RU2666751C2

RU2666751C2 - Способ и устройство для обеспечения баланса потребления электроэнергии

Info

Publication number: RU2666751C2
Application number: RU2016102418A
Authority: RU
Inventors: Роберто КУАДРИНИ
Original assignee: Роберто КУАДРИНИ
Priority date: 2013-07-29
Filing date: 2014-07-22
Publication date: 2018-09-12
Also published as: US10374425B2; RU2018123140A; SI3028361T1; RU2754484C9; EP3028361B1; US20180219375A1; ES2744393T3; RU2016102418A; WO2015015267A1; EP3028361A1; ITRE20130056A1; US9991705B2; US20160181804A1; RU2754484C2; RU2018123140A3

Abstract

Использование: в области электроэнергетики. Технический результат – повышение эффективности обеспечения баланса потребления электроэнергии. Способ обеспечения баланса потребления электроэнергии, создаваемого множеством приемников электроэнергии, содержит следующие этапы: оценивают поглощаемую приемниками энергию (E) в течение заданного промежутка времени; и если значение оцененной поглощаемой приемниками энергии не лежит в пределах интервала, ограниченного минимальным и максимальным пороговыми значениями потребления, вычисляют количество энергии, подлежащей изменению, в соответствии с разницей между значением оцененной поглощаемой энергии и ожидаемым значением поглощаемой энергии; определяют стратегию, включающую в себя по меньшей мере действие, подлежащее выполнению для изменения энергии, поставляемой на отдельные приемники, с целью сокращения разницы между оцененной поглощаемой энергией и ее ожидаемым значением; активируют оперативное управление потреблением электроэнергии в соответствии с определенной стратегией. 2 н. и 9 з.п. ф-лы, 7 ил., 1 табл.

Description

Область техники, к которой относится изобретение

Настоящее изобретение относится к способу и устройству для обеспечения баланса потребления электроэнергии.

Уровень техники

Как известно, в условиях свободного рынка энергоресурсов могут быть предусмотрены условия договора на энергоснабжение, например, регулируемого операторами рынка, определяющие количество энергии, поставляемой за определенные промежутки времени, например каждый час.

Однако, может возникать ситуация, когда по различным причинам, например, из-за определенного оперативного управления электрической нагрузкой, или подключения пользователей вручную, или по другим причинам, вся система нагрузок в результате будет потреблять большее или меньшее количество энергии по сравнению с прогнозируемым и выделенным оператором рынка количеством энергии.

В обоих случаях может быть превышено максимальное или минимальное пороговое значение выделенной энергии; когда это происходит, возникает положительное нарушение баланса с избыточным потреблением или отрицательное нарушение баланса с избыточно низким потреблением относительно выделенного количества, что приводит к повышению цены на электроэнергию и/или значительным штрафам.

Раскрытие изобретения

Задача настоящего изобретения заключается в преодолении упомянутых выше недостатков посредством превентивных по отношению к приемникам электроэнергии мер, обеспечивающих сохранение или возврат системы в пределы согласованных упомянутых выше пороговых значений потребления, в то же время ограничивая негативное влияние этих мер на удобства, получаемые пользователями системы.

Дополнительная задача изобретения заключается в достижении указанного выше результата практичным и экономичным образом.

Указанные задачи решены посредством способа для обеспечения баланса потребления электроэнергии, создаваемого множеством приемников электроэнергии, причем способ содержит следующие этапы:

- оценивают поглощаемую энергию в течение заданного промежутка времени; и, если значение оцененной поглощаемой приемниками энергии лежит за пределами интервала, ограниченного минимальными и максимальными пороговыми значениями потребления,

- вычисляют количество энергии, подлежащей изменению, в соответствии с разницей между значением оцененной поглощаемой энергии и ожидаемым значением поглощаемой энергии;

- определяют стратегию, включающую в себя по меньшей мере действие, подлежащее выполнению для обеспечения изменения энергии, поставляемой на отдельные приемники, с целью сокращения разницы между оцененной поглощаемой энергией и ожидаемым ее значением;

активируют оперативное управление потреблением электроэнергии в соответствии с определенной стратегией.

Одно из преимуществ данного варианта осуществления изобретения заключается в том, что обеспечена возможность возвращения внутренним образом заданного порогового значения потребления электроэнергии системы, которое по некоторым причинам было подвержено нарушениям баланса с точки зрения энергопотребления.

Это может позволить избежать штрафов, если система должна была потребить слишком много или слишком мало по сравнению с тем, что указано в договоре на электроснабжение.

Способ согласно изобретению также обеспечивает возможность адаптации ко всем реальным ситуациям, в которых минимальное и максимальное пороговое значение потребления меняется с течением времени, например в соответствии с временными промежутками.

Способ согласно изобретению, кроме того, находит широкое применение, поскольку он может быть использован не только по отношению к приемникам, подключенным после пунктов распределения энергии, но также для обеспечения баланса подсистем доменов, действующих на отдельных их участках.

Способ обеспечения баланса энергии согласно изобретению может также применяться перед пунктами распределения энергии и, в частности, может применяться для обеспечения баланса не только потребления, но также для обеспечения баланса поставляемой энергии различными поставщиками энергии в пределах одной распределительной сети.

Еще один вариант осуществления изобретения относится к устройству для обеспечения баланса потребления электроэнергии, создаваемого множеством приемников электроэнергии, содержащему:

- средство для оценки поглощаемой приемниками энергии в течении заданного промежутка времени;

- средство для сравнения поглощаемой энергии (Еk) приемниками с минимальным пороговым значением и максимальным потреблением приемника;

- средство для вычисления количества энергии, подлежащей изменению, в соответствии с разницей между значением оцененной поглощаемой энергии и ожидаемым значением поглощаемой энергии;

- средство для определения стратегии, включающей в себя по меньшей мере действие, подлежащее выполнению для обеспечения изменения энергии, поставляемой на отдельные приемники, с целью сокращения разницы между оцененной поглощаемой энергией и ожидаемым ее значением;

средство для активации оперативного управления потреблением электроэнергии в соответствии с определенной стратегией.

Другие признаки изобретения могут быть понятны из зависимых пунктов формулы изобретения.

Краткое описание чертежей

Другие признаки и преимущества изобретения очевидны из следующего ниже описания, составленного в виде не ограничивающих примеров, со ссылками на чертежи, проиллюстрированные на прилагаемых таблицах, на которых:

на фиг. 1 показана блок-схема основных компонентов устройства согласно варианту осуществления изобретения;

на фиг. 2 показано несколько случаев в качестве примера применения варианта осуществления изобретения;

на фиг. 3-6 показаны блок-схемы различных этапов способа согласно изобретению;

и

на фиг. 7 показан пример осуществления способа согласно изобретению. Осуществление изобретения.

На фиг. 1 показана блок-схема основных компонентов устройства согласно варианту осуществления изобретения.

Устройство, обозначенное в целом номером позиции 10, выполнено с возможностью мониторинга потребления электроэнергии не только в суммарном количестве, но также и в особенности на одну электрическую розетку.

В частности, согласно вариантам применения, для которых предназначено устройство 10, мониторинг потребления электроэнергии такими приемниками, как, например, кондиционирование, освещение, активация станков, может выполняться в ситуации промышленного производства и в общем случае для каждого электрического приемника, подсоединенного к сети.

В общем случае, для каждого электрического приемника зависимости потребления электроэнергии от времени будут различными, например, как представлено блоками 20, 25 и 30.

Мониторинг для каждого из электрических приемников может выполняться посредством интерфейса 40, снабженного датчиками, измеряющими электрические характеристики приемника непосредственно на отдельных электрических розетках, например, ток, напряжение, активную мощность, реактивную мощность, полную мощность, активную энергию, реактивную энергию, полную энергию. Эти измерения могут выполнять с классом точности 0,2 и 0,5.

Совокупность интерфейсов 40 образует подсистему 45 питания.

Подсистема 45 питания не только обеспечивает выполнение измерения нагрузок, но также обеспечивает электрическое питание непосредственно подсоединенным к ней приемникам.

Таким образом, в случае обеспечения баланса энергии, подсистема 45 питания может влиять на электрический приемник выборочным образом в результате выполнения вычислений согласно алгоритму обеспечения баланса, проиллюстрированному далее в настоящем описании.

В частности, подсистема 45 питания также выполняет функцию контроля электрического приемника посредством, например, включения и выключения, дифференциации приемника, администрирования аварийных сигналов, мер обеспечения безопасности, выключателей резервирования, управления скачками электрической нагрузки, контроля изменений времени и каждые 15 минут сравнения с используемой мощностью, определенной в договоре с поставщиком электроэнергии, сохранения в памяти в определенные промежутки времени потребления энергии на каждой отдельной электрической розетке, сохранения в памяти выбросов диоксида углерода и других действий.

Подсистема 45 питания подсоединена, посредством подсистемы 50 последовательного интерфейса или другого типа соединения для передачи данных, включая беспроводное соединение, к подсистеме 55 мониторинга, в которой сохраняются в памяти данные потребления электроэнергии каждого приемника с целью формирования базы 57 данных.

Прежде всего, поскольку, благодаря описанной выше системе 10, обеспечена возможность мониторинга отдельного электрического приемника, также обеспечивается возможность классификации потребления электроэнергии посредством его разбиения на участки потребления, исходя из критериев однородности.

Например, участок может представлять собой этаж общественного здания, например больницы, с ее потреблением в части освещения, кондиционирования, отопления, или он может быть образован станком на производственном предприятии компании или группой станков одного типа, или же с использованием других критериев подобия или однородности.

Идентификация определяемых таким образом участков обеспечивает возможность создания групп участков, имеющих одну и ту же задачу применения или принадлежащих одному и тому же пользователю электроуслуг; эти группы называются доменами.

Не ограничивающие примеры доменов, для которых могут быть применены различные варианты осуществления изобретения, представляют собой: больницы, сталелитейные предприятия или винодельческие заводы, причем каждый из этих доменов имеет специфические потребности в части потребления электроэнергии.

Домены могут подразделяться на различные группы или кластеры, то есть могут объединять в каждой группе данные определенного типа, отражающие потребление электроэнергии, например, для создания значительных подгрупп потребления электроэнергии.

В качестве примера, посредством упомянутых выше профилирующих операций может быть идентифицировано два типа потребления, каждый из которых связан с определенной группой (или кластером) данных, то есть с первой группой данных, представляющей собой потребление электроэнергии, связанное с жизнеобеспечением, и со второй группой данных, представляющей собой потребление электроэнергии, связанное с деятельностью непрерывного типа, например с производственной деятельностью.

В таблице 1 ниже кратко сформулирована концепция участков, кластеров и доменов:

После выполнения данных операций может быть видно, что оборудование жизнеобеспечения создает по существу постоянное потребления электроэнергии, а группы приемников, связанных с производственной деятельностью, создают потребление, изменяющееся с течением времени.

Посредством собранных таким образом данных осуществляют контроль развития тенденции потребления, при этом проверяют, что количество электроэнергии, поглощаемой всеми установками и устройствами и соответствующей прогнозу в течение часа при сохранении мощности, находится в пределах имеющейся в наличии почасовой энергии, определяемой оператором рынка как интервал профиля нагрузки для каждого часа.

Как лучше проиллюстрировано далее, система согласно изобретению обеспечивает возможность выполнения операций обеспечения баланса для приемников электроэнергии, причем операции управляются соответствующим модулем 60 в случае, когда описанные выше условия не выполняются.

Модуль 60 обеспечения баланса управляет нарушением баланса энергии, то есть его задача состоит в анализе потребления и, в зависимости от разницы между эффективным потреблением и заданным потреблением, применении комбинированной оптимизации с тем, чтобы выбрать этапы, подлежащие выполнению для модификации существующего оперативного управления и компенсации любых нарушений баланса, которые могут возникнуть.

В предпочтительном варианте осуществления настоящего изобретения, алгоритм обеспечения баланса может осуществляться посредством разбиения времени дня на промежутки в 15 минут, причем очевидно, что это разбиение проиллюстрировано в данном документе в качестве не ограничивающего примера возможного разбиения по времени для алгоритма обеспечения баланса.

Кроме того, с целью упрощения в настоящем описании алгоритма обеспечения баланса используется концепция электрического приемника, при этом очевидно, что обеспечение баланса может быть выполнено также на отдельных участках, то есть можно управлять обеспечением баланса доменов посредством корректировки на отдельных участках, а также возможно выполнять операции таким образом, чтобы обеспечивать баланс подмножества доменов, то есть одного или более кластера, посредством выполнения операций только на участках, принадлежащих этому подмножеству.

Следовательно, в ситуации, когда количество энергии, подлежащей рекуперации или потреблению, обусловлено прогнозируемым нарушением баланса, необходимо определить последовательность действий, которые изменят потребление за время, остающееся в конце часа, таким образом, что оно будет находиться в пределах запланированной почасовой энергии, тем самым ограничивая негативное влияние на удобства для пользователя.

Дополнительное опциональное ограничение заключается в соблюдении пороговых значений потребления для отдельных приемников вблизи прогнозируемого потребления согласно заданному плану. Это ограничение также помогает понять, связано ли нарушение баланса с некачественным определением нагрузок или с внешним вмешательством.

Действия, выполняемые над электрическими устройствами, могут быть перечислены в виде списка, в котором также указано получаемое сокращение энергии и влияние, оказываемое ими на удобства, получаемые пользователями, что определяется в качестве приоритета.

Другими словами, высокому приоритету соответствуют действия, оказывающие значительное влияние на получаемые удобства для пользователя, в то время как низкому приоритету соответствуют приемники, которые можно сократить или модифицировать без причинения неудобств пользователям, занимающим данные здания или сооружения.

В качестве примера, некоторыми факторами, влияющими на приоритетность действий, являются:

оценка пользователя, то есть влияние на удобства для пользователя и полезность;

тип приемника или участка;

компонент профиля потребления, на который приемник или участок будет оказывать влияние, то есть модулированный или по существу постоянный профиль потребления;

нарушение баланса отдельного приемника;

другие характеристики, связанные с участками.

Таким образом, обсуждаемая проблема сводится к проблеме оптимизации, целью которой является минимизация суммы приоритетов предпринимаемых действий:

установкой ограничения, что сумма изменений энергии выбранных действий, применяемых к системе, подлежащей балансировке, обеспечивает возможность компенсации нарушения баланса в пределах h-го часа.

и

где:

- N обозначает количество возможных действий;

- Xi представляет собой бинарный вектор [1, N], обозначающий выбранную стратегию, то есть выраженный в виде выборки i-x действий, подлежащих выполнению;

- Vr_i обозначает изменение энергии, получаемое в результате выполнения i-го действия;

- Priority [Vr_i] обозначает приоритет i-го действия;

- j (при j=4-k) обозначает количество четвертей часа, остающееся в определенном часе;

- Δ_h представляет собой количество энергии, подлежащей рекуперации или потреблению, в зависимости от конкретного случая, до конца h-го часа с тем, чтобы компенсировать нарушение баланса;

- margin_h обозначает степень допустимого отклонения, используемую в качестве условия остановки алгоритма и представляющую собой максимальную допустимую разницу между результатом применения стратегии и энергией, подлежащей изменению при избытке или недостатке.

На фиг. 2 показаны в качестве примера некоторые случаи, приведенные для лучшего пояснения используемых обозначений.

В первом случае оценка энергии Е₁, поглощаемой системой, лежит в пределах пороговых значений, зафиксированных оператором рынка, то есть меньше максимального порогового значения THR_max и выше минимального порогового значения THR_min. Следовательно, система не требует выполнения действий для обеспечения баланса.

Во втором случае оцененная поглощаемая энергия Е₂ меньше минимального порогового значения THR_mjn. Символ Δ_h обозначает разницу между оцененной поглощаемой энергией Е₂ и ее ожидаемым значением THR_exp, и в этом случае справедливо следующее: Δ_h<0. Для обеспечения баланса системы, следовательно, необходимо повысить потребление энергии. Это может быть выполнено путем определения стратегии, подлежащей применению, с тем, чтобы обеспечить изменение энергии, поставляемой на отдельные приемники, выраженную формулой

Символ margin₂ обозначает максимальное допустимое изменение между результатом применения стратегии и эффективной энергией, подлежащей рекуперации или потреблению.

В третьем случае установленная поглощаемая энергия Е₃ больше минимального порогового значения THR_max. В этом случае разница между оцененной поглощаемой энергией Е₂ и ожидаемым ее значением THR_exp выражается в виде условия Δ_h>0. Следовательно, для обеспечения баланса системы необходимо сократить потребление энергии.

В общем случае пороговые значения THR_min, THR_max и THR_exp могут измениться с течением времени, а их значения, в виде функции от определенного промежутка времени, сохраняться в памяти в базе 57 данных.

Соответственно, проиллюстрированная выше стратегия будет подробно описана далее в настоящем описании в качестве не ограничивающего примера стратегии обеспечения баланса энергии согласно настоящему изобретению.

Поскольку выборка действий обозначается бинарными индексами (1 - выбранные действия, 0 - отклоненные действия), поиск более подходящих действий для обеспечения баланса, которые могут, следовательно, служить причиной соответствующего оперативного управления для обеспечения баланса, может быть интерпретирован как проблема бинарной комбинаторной оптимизации.

Эта проблема аналогична комбинаторной проблеме, известной как задача о ранце, в которой имеется ранец, который может выдержать определенный вес, и, кроме того, имеются N предметов, каждый из которых характеризуется весом и значением, при этом проблема состоит в том, чтобы выбрать, какие из этих предметов могут быть помещены в ранец с тем, чтобы получить наибольшее значение, не превышая вес, который может выдержать ранец. Этот тип проблем относится к области НП-полных проблем, то есть к проблемам, сложность которых не позволила найти алгоритм, обеспечивающий их решение за полиномиальное время.

Таким образом, принимая во внимание количество переменных и ограниченное время вычислений для решения (для практического завершения) этой проблемы, предпочтительно осуществить последовательную фильтрацию выбранных возможностей из числа возможных действий с целью сокращения сложности вычислений, затем вычислить возможную стратегию, то есть предполагаемую для применения последовательность действий, не обязательно являющуюся оптимальной, но в любом случае допустимую по практическим причинам, используя эвристический "жадный" алгоритм.

В общем случае, "жадный" алгоритм выбирает на каждой итерации элемент, который на этом этапе обеспечивает максимальное преимущество без учета общей структуры решения.

Дополнительное ограничение проблемы, в этот раз обусловленное техническими причинами, заключается в невозможности использования множества действий в одну и ту же четверть часа, влияющих на одни и те же переменные приемника для одной и той же активации.

Для проверки того, что выбранные действия компенсируют любые имеющие нарушение баланса отдельные приемники ID, выполняют дополнительный опциональный контроль так, чтобы свести к минимуму изменения нормального оперативного управления.

То есть, необходимо оценить, будет ли данная выборка также решать любые проблемы отдельных приемников, то есть:

где изменения Vr_ID,_Ij связаны с имеющими нарушение баланса приемниками для каждого промежутка времени j, а Δ_ID,h обозначает количество энергии, подлежащей рекуперации или потреблению для каждого отдельного приемника, в зависимости от ситуации, до конца часа h для компенсации нарушения баланса, причем это количество вычисляется с помощью формулы:

В приведенной выше формуле вектор X_ID,I представляет собой бинарный вектор X_i, содержащий только элементы, выполняющие операции на имеющих нарушение баланса приемниках ID.

Значение LoadMargin_ID,h представляет собой предел допустимого отклонения, обозначающий максимальное допустимое изменение между результатом применения стратегии и эффективной энергией, подлежащей рекуперации или потреблению для приемника ID и в течение часа h, и представляет выраженную в процентах долю интервала, ограниченного ожидаемым значением потребления и минимальным или максимальным пороговым значением (в зависимости от знака количества энергии, подлежащей рекуперации).

Переменная E_ID,h представляет оценку энергии, поглощаемой каждым отдельным приемником, а переменная LoadTHR_ID,k,exp - ожидаемое потребление для каждого отдельного приемника.

Проверка потребления отдельных приемников также может быть осуществлена в случае, когда нарушение баланса общего потребления относительно предсказываемого отсутствует.

Действия, подлежащие выполнению в этих случаях, могут быть выбраны пользователем (контроль интервала потребления или ограничение верхнего или нижнего порогового значения), причем эти действия могут содержать только сообщения об отклонениях (и следовательно, о неточности прогноза для определенного приемника или нарушении соединения в системе) или активации компенсирующих действий для ограничения потребления приемника до прогнозируемого потребления.

При каждом применении алгоритма выполняют предварительный анализ, при котором также проводят оценку того, является ли настоящее оперативное управление оригинальным или уже измененным, например, посредством предыдущих воздействий алгоритма.

Если текущее оперативное управление было ранее изменено посредством алгоритма обеспечения баланса, модуль 60 обеспечения баланса также оценивает, дала ли ранее выполненная последовательность выборки требуемый запрограммированный эффект. Если это не подтверждается, модуль 60 обеспечения баланса создает новую стратегию, чтобы воспрепятствовать нарушению баланса за остающееся до конца часа время.

Принимая во внимание то, что согласно предлагаемому алгоритму измерения выполняются каждую четверть часа, причем количество четвертей часа определено как k=0,1,2,3, а оперативное управление определяется в начале часа, первое измерение будет принадлежать измерению предшествующего оперативного управления. Это приводит к тому, что первая четверть часа не может использоваться для управления алгоритмом нарушения баланса, но может быть использована для составления аналитического отчета.

Как схематически изображено на фиг. 3, алгоритм считывает текущее значение времени и, если считанное значение времени относится к первой четверти часа (k=0 на блоке 205), в этом случае получает только аналитический результат последовательности потребления за предшествующий час, извлекая данные из базы 57 данных (блок 200). Поскольку измерения выполняются в отношении мощности, оценка энергии выполняется как среднее значение измерений, автоматически преобразованное в Ватты в час [Wh].

Аналитический отчет первой четверти часа создают следующим образом (блок 210).

Прежде всего, выполняют вычисление энергии Е_(h-1), потребленной за предшествующий час h - 1, где h обозначает текущее значение времени, согласно формуле:

где h представляет текущее значение времени, a i-e измерения (в Ваттах) представляют собой измерения, выполненные в часовые интервалы (h-1):15, (h-1):30, (h-1):45 и h:00, полученные из базы 57 данных.

Кроме того, из базы 57 данных получают пороговые значения, относящиеся к предшествующему часу:

где h - текущее значение времени, а γ - тип порогового значения [min, max, ехр], то есть минимальное, максимальное или ожидаемое. Причина этого заключается в том, что каждый час, или даже каждая четверть часа, дня могут быть связаны с различными сравнительными пороговыми значениями, например, в зависимости от различных периодов времени.

Количество энергии, потребляемой при избытке (или при недостатке), Q_(h-1) в зависимости от ожидаемого ее значения THR_(h-1)exp выражается, таким образом, следующей формулой:

Как упомянуто выше, в первой четверти каждого часа составляют только аналитический отчет по последовательности потребления во время предшествующего часа, а затем алгоритм завершается.

Если, с другой стороны, управляющий алгоритм нарушения баланса запускается на k-той четверти часа, отличной от первой, он получает данные из базы 57 данных и запускает последовательность подсчетов, чтобы подготовить данные для оценки (блок 220).

В пятнадцатиминутные периоды, следующие за первым, оцененная энергия E_k, поглощаемая с начала часа и пропорциональная четверти часа, вычисляется с использованием следующей формулы:

где k обозначает номер текущей четверти часа, a measurements [W_i] соответствует потреблению, измеренному и полученному из базы 57 данных.

Далее сравнительные пороговые значения, пропорциональные четверти часа, получают из базы 57 данных:

Где h - текущее значение времени, а γ - тип порогового значения [min, max, ехр], то есть минимальное, максимальное или ожидаемое.

Затем выполняется сравнение (блок 240) между вычисленным потреблением и ожидаемыми максимальным THR_k,max и минимальным THR_k,min пороговыми значениями потребления, и если

то потребление лежит в пределах нормы, и программа завершается, извещая о том, что нарушение баланса (блок 230) отсутствует.

Если контроль отдельных приемников также активирован, алгоритм также оценивает, соответствует ли потребление отдельного приемника E_ID,k максимальному LoadTHR_ID,k,max или минимальному LoadTHR_ID,k,min пороговым значениям, подтверждая прогноз:

Если это справедливо, программа завершается, извещая в системном журнале, что шлюз (блок 230) функционирует корректно.

В противном случае, программа сообщит о возможной аномалии в потреблении (блок 235) и, в зависимости от решения пользователя, аномалия может быть скорректирована с помощью выборки действий, которые можно выполнить на имеющем нарушение баланса приемнике.

В частности, стратегия может включать в себя по меньшей мере предполагаемые для применения действия, предназначенные для того, чтобы обеспечить изменение энергии, поставляемой на отдельный приемник, который не соответствует минимальному значению LoadTHR_ID,k,min или максимальному значению LoadTHR_ID,k,max потребления приемника.

Если вся система имеет потребление больше ожидаемого, на последующем этапе вычисляют количество энергии, подлежащей рекуперации или потреблению за h-ый час (блок 250).

Таким образом, часовой избыток может контролироваться между потребляемой энергией и ожидаемым значением от начала часа:

В этом случае, если Δ_h<0, система находится ниже порогового значения, и потребление должно быть повышено; в то время как если Δ_h>0, система находится выше порогового значения, и потребление должно быть сокращено.

Выражение (4-k)+1 основано на предположении, что нарушение баланса возникло на последней четверти часа, то есть в течение предшествующих четвертей часа не возникало отличия потребления от предсказываемого, поскольку если это было бы не так, для них была бы сделана оценка ранее.

Как показано на фиг. 4, выполняют проверку того, является ли настоящее оперативное управление результатом предшествующего применения алгоритма обеспечения баланса (блок 300).

Если это справедливо, программа выполняет анализ выполненной ранее последовательности оперативного управления и сравнивает ее с линейным прогнозом для этой последовательности, оцениваемым внутренним образом с помощью предела допустимого отклонения, в то время как, если это несправедливо, стратегия никогда не будет использована, если она не дает в результате значение компенсации, идентичное прогнозируемому изменению.

Таким образом, вычисление рекуперируемой энергии Δ_{h,hypothesised} могут осуществлять каждую четверть часа (блок 310) благодаря оперативному управлению для обеспечения баланса, при этом формула:

выражает предполагаемое изменение, идеальный результат обеспечения баланса оперативного управления, начинаемого в четверть часа t.

Вычисление рекуперируемой энергии Δ_{h_measured} также может быть выполнено с момента начала оперативного управления обеспечением баланса:

Где measurement_{pre-actuation} обозначает измерение энергии потребления до предыдущего оперативного управления, например экстренного оперативного управления, a measurement_k обозначает измерение энергии потребления после n-ой четверти часа от четверти часа t.

Таким образом, контроль выполняется в зависимости от теоретического прогноза для переменной Δ_{h,hypothesised}, если результат оперативного управления также положителен в отношении переменной Δ_{h_measured}, относящейся к состоянию до начала экстренного оперативного управления, то есть полученному в результате применения алгоритма обеспечения баланса.

Переменная measurement_k зависит вместо этого от каждой отдельной четверти часа таким образом, что переменная Δ_{h_measured} обозначает измерение энергии, рекуперируемой с целью обеспечения баланса энергии с тем, чтобы возвратить к допустимой ситуации.

Рекуперируемая энергия Δ_{h_measured} пропорциональна отношению между промежутком времени, прошедшим с начала активации экстренного оперативного управления, и предсказанным промежутком времени.

В этот момент выполняют вычисление, показывающее, обеспечивает ли экстренное оперативное управление возможность возвращения системы в пределы пороговых значений в течение часа, в пределах меньше предела допустимого отклонения, определяемого как margin_tolerance_recuperation (блок 320) посредством следующей формулы:

Если это условие удовлетворяется, то есть если выполненное ранее оперативное управление дает желаемый результат, программа уведомляет об этом условии и завершается (блок 330).

В противном случае требуется новое оперативное управление (блок 340).

Программа, следовательно, перезапускается с требованием создания за остающееся время нового оперативного управления и компенсации нарушения баланса, вызванного первоначальной проблемой, с добавлением энергии, не скомпенсированной в течение предшествующего оперативного управления.

Как показано на фиг. 5, выполнение нового оперативного управления осуществляется сначала посредством получения данных из базы 57 данных, полученных от оператора энергетического рынка или взятых из других источников, относящихся к действиям, которые могут быть выполнены в случае экстренной ситуации, возникшей в течение этого часа.

Эту операцию выполняют путем извлечения из базы 57 данных используемых действий контроля и относительных возможных изменений энергии в соответствии с текущей датой и временем, а также связанными приемниками:

Каждое i-e изменение, где i принадлежит N (количество допустимых и возможных изменений), пропорционально J=4-k, то есть тому количеству четвертей часа, остающихся для активации (блок 400).

Для ограничения возможностей и времени вычисления программы, эти действия фильтруются путем удаления тех, которые по отдельности дают результат, больший, чем подлежащее компенсации нарушение баланса.

Опционально, может быть активирован контроль потребления отдельных приемников (блок 405). Если этот контроль показывает, что потребление некоторых приемников отлично от прогнозируемого, возможные действия по отношению к этим приемникам приобретают большую важность, чем по отношению к другим (если отдельный приемник обеспечивает возможность контроля потребления), а затем располагаются в первых рядах среди действий, предпринимаемых для возвращения из состояния нарушения баланса.

При применении эвристического алгоритма "жадного" типа, перечень действий приводится в порядке уменьшения абсолютного значения получаемого изменения, и в порядке увеличения приоритета с тем, чтобы выбрать в первую очередь стратегии, минимально влияющие на удобства для пользователя, но больше влияющие на компенсацию (блок 410).

После выполнения этой процедуры, программа вычисляет условия завершения (блок 420), которые выражаются через предел энергии, указывающий, достигаются ли результаты, прогнозируемые для выбранной стратегии, так чтобы поиск последующих действий мог бы быть завершен.

Допустимое находящееся вне баланса количество представляет собой выраженное в процентах пороговое значение отклонения между ожидаемыми значениями потребления THR_exp и допустимыми при нарушении баланса максимальными и минимальными пороговыми значениями THR_max, THR_min.

Для вычисления этого условия завершения, соответствующего пороговым значениям каждой четверти часа, используют следующую формулу:

где h обозначает текущее значение времени, THR_min,_max обозначает min в случае, когда Δ_k<0, или max в случае, когда Δ_k>0, a margin_percent обозначает выраженную в процентах величину, выражающую приближение искомого значения к ожидаемому значению внутри заданных пороговых значений.

Если переменная margin_percent составляет 0%, значение margin_h равно 0, а значит искомое значение стремится к ожидаемому значению; если она составляет 100%, искомое значение будет в пределах ближайшего порогового значения (max, min).

Если используется контроль нарушения баланса для каждого отдельного приемника, вычисляются внутренние условия применимости для отдельных пороговых значений потребления отдельных приемников за четверть часа (блок 425), то есть:

где h обозначает текущее значение времени и LoadTHR_min,max соответствует min, когда E_ID,k одного приемника меньше минимального порогового значения, и max когда Е_ID,k одного приемника больше максимального порогового значения, a LoadMarginPercent обозначает выраженное в процентах значение, определяющее приближение искомого значения к ожидаемому значению внутри заданных пороговых значений.

Если переменная LoadMarginPercent составляет 0%, значение margin равно 0, а искомое значение стремится к ожидаемому значению; если она составляет 100%, искомое значение будет в пределах ближайшего порогового значения (max, min).

Когда эти приготовления завершены, программа располагает всеми данными для поиска допустимой стратегии, осуществляемого посредством выполнения итераций следующего алгоритма до тех пор, пока не будет удовлетворено второе ограничение.

Как проиллюстрировано на фиг. 6, выполняют выбор стратегии (блок 430) с тем, чтобы обеспечить попадание в пределы пороговых значений, путем сочетания возможных изменений и с целью ограничения нарушения баланса.

Задача, следовательно, состоит в минимизации влияния контролирующих действий на систему, то есть минимизации суммы приоритетов предпринимаемых действий:

путем наложения ограничения, что сумма выбранных изменений энергии обеспечивает компенсацию нарушения баланса в пределах h-ro часа:

и

Алгоритм выполняет суммирование в цикле, перебирающем возможные действия, и, если эти действия приводят к положительной модификации проблемы, они принимаются путем извещения о выборе в виде вектора X_i (и запрещения использования других вариантов с использованием того же приемника).

Если активирован контроль отдельных приемников (блок 434), устанавливают дополнительное ограничение на потребление отдельных приемников.

Это означает, что в этом случае необходимо оценить, позволяет ли выбранный вариант также исправить любые нарушения баланса отдельных приемников (блок 437), то есть:

при этом ограничение выбора действий выражается следующим образом:

Если выбранная стратегия не исправляет эти отдельные нарушения баланса, необходимо создать новую стратегию; в противном случае алгоритм выполняется далее.

Цикл завершается в тот момент, когда сумма выбранных результатов компенсирует общее нарушение баланса для предела допустимого отклонения margin_h.

Когда вектор Xi удовлетворяет известному условию, программа выполняет поиск переменных, устанавливаемых в приемниках, определяемых выбранными в векторе действиями (блок 440).

Рекуперированные переменные устанавливаются при активации основного оперативного управления для текущей четверти часа, так что результаты могут проявиться при новом измерении и выполнении цикла анализа для следующей четверти часа (блок 450).

На фиг. 7, например, проиллюстрирован процесс применения выбранной стратегии для алгоритма обеспечения баланса общего профиля мощности устройств.

На фиг. 5 кривая А обозначает интерполяцию значений измерения мощности приемника, в то время как кривая В обозначает ожидаемое значение мощности, заданное оператором рынка. Участок, находящийся между кривыми S', S'', отображает допустимые пороговые значения нарушения баланса, в пределах которых должно находиться потребление системы.

До 11:00 алгоритм обеспечения баланса не активен, и система, следовательно, выполняет только операции, относящиеся к мониторингу и оперативному управлению.

Когда запускается управляющая нарушением баланса программа, система автоматически возвращается в допустимый диапазон и выполняет операции на устройствах, оперативное управление которых может быть в это время модифицировано.

Более подробно:

- в 11:00 запускают управляющий алгоритм обеспечения баланса;

- в 11:15 выполняют оценку разницы между фактическим потреблением и прогнозируемым потреблением; в данном случае потребление должно быть повышено, поскольку оператор рынка выделил больше энергии, чем было востребовано;

- алгоритм принимает решение о модификации оперативного управления устройствами с тем, чтобы компенсировать разницу между потреблением в пределах допустимого предела;

- через несколько минут после 11:15 выполняют модификацию оперативного управления и активируют его, что создает для измерения, выполняемого в 11:30, правильное повышение потребления и приводит кривую на участок допустимого отклонения;

- система продолжает работать с этим уровнем потребления до 12:00, когда запускают новое исходное оперативное управление, при этом оперативное управление, созданное в результате нарушения баланса, замещается с изменением установленных значений на значения, предшествующие модификации, и применяют новое оперативное управление.

Очевидно, что возможны модификации или усовершенствования настоящего изобретения, обусловленные обстоятельствами или определенными причинами, без выхода за пределы правовой охраны изобретения, определенные в нижеследующей формуле изобретения.

Claims

1. Способ обеспечения баланса потребления электроэнергии, создаваемого множеством приемников электроэнергии, причем способ содержит следующие этапы:

- оценивают поглощаемую приемниками энергию (E_k) в течение заданного промежутка времени; и

если значение оцененной поглощаемой приемниками энергии (E_k) не лежит в пределах интервала, ограниченного минимальным (THR_k,min) и максимальным (THR_k,max) пороговыми значениями потребления,

- вычисляют количество энергии, подлежащей изменению, в соответствии с разницей (Δ_h) между значением оцененной поглощаемой энергии (E_k) и ожидаемым значением поглощаемой энергии (THR_k,exp);

- определяют стратегию, включающую в себя по меньшей мере действие (Vr_i), подлежащее выполнению для изменения энергии, поставляемой на отдельные приемники, с целью сокращения разницы (Δ_h) между оцененной поглощаемой энергией (E_k) и ее ожидаемым значением (THR_k,exp);

- активируют оперативное управление потреблением электроэнергии в соответствии с определенной стратегией;

- проверяют результаты оперативного управления потреблением электроэнергии; и

- определяют новую стратегию изменения энергии, если проверка дает отрицательный результат.

2. Способ по п. 1, в котором этап определения стратегии изменения энергии, поставляемой на приемники, содержит этап, на котором определяют доступные варианты изменения (Vr_i) энергии, которая может поставляться на приемники.

3. Способ по п. 2, в котором доступные изменения (Vr_i) энергии, которая может поставляться на приемники, упорядочивают в порядке уменьшения в соответствии с абсолютным значением изменения и в порядке увеличения в соответствии с влиянием, оказываемым изменениями (Vr_i) на получаемые удобства для пользователя.

4. Способ по п. 2, в котором изменения (Vr_i) энергии, поставляемой на приемники, выполняют путем выбора приемников, для которых необходимо выполнять изменение, с тем, чтобы минимизировать влияние на получаемые удобства для пользователя на основании следующего критерия:

где X_i представляет собой бинарный линейный вектор [1,N], определяющий, используется ли изменение, Priority [Vr_i] представляет собой коэффициент, пропорциональный влиянию, оказываемому i-м изменением Vr_i на получаемые удобства для пользователя, а N обозначает количество доступных действий.

5. Способ по п. 4, в котором изменения (Vr_ij), выбираемые в пределах каждого временного интервала j, удовлетворяют следующим ограничениям:

и

где Δ_h обозначает разницу между оцененной поглощаемой энергией (E_k) и ее ожидаемым значением (THR_k,exp), a margin_h обозначает максимальное допустимое расхождение между результатами применения стратегии и энергией, подлежащей рекуперации или потреблению.

6. Способ по п. 1, в котором этап, на котором проверяют результаты оперативного управления потреблением электроэнергии, содержит этап, на котором вычисляют разницу между результатами оперативного управления в действии и теоретическим прогнозом результатов, причем проверка дает отрицательный результат, если разница больше предела допустимого отклонения.

7. Способ по п. 1, в котором выполняют этап, на котором оценивают энергию (E_ID,k), поглощаемую каждым отдельным приемником, и, если значение оцененной энергии (E_ID,k), поглощаемой каждым отдельным приемником, не лежит в пределах промежутка, ограниченного минимальным пороговым значением (LoadTHR_ID,k,min) и максимальным пороговым значением (LoadTHR_ID,k,max) потребления для каждого приемника, выполняют этап, на котором определяют стратегию, содержащую по меньшей мере действие, подлежащее выполнению, так чтобы изменить энергию, поставляемую на отдельный приемник, для которого не соблюдается минимальное пороговое значение (LoadTHR_ID,k,min) или максимальное пороговое значение (LoadTHR_ID,k,max) потребления.

8. Устройство для обеспечения баланса потребления электроэнергии, создаваемого множеством приемников электроэнергии, содержащее:

- средство для оценки поглощаемой приемниками энергии (E_k) в течение заданного промежутка времени;

- средство для сравнения поглощаемой приемниками энергии (E_k) с минимальным пороговым значением (THR_k,min) и максимальным (THR_k,max) потреблением приемника;

- средство для вычисления количества энергии, подлежащей изменению в соответствии с разницей (Δ_h) между значением оцененной поглощаемой энергии (E_k) и ожидаемым значением поглощаемой энергии (THR_k,ехр);

- средство для определения стратегии, включающей в себя по меньшей мере действие (Vr_i), подлежащее выполнению для изменения энергии, поставляемой на отдельные приемники, с целью сокращения разницы (Δ_h) между оцененной поглощаемой энергией (E_k) и ее ожидаемым значением (THR_k,exp);

- средство для активации оперативного управления потреблением электроэнергии в соответствии с определенной стратегией;

- средство для проверки результатов оперативного управления потреблением электроэнергии; и

- средство для определения новой стратегии изменения энергии, если проверка дает отрицательный результат.

9. Устройство по п. 8, причем устройство содержит подсистему (45) питания, выполненную с возможностью выполнения операций по распределению энергии на электрических приемниках, расположенных за точкой распределения электроэнергии.

10. Запоминающее устройство, содержащее записанную в нем компьютерную программу для выполнения способа по п. 1.

11. Устройство управления, содержащее модуль управления, запоминающее устройство и записанную в нем компьютерную программу для выполнения способа по п. 1.