对能量交换的控制的制作方法

1.本发明涉及一种借助控制中心对多个能量系统之间的能量交换进行控制的方法。此外，本发明涉及一种能够用来对多个能量系统之间的能量交换进行控制的能量市场平台。


背景技术：

2.借助同样可以称为局部能量市场的能量市场平台，能量系统(英语：prosumer(产消者))可以以分散的方式相互交换能量。一般来说交换电能、即电力。在此，能量系统或者局部能量市场的产消者或者参与者提出借助能量市场平台尽使得可能匹配的提议(英语：market matching(市场匹配))。基于此，借助能量市场平台来对能量系统之间的能量交换进行控制。
3.换句话说，通过关于能量系统作为中心的能量市场平台来实现局部能量市场，由该能量市场平台来对能量系统之间的能量交换进行控制、协调和/或管理。由此，在技术上通过这种能量市场平台来实现局部能量市场。
4.在此，能量系统例如是特别是在能量消耗、能量产生和/或能量存储方面具有能量技术设备的市区、城镇、建筑、住宅、特别是单户住宅或者多户住宅、工业设备、多个建筑和/或其它技术设备的联合体。特别是，近年来，例如借助光伏设备自发电以及例如借助电池存储器进行存储的住宅的数量越来越多。这种住宅是产生、消耗以及可能存储电能的能量系统。
5.对于能量系统对局部能量市场的参与，针对相应的能量系统并且针对特定的时间上的预测范围对能量消耗和/或能量产生进行预测(预计)是有利的。对于较大的能量系统、例如住宅区，可以以足够的准确度来确定这种预测。对于较小的能量系统、例如单个家庭，由于较大的随机波动，例如由于单个设备的接通和/或关闭，很难进行足够准确的预测。换句话说，随机波动在一个家庭的消耗状况中占主导地位。由此，特别是对于较小的能量系统对局部能量市场的参与，特别是对于单户住宅或者单个家庭，产生两个基本问题。
6.第一，由于例如在借助光伏设备进行的能量产生方面不准确或者错误的预测，与相关的能量系统事先向能量市场所通知或者传输的相比，该能量系统可能向能量市场提供更小的能量的量。由此，必须由局部能量市场的其它能量系统补偿和/或从关于局部能量市场上级的能量网络汲取能量差。
7.第二，由于不准确的预测，与能量系统中的一个事先向能量市场所传输的相比，该能量系统可能消耗更少的能量。由此，参与局部能量市场的其它能量系统将提供过大的能量的量。
8.所提到的这两个问题的一个可能的解决方案是将能量储备计划在内。例如，可以仅向局部能量市场报告预测的借助光伏设备产生的能量的量的75％，用于向其它能量系统分配。然而，由此将不充分利用局部能量市场的潜力，并且还可能针对参与者形成附加的成本，这些附加的成本可能使参与局部能量市场看起来较没有吸引力。


技术实现要素：

9.本发明要解决的技术问题是改善局部能量市场内部的能量交换。
10.上述技术问题通过具有独立权利要求1的特征的方法以及通过具有独立权利要求10的特征的能量市场平台来解决。在从属权利要求中给出了本发明的有利的设计方案和扩展方案。
11.根据本发明的借助控制中心对多个能量系统之间的能量交换进行控制的方法包括以下步骤，其中，能量系统中的一个的至少一个部件经由接口模块与控制中心耦合，以进行数据交换，并且能够根据控制数据运行：
[0012]-部件向接口模块发送第一数据组，其中，第一数据组包括关于部件的能量交换的至少一个预测状况；
[0013]-接口模块向控制中心发送第二数据组，其中，第二数据组至少包括第一数据组和部件的特定于部件的数据；
[0014]-控制中心确定控制数据，其中，在此至少考虑借助第二数据组传输的预测状况和特定于部件的数据以及其它能量系统(3')向控制中心传输的数据；
[0015]-向接口模块发送所确定的控制数据；以及
[0016]-接口模块根据向接口模块传输的控制数据来运行部件。
[0017]
在此，术语“控制”同样包括调节。
[0018]
根据本发明的方法或者根据本发明的方法的一个或多个步骤可以是计算机支持的。所述方法的设计方案同样可以是计算机支持的。
[0019]
通过一定的时间范围内的功率，在该时间范围内产生特定的能量，提供、产生、消耗、存储和/或交换该特定的能量。在这种意义上，术语“能量”和“功率”在本发明中是等同的，因此彼此可互换。
[0020]
控制中心可以是关于能量系统作为中心的协调平台(能量市场平台)，特别是可以是中心服务器。在此，控制中心关于对能量交换的控制作为中心，也就是说，控制中心不一定在位置上集中地存在。例如，控制中心在空间上分布在一个或多个计算中心中(英语：distributed computing(分布式计算))。换句话说，控制中心是被构造为用于对能量系统之间的能量交换进行联合控制的控制单元。
[0021]
能量系统一般具有能量技术设备、例如用于一个或多个能量形式的产生设备、消耗设备和/或存储设备。能量系统一般经由关于能量交换特定的能量网络、一般至少经由电力网络至少部分彼此耦合。
[0022]
此外，控制中心可以经由数据网络、特别是经由因特网与能量系统进行通信并且交换数据或者数据组。在此，控制中心不一定强制性地位于被能量系统覆盖的区域中或者是能量系统的组成部分。特别优选控制中心是局部能量市场平台的组成部分。局部能量市场平台对能量系统之间的能量交换进行控制或者协调。控制中心特别优选可以形成局部能量市场。
[0023]
根据本发明，预测状况涉及部件本身。因此，进行分解到部件上的预测，该部件实际上被设置为用于产生、消耗和/或存储要交换的能量。由此预测或者预测状况在其准确性方面得到改善。特别是，借助预测状况以改善的方式来反映随机接通过程。
[0024]
部件、例如咖啡机向接口模块(英语：gateway(网关))传输关于能量交换、即关于
部件在未来的时间范围内产生、消耗和/或存储的能量的预测状况。这借助第一数据组来进行。换句话说，第一数据组包括预测状况或者关于预测状况的信息。
[0025]
此外，关于部件的特定于部件的信息存储在接口模块中。作为数据存在的这些特定于部件的信息可以是例如部件的用户存储的功率、效率、功率系数、二氧化碳排放、获得能量的最高价格、产生和/或存储能量的最低价格和/或其它信息。
[0026]
将特定于部件的信息与部件向接口模块传输的预测状况一起传输到控制中心。这借助第二数据组来进行，其中，第二数据组可以由两个数据组组成。决定性的仅仅是，第二数据组包括特定于部件的数据/信息以及预测状况作为信息。
[0027]
在此，接口模块可以形成关于能量系统作为中心的与控制中心的接口。换句话说，对于能量系统的多个部件，相应的特定于部件的数据或者信息可以存储在接口模块内，并且部件中的每一个向接口模块传输相应的预测状况。然后，接口模块以这种意义上以集中的方式向控制中心传输特定于部件的数据和预测状况。有利地，由此不需要能量系统的每一个单个的部件关于数据交换单独连接到控制中心。此外，可以至少一次性地将特定于部件的数据或者信息和/或预测状况存储在接口模块中。
[0028]
控制中心基于向其传输的预测状况，并且基于向其传输的特定于部件的数据，来确定用于部件的控制数据。在此，控制数据涉及部件的运行，即例如涉及部件的运行的开始时间点和结束时间点，和/或涉及部件的运行的释放，和/或涉及由部件产生、消耗和/或存储和/或以其它方式使用的、被设置为用于部件的运行的能量的量或者功率。在此，控制中心同样考虑由其它能量系统传输到控制中心的数据，例如关于相应的其它能量系统的能量产生、能量消耗和/或能量存储的数据。控制中心由此对能量系统之间的能量交换进行控制和/或协调。此外，由此可以实现局部能量市场，其中，根据本发明的局部能量市场平台包括控制中心。
[0029]
在根据本发明的方法的另一个步骤中，例如借助第三数据组，将所确定的控制数据传输到包括部件的能量系统的接口模块。
[0030]
随后，接口模块根据传输到接口模块的控制数据来运行部件。换句话说，接口模块关于特定的能量的量的产生，关于特定的能量的量的消耗，和/或关于特定的能量的量的存储，和/或关于部件进行的能量产生、能量消耗和/或能量存储的时间点或者时间段，向部件授予释放。所提到的能量的量或者功率一般同样由控制中心来确定。
[0031]
本发明的另一个优点是，其使得能够进行负载管理。例如，可以向部件和/或能量系统的用户提供关于部件的消耗的信息。由此，例如用户可以对能量消耗进行优化，从而可以减轻能量网络和/或上级的能量网络的负荷。此外，由此使能量网络稳定。然而，可以设置关于能量网络的频率的附加的调节。
[0032]
此外，通过本发明，能够实现具有实时能力的局部能量市场，该市场同样可以在跨地区的层面存在网络瓶颈并且形成孤岛网络(英语：microgrids(微电网))时运行。这类似地适用于真正的孤岛网络。
[0033]
根据本发明的能量市场平台包括用于对多个能量系统之间的能量交换进行控制的控制中心，其中，能量系统借助特定于要交换的能量的能量网络、特别是电力网络至少部分彼此耦合，以进行能量交换。根据本发明的能量市场平台的特征在于，控制中心和能量系统被构造为用于执行根据本发明的方法和/或其设计方案中的一个。
[0034]
根据本发明的能量市场平台因此形成局部能量市场。在此，控制中心根据本发明和/或其设计方案中的一个，来对参与的能量系统之间的能量交换进行控制和/或协调。特别是，根据本发明的能量市场平台结合能量系统形成分散能量系统。
[0035]
得到与根据本发明的方法类似以及等同的优点和设计方案。
[0036]
根据本发明的一个有利的设计方案，由部件提供和/或由部件确定预测状况。
[0037]
换句话说，部件有利地被构造为，例如由部件的制造商提供预测状况，和/或例如基于测量来确定预测状况。由此，有利地以尽可能靠近能量的产生、消耗和/或存储的方式，即由实际产生、消耗和/或存储能量的部件，来确定预测状况。特别是，预测状况的准确性由此得到改善。
[0038]
替换地或者补充地，可以由能量系统的智能基础设施来确定和/或提供预测状况。因此，例如可以想到监视部件所连接的一个或多个插座。由此，由能量系统的智能基础设施(英语：smart home(智能家居))、例如knx来提供和/或确定预测状况。
[0039]
在本发明的一个有利的扩展方案中，包括部件的能量系统包括接口模块。
[0040]
换句话说，能量系统有利地具有关于部件集中的与控制中心的接口(网关)。由此，可以在接口模块和控制中心之间双向地交换数据/信息，特别是预测状况、特定于部件的数据、所确定的控制数据和/或其它数据/信息。
[0041]
根据本发明的一个有利的设计方案，使用关于能量消耗的消耗状况、关于能量产生的产生状况和/或关于能量存储的存储状况来作为预测状况。
[0042]
由此，可以有利地考虑关于部件的每一个负载。
[0043]
在本发明的一个有利的扩展方案中，在时间上连续地确定控制数据。
[0044]
由此，有利地改善对能量交换的控制。替换地，可以设置为离散地、周期性地或者规则地确定控制数据。
[0045]
根据本发明的一个有利的设计方案，通过求解优化问题来确定控制数据。
[0046]
原则上，需要对能量系统之间的能量交换进行控制和/或协调。这是这种情况，特别是因为应当尽可能高效地关于要优化的参量进行交换。在优化问题的范围内，将要优化的参量称为目标函数。换句话说，应当控制能量交换，使得能量交换关于目标函数尽可能最佳。为此，对目标函数进行优化，即，使目标函数尽可能最小或者最大。换句话说，为此，使用控制中心，由控制中心来进行优化、即求解优化问题。目标函数可以对能量系统的排放、例如二氧化碳排放或者能量系统的运行成本进行表征或者模型化。通过进行优化，由此确保通过对应的能量产生，即例如通过能量系统的尽可能小的二氧化碳排放或者总二氧化碳排放，来尽可能最佳地覆盖能量消耗。在此，由于优化问题的高复杂性，借助数值方法(优化方法)来进行实际的优化、即优化问题的求解。优化问题的求解于是至少在一定的时间范围内，以控制数据、因此以对能量系统的部件的尽可能最佳的控制或者能量系统的部件为基础。
[0047]
在本发明的一个有利的设计方案中，部件包括预测模块，其中，由预测模块来提供和/或确定预测状况，并且由预测模块向接口模块发送包括预测状况的第一数据组。
[0048]
由此，可以有利地改善预测状况的准确性。特别是，不需要使用例如由部件的制造商固定和/或事先存储的预测状况，而部件本身可以借助预测模块来确定预测状况。在这方面，部件因此形成智能(英语：smart)单元。
[0049]
根据本发明的一个有利的设计方案，预测模块确定预测状况，其中，基于测量、使用状况或者用户状况、天气数据和/或历史数据来确定预测状况。
[0050]
由此，可以进一步改善预测状况的准确性。
[0051]
在本发明的一个有利的设计方案中，接口模块根据所传输的控制数据来运行电池存储器、光伏设备、电动车辆的充电站、热泵、加热棒、洗衣机、烘干机、洗衣干衣机、烤箱、炊具和/或咖啡机。
[0052]
优选根据本发明和/或其设计方案中的一个来运行能量系统的多个部件、特别是能量系统的所有部件。上面提到的部件特别是对于私人家庭、例如单户住宅或者多户住宅或者公寓是有利的。
附图说明
[0053]
从下面描述的实施例以及根据附图得到本发明的其它优点、特征和细节。在此，唯一的附图示意性地示出了根据本发明的设计方案的具有控制中心的局部能量市场，控制中心用于对多个能量系统之间的能量交换进行控制。
[0054]
类似、等同或者相同地起作用的元素在附图中可能设置有相同的附图标记。
具体实施方式
[0055]
图1示出了具有控制中心1的局部能量市场。
[0056]
控制中心1被设置或者构造为用于对多个能量系统3、3'之间的能量交换进行控制或者协调。能量系统3、3'经由使得能够进行能量交换的能量网络、特别是电力网络彼此耦合。此外，能量系统3、3'原则上可以例如经由一个或多个数据连接、特别是经由因特网与控制中心1交换数据或者信息。在图1中，主要示出了三个数据交换12、21、42。
[0057]
能量系统3、3'中的每一个在需要时向控制中心1传输产生、消耗和/或存储特定的能量的量的提议。随后，控制中心1基于所传输的这些数据使所有能量系统3、3'的产生、消耗和/或存储尽可能匹配，其中，可以考虑其它边界条件和要求。特别是可以考虑价格预期。
[0058]
能量系统3、3'中的至少一个包括接口模块2。能量系统3包括接口模块2，接口模块2被设置为用于与控制中心1进行数据交换。其它能量系统用附图标记3'共同表示。
[0059]
能量系统3具有多个部件4、4'，其中，其它部件用附图标记4'共同表示。部件4、4'与接口模块2耦合，以进行数据交换。因此，接口模块2关于部件和其数据交换形成与控制中心1的集中式数据接口。
[0060]
首先，关于部件4的特定于部件的数据存储在接口模块2内。例如物理和/或运行边界条件和/或能量消耗的最高价格和/或能量产生的最低价格。
[0061]
部件4被构造为提供和/或确定未来或者预计的能量交换、即未来或者预计的部件4的能量产生、未来或者预计的部件4的能量消耗和/或未来或者预计的部件4的能量存储的预测状况。为此，部件4可以具有预测模块。
[0062]
部件4向接口模块2发送预测状况(数据交换42)。换句话说，接口模块2包括部件4的预测状况和特定于部件的数据作为信息。
[0063]
如果要运行部件4，例如能量系统3的用户想接通其咖啡机，则接口模块2将预测状况与特定于部件的数据一起作为第二数据组发送到控制中心1(数据交换12)。换句话说，现
在，预测状况和特定于部件的数据存储在数据中心1中。其它能量系统3'同样向控制中心1传输针对能量、特别是电能的消耗、产生和/或存储的对应的数据。
[0064]
控制中心1借助数值优化连续地使针对产生、消耗和存储的不同的信息/提议尽可能匹配(英语：market matching)。例如，如果对于能量消耗，与例如由能量系统3'中的另一个进行的能量产生存在这种匹配，则以控制数据的形式向接口模块2传输该结果(数据交换21)。随后，接口模块2基于该结果或者控制数据释放部件4的运行。换句话说，根据所确定并且传输的控制数据来运行部件4。同样由此来对能量系统3、3'之间的能量交换进行控制。
[0065]
优选对应的数据交换12、21、42具有小的延迟时间。特别是，0秒至2秒范围内、特别是0.5秒至1秒范围内的延迟时间是有利的。与此对应地来设计或者构造控制中心1和接口模块2。
[0066]
另一个优点是，可以通过网络连接点处的集中测量来确定消耗状况。由此，不需要用于部件4和用于其它部件4'的复杂并且昂贵的测量设备。然而，可以附加地设置这些测量设备。
[0067]
上面描述的方法的另一个优选的设计方案是，接口模块2和/或部件4具有用户接口，用户接口使得部件4和/或能量系统3的用户能够停止部件4的接通过程，由此停止其运行。特别是当例如在局部能量市场内部不存在足够的能量时，这是有利的。此外，部件4和/或能量系统3的用户可以借助用户接口向控制中心1传输在任何情况下都要运行部件4。这可以通过储备容量来进行，用户可能必须为储备容量付出更高的报酬。
[0068]
原则上，对于能量系统3的部件4、4'中的每一个有利的是，在运行相应的部件4、4'之前尽可能早地向控制中心1传输或者发送预测状况。由此可以有利地考虑尽可能多的预测状况、特别是消耗状况。光伏设备借助鱼眼(fish-eye)可以例如在接下来的5至10分钟内(预测范围)确定足够好的短期预测。结合天气预报或者天气数据以及对与此相关的历史数据的评估，神经网络同样可以确定和/或提供具有更长的预测范围的长期预测。在最好的情况下，接口模块2向控制中心1传输具有更长的预测范围的能量系统3的部件4、4'的预测状况，因为由此改善对能量系统3、3'之间的能量交换的控制。
[0069]
在本发明的另一个有利的设计方案中，接口模块2可以被设计为，首先在能量系统3内部(能量系统内部)，使能量系统内部的产生与能量系统内部的消耗尽可能匹配。换句话说，接口模块2包括控制中心1和/或另一个对应地设计的控制中心。
[0070]
虽然通过优选实施例进一步详细说明并且描述了本发明，但是本发明不局限于所公开的示例，本领域技术人员由此可以推导出其它变形方案，而不脱离本发明的保护范围。
[0071]
附图标记列表
[0072]1ꢀꢀꢀꢀꢀ
控制中心
[0073]2ꢀꢀꢀꢀꢀ
接口模块
[0074]
3,3'
ꢀꢀ
能量系统
[0075]
4,4'
ꢀꢀ
部件
[0076]
12
ꢀꢀꢀꢀ
数据交换
[0077]
21
ꢀꢀꢀꢀ
数据交换
[0078]
42
ꢀꢀꢀꢀ
数据交换