微电网韧性的测定的制作方法

1.本发明涉及一种用于测定微电网的韧性的方法、设备和计算机程序产品。


背景技术：

2.微电网对于局部发电和耗电以及与主电网的连接的作用很重要。这样的微电网可以包括用于产生、存储和/或消耗电能的多种资产。如果微电网被认为是一个系统，那么资产可以是将电力输送到该子系统中和/或从该子系统中输出电力的一个电气子系统。
3.在微电网中，了解关于破坏性事件的韧性可能是有意义的。
4.韧性可被定义为：“减少破坏性事件的强度和/或持续时间的能力。有韧性的基础设施或企业的效力取决于其预测、吸收、适应和/或从潜在破坏性事件中快速恢复的能力。此定义来自国家基础设施咨询委员会(niac)2009，关键基础设施的韧性的最终报告和建议。
5.在发生破坏性事件(例如网络攻击、灾难)的情况下，韧性可以支持并促进对行动的适应做出决策，并且有助于最大程度地缩短恢复时间。
6.存在许多描述韧性测定的文件。
7.例如，us 2017/0040839示出了一种三级微电网控制架构，其用于确保在突发情况下稳定运行。韧性指标是根据包括当前系统状态的多个参数计算得出的；并且根据该韧性指标决定该系统所采用的应急级别。应急级别是确保最小程度破坏的操作决策基础。
8.us 2017/0046458示出了一种系统，该系统可通过创建电网拓扑的虚拟模型、测量瞬时参数以及模拟未来事件，以在微电网上执行功率分析。实时测量值将与预测值进行比较，评估偏差的严重性，并在必要时为运营商输出警报。系统安全性指标是根据各种稳定性指标计算得出的，显示了电网忍受突发事件的能力。
9.cn 103903058a示出了根据包括安全和应急储备度量标准的广泛评估指标系统的智能电网监视和控制方法。这些度量标准有助于计划和决策。
10.上面描述的韧性测定都是集中的并且有些复杂。因此，使用另一种、尤其是更简单且分散的方法来测定微电网的韧性是很有意义的。


技术实现要素：

11.因此，本发明的一个目的是获取一种测定微电网的韧性的可替代方式，该方式既简单又快速，并且基于分散的方法。
12.根据本发明的第一方面，该目的是通过一种用于测定微电网的韧性的方法来实现的，该微电网包括多个资产，其中资产是微电网中的不同类型的电能子系统，该方法包括：
13.获取关于用于控制资产的装置的状态数据以及关于控制的通信资源的状态数据，其中关于用于控制资产的装置的状态数据包括硬件状态数据和/或软件状态数据，
14.根据状态数据，测定协助用于处理微电网中破坏性事件的多个功能中的每个功能的每个资产的健康和可用性，
15.在执行多个功能时测定微电网的韧性指标，其中韧性指标是根据各个资产关于用于处理破坏性事件的所有功能的各个资产健康和可用性来测定的，
16.向微电网的控制系统提供韧性指标，
17.在控制系统中将韧性指标与至少一个阈值进行比较，以及
18.如果超过阈值中的任一个，则改变对微电网的控制。
19.根据本发明的第二方面，该目的是通过一种用于测定微电网的韧性的设备实现的，微电网包括多个资产，其中资产是微电网中的不同类型的电能子系统，设备包括至少一个控制单元，控制单元配置为：
20.获取关于用于控制资产的装置的状态数据以及关于控制的通信资源的状态数据，其中关于用于控制资产的装置的状态数据包括硬件状态数据和/或软件状态数据，
21.根据状态数据，测定协助用于处理微电网中破坏性事件的多个功能中的每个功能的每个资产的健康和可用性，
22.在执行多个功能时测定微电网的韧性指标，其中韧性指标是根据各个资产关于用于处理破坏性事件的所有功能的各个资产健康和可用性来测定的，
23.将韧性指标与至少一个阈值进行比较，并且如果超过阈值中的任一个，则改变对微电网的控制。
24.至少一个控制单元可包括：被配置为获取所述状态数据的至少一个承诺测定模块、被配置为测定韧性指标的至少一个韧性测定模块、以及韧性调查模块，该韧性调查模块被配置为将韧性指标与至少一个阈值进行比较，并在超过阈值中任一个时改变对微电网的控制。
25.该设备还可包括多个局部控制单元和中央控制单元，并且其中每个承诺测定模块均设置在对应的局部控制单元中，韧性调查模块设置在所述中央控制单元中，并且韧性测定模块设置在局部控制单元或所述中央控制单元中。
26.根据本发明的第三方面，该目的是通过一种用于测定微电网的韧性的计算机程序产品实现的，该微电网包括多个资产，其中资产是微电网中的不同类型的电能子系统，计算机程序产品包括具有计算机程序代码的数据载体，计算机程序代码被配置为当计算机程序代码被加载到控制单元中时，使至少一个控制单元
27.提供至少一个承诺测定模块，承诺测定模块被配置为获取关于用于控制资产的装置的状态数据以及关于控制的通信资源的状态数据，根据状态数据测定协助用于处理微电网中的破坏性事件的多个功能中的每个功能的每个资产的健康和可用性，其中关于用于控制资产的装置的状态数据包括硬件状态数据和/或软件状态数据，
28.提供至少一个韧性测定模块，韧性测定模块被配置为在执行所述多个功能时测定微电网的韧性指标，其中韧性指标是根据各个资产关于用于处理破坏性事件的所有功能的各个资产健康和可用性来测定的，以及
29.提供韧性调查模块，韧性调查模块被配置为将韧性指标与至少一个阈值进行比较，并且如果超过阈值中的任一个，则改变对微电网的控制。
30.可以将韧性指标与多个阈值进行比较，每个阈值对应一个用于处理破坏性事件的功能，并且该方法还包括选择资产以协助已超过阈值的功能。
31.另外可能的是，当比较韧性指标时，至少一个控制单元还被配置为将韧性指标与
多个阈值进行比较，每个阈值对应一个用于处理破坏性事件的功能，并且还被配置为根据资产与功能的相关性来选择资产来协助已超过阈值的功能。
32.因此，根据状态数据的测定可以包括测定协助用于处理微电网中的破坏性事件的多个功能中的每个功能的每个资产的健康以及可用性。该测定可以另外包括测定协助用于处理微电网中的破坏性事件的多个功能中的每个功能的每个资产的容量。
33.微电网可以包括母线，资产可连接到母线。在这种情况下，资产可以是用于从母线接收能量和/或向母线输送能量的子系统。
34.资产可包括至少一个电能产生系统。资产可以附加地或替代地包括至少一个电能存储子系统。资产可以附加地或替代地包括至少一个电能消耗子系统。
35.状态数据可以包括关于资产的内置功能的状态。可以通过监视资产的内置功能来获取此状态数据。
36.可以从用于资产控制的装置中获取状态数据。它可以集成在用于控制资产的组件中。可选地或替代地，状态数据可以从微电网的外部获得，例如从第三方提供商获得和/或集成在组件中。
37.所测定的韧性指标可以包括针对用于处理破坏性事件的多个功能中的每个功能的韧性值。所测定的韧性指标可以附加地或替代地包括通过针对用于处理破坏性事件的多个功能中的每个功能的各个韧性值获得总韧性值。作为示例，可以将韧性指标设置为韧性值的向量或矩阵。
38.资产关于用于处理微电网中的破坏性事件的多个功能中的每个功能的可用性和健康可以设置为多个值，其中一个值代表针对一个功能的可用性和健康。可用性和健康值可以以向量或矩阵的形式设置。在测定容量时，除了可用性和健康以外，该值还可以表示容量。
39.根据第一方面的第一变型，该方法还包括获得每个资产与用于处理破坏性事件的功能中的每个功能的相关性，其中，还根据相关性来测定韧性。
40.根据第二方面的相应的第一变型，至少一个控制单元被配置为获得每个资产与用于处理破坏性事件的功能中的每个功能的相关性，其中，至少一个控制单元在测定韧性时进一步配置为根据相关性来测定韧性。
41.同样，资产与每个功能的相关性可以设置为多个值，每个值对应一个功能。
42.根据另一变型，该方法包括针对每个资产测定功能承诺，该功能承诺限定给予处理破坏性事件的功能的支持，其中资产的功能承诺包括对用于处理破坏性事件的多个功能中的每个功能的可用性、健康、相关性以及可选地还包括容量。处理破坏性事件的功能可以包括功率平衡功能、电压控制功能、频率控制功能和无电源启动功能中的至少一个。
43.根据第二方面的相应的变型，至少一个控制单元被配置为针对每个资产测定功能承诺，该功能承诺限定给予处理破坏性事件的功能的支持，其中资产的功能承诺包括对用于处理破坏性事件的多个功能中的每个功能的可用性、健康、相关性以及可选地还包括容量。
44.微电网可以通过断路器连接到外部电网。
45.根据第一方面的又一个变型，状态数据的获取因此包括获取断路器的状态数据，并且该方法包括进一步的步骤：根据断路器的状态来调整至少一个资产的相关性。
46.根据第二方面的相应的变型，至少一个控制单元在获取状态数据时，还被配置为获取断路器的状态数据，并且还被配置为根据断路器的状态来调整至少一个资产的相关性。
47.此外，微电网可以具有总体控制功能。
48.根据第一方面的又一个变型，状态数据的获取因此可以包括还获取关于总体控制功能的状态数据，以及还可以根据总体控制功能的状态数据，测定协助用于处理破坏性事件的多个功能中的每个功能的每个资产的健康、可用性以及还可选地还有容量。
49.根据第二方面的相应的变型，当至少一个控制单元在获取状态数据时还被配置为还获取关于总体控制功能的状态数据，并且当至少一个控制单元在测定协助用于处理破坏性事件的多个功能中的每个功能的每个资产的健康、可用性以及可选地还有容量时，还被配置为还根据总体控制功能的状态数据来测定该健康、可用性以及可选地还有容量。
50.韧性指标测定可以包括韧性值的阈值的测定，其中阈值可以与值过高或值过低有关。
51.所测定的韧性指标和任何相关联的阈值可以被提供给控制系统以用于离线和在线决策。
52.控制系统可以是执行资产的上述总体控制的系统，也可以是局部控制系统。然而，控制系统可以另外是远程控制系统，例如用于总体控制的虚拟动力设施。
53.韧性指标和这样的阈值可以附加地呈现给运营商。这些可用作不同微电网功能的警报信号。在微电网中存在不可预测的问题的情况下，这种警报信号还可以可选地允许运营商做出决策。
54.韧性以及可选地还有这种阈值可以另外提供给能量管理系统(ems)，以规划微电网的运行和维护。
55.韧性指标可以附加地用于自动微电网运行中。
56.在针对这种自动微电网运行的第一方面的进一步变型中，该方法进一步包括
57.将韧性指标与至少一个阈值进行比较，如果超过阈值中的任一个，则改变对微电网的控制。
58.资产的选择可以根据资产与功能的相关性。该选择可以附加地或替代地根据关于该功能的资产的健康、可用性以及可选地还有容量。
59.韧性的测定可以在微电网的运行期间连续进行。因此，可以定期，例如循环地，重复执行用于测定韧性的步骤。
60.本发明具有许多优点。它提供了有关韧性的有价值的信息。这使得许多应用程序都支持微电网功能。它还可以对微电网进行主动控制，在微电网中可以采取预防措施来提高微电网的韧性，从而减少重启时间或防止关闭和/或停机。尤其是在自然灾害或网络攻击之后，这可以节省纠正和预防性维护成本。
附图说明
61.下面将参考附图描述本发明，其中
62.图1示意性地示出了具有使用局部控制单元和中央控制单元来控制的多个资产的微电网，
63.图2示意性地示出了中央控制单元的一种实现，
64.图3示意性地示出了局部控制单元的一种实现，
65.图4示出了测定微电网中的韧性的方法中的多个方法步骤的流程图，
66.图5示意性地示出了用于使用测定的韧性指标来影响微电网的运行的多个方法步骤的流程图，
67.图6示出了在中央控制单元和局部控制单元之间进行的数据交换以及由二者进行的各种测定，
68.图7示出了针对不同的期望功能的功能承诺的计算，
69.图8示出了中央控制单元接收到的用于评估韧性的所有这些功能承诺的组合，
70.图9示出了根据在中央控制单元和多个局部控制单元中执行的运算在中央控制单元中实现韧性测定的控制示意图，
71.图10示出了根据在中央控制单元和多个局部控制单元中执行的运算在中央控制单元中实现韧性测定的替代控制示意图，
72.图11示出了根据在中央控制单元和多个局部控制单元中执行的运算在中央控制单元中实现韧性测定的另一替代控制示意图，
73.图12示出了在中央控制单元和多个局部控制单元中实现韧性测定的另一替代控制示意图，以及
74.图13示出了计算机程序产品，该计算机程序产品包括以cd
‑
rom盘的形式的具有计算机程序代码的数据载体，以实现韧性测定和调查功能。
具体实施方式
75.在下文中，将详细描述用于测定微电网的韧性的系统、方法和计算机程序产品的优选实施例。
76.图1示意性地示出了微电网10或用于控制微电网10的主系统和各种控制单元。微电网10可以被认为是由多个子系统组成的系统。因此，它包括母线12，多个子系统连接到母线12。在下文中，此类子系统被视为资产。存在经由第一接口装置22连接到母线12的第一子系统或资产14、直接连接到母线12的第二子系统或资产16、同样直接连接到母线12的第三子系统或资产18以及经由第二接口装置24连接到母线12的第四子系统或资产20。母线12还经由外部电网接口26连接到主电网或外部电网28，该外部电网接口26可以包括断路器。
77.资产可以是微电网10中的电能子系统。因此，资产可以作为用于从母线接收电能和/或向母线12输送电能的子系统。
78.第一资产14可以是电能存储系统，例如电池系统。第二资产16可以是第一电能产生系统，例如柴油发电机系统，第三资产18可以是可控电力负荷或电能消耗子系统，以及第四资产20可以是第二电能产生系统，例如以采用光伏元件的光伏(pv)子系统的形式。
79.因此，微电网10可以包括至少一个电能产生子系统。替代地或附加地，微电网可包括至少一个电能存储子系统。替代地或附加地，微电网可以包括至少一个电能消耗子系统。
80.在此应当认识到，可能存在其他资产，例如第五资产，该第五资产可以是以风电场形式的第三电能产生子系统，其也可以经由接口装置连接到母线12。微电网10还可以包括更少的子系统。
81.母线12可以是交流电(ac)母线。一些资产可以使用直流电(dc)运行，然后经由包括ac/dc转换器的接口装置将这些资产连接到该母线12。某些其他资产可以使用ac运行，因此这些资产可以直接连接到母线。在上面给出的示例中，第一资产14是使用dc运行的能量存储系统，因此，第一接口装置22包括ac/dc转换器。第二资产16是柴油发电机系统，其使用ac运行，因此可以直接连接到母线12。另外，第三资产18，即负载，使用ac运行，因此也可以直接连接到母线12。第四资产20，即pv子系统，也使用dc运行，因此第二接口装置24包括ac/dc转换器。
82.应当认识到，母线12可以替代地是dc母线，在这种情况下，使用dc运行的子系统可以直接连接到母线，并且使用ac运行的子系统可以经由dc/ac转换器连接到母线。外部电网或主电网28可以是ac或dc电网，这取决于它是哪种类型的电网以及在微电网中使用哪种类型的母线，外部电网接口26可以包括用于在ac和dc之间转换的合适的转换器。
83.另外应该认识到，ac子系统可以经由ac/ac转换器连接至ac母线，并且dc子系统可以经由dc/dc转换器连接至dc母线。
84.为了控制微电网10的每个资产以接收和/或输送能量，设置了相应的包括局部控制功能的局部控制单元。因此，设置用于控制第一资产14的第一局部控制单元32、用于控制第二资产16的第二局部控制单元34、用于控制第三资产18的第三局部控制单元36以及用于控制第四资产20的第四局部控制单元38。由于第一资产14以电能存储系统为例，所以第一控制单元32可以是存储控制器，而第二资产16以柴油发电机系统为例，则第二局部控制单元34可以是柴油机控制器，由于第三资产18以可控电力负荷为例，因此第三局部控制单元36可以是负荷控制器，而第四资产20以pv发电子系统为例，则第四局部控制单元38可以是pv控制器。
85.每个局部控制单元还与中央控制单元30或网络控制器通信，该中央控制单元30或网络控制器是用于微电网10的总体控制单元，其包括用于对微电网10进行总体控制的功能。还有连接至中央控制单元30的运营商终端40，该运营商终端40可以将信息呈现给微电网运营商。在该图中，以韧性指示符ri形式的一种类型的信息被示为由中央控制单元30提供给运营商终端40以用于呈现。
86.在该图中，局部控制单元32、34、36和38被示为向主控制单元30传输四个功能承诺fc1、fc2、fc3和fc4，这四个功能承诺是可用性、健康和相关性的指示。
87.每个控制单元可以被实现为例如与存储器相关联的处理器之类的硬件和例如包括控制功能的控制模块之类的软件，所述控制功能例如是总体或局部控制功能。可以提供局部控制功能以控制相应的资产，即控制子系统。这种控制可以包括向子系统输送电能和/或从子系统接收电能的控制。例如柴油发电机子系统和pv发电子系统的某些子系统可能仅能够输送电能，例如可控负荷子系统的某些子系统可能仅能够接收电能，而例如能量存储子系统的其他系统可能既可以输送电能也可以接收电能。
88.每个控制单元还可以具有用于与微电网10内的其他控制单元或微电网10外的实体进行通信的通信接口。
89.图2示意性地示出了中央控制单元30的一种实现。中央控制单元30包括以处理器pr 42和相关程序存储器m 44的形式的硬件。所述相关程序存储器m 44包括计算机程序指令。该计算机程序指令包括用于实现具有总体微电网控制功能的主控制模块mcm的指令、用
于实现韧性测定模块rdm的指令、用于实现韧性调查模块rim的指令以及可选地还包括用于实现数据收集模块dcm的指令。主控制模块mcm是微电网的总体控制模块，它考虑了由局部控制单元执行的个体控制。还设置有连接到处理器34的第一通信接口ci 46，以允许主控制模块mcm与其他控制模块(例如局部和外部控制模块)通信。另外，韧性测定模块rdm以及可能还有韧性调查模块rim可以经由该通信接口46进行通信。
90.以类似的方式，图3示意性地示出了局部控制单元的实现，这里以第一局部控制单元32为例。局部控制单元32包括以处理器pr 48和相关联的程序存储器m 50的形式存在的硬件，所述相关联的程序存储器m 50包括计算机程序指令。该计算机程序指令包括用于实现具有局部控制功能的上述局部控制模块lcm的指令，该局部控制模块lcm在以上给出的示例中是能量存储控制模块。这里还设置有一个承诺测定模块cdm。局部控制单元32还包括连接到处理器48的通信接口ci 52，用于允许局部控制模块lcm与例如主控制模块或总体控制模块、外部控制模块、数据收集模块以及其他承诺测定模块的其他控制模块通信。而且，承诺测定模块cdm可以使用通信接口52来与其他局部控制单元的承诺测定模块以及与韧性测定模块rdm、数据收集模块dcm以及可能还与韧性调查模块rim进行通信。
91.以上公开的示例性微电网10具有分布式控制，其中局部控制单元优化受控子系统的行为，来以最佳方式执行相应的微电网功能。为了实现这一目标，每个资产都应通过局部控制单元与其他资产共享其条件。因此，每个资产的局部控制单元都有可能根据微电网中分配的功能以及所有微电网资产的状况(包括其自身的状况)，在每一次都制定最佳决策计划。
92.如前所述，在这种微电网中，对破坏性事件的韧性是一个重要问题。因此，测定例韧性是有意义的，韧性可以表现为例如以韧性指标的形式的韧性指示，该指示可以在总体控制或能量管理系统(ems)中使用。
93.韧性需要系统的视角和态势感知能力，以帮助理解事件，该事件是发生在跨多个尺度的自然和人类力量的交汇点、随着时间的推移不断演变和变化的复杂的嵌入过程。
94.可以将提高微电网韧性的关键要素总结为：
95.·
具有相关组件和连接性的资产的监视能力：硬件、软件、通信等(例如状态、功能可用性、环境条件等)
96.·
态势感知(能够快速详细地描述数据并提取有关已发生事件的有价值的信息的能力，以及与应该采取行动的操作人员进行有效沟通)
97.·
微电网配置、生产和负荷的快速适应能力(全部或部分自动的)，其可有助于在最短时间内恢复。
98.因此，微电网系统应该能够根据诸如微电网资产的健康和容量以及特定功能的可用性等条件来测定微电网运营商的韧性，该韧性可以通过测定韧性指示符来测定。
99.用于处理破坏性事件以及期望微电网提供的一些重要功能如下：
100.·
功率平衡
101.·
电压控制
102.·
频率控制
103.·
无电源启动
104.韧性是根据本发明的各个方面针对用于处理破坏性事件的多个功能测定的，因此
这些功能也被称为破坏性事件处理功能。
105.根据本发明的各个方面，根据对不同类型资产的状态的调查来测定韧性。因此，就状态而言分别调查每个资产，然后可以例如在一个或多个韧性指示符中呈现每个资产对每个破坏性事件处理功能的影响。另外可能的是，调查总体控制功能的状态和/或经由外部电网接口26中的断路器与主电网的连接，并考虑其中之一或两者对破坏性事件处理功能的影响。
106.现在将参考图4来描述如何做到这一点，图4示出了测定微电网10的韧性的方法中的多个方法步骤，这些方法步骤由中央控制单元30的韧性测定模块rdm以及中央和局部控制单元32、34、36和38的不同承诺测定模块cdm执行。
107.该方法开始于与不同资产14、16和18相关联的每个承诺测定模块cdm获得每个资产的状态数据，步骤54。可选地，中央控制单元30的数据收集模块dcm还获得总体控制功能和/或外部电网接口中的断路器的状态数据。
108.这意味着在图1的示例系统中，由第一局部控制单元32实现的承诺测定模块cdm获得与第一资产14有关的状态数据，第二局部控制单元34的承诺测定模块获得与第二资产16有关的状态数据，第三局部控制单元36的承诺测定模块获得与第三资产18有关的状态数据，以及第四局部控制单元38的承诺测定模块获得与第四资产20有关的状态数据。还可选地，中央控制单元30的承诺测定模块cdm获得与主控制模块mcm有关的状态数据和/或与外部网络接口26中的断路器有关的状态数据。数据收集模块dcm可以将其收集的状态数据发送给局部控制单元的承诺测定模块cdm。
109.资产和总体控制功能的状态数据(如果使用的话)可以更具体地包括与执行控制功能有关的状态数据。这是根据本发明的各方面的关于用于实现控制模块的装置的数据，即，关于用于执行总体控制功能和与资产有关的局部控制功能的不同控制单元30、32、34、36和38的数据。状态数据尤其可以是关于控制单元的硬件和/或软件的数据。因此，资产的状态数据包括关于控制资产的局部控制单元的处理器和程序存储器的数据，以及关于存储在这些存储器中的局部控制模块lcm的数据。状态数据还包括通信相关数据，该通信相关数据是关于可用于该局部控制模块的通信资源的数据，该通信资源是局部控制单元的通信接口所使用的通信资源，例如带宽。主控制的状态数据又可以包括关于中央控制单元的处理器和程序存储器的数据，以及关于存储在这些存储器中的主控制模块的数据。状态数据还包括对于该主控制模块可用的通信资源(例如带宽)的数据，这些通信资源是中央控制单元的通信接口使用的通信资源。状态数据可以包括关于资产的内置功能的状态，该状态可以通过监视资产的内置功能的承诺测定模块cdm来获得。可以另外从用于资产控制的装置中获取状态数据。状态数据可以更具体地集成在用于控制资产的组件中。可选地或替代地，可以从微电网外部，例如从第三方提供商获得状态数据。
110.断路器的状态数据可以包括其断开还是闭合的数据。
111.在第一局部控制单元32的示例中，承诺测定模块cdm因此获得与处理器48和存储器50有关的状态数据、关于局部控制模块lcm的状态数据以及关于可用于通信接口52的通信资源的状态数据。可选地，还获得与处理器42、存储器44和通信接口46和/或断路器有关的状态数据。
112.与装置有关的状态数据可以包括在执行附加功能时硬件和软件中的限制，例如剩
余存储空间的限制。它还可能包含关于硬件和/或软件更改的数据，以及关于先前故障和失效的数据。与资产有关的状态数据可包括资产控制方面的限制，例如可用功率、余量和控制模式，以及关于支持特征的数据。
113.然后根据该数据测定每个资产对于破坏性事件处理功能的可用性、健康以及可选地还有容量，即贡献能力，即步骤56。在该测定中，也可考虑来自中央控制单元的总体控制功能的状态数据。
114.这意味着在图1的示例系统中，第一局部控制单元32的承诺测定模块cdm测定第一资产对于每个破坏性事件处理功能的可用性、健康和可选地还有容量。这可能涉及测定可分配给与局部控制单元和中央控制单元两者中的资产有关的破坏性事件处理功能的可用存储空间和处理能力。在一种变型中，这可能涉及在不同的破坏性事件处理功能之间均等地分配过剩容量。可用性、健康和可选的容量的测定可以替代地或附加地包括调查硬件的维护、负载和故障率以及软件的软件版本。第二、第三和第四局部控制单元36、38和40的承诺测定模块也对由这些控制单元控制的资产执行这种测定。
115.另外可能的是，主控制的状态数据从中央控制单元30的数据收集模块dcm传输到局部控制单元的不同承诺测定模块，以便在测定各个资产对于每个破坏性事件处理功能的可用性时加以考虑。中央控制单元的硬件、软件和通信能力的状态可以与局部控制单元的硬件、软件和通信能力的状态相结合，以便测定资产对于不同功能的可用性。
116.资产的健康以及协助破坏性事件处理功能的该资产的可用性和容量可以作为多个值提供，例如，以矢量形式，每个功能对应一个值。上述健康、可用性和可选的容量还可以表示为对破坏性事件处理功能的健康、可用性和容量的程度，例如以百分比的形式，其中，可以形成健康、可用性和容量的百分比。
117.此后，可以执行获取每个资产以及可选地还获取主控制和/或断路器对每个破坏性事件处理功能的重要性或相关性的可选步骤，即步骤58。第一局部控制单元32的承诺测定模块cdm可以因此获得第一资产与每个功能的相关性，第二局部控制单元34的承诺测定模块可以获取第二资产与每个破坏性事件处理功能的相关性，第三局部控制单元36的承诺测定模块可以获取第三资产18与每个破坏性事件处理功能的相关性，以及第四局部控制单元38的承诺测定模块可以获取第四资产与每个破坏性事件处理功能的相关性。这些可以是预先测定的并且作为相关性值存储在相关性表中。
118.因此，可以将资产与破坏性事件处理功能的相关性提供为多个值，每个功能对应一个值。相关性可以另外表示为与破坏性事件处理功能的相关程度，例如以百分比的形式，例如以向量表示。
119.资产可能无法用于功能。相关性可反映出这一点。资产也可能无法适应用于执行或协助执行破坏性事件处理功能的处理要求，这也可能会影响相关性。此外，资产的相关性可能会影响可用性。与某个功能相关性较低的资产的可用性可能比具有一定相关性的其他功能更高。无法实现破坏性事件处理功能的资产可能对此功能的可用性为零，从而可以提高关于该资产能够参与的其他破坏性事件处理功能的可用性。
120.以频率控制功能为例，由于第一资产14使用dc，因此不能将其用于协助该功能。因此，第一资产14与此功能的相关性可以为零。
121.对于容量来说也是如此，不具有容量的资产也可能无法协助故障处理功能。例如，
充满电的储能系统可能无法接收任何额外的能量。因此，对于需要存储能量的功能而言它可能具有零容量。因此，与此功能的相关性可能为零。反而，对于需要能量的功能，相关性可能会很高。
122.资产对于功能的相关性和/或可用性也可能受到外部电网接口26中断路器的状态的影响。资产与事件处理功能的相关性可以更具体地根据断路器的状态进行调整。断路器的状态可能与所有需要使用外部主电网的破坏性事件处理功能相关，而与不需要使用外部主电网的破坏性事件处理功能缺乏相关性。因此，如果断路器的状态为断开，则资产与需要连接到主电网的破坏性事件处理功能的相关性可以设置为零。
123.然后，不同的局部控制单元32、34、36和38的不同的承诺测定模块cdm可以将相应资产对于所有破坏性事件处理功能的可用性、健康以及可选地还有容量和/或相关性中的一种或多种度量传输到中央控制单元30的韧性测定单元rdf。该度量可以是功能承诺，它是承诺测定模块cdm做出的承诺，可以指定是否或在何种程度上使用资产来处理不同的破坏性事件处理功能。如上所述，可以在测定由局部控制单元的承诺测定模块做出的功能承诺中使用主控制和/或断路器的状态。
124.因此，经由通信接口46和52，第一局部控制单元32传输第一功能承诺fc1、第二局部控制单元34传输第二功能承诺fc2、第三局部控制单元36传输第三功能承诺fc3、第四局部控制单元38传输第四功能承诺fc4到中央控制单元30中的韧性测定模块rdm。
125.此后，韧性测定模块rdm根据接收到的功能承诺，即根据每个资产关于每个破坏性事件处理功能的健康、可用性、容量和相关性，测定对于每个破坏性事件处理功能的微电网的韧性，即步骤60。该韧性可以以提供给运营商终端40的一个或多个韧性指示符ri的形式提供，例如体现为韧性指标。
126.如果有四个破坏性事件处理功能，则可能涉及将所有承诺测定模块测定的与第一破坏性事件处理功能相关的健康、可用性、容量和相关性合并为第一韧性值，将所有承诺测定模块测定的与第二破坏性事件处理功能相关的健康、可用性、容量和相关性合并为第二韧性值，将承诺测定模块测定的与第三破坏性事件处理功能相关的健康、可用性、容量和相关性合并为第三韧性值，并将承诺测定模块测定的与第四破坏性事件处理功能相关的健康、可用性、容量和相关性合并为第四韧性值。然后，可以将用于不同破坏性事件处理功能的韧性值合并成系统韧性指示ri，其被提供给运营商终端40以呈现给运营商。韧性指示符ri可以是一个或多个值的形式，例如作为向量或矩阵，其中在作为向量的情况下，可以为每个破坏性事件处理功能提供一个值。在作为矩阵的情况下，矩阵中的每个位置都可以对应于资产相对于一个功能的韧性。因此，矩阵中的行可以对应于功能，而列则可以对应于资产。
127.韧性测定还可以包括测定总值和/或各个韧性值的边界或阈值，其中边界可能与值过高或值过低有关。
128.韧性和可选地相应的边界或阈值可额外呈现给运营商，以用作针对不同微电网功能的警报信号。在微电网中存在不可预测的问题的情况下，这种警报信号还可以选择性地允许运营商做出决策。
129.可以将韧性以及可选的这种阈值另外提供给ems系统，以规划微电网的运营和维护。
130.韧性可另外用于自动微电网运营中。
131.当呈现给运营商时，如果韧性指示ri或任何各个韧性值超出为韧性设置的边界或阈值，则运营商可以对它们进行操作。
132.应该认识到，可以连续进行韧性的测定。因此，可以例如循环地定期重复上述方法步骤。
133.因此，运营商可以通过限定的和期望的微电网功能评估微电网的韧性。此外，评估结果可用于针对不同的微电网功能向微电网运营商提供适当的警报信号。
134.当在自动微电网运营中使用韧性时，中央控制单元30可以使用韧性调查模块rim。现在将参考图5描述该模块的操作，图5示出了用于执行调查的多个方法步骤。
135.韧性调查模块rim可以将韧性与至少一个阈值进行比较，即步骤62。这可以包括将每个测定的韧性与对应的韧性阈值进行比较。作为示例，该比较可以包括将整体韧性值与阈值进行比较和/或将针对破坏性事件处理功能测定的各个韧性值中的一个或多个与相应的阈值进行比较。如果没有超过阈值，即步骤64，则以与调查之前相同的方式继续微电网的运行。然而，如果超过了阈值中的任一个，即步骤64，改变对微电网10的控制以提高韧性，即步骤66。这种提高可以涉及韧性调查模块rim通知主控制模块mcm关于哪个破坏性事件处理功能需要提高韧性。可能另外涉及选择有助于提高韧性的一个或多个资产，该选择可以根据资产的相关性。例如，可以选择和使用最有可能具有良好的健康、可用性以及可选的容量的最高相关性的资产。选择还可能根据资产的健康、可用性以及可选的容量。然后，主控制模块mcm可以改变一个或多个资产(如所选资产)的操作，这些操作会对这种韧性产生影响。这可能涉及命令局部控制单元改变对相应资产的控制。
136.通过提供微电网韧性的度量，例如以韧性指示符的形式，有可能实施完全或部分自动化的适应行为(例如，重新配置、孤岛化、减载等)。在发生灾难或不可预测的破坏性事件(例如极端天气事件、网络攻击等)的情况下，可最小化微电网的恢复时间和成本。
137.现在将参考图6、图7和图8描述韧性处理的一种具体变型，其中图6示出了中央控制单元和局部控制单元之间的数据交换，图7示出了针对局部控制单元中的不同期望功能的功能承诺的计算，以及图8示出了中央控制单元用于评估韧性的所有此类承诺的组合。
138.1.每个健康、可用性和可选的容量或资产状态都可以由一组称为“资产状态指标”的指标st(i)来表征。st(i)可以是标量指标的数组。每个指标在一个范围内(例如，从0到5，从0％到100％等)表示资产的受监视特征的运行状态(例如，硬件和通信状态、控制模式和支持的特征、可用的存储能量等)。
139.2.由局部控制单元的承诺测定模块cdm测定的资产状态指标st(i)(部分或全部)可以广播给其他局部控制单元的其他承诺测定模块和中央控制单元30的韧性测定模块rdm。中央控制单元30的韧性测定模块具有监视网络和接口26中的断路器的状态指标的任务。
140.3.针对受控制的资产(例如储能、柴油发电机、pv等)，每个局部控制单元都根据所有资产的功能、健康、可用性和容量模型，以“功能承诺指标”的形式(图1中的fc1、fc2、fc3和fc4)计算功能承诺。除了可用性、健康和容量之外，资产的承诺指标还根据被研究资产的状况以及电网中其他资产的状况(即其他组件、网络和限制)来指示其执行各种运行特征的能力。
141.一种计算承诺的建议的方法是作为一个指标进行计算，如式(1)所示，其中f(资产i,功能j)表示资产i在提供功能j中的贡献，而s
资产
表示不同的微电网资产的状态或可用性：
142.f(资产i,功能j)
143.＝f(s
资产1
,s
资产2
,
…
,s
资产i
,
…
)
ꢀꢀꢀ
(1)
144.例如，柴油发电机提供功率平衡的承诺可以通过以下方式计算：
145.f(柴油发电机,功率平衡)
146.＝f(s
pv
,s
存储
,s
柴油发电机
,
…
)
ꢀꢀꢀ
(2)
147.每个局部控制单元针对特定资产应参与的(例如，功率平衡、电压控制、频率控制、无电源启动等)不同破坏性事件处理功能f1、f2、f3计算承诺指标。该计算考虑了硬件、软件、通信可用性、健康和容量，例如控制限制(例如余量和限制)以及可用功率和模式(例如局部控制模式和支持的特征)。图7示出了一个示例。对于功能承诺模块的实现，可能需要实施故障限制和网络检查(图7)，这些故障限制和网络检查限定状态指标的阈值，这些阈值指示明确的故障状态的异常状况。
148.故障调查可以包括调查通信故障、硬件和软件故障、功率限制和网络结构。
149.4.按照分布式控制的设计原理，将每个微电网资产的资产i在功能j中的功能承诺指标，即f(i,j)广播到所有其他局部控制单元和中央控制单元。如果需要，可以实施广播限制。图8中的中央控制单元30用作数据聚合器，并且它还具有监视网络和断路器功能承诺指标并将其广播到所有局部控制单元的任务。
150.5.在中央控制单元30中，最后计算韧性指标，见图8。韧性测定模块具有从所有局部控制单元收集的功能承诺指标f(i,j)作为输入，并给出一组标量指标、韧性指标作为输出。
151.对于在发生破坏性事件的情况下恢复微电网所需的每个功能(例如，功率平衡、频率控制和电压控制、无电源启动等)，微电网的韧性通过一个标量指标(例如0％
‑
100％)对所有能够提供该功能的资产进行排序来评估。也就是说，可以通过以下公式计算微电网关于功能j的韧性：
152.韧性指标(功能j)＝g(f(1,j),f(2,j),
…
f(i,j),
…
)
ꢀꢀꢀ
(3)
153.这些指标经由运营商终端40以简洁有效的方式传达给微电网运营商。对于每个韧性指标，可以在中央控制单元中实现自动警报阈值，并将其传达给微电网运营商。
154.在发生灾难的情况下，微电网运营商可以获取有关恢复所需的每个功能的信息：
155.·
微电网中恢复功能的可用性
156.·
哪些资产可以执行此类功能
157.·
灾难发生后资产降额的指示
158.·
哪些资产需要优先修复干预
159.运营商和/或中央控制单元最终可以对适应动作做出决策，这种适应动作可以在发生破坏性事件的情况下最小化恢复时间。
160.提议的方案的主要优点可归纳如下：
161.1.所提议的方法最重要的优点是，它提供了有关韧性的有价值的信息。这使得许多应用程序都支持微电网功能。
162.2.它还将提供对微电网的更智能的控制，在这种控制中可以采取预防措施来提高
微电网的韧性，从而减少重启时间。
163.3.这可能会节省大量的纠正和预防性维护成本，尤其是在自然灾害或网络攻击之后。
164.现在将参考图9、图10、图11和图12给出进一步的实施例，其中图9示出了根据在中央控制单元和多个局部控制单元中执行的运算在中央控制单元中实现韧性测定的控制示意图，图10示出了根据在中央控制单元和多个局部控制单元中执行的运算在中央控制单元中实现韧性测定的替代控制示意图，图11示出了根据在中央控制单元和多个局部控制单元中执行的运算在中央控制单元中实现韧性测定的另一替代控制示意图，图12示出了在中央控制单元和多个局部控制单元中实现韧性测定的另一替代控制示意图。
165.图9描绘了所考虑的微电网的一种控制示意图。可以看出，每个微电网资产都有一个局部控制单元，该局部控制单元根据所有微电网资产的状况优化相应资产的运行，并与其他微电网资产共享资产状况。
166.从图9中可以看出，每个微电网资产都是在局部控制单元中被模块化为三个主要模块，他们代表被研究资产的软件sw、硬件hw和通信cc。这三种类型的状态数据可以一起描述每个微电网资产的状况，例如负载率、容量水平(用于能量存储)、维护历史等。因此，这三个部分都可以用在每个微电网资产中以描述资产情况，即所谓的指示可用性、健康和容量的“资产状态指标”。
167.还请注意，实现韧性测定模块的决策单元在图9中显示为单独的单元。作为替代方案，它可以包括在任何局部控制单元以及中央控制单元中。可以看出，韧性可能仅根据通过状态数据获得的可用性来测定。
168.如前所述，可以通过称为功能承诺指标的一组指标来模拟每个资产在提供不同期望功能方面的贡献。为了简化承诺指标的计算，通过两个指标(即资产状态指标st(i)和资产重要性指标im(i,f))呈现每个微电网资产的可用性、健康、容量和相关性。前者是根据先前讨论的为每个微电网资产定义的三个基本部分(即软件、硬件和通信)获得的，而与相关性相关的资产重要性指标im(i,f)是根据所有微电网资产的一般情况和期望的微电网功能测定的。
169.图10表示运行微电网的另一种方式。从该图中可以看出，资产状态指标st.(i)是根据资产内部状况得出的，而资产重要性指标im(i,f)由于还取决于其他微电网资产的条件，因此在局部控制单元内部测定。下文将更清楚地说明为每个资产计算这两个指标的方法。
170.还应注意，资产重要性指标im.(i,f)对于不同的微电网功能(即处理破坏性事件的功能)也可能有所不同，也就是说，根据其他组件的状态并且还根据可提供不同微电网功能的资产数量，被研究资产的资产重要性指标可能会有所不同。例如，假设这样一种情况，其中微电网中有三个或更多资产(除了被研究资产之外)可以提供微电网功能1。但是，被研究资产是微电网中唯一可以提供功能2的资产。在这种情况下，用于功能2的组件的资产重要性指标远高于功能1的资产重要性指标。因此，根据考虑的微电网功能的数量，每个微电网资产都有多个资产重要性指标。图11给出了考虑了多种微电网功能的建议的控制原理图。
171.另外，在图12中给出了一种控制示意图，该示意图考虑了多个微电网功能以及分
布式控制概念。在该图中所描绘的示意图中，有多个可以执行决策过程的局部控制单元。
172.应该强调的是，在图11和图12中，执行决策过程的局部控制单元应向微电网运营商显示所需的警告信号。
173.在运行中，可以不断地为每个资产计算资产状态指标st.(i)和资产重要性指标im.(i,f)。为了计算资产状态指标st.(i)，可以评估每个资产的所有基本部分(即，软件、硬件和通信)的当前和先前的工作状况，并得出资产状态指标。为了更清楚地说明此指标计算，下面给出了一个示例的表(表i)。
[0174][0175][0176]
表i
[0177]
根据此表：
[0178]
‑
软件状态等于s1+s2，并且可以在2到4之间变化。
[0179]
‑
硬件状态等于h1+h2+h3，并且可以在3到6之间变化。
[0180]
‑
通信状态等于c1+c2，并且可以在2到4之间变化。
[0181]
‑
资产状态指数st.(i)等于s1+s2+h1+h2+h3+c1+c2，并且可以在7到14之间变化。
[0182]
请注意，此表中的建议值和项目仅是说明资产的可用性和相关性的示例。
[0183]
与资产状态指标计算相似，也可以通过查找表为每个资产计算资产重要性指标im.(i,f)，如表2所示。
[0184][0185][0186]
表ii
[0187]
表ii中，mg是微电网的缩写。
[0188]
根据此表：
[0189]
‑
关于这四个功能中的任何一个的资产重要性指标im.(i,f)等于x1+x2，并且可以在2到5之间变化，其中x可以是p、v、f或b。
[0190]
根据上述操作，在下一步中使用所有资产的所有资产状态指标和资产重要性指标来计算微电网相对于每个期望功能的韧性。韧性在这里被测定为韧性指标。为此，可以使用以下公式：
[0191][0192]
f(i,j)＝im(i,j).st(i)
ꢀꢀꢀ
(5)
[0193]
使用这些公式，实现韧性测定模块的决策单元将针对每个功能计算微电网的风险级别，并根据获得的值和一些预定义的阈值级别，向系统运营商显示适当的警报信号。
[0194]
在对重要性指标进行更高级形式的计算时，表ii中的诸如“多于一个”、“只有一个”和“没有更多”的变量可以依赖于其他资产的状况。例如，如果只有两个组件支持功能一，那么将有多于一个的资产可用。但是，如果其中一个资产由于不良的维护状况而具有很高的故障风险，那么另一个资产将变得更加重要，因为现在“没有更多的”资产可以安全地提供此功能。在这种实施方式中，重要性指标可以具有十进制值以标记另一个并行单元的状况有多糟。
[0195]
上述微电网可以具有许多其他变型。可以看出，韧性测定模块可以放置在任何控制单元中。而且，韧性测定模块可以放置在任何控制单元中。但是，应与韧性测定单元结合使用。
[0196]
承诺测定模块在上面被描述为是分布式的。它设置在不同的控制单元中。作为替代方案，可以在主控制单元或局部控制单元之一中放置一个中央承诺测定模块。如果这样做，则可以从所有其他控制单元向该控制单元提供用作测定功能承诺的输入的数据。
[0197]
本公开一方面涉及用于测定韧性的设备。该设备包括该测定所涉及的模块，例如承诺测定模块、韧性测定模块和韧性调查模块。可选地，它还包括数据收集模块。该设备还可以包括控制单元，并且在例如局部控制模块和中央控制模块的控制单元中实现这些模块。
[0198]
模块可以实现为硬件模块，例如专用集成电路(asic)和现场可编程门阵列(fpga)。但是，如上所述，它们也可以实现为软件，即计算机程序代码。
[0199]
用于实现韧性测定模块、承诺测定模块以及可选地还有数据收集模块和韧性调查模块的该计算机程序代码也可以被提供到一个或多个数据载体上，当这些计算机程序代码在处理器上运行时，这些数据载体执行这些模块的活动。在图13中示意性地示出了一种这样的数据载体70，其具有前面提到的cd rom盘形式的计算机程序代码72。可替代地，这种计算机程序可以被提供在服务器上，并且可以从服务器下载到计算机中，以获得系统模型创建和仿真装置。
[0200]
尽管已经结合目前被认为是最实用和优选的方式对本发明进行了描述，但是应当认识到，本发明不限于所公开的实施例，相反，本发明旨在涵盖各种修改形式和等效的设备。本发明仅由所附权利要求书限制。