DE112020006258T5

DE112020006258T5 - System zur Verwaltung verteilter Energieressourcen und Verfahren zur Verwaltung verteilter Energieressourcen

Info

Publication number: DE112020006258T5
Application number: DE112020006258.9T
Authority: DE
Inventors: Tetsushi Ono; Ryousuke NAKAMURA; Tsutomu Kawamura
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 2020-02-26
Filing date: 2020-09-29
Publication date: 2022-10-13
Also published as: JP7313300B2; GB2607530A; CN115136438A; GB202212245D0; WO2021171676A1; JP2021136757A

Abstract

Ein System zur Verwaltung verteilter Energie zerlegt ein Optimierungsproblem, das einen Kostenindex von verteilten Energieressourcen in ein Hauptproblem mit einer linearen Einschränkung und ein Unterproblem mit einer nichtlinearen Einschränkung, wobei das Optimierungsproblem aus Leistungssystem-Topologieinformationen, Kopplungssammelschieneninformationen zu den verteilten Energieressourcen und Einrichtungsinformationen zu den verteilten Energieressourcen, die aus einem Energieressourcenverwaltungssystem erhalten werden, erzeugt wird. Das verteilte Energieverwaltungssystem schätzt ferner eine neue Einschränkungsbedingung für das Hauptproblem basierend auf Empfindlichkeitsinformationen in einem dualen Problem des Unterproblems, fügt die neue Einschränkungsbedingung zu einer Einschränkungsbedingung des Hauptproblems hinzu, um einen Suchbereich für eine Lösung des Problems Hauptproblems zu begrenzen, und berechnet einen Bereich von Ausgabekombinationen verteilter Energieressourcen. Das verteilte Energieverwaltungssystem löst ein als Hauptproblem definiertes Optimierungsproblem basierend auf dem Bereich von Ausgabekombinationen, um Leistungserzeugungsmengen der verteilten Energieressourcen zu berechnen, und gibt die berechneten Leistungserzeugungsmengen an das Energieressourcenverwaltungssystem aus.

Description

Technisches Gebiet
Die vorliegende Anmeldung bezieht sich auf eine Vorrichtung zur Verwaltung verteilter Ressourcen und ein Verfahren zur Verwaltung verteilter Ressourcen.
Stand der Technik
Leistungsversorgungen mit erneuerbarer Energie (im Folgenden als REPS bezeichnet), die keine Treibhausgase emittieren, werden schnell in das Massenleistungssystem eingeführt. Die Ausgabe der REPS schwankt jedoch mit den Wetterbedingungen und diese Ungewissheit ist ein Hindernis dafür, dass REPS eine zuverlässige Leistungsversorgungsquelle werden. In Europa, wo sich das Massenleistungssystem über Grenzen hinweg erstreckt, kann Leistung als Mittel gegen die Leistungsschwankungen importiert und exportiert werden. Andererseits muss in Japan das Gleichgewicht zwischen Angebot und Nachfrage im Inland angepasst werden, sodass sich das Problem der Stabilität des Leistungsversorgungssystems bei einem relativ niedrigen REPS-Anteil (von 15 bis 20%) manifestiert.
Es wird erwartet, dass in dem Leistungsverteilungssystem eine erhöhte Anzahl verteilter Energieressourcen (im Folgenden als DER bezeichnet) wie beispielsweise Photovoltaik (im Folgenden als PV bezeichnet), Elektrofahrzeuge (im Folgenden als EV bezeichnet) und Kraft-Wärme-Kopplungs-Systeme (im Folgenden als CHP bezeichnet) eingeführt werden. Daher können in ländlichen Gebieten Probleme wie Spannungsschwankungen und Überstrom aufgrund von Rückflüssen von PV-Leistung auftreten, während in städtischen Gebieten Probleme wie Überstrom aufgrund des schnellen Ladens von Elektrofahrzeugen auftreten können.
Aus diesem Grund besteht ein Bedarf an einer Kooperation von DERs, die in dem Leistungsverteilungssystem verstreut sind, um eine Fähigkeit des Ausgleichs zwischen Angebot und Nachfrage für das Massenleistungssystem bereitzustellen und Spannungsschwankungen und Überstrom in dem Leistungsverteilungssystem zu verhindern. Obwohl die Kapazität jeweiliger DER klein ist, kann eine Ansammlung vieler DERs eine große Kapazität bereitstellen und zur Stabilisierung des Leistungsverteilungssystems beitragen. Somit besteht eine zunehmende Nachfrage nach einem System zur Verwaltung verteilter Ressourcen (im Folgenden als DERMS bezeichnet), das eine Plattform ist, auf der eine große Anzahl von DERs geeignet miteinander kooperieren können.
Der DER-Kooperationsplan in dem DERMS ist als ein Optimierungsproblem definiert, das eine objektive Funktion wie beispielsweise Energiekosten minimiert, und wird durch Lösen des Optimierungsproblems unter Vorrichtungseinschränkungen von DERs bestimmt. Wenn alle Eigenschaften der DERs linear sind, ist das Optimierungsproblem ein lineares Programmierproblem, das auch dann leicht gelöst werden kann, wenn das Problem ein groß angelegtes Optimierungsproblem ist, das eine große Anzahl von DERs umfasst. Wenn jedoch ein DER mit nichtlinearen Eigenschaften wie z. B. ein Kraft-Wärme-Kopplungs-System vorhanden ist, ist das Optimierungsproblem ein groß angelegtes nichtlineares Programmierproblem, das schwer zu lösen ist.
Als Technik zum effizienten Lösen eines großen nichtlinearen Programmierproblems, das mehrere DERs umfasst, ist die in Patentdokument 1 beschriebene Technik bekannt. In Patentdokument 1 wird beschrieben, „eine Betriebsplanungsvorrichtung und Betriebsplanungsverfahren, die schnell eine Gesamtoptimierung der Reduzierung der Energiekosten von Leistung und Wärme eines Mikronetzes, das durch mehrere Standorte gebildet wird, berechnen können, und eine lokale Energieverwaltungsvorrichtung und eine Energieverwaltungsvorrichtung, die in der Betriebsplanungsvorrichtung für das Mikronetz verwendet wird, zu schaffen“.
Entgegenhaltungsliste
Patentdokument(e)
Patentdokument 1: Japanische Patentoffenlegungsschrift Nr. 2017-200311
Zusammenfassung der Erfindung
Technisches Problem
Es wird angenommen, dass DERs, die in den Leistungsverteilungssystemen verstreut sind, verschiedenen Betreibern gehören. Von diesen Betreibern verspricht ein Leistungsverteilungsnetzbetreiber, der eine öffentliche Einrichtung ist, eine Gesamtoptimierung des Betriebs zu erreichen, und erhält von den DER-Betreibern das Recht, einen Teil der Kapazität der DERs zu betreiben. Daher darf der Leistungsverteilungssystembetreiber den Betriebsplan nicht willkürlich manipulieren, um bestimmten DER-Betreibern Vorteile zu verschaffen. Somit muss der Betreiber des Leistungsverteilungssystems sicherstellen, dass der Betriebsplan eine optimale Lösung ist, oder einen Fehlerbereich in Bezug auf die optimale Lösung sicherstellen.
Ob der Leistungsverteilungsnetzbetreiber den aus dem DERMS ausgegebenen DER-Betriebsplan übernimmt, wird wahrscheinlich oft von Menschen bestimmt. Daher muss die Zuverlässigkeit des DER-Betriebsplans offengelegt werden. Wenn die Zuverlässigkeit der von dem System ausgegebenen Lösung beispielsweise hoch ist, kann die Lösung mit Sicherheit für den Betriebsplan verwendet werden. Im Gegensatz dazu kann dann, wenn die Zuverlässigkeit niedrig ist, entschieden werden, einen vergangenen Betriebsplan zu verwenden oder anderweitig eine alternative Maßnahme zu ergreifen. Als Mittel zum Bewerten der Zuverlässigkeit kann beispielsweise angegeben werden, inwieweit der objektive Funktionswert der von dem System ausgegebenen Lösung von der streng optimalen Lösung abweicht.
Die in Patentdokument 1 offenbarte Technik gibt jedoch nur einen DER-Kooperationsplan aus und hat kein Schema zum Sicherstellen, dass der Plan eine optimale Lösung ist, oder zum Sicherstellen eines Fehlerbereichs in Bezug auf die optimale Lösung.
Die vorliegende Erfindung wurde im Hinblick auf die oben beschriebenen Umstände ersonnen und eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, schnell einen Betriebsplan für jede DER-Gruppe zu berechnen, und eine weitere Aufgabe ist es, die Zuverlässigkeit des Betriebsplans sicherzustellen.
Lösung für das Problem
Um die oben beschriebenen Probleme zu lösen, umfasst ein System zur Verwaltung verteilter Energie gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung: eine Optimierungsproblem-Erzeugungseinheit, die ein Optimierungsproblem erzeugt, das einen Kostenindex von verteilten Energieressourcen aus Leistungssystem-Topologieinformationen, Kopplungssammelschieneninformationen über die verteilten Energieressourcen und Einrichtungsinformationen über die verteilten Energieressourcen, die von einem Energieressourcenverwaltungssystem erhalten werden, minimiert oder maximiert, und das Optimierungsproblem in ein Hauptproblem mit einer linearen Einschränkung und ein Unterproblem mit einer nichtlinearen Einschränkung zerlegt; eine Ausgabekombinations-Berechnungseinheit, die eine neue Einschränkungsbedingung für das Hauptproblem basierend auf Empfindlichkeitsinformationen in einem dualen Problem des Unterproblems schätzt, die neue Einschränkungsbedingung zu einer Einschränkungsbedingung des Hauptproblems hinzufügt, um einen Suchbereich für eine Lösung des Problems Hauptproblems zu begrenzen, und einen Bereich von Ausgabekombinationen verteilter Energieressourcen berechnet; und eine Leistungserzeugungsmengen-Berechnungseinheit, die ein als Hauptproblem definiertes Optimierungsproblem auf der Grundlage des von der Ausgabekombinations-Berechnungseinheit berechneten Bereichs von Ausgabekombinationen löst, um Leistungserzeugungsmengen der verteilten Energieressourcen zu berechnen, und die berechneten Leistungserzeugungsmengen an das Energieressourcenverwaltungssystem ausgibt.
Vorteilhafte Wirkungen der Erfindung
Gemäß der vorliegenden Erfindung kann beispielsweise ein Betriebsplan jeder DER-Gruppe schnell berechnet werden und die Zuverlässigkeit des Betriebsplans sichergestellt werden.
Figurenliste

[1] 1 ist ein Blockdiagramm, das eine beispielhafte allgemeine Konfiguration eines Systems zeigt, das ein DERMS gemäß einer Ausführungsform 1 umfasst.
[2] 2 ist ein Diagramm, das ein Beispiel einer Leistungserzeugungsmenge jedes DER zeigt.
[3] 3 ist ein Diagramm, das ein Beispiel von DER-Kopplungssammelschieneninformationen zeigt.
[4] 4 ist ein Diagramm, das eine beispielhafte Änderung eines Suchbereichs aufgrund einer iterativen Berechnung unter Verwendung eines Benders-Schnitts zeigt.
[5] 5 ist ein Diagramm, das eine beispielhafte Ausgabe von oberen und unteren Grenzen einer optimalen Lösung zeigt.
[6] 6 ist ein Ablaufdiagramm, das einen beispielhaften Prozess des DERMS gemäß der Ausführungsform 1 zeigt.
[7] 7 ist ein Blockdiagramm, das eine beispielhafte allgemeine Konfiguration eines Systems zeigt, das ein DERMS gemäß einer Ausführungsform 2 umfasst.
[8] 8 ist ein Ablaufdiagramm, das einen beispielhaften Prozess des DERMS gemäß der Ausführungsform 2 zeigt.
[9] 9 ist ein Blockdiagramm, das eine beispielhafte allgemeine Konfiguration eines Systems zeigt, das ein DERMS gemäß einer Ausführungsform 3 umfasst.
[10] 10 ist ein Ablaufdiagramm, das einen beispielhaften Prozess des DERMS gemäß der Ausführungsform 3 zeigt.
[11] 11 ist ein Diagramm, das eine beispielhafte Hardware eines Computers zeigt, der das DERMS implementiert.

Beschreibung von Ausführungsformen
Bevorzugte Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung werden nachstehend beschrieben. Im Folgenden werden gleiche oder ähnliche Elemente oder Verarbeitungen durch gleiche Bezugszeichen bezeichnet und wiederholte Beschreibungen davon werden weggelassen. Beschreibungen jeder Ausführungsform konzentrieren sich auf Unterschiede zu denjenigen, die vor der Ausführungsform beschrieben wurden, und wiederholte Beschreibungen davon werden weggelassen.
Die in der folgenden Beschreibung und den Zeichnungen gezeigten Komponenten und Verarbeitungen sollen einen Überblick über die Ausführungsformen, der für das Verständnis und die Implementierung der vorliegenden Erfindung erforderlich ist, geben und sollen die Implementierung der vorliegenden Erfindung nicht einschränken. Die Ausführungsformen und Variationen davon können teilweise oder vollständig kombiniert werden, soweit sie miteinander konsistent sind, ohne vom Gedanken der vorliegenden Erfindung abzuweichen.
Ausführungsform 1
<Allgemeine Konfiguration des Systems, das DERMS 101 umfasst, gemäß Ausführungsform 1>
1 ist ein Blockdiagramm, das eine beispielhafte allgemeine Konfiguration eines Systems zeigt, das ein DERMS 101 gemäß einer Ausführungsform 1 umfasst.
Das DERMS 101 umfasst eine Optimierungsproblem-Erzeugungseinheit 102, eine DER-Parameter-Schätzeinheit 103, eine Empfindlichkeitsinformations-Berechnungseinheit 104, eine Ausgabekombinations-Berechnungseinheit 105 und eine DER-Gruppen-basierte Leistungserzeugungsmengen-Berechnungseinheit 106.
Eingaben und Ausgaben des DERMS 101 werden beschrieben. Das DERMS 101 empfängt zuerst eine Konvergenzbedingung 121 von einem Leistungsverteilungssystembetreiber 112. Die Konvergenzbedingung 121 kann ein zulässiger Bereich der Differenz zwischen einer Obergrenze und einer Untergrenze einer optimalen Lösung, eine Berechnungszeit für die Grenzen oder Energiekosten, oder eine Kombination aus zwei oder mehr davon sein. Das DERMS 101 gibt eine Leistungserzeugungsmenge 122 jedes DER an ein Energieverwaltungssystem (EMS) 111 aus. Die Leistungserzeugungsmenge 122 in diesem Schritt kann ein vorläufiger Wert sein.
Das EMS 111 empfängt Informationen wie die Leistungserzeugungsmenge 122 jedes DER und einen Energiepreis/-bedarf 124 als Eingaben und bestimmt einen Betriebsplan 125 jedes DER und Energiekosten 126, die Energiekosten minimieren, die eine objektive Funktion sind. Die Zielfunktion muss nicht die Energiekosten sein und kann irgendeiner von verschiedenen Kostenindizes sein, und der Betriebsplan 125 und die Energiekosten 126 jedes DER können bestimmt werden, um den Leistungsübertragungsverlust zu minimieren, die Menge an Treibhausgasemissionen zu minimieren, die Leistungssystemstabilität zu maximieren oder beispielsweise die Menge an Anpassungsleistung, die für ein oberes Leistungssystem reserviert ist, zu maximieren.
Zusätzlich zu den Einrichtungsinformationen 123 über zu steuernde DERs gibt das EMS 111 den Energiepreis/-bedarf 124 und den Betriebsplan 125 und die Energiekosten 126 jedes DER, die Eingabe-/Ausgabedaten des EMS 111 sind, an das DERMS 101 aus. Die Einrichtungsinformationen 123 umfassen beispielsweise die Arten oder Anzahl der durch das EMS 111 gesteuerten DERs und die obere und untere Grenze der Ausgabe, die Kraftstoffverbrauchseigenschaften, die minimale fortlaufende Betriebszeit und die minimale fortlaufende Ausfallzeit jedes DER. Die Einrichtungsinformationen 123 können im Voraus aus dem EMS 111 empfangen und in einer Datenbank in dem DERMS 101 gespeichert werden.
In der Optimierungsproblem-Erzeugungseinheit 102 in dem DERMS 101 wird im Voraus eine Formelvorlage für ein Optimierungsproblem vorbereitet. Beispiele für die Formelvorlage sind die später beschriebenen Formeln (4) bis (5). Die Optimierungsproblem-Erzeugungseinheit 102 bestimmt Parameter in der Formelvorlage auf der Grundlage von Leistungssystem-Topologieinformationen 131 und DER-Kopplungssammelschieneninformationen 132 des Leistungsverteilungssystembetreibers und der Einrichtungsinformationen 123 über zu steuernde DERs, die aus dem EMS 111 erhalten werden, und gibt das erzeugte Optimierungsproblem aus.
Jedoch erlauben nicht alle EMS 111 notwendigerweise eine Offenlegung der Einrichtungsinformationen 123 oder dergleichen und daher können Eingabeinformationen in die Optimierungsproblem-Erzeugungseinheit 102 unzureichend sein und ein unbestimmter Parameter kann vielleicht ausgegeben werden.
Wenn beispielsweise die Offenlegung der Kraftstoffverbrauchseigenschaften eines Kraft-Wärme-Kopplungs-Systems, die Teil der Einrichtungsinformationen 123 sind, verweigert wird, sind die Parameter A_i3, A_i2, A_i1 und c_i in der Formel (5) unbestimmt. Wenn die Offenlegung der oberen und unteren Grenze der Ausgabe verweigert wird, sind die Parameter A_i4 und c_i4 in der Formel (5) unbestimmt. Die unbestimmten Parameter werden von der DER-Parameter-Schätzeinheit 103 geschätzt.
Die DER-Parameter-Schätzeinheit 103 erhält den Energiepreis/- bedarf 124 und den Betriebsplan 125 und die Energiekosten 126 jedes DER, also Daten, die für die Parameterschätzung verwendet werden, aus dem EMS 111.
Als Beispiel der Parameterschätzung können dann, wenn die Parameter A_i3, A_i2, A_i1 und c_i in der Formel (5) unbestimmt sind, die Parameter geschätzt werden, indem die Betriebspläne 125 und die Energiekosten 126 jedes DER, die in der Vergangenheit erhalten wurden, in einem Streudiagramm aufgetragen werden, um eine angenäherte Kurve zu definieren. Wenn die Parameter A_i4 und c_i4 in der Formel (5) unbestimmt sind, können die Parameter aus dem Maximalwert und dem Minimalwert der in der Vergangenheit erhaltenen Betriebspläne 125 jedes DER geschätzt werden.
Für die Zusammenarbeit des EMS 111 und des DERMS 101 ist eine Einschränkung erforderlich, die als der Benders-Schnitt bezeichnet wird, der später beschrieben wird. Um den Benders-Schnitt zu erzeugen, sind Empfindlichkeitsinformationen über die Empfindlichkeit jeder Einschränkung gegenüber dem Zielfunktionswert erforderlich. Im Allgemeinen soll das EMS 111 jedoch nicht mit dem DERMS 101 zusammenarbeiten und hat daher wahrscheinlich keine Funktion des Berechnens der Empfindlichkeitsinformationen. Somit schätzt die Empfindlichkeitsinformations-Berechnungseinheit 104 die Empfindlichkeitsinformationen. Ein Verfahren zum Schätzen der Empfindlichkeitsinformationen wird später beschrieben.
Die Ausgabekombinations-Berechnungseinheit 105 schätzt den Benders-Schnitt, der durch die später beschriebene Formel (10) ausgedrückt wird, basierend auf den Empfindlichkeitsinformationen. Die DER-Gruppen-basierte Leistungserzeugungsmengen-Berechnungseinheit 106 legt den Benders-Schnitt als eine neue Einschränkungsbedingung für das Optimierungsproblem der Formel (4) fest und löst das Problem, um die Leistungserzeugungsmenge 122 für jede DER zu berechnen. Ein neuer Betriebsplan 125 und neue Energiekosten 126 jeder DER werden erhalten, indem die Leistungserzeugungsmenge 122 jeder DER erneut in das EMS 111 eingegeben wird. Diese Berechnung wird wiederholt und dann beendet, wenn die Konvergenzbedingung 121 erfüllt ist, und die Leistungserzeugungsmenge 122 jeder DER wird als endgültiges Berechnungsergebnis an das EMS 111 und den Leistungsverteilungssystembetreiber 112 ausgegeben. Außerdem werden eine obere und untere Grenze 127 der optimalen Lösung an den Leistungsverteilungssystembetreiber 112 ausgegeben.
Es kann ein oder mehrere EMS 111 geben. Das EMS 111 kann einen oder mehrere DERs steuern. Die obere und untere Grenze 127 der optimalen Lösung, die an den Leistungsverteilungssystembetreiber 112 ausgegeben wird, sollen die Zuverlässigkeit des Betriebsplans sicherstellen und können daher andere Formen von Informationen wie z. B. ein Bereich der optimalen Lösung sein.
Obwohl das DERMS 101 und das EMS 111 in 1 Informationen kommunizieren und austauschen, während die Berechnung wiederholt wird, bis die Konvergenzbedingung 121 erfüllt ist, kann ein Modell des EMS 111 im Voraus in dem DERMS 101 erstellt werden und das DERMS 101 kann die Konvergenzberechnung beim Austauschen von Informationen mit dem Modell ausführen.
< Leistungserzeugungsmenge 122 jeder DER>
2 ist ein Diagramm, das ein Beispiel der Leistungserzeugungsmenge 122 jeder DER zeigt. Eine Tabelle 201 speichert eine ID 211 einer DER und ein Datum und eine Zeit 213 und hält einen Leistungserzeugungsmengenplan 212 für die DER zu jedem Datum und jeder Zeit 213 auf der Basis der ID 211. Die Einheit des Leistungserzeugungsmengenplans 212 kann beispielsweise kWh sein und ein negativer Wert der Leistungserzeugungsmenge bedeutet Laden. Wie in der Spalte einer ID 10004 gezeigt, kann die Leistungserzeugungsmenge in einer Zeitzone, in der keine verfügbare Kapazität zur Leistungssystemstabilisierung verfügbar ist, oder in einer Zeitzone, in der ein EV fährt und daher nicht gesteuert werden kann, als 0 angegeben sein. Obwohl das Zeitintervall in der Tabelle 201 beispielhaft 10 Minuten beträgt, ist die vorliegende Erfindung nicht darauf beschränkt. Obwohl die Tabelle 201 einen Fall zeigt, in dem beispielhaft vier DERs vorhanden sind, ist die Anzahl der DERs nicht darauf beschränkt.
Jede DER wird betrieben, um die Leistungserzeugungsmenge 122 der DER zu erfüllen. Im Fall eines EV ist der Betriebsplan aus der Menge, um die das EV in jedem Zeitabschnitt geladen oder entladen wird, (d. h. ein Lade- und Entladeplan), so dass der Betriebsplan eindeutig bestimmt wird, wenn die Leistungserzeugungsmenge 122 der DER bestimmt wird. Andererseits wird im Fall eines Kraft-Wärme-Kopplungs-Systems, das nicht nur Leistung, sondern auch Wärme handhabt, der Betriebsplan nicht nur durch die Leistungserzeugungsmenge 122 des DER bestimmt. Daher muss der Betriebsplan durch das EMS 111 separat bestimmt werden.
<DER-Kopplungssammelschieneninformationen>
3 ist ein Diagramm, das ein Beispiel der DER-Kopplungssammelschieneninformationen zeigt. Eine Tabelle 301 enthält eine Sammelschienen-ID 311. Die Tabelle 301 enthält auch eine ID 211 einer gekoppelten DER auf der Basis der Sammelschienen-ID 311. Einige Sammelschienen, wie etwa eine Sammelschiene mit einer Sammelschienen-ID = 3, haben keine damit gekoppelte DER. und einige Sammelschienen, wie etwa eine Sammelschiene mit einer Sammelschienen-ID = 4, haben eine kleinere Anzahl von damit gekoppelten DERs als die anderen DERs. Daher kann die Tabelle ein leeres Feld aufweisen (in der Zeichnung durch einen Schrägstrich gekennzeichnet).
Obwohl die Anzahl der Sammelschienen in der Tabelle 301 beispielhaft vier beträgt, ist die Anzahl der Sammelschienen nicht darauf beschränkt. Obwohl die Tabelle 301 Spalten von Sammelschienen-IDs 311 und die IDs 211 der mit jeder Sammelschiene gekoppelten DERs zeigt, kann die Tabelle 301 außerdem Spalten von IDs 211 von DERs und die Sammelschienen-IDs 311 der mit jeder DER gekoppelten Sammelschienen zeigen. Wenn eine mobile DER wie z. B. ein EV betrachtet wird, kann die Tabelle 301 dynamisch modifiziert werden.
Im Folgenden wird als Beispiel für die Erzeugung eines DER-Kooperationsplans ein Fall beschrieben, in dem das DERMS 101 das durch die folgende Formel (1) ausgedrückte Optimierungsproblem behandelt. Im Folgenden wird die nachstehende Formel (1) soweit erforderlich als ursprüngliches Problem bezeichnet.
[Formel 1] $M i n i m i e r e Φ = \sum_{i = 1}^{N} Φ_{i} + Φ_{E V}$
s.t. $Leistungssystemeinschr \ddot{a} nkung$
$Vorrichtungseinschr \ddot{a} nkung des Kraft - W \ddot{a} rme - Kopplungs - Systems$
$Vorrichtungseinschr \ddot{a} nkung des EV$
wobei
[Formel 2]
ϕ: Zielfunktion des ursprünglichen Problems (= Gesamtsumme der Energiekosten)
ϕ_i: Energiekosten des Kraft-Wärme-Kopplungs-Systems i
N: Anzahl der Kraft-Wärme-Kopplungs-Systeme
ϕ_EV: Lade- und Entladekosten aller EVs
Wie es die obige Formel (1) zeigt, ist das ursprüngliche Problem als ein Optimierungsproblem definiert, das als Zielfunktion die Gesamtenergiekosten minimiert, die durch die Gesamtsumme der Energiekosten der Kraft-Wärme-Kopplungs-Systeme und der Auflade- und Entladekosten aller Elektrofahrzeuge ausgedrückt ist. Jedes Kraft-Wärme-Kopplungs-System wird durch einen Index i unterschieden, während die EVs nicht unterschieden werden. Die Einschränkungsbedingungen sind Einschränkungen des Leistungsflusses, der Spannung oder dergleichen eines Leistungsverteilungssystems, eine Vorrichtungseinschränkung von CHP und eine Vorrichtungseinschränkung von EV. Obwohl das EV und das Kraft-Wärme-Kopplungs-System in dieser Ausführungsform als Beispiele des DER beschrieben sind, können auch andere DERs verwendet werden. Die Einschränkungsbedingungen der obigen Formeln (1-1) bis (1-3) können durch die folgenden Formeln (2-1) bis (2-3) definiert werden.
[Formel 3]
Leistungssystemeinschränkung: $A_{P F} x \geq c_{P F}$
Vorrichtungseinschränkung des Kraft-Wärme-Kopplungs-Systems i: ${\begin{matrix} A_{i 3} x^{3} + A_{i 2} x^{2} + A_{i 1} x = c_{i} \\ A_{i 4} x_{S P i} x = c_{i 4} \end{matrix}$
Vorrichtungseinschränkung des EV: $A_{E V} x \geq c_{E V}$
wobei
[Formel 4]
A: feste Matrix, c: fester Vektor, x: Optimierungsvariablenvektor
Der Optimierungsvariablenvektor x gibt die Leistungserzeugungsmenge jeder DER (jedes EV oder jedes Kraft-Wärme-Kopplungs-Systems in dieser Ausführungsform) an. Die Leistungssystemeinschränkung und die Vorrichtungseinschränkung des EV weisen eine Linearität auf. Wenn es nur lineare Einschränkungen gibt, kann ein lineares Programmierverfahren verwendet werden, und die Berechnung ist einfach. Wenn jedoch die Vorrichtungseinschränkung des Kraft-Wärme-Kopplungs-Systems, das eine Nichtlinearität aufweist, berücksichtigt wird, muss das gesamte Problem als ein nichtlineares Programmierproblem gelöst werden. Zusätzlich entwirft das DERMS 101 typischerweise Betriebspläne für eine große Anzahl von DERs, so dass das Problem ein groß angelegtes nichtlineares Programmierproblem ist und das direkte Lösen des ursprünglichen Problems eine enorme Menge an Rechenzeit erfordert.
Obwohl die Eigenschaften des Kraft-Wärme-Kopplungs-Systems als kubische Funktion beschrieben wurden, wie es in der obigen Formel (2-2) gezeigt ist, können die Eigenschaften des Kraft-Wärme-Kopplungs-Systems andere Funktionen wie etwa eine quadratische Funktion sein. Obwohl die Leistungssystemeinschränkung unter der Annahme eines Leistungsverteilungssystems als linear beschrieben wurde, kann die Leistungssystemeinschränkung eine nichtlineare Einschränkung sein, wenn das Leistungssystem eine Schleifenkonfiguration hat. Obwohl die Lade- und Entladeeigenschaften des EV als lineare Eigenschaften beschrieben wurden, können die Lade- und Entladeeigenschaften nichtlineare Eigenschaften sein, wenn Batterieverschlechterungseigenschaften betrachtet werden.
Die Terme der Zielfunktion der obigen Formel (1) können durch die folgenden Formeln (3-1) bis (3-2) definiert werden.
[Formel 5] $ϕ_{i} = b_{i} x$
$ϕ_{EV} = b_{EV} x$
wobei
[Formel 6]
b_i,b_Ev: feste Vektoren
Im Folgenden werden A, b und c in den obigen Formeln (2) und (3) als Parameterinformationen bezeichnet. Die Parameterinformationen A, b und c mit einem Index CHP sind Kraft-Wärme-Kopplungs-System-Parameterinformationen, die Parameterinformationen A, b und c mit einem Index EV sind EV-Parameterinformationen und die Parameterinformationen A, b und c mit einem Index PF sind Leistungssystem-Parameterinformationen.
Leistungssysteme und EVs werden von dem DERMS 101 gesteuert und daher wird davon ausgegangen, dass die EV-Parameterinformationen und die Leistungssystem-Parameterinformationen direkt in das DERMS eingegeben werden. Andererseits wird der Betriebsplan des Kraft-Wärme-Kopplungs-Systems durch das EMS 111, das mit dem DERMS 101 zusammenarbeitet, entworfen, so dass das DERMS 101 nicht notwendigerweise die Kraft-Wärme-Kopplungs-System-Parameterinformationen empfängt.
Somit schätzt das DERMS 101 die Kraft-Wärme-Kopplungs-System-Parameterinformationen auf der Grundlage der Einrichtungsinformationen 123 zu DERs und des Energiepreises/-bedarfs 124 und des Betriebsplans 125 und der Energiekosten 126 jeder DER, was Eingabe-/Ausgabedaten des EMS 111 sind. Obwohl in dieser Ausführungsform angenommen wird, dass das Kraft-Wärme-Kopplungs-System durch das EMS 111 gesteuert wird, können andere DERs als das Kraft-Wärme-Kopplungs-System durch das EMS 111 gesteuert werden. In diesem Fall schätzt das DERMS 101 Parameterinformationen über die DER, das von dem EMS 111 gesteuert wird.
Um das ursprüngliche Problem, bei dem es sich um ein umfangreiches nichtlineares Programmierproblem handelt, effizient zu lösen, verwendet der DERMS 101 die Benders-Zerlegung, um das ursprüngliche Problem in ein Hauptproblem und ein Unterproblem i (i bezeichnet die ID des Kraft-Wärme-Kopplungs-Systems) zu zerlegen. Das Hauptproblem wird durch die folgende Formel (4) ausgedrückt und das Unterproblem i wird durch die folgende Formel (5) ausgedrückt. Es können auch andere Lösungsansätze als die Benders-Zerlegung verwendet werden.
[Formel 7] $M i n i m i e r e Φ_{M P} = \sum_{i = 1}^{N} Θ_{i} + b_{E V} x_{M P}$
s.t.
[Formel 8]
Leistungssystemeinschränkung (lineare Einschränkung): $A_{PF} x \geq c_{PF}$
Vorrichtungseinschränkung von EV (lineare Einschränkung): $A_{E V} x \geq c_{E V}$
Nicht-Negativitäts-Einschränkung von θ_i (lineare Einschränkung): $θ_{i} \geq 0$
wobei
[Formel 9]
ϕ_MP: Zielfunktion des Hauptproblems
x_MP: Optimierungsvariablenvektor des Hauptproblems
[Formel 10] $M i n i m i e r e Φ_{S P_{i}} = b_{i} x_{S P_{i}}$
s.t.
[Formel 11]

Fixierung der Optimierungsvariablen des Hauptproblems (lineare Einschränkung): $x_{M P} = x_{X P}^{*}$
Vorrichtungseinschränkung des Kraft-Wärme-Kopplungs-Systems i (nichtlineare Einschränkung): $A_{i 3} x_{S P i}^{3} + A_{i 2} x_{S P i}^{2} + A_{i 1} x_{S P i} = c_{i}$
Vorrichtungseinschränkung des Kraft-Wärme-Kopplungs-Systems i (nichtlineare Einschränkung): $A_{i 4} x_{S P i} = c_{i 4}$

_SPi

x_{M P}^{*} :

Das durch die obige Formel (4) ausgedrückte Hauptproblem ist ein lineares Programmierproblem, das durch eine Leistungssystemeinschränkung und eine Vorrichtungseinschränkung des Elektrofahrzeugs gebildet wird, und bestimmt einen Optimierungsvariablenvektor xMP (= die Leistungserzeugungsmenge jeder DER in jedem Zeitabschnitt), der die Zielfunktion ϕ_MP minimiert. Das Unterproblem i ist ein nichtlineares Programmierproblem mit einer Einschränkung des Kraft-Wärme-Kopplungs-Systems i und bestimmt einen Optimierungsvariablenvektor x_SPi (= einen Betriebsplan jeder Vorrichtung wie z. B. eines Generators oder einer Gefriergeräts, die das Kraft-Wärme-Kopplungssystem i bildet), das die Zielfunktion ϕ_SPi minimiert. Das Unterproblem i wird mit der Lösung des Hauptproblems (x_MP = x_MP*) gelöst, wobei die Lösung des Hauptproblems x_MP* ist. Jedoch gilt die durch die folgende Formel (6) ausgedrückte Beziehung zwischen den Optimierungsvariablenvektoren des ursprünglichen Problems, des Hauptproblems und des Unterproblems i.
[Formel 13] $x = x_{M P} \cup x_{S P 1} \cup x_{S P 2} \cup \dots \cup x_{S P_{n}}$
Die obige Formel (6) zeigt, dass das Zerlegen des Optimierungsvariablenvektors x des ursprünglichen Problems den Umfang des Optimierungsproblems des Hauptproblems und des Unterproblems reduziert.
Da alle Zielfunktionen und Einschränkungen des Hauptproblems linear sind, kann das lineare Programmierungsverfahren der verwendet werden. Mit dem linearen Programmierungsverfahren lässt sich die Lösung auch bei Millionen von Variablen in wenigen Sekunden ermitteln. Selbst wenn sich Elektrofahrzeuge schnell verbreiten, kann daher eine große Anzahl von zu steuernden Elektrofahrzeugen bewältigt werden.
Der Betriebsplan des Kraft-Wärme-Kopplungs-Systems i wird durch Lösen des als Unterproblem i formulierten Optimierungsproblems erzeugt. Das Unterproblem i entspricht einem Optimierungsproblem, das einen Betriebsplan einer Vorrichtung (z. B. eines Generators oder eines Gefriergeräts) in dem Kraft-Wärme-Kopplungs-System i erzeugt. Bei Vorhandensein von mehreren Kraft-Wärme-Kopplungs-Systemen kann es mehrere Unterprobleme geben. Im Folgenden wird nur ein verallgemeinertes Unterproblem i beschrieben. Obwohl das Kraft-Wärme-Kopplungs-System in später beschriebenen Ausführungsformen als ein Beispiel einer DER mit nichtlinearen Eigenschaften beschrieben wird, können auch andere DERs verwendet werden. Obwohl zumindest A, b und/oder c in dem Unterproblem i eine untergeordnete Funktion der Lösung des Hauptproblems ist, wird hier die ermittelte Lösung x_MP* des Hauptproblems als fester Wert verwendet.
Bei dem Hauptproblem werden die Energiekosten ϕ_i des Kraft-Wärme-Kopplungs-Systems i in der Zielfunktion des ursprünglichen Problems durch eine neue Optimierungsvariable θ_i ersetzt, um die Einschränkungen des Kraft-Wärme-Kopplungs-Systems i zu beseitigen. θ_i ist wie durch die folgende Formel (7) ausgedrückt als eine Optimierungsvariable definiert, die einen Wert größer oder gleich den Energiekosten t des optimal betriebenen Kraft-Wärme-Kopplungs-Systems i annimmt. Die einzige Einschränkung in Bezug auf θ_i in dem Hauptproblem ist die Nicht-Negativitätsbedingung und die folgende Formel (7) ist nicht notwendigerweise erfüllt. Angesichts dessen wird eine als Benders-Schnitt bezeichnete Einschränkung hinzugefügt, um den brauchbaren Bereich zu begrenzen, so dass die folgende Formel (7) gilt.
[Formel 14] $θ_{i} \geq min_{x \in X} Φ_{S P_{i}}$
wobei
[Formel 15]
X: Menge aller möglichen Lösungen des Optimierungsvariablenvektors x
Eine Wirkung des Benders-Schnitts besteht darin, dass angenommen wurde, dass die obige Formel (7) für θ_i gilt, wie es oben beschrieben ist. Eine weitere Wirkung besteht darin, einen ungeeigneten Bereich der Zielfunktion aus dem Suchbereich zu entfernen und die Konvergenz zu einer optimalen Gesamtlösung zu fördern.
Ein Verfahren zum Erzeugen des Benders-Schnitts wird nachstehend untersucht. Es wird ein duales Problem (im Folgenden als DSPi bezeichnet) des Unterproblems i betrachtet. DSPi kann als ein Problem betrachtet werden, das den unteren Grenzwert des Unterproblems i maximiert, sodass ein Zielfunktionswert ϕ_DSPi des DSPi kleiner oder gleich einem Zielfunktionswert ϕ_SPi des Unterproblems i ist. Daher gilt die folgende Formel (8).
[Formel 16] $min_{x \in X} Φ_{S P_{i}} \geq min_{x \in X} Φ_{D S P_{i}}$
wobei
[Formel 17]
ϕ_DSPi: Zielfunktion des dualen Problems des Unterproblems i
Eine Schwierigkeit besteht darin, die rechte Seite der folgenden Formel (8) zu schätzen. Als einfaches Verfahren kann ϕ_DSP nacheinander für alle zulässigen Lösungen von x berechnet werden. Ein solches Verfahren widerspricht jedoch dem ursprünglichen Ziel, das Problem effizient zu lösen, indem das Problem in ein Hauptproblem und ein Unterproblem zerlegt wird. Somit wird die rechte Seite der obigen Formel (7) aus der optimalen Lösung ϕ_DSP* des DSP unter der Voraussetzung x_MP = x_MP* geschätzt. Eine als optimale Lösung des DSP ermittelte Optimierungsvariable wird mit z* bezeichnet. z* wird als Empfindlichkeitsinformationen oder Schattenpreis bezeichnet und gibt an, um wie viel sich der Wert der Zielfunktion verbessert oder verschlechtert, wenn eine jeweilige Einschränkung gelockert oder verschärft wird. Unter Verwendung der Empfindlichkeitsinformationen z* wird die rechte Seite der obigen Formel (8) wie durch die folgende Formel (9) gezeigt geschätzt.
[Formel 18] $min_{x \in X} Φ_{D S P_{i}} \sim Φ_{D S P_{i}}^{*} - b_{i}^{T} z^{*}$
wobei
[Formel 19] $ϕ *_{DSPi} optimale L \ddot{o} sung von ϕ_{DSPi} unter der Bedingung, dass x = x*$
Eine auf der Grundlage der obigen Formel (9) abgeleitete Ungleichung bezüglich θ_i ist der Benders-Schnitt, der durch die folgende Formel (10) ausgedrückt wird. Durch Hinzufügen des Benders-Schnitts als Einschränkungsbedingung des Hauptproblems wird die obige Formel (7), die θ_i definiert, erfüllt. Basierend auf der obigen Diskussion wird bei der Benders-Zerlegung ein Optimierungsproblem in ein Hauptproblem und ein Unterproblem zerlegt.
[Formel 20] $θ_{i} \geq Φ_{D S P_{i}}^{*} - b_{i}^{T} z^{*}$
Wie es oben beschrieben ist, werden Empfindlichkeitsinformationen z* benötigt, um den Benders-Schnitt zu erzeugen. Das existierende EMS löst jedoch nur einfach ein dem Unterproblem entsprechendes Problem und behandelt kein duales Problem und hat daher wahrscheinlich keinen Mechanismus zum Ausgeben der Empfindlichkeitsinformationen z*.
Somit schätzt die Empfindlichkeitsinformations-Berechnungseinheit 104 in dem DERMS 101 die Empfindlichkeitsinformation z*. Es gibt zwei mögliche Schätzmethoden, die unten beschrieben werden.
In einem ersten Verfahren löst die Empfindlichkeitsinformations-Berechnungseinheit 104 das DSP. Obwohl in diesem Fall die Empfindlichkeitsinformationen z* bestimmt werden, führt das DERMS 101 eine Berechnung durch, die der durch das EMS 111 durchgeführten Berechnung ähnlich ist, und die Berechnungszeit nimmt wahrscheinlich zu.
Bei einem zweiten Verfahren werden die Empfindlichkeitsinformationen x* unter Verwendung von zwischen dem DERMS 101 und dem EMS 111 ausgetauschten Eingabe-/Ausgabedaten geschätzt. Zum Beispiel wird zum Schätzen der Empfindlichkeitsinformationen z* eine Komplementaritätstheorie verwendet. Die Komplementaritätstheorie ist eine Theorie, die angibt, dass (I) und (II) unten äquivalent sind.

(I) Die Lösung x des Hauptproblems und die Lösung z des dualen Problems sind optimale Lösungen.
(II) Die Gleichheit gilt jeweils bei A^Tz _≤ c und x ≥ 0, und die Gleichheit gilt jeweils bei Az ≥ c und z ≥ 0.

Wenn berücksichtigt wird, dass die Empfindlichkeitsinformationen z* eine optimale Lösung des DSP sind, wie es ersichtlich ist, werden die Empfindlichkeitsinformationen z* aus A, c und x gemäß (II), die oben beschrieben ist, bestimmt. Unter diesen Werten können A und c aus der DER-Parameter-Schätzeinheit 103 erhalten werden und x kann aus dem EMS 111 erhalten werden.
Die Ausgabekombinations-Berechnungseinheit 105 erzeugt den Benders-Schnitt basierend auf den Empfindlichkeitsinformationen z*, die von der Empfindlichkeitsinformations-Berechnungseinheit 104 geschätzt werden, und gibt einen durchsuchbaren Bereich des Hauptproblems aus. Mögliche Formen der Ausgabe umfassen beispielsweise eine Liste, einen Bereich und dergleichen von Ausgabekombinationen von DERs. Im Laufe der iterativen Berechnung wird die Einschränkungsbedingung aufgrund des Benders-Schnitts hinzugefügt, so dass die Liste oder der Bereich von Kombinationen reduziert wird.
<Suche nach optimaler Lösung mit Benders-Schnitt>
4 ist ein Diagramm, das eine beispielhafte Änderung des Suchbereichs aufgrund der iterativen Berechnung unter Verwendung des Benders-Schnitts zeigt. 4 zeigt Ausgaben von DERs, DER1 und DER2, auf der horizontalen Achse und der vertikalen Achse und zeigt ein Problem der Bestimmung einer optimalen Ausgabekombination dieser DERs. Wie es in der linken Hälfte von 4 gezeigt ist, fällt in dem Suchbereich in einer Iteration j eine vorläufige Lösung 401 in eine lokale Lösung, die sich in einigem Abstand von einer optimalen Lösung 402 befindet. Wie es in der rechten Hälfte von 4 gezeigt ist, wird in dem Suchbereich in einer Iteration (j+1) ein Benders-Schnitt 403 neu als Einschränkungsbedingung hinzugefügt und der Suchbereich wird weiter eingeengt. Dadurch kann die vorläufige Lösung 401 aus der lokalen Lösung herausspringen und sich der optimalen Lösung 402 nähern.
Die DER-Gruppen-basierte Leistungserzeugungsmengen-Berechnungseinheit 106 berechnet eine optimale Kombination von Ausgabebereichen aus dem Bereich von Ausgabekombinationen. Insbesondere löst die DER-Gruppen-basierte Leistungserzeugungsmengen-Berechnungseinheit 106 das als Hauptproblem definierte Optimierungsproblem. Das Optimierungsverfahren kann neben dem linearen Programmierproblem beispielsweise auch das Innere-Punkte-Verfahren oder der genetische Algorithmus sein.
Die DER-Gruppen-basierte Leistungserzeugungsmengen-Berechnungseinheit 106 berechnet ferner die obere Grenze (UB) und die untere Grenze (LB) der optimalen Lösung. Da das Hauptproblem dem ursprünglichen Problem entspricht, bei dem einige der Einschränkungen gelockert sind, ist der erhaltene Zielfunktionswert wahrscheinlich kleiner als die optimale Lösung. Daher entspricht der Zielfunktionswert ϕ_MP des Hauptproblems der unteren Grenze LB, wie es die folgende Formel (11) zeigt.
[Formel 21] $LB = ϕ_{MP}$
Andererseits entsprechen die Zielfunktionswerte ϕ_SPi der Unterprobleme i den Werten des ersten bis n-ten Terms des ursprünglichen Problems. Das Unterproblem wird jedoch unter Bedingungen gelöst, die zusätzlich eine Nebenbedingung x_MP = x_MP* umfassen, so dass das Unterproblem i einen geringeren Freiheitsgrad hat als das ursprüngliche Problem, für das alle Lösungen einschließlich x_MP gemeinsam optimiert werden, und der Zielfunktionswert ist wahrscheinlich größer als die optimale Lösung. Außerdem stimmt der Zielfunktionswert ϕ_SPi* für die optimale Lösung des Unterproblems näherungsweise mit dem Zielfunktionswert ϕ_DSPi* für die optimale Lösung des DSPi überein. Dementsprechend wird die Gesamtsumme von ϕ_DSPi* (die Summe der ersten bis n-ten Terms des ursprünglichen Problems) plus ein Wert, der dem letzten Term der Zielfunktion entspricht (der zweite und die folgenden Terme der obigen Formel (11)), als obere Grenze UB der optimalen Lösung bestimmt.
[Formel 22] $U B = \sum_{i = 1}^{n} Φ_{D S P_{i}}^{*} + L b - \sum_{i = 1}^{n} Θ_{i}$
Der Zielfunktionswert der vorläufigen Lösung ist UB. Die Differenz zwischen UB und LB gibt die Größe eines vorläufigen Fehlers in Bezug auf die optimale Lösung an. Im Laufe der iterativen Berechnung nimmt die Differenz zwischen UB und LB ab und die Berechnung wird beendet, wenn die Konvergenzbedingung 121 erfüllt ist.
<Ausgabe der oberen und unteren Grenze 127 der optimalen Lösung>
5 ist ein Diagramm, das eine beispielhafte Ausgabe der oberen und unteren Grenze 127 der optimalen Lösung zeigt. UB und LB können nicht nur zur Konvergenzbestimmung, sondern auch zur Bewertung der Zuverlässigkeit von Lösungen verwendet werden und werden daher an den Leistungsverteilungssystembetreiber 112 als obere und untere Grenze 127 der optimalen Lösung ausgegeben. Ein in 5 gezeigter Graph 500 kann auf einer Anzeigeeinheit (nicht gezeigt), die mit dem DERMS 101 gekoppelt ist, oder einer Anzeigeeinheit (nicht gezeigt) eines Computers des Leistungsverteilungssystembetreibers 112 angezeigt werden. In dem Graph 500 in 5 gibt die horizontale Achse die Anzahl der Berechnungen an und die vertikale Achse gibt den Zielfunktionswert an. Wenn die Anzahl der Berechnungen zunimmt, nimmt eine UB 501 ab und eine LB 502 zu. Dementsprechend nimmt ein Fehlerbereich 503 der vorläufigen Lösung 401 in Bezug auf die optimale Lösung 402, der durch die Differenz zwischen UB und LB definiert ist, ab. Obwohl die UB 501 und die LB 502 als Beispiel als Funktion der Anzahl der Berechnungen ausgegeben werden, können die UB 501 und die LB 502 der endgültigen Lösung oder die UB 501 und die LB 502 für eine Lösung, für die die Differenz zwischen der UB und LB kleiner oder gleich einem vorbestimmten Wert ist, der die Genauigkeit der ausgegebenen Lösung sicherstellen kann, ausgegeben werden.
<Prozess des DERMS 101 gemäß Ausführungsform 1>
6 ist ein Ablaufdiagramm, das einen beispielhaften Prozess des DERMS 101 gemäß der Ausführungsform 1 zeigt. Bei Empfang der Konvergenzbedingung 121 von dem Leistungsverteilungssystembetreiber 112 berechnet das DERMS 101 iterativ die Leistungserzeugungsmenge 122 jeder DER und gibt die Leistungserzeugungsmenge 122 an das EMS aus, bis die Konvergenzbedingung 121 erfüllt ist.
Zuerst erzeugt die Optimierungsproblem-Erzeugungseinheit 102 in Schritt S102 ein Optimierungsproblem mit den Parametern in den Formelvorlagen, die durch die obigen Formeln (4) bis (5) ausgedrückt sind, die basierend auf den Leistungssystem-Topologieinformationen 131, den DER-Kopplungssammelschieneninformationen 132, die von dem Leistungsverteilungssystembetreiber aufbewahrt werden, und den Anlageninformationen 123 über die zu steuernde DER, die von dem EMS 111 erhalten werden, bestimmt werden.
In Schritt S103 erhält die DER-Parameter-Schätzeinheit 103 den Energiepreis/-bedarf 124 und den Betriebsplan 125 und die Energiekosten 126 von jeder DER aus jedem EMS 111 und schätzt den Wert jedes Parameters des Optimierungsproblems, der nicht in der Verarbeitung von Schritt S102 bestimmt wird.
In Schritt S104 berechnet die Empfindlichkeitsinformations-Berechnungseinheit 104 einen Schätzwert der Empfindlichkeitsinformationen. In Schritt S105 schätzt die Ausgabekombinations-Berechnungseinheit 105 den durch die obige Formel (10) ausgedrückten Benders-Schnitt auf der Grundlage der Empfindlichkeitsinformationen. In Schritt S106 löst die DER-Gruppen-basierte Leistungserzeugungsmengen-Berechnungseinheit 106 das durch die obige Formel (4) ausgedrückte Optimierungsproblem, indem sie den in Schritt S105 geschätzten Benders-Schnitt als eine neue Einschränkungsbedingung festlegt, wodurch die Leistungserzeugungsmenge 122 jeder DER und die obere und untere Grenze 127 der Lösung berechnet werden.
In Schritt S107 bestimmt die DER-Gruppen-basierte Leistungserzeugungsmengen-Berechnungseinheit 106, ob die Konvergenzbedingung 121 in Schritt S106 erfüllt ist. Wenn die Konvergenzbedingung 121 erfüllt ist (Ja in Schritt S107), endet der Prozess des DERMS 101. Wenn die Konvergenzbedingung 121 nicht erfüllt ist (Nein in Schritt S107), fährt der Prozess mit Schritt S104 fort.
Gemäß dieser Ausführungsform wird beim Lösen eines Optimierungsproblems, das einen Zielfunktionswert und eine optimale Lösung berechnet, die eine Zielfunktion für alle verteilten Energieressourcen einschließlich verteilter Energieressourcen mit linearen Eigenschaften und verteilter Energieressourcen mit nichtlinearen Eigenschaften minimiert, das Optimierungsproblem in ein Hauptproblem mit linearen Einschränkungen und ein Unterproblem mit nichtlinearen Einschränkungen zerlegt. Dann wird eine basierend auf den Empfindlichkeitsinformationen in einem dualen Problem des Unterproblems geschätzte Einschränkungsbedingung zu dem Hauptproblem hinzugefügt, um den Suchbereich für die optimale Lösung zu reduzieren, so dass die optimale Lösung oder eine Lösung nahe der optimalen Lösung schnell berechnet werden kann.
Da außerdem nicht nur der Betriebsplan jeder DER-Gruppe, sondern auch die obere und untere Grenzen der optimalen Lösung ausgegeben werden, kann die Genauigkeit des Betriebsplans angegeben werden, um die Zuverlässigkeit sicherzustellen.
Ausführungsform 2
<Allgemeine Konfiguration des Systems, das das DERMS 101B gemäß Ausführungsform 2 umfasst>
7 ist ein Blockdiagramm, das eine beispielhafte allgemeine Konfiguration eines Systems zeigt, das ein DERMS 101B gemäß einer Ausführungsform 2 umfasst. Das DERMS 101B gemäß der Ausführungsform 2 umfasst verglichen mit dem DERMS 101 gemäß der Ausführungsform 1 ferner eine DER-Steuerbefehlseinheit 601.
Die DER-Steuerbefehlseinheit 601 steuert direkt jede DER 611 durch Ausgeben eines Steuerbefehls 621, der von der an das EMS 111 ausgegebenen Leistungserzeugungsmenge 122 der DER abhängt, an die DER 611. Es kann eine oder mehrere DER 611 geben. Die DER-Steuerbefehlseinheit 601 kann einige der DERs, die durch das DERMS 101B gesteuert werden sollen, direkt steuern.
<Prozess des DERMS 101B gemäß Ausführungsform 2>
8 ist ein Ablaufdiagramm, das einen beispielhaften Prozess des DERMS 101B gemäß der Ausführungsform 2 zeigt. Der Prozess des DERMS 101B gemäß der Ausführungsform 2 umfasst im Vergleich zu dem Prozess des DERMS 101 gemäß die Ausführungsform 1 (siehe 6) ferner eine DER-Steuerbefehlsverarbeitung von Schritt S601.
In Schritt S601 gibt die DER-Steuerbefehlseinheit 601 an jede DER 611, für die bestimmt wird, dass die Konvergenzbedingung 121 in Schritt S107 erfüllt ist, einen Steuerbefehl 621 aus, der die DER 611 basierend auf der Leistungserzeugungsmenge 122 der DER direkt steuert.
Ausführungsform 3
< Allgemeine Konfiguration des Systems, das das DERMS 101C gemäß Ausführungsform 3 umfasst >
9 ist ein Blockdiagramm, das eine beispielhafte allgemeine Konfiguration eines Systems mit einem DERMS 101C gemäß einer Ausführungsform 3 zeigt. Das DERMS 101C gemäß der Ausführungsform 3 umfasst im Vergleich zu dem DERMS 101 gemäß der Ausführungsform 1 ferner eine Konvergenzbedingungs-Berechnungseinheit 701. Als Eingabedaten wird ferner eine Leistungsverteilungssystem-Zustandsgröße 731 in das DERMS 101C eingegeben. Während die Konvergenzbedingung 121 in 1 von dem Leistungsverteilungssystembetreiber 112 eingegeben wird, wird gemäß der Ausführungsform 3 keine Konvergenzbedingung 121 von außen eingegeben, und das DERMS 101c berechnet die Konvergenzbedingung 121 selbst.
Während in der Ausführungsform 1 angenommen wird, dass die erforderliche Lösungsgenauigkeit als Konvergenzbedingung 121 durch den Leistungsverteilungssystembetreiber 112 bestimmt wird, wird gemäß der Ausführungsform 3 die Leistungsverteilungssystem-Zustandsgröße 731 wie z. B. die Spannung oder Frequenz wie erforderlich eingegeben und die Konvergenzbedingungs-Berechnungseinheit 701 bestimmt automatisch die Konvergenzbedingung 121. Wenn beispielsweise die Lastschwankungen klein sind oder die Spannung weit unter die Schwelle fällt, wird die maximale Berechnungszeit, die eine der Konvergenzbedingungen 121 ist, lang eingestellt, damit ein Betriebsplan gesucht wird, der möglichst niedrige Energiekosten liefert. Andererseits wird im Falle eines Unfalls dann, wenn sich die Last schnell ändert oder wenn die Spannung in der Nähe der Schwelle liegt, die maximale Berechnungszeit kurz eingestellt, da der schnellen Ausgabe eines Steuerbefehls Priorität eingeräumt werden sollte.
Bezüglich der Energiekosten, die eine weitere Konvergenzbedingung 121 darstellen, werden vergangene Betriebspläne des Leistungsverteilungssystembetreibers und Kosten dafür in einer Tabelle in Zuordnung zu den Leistungssystemzuständen gespeichert. Beispielsweise wird eine Konvergenzbedingung 121 festgelegt, bei der der von dem DERMS 101C ausgegebene neue Betriebsplan unter der Bedingung der gleichen Leistungsverteilungssystem-Zustandsgröße 731 niedrigere Energiekosten als die früheren Betriebspläne haben muss. Wenn kein neuer Betriebsplan gefunden wird, der die festgelegte Konvergenzbedingung 121 unter der Bedingung der aktuellen Leistungsverteilungssystem-Zustandsgröße 731 erfüllt, gibt das DERMS 101C den vergangenen Betriebsplan, der in der Tabelle in Zuordnung zu der gleichen Leistungsverteilungssystem-Zustandsgröße 731 gespeichert ist, unverändert aus.
<Prozess des DERMS 101B gemäß Ausführungsform 3>
10 ist ein Ablaufdiagramm, das einen beispielhaften Prozess des DERMS 101C gemäß der Ausführungsform 3 zeigt. Der Prozess des DERMS 101C gemäß der Ausführungsform 3 umfasst im Vergleich zu dem Prozess des DERMS 101 gemäß der Ausführungsform 1 (siehe 6) ferner eine Konvergenzbedingungs-Berechnungsverarbeitung von Schritt S701 vor Schritt S102. In Schritt S701 legt die Konvergenzbedingungs-Berechnungseinheit 701 automatisch die Konvergenzbedingung 121 basierend auf der Leistungsverteilungssystem-Zustandsgröße 731 fest.
<Computer zum Implementieren der DERMS 101, 101B und 101C >
11 ist ein Diagramm, das beispielhafte Hardware eines Computers zeigt, der die DERMS 101, 101B und 101C implementiert. Ein Computer 5000, der die DERMS 101, 101B und 101C implementiert, umfasst eine Zentralverarbeitungseinheit (CPU) oder einen anderen Prozessor 5300, einen Direktzugriffsspeicher (RAM) oder einen anderen Speicher 5400, eine Eingabevorrichtung 5600 (wie etwa eine Tastatur, eine Maus oder ein Berührungsfeld) und eine Ausgabevorrichtung 5700 (wie etwa eine Videografikkarte, die mit einem externen Anzeigemonitor gekoppelt ist), die durch einen Speicher-Controller 5500 miteinander verbunden sind. In dem Computer 5000 wird ein Programm zum Implementieren des DERMS aus einer externen Speichervorrichtung 5800 wie etwa einer SSD oder einer HDD über einen Eingabe/Ausgabe-Controller (E/A-Controller) 5200 gelesen und durch den Prozessor 5300 und den Speicher 5400 ausgeführt, die miteinander zusammenarbeiten, um das DERMS zu implementieren. Alternativ kann jedes Programm zum Implementieren des DERMS aus einem externen Computer durch Kommunikation über eine Netzschnittstelle 5100 erhalten werden. Alternativ kann das Programm zum Implementieren des DERMS in einem tragbaren Speichermedium gespeichert sein, durch eine Medienlesevorrichtung gelesen und durch den Prozessor 5300 und den Speicher 5400, die zusammenarbeiten, ausgeführt werden.
Die vorliegende Erfindung ist nicht auf die oben beschriebenen Ausführungsformen beschränkt und umfasst verschiedene Abwandlungen. Beispielsweise werden die obigen Ausführungsformen ausführlich beschrieben, um die vorliegende Erfindung klar zu beschreiben, und weisen nicht notwendigerweise alle beschriebenen Komponenten auf. Einige der Komponenten einer der Ausführungsformen können durch eine Komponente einer anderen Ausführungsform ersetzt werden, und eine Komponente einer der Ausführungsformen kann zu einer anderen Ausführungsform hinzugefügt werden. Darüber hinaus können einige der Komponenten jeder der Ausführungsformen hinzugefügt, weggelassen, ersetzt, integriert oder verteilt werden. Die in den Ausführungsformen gezeigten Komponenten und Verarbeitungen können je nach Effizienz der Implementierung oder Verarbeitung nach Bedarf verteilt, integriert oder ersetzt werden.
Bezugszeichenliste

101, 101B, 101C: DERMS
102: Optimierungsproblem-Erzeugungseinheit
103: DER-Parameter-Schätzeinheit
104: Empfindlichkeitsinformations-Berechnungseinheit
105: Ausgabekombinations-Berechnungseinheit
106: DER-Gruppen-basierte Leistungserzeugungsmengen-Berechnungseinheit
111: MES
112: Leistungsverteilungssystembetreiber
121: Konvergenzbedingung
122: Leistungserzeugungsmenge jeder DER
123: Einrichtungsinformationen
124: Energiepreis/-bedarf
125: Betriebsplan der DER
126: Energiekosten
127: Obere und untere Grenze der optimalen Lösung
131: Leistungssystem-Topologieinformationen
132: DER-Kopplungssammelschieneninformationen
601: DER-Steuerbefehlseinheit
701: Konvergenzbedingungs-Berechnungseinheit
731: Leistungsverteilungssystem-Zustandsgröße
5000: Computer
5300: Prozessor
5400: Speicher

Claims

System zur Verwaltung verteilter Energieressourcen, das umfasst: eine Optimierungsproblem-Erzeugungseinheit, die ein Optimierungsproblem erzeugt, das einen Kostenindex von verteilten Energieressourcen aus Leistungssystem-Topologieinformationen, Kopplungssammelschieneninformationen zu den verteilten Energieressourcen und Einrichtungsinformationen zu den verteilten Energieressourcen, die aus einem Energieressourcenverwaltungssystem erhalten werden, minimiert oder maximiert, und das Optimierungsproblem in ein Hauptproblem mit einer linearen Einschränkung und ein Unterproblem mit einer nichtlinearen Einschränkung zerlegt; eine Ausgabekombinations-Berechnungseinheit, die eine neue Einschränkungsbedingung für das Hauptproblem basierend auf Empfindlichkeitsinformationen in einem dualen Problem des Unterproblems schätzt, die neue Einschränkungsbedingung zu einer Einschränkungsbedingung des Hauptproblems hinzufügt, um einen Suchbereich für eine Lösung des Problems Hauptproblems zu begrenzen, und einen Bereich von Ausgabekombinationen verteilter Energieressourcen berechnet; und eine Leistungserzeugungsmengen-Berechnungseinheit, die ein als Hauptproblem definiertes Optimierungsproblem basierend auf dem von der Ausgabekombinations-Berechnungseinheit berechneten Bereich von Ausgabekombinationen löst, um Leistungserzeugungsmengen der verteilten Energieressourcen zu berechnen, und die berechneten Leistungserzeugungsmengen an das Energieressourcenverwaltungssystem ausgibt.
System zur Verwaltung verteilter Energieressourcen nach Anspruch 1, wobei, bis eine Konvergenzbedingung bei der Berechnung des Hauptproblems erfüllt ist, iterative Berechnungen durchgeführt werden, in denen die Ausgabekombinations-Berechnungseinheit iterativ einen Prozess des Schätzens einer neuen Einschränkungsbedingung für das Hauptproblem basierend auf Empfindlichkeitsinformationen in einem dualen Problem des Unterproblems, des Hinzufügens der neuen Einschränkungsbedingung zu einer Einschränkungsbedingung des Hauptproblems, um einen Suchbereich für eine Lösung des Hauptproblems einzuschränken, und des Berechnens einer Reihe von Ausgabekombinationen von verteilten Energieressourcen durchführt, und die Leistungserzeugungsmengen-Berechnungseinheit iterativ einen Prozess des Lösens des Hauptproblems basierend auf dem Bereich von Ausgabekombinationen, die von der Ausgabekombinations-Berechnungseinheit berechnet werden, um Leistungserzeugungsmengen der verteilten Energieressourcen zu berechnen, und des Ausgebens der berechneten Leistungserzeugungsmengen an das Energieressourcenverwaltungssystem durchführt.
System zur Verwaltung verteilter Energieressourcen nach Anspruch 2, das ferner umfasst: eine Parameter-Schätzeinheit, die basierend auf aus dem Energieressourcenverwaltungssystem erhaltenen Informationen einen Wert eines Parameters, dessen Wert unbestimmt ist, unter Parametern, die in einer Zielfunktion und einer Einschränkungsbedingung des Hauptproblems oder des Unterproblems enthalten sind, schätzt.
System zur Verwaltung verteilter Energieressourcen nach Anspruch 3, das ferner umfasst: eine Empfindlichkeitsinformations-Berechnungseinheit, die die Empfindlichkeitsinformationen basierend auf einem Parameter, der in einer Zielfunktion und einer Einschränkungsbedingung des Hauptproblems oder des Unterproblems enthalten ist, und Informationen, die aus dem Energieressourcenverwaltungssystem erhalten werden, berechnet.
System zur Verwaltung verteilter Energieressourcen nach Anspruch 2, das ferner umfasst: eine Konvergenzbedingungs-Berechnungseinheit, die die Konvergenzbedingung basierend auf einer Energieverteilungssystem-Zustandsgröße berechnet.
System zur Verwaltung verteilter Energieressourcen nach Anspruch 2, wobei die Leistungserzeugungsmengen-Berechnungseinheit ferner eine obere Grenze und eine untere Grenze einer optimalen Lösung des Hauptproblems, die eine Genauigkeit der aus dem Hauptproblem berechneten Leistungserzeugungsmengen der verteilten Energieressourcen angeben, zusammen mit den berechneten Leistungserzeugungsmengen der verteilten Energieressourcen ausgibt.
System zur Verwaltung verteilter Energieressourcen nach Anspruch 6, wobei die Leistungserzeugungsmengen-Berechnungseinheit die Leistungserzeugungsmengen der verteilten Energieressourcen, die aus dem Hauptproblem berechnet werden, und die obere Grenze und die untere Grenze der optimalen Lösung des Hauptproblems in jeder der iterativen Berechnungen als ein Berechnungsprotokoll ausgibt.
System zur Verwaltung verteilter Energieressourcen nach einem der Ansprüche 1 bis 7, das ferner umfasst: eine Steuerbefehlseinheit, die die verteilten Energieressourcen basierend auf den Leistungserzeugungsmengen der verteilten Energieressourcen steuert, die von der Leistungserzeugungsmengen-Berechnungseinheit berechnet werden.
Verfahren zur Verwaltung verteilter Energieressourcen, das von einem verteilten Energieverwaltungssystem durchgeführt wird und umfasst: eine Verarbeitung, bei der eine Optimierungsproblem-Erzeugungseinheit des verteilten Energieverwaltungssystems ein Optimierungsproblem erzeugt, das einen Kostenindex von verteilten Energieressourcen aus Leistungssystem-Topologieinformationen, Kopplungssammelschieneninformationen zu den verteilten Energieressourcen und Einrichtungsinformationen zu den verteilten Energieressourcen, die aus einem Energieressourcenverwaltungssystem erhalten werden, minimiert oder maximiert, und das Optimierungsproblem in ein Hauptproblem mit einer linearen Einschränkung und ein Unterproblem mit einer nichtlinearen Einschränkung zerlegt; eine Verarbeitung, bei der eine Ausgabekombinations-Berechnungseinheit des verteilten Energieverwaltungssystems eine neue Einschränkungsbedingung für das Hauptproblem basierend auf Empfindlichkeitsinformationen in einem dualen Problem des Unterproblems schätzt, die neue Einschränkungsbedingung zu einer Einschränkungsbedingung des Hauptproblems hinzufügt, um einen Suchbereich für eine Lösung des Problems Hauptproblems zu begrenzen, und einen Bereich von Ausgabekombinationen verteilter Energieressourcen berechnet; und eine Verarbeitung, bei der eine Leistungserzeugungsmengen-Berechnungseinheit des verteilten Energieverwaltungssystems ein als Hauptproblem definiertes Optimierungsproblem basierend auf dem von der Ausgabekombinations-Berechnungseinheit berechneten Bereich von Ausgabekombinationen löst, um Leistungserzeugungsmengen der verteilten Energieressourcen zu berechnen, und die berechneten Leistungserzeugungsmengen an das Energieressourcenverwaltungssystem ausgibt.