DE112021002563T5

DE112021002563T5 - Optimierungssystem

Info

Publication number: DE112021002563T5
Application number: DE112021002563.5T
Authority: DE
Inventors: Eiichiro FUJIWARA; Masao Ono
Original assignee: IHI Corp
Current assignee: IHI Corp
Priority date: 2020-07-02
Filing date: 2021-06-08
Publication date: 2023-03-02
Also published as: US20230073260A1; WO2022004306A1; JPWO2022004306A1; JP7468656B2

Abstract

Bereitgestellt wird ein Optimierungssystem (1), umfassend: eine Vielzahl von Einzelsystemen (20); und ein Hostsystem (12), das konfiguriert ist, mit den Einzelsystemen (20) zu kommunizieren. Jedes der Einzelsysteme (20) umfasst: ein Vorrichtung (elektrische Vorrichtung (30)), die mit einer Energiequelle (Stromnetz (22)) verbunden ist, und konfiguriert ist, Energie von der Energiequelle zu empfangen oder Energiequelle an die Energiequelle zu übertragen; und ein Optimierungsrechenmodul (50), das konfiguriert ist, eine Optimierungsberechnung durchzuführen, so dass eine Zielfunktion in einem Zustand minimiert wird, in dem die Parameter der Energie durch die Vorrichtung jeweils auf die Zielfunktion und eine Randbedingung eingestellt werden, Das Hostsystem (12) umfasst ein Hostrechenmodul (70), das konfiguriert ist, einen Anreiz auf Grundlage einer Vielzahl von Ergebnissen der Optimierungsberechnung abzuleiten, die jeweils von einem entsprechenden System der Einzelsysteme (20) abgeleitet werden. Das Optimierungsrechenmodul (50) ist konfiguriert, die Optimierungsberechnung erneut auf Grundlage des vom Hostrechenmodul (70) abgeleiteten Anreizes durchzuführen.

Description

Technisches Gebiet
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Optimierungssystem zum Optimieren einzelner Systeme. Diese Anmeldung beansprucht die Priorität der japanischen Patentanmeldung Nr. 2020-114689 , eingereicht am 2. Juli 2020, deren Inhalt durch Bezugnahme hierin aufgenommen wird.
Stand der Technik
In Patentliteratur 1 wird zum Beispiel eine Ausführung offenbart, in der ein EV-Kraftwerk, ein industrielles Stromspeichersystem und ein Haushaltsstromspeichersystem von einem Aggregator als Einstellkräfte für elektrische Energie geregelt werden.
Zitationsliste
Patentliteratur
PTL 1: JP 6574466 B2
Kurzbeschreibung der Erfindung
Technische Aufgabe
Im Übrigen gibt es verschiedene Arten von Einzelsystemen, z.B. einen Betriebsstandort wie ein Werk, einen Stromspeicher, in dem Batterien installiert sind, und eine Ladestation (EV-Kraftwerk). Optimieren zum Minimieren eines im Voraus festgelegten Postens (z.B. des Strompreises) kann für ein solches Einzelsystem durchgeführt werden.
Selbst wenn jedoch jedes Einzelsystem optimiert ist, kann die Gesamtheit der Vielzahl von Einzelsystemen nicht als optimal angesehen werden. Folglich nimmt eine Wirkung der Optimierung ab.
Die vorliegende Offenbarung hat zum Ziel, ein Optimierungssystem bereitzustellen, das eine Abnahme der Wirkung der Optimierung unterdrücken kann.
Lösung der Aufgabe
Um die oben genannte Aufgabe zu lösen, wird gemäß einem Gesichtspunkt der vorliegenden Erfindung ein Optimierungssystem bereitgestellt, das umfasst: eine Vielzahl von Einzelsystemen; und ein Hostsystem, das konfiguriert ist, mit der Vielzahl von Einzelsystemen zu kommunizieren, wobei jedes der Einzelsysteme umfasst: ein Vorrichtung, die mit einer Energiequelle verbunden ist, und konfiguriert ist, Energie von der Energiequelle zu empfangen oder Energiequelle an die Energiequelle zu übertragen; und ein Optimierungsrechenmodul, das konfiguriert ist, eine Optimierungsberechnung durchzuführen, so dass eine Zielfunktion in einem Zustand minimiert wird, in dem die Parameter der Energie durch die Vorrichtung jeweils auf die Zielfunktion und eine Randbedingung eingestellt werden, wobei das Hostsystem ein Hostrechenmodul umfasst, das konfiguriert ist, einen Anreiz auf Grundlage einer Vielzahl von Ergebnissen der Optimierungsberechnung abzuleiten, die jeweils von einem entsprechenden System aus der Vielzahl von Einzelsystemen abgeleitet werden, und wobei das Optimierungsrechenmodul konfiguriert ist, die Optimierungsberechnung erneut auf Grundlage des vom Hostrechenmodul abgeleiteten Anreizes durchzuführen.
Außerdem kann die Vielzahl von Ergebnissen der Optimierungsberechnung jeweils einen Vorhersagewert eines von der Energiequelle empfangenen Energiebedarfs in einem entsprechenden der Vielzahl von Einzelsystemen enthalten. Das Hostrechenmodul kann konfiguriert sein, einen Vorhersagewert eines Gesamtungleichgewichtsbetrags abzuleiten, der ein Index ist, der ein Energieversorgungs-/Nachfrage-Gleichgewicht anzeigt, das sich durch Aufsummieren der Vielzahl von Einzelsystemen auf Grundlage der Vielzahl von Ergebnissen der Optimierungsberechnung ergibt, und den Anreiz auf Grundlage des Vorhersagewerts des Gesamtungleichgewichtsbetrags abzuleiten.
Außerdem kann das Hostrechenmodul konfiguriert sein, das Ableiten des Anreizes zu wiederholen, bis der abgeleitete Vorhersagewert des Gesamtungleichgewichtsbetrags in einen vorgegebenen Bereich fällt, und das Optimierungsrechenmodul kann konfiguriert sein, die Optimierungsberechnung auf Grundlage des abgeleiteten Anreizes jedes Mal, dass der Anreiz abgeleitet wird, zu wiederholen.
Das Optimierungsrechenmodul kann konfiguriert sein, die Optimierungsberechnung bei jedem Unterbrechungszeitpunkt zu starten, der in einem vorgegebenen Steuertakt eintrifft, und das Hostrechenmodul kann konfiguriert sein, das Berechnen auf Grundlage eines der Vielzahl von Ergebnissen der Optimierungsberechnung zu einem Zeitpunkt des Empfangens des einen der Vielzahl von Ergebnissen der Optimierungsberechnung von einem beliebigen der Vielzahl von Einzelsystemen zu beginnen.
Vorteilhafte Wirkungen der Erfindung
Gemäß der vorliegenden Offenbarung kann eine Abnahme der Wirkung der Optimierung unterdrückt werden.
Figurenliste

1 ist ein schematisches Schaubild eines Optimierungssystems gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Offenbarung.
2 ist ein Flussdiagramm zum Illustrieren eines Ablaufs eines Betriebs eines Optimierungsrechenmoduls eines Einzelsystems.
3 ist eine Tabelle zum Darstellen eines Beispiels von Anforderungen.
4 ist ein Diagramm zum Darstellen eines Beispiels eines Übergangs eines Vorhersagewerts eines Strombedarfs.
5 ist ein Diagramm zum Darstellen eines Beispiels eines Übergangs eines Stromverbrauchsmengen-Einheitspreises.
6 ist ein Diagramm zum Darstellen eines weiteren Beispiels des Übergangs des Vorhersagewerts des Strombedarfs.
7 ist ein Diagramm zum Darstellen eines Beispiels eines EIN-Zustands und eines AUS-Zustands des Ladens von Batterien von Fahrzeugen.
8 ist ein Diagramm zum Darstellen eines weiteren Beispiels der Übergänge der Vorhersagewerte der Strombedarfe.
9 ist ein Flussdiagramm zum Illustrieren eines Ablaufs eines Betriebs eines Hostrechenmoduls.
10 ist ein Diagramm zum Darstellen eines Beispiels einer Beziehung zwischen der Anzahl von Malen des Konvergierens und einem Vorhersagewert eines Gesamtungleichgewichtsbetrags.
11 ist ein Diagramm zum Darstellen einer Wirkung des Optimierungssystems.

Beschreibung der Ausführungsformen
Nun wird unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen eine Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung im Einzelnen beschrieben. Die Dimensionen, Materialien und andere spezifische numerische Werte der Ausführungsform sind lediglich Beispiele, die dem Verständnis der Offenbarung dienen und die vorliegende nicht einschränken. Elemente mit im Wesentlichen gleicher Funktion und gleichem Aufbau hier und in den Zeichnungen werden mit denselben Bezugszeichen versehen, um eine überflüssige Beschreibung derselben zu vermeiden. Die Darstellung von Elementen ohne direkten Bezug zur vorliegenden Offenbarung wird weggelassen.
1 ist ein schematisches Schaubild eines Optimierungssystems 1 gemäß diesem Ausführungsbeispiel. Das Optimierungssystem 1 umfasst ein lokales System 10 und ein Hostsystem 12. Das lokale System 10 wird aus einer Vielzahl von Einzelsystemen 20 gebildet. Im Beispiel der 1 werden beispielhaft drei Einzelsysteme 20a, 20b und 20c als das lokale System 10 verkörpert. Die Einzelsysteme 20a, 20b und 20c werden im Folgenden manchmal zusammenfassend einfach als „Einzelsystem 20“ bezeichnet. Die Anzahl der Einzelsysteme 20, die das lokale System 10 bilden, ist nicht auf drei beschränkt und muss nur zwei oder mehr betragen. Deren Anzahl kann zwei oder vier oder mehr sein.
Jedes der Einzelsysteme 20 umfasst eine elektrische Vorrichtung 30, die elektrisch mit einem Stromnetz 22 verbunden ist. Das Stromnetz 22 ist eine Energiequelle für elektrische Energie (elektrische Leistung). Die elektrische Vorrichtung 30 empfängt die elektrische Leistung vom Stromnetz 22 oder überträgt elektrische Leistung ans Stromnetz 22. Die Übertragung der elektrischen Leistung ans Stromnetz 22 entspricht dem Verkaufen der durch die elektrische Vorrichtung 30 erzeugte elektrische Leistung und dergleichen ans Stromnetz 22.
In 1 wird eine elektrische Vorrichtung 30 der Einfachheit halber in einem Einzelsystem 20 beispielhaft dargestellt. Die im Einzelsystem 20 enthaltene Anzahl elektrischer Vorrichtungen 20 ist jedoch nicht auf eins beschränkt und kann zwei oder mehr betragen. Wenn zudem eine Vielzahl elektrischer Vorrichtungen 30 im Einzelsystem 20 vorhanden ist, können sich die Arten der Vielzahl elektrischer Vorrichtungen 30 voneinander unterscheiden oder teilweise oder insgesamt gleich sein. Außerdem können die Arten der elektrischen Vorrichtungen 30 in jedem Einzelsystem 20 unter der Vielzahl von Einzelsystemen 20 unterschiedlich oder in allen Einzelsystemen 20 teilweise oder komplett gleich sein.
Das Einzelsystem 20a ist eines von verschiedenen Arten von Unternehmensstandorten, beispielsweise eine Fabrik, eine Lagerhalle oder ein Büro. Die elektrische Vorrichtung 30 des Einzelsystems 20a ist beispielsweise ein Motor, eine Klimaanlage oder eine Beleuchtung und verbraucht den Strom des Stromnetzes 22.
Die elektrische Vorrichtung 30 des Einzelsystems 20b ist beispielsweise eine Batterie (Ladebatterie). Die Batterie wird unter Verwendung der vom Stromnetz 22 bereitgestellten elektrischen Energie geladen. Ferner kann die Batterie die geladene elektrische Energie entladen, um die elektrische Energie an das Stromnetz 22 bereitzustellen. Das Einzelsystem 20b ist beispielsweise ein Stromspeicher, in dem die oben genannte Batterie installiert ist. Beispielsweise kann der Stromspeicher die Batterie laden, wenn eine Last am Stromnetz 22 niedrig ist und kann die gespeicherte elektrische Energie an das Stromnetz 22 abgeben, wenn die Last im Stromnetz 22 hoch ist.
Das Einzelsystem 20c ist beispielsweise eine Ladestation (sogenannte „EV-Ladestation“), die eine Batterie eines Fahrzeugs laden kann. Das Fahrzeug ist hier ein elektrisches Fahrzeug, ein Hybridfahrzeug oder dergleichen, in dem eine Batterie, die elektrisch Leistung an einen Antrieb bereitstellt, angeordnet ist. Ein Fahrzeug, wie z.B. ein elektrisches Fahrzeug oder ein Hybridfahrzeug, wird im Folgenden manchmal als „EV“ bezeichnet. Die elektrische Vorrichtung 30 des Einzelsystems 20c ist beispielsweise ein Ladegerät, der den Strom des Stromnetzes 22 umwandelt und den umgewandelten Strom an die Batterie des EV bereitstellt. Beispielsweise kann im Einzelsystem 20c eine Vielzahl von Ladegeräten installiert sein.
Die elektrische Vorrichtung 30 ist nicht auf die Ausführungsbeispiele der elektrischen Vorrichtung 30 beschränkt und kann eine beliebige elektrische Vorrichtung sein, die Strom von einem Stromnetz 22 empfangen oder an dieses bereitstellen kann. Außerdem ist das Einzelsystem 20 nicht auf die Ausführungsbeispiele des Einzelsystems 20 beschränkt und kann in angemessener Weise auf Grundlage der Art, der Größenordnung oder dergleichen der elektrischen Vorrichtung festgelegt werden. Ferner kann die Vielzahl von Einzelsystemen 20 in voneinander verschiedenen Räumlichkeiten angeordnet sein oder ein Teil oder die Gesamtheit können in gemeinsamen Räumlichkeiten angeordnet sein.
Das Einzelsystem 20 umfasst zusätzlich zur elektrischen Vorrichtung 30 eine Kommunikationseinheit 40, eine Speichereinheit 42 und eine Einzelsteuereinheit 44. Die Kommunikationseinheit 40 kann eine drahtlose oder drahtgebundene Verbindung zum und vom Hostsystem 12 herstellen. Die Speichereinheit 42 wird beispielsweise aus einer nichtflüchtigen Speichereinrichtung gebildet. In der Speichereinheit 42 werden beispielsweise verschiedene Arten von Information gespeichert, die im Einzelsystem 20 verwendet werden.
Die Einzelsteuereinheit 44 wird aus einem integrierten Halbleiter-Schaltkreis gebildet, der eine zentrale Recheneinheit (CPU), ein ROM, in dem ein Programm und dergleichen gespeichert sind, und ein RAM als Arbeitsspeicher und dergleichen umfasst. Die Einzelsteuereinheit 44 führt ein Programm aus, um dadurch als ein Optimierungsrechenmodul 50 zu fungieren.
Im Einzelsystem 20 werden Parameter der Energie (Strom) durch die elektrische Vorrichtung 30 jeweils auf eine Zielfunktion und eine Randbedingung eingestellt. Der auf die Zielfunktion eingestellte Parameter und der auf die Randbedingung eingestellte Parameter sind unterschiedliche Parameter. Der Parameter ist ein Posten, der sich beispielsweise auf eine Energiemenge (Strommenge), Energiekosten (Strompreis), eine Energieeffizienz (Ladezustand oder Energieumwandlungsrate), eine Energienutzungszeit (Stromnutzungszeit), ein Posten, der sich auf einen Energienutzungsvertrag bezieht (z.B. vertragliche elektrische Leistung), eine Energieübertragungs-/Empfangsrichtung (z.B. Rückstromsperre) und Ähnliches bezieht.
Die Zielfunktion entspricht einem Posten, der in der später beschriebenen Optimierung minimiert werden soll. Die Zielfunktion wird für jedes Einzelsystem 20 eingestellt. Beispielsweise wird im Einzelsystem 20b der Strompreis am Unternehmensstandort als die Zielfunktion eingestellt. Ferner kann beispielsweise die Anzahl der Lade/Entladezyklen der Batterie als Zielfunktion im Einzelsystem 20b eingestellt werden. Der Lade-/Entladezyklus erstreckt sich vom Beginn des Ladevorgangs bis zum Beginn des nächsten Ladevorgangs und bis zum Ende des Ladevorgangs bzw. vom Beginn des Entladevorgangs bis zum Beginn des nächsten Entladevorgangs und bis zum Ende des Entladevorgangs. Die Anzahl der Lade/Entladetakte ist die Anzahl der Male der Lade/Entladetakte. Darüber hinaus wird beispielsweise im Einzelsystem 20c ein Fehler zwischen einem Zielwert und einem Vorhersagewert eines Ladezustands („State of Charge“, SOC) zu einer geplanten Ladeendzeit der Batterie des EV als Zielfunktion festgelegt. Im Einzelsystem 20c kann eine Differenz zwischen einem Zielmuster und einem vorhergesagten Muster eines Fahrmusters des EV (mit anderen Worten: ein Betriebsmuster des Ladegeräts) als Zielfunktion festgelegt werden.
Als Randbedingung wird eine in der Optimierungsberechnung zu beobachtende Bedingungen eingestellt. Im Einzelsystem 20a werden z.B. die vertragliche elektrische Leistung am Standort und die Rückstromsperrbedingung als Randbedingung festgelegt. Darüber hinaus werden beispielsweise in den Einzelsystem 20b und 20c ein oberer Grenzwert für den SOC und ein unterer Grenzwert für den SOC der Batterie sowie ein oberer Grenzwert für die elektrische Leistung beim Laden/Entladen und ein unterer Grenzwert für die elektrische Leistung beim Laden/Entladen als Randbedingung festgelegt.
Das Optimierungsrechenmodul 50 führt die Optimierungsberechnung so durch, dass die eingestellte Zielfunktion minimiert wird, während die eingestellte Randbedingung beobachtet wird. Die Optimierungsberechnung wird für jedes Einzelsystem 20 ausgeführt. Ein durch die Optimierungsberechnung erhaltenes Ergebnis (Ergebnis der Optimierungsberechnung) umfasst einen Vorhersagewert einer Nachfrage für Energie (insbesondere eine Nachfrage nach elektrischer Leistung), die von der Energiequelle (Stromnetz 22) im Einzelsystem 20 empfangen wird. In diesem Fall kann die vom Einzelsystem 20 ans Stromnetz 22 bereitgestellte elektrische Leistung als ein negativer Strombedarf enthalten sein.
Genauer gesagt leitet das Optimierungsrechenmodul 50 einen Übergang des Vorhersagewerts des Strombedarfs in einem vorgegebenen Zeitraum nach der aktuellen Zeit im Einzelsystem 20 zum Zeitpunkt, wenn die Zielfunktion minimiert wird, ab. Der vorgegebene Zeitraum geht beispielsweise von der aktuellen Zeit bis zu einer Zeit 24 Stunden später aber ist nicht auf dieses Beispiel beschränkt und kann in angemessener Weise eingestellt werden.
Beispielsweise leitet das Optimierungsrechenmodul 50 des Einzelsystems 20a den Übergang des Vorhersagewerts des Strombedarfs am Unternehmensstandort zum Zeitpunkt, wenn der Strompreis am Unternehmensstandort minimal ist, ab. Ferner leitet das Optimierungsrechenmodul 50 des Einzelsystems 20b den Übergang des Vorhersagewerts des Strombedarfs im Stromspeicher zum Zeitpunkt, wenn die Anzahl der Lade/Entladezyklen minimal ist, ab. Die Ladung ist der Verbrauch der elektrischen Leistung des Stromnetzes 22 und wird somit als positiver Strombedarf angesehen. Außerdem ist die Entladung ist das Angebot der elektrischen Leistung ans Stromnetz 22 und wird somit als negativer Strombedarf angesehen. Außerdem leitet das Optimierungsrechenmodul 50 des Einzelsystems 20c den Übergang des Vorhersagewerts des Strombedarfs in der Ladestation zum Zeitpunkt, wenn der Unterschied vom Zielwert des SOC minimal ist, ab.
Zudem startet das Optimierungsrechenmodul 50 die Optimierungsberechnung bei jedem Unterbrechungszeitpunkt, der in einem vorgegebenen Steuertakt eintrifft (im Folgenden manchmal als „einzelner Steuerstarttakt“ bezeichnet). Ein Takt des einzelnen Steuerstarttakts wird beispielsweise auf 10 Minuten oder 15 Minuten eingestellt. Der eine Takt des einzelnen Steuerstarttaktes ist nicht auf dieses Beispiel beschränkt und kann auf eine beliebige Zeit eingestellt werden. Das heißt, in jedem Einzelsystem 20 wird das Ergebnis der Optimierungsberechnung im Wesentlichen jedes Mal in Echtzeit aktualisiert, wenn der eine Takt des einzelnen Steuerstarttaktes abläuft.
Die einzelnen Steuerstarttakte können unter der Vielzahl von Einzelsystemen 20 voneinander verschieden sein. Ferner sind die Zeitpunkte (Startzeitpunkte der Optimierungsberechnung) zu denen jeweils ein Takt des einzelnen Steuerstarttakts ablaufen, unter der Vielzahl von Einzelsystemen 20 nicht synchronisiert, können aber synchronisiert sein.
Wie oben beschrieben kann jedes Einzelsystem 20 unter den Einzelsystemen 20 optimiert werden und der optimierte Übergang des Vorhersagewerts des Strombedarfs wird erhalten.
Selbst wenn jedoch jedes Einzelsystem 20 optimiert ist, kann die Gesamtheit der Vielzahl von Einzelsystemen 20 als nicht optimal angesehen werden. Selbst wenn beispielsweise ein Gleichgewicht von Angebot/Nachfrage in jedem Einzelsystem 20 optimal ist, kann ein Gleichgewicht von Angebot/Nachfrage zum Zeitpunkt, wenn die Vielzahl von Einzelsystemen 20 zusammengenommen wird, nicht optimal sein. Folglich nimmt eine Wirkung der Optimierung in jedem Einzelsystem 22 ab. Beispielsweise in einem Fall, in dem die Vielzahl von Einzelsystemen 20 durch dasselbe oder dieselben Unternehmen in Zusammenarbeit betrieben werden, können die Einzelsysteme 20 durch das Verringern der Optimierungswirkung beeinflusst werden.
In diesem Ausführungsbeispiels wird unter Berücksichtigung des obigen das Hostsystem 12, das mit den Einzelsystemen 20 kommunizieren kann, vorgesehen. Das Hostsystem 12 wird von einem Unternehmen installiert, das Dienstleistungen wie z.B. Verwaltung oder Informationsverarbeitung in Bezug auf Energie (Strom) anbietet. Das Hostsystem 12 kann durch einen Aggregator für elektrische Energie bereitgestellt werden.
Das Hostsystem 12 umfasst eine Kommunikationseinheit 60, eine Speichereinheit 62 und eine Hoststeuereinheit 64. Die Kommunikationseinheit 60 kann eine drahtlose oder drahtgebundene Verbindung zu und von den Einzelsystemen 20 herstellen. Die Speichereinheit 62 wird beispielsweise aus einer nichtflüchtigen Speichereinrichtung gebildet. In der Speichereinheit 62 werden beispielsweise verschiedene Arten von Information gespeichert, die im Hostsystem 12 verwendet werden.
Die Hoststeuereinheit 64 wird aus einem integrierten Halbleiter-Schaltkreis gebildet, der eine zentrale Recheneinheit (CPU), ein ROM, in dem ein Programm und dergleichen gespeichert sind, und ein RAM als Arbeitsspeicher und dergleichen umfasst. Die Hoststeuereinheit 64 führt ein Programm aus, um dadurch als Hostrechenmodul 70 zu fungieren.
Das Hostrechenmodul 70 erfasst das im Einzelsystem 20 abgeleitete Ergebnis der Optimierungsberechnung von jedem der Vielzahl von Einzelsystemen 20. Das Hostrechenmodul 70 leitet einen Vorhersagewert eines zukünftigen Gesamtungleichgewichtsbetrags auf Grundlage der Vielzahl von Ergebnissen der Optimierungsberechnung ab, die jeweils von einem entsprechenden der Einzelsysteme 20 abgeleitet werden. Danach leitet das Hostrechenmodul 70 einen Anreiz auf Grundlage des Vorhersagewerts des Gesamtungleichgewichtsbetrags ab.
Der Ungleichgewichtsbetrag ist ein Index, der ein Gleichgewicht zwischen Angebot und Nachfrage der Energie (des Stroms) angibt. Der Gesamtungleichgewichtsbetrag ist ein Index, der ein Gleichgewicht zwischen Angebot und Nachfrage der Energie (des Stroms) zu dem Zeitpunkt angibt, wenn die Vielzahl von Einzelsystemen 20 zusammengerechnet wird. Beispielsweise entspricht der Gesamtungleichgewichtsbetrag einem Wert, der sich durch Subtrahieren eines Gesamtbetrags des Strombedarfs der Vielzahl von Einzelsystemen 20 von einem Gesamtbetrag des Stromangebots der Vielzahl von Einzelsystemen 20 ergibt. Ein bestimmtes Verfahren zum Ableiten des Vorhersagewerts des Gesamtungleichgewichtsbetrags wird später im Einzelnen beschrieben.
Der Anreiz ist ein Element, das als Motivation dient, die dazu führt, dass das Gesamtgleichgewicht der Energieversorgung / des Energiebedarfs (d.h. der Gesamtungleichgewichtsbetrag) der Vielzahl von Einzelsystemen 20 einen angemessen Wert erreicht. Beispielsweise wird ein Abnahmebetrag des Strompreises als Anreiz eingestellt. Der Anreiz ist jedoch nicht auf den Abnahmebetrag des Strompreises beschränkt und kann in angemessener Weise eingestellt werden. Beispielsweise kann der Anreiz verschiedene Arten von wirtschaftlichen Vorteilen, wie z.B. Punkte, Gutscheine oder Dienstleistungen umfassen. Ferner kann der Anreiz durch Nummerieren eines Elements, das kein einfacher numerischer Wert ist, eingestellt werden. Ferner kann der Anreiz nicht nur den Nutzen, sondern auch einen Nachteil (Strafe) enthalten.
Das Hostrechenmodul 70 teilt den abgeleiteten Gesamtungleichgewichtsbetrag durch die Anzahl von Einzelsystemen 20, um einen Einheitsungleichgewichtsbetrag abzuleiten. Der Einheitsungleichgewichtsbetrag gibt einen Ungleichgewichtsbetrag pro einem Einzelsystem 20 an.
Das Hostrechenmodul 70 überträgt den abgeleiteten Einheitsungleichgewichtsbetrag und Anreiz an jedes Einzelsystem 20. Das Optimierungsrechenmodul 50 des Einzelsystems 20 führt die Optimierungsberechnung erneut auf Grundlage des empfangenen Einheitsungleichgewichtsbetrags und Anreizes durch.
Dadurch wird das Ergebnis der Optimierungsberechnung im Einzelsystem 20 unter Berücksichtigung des Gesamtgleichgewichts von Stromangebot-/Nachfrage der Vielzahl von Einzelsystemen 20 in Summe wesentlich korrigiert. Dadurch kann der Zustand vermieden werden, in dem das Gleichgewicht zwischen Stromangebot und - nachfrage, das sich aus der Summierung der Vielzahl von Einzelsystemen 20 ergibt, nicht mehr optimal ist. So ist es möglich, im Optimierungssystem 1 die Abnahme der Optimierungswirkung im Einzelsystem 20 zu unterdrücken, auch wenn die Vielzahl der Einzelsysteme 20 summiert wird.
Außerdem wiederholt das Hostrechenmodul 70 das Ableiten des Anreizes, bis der abgeleitete Vorhersagewert des Gesamtungleichgewichtsbetrags in einen vorgegebenen Bereich fällt. Ferner wiederholt das Optimierungsrechenmodul 50 die Optimierungsberechnung auf Grundlage des abgeleiteten Anreizes jedes Mal, wenn der Anreiz abgeleitet wird. Das heißt, im Optimierungssystem 1 wird die Wesentliche Korrektur der Optimierungsberechnung wiederholt bis der Vorhersagewert des Gesamtungleichgewichtsbetrags konvergiert, so dass er in den vorgegebenen Bereich fällt. Infolgedessen ist es im Optimierungssystem 1 möglich, die Abnahme der Wirkung der Optimierung in einem Frühstadium zu unterdrücken.
Der wiederholte Vorgang der Optimierungsberechnung, der bewirkt, dass der Vorhersagewert des Gesamtungleichgewichtsbetrags konvergiert und in den vorgegebenen Bereich fällt, wird der Einfachheit halber manchmal als „Konvergieren“ bezeichnet. Außerdem wird die Anzahl der Optimierungsberechnungen vom Beginn bis zum Ende des Konvergierens manchmal als „Anzahl der Male des Konvergierens“ bezeichnet. Die Zeitspanne, die für das Konvergieren erforderlich ist (Zeitspanne, die erforderlich ist, bis der Vorhersagewert des Gesamtungleichgewichtsbetrags in den vorgegebenen Bereich fällt), wird manchmal als „Konvergenzzeit“ bezeichnet. Vorgänge des Optimierungsrechenmoduls 50 und des Hostrechenmoduls 70 werden nun im Einzelnen beschrieben.
2 ist ein Flussdiagramm zum Illustrieren des Ablaufs eines Betriebs des Optimierungsrechenmoduls 50 des Einzelsystems 20. Das Optimierungsrechenmodul 50 beginnt eine Serie von Vorgängen der 2 zur Unterbrechungszeit, die am vorgegebenen Steuertakt (einzelner Steuertaktbeginn) ankommt.
Das Optimierungsrechenmodul 50 legt zunächst Anforderungen fest, die für die Optimierungsberechnung erforderlich sind (Schritt S100). Als die Anforderungen können beispielsweise die Zielfunktion, die Randbedingung und andere Informationen angegeben werden.
3 ist eine Tabelle zum Darstellen eines Beispiels der Anforderungen. Die Anforderungen sind nicht auf die Beispiele der 3 beschränkt und können für jedes Einzelsystem 20 in angemessener Weise eingestellt werden. Als Zielfunktion wird der zu minimierende Posten eingestellt. Als Randbedingung wird die in der Optimierungsberechnung zu beobachtende Bedingungen eingestellt. Andere Informationen sind Parameter, die für die Optimierungsberechnung verwendet werden.
Wenn wie beispielsweise in 3 dargestellt das Einzelsystem 20, zu dem das Optimierungsrechenmodul 50 gehört, der Unternehmensstandort (Einzelsystem 20a) ist, wird der Strompreis als die Zielfunktion eingestellt. Ferner werden in diesem Fall die vertragliche elektrische Leistung und die Rückstromsperre als die Randbedingung eingestellt. Außerdem werden in diesem Fall der vertragliche elektrische Leistungswert und Stromverbrauchsmengen-Einheitspreis als die andere Information verwendet.
Wenn zudem in diesem Beispiel das Einzelsystem 20, zu dem das Optimierungsrechenmodul 50 gehört, der Stromspeicher (Einzelsystem 20b) ist, wird die Anzahl der Lade/Entladezyklen als die Zielfunktion eingestellt. In diesem Fall werden zudem der obere SOC-Grenzwert, der untere SOC-Grenzwert, der obere Grenzwert der elektrischen Leistung beim Laden/Entladen, und der untere Grenzwert der elektrischen Leistung beim Laden/Entladen als die Randbedingung verwendet. Darüber hinaus werden in diesem Fall verschiedene Obergrenzen, verschiedene Untergrenzen, ein Zielwert und ein anfänglicher SOC als die andere Information verwendet.
Wenn zudem beispielsweise das Einzelsystem 20, zu dem das Optimierungsrechenmodul 50 gehört, die Ladestation (Einzelsystem 20c) ist, wird die Abweichung vom Zielwert des SOC als die Zielfunktion eingestellt. Ein Fahrmuster des EV (in anderen Worten, ein Betriebsplan des Ladegeräts) kann als die Zielfunktion eingestellt werden. In diesem Fall werden zudem der obere SOC-Grenzwert, der untere SOC-Grenzwert, der obere Grenzwert der elektrischen Leistung beim Laden/Entladen, und der untere Grenzwert der elektrischen Leistung beim Laden/Entladen als die Randbedingung verwendet. Darüber hinaus werden in diesem Fall verschiedene Obergrenzen, verschiedene Untergrenzen, ein Zielwert und ein anfänglicher SOC als die andere Information verwendet.
Wieder Bezug nehmend auf 2, nach dem Einstellen der Anforderungen (Schritt S100), erfasst das Optimierungsrechenmodul 50 einen Nutzungsplan der elektrischen Vorrichtung 30 in einem vorgegebenen Zeitraum nach der aktuellen Zeit (Schritt S110). Der Nutzungsplan der elektrischen Vorrichtung 30 kann beispielsweise durch einen Verwalter des Einzelsystems 20 oder dergleichen eingegeben werden oder kann durch Bezug auf eine vergangene Nutzungsdauer und eine Nutzungsgeschichte der elektrischen Vorrichtung 20 vorhergesagt werden. Der vorgegebene Zeitraum nach der aktuellen Zeit geht beispielsweise von der aktuellen Zeit bis zu einer Zeit 24 Stunden später aber ist nicht auf dieses Beispiel beschränkt und kann in angemessener Weise eingestellt werden.
Danach bestimmt das Optimierungsrechenmodul 50, ob der Nutzungsplan der elektrischen Vorrichtung 30 zur aktuellen Unterbrechungszeit vom Nutzungsplan der elektrischen Vorrichtung 30 zur vorigen Unterbrechungszeit verändert wurde oder nicht (Schritt S120). Wenn der Nutzungsplan nicht geändert wurde („NEIN“ in Schritt S120), beendet das Optimierungsrechenmodul 50 die Serie von Verarbeitungsschritten zur aktuellen Unterbrechungszeit.
Wenn der Nutzungsplan geändert wurde („JA“ in Schritt S120), sagt das Optimierungsrechenmodul 50 einen Übergang des Strombedarfs im vorgegebenen Zeitraum nach der aktuellen Zeit (zum Beispiel von der aktuellen Zeit zu der Zeit 24 Stunden später) auf Grundlage des aktuellen Nutzungsplans der elektrischen Vorrichtung 30 voraus (Schritt S130).
4 ist ein Diagramm zum Darstellen eines Beispiels des Übergangs des Vorhersagewerts des Strombedarfs. 4 zeigt den Fall, dass das Einzelsystem 20, zu dem das Optimierungsrechenmodul 50 gehört, der Unternehmensstandort ist (Einzelsystem 20a). Eine durchgezogene Linie A10 bezeichnet den Übergang des Vorhersagewerts des Strombedarfs. Eine einfach gepunktete Kettenlinie A12 bezeichnet die vertragliche elektrische Leitung. Wie in 4 dargestellt, bleibt der Vorhersagewert des Strombedarfs gleich groß wie oder niedriger als die vertragliche elektrische Leistung.
5 ist ein Diagramm zum Darstellen eines Beispiels eines Übergangs des Stromverbrauchsmengen-Einheitspreises. Wie in 5 gezeigt, schwankt der Stromverbrauchsmengen-Einheitspreis entsprechend der Zeit.
6 ist ein Diagramm zum Darstellen eines weiteren Beispiels des Übergangs des Vorhersagewerts des Strombedarfs. 6 zeigt den Fall, dass das Einzelsystem 20, zu dem das Optimierungsrechenmodul 50 gehört, der Stromspeicher ist (Einzelsystem 20b). In 6 wird das Laden der Batterie im Stromspeicher durch einen positiven Strombedarf angegeben. Deren Entladung wird als ein negativer Strombedarf angegeben. Wie in 6 gezeigt werden das Laden und das Entladen in angemessener Weise im Stromspeicher wiederholt.
7 ist ein Diagramm zum Darstellen eines Beispiels eines EIN-Zustands und eines AUS-Zustands des Ladens von Batterien der Fahrzeuge. 7 zeigt ein Beispiel von Betriebsplänen der Fahrzeuge (EVs), d.h. Nutzungspläne der Ladegeräte in der Ladestation. In 7 wird ein Fall von zehn EVs veranschaulicht. Die Anzahl der EVs ist nicht auf dieses Beispiel beschränkt und kann in geeigneter Weise eingestellt werden.
8 ist ein Diagramm zum Darstellen eines weiteren Beispiels der Übergänge der Vorhersagewerte der Strombedarfe. 8 zeigt den Fall, dass das Einzelsystem 20, zu dem das Optimierungsberechnungseinheit 50 gehört, die Ladestation ist (Einzelsystem 20c). In 8 werden die Vorhersagewerte angezeigt, so dass die Vorhersagewerte den jeweiligen zehn EVs von 7 entsprechen. Die Übergänge der Vorhersagewerte der Strombedarfe der 8 werden auf Grundlage der Betriebspläne der EVs von 7 abgeleitet. Wie in 8 dargestellt unterscheiden sich Ladestartzeiten und Ladezeiten der EVs unter den EVs.
Wieder Bezug nehmend auf 2 erfasst das Optimierungsrechenmodul 50 nach dem Vorhersagen des Strombedarfs (Schritt S130) den Einheitsungleichgewichtsbetrag und den Anreiz und stellt diese ein (Schritt S140). Wenn der Vorgang von Schritt S140 zum ersten Mal zur aktuellen Unterbrechungszeit durchgeführt wird, werden vorgegebene Anfangswerte dem Einheitsungleichgewichtsbetrag und dem Anreiz zugewiesen. Wie später beschrieben werden zudem der empfange Einheitsungleichgewichtsbetrag und Anreiz eingestellt, wenn der Einheitsungleichgewichtsbetrag und der Anreiz vom Hostsystem 12 empfangen werden.
Als nächstes verwendet das Optimierungsrechenmodul 50 die eingestellte Zielfunktion, Randbedingung, Einheitsungleichgewichtsbetrag und Anreiz, um die Optimierungsberechnung durchzuführen (Schritt S150). In der Optimierungsberechnung wird beispielsweise eine gewichtete Summe der Zielfunktion, des Anreizes und einer Funktion zum Verringern des Einheitsungleichgewichtsbetrags unter der Randbedingung minimiert.
Die Funktion zum Verringern des Einheitsungleichgewichtsbetrags wird manchmal als „Einheitsungleichgewicht-Verringerungsfunktion“ bezeichnet. Die Einheitsungleichgewicht-Verringerungsfunktion kann beispielsweise aus dem Ausdruck (1) abgeleitet werden. Die Einheitsungleichgewicht-Verringerungsfunktion wird verwendet, damit die Optimierungsberechnung konvergiert. ${‖ P *_{n} (k) - P *_{n - 1} (k) + P^{T} (k) / N ‖}^{2}$
In Ausdruck (1) ist „k“ ein Parameter, der die Zeit angibt. Beispielsweise bezeichnet k=0 die aktuelle Zeit. Außerdem wird „k“ jedes Mal erhöht, wenn eine Stunde vergangen ist. Beispielsweise entspricht k=1 einer Zeit eine Stunde nach der aktuellen Zeit und k=24 entspricht einer Zeit 24 Stunden nach der aktuellen Zeit.
Außerdem bezeichnet N die Anzahl von Einzelsystemen 20. Das Beispiel der 1 wird aus den drei Einzelsystemen 20a, 20b und 20c gebildet und N wird somit auf 3 eingestellt. P^T(k)/N bezeichnet den Einheitsungleichgewichtsbetrag. P^T(k) ist der Vorhersagewert des Gesamtungleichgewichtsbetrags zur Zeit „k“ Stunden nach der aktuellen Zeit, der durch den später beschriebenen Ausdruck (2) abgeleitet wird. Wenn der Vorgang von Schritt S150 zum ersten Mal zur aktuellen Unterbrechungszeit durchgeführt wird, entspricht P^T(k)/N dem Anfangswert des in Schritt S140 eingestellten Einheitsungleichgewichtsbetrags. Wenn zudem der Einheitsungleichgewichtsbetrag wie später beschrieben vom Hostsystem 12 empfangen wird, wird P^T(k)/N mit dem empfangenen Einheitsungleichgewichtsbetrag aktualisiert.
Außerdem bezeichnet „n“ die Anzahl der Male der Optimierungsberechnung (die Anzahl der Male des Konvergierens) zur aktuellen Unterbrechungszeit. Wenn der Vorgang von Schritt S150 zum ersten Mal zur aktuellen Unterbrechungszeit ausgeführt wird, wird „n“ auf 1 gesetzt. Außerdem bezeichnet P* den Vorhersagewert des Strombedarfs für jedes Einzelsystem 20. Wenn beispielsweise das Einzelsystem 20 der Unternehmensstandort ist (Einzelsystem 20a), entspricht P* einem Vorhersagewert p^BU des Strombedarfs des Unternehmensstandorts. Außerdem entspricht P*_n(k)-P*_n-1(k) einem Wert, der durch Subtrahieren eines (n-1)-ten Vorhersagewerts des Strombedarfs von einem n-ten Vorhersagewert des Strombedarfs zur aktuellen Unterbrechungszeit.
Wenn die Optimierungsberechnung in Schritt S150 durchgeführt wird, wird das Ergebnis der Optimierungsberechnung abgeleitet. Das Ergebnis der Optimierungsberechnung wird beispielsweise als der Übergang des Vorhersagewerts des Strombedarfs im vorgegebenen Zeitraum nach der aktuellen Zeit im Einzelsystem 20, zu der das Optimierungsrechenmodul 50 gehört, abgeleitet.
Nachdem die Optimierungsberechnung ein Mal in Schritt S150 durchgeführt wurde, speichert das Optimierungsrechenmodul 50 das Ergebnis der Optimierungsberechnung in der Speichereinheit 42 (Schritt S160). Danach überträgt das Optimierungsrechenmodul 50 das Ergebnis der Optimierungsberechnung durch die Kommunikationseinheit 40 an das Hostsystem 12 (Schritt S170).
Nach dem Übertragen des Ergebnisses der Optimierungsberechnung wartet das Optimierungsrechenmodul 50, bis eine Neuberechnung-Anfragemarkierug empfangen wird („NEIN“ in Schritt S180). Die Neuberechnung-Anfragemarkierug gibt an, ob angefragt wurde, die Optimierungsberechnung erneut durchzuführen oder nicht. Wenn keine Neuberechnung-Anfragemarkierug innerhalb eines vorgegebenen Zeitraums seit dem Übertragen des Ergebnisses der Optimierungsberechnung empfangen wurde, kann das Optimierungsrechenmodul 50 die Serie der Verarbeitungsschritte nach Ablauf des vorgegebenen Zeitraums abschließen (Timeout).
Wenn die Neuberechnung-Anfragemarkierug empfangen wurde („JA“ in Schritt S180), bestimmt das Optimierungsrechenmodul 50, ob die empfangene Neuberechnung-Anfragemarkierug in einem EIN-Zustand ist (Schritt S190). Wenn die Neuberechnung-Anfragemarkierug in einem AUS-Zustand ist („NEIN“ in Schritt S190), geht das Optimierungsrechenmodul 50 davon aus, dass die Neuberechnung nicht erforderlich ist (das anschließende Konvergieren ist nicht erforderlich), und beendet die Serie der Verarbeitungsschritte.
Wenn die Neuberechnung-Anfragemarkierug im EIN-Zustand ist („JA“ in Schritt S190), geht das Optimierungsrechenmodul 50 davon aus, dass die Neuberechnung erforderlich ist (Konvergieren ist erforderlich), und führt die Verarbeitung im Verarbeitungsschritt von Schritt S200 weiter.
In Schritt S200 wartet das Optimierungsrechenmodul 50 bis der Einheitsungleichgewichtsbetrag und der Anreiz vom Hostsystem 12 empfangen werden („NEIN“ in Schritt S200). Wenn der Einheitsungleichgewichtsbetrag und Anreiz nicht innerhalb eines vorgegebenen Zeitraums seit dem Übertragen des Ergebnisses der Optimierungsberechnung empfangen wurden, kann das Optimierungsrechenmodul 50 die Serie der Verarbeitungsschritte nach Ablauf des vorgegebenen Zeitraums abschließen (Timeout).
Wenn der Einheitsungleichgewichtsbetrag und der Anreiz empfangen wurden („JA“ in Schritt S200), kehrt das Optimierungsrechenmodul 50 zurück zum Vorgang des Schritts S140. Dann aktualisiert das Optimierungsrechenmodul 50 die eingestellten Werte des Einheitsungleichgewichtsbetrags und des Anreizes auf den empfangenen Einheitsungleichgewichtsbetrag und Anreiz (Schritt S140). Danach verwendet das Optimierungsrechenmodul 50 den aktuellen Einheitsungleichgewichtsbetrag und Anreiz, um die Optimierungsberechnung erneut durchzuführen (Schritt S150).
Wie oben beschrieben wird die Optimierungsberechnung im Einzelsystem 20 wiederholt (Konvergieren wird ausgeführt), bis keine Anfrage der Neuberechnung vom Hostsystem 12 zur aktuellen Unterbrechungszeit mehr vorliegt. Das Konvergieren kann durch einschränken des Ausführens einer anderen Unterbrechungssteuerung während der Serie von Verarbeitungsschritten von 2 früher beendet werden.
9 ist ein Flussdiagramm zum Illustrieren eines Ablaufs eines Betriebs des Hostrechenmoduls 70. Wenn das Hostrechenmodul 70 das Ergebnis der Optimierungsberechnung von einem beliebigen Einzelsystem 20 empfängt, startet das Hostrechenmodul 70 eine Serie von Verarbeitungsschritten der 9.
Das Hostrechenmodul 70 speichert zuerst das empfangene Ergebnis der Optimierungsberechnung in der Speichereinheit 62 im Zusammenhang mit dem Einzelsystem 20, das die Übertragungsquelle ist (Schritt S300). In diesem Fall wird das Ergebnis der Optimierungsberechnung asynchron in jedem Einzelsystem 20 abgeleitet und somit empfängt das Hostrechenmodul 70 eine Vielzahl von Ergebnissen der Optimierungsberechnung für die jeweiligen Einzelsysteme 20 zu verschiedenen Zeitpunkten. Das Hostrechenmodul 70 speichert die Ergebnisse der Optimierungsberechnung, die zu verschiedenen Zeitpunkten empfangen werden, in der Speichereinheit 62, jedes Mal, wenn ein Ergebnis der Optimierungsberechnung empfangen wird. Somit werden in der Speichereinheit 62 die letzten Werte der Vielzahl von Ergebnissen der Optimierungsberechnung für die jeweiligen Einzelsysteme 20 gehalten.
Als nächstes erhält das Hostrechenmodul 70 einen Übergang eines Vorhersagewerts einer gesamten empfangenen elektrischen Leistung in einem vorgegebenen Zeitraum nach der aktuellen Zeit (Schritt S310). Empfangene elektrische Leistung ist elektrische Leistung, die vom Stromnetz 22 an das Einzelsystem 20 bereitgestellt wurde. Die gesamte empfangene elektrische Leistung entspricht einem Wert, der sich durch Addieren der empfangenen elektrischen Leistungjedes Einzelsystems 20 der gesamten Vielzahl von Einzelsystemen 20 ergibt. Das heißt, die gesamte empfangene elektrische Leistung entspricht einem gesamtem über die Vielzahl von Einzelsystemen 20 bereitgestellten Betrag elektrischer Leistung.
Das Hostrechenmodul 70 kann beispielsweise eine in der Zukunft empfangene elektrische Gesamtleistung aus der in der Vergangenheit empfangenen elektrischen Leistungjedes Einzelsystems 20 schätzen, um so den Übergang des Vorhersagewerts der empfangenen elektrischen Gesamtleistung zu erhalten. Darüber hinaus kann ein Übergang eines Vorhersagewerts der empfangenen elektrischen Leistung in jedem Einzelsystem 20 abgeleitet werden, und das Hostrechenmodul 70 kann den Übergang des Vorhersagewerts der empfangenen elektrischen Leistung von jedem Einzelsystem 20 erhalten und die Übergänge der Vorhersagewerte zueinander addieren, um dadurch den Übergang des Vorhersagewerts der gesamten empfangenen elektrischen Leistung zu erhalten.
Als nächstes bestimmt das Hostrechenmodul 70, ob die Neuberechnung-Anfragemarkierug im EIN-Zustand ist oder nicht (Schritt S320). Das heißt, in Schritt S320 wird bestimmt, ob das empfangene Ergebnis der Optimierungsberechnung ein Ergebnis der Optimierungsberechnung ist, das dabei ist zu konvergieren oder nicht.
Wenn die Neuberechnung-Anfragemarkierug im AUS-Zustand ist („NEIN“ in Schritt S320), initialisiert das Hostrechenmodul 70 die Anzahl „n“ der Male des Konvergierens („n“ wird auf 1 gesetzt) (Schritt S330). Wenn die Neuberechnung-Anfragemarkierug im EIN-Zustand ist („JA“ in Schritt S320), erhöht das Hostrechenmodul 70 die Anzahl „n“ der Male des Konvergierens (Schritt S340).
Nach Schritt S330 oder Schritt S340 leitet das Hostrechenmodul 70 einen Vorhersagewert eines Gesamtungleichgewichtsbetrags in einem vorgegebenen Zeitraum nach der aktuellen Zeit auf Grundlage des empfangenen Ergebnisses der Optimierungsberechnung und des Übergangs des Vorhersagewerts der gesamten empfangenen elektrischen Leistung ab (Schritt S350). Insbesondere wird der Vorhersagewert des Gesamtungleichgewichtsbetrags von Ausdruck (2) abgeleitet. $P^{T} (k) = P^{N E T} (k) - P^{B U} (k) - P^{B A} - \sum_{i = 1}^{10} P^{E V}_{i} (k)$
In Ausdruck (2) bezeichnet „k“ die Zeit wie in Ausdruck (1). Ferner bezeichnet P^T(k) einen Vorhersagewert des Gesamtungleichgewichtsbetrags zur Zeit „k“ Stunden nach der aktuellen Zeit. P^NET(k) gibt die gesamte empfangene elektrische Leistung zur Zeit „k“ Stunden nach der aktuellen Zeit an.
P^BU(k) bezeichnet einen Vorhersagewert des Strombedarfs am Unternehmensstandort (Einzelsystem 20a) zur Zeit „k“ Stunden nach der aktuellen Zeit. Das heißt, P^BU(k) entspricht dem Ergebnis der Optimierungsberechnung des Einzelsystems 20a. P^BU(k) ergibt sich durch die Optimierungsberechnung, so dass P^NET(k) als die gesamte empfangene elektrische Leistung die Randbedingung des in 3 veranschaulichten Unternehmensstandorts (Einzelsystem 20a) erfüllt (wie z.B. die vertragliche elektrische Leistung und die Rückstromsperre) wird und die Zielfunktion (wie z.B. der Strompreis) minimiert wird.
P^BA(k) bezeichnet einen Vorhersagewert des Strombedarfs im Stromspeicher (Einzelsystem 20b) zur Zeit „k“ Stunden nach der aktuellen Zeit. Das heißt, P^BA(k) entspricht dem Ergebnis der Optimierungsberechnung des Einzelsystems 20b.
P^EV _i(k) gibt einen Vorhersagewert des Strombedarfs in einem i-ten EV zur Zeit „k“ Stunden nach der aktuellen Zeit an. Außerdem bezeichnet ΣP^EV _i(k) eine Summe der Vorhersagewerte der Strombedarfe aller EVs. Das heißt, ΣP^EV _i(k) entspricht dem Ergebnis der Optimierungsberechnung des Einzelsystems 20c. Eine Obergrenze von „i“ wird in Ausdruck (2) auf 10 eingestellt, kann aber auf Grundlage der Anzahl der EVs in geeigneter Weise eingestellt werden.
Wie in Ausdruck (2) angegeben, subtrahiert das Hostrechenmodul 70 die Vorhersagewerte (Ergebnisse der Optimierungsberechnung) des Strombedarfs der jeweiligen Einzelsysteme 20 von dem Vorhersagewert der gesamten empfangenen elektrischen Leistung, um so den Vorhersagewert des Gesamtungleichgewichtsbetrag abzuleiten. Das Hostrechenmodul 70 führt diese Berechnung von der aktuellen Zeit (k=0) bis zu einer vorgegebenen Zeit Stunden später (z.B. k=24) durch, um so den Übergang des Vorhersagewerts des Gesamtungleichgewichtsbetrags abzuleiten.
Der Gesamtungleichgewichtsbetrag ist ein positiver Wert, wenn der Vorhersagewert der gesamten empfangenen elektrischen Leistung größer ist als die Summe der Vorhersagewerte des Strombedarfs der jeweiligen Einzelsysteme 20. Andererseits ist der Gesamtungleichgewichtsbetrag ist ein negativer Wert, wenn die Summe der Vorhersagewerte des Strombedarfs der Einzelsysteme 20 größer ist als der Vorhersagewert der gesamten empfangenen elektrischen Leistung.
Außerdem werden für die Ergebnisse der Optimierungsberechnung (Übergänge der Vorhersagewerte des Strombedarfs) in den Einzelsystemen 20, die nicht zu dem Einzelsystem 20 gehören, zu dem das zum aktuellen Zeitpunkt erhaltene Ergebnis der Optimierungsberechnung gehört, die neuesten Werte aus der Speichereinheit 62 ausgelesen und verwendet.
Nach dem Ableiten des Gesamtungleichgewichtsbetrags bestimmt das Optimierungsrechenmodul 50, ob der Vorhersagewert des Gesamtungleichgewichtsbetrags innerhalb eines vorgegebenen Bereichs liegt (Schritt S360). Zum Beispiel bestimmt das Optimierungsrechenmodul 50, dass der Vorhersagewert des Gesamtungleichgewichtsbetrags im vorgegebenen Bereich liegt, wenn der Gesamtungleichgewichtsbetrag für einen vorgegebenen Zeitraum (zum Beispiel k=0 bis 24) nach dem aktuellen Zeitpunkt im vorgegebenen Bereich bleibt. Wenn ein Betrag des Vorhersagewerts des Gesamtungleichgewichtsbetrags kleiner als ein vorgegebener Wert ist, kann daraus geschlossen werden, dass der Vorhersagewert des Gesamtungleichgewichtsbetrags im vorgegebenen Bereich liegt.
Wenn der Vorhersagewert des Gesamtungleichgewichtsbetrags innerhalb des vorgegebenen Bereichs liegt („NEIN“ in Schritt S360), leitet das Optimierungsrechenmodul 50 den Anreiz auf Grundlage des Vorhersagewerts des Gesamtungleichgewichtsbetrags ab (Schritt S370). Insbesondere wird der Anreiz durch Ausdruck (3) abgeleitet. $λ_{n} (k) = λ_{n - 1} (k) + ρ P^{T} (k)$
In Ausdruck (3) bezeichnet „k“ die Zeit wie in Ausdruck (2). Des Weiteren bezeichnet „n“ die Anzahl der Male des Konvergierens (die Anzahl „n“ der Male des Konvergierens in Schritt S330 oder Schritt S340). Außerdem bezeichnet λ_n(k) den Anreiz zum Zeitpunkt „k“ Stunden nach der aktuellen Zeit, wenn die Anzahl der Male des Konvergierens „n“ ist. Ferner bezeichnet λ_n-1(k) den Anreiz zum Zeitpunkt „k“ Stunden nach der aktuellen Zeit, wenn die Anzahl der Male des Konvergierens „n-1“ ist. Ferner ist ρ ein Koeffizient, der vorab auf einen Wert größer als 0 eingestellt wird. P^T(k) bezeichnet den Vorhersagewert des Gesamtungleichgewichtsbetrags, der durch Ausdruck (2) abgeleitet wird.
Wie durch Ausdruck (3) angegeben, addiert das Hostrechenmodul 70 einen Wert, der sich durch Multiplizieren des abgeleiteten Vorhersagewerts des Gesamtungleichgewichtsbetrags mit einem vorgegebenen Koeffizienten ergibt, zum Anreiz der vorherigen Zeit (n-1), um so den Anreiz der aktuellen Zeit (n) abzuleiten. Das Hostrechenmodul 70 führt diese Berechnung von der aktuellen Zeit (k=0) bis zu einer vorgegebenen Zeit Stunden später (z.B. k=24) durch, um so den Übergang des Vorhersagewerts des Anreizes abzuleiten.
Wenn z.B. der Vorhersagewert des Gesamtungleichgewichtsbetrags einen Stromüberschuss (P^T(k)>0) anzeigt, nimmt der Anreiz (λ_n(k)) in Reaktion auf den Vorhersagewert des Gesamtungleichgewichtsbetrags zu. Wenn beispielsweise der Anreiz ein Strompreis ist, entspricht ein Zunahmebetrag des Anreizes einem Zunahmebetrag (Preisabnahmebetrag) des Strompreises.
Wenn z.B. umgekehrt der Vorhersagewert des Gesamtungleichgewichtsbetrags eine Stromknappheit (P^T(k)<0) anzeigt, nimmt der Anreiz (λ_n(k)) in Reaktion auf den Vorhersagewert des Gesamtungleichgewichtsbetrags ab. Wenn beispielsweise der Anreiz ein Strompreis ist, entspricht ein Abnahmebetrag des Anreizes einem Zunahmebetrag (Preisanstiegbetrag) des Strompreises.
Nach dem Ableiten des Anreizes, leitet das Hostrechenmodul 70 einen Vorhersagewert des Einheitsungleichgewichtsbetrags ab (Schritt S380). Der Vorhersagewert des Einheitsungleichgewichtsbetrags ergibt sich durch Teilen des Vorhersagewerts des in Schritt S350 abgeleiteten Gesamtungleichgewichtsbetrags durch die Anzahl der Einzelsysteme 20.
Als nächstes setzt das Hostrechenmodul 70 die Neuberechnung-Anfragemarkierug auf den EIN-Zustand (Schritt S390). Die Neuberechnung-Anfragemarkierug wird im EIN-Zustand gehalten, bis die Neuberechnung-Anfragemarkierug in den AUS-Zustand versetzt wird.
Als nächstes überträgt das Hostrechenmodul 70 die Neuberechnung-Anfragemarkierug im EIN-Zustand an das Einzelsystem 20, das die Übertragungsquelle des Ergebnisses der Optimierungsberechnung ist, durch die Kommunikationseinheit 60 (Schritt S400). Danach überträgt das Hostrechenmodul 70 den in Schritt S380 abgeleiteten Vorhersagewert des Einheitsungleichgewichtsbetrags und den in Schritt S370 abgeleiteten Anreiz an das Einzelsystem 20, das die Übertragungsquelle des Ergebnisses der Optimierungsberechnung ist (Schritt S410).
Infolgedessen wird die Optimierungsberechnung erneut auf Grundlage des übertragenen Vorhersagewerts des Einheitsungleichgewichtsbetrags und des übertragenen Anreizes im Einzelsystem 20, das die Übertragungsquelle des Ergebnisses der Optimierungsberechnung ist, durchgeführt (siehe 2). Danach startet das Hostrechenmodul 70 als Reaktion auf das Empfangen des durch die Neuberechnung erhaltenen Ergebnisses der Optimierungsberechnung erneut die Serie der Verarbeitungsschritte aus 9. Das bedeutet, das Konvergieren wird fortgesetzt.
Außerdem setzt das Hostrechenmodul 70 die Neuberechnung-Anfragemarkierug in den AUS-Zustand (Schritt S420), wenn der Vorhersagewert des Gesamtungleichgewichtsbetrags kleiner ist als der vorgegebene Wert in Schritt S360 („JA“ in Schritt S360). Die Neuberechnung-Anfragemarkierug wird im AUS-Zustand gehalten, bis die Neuberechnung-Anfragemarkierug in den EIN-Zustand versetzt wird.
Als nächstes überträgt das Hostrechenmodul 70 die Neuberechnung-Anfragemarkierug im AUS-Zustand an das Einzelsystem 20, das die Übertragungsquelle des Ergebnisses der Optimierungsberechnung ist, durch die Kommunikationseinheit 60 (Schritt S430).
Wenn die Neuberechnung-Anfragemarkierug im AUS-Zustand übertragen wird, wird die Neuberechnung der Optimierungsberechnung im Einzelsystem 20, das die Übertragungsquelle des Ergebnisses der Optimierungsberechnung ist, nicht ausgeführt, und das Konvergieren wird beendet.
10 ist ein Diagramm zum Darstellen eines Beispiels einer Beziehung zwischen der Anzahl „n“ von Malen des Konvergierens und dem Vorhersagewert des Gesamtungleichgewichtsbetrags. Wie in 10 gezeigt kann der Vorhersagewert mit ansteigender Anzahl „n“ der Male des Konvergierens den Gesamtungleichgewichtsbetrag an einen Wert nahe Null angenähert werden.
11 ist ein Diagramm, das eine Wirkung des Optimierungssystems 1 zeigt. Eine durchgezogene Linie A20 der 11 bezeichnet einen Übergang eines Vorhersagewerts eines gesamten Strombedarfs der Vielzahl von Einzelsystemen 20 zur Zeit, wenn der Vorhersagewert des Gesamtungleichgewichtsbetrags in einen vorgegebenen Bereich gebracht wird. Das heißt, die durchgezogene Linie A20 entspricht der Summe der Ergebnisse der Optimierungsberechnung der Einzelsysteme 20, die sich unter Berücksichtigung des Vorhersagewerts des Gesamtungleichgewichtsbetrags ergeben. Eine gestrichelte Linie A14 in 11 ist die durchgezogene Linie A10 der 4, die als die gestrichelte Linie dargestellt wird.
Wie in 11 gezeigt ist der Vorhersagewert (durchgezogene Linie A20) des Strombedarfs der Vielzahl von Einzelsystemen 20 über einen vorgegebenen Zeitraum (beispielsweise 24 Stunden) nach der aktuellen Zeit insgesamt kleiner als die vertragliche elektrische Leistung (einfach gepunktete Kettenlinie A12). Selbst wenn beispielsweise der Vorhersagewert des Strombedarfs in der Ladestation (Einzelsystem 20c) zu einem Zeitpunkt ansteigt, der etwa 13,5 Stunden später als der aktuelle Zeitpunkt liegt, kann der Vorhersagewert des Strombedarfs der Vielzahl von Einzelsystemen 20 insgesamt zu diesem Zeitpunkt auf einen Wert reduziert werden, der unter der vertraglichen elektrischen Leistung liegt.
Wie oben beschrieben umfasst das Optimierungssystem 1 dieses Ausführungsbeispiels das Hostsystem 12, das mit den Einzelsystemen 20 kommunizieren kann. Das Optimierungsrechenmodul 50 des Einzelsystems 20 führt die Optimierungsberechnung aus und überträgt das Ergebnis der Optimierungsberechnung an das Hostsystem 12. Das Hostrechenmodul 70 des Hostsystems 12 leitet den Anreiz auf Grundlage der Vielzahl von Ergebnissen der Optimierungsberechnung ab, die jeweils von einem entsprechenden der Einzelsysteme 20 abgeleitet werden. Dann führt das Optimierungsrechenmodul 50 des Einzelsystems 20 die Optimierungsberechnung erneut auf Grundlage des vom Hostrechenmodul 70 abgeleiteten Anreizes durch.
Infolgedessen kann das Ergebnis der Optimierungsberechnungjedes Einzelsystems 20 im Optimierungssystem 1 gemäß diesem Ausführungsbeispiel im Wesentlichen entsprechend dem Anreiz korrigiert werden. Infolgedessen kann im Optimierungssystem 1 gemäß diesem Ausführungsbeispiel der Strombedarf in jedem Einzelsystem 20 optimiert werden, während der Strombedarf auch optimiert werden kann, wenn die Strombedarfe der Vielzahl von Einzelsystemen 20 zusammengerechnet werden. Somit kann das Optimierungssystem 1 gemäß diesem Ausführungsbeispiel die Abnahme der Wirkung der Optimierungsberechnung unterdrücken.
Ferner leitet das Hostrechenmodul 70 den Vorhersagewert des Gesamtungleichgewichtsbetrags auf Grundlage der Vielzahl von Ergebnissen der Optimierungsberechnung ab. Dann leitet das Hostrechenmodul 70 den Anreiz auf Grundlage des Vorhersagewerts des Gesamtungleichgewichtsbetrags ab. Somit kann im Optimierungssystem 1 gemäß diesem Ausführungsbeispiel ein angemessener Anreiz abgeleitet werden. Infolgedessen kann im Optimierungssystem 1 gemäß diesem Ausführungsbeispiel die Abnahme der Wirkung der Optimierungsberechnung in angemessener Weise unterdrückt werden.
Außerdem wiederholt das Hostrechenmodul 70 das Ableiten des Anreizes, bis der abgeleitete Vorhersagewert des Gesamtungleichgewichtsbetrags in den vorgegebenen Bereich fällt. Ferner wiederholt das Optimierungsrechenmodul 50 die Optimierungsberechnung auf Grundlage des abgeleiteten Anreizes jedes Mal, wenn der Anreiz abgeleitet wird. Infolgedessen ist es im Optimierungssystem 1 gemäß diesem Ausführungsbeispiel möglich, die Abnahme der Wirkung der Optimierung in einem Frühstadium zu unterdrücken.
Außerdem startet das Optimierungsrechenmodul 50 die Optimierungsberechnung bei jedem Unterbrechungszeitpunkt, der in einem vorgegebenen Steuertakt eintrifft. Ferner startet das Hostrechenmodul 70 die Berechnung auf Grundlage des Ergebnisses der Optimierungsberechnung zu einem Zeitpunkt des Empfangens des Ergebnisses der Optimierungsberechnung von einem beliebigen der Vielzahl von Einzelsystemen 20. Infolgedessen wird das Ergebnis der Optimierungsberechnung im Optimierungssystem 1 gemäß diesem Ausführungsbeispiel im Wesentlichen in Echtzeit in angemessener Weise aktualisiert.
Das Ausführungsbeispiel wurde unter Bezugnahme auf die angehängten Zeichnungen beschrieben aber die vorliegende Offenbarung ist nicht auf das oben beschriebene Ausführungsbeispiel beschränkt. Es liegt auf der Hand, dass der Fachmann zu verschiedenen Abwandlungs- und Modifikationsbeispielen innerhalb des Geltungsbereichs der Ansprüche gelangen kann, und diese Beispiele werden so ausgelegt, dass sie selbstverständlich in den technischen Geltungsbereich der vorliegenden Offenbarung fallen.
Beispielsweise kann die Ladestation im oben beschriebenen Ausführungsbeispiel auf Grundlage von Anwendung der EVs, der Arten der EVs und dergleichen in eine Vielzahl von Einzelsystemen 20 aufgeteilt sein.
Im oben beschriebenen Ausführungsbeispiel ist die Ladestation ein Beispiel des Einzelsystems 20, das die Batterien der EVs auflädt. Das Einzelsystem 20 ist jedoch nicht auf das System beschränkt, das die Batterie des EV auflädt, sondern kann ein System sein, das eine Batterie für elektrische Mobilität auflädt. Beispielsweise kann das Einzelsystem 20 ein System sein, das eine Batterie eines Luftfahrzeugs wie z.B. einer Drohne, eines ein Unterwasserantriebs wie z.B. eines autonomen Unterwasserfahrzeugs (AUV), und dergleichen auflädt.
Ferner wird im oben beschriebenen Ausführungsbeispiel der Übergang des Vorhersagewerts des Strombedarfs als das Ergebnis der Optimierungsberechnung abgeleitet. Die Art des Ergebnisses der Optimierungsberechnung ist jedoch nicht auf den Übergang des Vorhersagewerts des Strombedarfs beschränkt. Beispielsweise kann als das Ergebnis der Optimierungsberechnung ein Übergang eines Vorhersagewerts eines Bedarfs in Bezug auf Energie, wie z.B. eine Menge von Wärme oder Gas abgeleitet werden. In diesem Fall wird das Stromnetz 22 durch eine Energiequelle ersetzt. Die elektrische Vorrichtung 30 wird durch eine mit der Energiequelle verbundene Vorrichtung ersetzt. Die Vorrichtung empfängt Energie von der Energiequelle oder überträgt Energie an die Energiequelle. Das Optimierungsrechenmodul 50 führt so eine Optimierungsberechnung aus, dass ein Parameter der Energie durch die Vorrichtung minimiert wird. Das Hostrechenmodul 70 leitet einen Vorhersagewert eines Gesamtungleichgewichtsbetrags auf Grundlage eines Vorhersagewerts eines Energiebedarfs für jedes der Vielzahl von Einzelsystemen 20 ab. Der Vorhersagewert des Gesamtungleichgewichtsbetrags wird durch Subtrahieren eines Gesamtnachfragebetrags der Energie von einem Gesamtangebotsbetrag der Energie abgeleitet. Das Hostrechenmodul 70 leitet einen Anreiz auf Grundlage des Vorhersagewerts des Gesamtungleichgewichtsbetrags ab. Das Optimierungsrechenmodul 50 führt die Optimierungsberechnung erneut auf Grundlage des vom Hostrechenmodul 70 abgeleiteten Anreizes durch.
Bezugszeichenliste

1: Optimierungssystem
12: Hostsystem
20: Einzelsystem
22: Stromnetz
30: elektrische Vorrichtung
50: Optimierungsrechenmodul
70: Hostrechenmodul

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

JP 2020114689 [0001]
JP 6574466 B2 [0003]

Claims

Optimierungssystem, umfassend: eine Vielzahl von Einzelsystemen; und ein Hostsystem, das konfiguriert ist, mit der Vielzahl von Einzelsystemen zu kommunizieren, wobei jedes der Einzelsysteme umfasst: eine Vorrichtung, die mit einer Energiequelle verbunden ist, und konfiguriert ist, Energie von der Energiequelle zu empfangen oder Energiequelle an die Energiequelle zu übertragen; und ein Optimierungsrechenmodul, das konfiguriert ist, eine Optimierungsberechnung durchzuführen, so dass eine Zielfunktion in einem Zustand minimiert wird, in dem die Parameter der Energie durch die Vorrichtung jeweils auf die Zielfunktion und eine Randbedingung eingestellt werden, wobei das Hostsystem ein Hostrechenmodul umfasst, das konfiguriert ist, einen Anreiz auf Grundlage einer Vielzahl von Ergebnissen der Optimierungsberechnung abzuleiten, die jeweils von einem entsprechenden System aus der Vielzahl von Einzelsystemen abgeleitet werden, und wobei das Optimierungsrechenmodul konfiguriert ist, die Optimierungsberechnung erneut auf Grundlage des vom Hostrechenmodul abgeleiteten Anreizes durchzuführen.
Optimierungssystem nach Anspruch 1, wobei die Vielzahl von Ergebnissen der Optimierungsberechnungjeweils einen Vorhersagewert eines von der Energiequelle empfangenen Energiebedarfs in einem entsprechenden der Vielzahl von Einzelsystemen enthalten, und wobei das Hostrechenmodul konfiguriert ist, einen Vorhersagewert eines Gesamtungleichgewichtsbetrags abzuleiten, der ein Index ist, der ein Energieversorgungs-/Nachfrage-Gleichgewicht anzeigt, das sich durch Aufsummieren der Vielzahl von Einzelsystemen auf Grundlage der Vielzahl von Ergebnissen der Optimierungsberechnung ergibt, und den Anreiz auf Grundlage des Vorhersagewerts des Gesamtungleichgewichtsbetrags abzuleiten.
Optimierungssystem nach Anspruch 2, wobei das Hostrechenmodul konfiguriert ist, das Ableiten des Anreizes zu wiederholen, bis der abgeleitete Vorhersagewert des Gesamtungleichgewichtsbetrags in einen vorgegebenen Bereich fällt, und wobei das Optimierungsrechenmodul konfiguriert ist, die Optimierungsberechnung auf Grundlage des abgeleiteten Anreizes jedes Mal, dass der Anreiz abgeleitet wird, zu wiederholen.
Optimierungssystem nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei das Optimierungsrechenmodul konfiguriert ist, die Optimierungsberechnung bei jedem Unterbrechungszeitpunkt zu starten, der in einem vorgegebenen Steuertakt eintrifft, und wobei das Hostrechenmodul konfiguriert ist, das Berechnen auf Grundlage eines der Vielzahl von Ergebnissen der Optimierungsberechnung zu einem Zeitpunkt des Empfangens des einen der Vielzahl von Ergebnissen der Optimierungsberechnung von einem beliebigen der Vielzahl von Einzelsystemen zu beginnen.