用于在平衡条件下控制能量子系统之间的能量交换的方法；控制中心；能量系统；计算机程序和存储介质与流程

本发明涉及一种用于控制具有多个能量子系统的能量系统中的能量交换的方法，所述多个能量子系统分别彼此连接以进行能量交换。此外，本发明涉及一种控制中心以及一种具有多个能量子系统和控制中心的能量系统。最后，本发明包括一种计算机程序以及一种存储介质。

背景技术：

电能的生产和消耗必须始终在电网上保持平衡。由于明显的电网侧的针对电能的存储可能性较少，因此特别有必要在消耗电能的同时生成电能。特别地，由于建造分布式小型发电厂，例如光伏设备、热电联产电厂、沼气设备、用于发电的风力涡轮机以及固定式存储器(特别是电池存储器)，简单而有效的控制和调节是必要的。

技术实现要素：

因此，本发明要解决的技术问题是，提供一种用于控制电能交换的改进方法。

根据本发明，该技术问题通过独立权利要求来解决。有利的实施方式和适宜的扩展是从属权利要求的内容。

本发明的第一方面涉及一种用于控制具有多个能量子系统的能量系统中的能量交换的方法，所述多个能量子系统分别彼此连接以进行能量交换。该方法包括以下步骤：

-通过控制中心从能量子系统接收相应的馈入数据，其中馈入数据包括用于接收和/或用于提供能量的对应能量子系统的相应报酬条件，

-通过控制中心根据能量系统的所有能量子系统的馈入数据确定最佳条件，以及

-根据最佳条件控制能量子系统之间的能量交换。

能量尤其是电能。然而替换地，也可以是热量或寒冷。换言之，术语“能量”例如是指“电能”、“热能”或“冷能”。下面使用“电能”。这并不旨在限制本发明，相反，以下与电能有关的所有实施也类似地适用于其他的能量形式。

上述能量系统可以包括控制中心和多个能量子系统。替换地，可以通过相应的控制单元来控制能量子系统。在该情况下，相应的能量子系统与控制中心的通信通过相应的能量子系统的对应的控制单元来进行。在这种情况下，能量系统例如可以包括针对能量子系统中的每一个的多个控制单元以及控制中心。然后可以从能量子系统的相应的控制单元接收馈入数据。可以通过控制能量子系统的相应的控制单元来进行对能量子系统之间的电能交换的控制。

能量子系统可以分别延伸到单个家庭、单个建筑物或企业上。能量子系统中的每一个例如可以包括以下设备中的一个或多个：光伏设备、沼气设备、热电联产电厂、电能存储器(特别是固定式电池存储器)、电动车辆、风力发电机。附加地，能量子系统可以包括纯电能耗电器，诸如工业设备、烹饪设备、洗衣机或任意家用电器。能量系统例如可以由区域、市、市镇、县或者以其他方式定义的区域的能量子系统形成。在此特别规定，能量系统在适当大小的区域上延伸。尤其规定，在一个国家中多个空间上彼此分开的能量系统并存。控制中心可以是能量系统的中央服务器。服务器例如可以经由因特网与能量子系统、特别是与能量子系统的控制单元通信。在此，控制中心不必必然位于由能量系统覆盖的区域内。

馈入数据可以说明在何种报酬条件下相应的能量子系统已经准备好用于接收和/或用于提供电能。报酬条件例如可以包括针对能量量(energiemenge)的价格。例如，馈入数据因此包含在特定价格下对特定能量量的提供或者在特定价格下对特定能量量的请求(即购买)。

基于所有能量子系统的相应的馈入数据，通过控制中心确定最佳条件。换言之，确定了，按照预定标准对于哪个报酬条件实现了最佳。然后可以将这些报酬条件规定或者确定为最佳条件。

随后，与最佳条件对应地控制能量子系统之间的电能交换。附加地，可以与能量子系统的相应的馈入数据对应地控制对电能交换的控制。例如，最佳条件代表(特别是按照预定标准)实现最佳能量交换的价格。能量子系统之间的电能交换然后可以在通过最佳条件所确定的价格下并且与借助馈入数据所确定的能量量对应地进行。通常，电能交换的控制可以被实现为使得通过各个能量子系统刚好实现或最多实现借助馈入数据为接收或为提供所指示的能量量。特别地，电能的交换被控制为使得由能量子系统中的每一个接收或提供与馈入数据相对应地针对对应于最佳条件的报酬条件所确定的那些能量量。

根据扩展方案规定，在考虑最大的电能交换的情况下执行对最佳条件的确定。换言之，最佳条件被确定为使得能量子系统之间的电能交换最大化。这可以按照数学优化问题的方式来进行。通过最大化能量交换，可以提高能量系统的效率。

根据扩展方案规定，根据相应的能量子系统的馈入数据，针对至少一个报酬条件接收所请求的或所提供的能量量。换言之，根据相应的能量子系统的馈入数据接收，能量子系统针对至少一个报酬条件提供或请求了多少能量量。特别地，根据馈入数据针对不同的报酬条件接收所请求或所提供的相应能量量。例如，以这样的方式接收：针对第一价格请求第一能量量，并且针对第二价格请求第二能量量。特别地，如果第二价格低于第一价格，则第二能量量大于第一能量量。替换地，可以根据馈入数据确定，相应的能量子系统针对第三价格接收第三能量量并且针对第四价格提供第四能量量，其中第四价格高于第三价格。

根据扩展方案规定，馈入数据通过控制中心进行组合，以便基于此执行对最佳条件的确定。换言之，最佳条件尤其基于所有能量子系统的所有馈入数据来形成。

根据扩展方案规定，通过控制中心基于馈入数据针对不同报酬条件来确定总共由能量子系统提供的能量量和总共由能量子系统请求的能量量。例如确定，由能量子系统以何种价格总共提供了多少能量量，以及由能量子系统以何种价格总共请求了多少能量量。特别地，“总共”在此是指在所有能量子系统上或在所有能量子系统的馈入数据上的累积。因此，可以依据报酬条件、特别是依据每单位能量量的价格来确定针对总共所提供的能量量和总共所请求的能量量的相应的值表和/或相应的走向。换言之，总共所提供的能量量和总共所请求的能量量分别可以是报酬条件、特别是每单位能量量的价格的函数。以该方式，得到对能量子系统的请求和提供的特别有利的概述。

根据扩展方案规定，相应的馈入数据包括针对相应的能量子系统的价格弹性曲线。这种价格弹性曲线可以说明通过相应的能量子系统所提供或所请求的电气能量量，该电气能量量作为报酬条件、特别是每单位能量量的价格的函数。在此，在价格弹性曲线的范围中，可以通过负的值范围来表示所请求的能量量，并且可以通过正的值范围来表示所提供的能量量。替换地，所请求的能量量也可以通过正的值范围来表示，并且所提供的能量量也可以通过负的值范围来表示。通常，可以根据其符号来区分所请求的和所提供的能量量。以该方式得到了特别有利地说明馈入条件的可能性。

例如，可以通过将价格弹性曲线相加来进行对馈入数据的组合。对应地，根据扩展方案规定，通过控制中心对能量子系统的价格弹性曲线进行组合、特别是相加。为此，价格弹性曲线可以分别划分为代表所请求的能量量的区域和代表所提供的能量量的区域。然后可以将这两个区域分别分开地相加为总共所提供的或总共所请求的能量量。以该方式，得到两个价格弹性曲线，其特别有利地表征了总共所提供的能量量和总共所请求的能量量。

根据扩展方案规定，通过最佳条件为能量子系统中的每一个确定相同的报酬条件。尤其确定了在能量子系统之间交换电能时，分别与相同的报酬条件、即最佳条件对应地交换能量。换言之，最佳条件作为报酬条件对能量系统中所有能量子系统具有约束力。例如，所有能量子系统以通过最佳条件所预先给定的相同价格来交换相应的能量量。

根据扩展方案规定，分别依次针对相继的离散的时间间隔执行所提及的方法步骤。在该情况下特别地规定，针对时间间隔中的每一个从子系统中的每一个通过控制中心接收相应的馈入数据。即，针对时间间隔中的每一个从能量子系统的每个单个能量子系统中接收相应的馈入数据。然后可以针对时间间隔中的每一个确定最佳条件。然后，尤其在最佳条件和用于确定最佳条件的馈入数据都有效的时间间隔内，根据最佳条件进行电能交换。可以在离散的时间间隔的相应一个开始之前已经预先确定最佳条件以及针对电能交换的计划。例如，对于离散的时间间隔中的每一个，已经提前24小时、12小时、6小时、4小时、2小时、1小时、30分钟、15分钟或5分钟执行了所提及的计划。所提及的方法步骤有利地在相继的离散的时间间隔内迭代地执行。这意味着仅在完成时间间隔中的一个的计划之后，才计划后续的时间间隔。以该方式得到特别高程度的灵活性。

根据扩展方案规定，相应的馈入数据通常仅对于时间间隔中的单个有效，并且分别基于对相应的时间间隔有效的馈入数据，针对相继的离散的时间间隔依次执行对最佳条件的确定。如先前所描述的，这尤其是迭代地进行。以该方式，得到特别高程度的计划可靠性，因为在该情况下已经知晓针对先前的时间间隔的计划。相应的馈入数据通常仅针对一个时间间隔有效意味着，可以针对特定的时间间隔发出该馈入数据。替换地，然而也可能的是，由控制装置接收永久有效的或在较长时间内(即在多个时间间隔内)有效的馈入数据。在该情况下，如以上所描述的，馈入数据可以针对一个以上的时间间隔有效。

特别地，通过最佳条件针对能量子系统中的每一个，确定离散的时间间隔中的一个内的(相同)报酬条件。

根据扩展方案规定，通过能量子系统中的一个，确定在随后的时间间隔之前的一个或多个时间间隔中的电能交换，并且用于创建针对随后的时间间隔的相应的馈入数据。换言之，可以确定在与随后的时间间隔相连的一个或多个先前的时间间隔中的电能交换，并用于为随后的时间间隔创建相应的馈入数据。换言之，先前的时间间隔中的电能交换可以被用于创建或确定针对与其随后的时间间隔的馈入数据。在此，先前的时间间隔可以位于未来。在这种情况下，可以模拟或计算针对位于未来的先前的时间间隔的电能交换。该模拟或计算可以根据针对对应的时间间隔的电能交换来迭代地进行，该电能交换已经根据最佳条件来确定。替换地或附加地，可以针对先前的时间间隔中已经过去的时间间隔来测量电能交换。总体而言，通过所提及的特征，可以以能够特别好地计算的方式来进行对电能交换的控制，因为各个时间间隔建立于彼此之上。

特别地，在交换电能之后确定能量子系统的相应状态。这可以已经被预先模拟或计算，或者也可以在交换进行之后进行测量。根据电能交换之后的能量系统的这种状态，可以进而(特别是在馈入数据、最佳条件以及由此产生的电能交换方面)计划随后的时间间隔。

根据扩展方案规定，对于直接在先前时间间隔随后的时间间隔，仅在已经确定了对于先前的时间间隔的能量子系统之间的电能交换之后，才提供和/或接收馈入数据。换言之，首先确定针对先前的时间间隔的电能交换，然后才接收针对随后的时间间隔的馈入数据。以该方式，可以特别有利地依次计划离散的时间间隔。

本发明的第二方面涉及一种控制中心，其被设计为用于执行根据本发明的方法，如其在本申请的范围内所描述的。特别地，控制中心可以是计算单元、特别是服务器。

本发明的另一方面涉及一种能量系统，其具有：

-多个控制单元，其用于在子系统与另外的能量子系统的电能交换方面控制相应的能量子系统，以及

-控制中心，其用于从能量子系统接收相应的馈入数据，其中，馈入数据包括用于接收和/或提供电能的对应能量子系统的相应报酬条件；用于针对能量系统的所有能量子系统依据馈入数据确定最佳条件；以及用于根据最佳条件控制能量子系统之间的电能交换。特别地，能量系统包括上述控制中心，其被设计为用于执行根据本发明的方法，如其在本申请的范围内所描述的。

能量子系统可以是能量系统的一部分。在能量系统的另外的实施方式中，控制单元被认作能量系统的一部分，但是能量子系统不是。

根据本发明的控制中心和根据本发明的能量系统还分别通过如已经结合根据本发明的方法所公开的特征被进一步地扩展。为简洁起见，在此不再在针对控制中心和能量系统方面再次列出这些特征。

此外，本发明涉及一种计算机程序，该计算机程序可以直接加载到根据本发明的控制中心的存储器中，该计算机程序具有程序代码装置，以在控制中心中实施该程序时实施根据本发明的方法的步骤。当计算机程序在控制中心上实施时，根据本发明的计算机程序在根据本发明的控制中心上实现根据本发明的方法。对应地，本发明还涉及一种在其上存储有电子可读的控制信息的存储介质，这些控制信息至少包括所提及的计算机程序，并且被设计为在根据本发明的控制中心中使用存储介质时其执行根据本发明的方法。存储介质例如可以被设计为用于数据的数字或模拟的存储。存储介质可以是单次或多次可写的、易失性的(易失的)或非易失性的。

附图说明

现在根据附图更详细地阐述本发明，附图中：

图1以框图示出了多个能量子系统和控制中心；

图2示出了本方法的示例性实施方式的流程图；

图3示出了具有所请求的或所提供的能量量取决于报酬条件的依赖关系的示例性线图；以及

图4示出了关于在能量系统中总共所提供的能量量和总共所请求的能量量的示例性线图。

具体实施方式

图1以框图示出了关于多个控制单元4和控制中心2的概览图，其共同是能量系统1的一部分。图1还示出了多个能量子系统3以及电力网5(也称为电网，例如50hz的联合电网)。

多个控制单元4分别与能量子系统3中的恰好一个相关联。控制单元4被配置为用于控制各个相关联的能量子系统3。特别地，控制单元4被配置为用于通过对应的能量子系统3来控制电能的产生和消耗。由此，能量子系统3可以被配置为用于控制与电力网5的电能提供和接收。为此，相应的控制单元4与对应的能量子系统3通信。特别地，控制单元4位于相应的能量子系统3的位置。控制单元4也可以被称为能量子系统3的相应的能量管理系统。

能量子系统3中的每一个例如可以包括以下设备中的一个或多个：光伏设备、沼气设备、热电联产电厂、电能存储器(特别是固定式电池存储器)、电动车辆、风力发电机。附加地，能量子系统3可以包括电能耗电器，诸如工业设备、烹饪设备、洗衣机或任意家用电器。控制单元4可以是相应的能量子系统3的控制计算机。能量系统1的能量子系统3可以布置在相同的街道、邻里、城区、镇、市、区域、县中，或者以其他方式布置在预先给定的区域、特别是半径中。

能量子系统3与电力网5连接以交换电能。因此，能量子系统3经由电力网5分别彼此间接连接。以该方式，能量子系统3可以彼此交换电能。当前，能量子系统3之间的这种电能交换由控制中心2控制。为此，控制单元4分别与控制中心2联网。该联网例如可以经由因特网、移动无线电网络、经由其他无线电连接或以任意方式来提供。例如，控制中心2是服务器装置或服务器。

图2示出了针对用于控制电能交换的上述方法的实施例的流程图。在步骤s1中，通过每个控制单元4确定相应的馈入数据6。对于特定的离散的时间间隔t，尤其是实时地或提前地(例如提前1小时、2小时、半天或整天)确定或计算这些馈入数据6。在此，有利地考虑在时间间隔t的开始时相应的能量子系统3的系统状态(例如，对应的能量子系统3的电能存储器的充电状态)以及不同的预测。这些预测例如可以涉及在对应的时间间隔t中的天气、从中推导出的电能的产生和/或针对在相应的能量子系统3内部和/或外部的能耗的估计。预测例如可以从气象服务和/或从其他预测装置获得。替换地或附加地，预测还可以涉及所提及的针对较长时间段、例如半天或整天的参量。总的来说，以该方式可以确定相应的能量子系统3在何种报酬条件下、即在何种价格下提供或请求多少电能的量。

图3中示出了示例性的价格弹性曲线10(也称为推定价格曲线)。该价格弹性曲线10示出了取决于价格p的由对应的能量子系统3所请求或所提供的能量量e。从示例性的价格弹性曲线10得出，对于对应的时间间隔t，对应的能量子系统3依据对此有效的价格p来接收或提供特定量的电能。对于价格p相对较低的请求区域14，由能量子系统3对电能e的请求相对大。例如，能量子系统3可以以这种便宜的价格填充其电能存储器。在价格p相对较高的提供区域15中，对应的能量子系统3准备提供电能e。例如，在价格弹性曲线10中，负值表示对电能的请求，而正值表示由能量子系统3提供电能。例如，价格弹性曲线10可以说明在时间间隔t中通过相应的能量子系统3产生和/或消耗电能的边际成本。

馈入数据6通过相应的控制单元4被传输到控制中心2。换言之，在步骤s2中，控制中心2从能量子系统3或控制单元4接收馈入数据6。这尤其经由借助以上所描述的联网的数据连接来进行。

在步骤s3中，控制中心2根据馈入数据6确定最佳条件7。特别地，在最大化能量子系统3之间的电能交换的情况下，确定最佳条件7。在此，对来自多个能量子系统3的各个馈入数据6进行组合和分析。可以规定，由控制单元4或由能量子系统3所包含的馈入数据6被汇总，并且在进行最大的能量转换的目标下被管理。特别地，所汇总的馈入数据6，特别是被划分为所提供的能量量和所请求的能量量的馈入数据，作为次要条件被输入优化问题中，该优化问题以电能交换最大化为目标来解决。

例如，在此确定总共由能量子系统3提供的能量量11以及总共由能量子系统3请求的能量量12。可以分别依据价格确定这两个能量量11、12。图4示出了针对两个能量量11和12的示例性走向。在此，绘制取决于价格p的总共所提供的能量量11以及总共所请求的能量量12。可以从多个能量子系统3的相应价格弹性曲线10形成针对两个能量量11、12的分布。特别地，通过将价格弹性曲线10的请求区域14相加来确定总共所请求的能量量12，通过该请求区域展现对电能的请求。在本示例中，为了获得正值，请求区域14中的价格弹性曲线10必须还在p轴上被镜像或乘以-1。类似地，可以通过将所有能量子系统3的价格弹性曲线10的提供区域15相加来形成总共所提供的能量量11。

当然可想到的是，并非针对所有能量子系统3都形成或接收类似详细的价格弹性曲线10。也可能的是，能量子系统3中的某些仅针对某些报酬条件说明了值，即每千瓦时电能的价格。特别是在与单个家庭相关联的家庭能量子系统3的情况下，馈入数据6可以具有针对不同报酬条件的单个值。

与根据图4的示例对应地，根据两个能量量11、12(即，总共所提供的能量量11和总共所请求的能量量12)确定最佳条件7。通常，最佳条件7的确定可以被视为优化问题。在当前的优化问题中，所交换的能量量被最大化。在此应当注意的是，最多可以交换如对于特定的报酬条件(尤其是价格)同时提供和请求的那么多的能量。在本示例中，最大所交换的能量量位于交点13。在本线图中，这是总共所提供的能量量11与总共所请求的能量量12之间的交点13。在本实施例中，将与交点相关联的价格确定为针对最佳条件7的价格。

在步骤s4中，与最佳条件7相对应地控制电能的交换。在此，通过控制中心2，尤其是控制单元4中的每一个被控制为使得通过控制单元4，能量子系统3如在馈入数据6中已经针对与最佳条件7相对应的报酬条件所确定地再次提供或接收能量量。为此，特别是将最佳条件7和/或净能量平衡传输给能量子系统3或其控制单元4。电能的交换尤其经由电力网5进行。

在步骤s5中，控制单元4接收最佳条件7和/或净能量平衡。基于此，在步骤s6中通过对应的控制单元4优化相应的能量子系统3的运行。可以在时间间隔t期间和/或先前的时间间隔期间应用此优化。附加地，针对该优化，考虑了诸如天气和/或能量子系统3内部和/或外部的能耗的预测。此外，在该优化中可以考虑与离散的时间间隔t不同的时间间隔。

在另外的步骤s7中，在时间间隔t结束时确定相应的能量子系统3的系统状态。这例如可以通过在时间间隔t实际结束后立即进行测量来实现。当实时地执行本方法、特别是步骤s1至s7时，尤其是这种情况。替换地或附加地，可以模拟或计算系统状态。这也可以被称为基于模型的确定。如果在时间间隔t出现之前执行该方法、特别是步骤s1至s7，则这是特别有利的。

在步骤s7中确定的系统状态可以被考虑为对于下一个时间间隔t+1的基础。对于时间间隔t+1，以类似的方式执行与对于时间间隔t相同的方法步骤。换言之，迭代地执行本方法。这意味着先前的迭代步骤(时间间隔t)分别用作对于后续迭代步骤(时间间隔t+1)的基础。

由于以下事实，即由本方法提供的能量子系统3的协调在时间上(即根据时间间隔t)被离散化并且对于时间间隔t中的每一个依次处理该方法，因此可以通过相应的控制单元4对于所观察的时间间隔t明显更容易并且更好地分析电能产生和消耗方面的灵活性。总的来说，相对于现有技术，提高了能量系统1的灵活性。这是由于以下而导致的：相应的能量子系统3的系统状态在时间间隔t的开始处是已知的(必要时处于预运行中，也被称为提前运行(day-ahead-betrieb))，或者至少可以基于模型来进行分析。时间间隔t可以分别在确定的、尤其是彼此相同的时间段上延伸。该时间段例如可以是5分钟、15分钟、30分钟或1小时。

特别地，通过能量子系统3确定在时间间隔t之前的一个或多个时间间隔t-1中的能量交换，并且被用来为时间间隔t创建对应的馈入数据6。替换地或附加地规定，对于直接在时间间隔t随后的时间间隔t+1，仅在已经确定了对于先前的时间间隔t的能量子系统3之间的能量交换之后才接收馈入数据6。

在此描述一种用于借助多个能量子系统的控制单元4对多个能量子系统3进行协调的改进方法。在该方法中，控制单元4虽然有义务对于特定的时间间隔t预设其灵活性(更准确地说是价格弹性)，但是通过将多个控制单元4及作为其基础的能量子系统3共同聚集在一起总体上、即整体上可以实现针对整个能量系统1的更好的成本或效率，以及还通过与另外的能量子系统3的交互改善了各个能量子系统3的个体利益(针对各个能量子系统3的优化)。特殊之处尤其在于根据时间间隔t对协调进行划分并对其进行连续处理，从而仅需要针对相应的时间间隔t来分析灵活性(例如弹性)，而不必针对较长时间段进行分析。由此可以“更慷慨地”分析现有的灵活性。此外，降低了计算出事后在技术上无法执行的资源规划的风险。

附加地，该方法可以应用在不同上下文中的不同系统中(例如：不同规模、如街道、邻里、城区、市、区域中的电流、热量、寒冷，以及还有系统“电表后端(behind-the-meter)”中，其中实际的优化任务太复杂而无法解决)。中央协调平台的复杂性与参与者的数量成线性比例，并且总体上容易掌握。通过所描述的机制，关于相应能量子系统3或其控制单元4的系统状态的信息可以在对当前所观察的时间间隔t的相应的预测范围内向前和向后流动。系统状态例如可以是能量存储器的充电状态。在中央协调平台中，关于灵活性的信息在时间上从先前的时间间隔t-x向前流到当前所观察的时间间隔t。