传输到负载以修改能量消耗速率。

在另一实施例中，一种将能量产生和/或消耗的不确定性与能量产生和/或消耗的灵活性相匹配的方法包括从至少一个灵活能量单元接收至少一个灵活性提议，其中灵活能量单元被配置为生成和/或消耗电能，从至少一个不确定能量单元接收至少一个灵活性请求，其中不确定能量单元被配置为生成和/或消耗电能，清算至少一个灵活性提议和至少一个灵活性请求，执行分配，其将不确定的发电和/或消耗的潜在实现分配给用于至少一个灵活能量单元的电能产生和/或消耗的相应控制信号，接收来自至少一个不确定能量单元的交付时段的第一至少一个间隔的至少一个电能度量，并基于所述分配，将所述支付时段的第二至少一个时间间隔的至少一个控制信号值传输到至少一个灵活能量单元。

本文全文描述了许多其他实施方案。所有这些实施方案都在本文公开的本发明的范围内。尽管本文描述了各种实施例，但应理解，根据任何特定实施例，不一定需要实现所有目的、优点、特征或概念。因此，例如，本领域技术人员将认识到，本发明可以以实现或优化本文所教导或建议的一个优点或一组优点的方式实施或实现，而不必实现本文可能教导或建议的其他目的或优点。

本文公开的方法和系统可以用于实现各个方面的任何装置来实现，并且可以以机器可读介质的形式执行，该机器可读介质包含一组指令，当由机器执行时，使得机器执行本文公开的任何操作。本发明的这些和其他特征、方面和优点对于本领域技术人员而言将变得显而易见，并且参考以下描述、所附权利要求和附图来理解，本发明不限于任何特定公开的实施例。

附图简要说明

因此，可以通过参考实施例详细地理解上面简要概述的本发明的上述特征和本发明的更具体的描述，其中一些实施例显示在附图中。然而，应注意，附图仅示出了本发明的典型实施例，并且本发明可允许其他同等有效的实施例。

图1A示出了根据本发明实施例的匹配引擎和与其连接的电能系统的系统图；图1B是根据示例性实施例的示例装置的简化框图。

图2A示出了根据本发明实施例的电能系统可能对给定的未来时间间隔期望的不确定性的概率密度图。

图2B示出了根据本发明实施例的灵活系统可遵循的一组可行离散时间功率轨迹。

图3A示出了根据本发明的一个实施例的单元的预期不确定性如何通过齐诺多面体(zonotopic)集合外部近似。

图3B示出了根据本发明实施例的可从灵活单元获得的可行集合如何由齐诺多面体集合内部逼近。

图4示出了根据本发明实施例的清算(clearing)过程的处理流程。

图5示出了根据本发明实施例的处理时间线。

根据下面的详细描述，本实施例的其他特征将是显而易见的。

具体实施方式

在以下优选实施例的详细描述中，参考了附图，附图形成了本发明的一部分，并且在附图中通过图示的方式示出了可以实践本发明的具体实施例。应当理解，在不脱离本发明的范围的情况下，可以利用其他实施例并且可以进行结构改变。在不脱离本教导的范围的情况下，可以对实施例进行电气、机械、逻辑和结构改变。因此，以下详细描述不应被视为具有限制意义，并且本公开的范围由所附权利要求及其等同物限定。

在一个实施例中，该系统提供对电能产生和/或消耗的不确定性的补偿，同时具有电能产生和/或消耗的灵活性。一方面，太阳能和风力发电厂等可再生能源受到很大的不确定性影响。它们的确切发电是提前不知道的，只能在某种程度上控制。另一方面，许多现有的电能系统在其电能产生和/或消耗方面是灵活的。例如，火力发电系统可以调整其输出。HVAC系统具有允许延迟消耗的热能缓冲器。电池和插入式电动车辆具有化学能电池，可以充当缓冲器以转移需求/供应。水力储存发电站通过抽水库中的水来创造潜在的能量缓冲。然而，为了使用可用的能量灵活性，需要对其进行定量描述。

如本文所使用的，能量“灵活性”是指系统调整其从电网输入的或其输出到电网的电能的容量和/或定时的能力。灵活性提议的购买者有权(但没有义务)向销售者询问灵活性提议，以实现提议中规定的灵活集合中的任何电力轨迹(electric power trajectory)。灵活性提议的销售者有相应的义务来实施购买者要求的任何电力轨迹。从这个意义上说，灵活性提议类似于金融选择。然而，一个很大的区别在于灵活性提议是关于商品交易量(电力/能源)而不是价格的选择。

根据示例实施例，系统的能量不确定性和能量灵活性都由齐诺多面体集合捕获。选择齐诺多面体的原因及其优点如下所述。

示例实施例能够通过灵活性匹配不确定性，从而能够补偿不确定性的任何实现。该系统包括不确定性-灵活性匹配引擎，其匹配灵活性提议和请求，收集和处理信息和签约，发送确认、激活和控制信号，验证交易产品的适当交付，以及执行所有记账/计费。

图1示出了根据示例性实施例的示例系统100的框图。在图1所示的示例中，系统100包括不确定性-灵活性匹配引擎110，其经由通信网络连接到不确定系统120，例如具有经受某种程度的不确定性的能量资源的能量系统。匹配引擎110还可以连接到灵活系统130，例如其能量产生和/或消耗在某种程度上是灵活的电能系统。匹配引擎110然后可以匹配灵活性请求121和灵活性提议131。这允许电能产生或消耗单元120、130交换电能和电力并且提前主动地对冲预期的不确定性。

例如，一个或多个不确定系统120可以在预定义交付时间将灵活性请求121提交给匹配引擎110。对于给定时间间隔的灵活性请求121可以包括：i)要通过灵活性补偿的电能产生和/或消耗中的不确定性的定量描述，以及ii)不确定系统120的所有者愿意为灵活性支付的最高价格。不确定性集合可以由齐诺多面体捕获。或者，一个或多个不确定系统120可以提交历史电能度量或不确定性的概率密度估计以及置信水平和最大价格。基于该信息，匹配引擎110可以生成相应的齐诺多面体灵活性请求。一个或多个不确定系统120可以包括例如风力涡轮发电机、太阳能发电机或受到不确定性影响的其他电力生产商或消费者。

一个或多个灵活系统130可以向匹配引擎110提交灵活性提议131。灵活系统130可以包括例如电动车辆充电器、电加热器或具有灵活性的其他电力生产商或消费者。给定时间间隔的灵活性提议131可以包括：i)单元可以提供的能量灵活性的定量描述，以及ii)将最小价格分配给所提交的灵活性的任何子集的成本函数。灵活性集合可以由齐诺多面体捕获。或者，一个或多个灵活系统130可订阅灵活性识别程序。在这种情况下，灵活系统130在预定的持续时间内向匹配引擎110提供例如电能度量。另外，灵活系统可以从匹配引擎110接收控制信号112。例如，控制信号可以包括可以由灵活单元用于确定其电力消耗或产生的一个或多个定时参考功率值。这样，可以自主地识别灵活系统130的灵活性(例如，无需用户交互)，并且可以根据请求生成适当的未来灵活性提议131。类似于现有的电力市场，在一些实施例中，在特定的交付时间，直到某个提交截止期限，匹配引擎110可以接受灵活性请求121和灵活性提议131。在该截止期限之后，匹配引擎110基于潜在的实现以经济上最佳的方式匹配灵活性请求121和灵活性提议131。下面更详细地讨论匹配过程的细节。在匹配完成之后，向不确定系统120发送关于其灵活性请求121是否已匹配的通知111。类似地，向灵活系统130发送通知112，该通知112指示例如是否它们的整体灵活性、子集或没有灵活性被匹配。匹配引擎110跟踪找到的匹配并在灵活性的销售者和购买者之间建立相应合约。在交付期间，不确定系统120向匹配引擎110提供电能度量，并且匹配引擎110将它们转换成分配给签约的灵活系统130的控制信号112。匹配过程之前和之后以及在交付期间和事后会计时的信息流的详细描述将在下面给出。

现在参考图1B，该图示出了适用于实践本文描述的示例性实施例的各种电子设备和装置的简化框图。例如，系统120、130和110中的一个或多个可以包括计算机140。计算机140包括控制器、例如计算机或数据处理器150以及体现为存储器155的计算机可读存储器或介质，存储器155存储计算机指令程序(PROG)190。

PROG 190包括程序指令，当由相关联的处理器150执行时，使得各种电子设备和装置能够根据示例性实施例进行操作。也就是说，各种示例性实施例可以至少部分地由计算机140的处理器150可执行的计算机软件实现，或者由硬件实现，或者由软件和硬件(和固件)的组合实现。

存储器155可以是适合于本地技术环境的任何类型，并且可以使用任何合适的数据存储技术来实现，诸如基于半导体的存储器设备、闪存、磁存储器设备和系统、光学存储器设备和系统、固定内存和可移动内存。处理器150可以是适合于本地技术环境的任何类型，并且作为非限制性实例，可以包括通用计算机、专用计算机、微处理器、数字信号处理器(DSP)和基于多核处理器架构的处理器中的一个或多个。

在该示例中，计算机140还包括一个或多个网络(N/W)接口(I/F)118、接口电路178，并且可以包括或连接到接口元件173。取决于实现，服务器可以仅远程访问(例如，经由N/W IF 118)，并且因此不使用接口元件173，接口元件173可以包括显示器、键盘、鼠标等。还应注意，这里使用的术语“计算机系统”可以包括多个处理器和存储器，例如，在基于云的系统中。

NW I/F 118可以是有线和/或无线的，并且可以通过因特网/其他网络经由任何通信技术进行通信。在该示例中，NW I/F 118包括一个或多个发射机118-1，以及一个或多个接收机118-2。这种发射机118-1和接收机118-2可以是支持例如蜂窝或局域或广域网频率和协议的无线射频(RF)发射机或接收机。发送机或接收机也可以是有线的并且支持诸如USB(通用串行总线)的有线协议、诸如以太网的网络等。也可能使用这些协议的组合。

图2A示出了根据示例实施例的系统在能量消耗或生成方面可能期望的不确定性的概率密度图210。所示仅是离散时间计划范围的前两个时间步骤，其可包括任意有限数量的时间步骤。图2B示出了根据本发明实施例的系统在给定规划范围期间可遵循的一组可行功率轨迹。所示仅是离散时间计划范围的前两个时间步骤，其可包括任意有限数量的时间步骤。该集合也被称为可行集合220。可行集合由强加于功率轨迹的所有约束定义。常见的约束类型是对功率、能量或功率斜率的约束。

图3A示出了根据本发明的实施例如何在齐诺多面体集合320内捕获对不确定性进行建模的特定质量的概率密度310。如果经受这种不确定性的系统希望对冲这种不确定性，则可以将齐诺多面体320作为灵活性请求提交给匹配引擎。图3B示出了根据本发明实施例的灵活系统的可行集合330如何由齐诺多面体集合340内部逼近。然后，灵活系统可以将齐诺多面体340作为灵活性提议提交给匹配引擎。在图3A和图3B中，本公开的方法用于描述齐诺多面体的不确定性和灵活性。不确定性-灵活性匹配引擎可用于检查图3A中所示的灵活性请求是否可以由图3B中的灵活性提议来匹配。在此处所示的情况下，不确定性齐诺多面体320可以与可用的灵活性齐诺多面体340匹配，因为灵活性齐诺多面体完全覆盖不确定性齐诺多面体。

图4示出了根据本发明实施例的用于清算过程的处理流程400。灵活性提议410和灵活性请求480被提交给灵活性提议和请求的有序池420。清算过程遍历灵活性请求列表480并检查它们是否可以由多个灵活性提议410中的一个或多个组合来匹配。清算过程是两步法：首先，检查430关于自基线的偏差的匹配。这对应于清算调节电力市场。然而，可以包括具有跨时间约束的产品，例如对能量或功率斜率的约束。在该第一步骤430中的成功匹配是用于清算灵活性请求的必要条件。因此，如果不可能匹配，则拒绝请求440。其次，检查450关于基线的匹配。这对应于清算传统电能市场。当且仅当在偏差440和基线460中匹配是可能的时，灵活性请求被成功匹配。将接受通知发送给灵活性提议的购买者480，并且从灵活性池420中移除匹配的灵活性提议和请求。在购买者480和灵活性提议的一个或多个提供者410之间建立合约470。

在实施例中，用于清算灵活性提议和请求的处理流程可以包括以下步骤。首先，对来自至少一个灵活单元(例如，图1中的灵活系统130)的至少一个灵活性提议和来自至少一个不确定单元(例如，图1中的不确定系统120)的至少一个灵活性请求进行排序。可以基于提交时间或基于至少一个灵活性提议中的价格来执行排序。然后，检查灵活性提议和灵活性请求的匹配条件。然后建立匹配的灵活性购买者和灵活性提供者之间的合约。还建立在匹配的灵活性购买者和灵活性提供者之间的路由表，其中该表定义了灵活性的购买者对不确定电力使用的实现。然后将该表传送到至少一个灵活单元。

图5示出了根据本发明实施例的处理时间线500。不确定单元530(例如，不确定系统120)向匹配引擎510(例如，匹配引擎110)提交灵活性请求570。一个或多个灵活单元520(例如，灵活系统130)向匹配引擎510提交灵活性提议571。匹配引擎510从灵活性请求570中提取不确定性的定量度量，并从灵活性提议571中提取灵活性的定量度量。在实施例中，灵活单元520和不确定单元530可以直接自己提交定量度量。在540处，匹配引擎510根据上面描述的和图4中所示的过程匹配灵活性请求570和提议571。如果灵活性请求570可以由灵活性提议571匹配，则在灵活性购买者530和一个或多个灵活性提供者520之间建立合约545。接受通知572被发送给灵活性购买者。还通知一个或多个选定的灵活性提供者，并相应地更新他们的灵活性提议573。匹配引擎510设置路由表。路由表550可以例如实现为将不确定电力消耗或发电的度量575映射到分配给灵活系统520的各个控制信号574的数学函数。在交付期间，不确定单元向匹配引擎提供电能度量575，匹配引擎然后基于路由表550将控制信号574分配给每个签约的灵活单元520。灵活单元还向匹配平台提供电能度量576，如果控制信号已经足够精确地实施，则用于事后验证。还可以向灵活单元提交或广播预测，以预测未来可能的能源供应。对于交付时间间隔的每个时间步骤重复该数据交换过程，如578、579、580和555所示。在交付间隔之后，在验证过程560中将灵活系统520的电能度量与其控制信号574、578进行比较。基于由度量575、579激活的灵活性量和验证过程560的结果，发票581被发送给灵活性购买者，并且偿付582被支付给灵活性提供者520。

除了图5中描述的实施例之外，可以将交换的部分或全部信息570-582放在分布式分类账上，例如区块链，并使用智能合约用于步骤540、545、550、555、560、565中的一个或多个。因此，分布式分类账将保持一个或多个多方可信条目：灵活性提议；灵活性要求；基线信息；接受/拒绝通知；路由表；控制信号；电能度量；验证结果；发票和/或付款；和智能合约，用于路由、验证、开发票和付款。

作为不确定性-灵活性匹配引擎的一部分，需要对灵活性和不确定性进行正式的定量描述。在实施例中，本发明使用齐诺多面体来描述在给定的有限离散时间规划范围内各个系统的灵活性和不确定性，参见图3。选择齐诺多面体的主要原因如下。首先，许多灵活系统面临功率和能量约束，其导致多面体的可行集合。齐诺多面体是多面体的子类，可以很好地接近由这种类型的约束产生的可行性多面体。其次，齐诺多面体允许参数化描述，如下所述，使得它们的聚合在计算上易于处理。第三，与一般多面体相比，检查一组其他齐诺多面体的聚合(Minkowski和)中是否包含齐诺多面体在计算上是易于处理的。在实施例中，检查这些包含约束对于匹配引擎是至关重要的。

将齐诺多面体定义为集合它完全由包含生成向量作为列的生成矩阵G、齐诺多面体中心c和生成上的对称边界决定。

设N(G)表示包含由生成矩阵G生成的齐诺多面体的所有可能面的所有法向量作为行的矩阵。

设表示齐诺多面体灵活性请求。

设表示齐诺多面体灵活性提议。

存在不同的匹配条件，其确定给定的灵活性请求是否可以由该组可用的灵活性提议匹配。如果灵活性提议只能完全匹配(整数)，则匹配条件是

其中Ω:＝{1,…,J},其中J表示可用灵活性提议的数量。符号表示Minkowski和。

如果灵活性提议可以分数匹配，则匹配条件其中Ω:＝{1,…,J},其中J表示可用灵活性提议的数量。

表格的包含约束等同于检查以下不等式集合：

注意，检查上述一般多面体集合的包含条件不是微不足道的并且计算上是昂贵的。

作为示例，考虑风力发电厂和插电式电动车辆群。风力涡轮机产生的电能可以在一定程度上预测，但总是会受到不确定性的影响。在假设存在平衡责任的情况下，风力发电厂运营商有强烈的动力来确保所有产生的能源都能被出售，包括不可预见的预测偏离。出于这个原因，风能不确定性由随机模型捕获，并且计算的齐诺多面体包括所有可能的风力实现的98％。由于风力发电厂运营商希望对冲这种不确定性，因此将齐诺多面体作为灵活性请求提交给匹配引擎。另一方面，有一组插电式电动车辆，它们在何时为电池充电上具有灵活性。但是，最小和最大能量含量和充电速率存在限制。车队运营商希望通过将其作为齐诺多面体灵活性提议提交给匹配引擎来利用这种灵活性。如果可以在风电场要求的灵活性和车队提供的灵活性之间找到匹配，则建立合约以确保风电场产生的任何潜在的电力轨迹将被电动车队消耗。车辆的操作员就所提供的灵活性获得偿付。风电场运营商必须支付所获得的灵活性，但不再受任何风力不确定性的影响。

在任何可能的技术细节结合层面，本发明可以是系统、方法和/或计算机程序产品。计算机程序产品可以包括计算机可读存储介质，其上载有用于使处理器实现本发明的各个方面的计算机可读程序指令。计算机可读存储介质可以是有形设备，其可以保留和存储指令以供指令执行设备使用。

计算机可读存储介质可以是可以保持和存储由指令执行设备使用的指令的有形设备。计算机可读存储介质例如可以是――但不限于――电存储设备、磁存储设备、光存储设备、电磁存储设备、半导体存储设备或者上述的任意合适的组合。计算机可读存储介质的更具体的例子(非穷举的列表)包括：便携式计算机盘、硬盘、随机存取存储器(RAM)、只读存储器(ROM)、可擦式可编程只读存储器(EPROM或闪存)、静态随机存取存储器(SRAM)、便携式压缩盘只读存储器(CD-ROM)、数字多功能盘(DVD)、记忆棒、软盘、机械编码设备、例如其上存储有指令的打孔卡或凹槽内凸起结构、以及上述的任意合适的组合。这里所使用的计算机可读存储介质不被解释为瞬时信号本身，诸如无线电波或者其他自由传播的电磁波、通过波导或其他传输媒介传播的电磁波(例如，通过光纤电缆的光脉冲)、或者通过电线传输的电信号。

这里所描述的计算机可读程序指令可以从计算机可读存储介质下载到各个计算/处理设备，或者通过网络、例如因特网、局域网、广域网和/或无线网下载到外部计算机或外部存储设备。网络可以包括铜传输电缆、光纤传输、无线传输、路由器、防火墙、交换机、网关计算机和/或边缘服务器。每个计算/处理设备中的网络适配卡或者网络接口从网络接收计算机可读程序指令，并转发该计算机可读程序指令，以供存储在各个计算/处理设备中的计算机可读存储介质中。

用于执行本发明操作的计算机程序指令可以是汇编指令、指令集架构(ISA)指令、机器指令、机器相关指令、微代码、固件指令、状态设置数据、集成电路配置数据或者以一种或多种编程语言的任意组合编写的源代码或目标代码，所述编程语言包括面向对象的编程语言—诸如Smalltalk、C++等，以及过程式编程语言—诸如“C”语言或类似的编程语言。计算机可读程序指令可以完全地在用户计算机上执行、部分地在用户计算机上执行、作为一个独立的软件包执行、部分在用户计算机上部分在远程计算机上执行、或者完全在远程计算机或服务器上执行。在涉及远程计算机的情形中，远程计算机可以通过任意种类的网络—包括局域网(LAN)或广域网(WAN)—连接到用户计算机，或者，可以连接到外部计算机(例如利用因特网服务提供商来通过因特网连接)。在一些实施例中，通过利用计算机可读程序指令的状态信息来个性化定制电子电路，例如可编程逻辑电路、现场可编程门阵列(FPGA)或可编程逻辑阵列(PLA)，该电子电路可以执行计算机可读程序指令，从而实现本发明的各个方面。

这里参照根据本发明实施例的方法、装置(系统)和计算机程序产品的流程图和/或框图描述了本发明的各个方面。应当理解，流程图和/或框图的每个方框以及流程图和/或框图中各方框的组合，都可以由计算机可读程序指令实现。

这些计算机可读程序指令可以提供给通用计算机、专用计算机或其它可编程数据处理装置的处理器，从而生产出一种机器，使得这些指令在通过计算机或其它可编程数据处理装置的处理器执行时，产生了实现流程图和/或框图中的一个或多个方框中规定的功能/动作的装置。也可以把这些计算机可读程序指令存储在计算机可读存储介质中，这些指令使得计算机、可编程数据处理装置和/或其他设备以特定方式工作，从而，存储有指令的计算机可读介质则包括一个制造品，其包括实现流程图和/或框图中的一个或多个方框中规定的功能/动作的各个方面的指令。

也可以把计算机可读程序指令加载到计算机、其它可编程数据处理装置、或其它设备上，使得在计算机、其它可编程数据处理装置或其它设备上执行一系列操作步骤，以产生计算机实现的过程，从而使得在计算机、其它可编程数据处理装置、或其它设备上执行的指令实现流程图和/或框图中的一个或多个方框中规定的功能/动作。

附图中的流程图和框图显示了根据本发明的多个实施例的系统、方法和计算机程序产品的可能实现的体系架构、功能和操作。在这点上，流程图或框图中的每个方框可以代表一个模块、程序段或指令的一部分，所述模块、程序段或指令的一部分包含一个或多个用于实现规定的逻辑功能的可执行指令。在有些作为替换的实现中，方框中所标注的功能也可以以不同于附图中所标注的顺序发生。例如，两个连续的方框实际上可以基本并行地执行，它们有时也可以按相反的顺序执行，这依所涉及的功能而定。也要注意的是，框图和/或流程图中的每个方框、以及框图和/或流程图中的方框的组合，可以用执行规定的功能或动作的专用的基于硬件的系统来实现，或者可以用专用硬件与计算机指令的组合来实现。

虽然前面对本发明的书面描述使普通技术人员能够制作和使用目前被认为是其最佳模式的内容，但普通技术人员将理解并明白本文的具体实施方案、方法和实施例的替代、改编、变化、组合和等同物的存在。本领域技术人员将理解，所公开的内容仅是示例性的，并且可以在本发明的范围内进行各种修改。另外，尽管可以仅关于若干实现中的一个实现本教导的特定特征，但是这样的特征可以与其他实现的一个或多个其他特征组合，如对于任何给定或特定功能可能期望和有利的。此外，在详细说明和权利要求中使用术语“包括”、“具有”、“带有”或其变体，这些术语旨在以类似于术语“包含”的方式包括在内。

考虑到本文公开的教导的说明和实践，本教导的其他实施方案对于本领域技术人员而言是显而易见的。因此，本发明不应受所述实施方案、方法和实施例的限制，而应受本发明范围内的所有实施方案和方法的限制。因此，本发明不限于这里所示的特定实施例，而是仅受所附权利要求的限制。

Claims (22)

1.一种智能电网能源系统，包括：

匹配引擎，通过计算机通信网络可操作地连接到至少一个电能发电机和至少一个电负载，并被编程为：

通过所述计算机通信网络接收来自所述发电机的不确定性的定量度量，其中所述发电机包括不确定的能量产生速率；

通过所述计算机通信网络接收来自所述电负载的灵活性的定量度量，其中所述负载包括灵活的能量消耗速率；

生成与时间相关的时间表，其中所述时间表基于使用所述不确定性的定量度量和所述灵活性的定量度量的齐诺多面体映射；以及

将与时间相关的所述时间表传输到所述负载以修改所述能量消耗速率。

2.根据权利要求1所述的系统，其中，所述至少一个发电机选自由太阳能发电机和风力涡轮发电机组成的组。

3.根据前述权利要求中任一项所述的系统，其中，所述至少一个负载选自由电加热器和电动车辆充电器组成的组。

4.一种用于协调电能产生和消耗的装置，被配置为经由计算机通信网络与至少一个不确定单元和至少一个灵活单元通信，该装置包括至少一个处理器和至少一个包括计算机程序代码的存储器，所述至少一个存储器和所述计算机程序代码被配置为与所述至少一个处理器一起使得所述装置至少：

从所述至少一个灵活能量单元接收至少一个灵活性提议，其中所述灵活能量单元被配置为以灵活的速率产生能量或消耗能量；

从所述至少一个不确定能量单元接收至少一个灵活性请求，其中所述不确定能量单元被配置为以不确定的速率产生能量或消耗能量；

从所述至少一个灵活性请求中的每一个中提取不确定性的定量度量；

从所述至少一个灵活性提议中的每一个中提取灵活性的定量度量；

生成与时间相关的时间表，其中所述时间表基于使用所述不确定性的定量度量和所述灵活性的定量度量的映射；以及

将与时间相关的所述时间表传输到所述至少一个灵活能量单元以修改能量产生或消耗的速率。

5.根据权利要求4所述的装置，其中使用齐诺多面体生成所述灵活性的定量度量。

6.根据权利要求4或5所述的装置，其中使用齐诺多面体生成所述不确定性的定量度量。

7.根据权利要求4至6中任一项所述的装置，其中所述至少一个不确定单元选自由太阳能发电机和风力涡轮发电机组成的组。

8.根据权利要求4至7中任一项所述的装置，其中所述至少一个灵活单元选自由电加热器和电动车辆充电器组成的组。

9.根据权利要求8所述的装置，其中，所述匹配引擎还被编程为计算所述至少一个不确定单元的电能预测，并将所述预测广播到所述至少一个灵活单元。

10.根据权利要求4至9中任一项所述的装置，其中，所述匹配引擎还被配置为：基于至少一个分配，将交付时段的至少一个时间间隔的至少一个控制信号值发送到所述至少一个灵活单元。

11.根据权利要求4至11中任一项所述的装置，其中，所述匹配引擎还被配置为基于至少一个分配生成发票。

12.根据权利要求11所述的装置，其中，所述匹配引擎向所述至少一个灵活单元发送偿付，其中，所述偿付基于所述灵活性的定量度量和所述至少一个分配。

13.一种将能量产生和/或消耗的不确定性与能量产生和/或消耗的灵活性相匹配的方法，该方法包括：

接收来自至少一个灵活能量单元的至少一个灵活性提议，其中所述灵活能量单元被配置为产生能量或消耗能量；

接收来自至少一个不确定能量单元的至少一个灵活性请求，其中所述不确定能量单元被配置为产生能量或消耗能量；

清算所述至少一个灵活性提议和所述至少一个灵活性请求；

执行分配，其将不确定的发电和/或消耗的潜在实现分配给用于所述至少一个灵活能量单元的电能产生和/或消耗的相应控制信号；

从所述至少一个不确定能量单元接收所述交付时段的第一至少一个间隔的至少一个电能度量；以及

基于所述分配，将所述交付时段的第二至少一个时间间隔的至少一个控制信号值传输到所述至少一个灵活能量单元。

14.根据权利要求13所述的方法，其中，所述第一至少一个间隔和所述第二至少一个间隔对应于相同的时间间隔。

15.如权利要求13或14所述的方法，还包括：

从所述至少一个灵活能量单元接收所述交付时段的第三至少一个间隔的至少一个电能度量。

16.根据权利要求15所述的方法，其中，所述第一至少一个间隔和所述第三至少一个间隔对应于相同的时间间隔。

17.根据权利要求13至16中任一项所述的方法，还包括：

计算电能预测并将所述预测广播到所述至少一个灵活能量单元，以便预测可能的未来能量供应。

18.根据权利要求13至17中任一项所述的方法，其中清算所述灵活性提议和请求包括：

对来自所述至少一个灵活单元的所述至少一个灵活性提议和来自所述至少一个不确定单元的所述至少一个灵活性请求进行排序；

检查所述灵活性提议和灵活性请求的匹配条件；

在匹配的灵活性购买者和灵活性提供者之间建立合约；

在匹配的灵活性购买者和灵活性提供者之间建立路由表，其中所述表定义了灵活性购买者对不确定用电的实现；以及

将所述表传送到所述至少一个灵活单元。

19.根据权利要求13至18中任一项所述的方法，其中，基于提交时间执行排序。

20.根据权利要求13至19中任一项所述的方法，其中，基于所述至少一个灵活性提议中的价格来执行排序。

21.一种计算机程序产品，用于将能量产生和/或消耗的不确定性与能量产生和/或消耗的灵活性相匹配，所述计算机程序产品包括：

一种计算机可读存储介质，其可由处理电路读取并存储用于由处理电路执行的指令，所述指令用于执行根据权利要求13至20中任一项所述的方法。

22.一种存储在计算机可读介质上并可加载到数字计算机的内部存储器中的计算机程序，包括软件代码部分，当所述程序在计算机上运行时，用于执行根据权利要求13到20中任一项的方法。