CN110890761B - 用于操作电能存储装置的方法和控制设备 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种用于操作电能存储装置(12)的方法，该电能存储装置为耗电单元(11)提供，其中耗电单元(11)附加地耦合到电力网(13)。该方法的特征在于控制设备(22)执行以下步骤：a)提供不同的操作逻辑(25)，用于根据充电状况(SOC)和总单位负载(THL)控制电力流动(BP)，b)观测正在发信号通知电网(13)的当前和/或下一个供电条件的状态信号(S，DR)，c)取决于状态信号(S，DR)的当前值，选择操作逻辑(25)之一作为有效操作逻辑，以及d)根据有效操作逻辑操作功率转换器(21)。

Description

用于操作电能存储装置的方法和控制设备
技术领域
本发明涉及一种用于操作为耗电单元提供的电能存储装置的方法。这种耗电单元可以是例如住户。耗电单元也耦合到电力网。电网在不同时间段的不同供电条件下向消耗单元提供电力。用于在某个时间向耗电单元释放电力并且用于在另一个时间对能量存储装置充电的能量存储装置的电力流动由控制设备控制，该控制设备也是本发明的一部分。本发明还提供了一种包括耗电单元和电能存储装置以及用于能量存储装置的发明性控制设备的系统。
背景技术
在住宅住户中使用固定电池存储系统不仅可以在支持电网弹性方面而且可以在优化用户或客户电费方面发挥重要作用。例如，在美国，不同的费率或资费结构创造了使用电池或其它能量存储装置作为存储资源来优化客户的能量/电网使用时间以降低其电力支出的机会。来自太阳能或其它再生能源的电力生产通常与住宅消费者的典型消费行为不匹配。特别是在阳光充足的州，诸如加利福尼亚州或夏威夷州，太阳能产量在白天时段最高。通常，消费者对电网的高峰需求发生在一天中的晚些时候当太阳能产量逐渐减少时的傍晚时段。因此，需要将能量转移到需求最高的时间。例如，由于能源供需不平衡，夏威夷发起了一项规定，不再向客户报销将过剩的太阳能馈送到电网中的情况。如果没有固定的电池存储装置，必须减少过剩的太阳能，或者迫使客户缩小其太阳能系统的规模。固定的电池存储装置或其它电能存储装置能够将日间可再生能源转移以便晚上用于住户负载，从而有效地增加了可再生能源占可在现场—即，在诸如住户的耗电单元内部—消耗的整体能量使用基础的百分比。
发明内容
算法逻辑应该涵盖这些组件：客户的能源使用应该进行优化，以满足可再生能源馈入要求，如果存在，则在客户的能源使用模式中提供增加的太阳能使用，并通过智能地转移负载来优化客户的电费。
本发明的一个目的是控制固定能量存储装置的电力流动，该固定能量存储装置可以在耗电单元处提供，作为可再生能源的存储装置并且在来自电力网的电能最贵的时间段期间作为替代电源。
该目的通过独立权利要求的主题实现。有利的实施例通过从属权利要求、以下描述和各图来描述。
本发明提供了一种用于操作为耗电单元提供的电能存储装置的方法。这种能量存储装置可以包括例如至少一个可再充电电池和/或至少一个电容器阵列。这种能量存储装置的存储容量可以大于10Wh。优选地，能量存储装置是固定的。耗电单元可以是例如住户或办公楼。对于能量转移，能量存储装置可以连接到耗电单元，或者它们可以都连接到相同的公共电力网。在任何情况下，耗电单元附加地耦合到电力网。电网在不同时间段的不同供电条件下向消耗单元提供电力。例如，不同的费率或资费可以适用于电网和耗电单元之间的电能转移。
对于能量存储装置，控制设备观测能量存储装置的充电状况并借助于电力转换器控制能量存储装置的电力流动。这种功率转换器可以是例如双向逆变器或另一个电力电子设备。电力流动被设置为在相应的有效操作算法或操作逻辑中的每个时间点产生的值。控制设备执行以下步骤：
-提供不同的操作逻辑，用于根据充电状况和根据总单元负载控制电力流动，其中总单元负载是消耗单元中的电力消耗和消耗单元中的内部电力输送或发电的净余额值，使得消耗单元中负的总单元负载可以指示由消耗单元本身产生且不消耗的剩余电力(例如，消耗单元可以包括或连接到再生能源，例如，太阳能源)；
-观测正在发信号通知电网的当前和/或下一个供电条件的状态信号，使得控制设备可以知道哪个供电条件适用于当前时间段和/或下一个时间段；
-取决于状态信号的当前值选择操作逻辑之一作为有效操作逻辑，
-根据有效操作逻辑操作功率转换器。
不同的经济供电条件可以包括每能量单位(例如，每Wh)的不同价格。以相应价格的高度的顺序列出，可能存在“高峰供电条件”、“部分高峰供电条件”和/或“非高峰供电条件”。发信号通知当前和/或下一个供电条件的所述状态信号可以是由控制设备接收的外部信号，或者它可以由控制设备本身例如基于列出供电条件和对应时间段的表格导出，其中借助于时钟信号，可以导出哪个时间段当前是活动的或有效的。
总单元负载可以是考虑太阳能自耗，耗电单元对于其电力的最终需求，即，耗电单元试图在由再生能源输送的电力的基础上满足其对电力的需求，并且总单元负载指示，是否需要更多的电力(总单元负载大于0)或再生电源是否有剩余电力(总单元负载小于0)。
注意的是，正值和负值是根据计算电力流动的方向的方式决定的。如果在相反的方向上测量电力流动，那么符号(大于0，小于0)当然将是不同的。本发明不依赖于测量电力流动的方向。
本发明还包括提供附加优点的实施例。
在一个实施例中，供电条件之一是在高峰时段期间有效的高峰供电条件，并且对于高峰供电条件，选择高峰操作逻辑，其包括以下逻辑：
-如果总单元负载大于0，指示净电力消耗，并且充电状况大于预定义的高峰阈值，则设置负电力流动以使能量存储装置进行放电，否则，在充电状况低于高峰阈值的情况下，电力流动可以被设置为0，
-如果总单元负载小于0，指示净电力输送，则在所谓的净能量计量(NEM)适用于耗电单元的情况下，电力流动被设置为0而与充电状况无关，或者否则，如果同时充电状况低于预定义的最大水平，则设置正电力流动以对能量存储装置进行充电。在充电状况处于最大水平(能量存储装置被完全充电)的情况下，电力流动可以被设置为0。
高峰阈值可以具有大于0的值，例如，大于10％。这可以防止否则对能量存储装置可能发生的损坏。根据所描述的高峰操作逻辑，如果总负载单元小于0并且NEM适用，则剩余的能量将不用于对能量存储装置充电。而是，剩余的能量可以出售给公用事业公司，分别给电网运营商，即，它可以被转移到电力网中。
净能量计量(NEM)描述了将由再生能源(例如太阳能发电)产生的能量馈入到电网中并且有效地为其获得特定于时间的零售电价的价格的能力。换句话说，通过从再生能量源和/或从能量存储装置向电网馈送电能，可以减小仪表所指示的测量在电网和耗电单元之间传递的能量的值。例如，如果客户以0.15美元/千瓦时的电费以10千瓦时(kWh)的速度馈电，则该客户将由于这时向电网馈送这个量的能量而获得10千瓦时*0.15美元/千瓦时＝1.50美元。在其公用事业费率中没有NEM选项的客户将不会收到针对馈送给电网的能源的任何支付(或账单信用)。夏威夷州是美国第一个实施这样的规定以应对中午大量太阳能过剩生产的州。这种生产过剩对于拥有太阳能的客户来说意味着经济损失，并为实现电池能量存储系统以将能量转移到由于更高的消费率而对电力有更大需求的其它时间提供了机会。可以预测，当其它州可再生能源的相应发电量增加到整体电网容量的一定百分比时，这些州可能开始实施此类规定。因此，本文开发的控制算法涵盖了客户没有可用的NEM或类似类型资费的情况。
该实施例提供的优点是，如果可以使用由基于NEM的再生能量源输送的任何过剩电力，则将不对能量存储装置充电。
该方法还可以在低充电状况的情况下注意不损害电池。取决于存储装置类型，例如，一种类型的电池，可以设置用于放电的特定电池阈值限制。此外，该限制或阈值可以在不同的使用时间时段变化，如将描述的。后面这个特征的原因不仅与保护电池有关。这个特征确保在能源价格较高时的时间期间使用的电池容量的可用性。
在一个实施例中，供电条件之一是在部分高峰时段期间有效的部分高峰供电条件，并且对于部分高峰供电条件，选择部分高峰操作逻辑，其包括以下逻辑：
-如果总单元负载大于0，指示净电力消耗，并且充电状况大于部分高峰阈值，则设置负电力流动以对能量存储装置放电，
-如果总单元负载小于0，指示净电力输送，并且如果充电状况低于最大水平，则设置正电力流动以对能量存储装置进行充电。否则，在能量存储装置被完全充电的情况下，电力流动可以被设置为0。
部分高峰阈值可以大于高峰阈值。这个实施例提供的优点是，由再生能量源输送的过剩电力用于对能量存储装置充电。
在一个实施例中，部分高峰阈值被适配为至少一个计数值的函数，该计数值指示其中在预定义的观测时段(例如，一个月)内的高峰时段期间达到高峰阈值的天数。适配值被设置为使得计数值越高，部分高峰阈值被设置得越高。一个计数值，或者，如果有多个计数值可用，则可以使用两个计数值或两个以上的计数值，其中每个计数值(天数)表示不同的观测时段。观测时段的持续时间可以在一周到半年的范围内，例如，1个月。例如，可以使用当前年份和上一年份的相应月份的计数值。没有必要使用至少两个可调阈值的计数值。如果没有来自前一年的相应月份的历史值，则仅使用相应时间段的当前月份之一。该实施例提供的优点是，能量存储装置将在部分高峰时段期间保持尽可能多的能量，使得能量存储装置在随后的高峰时段中不会为空(即，达到高峰阈值)。这是有利的，因为能量存储装置中的能量在高峰时段比在部分高峰时段期间更有价值。
在一个实施例中，考虑至少两个计数值，每个计数值对于另一个观测时段是有效的，并且借助于加权参数β对该至少两个计数值进行加权。例如，如果使用两个计数值，则两个加权因子(每个计数值一个加权因子)可以被导出为β和(1-β)，其中0≤β≤1。观测时段可以相隔一年，使得每个观测时段落入一年中的同一季节。这个实施例提供的优点是，一个观测时段中的异常可以通过一个或多个其它观测时段来补偿。
在一个实施例中，如果下一个时段是高峰时段，则适配部分高峰阈值，并且如果下一个时段是非高峰时段，则将部分高峰阈值设置为高峰阈值。由于部分高峰阈值可能大于高峰阈值，因此这个实施例提供的优点是，可以最大限度地利用能量存储装置中的能量，下一个时段是非高峰时段，其中来自电网的能量可能是最便宜的。
在一个实施例中，供电条件之一是在非高峰时段期间有效的非高峰供电条件，并且对于非高峰供应条件，选择非高峰操作逻辑，其包括以下逻辑：
-如果直到当前非高峰时段结束剩余的持续时间小于或等于预定义的拉伸最终充电窗口，则用于对能量存储装置充电的正电力流动被设置为缩放值，该缩放值被计算为使得充电状况在非高峰时段结束时达到最大水平(100％)。
这个实施例确保在非高峰时段结束时能量存储装置被完全充电。
在一个实施例中，如果使用功率转换器的最大转换器功率InvMaxPower，即，最大可能的电力流动，则最终充电窗口FCW是将能量存储装置从其当前充电状况充电到最大电平(100％)所需的时间值，并且拉伸的最终充电窗口α*FCW是最终充电窗口FCW乘以拉伸因子α，其中α大于或等于1，其中相应地，缩放值是最大转换器功率InvMaxPower除以拉伸因子α，即，InvMaxPower/α。当α＝1时，可以将拉伸的最终充电窗口设置为尽可能短的值。当α>1时，功率转换器可以在较小的应变下操作。
在一个实施例中，非高峰操作逻辑包括：
-如果直到当前非高峰时段结束剩余的持续时间大于拉伸的最终充电窗口，即，剩余更多时间，并且(同时)如果净能量计量(NEM)适用于耗电单元，并且总单元负载大于0，则电力流动被设置为0而与充电状况无关，否则，如果总单元负载小于0，那么如果充电状况低于最大值(100％)，则设置正电力流动以对能量存储装置进行充电。
因此，存储系统在非高峰时间从过剩能量(负总单元负载)充电。
在一个实施例中，如果不应用净能量计量并且：
-如果总单元负载大于0，指示净电力消耗，并且充电状况大于预定义的非高峰阈值，则设置负电力流动以对能量存储装置进行放电。
-如果总单元负载小于0，指示净电力输送，并且如果充电状况低于最大水平(100％)，则设置正电力流动以对能量存储装置进行充电。否则，电力流动可以被设置为0。
这个实施例确保耗电单元在没有NEM的非高峰时段期间最大限度地利用来自再生能量源的可再生能源。
在一个实施例中，非高峰阈值被适配为至少一个计数值的函数，该计数值指示在预定义的观测时段内在部分高峰时段期间达到部分高峰阈值和/或在高峰时段期间达到高峰阈值的天数。至少一个计数值越高，非高峰阈值被设置得越高。一个计数值，或者，如果有多个计数值可用，则可以使用两个计数值或两个以上的计数值，其中每个计数值(天数)表示不同的观测时段。对于观测时段，可以应用上述条件。这个实施例提供的优点是，在高峰时段和部分高峰时段期间能量存储装置较少为空(达到高峰阈值或部分高峰阈值)。
在一个实施例中，考虑至少两个计数值，每个计数值对于另一个观测时段是有效的，并且借助于加权参数γ对该至少两个计数值进行加权。参数γ可以以与上述参数β相同的方式使用。这个实施例补偿了在单个观测时段中可能发生的异常。
在一个实施例中，电力流动的绝对值受到功率转换器的最大转换器功率和总单元负载的绝对值两者中的较小者的限制。当总单元负载为负时，优选应用该限制。这个实施例确保功率转换器不会过载，并且对于为能量存储装置充电，仅使用由再生能源输送的过剩电力，即，不使用来自电网本身的净能量。换句话说，当调节能量存储装置的充电或放电功率，即，电力流动时，该方法总是试图满足固定存储系统的最大充电和放电能力(最大转换器功率)边界内的消耗单元水平的消耗/发电。
对于根据本发明方法的实施例运行能量存储装置，本发明提供了用于控制电能存储装置的电力流动的控制设备，其中该控制设备包括处理单元，该处理单元被设计为执行根据前述权利要求之一的方法。由于本发明的方法提供了算法控制逻辑，因此该方法优选地在云体系架构组件中实现，即，处理单元可以以网络服务器体系架构的形式提供。处理单元可以基于至少一个中央处理单元(CPU)和/或至少一个微控制器。该方法的步骤可以基于编程代码来实现，该编程代码可以包括指令，该指令被设计为当处理单元执行编程代码时使处理单元执行所述方法。编程代码可以存储在计算机可读介质(例如，数据存储装置)中。
本发明还包括所描述的系统，该系统包括耗电单元和电能存储装置以及根据本发明的控制设备。
本发明还包括不同实施例的特征的组合。
附图说明
在下文中，描述了本发明的实现示例。它们是本发明的优选实施例。各图示出：
图1：根据本发明的系统的示意图；
图2：图示不同时间段的图，在这些时间段期间，应用不同的供电条件；
图3是可以由图1的系统的控制设备执行的方法的流程图；
图4是高峰操作逻辑的流程图；
图5是部分高峰操作逻辑的流程图；以及
图6是非高峰操作逻辑的流程图。
具体实施方式
以下说明的实施例是本发明的优选实施例。但是，在实施例中，所描述的实施例的组件各自表示本发明的各个特征，这些特征被认为是彼此独立的并且每个特征也彼此独立地发展本发明，并且因此也被视为以个体方式或以不同于所示组合的方式的本发明的组件。此外，所描述的实施例也可以通过已经描述的本发明的其它特征来补充。
在各图中，相同的附图标记分别表示提供相同功能的元件。
图1图示了可以包括耗电单元11和电能存储装置12的系统10，电能存储装置12可以被提供给耗电单元11。耗电单元11可以是例如住户或办公楼。在下文中，可以假设能量存储装置12可以包括至少一个可再充电电池。为了简单起见，但没有任何限制特征，可以假设耗电单元是住户，能量存储装置12是电池(即，能量存储装置12被称为电池)。
消耗单元11可以连接到电力网13。借助于电力网13，电力POW可以从例如电力设施(例如核电站)传输到消耗单元11。消耗单元11可以与其它消耗单元一起连接到电网13。消耗单元11的连接可以借助于仪表14获得，仪表14可以测量提供给消耗单元11的电能量。
在消耗单元11内，至少一个耗电器15可以消耗电能，从而导致电力消耗16。此外，可以提供再生能量源17。能量源17表示可以提供可再生电能的所有电源。能量源17可以包括至少一个光伏太阳能设备18和/或至少一个由风驱动的发电机。再生能量源17可以提供电力输送20。借助于电力输送20，可以至少部分地补偿电力消耗16，从而导致描述例如总住户负荷的这里称为总单元负载THL的总体净余额值。
并且可以借助于功率转换器21来控制进入能量存储装置12的电力流BP，该功率转换器21可以是例如电逆变器，特别是双向逆变器。在本说明书中，正电力流BP指示电能转移到能量存储装置，即充电CHRG，其中负电力流BP指示从能量存储装置12放出能量的放电DIS。转换器21可以连接到能量消耗单元11或者它可以直接连接到电网13，电网13在图1中通过虚线表示。在转换器21直接连接到电网13的情况下，逆变器21和电网13之间的能量流也可以由电表14或由电网13的公用设施提供商考虑。
转换器21可以由控制设备22控制，控制设备22可以包括处理单元23，用于产生用于控制转换器21的控制信号24。控制设备22可以观测能量存储装置12的充电状况SOC和总单元负载THL。此外，控制设备22可以接收状态信号S，其指示当前供电条件C1、C2、C3和/或未来(即将到来的)供电条件，它可以由电网13提供。
图2示出了来自太平洋天然气和电力公司(PG&E)资费“EVA”的示例费率结构。图2图示了不同时间段(使用时间)的可能时间顺序，这些不同时间段适用不同资费，即，供电条件：非高峰时段Pop、高峰时段Pp和之间有部分高峰时段Ppp。对于每种不同的供电条件，输送能量的成本C可能不同。成本C可以指货币成本，即，电能的价格。成本C可以指环境成本，即，用于在电网中提供电力的能量源类型(核电、化石电力、可再生能源)。
对于如电网13(例如在美国)的电力网，提供电力POW的公用事业公司可能在其使用组合中具有基于使用时间的电费。使用时间费率会激励在被认为对电网最有利时的某些时间使用能源。公用事业公司对这些使用时间费率的具体情况存在差异，但这些类型费率结构的基本原则往往是相同的。非高峰时间的能源价格较低。非高峰时间通常在晚上的深夜期间和清晨的时候，当时来自住户的电力需求通常很低。这为夜间对例如电动车辆或固定电池存储系统充电创造了许多机会。通常，资费具有两到三个不同的定价时段。下面更详细描述的所提出的算法逻辑可以用于这些类型的使用时间资费。
图3图示了在基于使用时间的资费的情况下操作能量存储装置12的方法的流程图。该方法可以由控制设备22执行。
用于在具有使用时间资费的住宅住户处操作固定电池能量存储设备的所示算法的总体目标是通过在低成本(非高峰、部分高峰)时对电池充电并且在高成本(高峰)时间期间将电池放电到现场负载以及在客户的能量使用组合中最大化现场(耗电单元11中)太阳能发电的使用来使客户电费最小化。该算法考虑了客户当前在哪个使用时段以及接下来到来哪个使用时段。给定不同的约束，诸如现场太阳能发电和净能量计量资费选项，确定电池的智能循环。
对于每个当前或现在的时间点t，可以在步骤S0中根据状态信号S选择几个操作逻辑25中的一个。例如，可以提供以下操作逻辑25中的至少一个：高峰时段Pp的高峰操作逻辑26、部分高峰时段Ppp的部分高峰操作逻辑27和/或非高峰时段Pop的非高峰操作逻辑28。
图4图示了高峰控制方案，即，在当前时间t落入高峰时段Pp时选择的高峰操作逻辑26的流程图。在这里所示的流程图中，“+”号指示相应的前一逻辑测试为“真(True)”，并且“-”号指示“假(False)”。
如图4中可以看到的，控制算法在高峰时间首先检查客户，即，耗电单元的总单元负载(THL)。这是以电力术语(例如kW)表示的由房屋处的电表记录的净负荷值。如果该值为正，那么在客户的房屋处存在净消耗。如果该值为负，那么PV面板(如果存在)正在产生比当时消耗得多的能量。如果不存在PV面板，那么净需求值永远不会为负。如果净负载为正(＝消耗)，那么电池将或者向现场负载或者向电网放电，这具体取决于住户处电池的电布线，其中最大逆变器功率或相当于客户的消耗率的功率，哪个更低。由于电池系统不被视为可再生资源，因此不希望除现场消耗以外将额外的能量推向电网。此外，仅当电池充电状况(SOC)高于SOC的限定高峰阈值极限(称为电池阈值或BTHp)时才会发生电池的放电，使得在长期不会损害电池。如果THL低于零(＝发电)，那么控制算法区分有资格向电网出售电力的客户(NEM＝真)和不会因产生的任何多余能量而得到补偿的客户(NEM＝假)。如果客户使用的是NEM或类似的资费，那么即使在高峰时间的过剩太阳能发电时间也不会使用电池，以从当时的高能源价格中受益。如果客户没有NEM资费选项，电池将从过剩的太阳能生产进行充电。
但是，电池只能在太阳能生产过剩的情况下充电到最大逆变器功率的极限。如果电池被充满，那么电池充电电力将被设置为零。在图4和下图中，min(...)是选择最小值的最小操作符，max(...)是选择最大值的最大操作符。
图5图示了部分高峰控制方案，即，在当前时间t落入到部分高峰时段Ppp中时选择的部分高峰操作逻辑27的流程图。
在部分高峰时间，电池将取决于客户的净负载或者充电或者放电。逻辑遵循与高峰时间相同的方案。当存在剩余的太阳能生产时电池将充电，并且当存在正的净电力消耗时电池将放电。NEM在部分高峰时间没有发挥作用，因为在这些时间期间将过剩的太阳能发电存储在电池中比将其出售给电网更有价值，这样我们就可保证在高峰时段之前充满电并避免在最昂贵的电价时段期间从电网汲取来支持现场负载。
如果在部分高峰时段Ppp之后的下一个时段是高峰时段Pp，那么部分高峰中的放电能力被限制为限定的电池阈值BTHpp(pp表示部分高峰)。此值与高峰时间的值不同，但此值取决于高峰时间的值。以下等式用于确定部分高峰时间(BTHpp)中的电池阈值：
BTHpp(月份)＝(β*DoDp_ratio_last+(1-β)*DoDp_ratio)/2*(1-BTHp)+BTHp
其中DoDp_ratio(月份)＝(当月达到BTHp的天数)/(当月的天数)并且DoDp_ration_last是上一年同月的相应值。BTHp是定义在高峰时段期间电池的最低可允许充电状况的预定义值。β是0到1之间的可调整加权因子，它将历史数据的相关性与当前月份的数据相关联。这个逻辑确保在部分高峰时段中的电池阈值限制被定期调整为高峰时间中的电池使用以确保在能量价格最昂贵的时间内的足够可用容量。此外，将历史值放入计算中以增加这些限制的可靠性并最小化随机误差。
如果在部分高峰时段Ppp之后的下一个时段是非高峰时段Pop，那么电池将放电直到电池高峰阈值限制从高峰时间BTHp，而不是BTHpp到充分利用电池的容量并且在非高峰时间再充电。
图6图示了非高峰控制方案，即，在当前时间t落入非高峰时段Pop时选择的非高峰操作逻辑28的流程图。
对于非高峰时段，首先要检查的是非高峰时段的剩余时间是否等于或小于对电池完全再充电所需的时间。最终充电窗口(FCW)是以最大充电功率计算剩余充电时间。出于电池安全的原因，可以延长这个时间范围，以便以较低的速率为电池充电，从而最大限度地减少对电池的伤害。这是通过根据以下关系划分最大电池充电功率(InvMaxPower)来扩展充电窗口的因子α提供的：
T≤α*FCW，然后有效逆变器充电功率是InvMaxPower/α
其中α≥1并且α是实数。
如果直到下一个部分高峰或高峰时段的剩余可用时间T长于α*FCW，那么电池将仅在可用时才从过量太阳能充电。这个逻辑确保电池中将存在尽可能多的太阳能。替代地，如果直到下一个部分高峰或高峰时段的可用时间小于α*FCW，那么电池将在没有过剩的太阳能可用时从电网进行充电，以确保在下一个较高定价时段之前电池被充满。即使有过剩的可再生能源(太阳能)可用，能量存储装置也将通过InvMaxPower/alpha进行充电。如果过剩的可再生能源(太阳能)的产生小于满足要求的所需电池功率以满足FCW时间，则电池可能将部分地从过剩的可再生能源(太阳能)进行充电并且另外从电网电力进行充电。
此外，非高峰时段的控制方案取决于客户是否使用NEM资费。如果客户没有NEM资费，那么算法逻辑遵循电池在部分高峰时间期间的逻辑。此外，没有NEM资费的客户将无法获得对馈送回电网的过剩能源的补偿，这使得当客户的负载分布中存在净消耗时，他/她希望现场利用剩余的太阳能来平衡他/她的负载。因此，当房屋处存在净消耗时，算法决定放电到现场负载。这种对住户负载的放电受可变电池阈值限制BTHop(月份)的限制，可变电池阈值限制BTHop(月份)将根据以下等式进行调整：
BTHop(月份)＝(γ*DoDpp_ratio_last+(1-γ)*DoDpp_ratio)/2*(1-BTHpp)+BTHpp
其中DoDpp_ratio(月份)＝(当月达到BTHpp的天数)/(当月的天数)并且DoDpp_ratio_last是上一年同月的相应值。如果相应的资费没有部分高峰，那么可以选择等式：
BTHop(月份)＝(γ*DoDp_ratio_last+(1-γ)*DoDp_ratio)*(1-BTHp)+BTHp
非高峰时间期间的适配电池阈值限制用于在部分高峰和高峰时间期间提供足够的可用电池容量以增加住宅客户的经济效益。如果客户使用NEM资费并且在住户处存在净消耗，那么电池不对现场负载放电。电力价格在非高峰时间最低，因此，没有经济动机来使电池放电。如果我们假设电池在非高峰时段开始时没有被完全充电，那么控制方案从过剩的太阳能对电池充电以增加电池中可再生能源的百分比。在消耗时间向电网放电可能需要在FinalChargeWindow中从电网抽取能量，以确保电池在下一个部分高峰或高峰时段之前被充满电。这将导致更高的效率损失和更少的可再生能源被存储在电池中。
所描述的方法考虑了特定公用事业公司费率资费，并将能量套利的使用案例与太阳能自我消耗相结合，以找到为用户提供最大成本节省的循环算法。
实现示例显示，如何可以提供用于住宅环境中的固定存储系统的电池循环算法。
附图标记
10 系统
11 耗电单元
12 能量存储装置
13 电力网
14 仪表
15 电力消费者
16 电力消耗
17 再生能源
18 光伏电池板
19 风力发电机
20 电力输送
21 功率转换器
22 控制设备
23 处理单元
24 控制信号
25 操作逻辑
26 高峰操作逻辑
27 部分高峰操作逻辑
28 非高峰操作逻辑
C 成本
C1，C2，C3 供电条件
BP 电力流动
BTHp 高峰阈值
BTHpp 部分高峰阈值
BTHop 非高峰阈值
NEM 净能量计量
InvMaxPower 最大转换器功率
POW 电力
Pop 非高峰时段
Ppp 部分高峰时段
Pp 高峰时段
S 状态信号
SOC 充电状况
t 时间
THL 总单元负载

Claims (15)

1.一种用于操作为耗电单元(11)提供的电能存储装置(12)的方法，其中耗电单元(11)附加地耦合到电力网(13)并且其中电力网(13)在不同时间段的不同供电条件下向耗电单元(11)供应电力(POW)，并且其中控制设备(22)观测能量存储装置(12)的指示其充电水平的充电状况(SOC)并借助于功率转换器(21)控制能量存储装置(12)的电力流动(BP)，
其特征在于，控制设备(22)执行以下步骤：
-提供不同的操作逻辑(25)，用于根据充电状况(SOC)和根据总单元负载(THL)控制电力流动(BP)，其中总单元负载(THL)是耗电单元(11)中的电力消耗(16)和耗电单元(11)中的内部电力输送(20)的净余额值，
-观测正在发信号通知电力网(13)的当前和/或下一个供电条件的状态信号(S，DR)，
-取决于状态信号(S，DR)的当前值选择操作逻辑(25)之一作为有效操作逻辑，
-根据有效操作逻辑操作功率转换器(21)
其中，供电条件之一是在非高峰时段(Pop)期间有效的非高峰供电条件，并且对于非高峰供电条件，选择非高峰操作逻辑，非高峰操作逻辑包括：
如果直到当前非高峰时段(Pop)结束剩余的持续时间(T)短于或等于预定义的拉伸最终充电窗口，则用于对能量存储装置充电的正电力流动(BP)被设置为缩放值，该缩放值被计算为使得充电状况(SOC)在非高峰时段(Pop)结束时达到最大水平(100％)，
最终充电窗口(FCW)是如果使用功率转换器的最大转换器功率(InvMaxPower)，将能量存储装置从其当前充电状况(SOC)充电到最大电平(100％)所需的时间值，并且
拉伸最终充电窗口是最终充电窗口(FCW)乘以拉伸因子α，其中α大于或等于1，其中所述缩放值是最大转换器功率(InvMaxPower)除以拉伸系数α。
2.根据权利要求1所述的方法，其中供电条件之一是在高峰时段(Pp)期间有效的高峰供电条件，并且对于高峰供电条件，选择高峰操作逻辑，其包括以下逻辑：
-如果总单元负载(THL)大于0，指示净电力消耗，并且充电
状况(SOC)大于预定义的高峰阈值(BTHp)，则设置负电
力流动(BP)以对能量存储装置进行放电，
-如果总单元负载(THL)小于0，指示净电力输送，则在净能量计量(NEM)适用于耗电单元的情况下，电力流动(BP)
被设置为0而与充电状况(SOC)无关，否则，如果充电状况(SOC)低于预定义的最大水平(100％)，则设置正电力
流动(BP)以对能量存储装置进行充电，
其中净能量计量(NEM)描述将能量馈入到电力网中并且为
馈入的能量获得特定于时间的零售电价的价格的能力。
3.根据权利要求2所述的方法，其中，供应条件之一是在部分高峰时段(Ppp)期间有效的部分高峰供电条件，并且对于部分高峰供电条件，选择部分高峰操作逻辑，其包括以下逻辑：
-如果总单元负载(THL)大于0，指示净电力消耗，并且充电
状况(SOC)大于预定义的部分高峰阈值(BTHpp)，则设置负电力流动(BP)以对能量存储装置进行放电，
-如果总单元负载(THL)小于0，指示净电力输送，并且如果充电状况(SOC)低于最大水平(100％)，则设置正电力流动(BP)以对能量存储装置进行充电。
4.根据权利要求3所述的方法，其中，部分高峰阈值(BTHpp)被适配为至少一个计数值(DoDp_ration，DoDp_ration_last)的函数，所述计数值指示在预定义的观测时段内的高峰时段(Pp)期间达到高峰阈值(BTHp)的天数。
5.根据权利要求4所述的方法，其中，考虑至少两个计数值(DoDp_ration，DoDp_ration_last)，每个计数值对应不同观测时段，并且借助于加权参数β对所述至少两个计数值(DoDp_ration，DoDp_ration_last)进行加权。
6.根据权利要求4或5所述的方法，其中，如果部分高峰时段(Ppp)之后的下一个时段是高峰时段(Pp)，则使用部分高峰阈值(BTHpp)，否则，如果部分高峰时段(Ppp)之后的下一个时段是非高峰时段(Pop)，则使用高峰阈值(BTHp)。
7.根据权利要求1所述的方法，其中，对于非高峰操作逻辑：
-如果直到当前非高峰时段(Pop)结束剩余的持续时间(T)
大于拉伸的最终充电窗口，并且净能量计量(NEM)适用于耗电单元，并且总单元负载(THL)大于0，指示净电力消耗，则电力流动(BP)被设置为0而与充电状况无关，否则，如果总单元负载(THL)小于0，指示净电力输送，并且如果同时充电状况(SOC)低于最大值(100％)，则设置正电力流动(BP)以对能量存储装置进行充电,
其中净能量计量(NEM)描述将能量馈入到电力网中并且为馈入的能量获得特定于时间的零售电价的价格的能力。
8.根据权利要求7所述的方法，其中，如果不应用净能量计量，并且：
-如果总单元负载(THL)大于0，指示净电力消耗，并且充电状况(SOC)大于预定义的非高峰阈值(BTHop)，则设置负电力流动(BP)以对能量存储装置进行放电，
-如果总单元负载(THL)小于0，指示净电力输送，并且如果充电状况(SOC)低于最大水平(100％)，则设置正电力流动(BP)以对能量存储装置进行充电。
9.根据权利要求8所述的方法，其中，非高峰阈值(BTHop)被适配为至少一个计数值(DoDop_ratio，DoDop_ratio_last)的函数，该计数值指示在预定义的观测时段内在部分高峰时段(Ppp)期间达到部分高峰阈值(BTHpp)和/或在高峰时段(Pp)期间达到高峰阈值(BTHp)的天数。
10.根据权利要求9所述的方法，其中，考虑至少两个计数值(DoDop_ratio，DoDop_ratio_last)，每个计数值对应不同观测时段，并且借助于加权参数γ对所述至少两个计数值(DoDop_ratio，DoDop_ratio_last)进行加权。
11.根据权利要求1-5中任一项所述的方法，其中，电力流动(BP)的绝对值受功率转换器的最大转换器功率(InvMaxPower)和总单元负载(THL)的绝对值两者的限制。
12.一种用于控制电能存储装置(12)的电力流动(BP)的控制设备(22)，其中控制设备(22)包括处理单元(23)，处理单元(23)被设计为执行根据前述权利要求之一所述的方法。
13.一种系统(10)，包括耗电单元(11)和电能存储装置(12)以及根据权利要求12所述的控制设备(22)。
14.一种计算机可读存储介质，存储有指令，所述指令当被处理器执行时，使得处理器执行如权利要求1-11中任一项所述的方法的操作。
15.一种设备，包括用于执行如权利要求1-11中任一项所述的方法的操作的装置。
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