包括能量调度表的数据结构和用于提供包括能量调度表的数据结构的方法与流程

本发明涉及电力网络的领域，特别是涉及电力网络的控制和/或管理的领域。特别地，本发明涉及一种用于提供包括精制的能量调度表的数据结构的方法和包括精制的能量调度表的计算机实施的数据结构。

背景技术

在电力网络中，存在多个参与者，包括能量生成单元、能量存储单元和/或需求单元(特别是可控的需求单元)。电力网络的这些参与者可以向系统操作者传送用于随后时间段(例如，日前)的能量需求请求、能量存储提议和/或能量供应提议。系统操作者基于该信息来确定用于随后时间段的能量调度表，该能量调度表确定例如要供应给参与者的能量的量或要由参与者使用的能量的量。

随着电力网络的参与者的数量的增加，底层优化问题在复杂性方面会增加。特别是随着参与电力网络的生产能量的单元(诸如，分布式能量资源)的数量增加，用于推导最优的能量调度表变成在计算方面越来越复杂的任务，并且由系统操作者对能量调度表进行集中计算的架构可能无法随着参与者的数量而进行扩展，从而导致不佳的调度表。

US 2018/0165660公开了一种用于管理电网的需求的方法和系统；这里公开的方法包括使用加密货币的一部分接收来自能量消费设备的请求。

技术实现要素：

本发明的目的是提供一种用于提供包括精制的能量调度表的数据结构的方法；在该方法中，由多个分布式计算单元以分布式的方式计算该精制的能量调度表，利用了多个分布式计算资源的优势，这些分布式计算资源例如在系统操作者的访问之外，特别地是在电力网络的多个参与者的站点处。以此方式，同样在高度复杂的优化函数以及因此对于系统操作者可用的计算资源不足的情况下，可以在数据结构中确定并提供至少基本上最优的能量调度表。本发明的另一目的是提供一种数据结构，该数据结构使得能够以分布式的方式安全且有效地处理该精制的能量调度表的例如存储和/或分发，特别地即使在该多个计算单元中并非全部计算单元可以被信任或没有计算单元可以被信任，也能够以分布式的方式安全且有效地处理该精制的能量调度表的例如存储和/或分发。

通过独立权利要求的主题实现这些目的。其他示例性实施例根据从属权利要求和以下描述中而变得明显。

本发明的第一方面涉及一种用于提供包括精制的能量调度表的数据结构(特别是计算机实施的数据结构)的方法(特别是计算机实施的方法)。该方法包括：从电力网络的多个参与者接收多个能量需求请求、能量存储提议和/或能量供应提议；由多个分布式计算单元在考虑所述多个能量需求请求、能量存储提议和/或能量供应提议的情况下，使用优化函数来确定该精制的能量调度表，其中该精制的能量调度表是至少基本上最优的能量调度表，特别是关于该优化函数的至少基本上最优的能量调度表；以及将该精制的能量调度表附加到数据结构。对于从电力网络的多个参与者接收多个能量需求请求、能量存储提议和/或能量供应提议，该电力网络的多个参与者可以向系统操作者发送该多个能量需求请求、能量存储提议、和/或能量供应提议，该系统操作者接收该多个能量需求请求、能量存储提议和/或能量供应提议，并且将该多个能量需求请求、能量存储提议和/或能量供应提议分发给多个分布式计算单元；或者该多个分布式计算单元可以接收该多个能量需求请求、能量存储提议和/或能量供应提议，并且然后可以特别地将该多个能量需求请求、能量存储提议和/或能量供应提议在彼此之间分发。数据结构被提供至电力网络的多个参与者。通过示例的方式，这可以通过如下来实现：将数据结构发送给电力网络的参与者，特别是由系统操作者将数据结构发送给电力网络的参与者，或者特别是在分布式数据结构的情况下，更特别地是在分布式账本的情况下，甚至更特别地是在区块链的情况下，该数据结构可以被制成对于电力网络的多个参与者可直接访问，例如由多个分布式计算单元直接访问。由电力网络的多个参与者来验证该数据结构，特别是通过验证经认证的确认消息和/或至少先前的精制的能量调度表的哈希(特别是加密的哈希)来验证该数据结构，特别地其中，在数据结构中(特别是在第二数据块中)提供该哈希和/或经认证的确认消息，和/或特别地其中，该数据结构还包括第一数据块。特别地，在成功验证该经认证的确认消息和/或哈希之后，电力网络的多个参与者根据该精制的能量调度表来供应、存储和/或消费能量。

本发明的第二方面涉及一种包括指令的计算机可读介质，特别是非暂时性介质，当通过计算机运行该指令时，该指令使计算机执行根据本发明的第一方面的方法。

本发明的第三方面涉及一种计算机实施的数据结构，特别是在根据本发明的第一方面的方法中提供的数据结构。该计算机实施的数据结构包括精制的能量调度表；在此，该精制的能量调度表是通过多个分布式计算单元使用优化函数并且在考虑来自电力网络的多个参与者的多个能量需求请求、能量存储提议和/或能量供应提议的情况下确定的，并且该精制的能量调度表是至少基本上最优的能量调度表。

在本发明的各方面中，精制的能量调度表可以包括：对于随后时间段(诸如，随后的一天)和/或对于该时间段内的时间间隔(例如，5分钟到60分钟的时间间隔)并且对于电力网络的多个参与者的至少子集的每个参与者，由要存储的能量、要产生的能量、要消费的能量、功率设定点、已分发的能量和单元承诺所组成的组的参数。电力网络的参与者可以包括能量生成单元、能量存储单元、能量市场操作者和/或需求单元(特别是可控的需求单元)。在实施例中，分布式计算单元可以包括计算子单元。在其他实施例中，多个分布式计算单元的至少子集(特别是每个分布式计算单元)可以位于电力网络的多个参与者的站点处，例如作为用于电力网络的参与者的控制单元。系统操作者可以特别地是由公用事业单位的操作者、传输系统的操作者、诸如批发和/或零售市场操作者之类的能量市场操作者、分发系统的操作者、分布式能量资源管理系统的操作者、以及高级分发管理系统的操作者组成的组中的一者，并且可以特别地包括控制单元或者是控制单元。

在实施例中，对于由多个分布式计算单元在考虑多个能量需求请求、能量存储提议和/或能量供应提议的情况下使用优化函数来确定精制的能量调度表，可以采用第一计算方法，该计算方法可以包括由以下组成的组中的至少一个：迭代算法、启发式算法、依赖线搜索和/或信任区域的算法、零阶优化算法、一阶优化算法、二阶优化算法、牛顿法、梯度下降法、弗兰克-沃尔夫法、拟牛顿法、次梯度法、内点法、序贯二次规划法、共轭梯度法、椭球法、同步扰动随机逼近法、插值法、模式搜索法、模因算法、差分进化法、进化算法、动态松弛法、遗传算法、爬山法、Nelder-Mead单纯启发法、粒子群优化法、布谷鸟搜索法、引力搜索法、人工蜂群优化法、模拟退火法、随机穿隧法、表格阀、反应搜索优化法、单纯型算法、组合算法、量子优化算法、alpha-beta剪枝法、分支定界法、Bruss算法、链式矩阵乘法、约束满足法、交叉熵法、黄金分割搜索法、和声搜索法、内点法、机器学习。在本发明的上下文中，至少基本上最优的能量调度表可以产生优化函数的对应于该优化函数的全局或局部极值或其近似值的返回值。在此上下文中，近似值可以特别地是指精确值的80％以内的值、更特别地是精确值的90％以内的值、甚至更特别地是精确值的95％以内的值。本领域技术人员知道建立一种使得能够使用优化函数来确定该精制的能量调度表的计算方法，特别是第一计算方法，只要给定足够的能量资源即可。本发明在较小程度上涉及用于确定精制的能量调度表的计算方法的细节，而是提供计算资源来确定精制的能量调度表。

在实施例中，本发明的各方面可以基于分布式账本技术，特别是基于区块链技术。在实施例中，确定精制的能量调度表可以包括：由多个分布式计算单元中的每个分布式计算单元在考虑所述多个能量需求请求、能量存储提议和/或能量供应提议的情况下，使用优化函数来计算相应的能量调度表；和从所述相应的能量调度表中选择所述精制的能量调度表，特别地基于所述优化函数的返回值来从所述相应的能量调度表中选择所述精制的能量调度表，特别是使用共识机制，特别是在所述多个分布式计算单元之间使用共识机制来从所述相应的能量调度表中选择所述精制的能量调度表。通过示例的方式，在计算时期之后该相应的能量调度表中的产生优化函数的最高返回值或最低返回值的一个能量调度表被选择为精制的能量调度表，或者相应的能量调度表中的产生高于或低于给定阈值的优化函数返回值的最先计算的一个能量调度表被选择为精制的能量调度表。换言之，相应的能量调度表可以表示多个分布式计算单元之间的共识机制内的工作证明(proof-of-work)。在实施例中，多个分布式计算单元中的计算出被选择为精制的能量调度表的相应能量调度表的一个分布式计算单元，可以将该精制的能量调度表附加到数据结构。在实施例中，从相应的能量调度表中选择精制的能量调度表可以包括：在多个分布式计算单元之间分发相应的能量调度表的至少子集，以及在该多个分布式计算单元之间同意该精制的能量调度表。在此，在多个分布式计算单元之间同意可以在多个分布式计算单元之间的共识机制内，其中相应的能量调度表表示工作证明。

在实施例中，确定精制的能量调度表可以包括：将计算任务划分成多个计算子任务；将所述多个计算子任务中的每个计算子任务分派给所述多个分布式计算单元中的相应的一个分布式计算单元；和由所述多个分布式计算单元中的相应的一个分布式计算单元来执行所述多个计算子任务中的每个计算子任务。在此，计算任务可以作为确定精制的能量调度表的基础。为了将计算任务划分成多个计算子任务，可以采用第二计算方法，该第二计算方法可以包括例如分治算法。在实施例中，该多个计算子任务的至少子集中的每个计算子任务可以仅涉及电力网络的相应子网络，其中基于电力网络的拓扑来确定该相应子网络。附加地或作为替代方案，优化函数可以被划分成多个部分优化函数，该多个部分优化函数中的每个部分优化函数对应于该多个计算子任务中的相应的一个计算子任务。在实施例中，多个计算单元中的相应的一个计算单元可以包括相应的多个计算子单元；并且，在执行该多个计算子任务中的每个计算子任务之中，该相应的多个计算子单元中的每个计算子单元计算该多个计算子任务中的每个计算子任务的解，和从由该相应的多个计算子单元所计算的所述解中选择至少基本上最优的解，例如作为该多个计算子任务中的每个计算子任务的输出。选择至少基本上最优的解可以特别地基于相应的部分优化函数的返回值，和/或可以在相应的多个计算子单元之间的共识机制内，该共识机制特别地基于分布式账本和/或区块链技术。通过示例的方式，可以选择在计算时期之后产生相应的部分优化函数的最高返回值或最低返回值的至少基本上最优的解，或者可以选择产生高于或低于给定阈值的相应的部分优化函数的返回值的最先计算出的一个解。在本发明的上下文中，至少基本上最优的解可以产生该相应的部分优化函数的对应于该部分优化函数的全局或局部极值或其近似值的返回值。在该上下文中，近似值可以特别地是指精确值的80％以内的值、更特别地是精确值的90％以内的值、甚至更特别地是精确值的95％以内的值。技术人员知道建立一种使得能够将计算任务划分成多个计算子任务的计算方法，特别是第二计算方法。本发明在较小程度上涉及用于将计算任务划分成多个计算子任务的计算方法的细节，而是涉及提供计算资源来对多个计算子任务中的每个计算子任务进行求解。

在实施例中，数据结构(特别是计算机实施的数据结构)是分布式数据结构，特别是在多个分布式计算单元上实施的和/或基于分布式账本技术(特别是基于区块链技术)的分布式数据结构。换言之，数据结构(特别是计算机实施的数据结构)可以是分布式账本，特别是区块链。此处，区块链可以是分布在多个计算单元上的不可变的分布式账本。

在实施例中，计算机实施的数据结构包括第一数据块，该第一数据块包括先前的精制的能量调度表，例如用于先前时间段的精制的能量调度表。在实施例中，该方法可以包括创建第二数据块，该第二数据块包括该精制的能量调度表和第一数据块的至少部分的哈希(特别是加密哈希)。该第一数据块的至少部分可以包括先前的精制的能量调度表、第一数据块的报头、和/或经认证的确认消息。

在实施例中，系统操作者可以同意或修正该数据结构中的精制的能量调度表。例如，系统操作者可以检查该精制的能量调度表，例如关于满足约束和/或关于优化函数的相应返回值来检查该精制的能量调度表。为了修正该精制的能量调度表，系统操作者可以用相应的能量调度表中的另一能量调度表来替换该数据结构中的精制的能量调度表，或者可以使用对该系统操作者可用的计算资源来计算新的精制的能量调度表，并且然后用该新的精制的能量调度表来替换数据结构中的精制的能量调度表。

在实施例中，系统操作者可以创建经认证的确认消息，并且将该经认证的确认消息附加到数据结构，特别是附加到数据结构中的数据块，该数据块包括精制的能量调度表、并且特别地是第二数据块。由此，系统操作者可以确认同意该精制的能量调度表和/或已经修正了该精制的能量调度表。

在实施例中，该方法还可以包括确定该多个分布式计算单元的至少子集中的每个分布式计算单元用于确定该精制的能量调度表的计算工作量，并且特别地使用该计算工作量作为报酬的基础。在此，多个分布式计算单元的至少子集可以是或可以包括该多个分布式计算单元中的计算出被选择为精制的能量调度表的相应的能量调度表的一个分布式计算单元。

在实施例中，优化函数的目标包括由诸如可再生能量、减少CO2排放、稳定电网操作、成本最小化之类的某些能量生成类型的最大利用所组成的组中的至少一个。优化函数可以包括与电力网络的方面相关的约束，诸如电网部件的负载、节点电压、储备的可用性；和/或系统惯性；短路容量；和/或与电力网络的多个参与者的方面相关的约束，诸如斜坡率、开始时间和/或停止时间。

参考下文描述的实施例，本发明的这些方面和其他方面将变得明显并且被阐明。

附图说明

在下文中将参考在附图中图示的示例性实施例来更详细地解释本发明的主题。

图1示意性地描绘了可以被应用于本发明的各方面的示例性系统。

图2示意性地描绘了本发明的第一方面的示例性实施例。

图3示意性地描绘了本发明的第一方面的示例性实施例。

图4示意性地描绘了本发明的第二方面的示例性实施例。

在附图标记的列表中以概要的形式列出在附图中使用的附图标记及其含义。原则上，相同的部分在附图中设有相同的附图标记。

具体实施方式

将参考附图更详细地描述本发明，在附图中示出了示例性实施例。

图1示意性地描绘了可以被应用于本发明的各方面的示例性系统。该系统包括具有参与者10a、10b、10c、10d的电力网络30。电力网络的这些参与者10a、10b、10c、10d可以包括能量生成单元、能量市场操作者、能量存储单元、和/或需求单元(特别是可控的需求单元)。能量生成单元可以例如包括诸如光伏电站、风能农场、柴油发电机之类的分布式能量资源。能量存储单元可以例如包括电池能量存储装置、电热能量存储装置和/或机械能量存储装置(诸如飞轮)。能量市场操作者可以代表、服务和/或代言电力网络的多个其他参与者。该系统还包括分布式计算单元20a、20b、20c、20d、20e和20f；该多个分布式计算单元的子集20a、20b、20c、20d位于电力网络的多个参与者10a、10b、10c、10d的站点处，并且可以用作该电力网络的多个参与者10a、10b、10c、10d的至少子集的控制单元。该系统还可以包括诸如广域网之类的通信网络50。分布式计算单元20a、20b、20c、20d、20e和20f可以通信地联接到该通信网络。另外，可以存在系统操作者40，该系统操作者在实施例中也通信地联接到通信网络50。

图2借助于流程图示意性地描绘了本发明的第一方面的示例性实施例。在本文中，方法要素110包括从电力网络的多个参与者接收多个能量需求请求、能量存储提议(邀约，offer)和/或能量供应提议。方法要素120包括由多个分布式计算单元20a、20b、20c、20d、20e、20f在考虑所述多个能量需求请求、能量存储提议和/或能量供应提议的情况下，使用优化函数来确定精制的能量调度表210，其中该精制的能量调度表210是至少基本上最优的能量调度表。方法要素130包括将该精制的能量调度表210附加到数据结构200。

图3借助于流程图示意性地描绘了本发明的第一方面的另一示例性实施例。除了方法要素110、120和130之外，该实施例还包括其他方法要素140、150、160、170和180。方法要素140包括由系统操作者40同意或修正该数据结构200中的精制的能量调度表210。方法要素150包括由系统操作者40创建经认证的确认消息260a，以及将该经认证的确认消息260a附加到数据结构200。方法要素160包括向电力网络的多个参与者10a、10b、10c、10d提供该数据结构200。方法要素170包括由电力网络的多个参与者10a、10b、10c、10d验证该数据结构200。方法要素180包括由电力网络的多个参与者10a、10b、10c、10d根据该精制的能量调度表210来供应、存储和/或消费能量。

图4示意性地描绘了根据本发明的第二方面的数据结构200的示例性实施例。数据结构200可以特别地是区块链，并且可以包括第二数据块240。第二数据块240包括精制的能量调度表210、经认证的确认消息260a、和第一数据块230a中的先前的精制的能量调度表220a的加密哈希250a。第二数据块240还可以包括报头。数据结构200还可以包括第一数据块230a、230b。第一数据块230a可以包括到第一数据块230b中的先前的精制的能量调度表220b的加密哈希250b，并且第一数据块230b本身可以包括到另外第一数据块中的先前的精制的能量调度表的加密哈希250c。这样就创建了区块链。第一数据块230a、230b还可以分别包括经认证的确认消息260b和260c。

在本发明的上下文中，计算单元可以是包括处理器、存储器和存储装置的任何种类的计算设备。

虽然已经在附图和前述描述中详细描述了本发明，但是这样的描述被认为是说明性的或示例性的而不是限制性的。本领域技术人员通过研究附图、公开内容和所附的权利要求来实践所要求保护的发明，可以理解和实现对所公开的实施例的变化。词语“包括”不排除其他要素或步骤，并且不定冠词“一”或“一种”不排除多个。某些要素或步骤被记载在不同的权利要求中这一事实并不表示这些要素或步骤的组合不能被有利地使用，具体地，除了实际的权利要求从属关系之外，任何其他有意义的权利要求的组合都应被认为已被公开。

附图标记列表

10a、10b、10c、10d 电力网络的参与者

20a、20b、20c、20d、20e、20f 计算单元、多个计算单元

30 电力网络

40 系统操作者

50 通信网络、广域网

200 数据结构、计算机实施的数据结构

210 精制的能量调度表

220 先前的精制的能量调度表

230 第一数据块

240 第二数据块

250a、250b、250c、250d 哈希、加密哈希

260a、260b、260c、260d 经认证的确认消息。