供应者与设施之间的峰值电力交换的减轻的制作方法

1.本发明涉及供应者和设施之间的峰值电力交换的减轻。


背景技术：

2.对于诸如制造设施的电能大用户，电费通常由两个部分组成：能量消耗和需求费用。能量消耗表示在特定时间段内消耗的能量的总和，而与瞬时需求变化无关。需求费用适用于电力需求并且可以基于在特定时间段内达到的最大电力需求。对于大用户，需求费用通常占成本的大部分。
3.当前的能量成本最小化解决方案集中于减少或转移能量消耗以确保峰值电力需求保持在供应合同中规定的限制之下，由此减少需求费用。这在本领域中称为“削峰”。负荷管理系统可以使用设施的一个或多个削峰能力(包括例如可转移负荷、可甩负荷、现场发电机和能量存储)来执行甩负荷(在峰值需求时段期间切断非关键的可甩负荷)、负荷转移(使用可转移负荷以将能量消耗移动到峰值需求时段之外的时间段或移动到能量更便宜时)、以及负荷置换(使用现场发电机和/或能量存储来抵消峰值电力需求)。
4.负荷管理系统可以使用优化算法来确定如何操作削峰能力使得峰值电力需求保持低于供应合同中规定的限制。


技术实现要素：

5.需要供应者和设施之间的峰值电力交换的更有效的减轻。独立权利要求的主题满足了这种需要。可选特征由从属权利要求阐述。
6.根据第一方面，提供了用于确定供应者与设施之间的电力交换的减轻的峰值电力交换值的计算机实现的方法。该方法包括接收时间序列，该时间序列包括用于在供应者与设施之间在预定时间段内电力交换的电力交换值；执行优化算法，该优化算法被配置为使用定义设施处的一个或多个削峰能力的数据作为变量来确定时间序列中的减轻的最大电力交换值；以及输出所确定的减轻的最大电力交换值。
7.这样，所要求保护的主题找到在给定边界下的减轻的(例如最小的)可能峰值电力需求值，从而允许通过减少需求费用来降低成本。最小可能峰值电力需求值表示设施可以遵守的实际限制，因此使得设施经营者能够选择具有更低限制的供应合同以减少费用。该最小值提供了关于在何处设置限制并因此如何安排合同的指南。一致的限制当然可以包括相对于所确定的最小值的安全裕度。所要求保护的方法可以由被实现为应用软件的规划工具来执行，并且还可以被作为优化部件提供给电力管理系统。
8.本公开设想了优化算法的许多可能的实现。例如，在所接收的时间序列是定义设施处的电力交换场景分布的多个时间序列之一的情况下，执行优化算法可以包括使用多个时间序列作为输入来执行鲁棒优化。执行鲁棒优化可以包括执行最坏情况鲁棒优化以减轻所有电力交换场景中的最大电力交换值。备选地，执行鲁棒优化可以包括减轻预定比例的电力交换场景中的最大电力交换值。备选地，执行鲁棒优化可以包括执行l2-平均鲁棒优化
以减轻电力交换场景中的平均情况最大电力交换值。备选地，执行鲁棒优化可以包括执行l1-平均鲁棒优化以减轻电力交换场景中的中间情况最大电力交换值。备选地，执行鲁棒优化包括使用多个时间序列作为输入来执行场景树在线优化。
9.本公开还设想可以分段地执行优化。更具体地，在所接收的时间序列包括预定时间段内的电力交换值的至少第一和第二子集的情况下，执行优化算法可以包括确定每个子集中的减轻的最大电力交换值。
10.为了提供更实际的减轻的最大电力交换值，执行优化算法还可包括使用与削峰系统的一个或多个能力有关的成本函数来确定最大电力交换值的减轻与能力成本之间的折衷。该方法可以附加地或备选地包括执行成本效益分析以确定折衷。
11.在此描述的方法适用于由供应者通过电网供应的电力在设施处被消耗的情况和设施生成反馈到电网的电力的情况。因此，电力交换可以与电力摄入或电力馈入相关，其中最大电力交换值分别是最大电力摄入值或最大电力馈入值，并且其中优化算法被配置为分别确定减轻的最大电力摄入值或减轻的最大电力馈入值。两个减轻的最大电力值(摄入和输入)可有助于减小电网侧的波动以及例如设施和电网之间的物理连接容量(包括变压器容量)。
12.根据第二方面，提供了电力管理方法，包括：执行第一方面的方法以从优化算法获得定义用于操作设施的削峰能力的电力管理解决方案的数据，以便将供应者与设施之间的电力交换的电力交换值维持在等于或低于减轻的最大电力交换值；以及根据电力管理解决方案来操作设施的一个或多个削峰能力。
13.根据第三方面，提供了被配置为执行第一方面的方法的规划工具。
14.根据第四方面，提供了被配置为执行第二方面的方法的电力管理系统。
15.根据第五方面，提供了包括指令的计算机程序产品，该指令在由计算装置执行时使计算装置能够/使得计算装置实现第一或第二方面的方法。
16.根据第六方面，提供了包括指令的计算机可读介质，该指令在由计算装置执行时使计算装置能够/使得计算装置实现第一或第二方面的方法。
17.这里公开的“时间序列”及其“电力交换值”可以与电力消耗数据和/或电力生成数据相关，并且可以包括测量和/或预测数据。因此，“电力交换”可以被理解为与电力消耗和/或生成相关。
[0018]“减轻”是指最大电力交换值减小到一定程度(与接收到的时间序列中出现的相比)。优选地，最大电力交换值被最小化，但是应当理解，这里描述的主题也可以经由非最优解决方案提供有益的能量成本降低。
[0019]
如本文所用，“能力”是指可用于影响设施处的电力需求，特别是降低峰值电力需求的任何设备、装置或系统。例如，可转移负荷、可甩负荷，现场发电机和能量存储可被描述为削峰能力。其它能力可以提供能量从一种形式到另一种形式的转换。术语“能力”和“灵活性”在本文中可互换使用。
[0020]“设施”是指消耗和/或生成能量的现场、建筑物或设备。因此，设施可被描述为能量消耗者、能量生成者或两者。该设施可以是非工业设施诸如商业或私人设施(例如办公楼或家庭)，或工业设施，特别是工业现场，例如工业工厂，尤其是包括电力的生成者、消耗者和存储的任何组合的那些现场。术语“设施”不仅包括作为整体的现场、建筑物或设备，还包
括其单独的部分、区域或部件。
[0021]
尽管下面给出的特定示例涉及电能的供应，但是应当理解，所描述的系统和方法同样适用于其它商品的供应，诸如水、气、热、运输能力或电信带宽。
[0022]
术语“模块”、“系统”、“电路”和“工具”在本文中可互换地使用。
[0023]
本发明可以包括单独或组合的一个或多个方面、示例或特征，无论是否在该组合或单独中具体公开。
[0024]
参考下面描述的实施例，本发明的这些和其它方面将变得显而易见。
附图说明
[0025]
现在将参考附图仅以示例的方式给出详细描述，其中：
[0026]
图1示出了包括电力管理系统的设施；
[0027]
图2是示出在如本文描述的优化之前和之后图1的设施处的电力需求的直方图；
[0028]
图3示出了说明如本文描述的优化之前和之后的电力交换值的时间序列；以及
[0029]
图4示出了根据本文公开的系统和方法能够使用的计算装置。
具体实施方式
[0030]
图1示出了经由电网152从供应者150接收电能的制造设施100。设施100包括(为简单起见，在图1中未示出的其他消耗和/或生成装置中)各种削峰能力，包括可甩负荷102、可转移负荷104、能量存储106和发电机108。应当理解，图1所示的削峰能力仅用于说明的目的，并且一个或多个削峰能力的任何组合由本公开考虑了。该设施还包括电力管理系统110，其耦合到削峰能力102-108并被配置为操作削峰能力102-108以便在必要时减少设施100处的电力需求。具体地，电力管理系统110被配置为根据电力管理解决方案来操作削峰能力102-108。如下文描述，电力管理解决方案由如本文所述的用于操作削峰能力102-108的优化部件确定，以便将供货商150与设施100之间的电力交换的电力交换值维持在减轻的最大电力交换值处或以下。
[0031]
图1中进一步示出了规划工具120，其被配置为执行用于确定供应者150和设施100之间的电力交换的减轻的峰值电力交换值的方法。图1中以智能电话的形式示出了规划工具120，智能电话运行执行该方法的应用软件，但是应当理解，其他实现也是可能的。应用软件的优化部件414接收时间序列，时间序列包括在预定(例如历史)时间段或间隔(例如一年)上供应者150与设施100之间的电力交换的电力交换值。优化部件414执行优化算法，优化算法被配置为使用定义设施100处的削峰能力102-108的数据作为变量来确定时间序列中的减轻的最大电力交换值。优化部件414输出所确定的减轻的最大电力交换值，该确定的减轻的最大电力交换值可以用于设施100处操作的规划，特别是如上所述的安排(例如，优化)电力供应合同。另一个使用案例是减轻到电网的电力连接的硬件(变压器、开关装置、电缆)扩展。
[0032]
同样如图1所示，优化部件414可以附加地或备选地形成电力管理系统110的一部分。在任何情况下，优化部件414还被配置为使用优化算法确定定义电力管理解决方案的数据，以供电力管理系统110在操作设施100的削峰能力102-108时使用，以便将供货商150与设施100之间的电力交换的电力交换值维持在减轻的最大电力交换值处或以下。
[0033]
优化部件414因此提供在设施100处的峰值能量摄入的最小化。本文所公开的主题可以应用于能量成本最小化的情境下，并且可以应用于建筑物以及诸如现场或电网的部分(例如微电网、配电网)的较大区域。
[0034]
先前的优化部件以将电力需求保持在给定阈值以下的优化目标发挥作用。发明人已经认识到，这样的方法不能利用削峰能力102-108的全部潜力，这可能不需要简单地将电力需求保持在阈值之下。
[0035]
根据本公开，定义削峰能力102-108的数据被提供给优化部件414，优化部件414找到使用这些能力可以获得的最小峰值电力交换值。这可以通过设置成本最小化优化函数来完成，该函数具有附于削峰能力的使用以及(减轻的)峰值的成本。
[0036]
这里，峰值电力交换值是指在时间段中电力交换的最大值。因此，与先前的方法相反，优化部件414旨在尽可能远地向下推峰值，而不是简单地找到保持峰值低于给定限制的解决方案。优化部件414提供从不需要被超过的峰值，并且不是关于是否限制可以被遵守的是/否答案。
[0037]
图2是示出在如本文描述的优化之前和之后设施100处的电力需求的直方图，展示优化部件414最小化来自电网152的最大电力摄入的能力。点状线直方图示出了在优化之前在设施100处来自电网152的电力摄入。一年中每小时的电力摄入范围在-9mw到32mw之间(并且因此存在高达9mw的盈余被反馈到电网152中的小时)。优化部件414将范围最小化到-8mw到19mw，如虚线直方图所示。新的最大值19mw不表示给定的限制，而是表示使用削峰能力102-108可以获得的最小化的最大电力交换值。
[0038]
如果输入时间序列是不确定的(例如，未来电力消耗或生成的预测)并且因此被实现为场景的分布，则优化部件414可以使用鲁棒优化。鲁棒优化可以通过若干方式实现，例如：
[0039]
○
最差情况鲁棒优化：最小化所有场景中的最差情况(100％)下的最大电力交换值。
[0040]
○
如上，但是取一个值(例如95％)，要求在95％的场景中保持优化限制。
[0041]
○
l2-平均情况鲁棒优化：最小化所有场景中平均情况下的最大电力交换值。
[0042]
○
l1-平均情况鲁棒优化：最小化所有场景中的中间情况下的最大电力交换值。
[0043]
○
场景树在线优化：这里的假设是可以在时间步长中作出决定。输入数据中的不确定性是这样的：随着每个时间步长，一些输入数据变为确定的，并且确定的输入数据对于给定的时间步长对于所有将来的时间步长都保持确定。应用场景树优化(诸如在“application of an explicit min-max mpc to a scaled laboratory process”，d.m.de la pena，2005中所描述的)给出了在最大电力交换值方面不如最坏情况优化保守的优化结果，但是覆盖了比l2-平均情况鲁棒优化所排除的场景更多的场景。
[0044]
优化部件414还可以“分段地”优化，这意味着最小可能限制(如上)不是针对完整的给定时间段确定的，而是针对电力交换值的不同子集确定的。在一个示例中，如图3所示，针对夜间(例如19：00-7：00)和白天(例如7：00-19：00)优化了特定限制。
[0045]
定义削峰能力102-108的数据包括取决于削峰量而不是可使用的固定灵活性量的成本函数。通过引入用于各种能力102-108的成本函数，优化部件414可以提供价格与“最小能量摄入”之间的合理加权优化。这可以是更实际的值，因为能力102-108可能与当对限制
使用能力时可能增加太多的成本相关联。
[0046]
应当理解，本公开不限于最小化最大电力交换值，而电力交换值的分布的任何标量统计特性可以被优化。标量统计特征的示例包括平均值、中间(中间值)、最大值、最小值、方差(作为扩展度量)、范围(作为扩展度量)或这些值的任何组合。当输入数据具有随机性质时，结果可以是某个分布、中间或“最可能”值。
[0047]
因此，本公开提供的是基于间隔时间序列数据和给定的灵活性进行优化以确定最小可能峰值的部件。
[0048]
现在参考图4，示出了可根据本文所公开的系统和方法论使用的示例性计算装置400的高级图示。具体地，计算装置可以用于实现上述规划工具120和/或电力管理系统110。计算装置400包括执行存储在存储器404中的指令的至少一个处理器402。指令可以是比如用于实施被描述为由以上讨论的一个或多个部件(具体地，优化部件414)实现的功能的指令，或用于实施以上描述的方法中的一个或多个的指令。处理器402可以通过系统总线406访问存储器404。除了存储可执行指令之外，存储器404还可以存储会话输入、分配给会话输入的分数等。
[0049]
计算装置400还包括由处理器402通过系统总线406是可访问的数据存储408。数据存储408可包括可执行指令、日志数据等。计算装置400还包括允许外部装置与计算装置400通信的输入接口410。比如，输入接口410可用于从外部计算机装置、从用户等接收指令。计算装置400还包括将计算装置400与一个或多个外部装置接口的输出接口412。例如，计算装置400通过输出接口412可以显示文本、图像等。
[0050]
预期经由输入接口410和输出接口412与计算装置400通信的外部装置可被包括在提供基本上任何类型的用户可与其交互的用户接口的环境中。用户接口类型的示例包括图形用户接口、自然用户接口等。比如，图形用户接口可以接受来自使用诸如键盘、鼠标、遥控器等(多个)输入设备的用户的输入，并在诸如显示器的输出装置上提供输出。此外，自然用户接口可以使用户能够以免于诸如键盘、鼠标、遥控器等输入设备强加的约束的方式与计算装置400交互。相反，自然用户接口可以依赖于语音识别、触摸和手写笔识别、屏幕上和邻近屏幕的手势识别、隔空手势、头部和眼球跟踪、声音和语音、视觉、触摸、手势、机器智能等。
[0051]
附加地，虽然被作为单个系统示出，但是应当理解，计算装置400可以是分布式系统。因此，比如，若干装置可以通过网络连接进行通信，并且可以共同执行被描述为由计算装置400执行的任务。
[0052]
这里描述的各种功能可以以硬件、软件或其任意组合来实施。如果以软件实施，则这些功能可以作为计算机可读介质上的一个或多个指令或代码来存储或传输。计算机可读介质包含计算机可读存储介质。计算机可读存储介质可以是可由计算机访问的任何可用存储介质。作为示例而非限制，这样的计算机可读存储介质可以包括ram、rom、eeprom、cd-rom或其他光盘存储、磁盘存储或其他磁存储装置、或可用于携带或存储指令或数据结构形式的所需程序代码并且可由计算机访问的任何其它介质。这里使用的磁盘和光盘包括压缩光盘(cd)、激光盘、光盘、数字多功能盘(dvd)、软盘和蓝光盘(bd)，其中磁盘通常磁性地再现数据，而光盘通常使用激光光学地再现数据。此外，传播的信号不包括在计算机可读存储介质范围内的。计算机可读介质还包括通信介质，该通信介质包括有助于将计算机程序从一
个地方传递到另一个地方的任何介质。比如，连接可以是通信介质。例如，如果使用同轴电缆、光纤电缆、双绞线、数字用户线(dsl)或诸如红外线、无线电和微波的无线技术从网站、服务器或其它远程源传输软件，那么同轴电缆、光纤电缆、双绞线、dsl或诸如红外线、无线电和微波的无线技术包含在通信介质的定义中。上述的组合也应包括在计算机可读介质的范围内。
[0053]
备选地或附加地，这里描述的功能可以至少部分地由一个或多个硬件逻辑部件来执行。例如但不限于，可以使用的硬件逻辑部件的说明性类型包括现场可编程门阵列(fpga)、程序专用集成电路(asic)、程序专用标准产品(assp)、系统芯片系统(soc)、复杂可编程逻辑器件(cpld)等。
[0054]
应当理解，除了提到的功能，上述电路还可以具有其它功能，并且这些功能可以由同一电路执行。
[0055]
申请人在此孤立地公开了在此描述的每个单独的特征以及两个或更多个这样的特征的任何组合，达到这样的特征或组合能够根据本领域技术人员的公知常识基于本说明书作为整体来实现的程度，而不管这样的特征或特征的组合是否解决在此公开的任何问题，并且不限于权利要求的范围。申请人指出，本发明的各方面可以包括任何这样的单独特征或特征的组合。
[0056]
虽然已经在附图和前面的描述中详细说明和描述了本发明，但是这样的说明和描述应当被认为是示例性的而不是限制性的。本发明不限于所公开的实施例。
[0057]
通过研究附图、公开内容和所附权利要求，本领域技术人员可以理解和实现所公开实施例的其它变型。在权利要求中，词语“包括”不排除其他元件或步骤，并且不定冠词“一”或“一个”不排除多个。单个处理器或其它单元可以实现权利要求中列举的若干项的功能。在相互不同的从属权利要求中列举的某些措施的事实并不表示不能有利地使用这些措施的组合。计算机程序可以存储/分布在适当的介质上，诸如与其他硬件一起提供或作为其他硬件的一部分提供的光存储介质或固态介质，但是也可以以其他形式分布，诸如经由因特网或其他有线或无线通信系统。权利要求中的任何参考符号不应解释为限制范围。

技术特征：
1.一种用于确定供应者(150)与设施(100)之间的电力交换的减轻的峰值电力交换值的计算机实现的方法，所述方法包括：接收时间序列，所述时间序列包括用于在预定时间段内在所述供应者与所述设施之间电力交换的电力交换值；执行优化算法，所述优化算法被配置为使用定义所述设施处的一个或多个削峰能力(102-108)的数据作为变量来确定所述时间序列中的减轻的最大电力交换值；以及输出所确定的减轻的最大电力交换值。2.根据权利要求1所述的方法，其中所接收的时间序列是定义所述设施(100)处的电力交换场景的分布的多个时间序列中的一个时间序列，并且其中执行所述优化算法包括使用所述多个时间序列作为输入来执行鲁棒优化。3.根据权利要求2所述的方法，其中执行鲁棒优化包括执行最坏情况鲁棒优化，以减轻所有所述电力交换场景中的所述最大电力交换值。4.根据权利要求2所述的方法，其中执行鲁棒优化包括减轻所述电力交换场景的预定比例中的最大电力交换值。5.根据权利要求2所述的方法，其中执行鲁棒优化包括执行l2-平均鲁棒优化，以减轻所述电力交换场景中的平均情况最大电力交换值。6.根据权利要求2所述的方法，其中执行鲁棒优化包括执行l1-平均鲁棒优化，以减轻所述电力交换场景中的中间情况最大电力交换值。7.根据权利要求2所述的方法，其中执行鲁棒优化包括使用所述多个时间序列作为输入来执行场景树在线优化。8.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中所接收的时间序列至少包括所述预定时间段内的电力交换值的第一子集和第二子集，并且其中执行所述优化算法包括确定每个子集中的所述减轻的最大电力交换值。9.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中执行所述优化算法还包括使用与削峰系统的一个或多个能力有关的成本函数来确定所述最大电力交换值的减轻与能力成本之间的折衷。10.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中所述电力交换与电力摄入或电力馈入相关，其中所述最大电力交换值分别是最大电力摄入值或最大电力馈入值，并且其中所述优化算法被配置为分别确定减轻的最大电力摄入值或减轻的最大电力馈入值。11.一种电力管理方法，包括：执行根据前述权利要求中任一项所述的方法，以从所述优化算法获得定义电力管理解决方案的数据，所述电力管理解决方案用于操作所述设施(100)的所述削峰能力(102-108)，以便将所述供应者(150)与所述设施之间的电力交换的电力交换值维持在等于或低于所述减轻的最大电力交换值处；以及根据所述电力管理解决方案来操作所述设施的一个或多个所述削峰能力。12.一种规划工具(120)，被配置为执行根据权利要求1至10中任一项所述的方法。13.一种电力管理系统(110)，被配置为执行根据权利要求11所述的方法。14.一种包括指令的计算机程序产品，所述指令在由计算装置(400)执行时使所述计算装置能够实现根据权利要求1至11中任一项所述的方法。
15.一种包括指令的计算机可读介质(404，408)，所述指令在由计算装置(400)执行时使所述计算装置能够实现根据权利要求1至11中任一项所述的方法。

技术总结
提供了一种用于确定供应者(150)与设施(100)之间的电力交换的减轻的峰值电力交换值的计算机实现的方法。该方法包括接收时间序列，该时间序列包括用于在预定时间段上在供应者与设施之间电力交换的电力交换值；执行优化算法，该优化算法被配置为使用定义设施处的一个或多个削峰能力(102-108)的数据作为变量来确定时间序列中的减轻的最大电力交换值；以及输出所确定的减轻的最大电力交换值。输出所确定的减轻的最大电力交换值。输出所确定的减轻的最大电力交换值。


技术研发人员：乔治
受保护的技术使用者：ABB瑞士股份有限公司
技术研发日：2021.09.20
技术公布日：2023/7/22