本發(fā)明涉及電能的分配的技術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)：

已知用于群首選舉的算法：http://en.wikipedia.org/wiki/Leader_election。此外，從DE 10 2011 078 045 A1中已知用于配給能量量的方法和設(shè)備。

也被稱為軟式電網(wǎng)（Softgrid）的新能量網(wǎng)由自主的區(qū)域構(gòu)成，所述區(qū)域也被稱為島或電網(wǎng)區(qū)域，并且所述區(qū)域借助于能量的相互分配來彼此平衡。該平衡可以通過如下節(jié)點(diǎn)來完成，我們也將所述節(jié)點(diǎn)稱為調(diào)度器或優(yōu)化器，并且所述節(jié)點(diǎn)基于由自主的區(qū)域所要求的能量區(qū)間借助于通用接口來收集所有需要的信息和/或這些信息被發(fā)送到所述節(jié)點(diǎn)。需要的信息可以根據(jù)島例如包括所預(yù)測(cè)的能量需求、所預(yù)測(cè)的能量輸出和/或關(guān)于島的所預(yù)測(cè)的能量需求和/或能量輸出的靈活性。

調(diào)度器于是嘗試計(jì)算可用的能量在自主的區(qū)域上的最優(yōu)的分配并且將該能量轉(zhuǎn)移分派給這些區(qū)域。

存在用于優(yōu)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調(diào)度器和/或優(yōu)化器來控制或者通過將對(duì)等體之一、即島之一選擇作為用于調(diào)度器和/或優(yōu)化器的節(jié)點(diǎn)來控制，所述節(jié)點(diǎn)借助于低復(fù)雜度的算法來計(jì)算能量的傳輸。

然而，單個(gè)的中央的被設(shè)計(jì)為調(diào)度器的管理節(jié)點(diǎn)引起缺點(diǎn)、如通信瓶頸、對(duì)等節(jié)點(diǎn)之一處的負(fù)載峰值或單點(diǎn)故障（Single point of Failure)。此外可能的是，中央的管理節(jié)點(diǎn)由于受限制的其可用的時(shí)間、受限制的計(jì)算能力和受限制的存儲(chǔ)空間僅提供次最優(yōu)的結(jié)果。

為了減少這些缺點(diǎn)，可以應(yīng)用以下方案：

- 把增加的資源、例如更好的CPU供應(yīng)給調(diào)度器；

- 在可用的節(jié)點(diǎn)中間轉(zhuǎn)交調(diào)度器角色，例如總是轉(zhuǎn)交給具有最滿的電池的節(jié)點(diǎn)；

- 具有冗余的或過度供應(yīng)(überbevorratet)的通信連接的中央的調(diào)度器；

- 針對(duì)失效保護(hù)的方案、諸如調(diào)度器的熱備份；

- 調(diào)度器的心跳監(jiān)視和在故障的情況下用于備件的選擇程序。

然而，這些方案僅僅除去、緩和所述缺點(diǎn)中的個(gè)別缺點(diǎn)，并且此外需要用于其實(shí)現(xiàn)的增加的耗費(fèi)。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

因此，本發(fā)明所基于的任務(wù)在于優(yōu)化在包括自主的電網(wǎng)區(qū)域的電力網(wǎng)中的電能的分配。

該任務(wù)通過在獨(dú)立權(quán)利要求中所描述的解決方案來解決。本發(fā)明的有利的設(shè)計(jì)方案在另外的權(quán)利要求中加以說明。

根據(jù)一個(gè)方面介紹用于優(yōu)化電力網(wǎng)中的電能的分配的方法。電力網(wǎng)包括自主的電網(wǎng)區(qū)域。所述方法包括以下方法步驟：在一個(gè)方法步驟中，由至少兩個(gè)調(diào)度器實(shí)體接收輸入數(shù)據(jù)。輸入數(shù)據(jù)代表由自主的電網(wǎng)區(qū)域所要求的能量區(qū)間。在另一方法步驟中，由至少兩個(gè)調(diào)度器實(shí)體中的每個(gè)計(jì)算電能到電網(wǎng)區(qū)域上的分配的至少一個(gè)解決方案。在另一方法步驟中，選擇用于電力網(wǎng)中的電能的分配的所計(jì)算的解決方案之一。

根據(jù)另一方面介紹用于優(yōu)化電力網(wǎng)中的電能的配給的系統(tǒng)。電力網(wǎng)包括自主的電網(wǎng)區(qū)域。所述系統(tǒng)包括至少兩個(gè)調(diào)度器實(shí)體和選擇裝置。所述至少兩個(gè)調(diào)度器實(shí)體中的每個(gè)包括接口裝置和計(jì)算裝置。所述至少兩個(gè)調(diào)度器實(shí)體的接口裝置分別被適配用于接收輸入數(shù)據(jù)，所述輸入數(shù)據(jù)代表由自主的電網(wǎng)區(qū)域所要求的能量區(qū)間。所述至少兩個(gè)調(diào)度器實(shí)體的計(jì)算裝置分別被適配用于計(jì)算電能到電網(wǎng)區(qū)域上的分配的解決方案。選擇裝置被適配用于選擇用于電力網(wǎng)中的電能的分配的所計(jì)算的解決方案之一。

附圖說明

隨后借助圖來示例性地進(jìn)一步解釋本發(fā)明。在此：

圖1示出根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例的通過數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)來控制的電力網(wǎng)的框圖；

圖2示出根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例的用于優(yōu)化圖1的電力網(wǎng)中的電能的配給的系統(tǒng)的框圖；

圖3示出根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例的方法的流程圖。

具有相同的功能和作用的元件在圖中配備有相同的附圖標(biāo)記。

具體實(shí)施方式

圖1示出根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例的通過數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)19來控制的電力網(wǎng)1。

電力網(wǎng)1在圖1中通過以粗的線所標(biāo)記的元件來強(qiáng)調(diào)并且包括自主的電網(wǎng)區(qū)域5、6、7、8、9和電連接，所述電連接將自主的電網(wǎng)區(qū)域相互連接。如在圖1中所示出的那樣，不是所有的自主的電網(wǎng)區(qū)域都需要與所有的其它的自主的電網(wǎng)區(qū)域連接。更確切地說，存在將自主的電網(wǎng)區(qū)域彼此連接的各種各樣的可能性。在現(xiàn)實(shí)中，在大的電力網(wǎng)中一般來說出于成本原因以及由于地理情況不是所有的電網(wǎng)區(qū)域與所有的電網(wǎng)區(qū)域連接。

數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)19在圖1中通過以正常粗的線所標(biāo)記的元件來強(qiáng)調(diào)并且包括實(shí)體5a、6a、7a、8a、9a和數(shù)據(jù)連接，所述數(shù)據(jù)連接將這些實(shí)體5a、6a、7a、8a、9a連接成網(wǎng)絡(luò)19。數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)19不需要具有與電力網(wǎng)1相同的拓?fù)?，而是其可以具有其自己的拓?fù)?。電力網(wǎng)的自主的電網(wǎng)區(qū)域5、6、7、8、9中的每個(gè)包括至少一個(gè)實(shí)體5a、6a、7a、8a、9a，所述實(shí)體控制相應(yīng)的自主的電網(wǎng)區(qū)域。實(shí)體5a、6a、7a、8a、9a中的至少兩個(gè)被設(shè)計(jì)為調(diào)度器實(shí)體。這在圖1和圖2中所示出的實(shí)施例中是實(shí)體5a和7a。

圖2示出用于優(yōu)化包括自主的電網(wǎng)區(qū)域5、6、7、8、9的電力網(wǎng)1中的電能的配給的系統(tǒng)2。系統(tǒng)2包括至少兩個(gè)調(diào)度器實(shí)體5a、7a以及選擇裝置3。所述至少兩個(gè)調(diào)度器實(shí)體5a、7a中的每個(gè)包括接口裝置5b、7b和計(jì)算裝置5c、7c。所述至少兩個(gè)調(diào)度器實(shí)體5a、7a的接口裝置5b、7b中的每個(gè)被適配用于接收輸入數(shù)據(jù)11。輸入數(shù)據(jù)代表由自主的電網(wǎng)區(qū)域5、6、7、8、9所要求的能量區(qū)間5i、6i、7i、8i、9i。所述至少兩個(gè)調(diào)度器實(shí)體5a、7a的計(jì)算裝置5c、7c中的每個(gè)被適配用于計(jì)算電能到電網(wǎng)區(qū)域5、6、7、8、9上的分配的解決方案5s、7s。選擇裝置3被適配用于借助于群首選舉來選擇用于電力網(wǎng)1中的電能的分配的所計(jì)算的解決方案5s、7s之一。

圖3示出根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例的用于優(yōu)化電力網(wǎng)1中的電能的分配的方法。在方法步驟31中，針對(duì)電網(wǎng)區(qū)域5、6、7、8、9中的每個(gè)確定各一個(gè)能量區(qū)間5i、6i、7i、8i、9i形式的其能夠預(yù)期的能量需求，也參見圖1。這些能量區(qū)間5i、6i、7i、8i、9i作為輸入數(shù)據(jù)11在方法步驟32中由兩個(gè)調(diào)度器實(shí)體5a、7a接收。因此，輸入數(shù)據(jù)11代表由自主的電網(wǎng)區(qū)域5、6、7、8、9所要求的能量區(qū)間5i、6i、7i、8i、9i。在此，由調(diào)度器實(shí)體5a接收輸入數(shù)據(jù)Ⅰ在圖3中通過子方法步驟32a示出，而由調(diào)度器實(shí)體7a接收輸入數(shù)據(jù)Ⅰ通過子方法步驟32b示出。在方法步驟33中，至少兩個(gè)調(diào)度器實(shí)體5a、7a中的每個(gè)計(jì)算電能到電網(wǎng)區(qū)域5、6、7、8、9上的分配的解決方案5s、7s。由調(diào)度器實(shí)體5a計(jì)算解決方案5s在圖3中通過子方法步驟33a示出，而由調(diào)度器實(shí)體7a計(jì)算解決方案7s通過子方法步驟33b示出。在方法步驟34中，借助于群首選舉來選擇用于電力網(wǎng)1中的電能的分配的所計(jì)算的解決方案5s、7s之一。為此，選擇裝置3例如可以被適配用于通過目標(biāo)值函數(shù)3z來分析所計(jì)算的解決方案5s、7s并且在群首選舉中將所計(jì)算的解決方案相互比較。目標(biāo)值函數(shù)在此例如為解決方案5s、7s中的每個(gè)提供標(biāo)量值，所述標(biāo)量值代表解決方案的質(zhì)量并且因此實(shí)現(xiàn)比較。但是，目標(biāo)值函數(shù)3z例如也可以提供實(shí)現(xiàn)比較的向量來代替標(biāo)量值。

根據(jù)優(yōu)選的實(shí)施例，所述至少兩個(gè)調(diào)度器實(shí)體5a、7a中的所有調(diào)度器實(shí)體接收相同的輸入數(shù)據(jù)11。

根據(jù)另外的優(yōu)選的實(shí)施例，所述至少兩個(gè)調(diào)度器實(shí)體5a、7a被適配用于分別計(jì)算電能到電網(wǎng)區(qū)域5、6、7、8、9上的分配的不同的解決方案5s、7s。這優(yōu)選地例如可以通過如下方式來實(shí)現(xiàn)：所述至少兩個(gè)調(diào)度器實(shí)體5a、7a被適配用于針對(duì)相應(yīng)的至少一個(gè)解決方案的計(jì)算選擇能量區(qū)間5i、6i、7i、8i、9i之內(nèi)的不同的起始群體（Startpopulationen）。然而，另一可能性例如是，所述至少兩個(gè)調(diào)度器實(shí)體5a、7a被適配用于針對(duì)相應(yīng)的至少一個(gè)解決方案5s、7s的計(jì)算使用不同的算法。

根據(jù)另外的優(yōu)選的實(shí)施例，電網(wǎng)區(qū)域5、6、7、8、9在邏輯上被表示為能量生產(chǎn)者、能量消耗者和產(chǎn)消者中的選擇。產(chǎn)消者在此是不僅可以產(chǎn)生能量或者可以消耗能量的電網(wǎng)區(qū)域。例如在抽水儲(chǔ)能電站的情況下情況如此。產(chǎn)消者的另一示例也可以是電動(dòng)車輛或一組電動(dòng)車輛，所述電動(dòng)車輛的電池為了使電力網(wǎng)穩(wěn)定根據(jù)電網(wǎng)需求可以被充電或者可以給電力網(wǎng)提供電力。在產(chǎn)消者的情況下，所要求的能量區(qū)間可以覆蓋零，例如電池可以被充電以及放電。

系統(tǒng)2可以如在圖2中所示出的那樣僅包括調(diào)度器實(shí)體5a、7a和選擇裝置，或者所述系統(tǒng)也可以包括電力網(wǎng)。電力網(wǎng)1是或者包括直流電網(wǎng)或交流電網(wǎng)。

在優(yōu)選的實(shí)施方式中，目標(biāo)值函數(shù)3z針對(duì)調(diào)度器實(shí)體被定義并且代表由調(diào)度器實(shí)體所計(jì)算的用于電能的分配的解決方案多么最優(yōu)。這是能量的最優(yōu)分配的實(shí)際計(jì)算的副產(chǎn)品。

這例如可以通過如下方式來實(shí)現(xiàn)：在一種具體的實(shí)現(xiàn)方案中成本函數(shù)的值如在德國專利申請(qǐng)DE102011078045 A1 中所描述的那樣在所分派的能量坐標(biāo)中被累加。成本函數(shù)在具有能量區(qū)間5i、6i、7i、8i、9i的輸入數(shù)據(jù)11中被傳輸并且表明能量區(qū)間之內(nèi)的偏好、即優(yōu)化成本。優(yōu)化應(yīng)當(dāng)嘗試總是實(shí)現(xiàn)成本函數(shù)的最小值。

對(duì)于相應(yīng)的調(diào)度器實(shí)體5a、7a來說所需要的信息優(yōu)選地由實(shí)體中的每個(gè)來廣播，以便調(diào)度器實(shí)體有可能的完整的數(shù)據(jù)集可供用于電能的分配的計(jì)算。在此，每個(gè)被構(gòu)造為節(jié)點(diǎn)5a、6a、7a、8a、9a的實(shí)體接收信息并且根據(jù)需要進(jìn)一步發(fā)送信息，以便給所有的另外的實(shí)體5a、6a、7a、8a、9a提供完整的圖像。

根據(jù)另一種優(yōu)選的實(shí)施方式，所有的實(shí)體5a、6a、7a、8a、9a作為調(diào)度器實(shí)體運(yùn)轉(zhuǎn)，以便在使用所廣播的信息以及隨機(jī)地選擇的初始的起始狀態(tài)的情況下計(jì)算被設(shè)計(jì)為能量分配的解決方案。在計(jì)算之后，或者當(dāng)所給與的用于計(jì)算的時(shí)間窗口到期了時(shí)，每個(gè)實(shí)體5a、6a、7a、8a、9a針對(duì)其分別計(jì)算的解決方案廣播目標(biāo)值函數(shù)的值。

實(shí)體5a、6a、7a、8a、9a根據(jù)欺凌（Bullying）模式比較其值。這意味著，節(jié)點(diǎn)廣播其產(chǎn)生的目標(biāo)值函數(shù)的值。當(dāng)一個(gè)調(diào)度器實(shí)體5a、6a、7a、8a、9a接收另一調(diào)度器實(shí)體5a、6a、7a、8a、9a的具有更低的、即不太最優(yōu)的值的消息時(shí)，該調(diào)度器實(shí)體廣播具有其自己的更高的值的消息。當(dāng)在最后的消息之后的所給定的時(shí)間之內(nèi)不再獲得消息時(shí)，那個(gè)具有最后的以及因此最高的值的解決方案獲勝。例如，那個(gè)具有最佳的解決方案的調(diào)度器實(shí)體5a、6a、7a、8a、9a獲勝并且將其所計(jì)算的用于電能的分配的解決方案發(fā)送給其它實(shí)體5a、6a、7a、8a、9a，所述其它實(shí)體于是實(shí)現(xiàn)電能到自主的電網(wǎng)區(qū)域5、6、7、8、9上的所計(jì)算的分配。

也可以使用不同于欺凌算法的其它方法、諸如環(huán)算法，參見http ://en.wikipedia.org/wiki/Leader_election。

根據(jù)優(yōu)選的實(shí)施方式，代替單個(gè)的調(diào)度器實(shí)體，電能的分配的優(yōu)化以分布在兩個(gè)或者更多調(diào)度器實(shí)體5a、6a、7a、8a、9a上的方式進(jìn)行。由此消除單點(diǎn)故障的問題并且增加穩(wěn)定性。通過分布式計(jì)算也可以改進(jìn)所計(jì)算的解決方案，因?yàn)閷⒍鄠€(gè)調(diào)度器實(shí)體的這些解決方案進(jìn)行比較并且選擇最佳的解決方案。也實(shí)現(xiàn)各個(gè)節(jié)點(diǎn)5a、6a、7a、8a、9a作為調(diào)度器實(shí)體運(yùn)轉(zhuǎn)并且參與解決方案的計(jì)算或者由于受限制的資源不這樣做。