CN110603703A - 用于能量系统的能量管理方法和能量系统 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种用于建筑物中能量系统(1)的能量管理方法。所述能量系统(1)包括：多个不可控的能量消耗器(HH)；至少一个可控能量消耗器(WP)；能量存储装置(BAT)；网络连接点(NAP)，可以通过其从网络处汲取能量和/或将能量馈送至所述网络；以及反馈控制装置或控制装置(EMS)，其被设置为反馈控制或控制所述至少一个可控能量消耗器(WP)和所述能量存储装置(BAT)。所述多个不可控的能量消耗器(HH)被配置为从所述网络或所述能量存储装置(BAT)处汲取能量。所述方法包括以下步骤：检测所述能量存储装置(BAT)的当前充电状态(SOCact)；定义时间段(ΔT0)，在所述时间段(ΔT0)期间所述不可控的能量消耗器(HH)由来自所述能量存储装置的能量供应；基于在充电时间(T0)之前所确定的所述多个不可控的能量消耗器(HH)的最小能量需求，确定所述能量存储装置(BAT)的充电状态的限值(SOChigh)；如果所述能量存储装置(BAT)的当前充电状态(SOCact)大于所确定的所述充电状态的限值(SOChigh)，则利用来自所述能量存储装置(BAT)的能量运行所述至少一个可控能量消耗器(WP)；以及如果所述能量存储装置(BAT)的当前充电状态(SOCact)小于或等于所确定的所述充电状态的限值(SOChigh)，则利用来自所述网络的能量运行所述至少一个可控能量消耗器(WP)。

Description

用于能量系统的能量管理方法和能量系统
本发明涉及一种用于建筑物中能量系统的能量管理方法和一种能量系统。尤其地，将提供一种能量管理方法，以在能量存储装置中保持储存对于能量消耗者而言在预定时间段内足够的能量储备，以避免或最小化来自公共网络的能量消耗。
能量管理的目标是使建筑物中的能量生成和消耗尽可能高效。另一个目标可以是最小化来自公共网络的能量消耗。尤其是当使用可再生能源时，例如光伏系统或风力涡轮机，能量产生取决于太阳的位置和/或天气，因此在一天中的某些时候可能存在能量供应过剩，而在一天中的其他时候，例如在傍晚或夜晚，能量需求可能会增加。
来自柏林技术与经济应用科学大学(HTW Berlin)的Johannes Weniger、JosephBergner、Tjarko Tjaden和Volker Quaschning在文章“Solarstrom prognosebasiertspeichern”中描述了基于预测的太阳能电力存储方法，以避免截短损耗，该文章在2015年9月发表在SONNE WIND&的第68至69页。能量存储装置的充电被推迟到中午，此时光伏系统(PV系统)产生最多能量。
如上文所示，如果储能装置是在计算可再生能源预期发电量的基础上充电的，则具有能量存储装置和可再生能源的能量系统可以尽可能有效地运行。通过基于计算或估计的预期能量消耗来对能量存储装置进行放电，可以进一步提高运行效率。这里的目的是确保在一天中的某些时候，当可再生能源不提供任何能量时，在能量存储装置中有足够的能量来向能量系统中的能量消耗者供应能量。本发明通过根据权利要求1的方法和根据权利要求8的能量系统解决了该问题。
本发明涉及一种用于建筑物中能量系统的能量管理方法。所述能量系统具有多个不可控的能量消耗器和至少一个可控能量消耗器。所述能量系统具有用于存储能量的能量存储装置，以及网络连接点，通过该网络连接点能够从网络处汲取能量和/或将能量馈送至网络中。所述能量系统还包括反馈控制装置或控制装置，其被设置为控制所述至少一个可控能量消耗器和能量存储装置。所述多个不可控的能量消耗器被配置为从网络处或从能量存储装置处汲取能量。
在第一方法步骤中，检测能量存储装置的当前充电状态。所述反馈控制装置或控制装置可以连接至能量存储装置，以用于经由有线或无线通信线路进行数据交换，以便检测能量存储装置的当前充电状态。此外，所述反馈控制装置或控制装置可以将反馈控制信号或控制信号发送至能量存储装置和至少一个可控能量消耗器。此外，所述能量系统可以包括可由反馈控制装置或控制装置控制的逆变器。此外，所述能量系统可以具有多个传感器，例如用于测量能量消耗量，其将相应的测量信号传输至反馈控制装置或控制装置。
在另一方法步骤中，定义一时间段，在该时间段期间，所述不可控的能量消耗器由来自能量存储装置的能量供应。尤其地，所述不可控的能量消耗器应在指定时间内仅利用来自能量储存装置处的能量供应。所述时期可以是固定的，或者可以根据参数预先确定。优选地，可以基于可再生能源的运行参数来指定该时期。例如，如果所述能量系统包括用于给能量存储装置充电的光伏系统，则可以基于日落和日出的时间点确定所述时间段。所述时间段可以以这种方式特别有利地确定：至少在能量存储装置的下一次可能的充电操作之前，所述不可控的能量消耗器可以由来自能量存储装置的能量供应。所述时间段优选地定义在最多24小时的预测时域内。
在进一步的步骤中，可以在指定的时间段ΔT0期间确定或估计大量不可控的能量消耗器的能量需求。例如，能量需求的估计可以基于过去所记录的消耗数据来执行。可选地或另外地，可以执行模型计算以估计能量需求。能量需求的确定可以由反馈控制装置或控制装置或由远程计算机或服务器(例如通过互联网连接)来执行。为了提高所确定的能量需求值的准确性，所述方法可以具有关于不可控的能量消耗器的信息，例如他们的数量，他们的最小、最大和/或平均功耗，和/或当使用各自的能量消费器时他们一天中的通常时刻。
在计算中也可以考虑诸如星期几或日期之类的数据，例如，因为预计在周末或公共假日期间与在工作日期间有不同的消耗模式。此外，某些消耗器更可能在寒冷或炎热的日子里使用，因此除了纯日期信息之外还可以考虑天气信息。此外，所述能量系统可以被配置为使用关于建筑物的用户或居住者的状态信息。该信息可以由用户自己生成，例如通过传感器、消耗模式和/或app或能量系统的其他用户界面。
在另一方法步骤中，基于在所述时间段期间所确定的多个不可控的能量消耗器的能量需求，来确定能量存储装置的充电状态的限值。当确定所述限值时，还可以考虑给能量存储装置充电和/或放电的效率。此外，还可以基于可用的安全储备来确定所述限值。例如，这可能发生在无法预见能量消耗的情况下。
如果所述能量存储装置的当前充电状态大于所确定的充电状态的限值，则利用来自能量存储装置的能量来运行所述至少一个可控能量消耗器。这意味着只要能量存储装置具有高于限值的充电状态，则所存储的能量也可用于运行所述至少一个可控能量消耗器。这可以减少或避免用来自公共网络的能量消耗运行所述至少一个可控能量消费器。基于限值来运行所述至少一个可控能量消耗器尤其在所述指定时间段期间发生。
如果所述能量存储装置的当前充电状态小于或等于所确定的充电状态的限值，则利用来自网络的能量来运行所述至少一个可控能量消耗器。这旨在确保所述不可控的能量消耗器的能量需求可以由所述能量存储装置供应。尤其地，如果所述至少一个可控能量消耗器具有用于降低电力速率的单独电表，则可以利用来自公共网络的电力运行所述可控能量消费器。基于限值来运行所述至少一个可控能量消耗器尤其在所述指定时段期间发生。
不可控的能量消费器是无法被反馈控制装置或控制装置控制的能量消费器。它们由建筑物的用户或居民开启和关闭，或者自动开启和关闭，例如冰箱或由运动传感器控制的灯。不可控的能量消费器也可以是其他消耗电力的传统家用电器，例如灯具、消费电子产品、厨房用具等。
可控能量消耗器可以由反馈控制装置或控制装置开启和关闭，使得至少可控能量消耗器消耗的时间点可以由反馈控制装置或控制装置预先确定。此外，所述可控能量消耗器的功率输入可以被反馈控制装置或控制装置反馈控制或控制。然而，至少反馈控制装置或控制装置知道可控能量消耗器所期望的最大功率输入和最小功率输入。例如，可控能量消耗器可以是热泵、夜间存储加热器、用于使至少一个房间通风的装置、空调系统、用于电动车辆的充电站或可控洗衣机。
尤其地，所述能量存储装置可以被配置为存储电能。然而，原则上，本发明还可以被应用于具有能量存储装置的系统，所述能量存储装置以热能或机械能的形式存储能量，例如以动能(例如通过飞轮)或势能的形式。
优选地，至少一个可控能量消耗器为热泵。例如，热泵的运行可以由反馈控制装置或控制装置反馈控制或控制。热泵可以用于给载体介质供暖和/或降温，以便建筑物中的房间供暖和/或降温。所述热泵还可以与热水储水箱和/或冷水储水箱连接，使得能量也可以以热和/或冷的形式储存。
还优选的是，具有单独电表的所述至少一个可控能量消耗器经由网络连接点连接至公共网络。这意味着可控能量消耗器可以以特别有利的速率获得能量。例如，为热泵提供特别有利的热泵电力速率。
所述能量系统还可以包括可再生能源，例如光伏系统(PV系统)或风力涡轮机，其被配置为给(可控和不可控制的)能量消耗器和能量存储装置供能。所述光伏系统通常具有逆变器，所述逆变器被配置为将PV系统产生的直流电转换为交流电。例如，所述逆变器可以由反馈控制装置或控制装置控制。此外，所述PV系统可以包括电表以测量所产生的能量的量。尤其地，所产生的能量的一部分可以用于给能量存储装置充电。此外，来自PV系统的能量可以通过网络连接点馈送至公共网络中。测量馈入的能量以计算报酬。
所述能量存储装置可以优选地仅由可再生能源(例如光伏系统)充电。这是为了防止来自公共网络的能量被用于给能量存储装置充电，因为从公共网络汲取能量的速率通常远高于从可再生能源向公共网络供给能量的报酬率。
所述反馈控制装置或控制装置可以连接至因特网以接收太阳辐射预测，以确定估计由光伏系统产生的能量。所述太阳辐射的预测也可以通过天气预报产生。为此，可以定期将更新的数据传输至反馈控制装置或控制装置。或者，所述反馈控制装置或控制装置可以通过因特网从中央服务器接收由光伏系统产生的能量的估计值。如果使用除PV系统之外的可再生能源，则相应的能量产生的估计值可以由反馈控制装置或控制装置在本地确定，或者经由因特网从中央服务器接收。对于风力涡轮机，可以使用合适的天气预报或测量的风速来确定能量产生的估计值。
所述反馈控制装置或控制装置可以被配置为记录来自不可控的能量消耗器的消耗数据，以便基于所记录的数据获得不可控的能量消耗器的能量需求的估计值。为此，所述反馈控制装置或控制装置可以包括合适的数据存储器或连接至合适的存储介质。或者，所述反馈控制装置或控制装置可以通过因特网将消耗数据传输至中央服务器以进行记录。
根据本发明，目的还通过建筑物中的能量系统来实现。所述能量系统包括至少多个不可控的能量消耗器、至少一个可控能量消耗器、能量存储装置、网络连接点以及反馈控制装置或控制装置，通过所述网络连接点能够从网络处汲取能量和/或将能量馈送至网络中，所述反馈控制装置或控制装置被设置为控制所述至少一个可控能量消耗器和所述能量存储装置。
所述多个不可控的能量消耗器被配置为从网络和/或能量存储装置处汲取能量。此外，所述能量消耗器可以被配置为从可再生能源获得能量。能量消耗器从中获取能量的所述能源可以由反馈控制装置或控制装置控制。
所述反馈控制装置或控制装置被配置为检测能量存储设备的当前充电状态。所述反馈控制装置或控制装置还被配置为定义一时间段，所述不可控的能量消耗器在所述时间段期间由来自能量存储装置的能量供应。尤其地，所述不可控的能量消耗器应该能够在预定的时间段内仅从能量存储装置获得能量。
所述反馈控制装置或控制装置还被配置为基于在预定时间段期间所确定的多个不可控的能量消耗器的能量需求来确定能量存储装置的充电状态的限值。
所述反馈控制装置或控制装置还被配置为：如果能量存储装置的当前充电状态大于所确定的充电状态的限值，则利用来自能量存储装置的能量运行所述至少一个可控能量消耗器，并且如果能量存储装置的当前充电状态小于或等于所确定的充电状态的限值，则利用来自网络的能量运行所述至少一个可控能量消耗器。
附图简要说明
下面基于附图中示出的示例性实施例更详细地描述了其他有利实施例，但是本发明不限于此。
附图示意性地显示：
图1示出了根据本发明第一示例性实施例的能量系统。
图2示出了本发明的第二示例性实施例的流程图。
图3示出了根据第一示例性实施例的消耗和产生的电功率以及能量系统中能量存储装置的充电状态的特性曲线。
通过示例性实施例详细描述本发明
在以下对本发明优选实施例的描述中，相同的附图标记表示相同或类似的部件。
图1示出了根据本发明的建筑物中能量系统1的第一示例性实施例的高度简化的示意图。图示的能量系统1包括光伏系统PV(下文中也简称为PV系统)，其将来自太阳3的辐射能转换成电能。能量系统1可以使用其他可再生能源，例如用风力涡轮机代替PV系统，或者除PV系统之外还有风力涡轮机。逆变器WR将由PV系统产生的直流电转换为可被消费者使用的交流电。粗实线表示建筑物的内部电网4，虚线表示用于数据业务(例如用于通过因特网WWW或在内联网中或在云中与服务器2进行控制、反馈控制和/或交换数据)的通信线路5。
建筑物的内部电网4通过网络连接点NAP连接到公共电网。电表M测量由内部电网4从公共网络汲取的能量消耗以及由内部电网4馈送到公共网络中的能量(或随时间积累而产生的电力)。
能量系统1包括能量存储装置BAT，例如，其可以由电池或可充电电池组成。能量存储装置BAT包括逆变器，所述逆变器将来自电网4的交流电转换为直流电以给能量存储装置BAT充电。逆变器还可以将来自能量存储装置BAT的直流电转换为交流电。为了利用来自PV系统的能量给能量存储装置BAT充电，还可以在PV系统和能量存储装置BAT之间提供直接输电线，使得没必要将直流电转换至交流电以及将交流电转换至直接电。
能量系统1的另一个部件是作为可控能量消耗器的热泵WP。热泵WP的操作可以由反馈控制设备或控制设备EMS反馈控制或控制。使用SGReady热泵，还可以通过来自网络操作员的外部信号来控制热泵WP的操作。能量系统1还可以包括其他可控能量消耗器。例如，洗衣机可以由反馈控制单元或控制单元EMS控制。此外，可以提供通风系统和/或夜间存储加热器作为可控能量消耗器。
多个不可控的能量消耗器HH连接到建筑物的内部电网4。例如，不可控的能量消耗器HH是由用户或建筑物的居住者接通和断开的家用电器。不可控的能量消耗器HH的能量需求将优选地由PV系统直接覆盖，使得所产生的能量可以直接消耗而无需中间存储。直接消耗特别有效，因为避免了由于给能量存储装置BAT充电和放电引起的损耗。如果PV系统产生的输出不足以满足不可控的能量消耗器HH的需求，则不可控的能量消耗器HH将由能量存储系统BAT供应能量。如果PV系统或能量存储装置BAT不能满足不可控的能量消耗器HH的需求，则也可以通过网络连接点NAT从公共网络获得能量。能量系统1运行越有效，从公共网络汲取的能量越少。
电表M测量PV系统提供的能量。热泵WP可以具有单独的电表M，从而可以以特别有利的速率从公共网络获得能量。因此，如果PV系统不能覆盖能量需求，则能量管理的一个目标是从公共网络获得能量，其优选地用于热泵WP的运行。不可控的能量消耗器HH将优选地由PV系统或由能量存储装置BAT供应能量。
反馈控制装置或控制装置EMS经由通信线路5连接到PV系统的逆变器WR、连接到热泵WP、连接到能量存储装置BAT、在网络连接点NAP处连接到电表M并且连接到互联网万维网。除了通信线路5，还可以在反馈控制装置或控制装置EMS与能量系统1的上述组件之间提供无线通信。
能量系统1可以根据PV系统产生的输出和能量存储装置BAT的充电状态在四种不同的运行状态下运行。在所有运行状态下，热泵WP可以由PV系统直接供应，只要PV系统产生足够的输出即可。此外，不可控的能量消耗器HH将由PV系统直接供应。因此，PV系统产生的能量应尽可能直接使用，而无需中间储存能量。
如果能量存储装置BAT的当前充电状态SOCact小于充电状态定义的下限SOChigh，则存在第一种运行状态B1。SOC代表“充电状态”。下限值SOChigh用于确保能量存储装置BAT被充分充电以在日落之后和日出之前由能量存储装置BAT向不可控的能量消耗器HH供应能量。在第一种运行状态B1中，如果可能，能量存储装置BAT将由PV系统充电。热泵WP不能由能量存储装置BAT供应。如果可能，不可控的能量消耗器HH将由能量存储装置BAT供应。只有当储能装置BAT为空时，不可控的能量消耗器HH才将由公共网络供电。
如果能量存储装置BAT的当前充电状态SOCact高于下限值SOChigh但低于上限值SOCmax，则存在第二种运行状态B2。上限SOCmax可以实现两种不同的功能。一方面，它用于在能量存储装置BAT中具有足够的容量，以在PV系统的功率峰值期间给能量存储装置BAT充电，从而可以避免减少损耗。此外，上限值SOCmax用于将能量存储装置BAT的负荷限制为有利于能量存储装置BAT的使用寿命的值。用于电能的某些能量存储装置BAT，例如电池或可充电电池，不应长时间段充电至满容量，因为这会对使用寿命产生负面影响。如果不可控的能量消耗器HH的能量消耗急剧下降数天或数周，例如因为建筑物的居住者或用户正在度假，则可以使用上限值SOCmax来防止能量存储装置在此期间被充电至100％。例如，可以将这种时段的上限值SOCmax设置为50％和70％之间的值。因此，在可控能量消耗器WP和不可控的能量消耗器HH的低预期需求的情况下，能量存储装置BAT的负荷可以被限制为给能量消耗器WP、HH供应所需的能量的量。在第二种运行状态B2中，能量存储装置BAT将由PV系统充电。热泵WP和不可控的能量消耗器HH都可以由能量存储装置BAT供应。
当达到充电状态的上限值SOCmax并且PV系统由于天气阴沉而不以最大功率运行时，能量系统1在第三种运行状态B3下运行。在这种状态下，能量存储装置BAT不能由PV系统充电。热泵WP和不可控的能量消耗器HH都可以由能量存储装置BAT供应。
在达到充电状态的上限值SOCmax并且太阳照射时，发生第四种运行状态B4，使得PV系统在其最大输出附近产生能量。在这种状态下，能量存储装置BAT可以由PV系统充电或不能再由PV系统充电。由于PV系统提供高电输出，热泵WP将主要直接利用PV系统的能量运行。热泵WP和不可控的能量消耗器HH都不能由能量存储装置BAT供应。
通过将当前充电状态SOCact与定义的限值SOCmax和SOChigh以及由PV系统产生的当前功率进行比较来确定四种运行状态B1至B4的算法，在反馈控制装置或控制装置EMS中实现。
图2示出了根据本发明示例性实施例的用于能量管理的方法的流程图。该方法允许针对建筑物中的功率消耗计算能量存储装置BAT的过夜储备，并且允许相应地保持能量存储装置BAT的过夜储备可用以避免从公共网络购买能量。这确保了PV系统特别有效的运行。还可以确保能量存储装置BAT的使用寿命尽可能长，因为通过设定充电限值可以避免在不利的充电区域中长时间运行。
左边的圆圈表示方法P，例如，方法P代表建筑物中能量系统的运行。例如，如第一示例性实施例中所述，能量系统可以是具有PV系统、能量存储装置(电池)和热泵WP的能量系统。例如，能量管理方法可以由反馈控制装置或控制装置EMS执行。
利用时间常数ΔT1，方法P由反馈控制装置或控制装置EMS S1监控。因此，检查是否基于运行状态B1至B4观察到能量系统1中的校正变量。例如，该步骤S1可以每秒执行一次。
在下一步骤S2中，读入时间序列以确定由PV系统生成能量的估计值。例如，接下来24小时的天气数据可以作为时间序列通过互联网接收。例如，如果使用较小的预测范围，则也可以仅接收接下来8或12小时的天气数据。然后可以使用天气数据来确定由PV系统生成能量的估计值。例如，天气数据的重要参数是预期的日照时间、云层覆盖的程度和太阳的位置。例如，该数据可以作为时间序列读入。然后，时间序列的时间分辨率决定了所确定的能量生成的时间过程的时间分辨率。其他参数，例如日出和日落的时间，也可以存储在存储器中。
因此，还可以读入数据时间序列以确定预期的能量消耗。为此，可以提供在反馈控制装置或控制装置EMS中记录消耗数据的数据存储器。如果消费数据存储在服务器(或云中)中，则可以通过互联网连接检索数据。
步骤S3启动能量管理方法，其包括步骤S4至S10。例如，该方法可以在反馈控制装置或控制装置EMS的处理器上执行。或者，该方法也可以在可通过因特网访问的外部服务器上执行，从而在本地必须具有较少的计算能力。在服务器上运行还具有以下优点：多个反馈控制装置或控制装置EMS可以访问该方法，并且可以在不需要本地相应动作的情况下改进或更新该方法。
在第一个步骤S4中，仅由不可控的能量消耗器的理论净消耗量被计算为时间序列。这种消耗量也称为家用电流。为此目的，计算不可控的能量消耗器的电力需求的时间序列，其超过PV系统提供的电力。对预测时域内的每个时间步长执行所述计算。例如，时间步长可以是10到15分钟长。例如，预测时域可以是从12到24小时，以便它涵盖电池的完整充电和/或放电循环。所确定的消耗量乘以电池(即能量存储装置)的放电效率。
在第二个步骤S5中，计算所有能量消耗器的理论净消耗量。这包括可控和不可控的能量消耗器的消耗量，即，例如热泵和家庭用电的消耗量。该计算再次被作为时间序列。为此，计算包括热泵的所有耗电器的电力需求的时间序列，其超过PV系统提供的功率。对预测时域内的每个时间步长执行计算。所确定的消耗量乘以电池(即能量存储装置)的放电效率。
在方法S6的第三个步骤中，由PV系统产生的电功率(或能量)的预期剩余被计算为时间序列。根据预测时域内的每个时间步长计算PV系统的平均过剩功率的时间序列(PV系统的功率减去所有消耗器消耗的估计功率的总和)并乘以电池的充电效率，以便考虑到电池充电时发生的损耗。
在接下来的步骤S7中，将用于家庭用电的能量存储装置BAT中保持可用的能量的最小量计算为时间序列。能量存储装置BAT的充电状态的限值SOChigh可以根据家庭用电保持可用的能量的最小量来确定(参见S9)。在达到充电状态的限值SOChigh之前，可控能量消耗器(例如热泵WP)也可以从能量存储装置BAT获得能量。如果达到了或低于限值SOChigh，则仅不可控的能量消耗器由能量存储装置BAT供应。
例如，可以在预测时域内最后一次出现净消耗量的时间起，通过步骤S4和S6所计算的时间序列差的向后离散积分，来执行能量存储装置中保持可用的能量的最小量的计算。这里的积分限于能量容许值，使得能量存储装置BAT的存储容量不具有低于0％或高于100％的任何值。尤其地，保持可用的能量的量在预测时域内的时间点T0之前是确定的，其中能量存储装置BAT可以被再充电。
例如，基于太阳的位置，特别是基于日落和日出的时间点，可以确定时间段ΔT0，使得时间段ΔT0基本上取决于夜晚的持续时间。例如，时间段ΔT0可以取决于PV系统的能量产生。尤其地，时间段ΔT0以这样的方式定义：在能量存储装置BAT中保持足够的能量以向能量消耗器HH供应能量，直到能量消耗器HH能够再次由PV系统供应能量。因此，限值SOChigh主要用于在可再生能源不提供能量的时间段内，即，例如在晚上PV系统无法产生任何能量时，确保不可控的能量消耗器HH的能量供应。
在另一步骤S8中，可以将家庭用电和热泵WP所需的能量的最大量计算为时间序列。例如，可以通过在预测时域内由步骤S5和S6处计算的功率时间序列差的后向离散积分来执行该计算。这里的积分限于能量容许值，使得能量存储装置BAT的存储容量不具有低于0％或高于100％的任何值。
在步骤S9中，可以从步骤S7中的计算结果获得限值SOChigh。基于在时间段ΔT0期间确定的能量消耗器的能量需求来确定限值SOChigh。可以为预测时域内的每个时间步长确定限值SOChigh。尤其地，限值SOChigh在ΔT0时期结束时可以达到最小值0％。
在另一步骤S10中，又可以基于PV系统所确定的能量产生过程和/或基于在预定时段ΔT0中以及预测时域中能量发生器的预期消耗，来确定能量存储装置BAT的充电状态的上限值SOCmax。一方面，该限值SOCmax可以确保在为能量存储装置BAT充电时，在白天有足够的容量来满足PV系统的预期功率峰值，从而可以避免截短损耗。另一方面，上限值SOCmax可用于将能量存储装置BAT的充电状态限制为有利于其使用寿命的最大值。
可以在预测时域内的每个时间步长计算上限值SOCmax。例如，可以以这样的方式确定上限值SOCmax：在日落时它达到最大值100％，此时PV系统在第二天之前不能进一步产生能量，或者当不可控的能量消耗器HH的预期消耗量如此之低以至于应避免接近100％的永久充电状态时，它达到50％和70％之间的最大值，以便不对能量存储装置BAT的使用寿命产生负面影响。
在利用步骤S4至S10执行该方法之后，可以在步骤S11中输出所计算的控制变量，特别是限值SOChigh和SOCmax。整个过程以ΔT2的间隔(例如10或15分钟)周期性地进行。
图3示出了由PV系统产生的功率PPV、由热泵WP消耗的功率PWP和由不可控的能量消耗器(家庭用电)消耗的功率PHH在24小时的预测时域内的时间曲线。
在下午5：30，由PV系统PV产生的输出PPV降至不可控的能量消耗器的消耗量PHH以下。该时间点在图3中被称为tstart。从这一点开始，必须从能量存储装置BAT中汲取能量以覆盖家庭用电PHH。尤其地，在时间点tstart，开始定义时段ΔT0。从大约下午6：30开始，即在日落之后，PV系统不再提供任何功率(PPV＝0W)，因此家庭用电PHH必须完全由能量存储装置BAT提供。
如图3中所示，在示例性的能量消耗和能量产生的时间过程中，太阳在大约上午6：00升起。由PV系统提供的输出PPV从0W开始缓慢上升。在图3中，由PV系统所产生的功率PPV再次超过由不可控的能量消耗器所消耗的功率PHH的时间点被称为tend(在大约上午9：00)。该时间点基本上对应于预定时段ΔT0的结束。然而，这不一定是能量存储装置BAT充电过程的开始的时间点。为了避免截短损耗，仅在相对消耗量PHH存在高过剩功率PPV时(例如中午)给能量存储装置BAT充电可能是有利的。与此同时，过剩的功率(PPV-PHH)可以被馈送至公共电网。
PHH曲线下方的面积是通过家庭用电(由不可控的能量消费器HH)消耗的能量的量度。为了不必在大约上午9：00的时间点之前从网上汲取任何额外的能量，能量存储装置BAT应保持储存必要能量。为此，如上所述计算充电状态的下限值SOChigh。限值SOChigh基本上由在预测时域中定义的时间段ΔT0期间所确定的家庭用电的能量消耗量PHH(PHH曲线以下的区域)乘以能量存储装置BAT的放电效率来得到。此外，可以将规定量的能量存储为紧急储备。在这种情况下，可以相应地增加限值SOChigh。
在午夜(下午12：00)左右的时段中，热泵WP(具有功率消耗量PWP)在所示的示例性功率曲线中运行。如果在此期间能量存储装置BAT的当前充电状态高于限值SOChigh，则来自能量存储装置BAT的能量可用于运行热泵WP。如果达到限值SOChigh，或者如果低于限值SOChigh，则热泵使用来自公共电网的能量运行。尤其地，如果热泵WP通过单独的电表连接到公共电网，则可以使用特别有利的热泵速率。
如果已经正确地确定了家庭用电PHH的能量需求，则能量存储装置BAT的充电状态应永远不低于限值SOChigh，因为在每个计算步长中它被相应地更新和减小。在时间点tend，其基本上对应于预定时段ΔT0的结束，限值SOChigh处于或接近0％。如上所述，可以每10或15分钟执行一次计算。
在以上描述、权利要求和附图中所公开的特征可以单独地或以任何组合形式相关联，以在其各种实施例中实现本发明。
附图标记列表
1 能量系统
2 服务器
3 太阳
4 内部电网
5 通信线路
PV 光伏系统(PV系统)
WP 可控能量消耗器
BAT 能量存储装置
NAP 网络连接点
WWW 网络
EMS 反馈控制装置或控制装置
M 电表
WR 逆变器
HH 不可控的能量消耗器(家用电器)

Claims (10)

1.一种用于建筑物中的能量系统(1)的能量管理方法，所述能量系统(1)包括：
多个不可控的能量消耗器(HH)，
至少一个可控能量消耗器(WP)，
能量存储装置(BAT)，
网络连接点(NAP)，通过所述网络连接点(NAP)可以从网络处汲取能量和/或将能量馈送至所述网络，以及
反馈控制装置或控制装置(EMS)，所述反馈控制装置或控制装置(EMS)被设置为反馈控制或控制所述至少一个可控能量消耗器(WP)和所述能量存储装置(BAT)，
其中，所述多个不可控的能量消耗器(HH)被配置为从所述网络处或从所述能量存储装置(BAT)处汲取能量，并且所述方法包括以下步骤：
-检测所述能量存储装置(BAT)的当前充电状态(SOCact)；
-定义时间段(ΔT0)，在所述时间段(ΔT0)期间所述不可控的能量消耗器(HH)由来自所述能量存储装置的能量供应；
-基于在所述指定时间段(ΔT0)期间所确定的或估计的所述多个不可控的能量消耗器(HH)的能量需求，确定所述能量存储装置(BAT)的充电状态的限值(SOChigh)；
-如果所述能量存储装置(BAT)的当前充电状态(SOCact)大于所确定的所述充电状态的限值(SOChigh)，则利用来自所述能量存储装置(BAT)的能量运行至少一个可控能量消耗器(WP)；以及
-如果所述能量存储装置(BAT)的当前充电状态(SOCact)小于或等于所确定的所述充电状态的限值(SOChigh)，则利用来自所述网络的能量运行至少一个可控能量消耗器(WP)。
2.根据权利要求1所述的方法，其中，至少一个可控能量消耗器为热泵(WP)。
3.根据权利要求1或2所述的方法，其中，所述能量系统(1)还包括光伏系统(PV)，所述光伏系统(PV)被配置为给所述能量消耗器(HH、WP)和所述能量存储装置(BAT)供能。
4.根据权利要求3所述的方法，其中，所述能量存储装置(BAT)仅能够由所述光伏系统(PV)进行充电。
5.根据前述权利要求中至少一项所述的方法，其中，所述反馈控制装置或控制装置(EMS)连接至互联网(WWW)以接收太阳辐射预测以用于确定由所述光伏系统(PV)产生的能量。
6.根据前述权利要求中至少一项所述的方法，其中，所述反馈控制装置或控制装置(EMS)被配置为记录所述不可控的能量消耗器(HH)的消耗数据，以基于所记录的数据确定或估计所述不可控的能量消耗器(HH)的能量需求。
7.根据前述权利要求中至少一项所述的方法，其中，所述至少一个可控能量消耗器(WP)通过单独的电表连接至所述网络连接点(NAP)。
8.一种建筑物中的能量系统(1)，包括：
多个不可控的能量消耗器(HH)，
至少一个可控能量消耗器(WP)，
能量存储装置(BAT)，
网络连接点(NAP)，通过所述网络连接点(NAP)可以从网络处汲取能量和/或将能量馈送至所述网络，以及
反馈控制装置或控制装置(EMS)，所述反馈控制装置或控制装置(EMS)被设置为反馈控制或控制所述至少一个可控能量消耗器(WP)和所述能量存储装置(BAT)，
其中，所述多个不可控的能量消耗器(HH)被配置为从所述网络处或从所述能量存储装置(BAT)处汲取能量，并且其中所述反馈控制装置或控制装置(EMS)被配置为：
-检测所述能量存储装置(BAT)的当前充电状态(SOCact)；
-定义时间段(ΔT0)，在所述时间段(ΔT0)期间所述不可控的能量消耗器(HH)由来自所述能量存储装置的能量供应；
-基于在所述指定时间段(ΔT0)期间所确定的或估计的所述多个不可控的能量消耗器(HH)的能量需求，确定所述能量存储装置(BAT)的充电状态的限值(SOChigh)；
-如果所述能量存储装置(BAT)的当前充电状态(SOCact)大于所确定的所述充电状态的限值(SOChigh)，则利用来自所述能量存储装置(BAT)的能量运行所述至少一个可控能量消耗器(WP)；以及
-如果所述能量存储装置(BAT)的当前充电状态(SOCact)小于或等于所确定的所述充电状态的限值(SOChigh)，则利用来自所述网络的能量运行所述至少一个可控能量消耗器(WP)。
9.根据权利要求8所述的能量系统(1)，还包括光伏系统(PV)，所述光伏系统(PV)被配置为给所述能量消耗器(HH、WP)和所述能量存储装置(BAT)供能。
10.根据权利要求8或9所述的能量系统(1)，其中，至少一个可控能量消耗器为热泵(WP)。
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