JP2023523471A - Energy management system and method - Google Patents
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Abstract
【解決手段】 本開示は、電力管理装置(DRボックス)に関する。電力管理装置は、1つ以上のバッテリの少なくとも充電状態に基づいて、電力網から1つ以上のバッテリ(110)に伝送される電力量、および/または1つ以上のバッテリから電力網に伝送される電力量を示すバッテリ電力設定値を生成し、クライアントサイト(102)の少なくとも電力消費レベルに基づいてバッテリ電力設定値の限界値を生成し、バッテリ電力設定値をバッテリ電力設定値の限界値と比較し、バッテリ電力設定値がバッテリ電力設定値の限界値を超えた場合、バッテリ電力設定値を、バッテリ電力設定値の限界値以下の値に減少させるように構成されている。【選択図】 図1Kind Code: A1 The present disclosure relates to a power management device (DR box). The power management device determines the amount of power transferred from the power grid to the one or more batteries (110) and/or the power transferred from the one or more batteries to the power grid based on at least the state of charge of the one or more batteries. generating a battery power setting value indicative of a quantity; generating a battery power setting limit value based at least on a power consumption level of the client site (102); comparing the battery power setting value to the battery power setting limit value; and, if the battery power setpoint exceeds the battery power setpoint limit, the battery power setpoint is reduced to a value less than or equal to the battery power setpoint limit. [Selection diagram] Fig. 1
Description
本開示は、一般に、電子的な電力管理装置およびシステムの分野に関し、特に、1つ以上のサイトにおける電力管理のための装置、システムおよび方法に関するものである。 TECHNICAL FIELD This disclosure relates generally to the field of electronic power management devices and systems, and more particularly to devices, systems and methods for power management at one or more sites.
電力供給網では、停電を招く虞がある過負荷を回避するために、常に電力網の需要と供給とのバランスをとることが課題となっている。 Power grids are constantly challenged to balance the demand and supply of the power grid to avoid overloads that can lead to power outages.
近年、電気エネルギーの消費量が比較的多いサイトに対して、ピーク需要時に電力網から引き出す電力を制限することに同意するよう、金銭的なインセンティブが与えられている。これは、例えば、購入する電気エネルギーに対してより競争力のある価格をサイトが得ることを可能にする。 In recent years, sites with relatively high consumption of electrical energy have been financially incentivized to agree to limit the power they draw from the grid during peak demand periods. This allows sites to obtain more competitive prices for the electrical energy they purchase, for example.
サイトによっては、エネルギーへの要求が比較的に柔軟で、電力網からの電力供給が一時的に減少しても受け入れることができる場合がある。 Some sites may have relatively flexible energy requirements and be able to accommodate temporary reductions in power supply from the grid.
また、自由度が低いサイトの場合、電力需要が少ないときに電力網から充電し、電力需要が多いときに電力網から供給される電力を補うことができる大容量のバッテリをサイトに設けるという解決策もある。 For less flexible sites, another solution is to equip the site with large-capacity batteries that can be charged from the grid when power demand is low and supplement power supplied by the grid when power demand is high. be.
しかしながら、そのようなサイトの電力消費をリアルタイムまたはほぼリアルタイムで管理することには技術的に困難である。したがって、当技術分野では、比較的低コストで、比較的速い応答時間を有する電力管理解決策および方法に対するニーズが存在する。 However, managing the power consumption of such sites in real time or near real time is technically difficult. Accordingly, there is a need in the art for power management solutions and methods that are relatively low cost and have relatively fast response times.
本開示の実施形態の目的は、当技術分野における1つ以上のニーズに少なくとも部分的に対処することである。 It is an objective of embodiments of the present disclosure to at least partially address one or more needs in the art.
一態様によれば、電力管理装置が提供される。電力管理装置は、電力網のクライアントサイトにおいて電気エネルギーを貯蔵するように構成された1つ以上のバッテリの少なくとも充電状態に基づいて、前記電力網から前記1つ以上のバッテリに伝送される電力量および/または前記1つ以上のバッテリから前記電力網に伝送される電力量を示すバッテリ電力設定値を生成し、前記クライアントサイトの少なくとも電力消費レベルに基づいて、バッテリ電力設定値の限界値を生成し、前記バッテリ電力設定値を前記バッテリ電力設定値の限界値と比較し、前記バッテリ電力設定値が前記バッテリ電力設定値の限界値を超えた場合、前記バッテリ電力設定値を前記バッテリ電力設定値の限界値以下の値に減少させ、前記バッテリ電力設定値を前記1つ以上のバッテリに適用するように構成されている。 According to one aspect, a power management apparatus is provided. A power management unit determines the amount of power and/or power transferred from the power grid to the one or more batteries configured to store electrical energy at a client site of the power grid based at least on the state of charge of the one or more batteries. or generating a battery power setpoint indicative of the amount of power transferred from the one or more batteries to the power grid, and generating a limit value for the battery power setpoint based at least on the power consumption level of the client site; comparing the battery power setpoint to the battery power setpoint limit, and if the battery power setpoint exceeds the battery power setpoint limit, the battery power setpoint is set to the battery power setpoint limit. and applying said battery power set point to said one or more batteries.
一実施形態によれば、電力管理装置は、前記クライアントサイトによって消費される無効電力Qsite、前記クライアントサイトの1つ以上の負荷の有効電力Pind、および前記クライアントサイトの全体皮相電力の限界値S_limに基づいて、前記バッテリ電力設定値の限界値Plim_spを生成するよう構成されている。 According to one embodiment, the power management device controls the reactive power Qsite consumed by said client site, the active power Pind of one or more loads of said client site, and the limit value S_lim of the total apparent power of said client site. Based on this, the limit value Plim_sp of the battery power setpoint is generated.
一実施形態によれば、電力管理装置は、下記の式に基づいて前記バッテリ電力設定値の限界値(Plim_sp)を生成するように構成されている。 According to one embodiment, the power management device is configured to generate the limit value (Plim_sp) of said battery power set point based on the following formula:
一実施形態によれば、前記クライアントサイトは少なくとも1つの電力発生装置を備え、前記電力管理装置は、前記電力発生装置によって発生した電力の関数としても前記バッテリ電力設定値の限界値を生成するように構成されている。 According to one embodiment, the client site comprises at least one power generation device, and the power management device is configured to generate the battery power set point limit also as a function of the power generated by the power generation device. is configured to
一実施形態によれば、電力管理装置は、前記電力網の需要レベルに基づいて前記バッテリ電力設定値を生成するようにさらに構成されている。 According to one embodiment, the power management device is further configured to generate said battery power set point based on a demand level of said power grid.
一実施形態によれば、電力管理装置は、前記電力網から前記クライアントサイトに供給された交流電圧の周波数偏差を検出することにより、前記電力網の電力不均衡のレベルを検出するように構成されている。 According to one embodiment, the power management device is configured to detect the level of power imbalance of the power grid by detecting the frequency deviation of the alternating voltage supplied from the power grid to the client site. .
一実施形態によれば、電力管理装置は、前記クライアントサイトの少なくとも1つの電力メータを読み取ることによって、前記クライアントサイトの電力消費レベルを検出するように構成されている。 According to one embodiment, the power management device is configured to detect the power consumption level of said client site by reading at least one power meter of said client site.
一実施形態によれば、電力管理装置は、プログラムされたバッテリ充電または放電動作に基づいて、前記バッテリ電力設定値を生成するようにさらに構成されている。 According to one embodiment, the power management device is further configured to generate said battery power set point based on a programmed battery charging or discharging operation.
一実施形態によれば、電力管理装置は、プログラムされたバッテリ充電または放電動作に関するプログラミングデータを受信するために、中央システムと通信するようにさらに構成されている。 According to one embodiment, the power management unit is further configured to communicate with a central system to receive programming data regarding programmed battery charging or discharging operations.
一実施形態によれば、前記バッテリ電力設定値は、前記電力網から前記1つ以上のバッテリに伝送される電力量を示し、前記バッテリ電力設定値の限界値は、バッテリ充電電力設定値の限界値であり、前記電力管理装置は、さらに、前記1つ以上のバッテリの少なくとも充電状態に基づいて、前記1つ以上のバッテリから前記電力網に伝送される電力量を示す他のバッテリ電力設定値を生成し、前記クライアントサイトの少なくとも電力消費レベルに基づいて、バッテリ放電電力設定値の限界値を生成し、前記他のバッテリ電力設定値を前記バッテリ放電電力設定値の限界値と比較し、前記他のバッテリ電力設定値が前記バッテリ放電電力設定値の限界値を超えた場合、前記他のバッテリ電力設定値を前記バッテリ放電電力設定値の限界値以下の値に減少させ、前記他のバッテリ電力設定値を前記1つ以上のバッテリに適用するように構成されている。 According to one embodiment, the battery power setpoint is indicative of the amount of power transferred from the power grid to the one or more batteries, and the battery power setpoint limit is a battery charging power setpoint limit. and the power management unit is further configured to generate another battery power setpoint indicative of the amount of power transferred from the one or more batteries to the power grid based at least on the state of charge of the one or more batteries. generating a battery discharge power setting limit value based at least on the power consumption level of the client site; comparing the other battery power setting value to the battery discharge power setting limit value; if the battery power set value exceeds the battery discharge power set value limit value, the other battery power set value is decreased to a value equal to or less than the battery discharge power set value limit value, and the other battery power set value to the one or more batteries.
他の態様によれば、電力管理システムが提供される。電力管理システムは、中央システムと、複数のクライアントサイトとを備え、各クライアントサイトは、前述した電力管理装置を備え、中央システムは、各電力管理装置と通信するように構成されている。 According to another aspect, a power management system is provided. The power management system comprises a central system and a plurality of client sites, each client site comprising a power management device as described above, the central system being configured to communicate with each power management device.
一実施形態によれば、中央システムは、制御およびデータ取得システムと、前記制御およびデータ取得システムと通信する分散資源管理システムとを備える。 According to one embodiment, the central system comprises a control and data acquisition system and a distributed resource management system communicating with said control and data acquisition system.
さらに他の態様によれば、電力管理方法が提供される。電力管理方法は、電力管理装置によって、電力網のクライアントサイトにおいて電気エネルギーを貯蔵するように構成された1つ以上のバッテリの少なくとも充電状態に基づいて、前記電力網から前記1つ以上のバッテリに伝送される電力量および/または前記1つ以上のバッテリから前記電力網に伝送される電力量を示すバッテリ電力設定値を生成することと、前記電力管理装置によって、前記クライアントサイトの少なくとも電力消費レベルに基づいて、バッテリ電力設定値の限界値を生成することと、前記電力管理装置によって、前記バッテリ電力設定値を前記バッテリ電力設定値の限界値と比較することと、前記バッテリ電力設定値が前記バッテリ電力設定値の限界値を超えた場合、前記電力管理装置によって、前記バッテリ電力設定値を前記バッテリ電力設定値の限界値以下の値に減少させることと、前記電力管理装置によって、前記バッテリ電力設定値を前記1つ以上のバッテリに適用することとを含む。 According to yet another aspect, a power management method is provided. A power management method is transmitted by a power management device from the power grid to the one or more batteries configured to store electrical energy at a client site of the power grid based at least on the state of charge of the one or more batteries. and/or generating a battery power setpoint indicative of the amount of power transferred from the one or more batteries to the power grid; generating a battery power setpoint limit; comparing, by the power management device, the battery power setpoint to the battery power setpoint limit; reducing, by the power management device, the battery power setpoint to a value less than or equal to the battery power setpoint limit if the value limit is exceeded; and reducing the battery power setpoint by the power management device. and applying to the one or more batteries.
一実施形態によれば、前記バッテリ電力設定値は、前記電力網から前記1つ以上のバッテリに伝送される電力量を示し、前記バッテリ電力設定値の限界値は、バッテリ充電電力設定値の限界値であり、前記方法は、さらに、1つ以上のバッテリの少なくとも充電状態に基づいて、前記1つ以上のバッテリから前記電力網に伝送される電力量を示す他のバッテリ電力設定値を生成することと、前記クライアントサイトの少なくとも電力消費レベルに基づいて、バッテリ放電電力設定値の限界値を生成することと、前記他のバッテリ電力設定値と前記バッテリ放電電力設定値の限界値と比較することと、前記他のバッテリ電力設定値が前記バッテリ放電電力設定値の限界値を超えた場合、前記他のバッテリ電力設定値を前記バッテリ放電電力設定値の限界値以下の値に減少させることと、前記他のバッテリ電力設定値を前記1つ以上のバッテリに適用することとを含む。 According to one embodiment, the battery power setpoint is indicative of the amount of power transferred from the power grid to the one or more batteries, and the battery power setpoint limit is a battery charging power setpoint limit. and the method further comprising generating another battery power setpoint indicative of the amount of power transferred from the one or more batteries to the power grid based at least on the state of charge of the one or more batteries. generating a battery discharge power setting limit based at least on a power consumption level of said client site; comparing said other battery power setting with said battery discharge power setting limit; if the other battery power setpoint exceeds the battery discharge power setpoint limit, then reducing the other battery power setpoint to a value less than or equal to the battery discharge power setpoint limit; to the one or more batteries.
上記および他の特徴および利点は、添付図面を参照して本発明を限定するものではない実例として与えられる以下の特定の実施形態に詳細に記載されている。 These and other features and advantages are described in detail in the following specific embodiments, given by way of non-limiting illustration of the invention, with reference to the accompanying drawings.
同様の特徴が、様々な図面で同様の参照符号によって示されている。特に、様々な実施形態で共通の構造的特徴および/または機能的特徴は同一の参照符号を有する場合があり、同一の構造特性、寸法特性および材料特性を有する場合がある。 Similar features are indicated by similar reference numerals in the various drawings. In particular, structural and/or functional features common to various embodiments may have the same reference numerals and may have the same structural, dimensional and material properties.
特に指定しない限り、2つの要素が接続されていると言及する場合は、導体以外の中間要素なしに直接接続されていることを意味し、2つの要素が結合されていると言及する場合は、これら2つの要素が接続されていてもよいし、1つ以上の他の要素を介して接続されていてもよいことを意味する。 Unless otherwise specified, a reference to two elements being connected means that they are directly connected with no intermediate element other than a conductor; It means that these two elements may be connected or may be connected via one or more other elements.
以下の開示では、特に指定しない限り、「前」「後ろ」、「頂部」、「底部」、「左」、「右」などの絶対位置、若しくは「上方」、「下方」、「上側」、「下側」などの相対位置を限定する用語、または「水平」、「垂直」などの方向を限定する用語を参照する場合、図に示された方向を参照する。 In the following disclosure, absolute positions such as "front", "back", "top", "bottom", "left", "right" or "upper", "lower", "upper", "upper", "lower", "upper", unless otherwise specified. When referring to relative position-defining terms such as "underlying" or to directional-defining terms such as "horizontal", "vertical", etc., reference is made to the directions shown in the figures.
特に指定しない限り、「約」、「実質的に」、「~ほどの」という表現は、10%以内、好ましくは5%以内であることを意味する。 Unless otherwise specified, the terms "about," "substantially," and "as much as" mean within 10%, preferably within 5%.
図1は、本開示の例示的な実施形態による電力供給システム100を示すブロック図である。
FIG. 1 is a block diagram illustrating a
図1の例では、電力供給システム100は、2つのクライアントサイト102、104と、中央電力管理システム106と、マーケットサーバ107と、電力網運用者サーバ108とを備える。
In the example of FIG. 1 ,
電力供給システム100におけるクライアントサイトは、電気負荷および/または電気エネルギー貯蔵装置を含むサイトに対応し、電気エネルギーは、電力網からクライアントサイトへ、および/またはクライアントサイトから電力網へ伝送される。例えば、クライアントサイト102、104と電力網の運用者とが関与する1つ以上の電力供給契約が締結され、エンティティ間の商業的関係が確立される。図1の実施形態では2つのクライアントサイト102、104が図示されているが、代替の実施形態では、中央電力管理システム106によって管理されるクライアントサイトの数が任意の数であってもよい。
A client site in
クライアントサイト102、104の各々は、柔軟な電気エネルギー資源、言い換えれば、現在および将来のニーズに適合可能な電気負荷および/または電気エネルギー貯蔵装置を備える。
Each of the
図1の例では、クライアントサイト102は、電気エネルギー貯蔵装置と電気負荷とを備え、クライアントサイト104は、電力発生装置と電気負荷とを備える。しかしながら、サイトは、電気負荷に加えて電気エネルギー貯蔵装置と電力発生装置との両方を備えてもよいし、電気負荷、電力発生装置または電気エネルギー貯蔵装置のみを備えてもよい。
In the example of FIG. 1,
例えば、クライアントサイト102は、大容量のバッテリバンク110を備え、バッテリバンク110は、例えば10MWまでの電気エネルギーを入力または出力することができ、例えば10kWh以上20MWh以下の貯蔵容量を有する。バッテリバンク110は、例えば、バッテリ管理システム112を介して、以下、デマンドレスポンスボックス、または単にDRボックスと称するオンサイト監視制御インタフェース114に結合される。DRボックス114は、例えばプログラマブルロジックコントローラ(PLC)であり、また例えば、エネルギー管理システム(EMS)の役割と同様に、エネルギー管理を実施するように構成されている。
For example, the
クライアントサイト102はまた、例えば、図1の例において工場で示す1つ以上の電気負荷118を備え、1つ以上のプログラマブルロジックコントローラ(PLC)120を介してDRボックス114に結合されている。例えば、電気負荷118は、電気機械、照明、工業用オーブンもしくは他の形態の加熱システム、冷凍システムおよび/または空調などの冷却システム、および/または他の形態の電気エネルギー消費負荷に対応する負荷などの工業用負荷に対応するものである。例えば、1つ以上の電気負荷118は、100kWから400MW、または400MW以上の合計最大消費量を有する。しかしながら、いくつかの実施形態では、クライアントサイト104によって消費される電力のレベルには、一定の柔軟性が存在する。例えば、消費量は、最大消費レベルから少なくとも50kW、いくつかの実施形態では最大で数十メガワット以上減ってもよい。
DRボックス114は、例えば、単相および/または三相の有効電力および無効電力、および/または他の電気特性を監視するための1つ以上のオンサイトメータ116に結合される。例えば、オンサイトメータ116は、サイトへおよび/またはサイトから供給された電流を監視する1つ以上の電気メータ、バッテリバンク110へ供給されたまたはバッテリバンク110から引き出した電流を監視する1つ以上の電気メータ、電気信号の位相を監視する1つ以上の電気メータ、およびクライアントサイト102から見て電力網に存在する電気供給電圧の周波数を監視する1つ以上のAC(交流)周波数メータを含む。測定され得る他の特性は、電気エネルギーおよび力率を含む。DRボックス114は、例えば、これらのメータ116からメータデータを取得するように構成されている。さらに、DRボックス114は、例えば、クライアントサイト102と中央電力管理システム106との間の通信インタフェースを提供するように構成されている。
The
DRボックス114は、例えば、インターネットを介して、中央電力管理システム106と、場合によってはクライアント機器と通信することが可能である。例えば、図1には図示されていないが、DRボックス114とインターネットとの間の接続は、ADSL(非対称デジタル加入者回線)モデムなどの交換通信ネットワーク、または例えばセルラー通信網を含む無線接続を介する。
クライアントサイト104は、例えば、DRボックス114と、クライアントサイト102のメータと同様の役割を果たす1つ以上のメータ116とを備え、繰り返して詳細に説明しない。また、クライアントサイト104は、例えば、クライアントサイト102の電気負荷118と同様の1つ以上の電気負荷118を備え、1つ以上のPLC120を介してDRボックス114に結合されている。さらに、図1の例では、クライアントサイト104は、1つ以上の電力発生装置122を備え、電力発生装置122は、例えば、光電発電機、風力タービン、ジェンセット、または他のタイプの電力発生装置である。
図1の例では、各クライアントサイト102、104に1つのDRボックス114が設けられているが、代替の実施形態では、いくつかのサイトは複数のDRボックス114を備えてもよい。
Although one
中央電力管理システム106は、例えば、各DRボックス114からデータを受信し、DRボックス114を介してクライアントサイト102、104に制御信号を提供する機能を担う、例えば監視制御およびデータ取得システム(SCADA)である制御およびデータ取得システム128を備える。特に、SCADA128は、例えば、サイトへもしくはサイトから供給される電力、および/またはバッテリバンク110へ印加されるもしくはバッテリバンクから引き出す電力を制御するために、クライアントサイト102、104のDRボックスへ制御信号を送信する機能を担う。さらに、SCADA128は、例えば、クライアントサイト102、104からのデータ測定値を取得し保存する機能を担い、また、サイトがバッテリを含む場合に、バッテリバンク110の充電状態など、サイトの状態に関する情報を取得し保存する機能を担う。
The central
中央電力管理システム106はまた、例えば分散型エネルギー資源管理システム(DERMS)130を備え、これは例えば電力供給システム100の様々なクライアントサイトの負荷またはバッテリに関連して資源操作を組織化するように構成されたコンピュータプラットフォームである。DERMS130はまた、例えば、マーケットサーバ107とのインタフェース、および電力網運用者サーバ108とのインタフェースを提供する。
The central
例えば、マーケットサーバ107は、現在および/または将来の期間の電力価格に関する情報を提供し、また、電力網運用者サーバ108によって要求された有効化に関する情報を提供する。
For example, the
電力網運用者サーバ108は、例えば、クライアントサイトへ電力を供給する電力網の運用者のコンピュータプラットフォームに対応する。欧州では、電力網運用者は、例えば、送電システム運用者(TSO)(フランス語で「Gestionnaire du Reseau de Transport」-GRT)、および/または配電システム運用者(DSO)に対応する。例えば、電力網運用者サーバ108は、起動命令をDERMS130に提供し、DERMS130は、監視データおよび/または負荷状態などの制御データを電力網運用者サーバ108に提供する。
A power
DERMS130は、例えば、従量料金の削減または電力網へのバランシングサービスを通じて、例えば、クライアントサイトでエネルギーコストを削減し、および/または、収益を生み出すために、現在および/または将来の期間の電力価格を考慮して、クライアントサイトにおける電力使用をどのように適合させることができるかを決定するように構成されている。例えば、DERMS130は、例えば比較的低い電力価格を考慮して電力網からバッテリバンク110を充電することを優先すべき期間、および例えば比較的高い電力価格を考慮して電力網へバッテリバンク110を放電することを優先すべき期間を指示する制御信号をクライアントサイトに送信するように構成されている。
図2は、本開示の例示的な実施形態による、電気負荷と電気エネルギー貯蔵装置との両方を備えるクライアントサイトの電気供給回路200を示す単線図である。
FIG. 2 is a single line diagram illustrating a client site
電力網からの高電圧供給(HV供給)は、例えば、入力ノード202で印加され、スイッチ204を介してバー206に結合される。バー206は、順番に、回路遮断器208を介して、負荷およびバッテリシステム211に供給するために用いられる他のバー210に結合されている。回路遮断器208は、例えば電動式(M)であり、遠隔操作することが可能である。
A high voltage supply (HV supply) from the power grid, for example, is applied at
図2の例では、セクタ1の負荷及びセクタ2の負荷という2つの負荷グループが存在する。
In the example of FIG. 2, there are two load groups,
セクタ1の負荷は、バー210から、スイッチ212、高電圧から低電圧への変換器(HV/LV変換器)214、回路遮断器216、給電パネル218の直列接続を介して給電される。
同様に、セクタ2の負荷は、バー210から、スイッチ222、HV/LV変換器224、回路遮断器226、および給電パネル228の直列接続を介して供給される。
Similarly, the Sector 2 load is supplied from
図2の例では、バッテリシステム211は、バッテリラックRK1~RK4で形成されたものと、バッテリラックRK5~RK8で形成されたものとの2つのバッテリサブシステムを備え、これらのバッテリラックは例えば図1のバッテリバンク110の一部を形成している。バッテリラックは、例えば、それぞれ、バッテリセルで形成されたモジュールを備える。バッテリシステム211は、例えば内部のバー230を備え、このバー230は、スイッチ232、HV/LV変換器234、および回路遮断器236の直列接続を介してバー210に結合されている。バー230は、電力変換システム238およびスイッチ240を介してバッテリラックRK1~RK4に結合され、電力変換システム242およびスイッチ244を介してバッテリラックRK5~RK8に結合されている。電力変換システム238、242は、例えば、AC/DC変換を行う。
In the example of FIG. 2, the
いくつかの実施形態では、回路遮断器208とバー210との間に、例えば1つ以上の電流変換器246、247が設けられている。電流変換器246は、例えば、電流測定による保護(I保護)を提供する。電流変換器247は、例えば、測定に使用される。同様に、バー206は、例えば、ヒューズを介して電圧変換器248に結合されており、電圧変換器248の2次側の一方は、電圧測定による保護に用いられ、他方は、他のヒューズを介して測定に用いられる。例えば、電流変換器247の2次側と電圧変換器248の2次側とは、測定用のトランスデューサ250に提供される。
In some embodiments, one or more
図3は、本開示の例示的な実施形態による、図1のクライアントサイト102、104のDRボックス114の一部のブロック図である。
FIG. 3 is a block diagram of a portion of
DRボックス114は、例えば、1つ以上のマイクロプロセッサやマイクロコントローラなど、1つ以上のプロセッサを含む処理装置302を備える。DRボックス114は、さらに、バス308を介して処理装置302にリンクされたメモリ304および入出力インタフェース306を備える。例えば、メモリ304は、フラッシュメモリなどの不揮発性メモリであり、DRボックス114の機能を実現するために処理装置302によって実行されるファームウェアを記憶する。DRボックス114は、例えばDRAM(ダイナミックランダムアクセスメモリ)またはSRAM(スタティックランダムアクセスメモリ)など、RAM(ランダムアクセスメモリ)のような揮発性メモリをさらに備えてもよい。
次に、DRボックス114の動作について、図4、図5、図6を参照しながらより詳細に説明する。
The operation of
図4は、本開示の例示的な実施形態による電力管理の方法の動作を示すフローチャートである。図4の方法は、例えば、DRボックス114によって少なくとも部分的に実行される。本方法は、例えば、クライアントサイトにおいて、リアルタイムで入力データに対して実行される。用語「リアルタイム」は、システムの出力応答が、システムのデータ処理遅延によってのみ遅延されるシステムを指す。例えば、本方法はt秒毎に実行され、tは例えば10ms~1分であり、例えば約1秒である。
FIG. 4 is a flow chart illustrating operation of a method of power management according to an exemplary embodiment of the present disclosure. The method of FIG. 4 is performed at least in part by
動作401において、電力網から上述のバッテリバンク110などのバッテリに供給される電力量を示すバッテリ電力設定値Pspが生成される。この設定値は、例えば、kWで表す。バッテリバンク110が電力網から充電される場合、バッテリ電力設定値Pspは例えば正であり、一方、バッテリが電力網に放電される場合、バッテリ電力設定値Pspは例えば負である。以下により詳細に説明するように、バッテリ電力設定値Pspは、例えば、バッテリバンク110の充電状態に基づいて生成される。いくつかの実施形態では、バッテリ電力設定値Pspは、例えば、電力網上のAC電圧の周波数偏差を検出することによって決定された電力網の電力不均衡のレベルに基づいても生成される。バッテリ電力設定値Pspは、追加的または代替的に、バッテリを電力網から充電する動作および/またはバッテリを電力網に放電する動作のプログラムされた動作に基づいてもよい。例えば、そのようなプログラムされた動作は、例えば従量料金の削減または電力網へのバランシングサービスを通じて、サイトの節約および/または収益を生み出すために、DERMS130などの中央電力管理システム106によって設定される。
In
動作402において、これからより詳細に説明するように、kWで表すバッテリ電力設定値の限界値Plim_spが決定される。
In
以下、Pbatはバッテリ有効電力を表し、Pindはサイトの産業負荷の有効電力を表し、Psiteはサイトが消費する有効電力を表し、Psite=Pbat+Pind、S_limは、管理上の皮相電力の限界値で、kVAで表し、Qsiteはサイトが消費する無効電力であり、Ssiteは、サイトが消費する皮相電力であり、kVAで表す。 In the following, Pbat represents the battery active power, Pind represents the active power of the industrial load of the site, Psite represents the active power consumed by the site, Psite = Pbat + Pind, S_lim is the administrative apparent power limit, Expressed in kVA, Qsite is the reactive power consumed by the site and Ssite is the apparent power consumed by the site, expressed in kVA.
値S_limは、例えば、クライアントサイトの電力契約に基づく限界値であり、例えば、図2の回路遮断器208のような1つ以上の回路遮断器によって課され、サイトが許容限界値以上の電力を引き出そうとした場合にトリガされてもよい。
The value S_lim is, for example, a limit based on the client site's power contract, imposed by one or more circuit breakers, such as
サイトが消費する皮相電力Ssiteは、限界値S_lim以下であることが望ましい。皮相電力Ssiteは、有効電力Psiteおよび無効電力Qsiteの関数である。したがって、いくつかの実施形態では、限界値Plim_spは、以下の計算に基づいて決定される。 The apparent power Ssite consumed by the site is preferably less than or equal to the limit value S_lim. The apparent power Ssite is a function of the active power Psite and the reactive power Qsite. Therefore, in some embodiments, the limit value Plim_sp is determined based on the following calculations.
上記で定義されたバッテリ電力設定値の限界値Plim_spは、例えば、バッテリの充電中、言い換えれば、電力が電力網からバッテリバンク110に伝送されている間に適用される限界値に対応する。バッテリ放電電力設定値の限界値は、バッテリの放電中、言い換えれば、電力がバッテリバンク110から電力網に伝送されている間に、同じ式に基づいて同様の方法で生成することもできる。放電の場合、設定値の限界値Plim_spは、例えば負の限界値である。
The battery power setpoint limit value Plim_sp defined above corresponds, for example, to a limit value that is applied during charging of the battery, in other words while power is being transferred from the power grid to the
また、サイト内に電力発生装置がある場合は、発電量分だけバッテリ電力の限界値Plim_spを増加させることも可能である。 Also, if there is a power generation device in the site, it is possible to increase the limit value Plim_sp of the battery power by the power generation amount.
動作403において、限界値Plim_spが設定値Pspと比較され、特に、PspがPlim_spよりも大きいか否かが判断される。バッテリ電力の設定値Pspが限界値Plim_spよりも大きい場合には、動作404において、電力設定値PspがPlim_sp以下に減少されてバッテリバンク110に適用されるが、バッテリ電力の設定値Pspが限界値Plim_spを超えていない場合には、動作405において、バッテリ電力設定値Pspが、例えば、修正されずに適用される。例えば、バッテリ電力設定値Pspをバッテリバンク110に適用することは、DRボックス114によって制御信号を生成し、例えばバッテリ管理システム112を介して、バッテリバンク110に出力することを含む。これは例えば、電力網とバッテリバンク110との間で適切な方向に電力を伝送するために、AC/DC変換器、DC/AC変換器、および/または双方向機能を有する複合AC/DC/AC変換器などの1つ以上の電圧変換器が起動されることになる。例えば、これらの変換器は、図2の変換器238および242に対応する。
In
クライアントサイトでの消費に基づいてバッテリ電力の限界値Plim_spを計算し、バッテリ電力設定値を計算された限界値に制限する利点は、バッテリがネットワークから充電されている間、または産業負荷に電力供給するために放電されている間に、サイトの皮相電力限界値S_limを超えないようにすることである。さらに、DRボックス114を使用してクライアントサイトでこの限界値をローカルに計算して適用することにより、クライアントサイトの電力消費の変動レベルに対する反応が速くなり、DRボックス114と中央管理システムとの間のあらゆる通信遅延のリスクを回避することが可能である。
The advantage of calculating a battery power limit value Plim_sp based on consumption at the client site and limiting the battery power set point to the calculated limit value is that while the battery is being charged from the network or powering an industrial load to avoid exceeding the site's apparent power limit S_lim while being discharged to do so. Furthermore, by calculating and applying this limit locally at the client site using the
図5は、図4の方法を実施するように構成されたソフトウェアモジュールを表すブロック図である。図5の要素は、例えば、上述したDRボックス114によって実現される。
FIG. 5 is a block diagram representing software modules configured to implement the method of FIG. The elements of FIG. 5 are implemented, for example, by the
データ取得モジュール502は、例えば上述した1つ以上のメータ116からのメータデータ、例えばバッテリバンク110の充電状態を示すバッテリデータ、および中央電力管理システム106からのコマンドなどのオフサイトコマンドを含む入力データを受信する。メータデータは、例えば、1秒などの所定の期間にわたってクライアントサイト102によって消費された、例えば電流の形態のエネルギーと、所定の期間にわたってバッテリバンク110に供給されたかまたはバッテリバンク110から引き出された、同じく例えば電流の形態のエネルギーとに関する情報を含む。メータデータはまた、例えば、電力網から受け取ったAC電圧の周波数の測定値を含む。オフサイトコマンドは、例えば、バッテリ充電動作、またはバッテリ放電動作を優先すべき期間を指示し、外部(例えば、DERMS130)から受信した電力設定値を含んでもよい。
The
データ取得モジュール502は、例えば、メータデータ、外部コマンド、および他の受信データに基づいて、装置の他のアルゴリズムによって使用するための様々なデータ値を生成するように構成される。例えば、データ取得モジュール502は、電流測定値、エネルギー測定値、および有効電力、皮相電力、または無効電力の値を取得する機能を担う。
アルゴリズム管理モジュール504は、例えば、データ取得モジュール502によって提供されたデータ値を、バッテリ電力設定値Pspを計算する機能を担う様々なアルゴリズム506に分配する。アルゴリズム管理モジュール504はまた、例えば、バッテリ電力管理を有効化または無効化すべき期間を決定する機能を担う。例えば、一日または一週間のある期間において、例えば電力価格、またはクライアントサイトの電力消費量が低い場合、バッテリ電力管理を無効化することができる。アルゴリズム管理モジュール504はまた、例えば、任意の入力データが利用できないか否か、中央管理システムとのデータ接続があるか否かなど、システムの状態を確認するように構成されている。これらはバッテリ電力管理アルゴリズムの一部または全部の無効化をトリガする可能性もあるからである。
図5の例では、バッテリ電力設定値Pspの計算を担うアルゴリズム506は、バッテリ充電アルゴリズム508、バッテリ放電アルゴリズム510、周波数調節アルゴリズム512、フロー維持アルゴリズム514、充電レベル管理アルゴリズム516および設定値集計アルゴリズム518を含む。
In the example of FIG. 5, the
バッテリ充電アルゴリズム508は、例えば、バッテリバンクが充電されるkW単位の電力レベルを示す電力設定値を生成する。例えば、アルゴリズムは、充電期間の開始日時および終了日時、並びに、バッテリバンクの現在の充電状態、および、バッテリバンクが貯蔵できる最大エネルギー量を受け取る。アルゴリズムは、例えば、充電期間中にバッテリバンクに貯蔵されるエネルギー量を計算し、この情報に基づいて、充電中に適用される電力レベルを計算する。
The
バッテリ放電アルゴリズム510は、生成される電力設定値がバッテリバンクから放電され電力網に供給されるレベルを示すことを除いて、バッテリ充電アルゴリズム508と同様の方法で動作する。
周波数調節アルゴリズム512は、例えば、電力網のAC電圧の周波数を調節するための電力設定値を決定する。例えば、周波数調節アルゴリズム512は、測定されたHz単位の周波数を受け取るとともに、例えばバッテリ充電が高いか低いかを示すバッテリ状態を受け取る。バッテリ状態が高くも低くもない場合、電力設定値は、例えばK*(Freq-50Hz)で生成され、ここでKはkW/Hz単位の調節ゲインである。いくつかの実施形態では、ゲインKは、200kW/Hz~50MW/Hzの範囲にある値に設定され、例えば約1MW/Hzに設定される。
A
フロー維持アルゴリズム514は、例えば、バッテリバンク110の様々なバッテリラックの間の充電状態のバランスを維持するために使用される。実際、各バッテリラックは、対応する充電状態を有し、安全な動作を確保するためには、例えば、これらの充電状態が互いに比較的近いことが好ましい。
A maintain
充電レベル管理アルゴリズム516は、例えば、周波数調整中のある時点で、バッテリバンク110を目標レベル、例えば満充電の50%まで充電するために使用される。例えば、充電レベル管理アルゴリズム516は、電力網のAC周波数が、例えば49.985~50.015Hzに等しいデッドバンドにある場合に、電力設定値を生成する。例えばアルゴリズムは、充電状態が目標レベルよりも低ければバッテリバンク110を充電し、充電状態が目標レベルよりも高ければバッテリバンク110を放電するために、電力設定値を生成する。いくつかの実施形態では、目標レベルは、48~52%の充電状態などの目標範囲であり得、電力設定値は、現在の充電状態と目標充電状態との間の距離の関数として変化し得る。
Charge
設定値集計アルゴリズム518は、例えば、アルゴリズム508から516の各々によって生成された電力設定値の各々の合計に基づいて、全体の電力設定値Pspを生成する。また、設定値集計アルゴリズム518はまた、例えば、バッテリバンク110の能力に基づいて電力設定値を制限するために、図4に関連して説明した方法を適用する。
A
安全設定値伝送アルゴリズム520は、例えば、バッテリバンク110の状態、および例えばDRボックス114自体の状態が許容できる場合にのみ、電力設定値をバッテリバンク110に適用する機能を担い、これは、例えば、バッテリバンク110およびDRボックス114がいずれも警告信号をアサートしていないことを意味する。
The safety
図6は、他の例示的な実施形態による電力管理の方法の動作を示すフローチャートである。特に、図6の方法は、例えば、上述したDRボックス114によって実施される。
FIG. 6 is a flowchart illustrating operation of a method of power management according to another exemplary embodiment. In particular, the method of FIG. 6 is implemented, for example, by
動作601では、データ取得と前処理とが行われ、例えば図5のデータ取得モジュール502の動作に対応する。
In
動作602において、バッテリ管理システムを起動する前に、アラームの有無、スイッチ機構の開閉などの機構状態、および禁止チェックが実行される。これらのチェックは、例えば、図5のアルゴリズム管理モジュール504によって実行される。
At
動作602のチェックのいずれかが不可の場合(NOK)、動作603において、バッテリバンク110は使用不能とみなされ、例えば方法は待機期間後に動作601で再スタートする。しかし、すべてのチェックが可の場合(OK)、次の動作は604である。
If any of the checks in
動作604において、バッテリバンク110の充電状態(SOC)が許容範囲内にあるか否かが判断される。SOCが許容範囲内にない場合、動作605において、バッテリバンク110は、例えば、許容範囲内に入るまで充電または放電される。許容範囲は、例えば、緊急電源のような他の機能の必要性、および、例えば、バッテリセルの損傷を避けるための技術的安全性制約に依存する場合がある。しかしながら、SOCが許容範囲内にある場合、動作606において、例えば、上述のバッテリ充電アルゴリズム508、バッテリ放電アルゴリズム510、および周波数調節アルゴリズム512のような1つ以上のマネタイゼーションアルゴリズムが適用される。例えば、これらのアルゴリズムは、時間およびスケジュールに基づいてアプリケーションを起動すること、SCADA入力およびローカルアルゴリズムに基づいて設定値を計算すること、および/または、結果およびアプリケーション間および/または制約条件間で生じた競合をマージすることを含む。例えばSCADA入力は、例えばDERMS130によって生成された、中央電力管理システム106から受信した、バッテリの充電または放電動作を優先すべき期間を指示するコマンド、および/または充電もしくは放電中に適用されることが望まれる電力設定値を含む。
In
動作605および606の後、充電制限動作607または放電制限動作608が実行され、例えば、生成されたバッテリ電力設定値によって示される充電/放電が、例えば、電力網接続における電流に基づいて制限される。これは、例えば、上述した図4の方法によって適用される限界値に対応し、サイトの最大インポート限界値(MIC)および/または最大エクスポート限界値(MEC)に依存する場合があり、これらの限界値は、サイトの皮相電力限界値S_limに関連する。
After
次に、動作609において、方法は例えば、バッテリバンクの設定値レジスタのコマンドエントリによって、バッテリバンク110に電力設定値を適用することを含む。次に、方法は、例えば、次の入力データのセットが利用可能となるとき、動作601に戻る。
Next, at
様々な実施形態および変形例について説明してきた。当業者は、これらの実施形態の特定の特徴を組み合わせることができ、他の変形が当業者にとって明らかであることを理解するであろう。例えば、本明細書に記載された方法は、任意の数のバッテリバンクと、1つ以上の負荷と、場合によっては1つ以上の電力発生装置を有するクライアントサイトに適用され得ることは、当業者にとって明らかであろう。さらに、本方法は、クライアントサイトの異なる場所にある複数の電力管理装置またはDRボックスによって実施され、例えばSCADAまたは他の集中型ハードウェアを介して、互いに通信して実施され得る。 Various embodiments and variations have been described. Those skilled in the art will appreciate that certain features of these embodiments can be combined and other variations will be apparent to those skilled in the art. For example, those skilled in the art will appreciate that the methods described herein can be applied to client sites having any number of battery banks, one or more loads, and possibly one or more power generation devices. would be clear to Further, the method may be implemented by multiple power management units or DR boxes at different locations at the client site, communicating with each other, eg, via SCADA or other centralized hardware.
最後に、本明細書に記載された実施形態および変形例の実用化は、本明細書で提供された機能的な説明に基づいて、当業者の能力の範囲内である。 Finally, practical implementation of the embodiments and variations described herein is within the capabilities of those skilled in the art based on the functional description provided herein.
本特許出願は、2020年4月30日に出願された仏国特許出願第20/04325号明細書の優先権を主張し、その内容全体は、参照により本明細書に組み込まれる。 This patent application claims priority from French Patent Application No. 20/04325 filed on April 30, 2020, the entire content of which is incorporated herein by reference.
Claims (14)
電力網のクライアントサイト(102)において電気エネルギーを貯蔵するように構成された1つ以上のバッテリ(110)の少なくとも充電状態に基づいて、前記電力網から前記1つ以上のバッテリ(110)に伝送される電力量および/または前記1つ以上のバッテリから前記電力網に伝送される電力量を示すバッテリ電力設定値(Psp)を生成し、
前記クライアントサイト(102)の少なくとも電力消費レベル(Qsite、Pind)に基づいて、バッテリ電力設定値の限界値(Plim_sp)を生成し、
前記バッテリ電力設定値(Psp)を前記バッテリ電力設定値の限界値(Plim_sp)と比較し、
前記バッテリ電力設定値(Psp)が前記バッテリ電力設定値の限界値(Plim_sp)を超えた場合、前記バッテリ電力設定値(Psp)を前記バッテリ電力設定値の限界値(Plim_sp)以下の値に減少させ、
前記バッテリ電力設定値(Psp)を前記1つ以上のバッテリ(110)に適用する
ように構成されている、電力管理装置。 A power management device (DR box),
transmitted from the power grid to the one or more batteries (110) based at least on the state of charge of the one or more batteries (110) configured to store electrical energy at a client site (102) of the power grid. generating a battery power set point (Psp) indicative of the amount of power and/or the amount of power transferred from the one or more batteries to the power grid;
generating a battery power set point limit (Plim_sp) based at least on a power consumption level (Qsite, Pind) of the client site (102);
comparing the battery power setpoint (Psp) to the battery power setpoint limit (Plim_sp);
When the battery power set value (Psp) exceeds the battery power set value limit (Plim_sp), the battery power set value (Psp) is decreased to a value below the battery power set value limit (Plim_sp). let
A power management device configured to apply the battery power set point (Psp) to the one or more batteries (110).
前記1つ以上のバッテリ(110)の少なくとも充電状態に基づいて、前記1つ以上のバッテリから前記電力網に伝送される電力量を示す他のバッテリ電力設定値(Psp)を生成し、
前記クライアントサイト(102)の少なくとも電力消費レベル(Qsite、Pind)に基づいて、バッテリ放電電力設定値の限界値を生成し、
前記他のバッテリ電力設定値(Psp)を前記バッテリ放電電力設定値の限界値と比較し、
前記他のバッテリ電力設定値(Psp)が前記バッテリ放電電力設定値の限界値を超えた場合、前記他のバッテリ電力設定値(Psp)を前記バッテリ放電電力設定値の限界値(Plim_sp)以下の値に減少させ、
前記他のバッテリ電力設定値(Psp)を前記1つ以上のバッテリ(110)に適用する
ように構成されている、請求項1~9のいずれか1つに記載の電力管理装置。 The battery power setpoint (Psp) indicates the amount of power transferred from the power grid to the one or more batteries (110), and the battery power setpoint limit is a battery charging power setpoint limit. and the power management device further comprises:
generating another battery power setpoint (Psp) indicative of the amount of power transferred from the one or more batteries (110) to the power grid based at least on the state of charge of the one or more batteries (110);
generating a battery discharge power set point limit based at least on a power consumption level (Qsite, Pind) of the client site (102);
comparing the other battery power setpoint (Psp) to the battery discharge power setpoint limit;
When the other battery power set value (Psp) exceeds the limit value of the battery discharge power set value, the other battery power set value (Psp) is set to be less than or equal to the limit value (Plim_sp) of the battery discharge power set value. value,
A power management device according to any one of the preceding claims, arranged to apply said other battery power set point (Psp) to said one or more batteries (110).
複数のクライアントサイト(102、104)と
を備え、
各クライアントサイトは、請求項1から10のいずれか1つに記載の電力管理装置(114)を備え、中央システム(106)は、各電力管理装置(114)と通信するように構成されている、電力管理システム。 a central system (106);
a plurality of client sites (102, 104);
Each client site comprises a power management device (114) according to any one of claims 1 to 10, and the central system (106) is arranged to communicate with each power management device (114). , power management system.
制御およびデータ取得システム(128)と、
前記制御およびデータ取得システムと通信する分散資源管理システム(130)と
を備える、請求項11に記載の電力管理システム。 The central system (106)
a control and data acquisition system (128);
12. The power management system of claim 11, comprising: a distributed resource management system (130) in communication with the control and data acquisition system.
前記電力管理装置によって、前記クライアントサイト(102)の少なくとも電力消費レベル(Qsite;Pind)に基づいて、バッテリ電力設定値の限界値(Plim_sp)を生成することと、
前記電力管理装置によって、前記バッテリ電力設定値(Psp)を前記バッテリ電力設定値の限界値(Plim_sp)と比較することと、
前記バッテリ電力設定値(Psp)が前記バッテリ電力設定値の限界値(Plim_sp)を超えた場合、前記電力管理装置によって、前記バッテリ電力設定値(Psp)を前記バッテリ電力設定値の限界値(Plim_sp)以下の値に減少させることと、
前記電力管理装置によって、前記バッテリ電力設定値(Psp)を前記1つ以上のバッテリ(110)に適用することと
を含む電力管理方法。 The one or more batteries (110) configured to store electrical energy at a client site (102) of the power grid by a power management device (114) are removed from the power grid based at least on the state of charge of the one or more batteries (110). generating a battery power setpoint (Psp) indicative of the amount of power transferred to a battery (110) and/or the amount of power transferred from the one or more batteries to the power grid;
generating, by the power management device, a battery power set point limit (Plim_sp) based at least on a power consumption level (Qsite; Pind) of the client site (102);
comparing, by the power management device, the battery power set point (Psp) to a limit value of the battery power set point (Plim_sp);
When the battery power set value (Psp) exceeds the battery power set value limit value (Plim_sp), the power management device reduces the battery power set value (Psp) to the battery power set value limit value (Plim_sp). ) to a value of
applying, by the power management device, the battery power set point (Psp) to the one or more batteries (110).
1つ以上のバッテリ(110)の少なくとも充電状態に基づいて、前記1つ以上のバッテリから前記電力網に伝送される電力量を示す他のバッテリ電力設定値(Psp)を生成することと、
前記クライアントサイト(102)の少なくとも電力消費レベル(Qsite、Pind)に基づいて、バッテリ放電電力設定値の限界値を生成することと、
前記他のバッテリ電力設定値(Psp)を前記バッテリ放電電力設定値の限界値と比較することと、
前記他のバッテリ電力設定値(Psp)が前記バッテリ放電電力設定値の限界値を超えた場合、前記他のバッテリ電力設定値(Psp)を前記バッテリ放電電力設定値の限界値(Plim_sp)以下の値に減少させることと、
前記他のバッテリ電力設定値(Psp)を前記1つ以上のバッテリ(110)に適用することと
を含む請求項13に記載の電力管理方法。 The battery power setpoint (Psp) indicates the amount of power transferred from the power grid to the one or more batteries (110), and the battery power setpoint limit is a battery charging power setpoint limit. Yes, the method further comprising:
generating another battery power setpoint (Psp) indicative of the amount of power transferred from the one or more batteries (110) to the power grid based at least on the state of charge of the one or more batteries (110);
generating a battery discharge power set point limit based at least on a power consumption level (Qsite, Pind) of the client site (102);
comparing the other battery power setpoint (Psp) to the battery discharge power setpoint limit;
When the other battery power set value (Psp) exceeds the limit value of the battery discharge power set value, the other battery power set value (Psp) is set to be less than or equal to the limit value (Plim_sp) of the battery discharge power set value. decreasing to a value;
14. The power management method of claim 13, comprising: applying said other battery power set point (Psp) to said one or more batteries (110).
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