优化电能的分配的制作方法

本发明涉及电能的分配的技术领域。

背景技术：

已知用于群首选举的算法：http://en.wikipedia.org/wiki/Leader_election。此外，从DE 10 2011 078 045 A1中已知用于配给能量量的方法和设备。

也被称为软式电网（Softgrid）的新能量网由自主的区域构成，所述区域也被称为岛或电网区域，并且所述区域借助于能量的相互分配来彼此平衡。该平衡可以通过如下节点来完成，我们也将所述节点称为调度器或优化器，并且所述节点基于由自主的区域所要求的能量区间借助于通用接口来收集所有需要的信息和/或这些信息被发送到所述节点。需要的信息可以根据岛例如包括所预测的能量需求、所预测的能量输出和/或关于岛的所预测的能量需求和/或能量输出的灵活性。

调度器于是尝试计算可用的能量在自主的区域上的最优的分配并且将该能量转移分派给这些区域。

存在用于优化可用的能量的分配的不同的可能的方案。能量流可以中央地借助于外部的调度器和/或优化器来控制或者通过将对等体之一、即岛之一选择作为用于调度器和/或优化器的节点来控制，所述节点借助于低复杂度的算法来计算能量的传输。

然而，单个的中央的被设计为调度器的管理节点引起缺点、如通信瓶颈、对等节点之一处的负载峰值或单点故障（Single point of Failure)。此外可能的是，中央的管理节点由于受限制的其可用的时间、受限制的计算能力和受限制的存储空间仅提供次最优的结果。

为了减少这些缺点，可以应用以下方案：

- 把增加的资源、例如更好的CPU供应给调度器；

- 在可用的节点中间转交调度器角色，例如总是转交给具有最满的电池的节点；

- 具有冗余的或过度供应(überbevorratet)的通信连接的中央的调度器；

- 针对失效保护的方案、诸如调度器的热备份；

- 调度器的心跳监视和在故障的情况下用于备件的选择程序。

然而，这些方案仅仅除去、缓和所述缺点中的个别缺点，并且此外需要用于其实现的增加的耗费。

技术实现要素：

因此，本发明所基于的任务在于优化在包括自主的电网区域的电力网中的电能的分配。

该任务通过在独立权利要求中所描述的解决方案来解决。本发明的有利的设计方案在另外的权利要求中加以说明。

根据一个方面介绍用于优化电力网中的电能的分配的方法。电力网包括自主的电网区域。所述方法包括以下方法步骤：在一个方法步骤中，由至少两个调度器实体接收输入数据。输入数据代表由自主的电网区域所要求的能量区间。在另一方法步骤中，由至少两个调度器实体中的每个计算电能到电网区域上的分配的至少一个解决方案。在另一方法步骤中，选择用于电力网中的电能的分配的所计算的解决方案之一。

根据另一方面介绍用于优化电力网中的电能的配给的系统。电力网包括自主的电网区域。所述系统包括至少两个调度器实体和选择装置。所述至少两个调度器实体中的每个包括接口装置和计算装置。所述至少两个调度器实体的接口装置分别被适配用于接收输入数据，所述输入数据代表由自主的电网区域所要求的能量区间。所述至少两个调度器实体的计算装置分别被适配用于计算电能到电网区域上的分配的解决方案。选择装置被适配用于选择用于电力网中的电能的分配的所计算的解决方案之一。

附图说明

随后借助图来示例性地进一步解释本发明。在此：

图1示出根据本发明的一个实施例的通过数据网络来控制的电力网的框图；

图2示出根据本发明的一个实施例的用于优化图1的电力网中的电能的配给的系统的框图；

图3示出根据本发明的一个实施例的方法的流程图。

具有相同的功能和作用的元件在图中配备有相同的附图标记。

具体实施方式

图1示出根据本发明的一个实施例的通过数据网络19来控制的电力网1。

电力网1在图1中通过以粗的线所标记的元件来强调并且包括自主的电网区域5、6、7、8、9和电连接，所述电连接将自主的电网区域相互连接。如在图1中所示出的那样，不是所有的自主的电网区域都需要与所有的其它的自主的电网区域连接。更确切地说，存在将自主的电网区域彼此连接的各种各样的可能性。在现实中，在大的电力网中一般来说出于成本原因以及由于地理情况不是所有的电网区域与所有的电网区域连接。

数据网络19在图1中通过以正常粗的线所标记的元件来强调并且包括实体5a、6a、7a、8a、9a和数据连接，所述数据连接将这些实体5a、6a、7a、8a、9a连接成网络19。数据网络19不需要具有与电力网1相同的拓扑，而是其可以具有其自己的拓扑。电力网的自主的电网区域5、6、7、8、9中的每个包括至少一个实体5a、6a、7a、8a、9a，所述实体控制相应的自主的电网区域。实体5a、6a、7a、8a、9a中的至少两个被设计为调度器实体。这在图1和图2中所示出的实施例中是实体5a和7a。

图2示出用于优化包括自主的电网区域5、6、7、8、9的电力网1中的电能的配给的系统2。系统2包括至少两个调度器实体5a、7a以及选择装置3。所述至少两个调度器实体5a、7a中的每个包括接口装置5b、7b和计算装置5c、7c。所述至少两个调度器实体5a、7a的接口装置5b、7b中的每个被适配用于接收输入数据11。输入数据代表由自主的电网区域5、6、7、8、9所要求的能量区间5i、6i、7i、8i、9i。所述至少两个调度器实体5a、7a的计算装置5c、7c中的每个被适配用于计算电能到电网区域5、6、7、8、9上的分配的解决方案5s、7s。选择装置3被适配用于借助于群首选举来选择用于电力网1中的电能的分配的所计算的解决方案5s、7s之一。

图3示出根据本发明的一个优选实施例的用于优化电力网1中的电能的分配的方法。在方法步骤31中，针对电网区域5、6、7、8、9中的每个确定各一个能量区间5i、6i、7i、8i、9i形式的其能够预期的能量需求，也参见图1。这些能量区间5i、6i、7i、8i、9i作为输入数据11在方法步骤32中由两个调度器实体5a、7a接收。因此，输入数据11代表由自主的电网区域5、6、7、8、9所要求的能量区间5i、6i、7i、8i、9i。在此，由调度器实体5a接收输入数据Ⅰ在图3中通过子方法步骤32a示出，而由调度器实体7a接收输入数据Ⅰ通过子方法步骤32b示出。在方法步骤33中，至少两个调度器实体5a、7a中的每个计算电能到电网区域5、6、7、8、9上的分配的解决方案5s、7s。由调度器实体5a计算解决方案5s在图3中通过子方法步骤33a示出，而由调度器实体7a计算解决方案7s通过子方法步骤33b示出。在方法步骤34中，借助于群首选举来选择用于电力网1中的电能的分配的所计算的解决方案5s、7s之一。为此，选择装置3例如可以被适配用于通过目标值函数3z来分析所计算的解决方案5s、7s并且在群首选举中将所计算的解决方案相互比较。目标值函数在此例如为解决方案5s、7s中的每个提供标量值，所述标量值代表解决方案的质量并且因此实现比较。但是，目标值函数3z例如也可以提供实现比较的向量来代替标量值。

根据优选的实施例，所述至少两个调度器实体5a、7a中的所有调度器实体接收相同的输入数据11。

根据另外的优选的实施例，所述至少两个调度器实体5a、7a被适配用于分别计算电能到电网区域5、6、7、8、9上的分配的不同的解决方案5s、7s。这优选地例如可以通过如下方式来实现：所述至少两个调度器实体5a、7a被适配用于针对相应的至少一个解决方案的计算选择能量区间5i、6i、7i、8i、9i之内的不同的起始群体（Startpopulationen）。然而，另一可能性例如是，所述至少两个调度器实体5a、7a被适配用于针对相应的至少一个解决方案5s、7s的计算使用不同的算法。

根据另外的优选的实施例，电网区域5、6、7、8、9在逻辑上被表示为能量生产者、能量消耗者和产消者中的选择。产消者在此是不仅可以产生能量或者可以消耗能量的电网区域。例如在抽水储能电站的情况下情况如此。产消者的另一示例也可以是电动车辆或一组电动车辆，所述电动车辆的电池为了使电力网稳定根据电网需求可以被充电或者可以给电力网提供电力。在产消者的情况下，所要求的能量区间可以覆盖零，例如电池可以被充电以及放电。

系统2可以如在图2中所示出的那样仅包括调度器实体5a、7a和选择装置，或者所述系统也可以包括电力网。电力网1是或者包括直流电网或交流电网。

在优选的实施方式中，目标值函数3z针对调度器实体被定义并且代表由调度器实体所计算的用于电能的分配的解决方案多么最优。这是能量的最优分配的实际计算的副产品。

这例如可以通过如下方式来实现：在一种具体的实现方案中成本函数的值如在德国专利申请DE102011078045 A1 中所描述的那样在所分派的能量坐标中被累加。成本函数在具有能量区间5i、6i、7i、8i、9i的输入数据11中被传输并且表明能量区间之内的偏好、即优化成本。优化应当尝试总是实现成本函数的最小值。

对于相应的调度器实体5a、7a来说所需要的信息优选地由实体中的每个来广播，以便调度器实体有可能的完整的数据集可供用于电能的分配的计算。在此，每个被构造为节点5a、6a、7a、8a、9a的实体接收信息并且根据需要进一步发送信息，以便给所有的另外的实体5a、6a、7a、8a、9a提供完整的图像。

根据另一种优选的实施方式，所有的实体5a、6a、7a、8a、9a作为调度器实体运转，以便在使用所广播的信息以及随机地选择的初始的起始状态的情况下计算被设计为能量分配的解决方案。在计算之后，或者当所给与的用于计算的时间窗口到期了时，每个实体5a、6a、7a、8a、9a针对其分别计算的解决方案广播目标值函数的值。

实体5a、6a、7a、8a、9a根据欺凌（Bullying）模式比较其值。这意味着，节点广播其产生的目标值函数的值。当一个调度器实体5a、6a、7a、8a、9a接收另一调度器实体5a、6a、7a、8a、9a的具有更低的、即不太最优的值的消息时，该调度器实体广播具有其自己的更高的值的消息。当在最后的消息之后的所给定的时间之内不再获得消息时，那个具有最后的以及因此最高的值的解决方案获胜。例如，那个具有最佳的解决方案的调度器实体5a、6a、7a、8a、9a获胜并且将其所计算的用于电能的分配的解决方案发送给其它实体5a、6a、7a、8a、9a，所述其它实体于是实现电能到自主的电网区域5、6、7、8、9上的所计算的分配。

也可以使用不同于欺凌算法的其它方法、诸如环算法，参见http ://en.wikipedia.org/wiki/Leader_election。

根据优选的实施方式，代替单个的调度器实体，电能的分配的优化以分布在两个或者更多调度器实体5a、6a、7a、8a、9a上的方式进行。由此消除单点故障的问题并且增加稳定性。通过分布式计算也可以改进所计算的解决方案，因为将多个调度器实体的这些解决方案进行比较并且选择最佳的解决方案。也实现各个节点5a、6a、7a、8a、9a作为调度器实体运转并且参与解决方案的计算或者由于受限制的资源不这样做。