KR102584309B1 - 에너지 시스템의 컴포넌트들 사이의 에너지 흐름들을 제어하기 위한 디바이스 및 방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 에너지 시스템의 컴포넌트들(2,…, 5) 사이의 에너지 흐름들을 제어하기 위한 디바이스(1)에 관한 것이며, 여기서 컴포넌트들(2,…, 5)은 적어도 하나의 에너지 축적기(4)를 포함하고, 디바이스는 에너지 흐름들을 제어하기 위한 적어도 하나의 제어 디바이스(42)를 포함하고, 여기서 에너지 흐름들은 최적화 방법을 사용하여 제어 디바이스(42)에 의해 시간 도메인에 대해 미리 계산될 수 있다. 본 발명에 따라, 에너지 흐름들은, 시간 도메인의 끝에서 에너지 축적기(4)의 충전 상태가 시간 도메인의 시작에서 에너지 축적기의 충전 상태와 근본적으로 동일하도록, 제어 디바이스(42)에 의해 계산 및 제어될 수 있다. 본 발명은 또한 에너지 시스템의 컴포넌트들(2,…, 5) 사이의 에너지 흐름들을 제어하기 위한 방법에 관한 것이다.
Description
본 발명은 청구항 제1 항의 전제부에 따른 디바이스(device)에 관한 것이다. 또한, 본 발명은 청구항 제9 항의 전제부에 따른 방법에 관한 것이다.
에너지 시스템(energy system)들은 일반적으로 복수의 컴포넌트(component)들, 특히 에너지 발생기들 및 에너지 소비자들을 포함한다. 이 경우에, 에너지 흐름들, 즉, 에너지 시스템의 컴포넌트들 사이의 에너지, 일반적으로 전류 또는 전기 에너지의 교환을 조정하는 것이 필요하다.
조정은 조정 플랫폼(coordination platform)에 의해 컴포넌트들에 관련하여 중앙에서 발생할 수 있다. 이러한 목적으로, 조정 플랫폼은 최적화 방법을 수행할 수 있으며, 최적화 방법에 의해, 컴포넌트들 사이의 에너지 흐름들이 효율적으로 또는 최적으로 가능한 한 미리(beforehand), 예컨대, 하루 전에(하루 빨리) 컴퓨팅된다(computed).
조정 플랫폼은 또한, 컴포넌트들이 판매 제안들 및 구매 제안들을 할 수 있도록 하는 거래 플랫폼으로서 설계될 수 있다. 에너지 형태에 관련한 판매 제안들 및 구매 제안들은 최적화에서 고려될 수 있으며, 여기서 일반적으로 가능한 최대치 및 이 의미에서 가능한 가장 최적의 에너지 판매들이 유리하다.
알려진 조정 플랫폼들에 대해, 에너지 축적기(energy accumulator)를 통합하는 것이 어려운 것으로 입증되었다. 에너지 축적기가 여러 번 커플링(couple)되고, 현재까지 판매 제안들 및 구매 제안들이, 예컨대, 다음 날의 모든 시간 간격들(하루 전 현물 시장(day-ahead spot market))에 대해 동시에 이루어져야 했기 때문에, 이것은 사실이다.
본 발명은 조정 플랫폼 내의 에너지 축적기의 통합을 가능하게 하는 목적에 기반한다.
목적은 독립항 제1 항의 특징들을 갖는 디바이스에 의해 그리고 독립항 제9 항의 특징들을 갖는 방법에 의해 달성된다. 본 발명의 유리한 실시예들 및 개선들은 종속 청구항들에서 특정된다.
에너지 시스템의 컴포넌트들 사이의 에너지 흐름들을 제어하기 위한 본 발명에 따른 디바이스는 에너지 흐름들을 제어하기 위한 제어 디바이스를 포함하며, 여기서 제어 디바이스에 의해, 에너지 흐름들은 최적화 방법에 의해 시간 도메인(time domain)에 대해 미리 컴퓨팅 가능하다(computable). 또한, 본 발명에 따라, 에너지 시스템의 컴포넌트들, 따라서 에너지 시스템은 적어도 하나의 에너지 축적기를 포함한다. 본 발명에 따라, 에너지 흐름들은, 시간 도메인의 끝에서의 에너지 축적기의 충전 레벨(charge level)이 시간 도메인의 시작에서의 에너지 축적기의 충전 레벨과 근본적으로 동일하도록 제어 디바이스에 의해 컴퓨팅 가능하고 제어 가능하다.
다시 말해서, 제어 디바이스는, 시간 도메인 끝에서 에너지 축적기의 충전 레벨이 시간 도메인의 시작에서 에너지 축적기의 충전 레벨과 근본적으로 동일하도록, 최적화 방법의 계산된 해결책에 기반하여 에너지 흐름들을 제어하도록 설계된다.
본 발명에서, 조절(regulation)의 개념이 또한 제어의 개념에 속한다.
본 발명에 따라, 시간 도메인의 시작과 끝에서, 즉, 시간 도메인의 경계들에서 에너지 축적기의 충전 레벨들은 근본적으로 동일하다. 이 경우에, 2개의 충전 레벨들이 서로 많아 봐야 5 %, 바람직하게는 많아 봐야 3 %, 특히 바람직하게는 많아 봐야 1 %의 편차(deviation)를 갖는 경우, 충전 레벨들이 본 발명의 의미에서 근본적으로 동일하다. 충전 레벨들은 특히 바람직하게는 측정 정확도의 범위에서 동일하다. 특히, 충전 레벨들은 동일하다.
각각의 에너지 발생기는 적어도 하나의 형태의 에너지를 생성하도록 설계되어, 에너지를 하나 이상의 에너지 소비자들에게 제공한다. 각각의 에너지 소비자는, 에너지 발생기에 의해 제공되는 적어도 하나의 형태들의 에너지를 소비하도록 설계된다. 에너지 발생기들의 에너지의 형태들이 상이할 수 있다. 특히, 전류 및/또는 열 에너지(thermal energy)/열(heat)이 에너지의 형태로서 제공된다. 따라서 에너지 흐름들은 전류들 및/또는 열류들(thermal currents)일 수 있다.
본 발명에 따른 디바이스는, 제어 디바이스에 의한 최적화 방법의 해결책(에너지 흐름의 이전 계산)에 기반하여 에너지 시스템의 컴포넌트들 사이의 에너지 흐름들을 제어하는 중앙 조정 플랫폼을 형성한다. 에너지 시스템의 컴포넌트들 사이의 에너지 흐름들은 제어 디바이스에 의해 최적화 방법의 해결책에 기반하여 제어 가능하다.
본 발명의 의미에서 최적화 방법은 목표 함수(target function)를 최대화 또는 최소화하기 위한 방법이고, 여기서 에너지 흐름은 목표 함수의 최적화 변수들을 형성한다. 목표 함수의 최대화 또는 최소화하는 것은 일반적으로 복잡하고, 따라서 일반적으로 수치적으로 발생한다. 목표 함수의 정확한 최대치 또는 최소치가 필요하지는 않다. 최적화 방법의 결과는 적어도 에너지 시스템의 컴포넌트들 사이의 에너지 흐름들이다. 제어 디바이스는, 이전에 계산된 에너지 흐름에 따라 가능한 한 많이, 에너지 시스템의 컴포넌트들 또는 에너지 시스템의 컴포넌트들 사이의 에너지 흐름들을 제어한다. 따라서 에너지 시스템의 가장 효율적이거나 최적의 가능한 동작이 가능하게 된다. 에너지 흐름들은 일반적으로 제어 디바이스에 의해 하루(시간 도메인) 전에 계산된다.
본 발명에 따라, 제어 디바이스는, 시간 도메인의 끝에서 에너지 축적기의 충전 레벨이 시간 도메인의 시작에서 에너지 축적기의 충전 레벨과 근본적으로 동일하도록 에너지 흐름들을 계산 및 제어하도록 설계되었다. 예컨대, 에너지 축적기의 충전 레벨은 시간 도메인에 관련하여 주기적인 경계 조건들을 갖다. 따라서 가 적용되고, 여기서 는 시간 t=0에서 에너지 축적기에 의해 저장된 에너지(초기 충전 레벨)를 나타내고, 는 시간 t=T에서 에너지 축적기에 의해 저장된 에너지를 나타낸다. 여기서 시간 도메인의 시작은 값(t=0)으로 표기되고, 시간 도메인의 끝은 값(t=T)으로 표기된다. 시간 도메인은 일반적으로 로 주어지고, 및 가 된다. 예컨대, 는 및 에 대해 일정하여, 시간 도메인이 등거리 시간 단계(equidistant time step)들로 분할된다.
중앙 조정 플랫폼 또는 거래 플랫폼 내의 에너지 축적기의 통합은, 특히 시간 도메인의 끝에서의 에너지 축적기의 충전 레벨이 시간 도메인의 시작에서의 에너지 축적기의 충전 레벨과 동일하다는 점에서, 본 발명에 의해 유리하게 가능해진다. 따라서, 특히, 에너지 축적기가 에너지 시스템 내에서 또는 조정 플랫폼에 대해서만 유연성(flexibility)을 제공하는 것이 유리하게 보장된다. 다시 말해서, 이 의미에서, 에너지는 에너지 축적기에 의해 생성되거나 소비되지 않고 일시적으로만 저장된다. 따라서 디바이스 내의 그리고 따라서 또한 거래 플랫폼 내의 에너지 축적기의 경제적으로 더 공정한 동작이 또한 가능해진다.
에너지 시스템의 컴포넌트들 사이의 에너지 흐름들을 제어하기 위한 본 발명에 따른 방법에서, 컴포넌트들은 적어도 하나의 에너지 축적기를 포함하고, 에너지 흐름들은 최적화 방법에 의해 시간 도메인에 대해 미리 계산된다. 본 발명에 따라, 에너지 흐름들은, 시간 도메인의 끝에서 에너지 축적기의 충전 레벨이 시간 도메인의 시작에서 에너지 축적기의 충전 레벨과 근본적으로 동일하도록 계산 및 제어된다.
다시 말해서, 에너지 흐름들은 최적화 방법의 계산된 해결책에 기반하여 제어 디바이스에 의해 제어되며, 여기서 에너지 흐름들의 계산은, 시간 도메인의 끝에서 에너지 축적기의 충전 레벨이 시간 도메인의 시작에서 에너지 축적기의 충전 레벨과 근본적으로 동일하도록 최적화 방법 및 따라서 제어기에 의해 수행된다.
본 발명에 따른 디바이스에 대한 유사하고 등가의 이점들이 발생한다.
에너지 흐름들의 최적화는 바람직하게는, 시간 도메인의 끝에서 에너지 축적기의 충전 레벨이 시간 도메인의 시작에서 에너지 축적기의 충전 레벨과 근본적으로 동일한 2차 조건 하에서 발생한다.
특히 바람직하게는, 적어도 최적화를 위해 충전 레벨들이 수학적으로 동일하도록 여기서 2차 조건이 수학적으로 정의된다.
본 발명의 하나의 유리한 실시예에 따라, 에너지 시스템의 컴포넌트들은 다수의 에너지 발생기들 및 다수의 에너지 소비자들을 포함하며, 여기서 에너지 발생기들, 에너지 소비자들 및 적어도 하나의 에너지 축적기는 에너지 전송 네트워크(energy transmission network)에 의해 서로 연결된다.
에너지 시스템의 컴포넌트들 사이의 에너지 흐름들은 유리하게는 에너지 전송 네트워크, 예컨대, 전력 네트워크를 통해 발생할 수 있다. 에너지 전송 네트워크는 에너지 시스템의 컴포넌트들에 관련하여 로컬 에너지 전송 네트워크일 수 있으며, 에너지 교환을 위해 고차 에너지 전송 네트워크, 특히 전력 네트워크에 연결 또는 커플링될 수 있다. 더욱이, 에너지 전송 네트워크 및/또는 고차 에너지 전송 네트워크의 물리적 전력 용량들은 최적화, 즉 제어 디바이스가 수행하는 최적화 방법에서 고려될 수 있다. 또한, 에너지 전송 네트워크의 이용료 및/또는 고차 에너지 전송 네트워크의 이용료가 고려될 수 있다.
본 발명의 하나의 유리한 개선에서, 디바이스는 제어 디바이스와 컴포넌트들 사이의 데이터 컨테이너(data container)들의 양방향 교환을 위한 통신 인터페이스(communication interface)를 포함하며, 여기서 데이터 컨테이너들에 의해 저장된 데이터는 최적화 방법에서 고려될 수 있다.
따라서 제어 디바이스는 유리하게는 에너지 시스템의 컴포넌트들과 통신할 수 있다. 또한, 컴포넌트들에 대한 정보의 아이템들은 유리하게는 최적화 방법에서 제어 디바이스에 의해 고려될 수 있다. 따라서 디바이스는 유리하게는 컴포넌트들에 관련하여 중앙 통신 디바이스, 제어 디바이스 및 조정 플랫폼을 형성한다.
데이터 컨테이너들이 전력 흐름들을 제어하기 위해 제공된 제어 데이터를 포함하는 경우가 여기서 특히 바람직하다.
다시 말해서, 제어 디바이스는, 특히 컴포넌트들에 관한 정보의 아이템들(items)을 고려하여 최적화 방법에 의해 전력 흐름들을 계산한다. 후속적으로, 제어 데이터는 통신 인터페이스에 의해 컴포넌트들로 전송되며, 여기서 제어 데이터는 계산된 에너지 흐름들에 따라 컴포넌트들이 동작되도록 설계된다. 그들에 특정적인 최적화 방법의 결과는 제어 데이터에 의해 컴포넌트들에 심볼적으로(symbolically) 통신된다. 각각의 경우에 컴포넌트들의 일부 상에 추가의 제어 유닛(control unit)(영어: 에지 디바이스(edge device))이 제공될 수 있고, 이는 제어 데이터를 획득하고 획득된 제어 데이터에 따라 개개의 컴포넌트를 제어한다. 따라서 제어 디바이스는 제어 유닛에 의해 컴포넌트들을 제어한다. 따라서 디바이스는, 데이터 교환을 위해 각각의 컴포넌트의 제어 유닛들(로컬(local) 제어 유닛들)과 데이터 교환을 위해 각각 커플링되는 중앙 조정 플랫폼을 형성한다.
본 발명의 하나의 유리한 실시예에 따라, 각각의 에너지 발생기에 의해 제공될 수 있는 최대 에너지 양 및 각각의 에너지 소비자에 의해 수신될 수 있는 최대 에너지 양이 데이터 컨테이너에 의해 저장된다.
다시 말해서, 에너지 발생기들을 위한 제어 디바이스는 제공될 수 있는 개개의 최대 에너지 양을 알고 있으며, 에너지 소비자들에 대한 제어 디바이스는 수신될 수 있는 그들 개개의 최대 에너지 양을 알고 있다. 따라서 에너지 시스템의 컴포넌트들이 그들의 기술적 실시예의 범위 내에서 동작되는 것이 유리하게 보장된다. 물리적 데이터 또는 물리적 정보의 아이템들(예컨대, 제공될 수 있는 최대 에너지 양 및 수신될 수 있는 최대 에너지 양)은 최적화 방법에서 2차 조건으로서 고려될 수 있다. 예컨대, 2차 조건 은, 가 시간 t에서 발생기에 의해 제공될 수 있는 최대 에너지 양을 나타내고 가 시간 t에서 계산된 에너지 발생기의 전력을 나타내는 경우, 에너지 발생기들 중 하나에 적용된다. 예컨대, 2차 조건 는, 가 시간 t에서 소비자에 의해 수신될 수 있는 최대 에너지 양을 나타내고 가 시간 t에서 계산된 에너지 소비자(부하)의 전력을 나타내는 경우, 에너지 소비자들 중 하나에 적용된다.
본 발명의 하나의 유리한 개선에서, 에너지 축적기의 최대 저장 용량, 에너지 축적기의 최대 충전 전력, 에너지 축적기의 최대 방전 전력, 에너지 축적기의 충전 효율성 및/또는 에너지 축적기의 방전 효율성은 데이터 컨테이너에 의해 저장된다.
따라서, 에너지 축적기의 개선된 모델링(modeling) 및 따라서 최적화 방법에서 에너지 축적기에 대한 개선된 고려가 유리하게 가능해진다. 에너지 축적기의 언급된 물리적 또는 기술적 파라미터(parameter)들은 최적화 방법에서 2차 조건들로서 고려될 수 있다. 특히 2차 조건 가 에너지 축적기에 대해 정의되며, 여기서 는 시간 t에서의 에너지 축적기의 현재 충전 전력을 나타내고, 는 시간 t에서의 에너지 축적기의 현재 방전 전력을 나타내고, 는 에너지 축적기의 충전 효율성을 나타내고, 는 에너지 축적기의 방전 효율성을 나타낸다. 이로부터, 에너지 축적기가 여러 번 커플링하는 것이 인식 가능하다. 따라서 에너지의 생성 및 소비에 관련한 유연성이 제공된다. 기술적 경계 조건에 관련하여 에너지 축적기의 추가 2차 조건들은 및 일 수 있고, 여기서 는 에너지 축적기의 전송된 최대 충전 전력을 나타내고, 는 에너지 축적기의 전송된 최대 방전 전력을 나타낸다. 에너지 축적기의 언급된 물리적 또는 기술적 파라미터들, 특히 그의 최대 충전 전력 및 최대 방전 전력은 또한 시간 의존적일 수 있고, 즉, 인덱스(index)(t)를 가질 수 있다. 추가의 물리적 또는 기술적 파라미터들이 제공되고 최적화 방법의 2차 조건들에서 고려될 수 있거나, 또는 최적화 방법에서 제어 디바이스에 의해 고려될 수 있다.
본 발명의 하나의 유리한 실시예에 따라, 각각의 에너지 발생기의 최소 판매 가격 및 각각의 에너지 소비자의 최대 구매 가격이 데이터 컨테이너에 의해 저장된다.
따라서 디바이스는 유리하게는 거래 플랫폼, 특히 로컬 에너지 시장을 형성한다. 최소 판매 가격들 및 최대 구매 가격들이 최적화 방법에서 고려된다. 따라서, 에너지 시스템의 컴포넌트들 사이의 에너지 흐름의 확률은 유리하게 증가되어, 에너지 시장이 유리하게는 가능한 한 에너지 효율적으로 운영될 수 있다.
본 발명의 하나의 유리한 개선에서, 에너지 시스템의 각각의 컴포넌트, 특히 에너지 축적기는 데이터 교환을 위해 통신 인터페이스를 통해 제어 디바이스에 커플링된 제어 유닛(영어: 에지 디바이스)을 포함한다.
따라서 데이터 컨테이너들 또는 데이터 또는 정보의 아이템들은 제어 디바이스와 컴포넌트들 사이에서 유리하게 교환될 수 있다. 또한, 이러한 방식으로 디바이스에 의한 컴포넌트들의 글로벌 제어(global control)가 가능해지며, 여기서 컴포넌트들은 최적화 방법의 해결책에 따라 제어된다. 따라서, 특히 에너지 시장의 디바이스의 가장 에너지 효율적인 가능한 동작이 가능해진다.
본 발명의 하나의 유리한 실시예에 따라, 컴포넌트들 중 적어도 하나에 대한 에너지 흐름들의 시간순의 변위 가능성(chronological displaceability)이 최적화에서 고려된다.
따라서, 예컨대, 전기 자동차를 충전하는 시간순으로 시프트 가능한 부하들(chronologically shiftable load)이 유리하게는 최적화 방법에서 고려될 수 있다. 예컨대, 2차 조건 에 의해 고려가 수행되어, 에너지 양들의 합계만이 수신될 수 있는 최대 에너지 양 이하이다. 따라서 에서 까지 시간 도메인 내에서 에너지 양을 수신하는 시간은 관련되지 않는다. 이 시간 도메인에서 공급되는 에너지의 양은 수신될 수 있는 최대 에너지 양을 단지 초과할 수 없다. 에서 까지의 시간 도메인은 시간 도메인(T)의 실제 서브세트(subset) 또는 전체 시간 도메인(T)이다.
본 발명의 하나의 유리한 개선에서, 에너지 흐름들의 유형이 최적화에서 고려된다.
따라서, 예컨대, 다양한 유형들의 전류, 특히 재생 가능한 에너지 소스(source)들로부터의 전류 및 재생 불가능한 에너지 소스들로부터의 전류가 구별 가능하다. 따라서 에너지 소비자들은 전류 유형에 대한 선호도들을 제어 디바이스로 전송할 수 있다. 예컨대, 전류는 바람직하게는 광전지(photovoltaic) 시스템들로부터 획득되어야 한다. 에너지 소비자들의 이러한 선호들이 최적화 방법에서 고려될 수 있다. 최적화 방법에서 에너지 소비자들 및/또는 에너지 발생기들의 추가의 선호들의 고려가 가능하고 제공된다.
본 발명의 추가의 장점들, 특징들, 및 세부사항들은 본원에서 이후에 설명되고 그리고 도면에 기반하는 예시적인 실시예들로부터 도출된다. 단일 도면은 본 발명의 일 실시예에 따른 디바이스를 개략적으로 도시한다.
디바이스(1)는 에너지 발생기들(2) 및 에너지 소비자들(3)을 포함한다. 더욱이, 디바이스(1)는 하나 이상의 에너지 축적기들(4) 및 하나 이상의 시간순으로 시프트 가능한 부하들(5), 예컨대, 전기 자동차를 포함한다. 에너지 발생기들(2), 에너지 소비자들(3) 및 또한 에너지 축적기들(4) 및 시간순으로 시프트 가능한 부하(5)는 에너지 시스템의 컴포넌트들(2,…, 5)을 형성한다. 다시 말해서, 에너지 시스템은 에너지 발생기들(2), 에너지 소비자들(3), 에너지 축적기들(4) 및 시간순으로 시프트 가능한 부하(5)를 포함하고, 여기서 에너지 시스템의 컴포넌트들(2,…, 5) 사이의 에너지 흐름들이 제어 디바이스(42)에 의해 제어, 특히 조절될 수 있다. 디바이스(1)는 제어 디바이스(42)를 포함한다.
제어 디바이스(42)는, 예컨대, t=0에서 t=T까지의 시간 도메인에 대한 최적화 방법에 의해 컴포넌트들 사이의 에너지 흐름들을 계산하도록 설계된다. 컴포넌트들로부터 제어 디바이스(42)로 전송되는 물리적 또는 기술적 파라미터들이 이러한 목적으로 요구된다.
에너지 발생기들(2), 에너지 소비자들(3) 및 에너지 축적기들(4)은 에너지 전송 네트워크(110), 예컨대 전류 네트워크에 의해 에너지(에너지 흐름들)를 교환하기 위해 커플링된다. 다시 말해서, 에너지 전송 네트워크(110)는 에너지 시스템의 컴포넌트들 사이의 에너지 흐름들을 가능하게 한다.
또한, 제어 디바이스(42)는, 예컨대, 통신 인터페이스에 의해 에너지 시스템의 각각의 컴포넌트(2,…, 5)에 대한 데이터 연결을 갖는다. 데이터 연결들은 화살표들(101,…, 104)로 예시되며, 다음에서 동일한 참조 부호들에 의해 식별된다. 데이터 연결들(101,…, 104)은 단방향 또는 양방향으로 이루어질 수 있다. 원칙적으로, 예컨대, 데이터 컨테이너에 의한 데이터 교환은 데이터 연결들(101,…, 104)에 의해 제어 디바이스(42)와 에너지 시스템의 컴포넌트들(2,…, 5) 사이에서 발생할 수 있다.
에너지 발생기들(2)은 시간(t)에 최대로 제공될 수 있는 적어도 에너지 발생기들의 에너지 양 (예컨대, 킬로와트(kilowatt)시 단위), 및 에너지 발생기들의 최소 판매 가격 (예컨대, 킬로와트시 당 센트(cent) 단위)을 데이터 연결(102)에 의해 제어 디바이스(42)에 전송한다. 판매 가격에 대안적으로 또는 부가적으로, 이산화탄소 배출 및/또는 1차 에너지 사용량(use)이 제어 디바이스(42)로 전송될 수 있다. 시간 t에서 최대로 제공될 수 있는 에너지 양 및 시간 t에서의 최소 판매 가격 가 저장되는 데이터 컨테이너는 판매 제안(구매 주문)으로 지칭될 수 있다.
에너지 소비자들(3)은, 시간 t에서 수신될 수 있는 적어도 에너지 소비자들의 최대 에너지 양 (예컨대 킬로와트 시 단위), 및 에너지 소비자들의 최대 구매 가격 (예컨대, 킬로와트시 당 센트 단위)을 데이터 연결(104)에 의해 제어 디바이스(42)로 전송한다. 구매 가격에 대안적으로 또는 부가적으로, 이산화탄소 배출 및/또는 1차 에너지 사용량이 제어 디바이스(42)로 전송될 수 있다. 시간(t)에 제공될 수 있는 최대 에너지 양 및 시간(t)에 최소 판매 가격 가 저장되는 데이터 컨테이너는 구입 제안(구매 주문)으로 지칭될 수 있다.
적어도 하나의 에너지 축적기(4)는, 제공될 수 있는 적어도 에너지 축적기의 최대 저장 용량 (예컨대, 킬로와트시 단위), 초기 충전 레벨 (예컨대 킬로와트시 단위), 그의 최대 충전 전력 (예컨대, 킬로와트 단위), 그의 최대 방전 전력 (예컨대 킬로와트 단위), 그의 충전 효율성 (예컨대, 퍼센트(percent) 단위), 및 그의 방전 효율성 (퍼센트 단위), 및 각각의 방전된 에너지 양에 대해 가능한 시간-의존 최소 지불금 (예컨대, 킬로와트시 당 센트 단위)을 데이터 연결(101)에 의해 전송한다. 에너지 축적기에 대해 언급된 파라미터들이 저장되는 데이터 컨테이너는 저장 제안(저장 주문)으로 지칭될 수 있다.
적어도 하나의 시프트 가능한 부하(5)(시프트 가능한 소비; 시프트 가능한 부하(shiftable load), 약칭 SL)는 시프트 시간 프레임 ()에 적어도 시프트 가능한 부하의 최대 수신 가능한 에너지 양 (예컨대, 당 킬로와트시 단위), 그의 가능한 시간 의존 최대 설치 전력 (예컨대, 킬로와트 단위) 및 가능한 시간 의존 최대 수신 지불금 (예컨대, 킬로와트시 당 센트 단위)을 데이터 연결(103)에 의해 제어 디바이스(42)에 전송한다. 시프트 가능한 부하(5)에 대해 언급된 파라미터들이 저장되는 데이터 컨테이너는 유연성 제안 1(유연성 구매 주문 1)로 지칭될 수 있다.
또한, 시프트 가능한 발생기(도시되지 않음)가 제공될 수 있다. 시간순으로 시프트 가능한 발생기를 포함하는 발생 유닛들은 추가의 시프트 시간 프레임(shift time frame) 에 제공될 수 있는 적어도 하나의 최대 에너지 양 (예컨대, 당 킬로와트시 단위), 가능한 시간 의존 최대 설치 전력 (예컨대, 킬로와트 단위), 및 가능한 시간 의존 최대 판매 지불금 c(예컨대, 킬로와트시 당 센트 단위)을, 예컨대, 데이터 연결(102)에 의해 제어 디바이스(42)에 전송한다. 시프트 가능한 발생기들에 대해 언급된 파라미터들이 저장되는 데이터 컨테이너는 유연성 제안 2(유연성 구매 주문 2)로 지칭될 수 있다.
데이터 컨테이너에 의해 전송된 데이터 또는 파라미터들은 최적화 방법의 파라미터화(parameterization)에 사용된다. 최적화 방법은 일반적으로 최소화 또는 최대화되어야 하는 목표 함수을 포함한다. 목표 함수는, 최적화 방법의 결과 값들인 변수들, 및 최적화를 수행할 때 변하지 않는 파라미터들을 포함한다. 최적화 방법은, 모든 파라미터들이 특정 값을 가질 때 파라미터화된다(parameterized). 최적화 방법의 변수들은 본 경우에 컴포넌트들 사이의 에너지 흐름들이다. 에너지 흐름들은 일반적으로, 즉, 내일에 대해 하루 전에 계산된다. 목표 함수는 에너지 시스템의 총 이산화탄소 배출, 에너지 시스템의 총 1차 에너지 사용량 및/또는 에너지 시스템의 총 비용들일 수 있다.
위에서 언급된 파라미터들에 따른 유리한 목표 함수가 다음과 같이 주어지고,
여기서 , , 및 는 변수들이다. 제어 디바이스에 의해 수행되는 최적화 방법은 언급된 목표 함수를 최소화하고, 변수들 , , 및 를 알아내거나(ascertain) 계산한다. 이 경우에, 는 시간 t에서 네트워크 노드(network node)(n)에서의 에너지 발생기(k)의 전력이고, 는 시간 t에서 네트워크 노드(n)에서의 에너지 소비자(k)의 전력이고, 는 시간( t에서 네트워크 노드(n)에서의 에너지 축적기(k)의 방전 전력이고, 는 시간 t에서 네트워크 노드(i)와 네트워크 노드(n) 사이의 유효 라인 용량(effective line capacity)이며, 여기서 네트워크 요금 는 이러한 목적으로 에너지 전송 네트워크(110)의 사용량에 대해 지불되어야 한다.
최적화 문제, 즉, 목표 함수의 최대치 또는 최소치의 계산은 일반적으로 2차 조건 하에서 생성된다. 예컨대, 다음은 모든 n 및 t에 대해 물리적으로 충족되어야 한다.
또한, 2차 조건들 는 각각의 에너지 발생기(2)에 대해 제공되고, 는 각각의 에너지 소비자(3)에 대해 제공되며, 또한, , , 및 는 에너지 축적기(4)에 대해 제공된다. 본 발명에 따라, 는 에너지 축적기(4)에 대한 2차 조건이다. 다시 말해서, 이 2차 조건은, 에너지 축적기(4)가 시간 도메인의 시작에서, 즉, 시간(t=0)에서와 같이, 시간 도메인의 끝에서, 즉, 시간(t=T)에 근본적으로 동일한 충전 레벨을 갖는 것을 보장한다. 따라서 에너지 축적기(4)는 시간 도메인의 시작과 끝에서 근본적으로 동일한 충전 레벨 을 갖는다. 따라서 에너지 축적기(4)는 에너지 발생 및 에너지 소비의 디커플링(decoupling)을 가능하게 하는 유연성을 단독으로 형성한다.
시프트 가능한 부하(5)는 2차 조건 에 의해 모델링되고(modeled), 따라서 최적화 방법에서 고려될 수 있다.
예컨대, 전력이 양의 값들만을 취하는(assume) 추가의 물리적/기술적 2차 조건들, 또는 네트워크 경계 조건들이 고려될 수 있다. 특히, 전류의 유형, 예컨대, 광전지 발전으로부터의 전류, 및/또는 에너지 소비자들의 선호들 및/또는 에너지 발생기들의 선호들은 추가의 2차 조건들에 의해 최적화 방법에서 고려될 수 있다. 다수의 유형들의 전류(전류 유형들)에 대해, 위의 수학식들 각각이 개별적으로 적용된다. 수학식들이 물리적 기반, 예컨대, 에너지 축적기(4)에 대한 물리적 경계 조건들을 갖는 경우에, 개별 전류 유형들로부터의 전력들의 합(sum)들이 형성된다.
제어 디바이스(42)에 의한 에너지 흐름들의 계산 후에, 이러한 계산된 값들은 개개의 컴포넌트들(2,…, 5)로 전송되는 데, 다시 말하자면, 제어 디바이스(42)에 의해 또는 제어 디바이스(42)의 통신 인터페이스를 통해 전송된다. 따라서 컴포넌트들(2,…, 5) 및 따라서 에너지 시스템이 최적화 방법의 해결책에 따라 가능한 최상의 방식으로 동작되는 것이 보장된다. 다시 말해서, 제어 디바이스는 최적화 방법의 해결책에 기반하여 컴포넌트들을 제어한다. 따라서 에너지 시스템의 효율성, 예컨대, 최대 에너지 판매들이 개선된다. 특히 에너지 축적기(4)가 유연성을 가능하게 하고 이것이 최적화 방법에서 본 발명에 의해 고려될 수 있기 때문에, 이것은 사실이다. 시간순으로 시프트 가능한 부하(5)는 또한 유연성을 제공한다. 따라서, 에너지/에너지들에 대한 거래 플랫폼을 또한 형성하는 디바이스(1)는 에너지 축적기(4)의 통합(유연성)을 통해 에너지 시스템의 컴포넌트들(2,…, 5) 사이의 에너지 흐름들의 컴포넌트들(2,…, 5)에 관련한 중앙 조정을 가능하게 한다.
본 발명이 바람직한 예시적인 실시예들에 의해 더 상세히 설명 및 예시되었지만, 본 발명은 개시된 예들에 의해 제한되지 않거나, 본 발명의 보호 범위를 벗어나지 않고, 개시된 예들로부터 당업자에 의해 다른 변형들이 도출될 수 있다.
1 디바이스
2 에너지 발생기
3 에너지 소비자
4 에너지 축적기
5 시간순으로 시프트 가능한 부하/전기 자동차
42 제어 디바이스
101 데이터 교환
102 데이터 교환
103 데이터 교환
104 데이터 교환
110 에너지 전송 네트워크
2 에너지 발생기
3 에너지 소비자
4 에너지 축적기
5 시간순으로 시프트 가능한 부하/전기 자동차
42 제어 디바이스
101 데이터 교환
102 데이터 교환
103 데이터 교환
104 데이터 교환
110 에너지 전송 네트워크
Claims (15)
- 에너지 시스템의 컴포넌트들(2,…, 5) 사이의 에너지 흐름들을 제어하기 위한 디바이스(1)로서,
상기 컴포넌트들(2,…, 5)은 적어도 하나의 에너지 축적기(energy accumulator)(4)를 포함하고,
상기 디바이스(1)는 상기 에너지 흐름들을 제어하기 위한 제어 디바이스(42)를 포함하며, 상기 제어 디바이스(42)에 의해, 상기 에너지 흐름들은 최적화 방법에 의해 시간 도메인에 대해 미리 컴퓨팅 가능하고(computable),
상기 에너지 흐름들은, 상기 시간 도메인의 끝에서의 상기 에너지 축적기(4)의 충전 레벨이 상기 시간 도메인의 시작에서의 상기 에너지 축적기의 충전 레벨과 근본적으로 동일하도록 상기 제어 디바이스(42)에 의해 컴퓨팅 및 제어 가능하며,
상기 최적화 방법은 상기 에너지 축적기의 조건(condition)에 기초하고, 상기 조건은 에 의해 정의되며, 여기서 는 시간 t에서의 상기 에너지 축적기의 현재 충전 전력을 나타내고, 는 시간 t에서의 상기 에너지 축적기의 현재 방전 전력을 나타내며, 는 상기 에너지 축적기의 충전 효율성을 나타내고, 는 상기 에너지 축적기의 방전 효율성을 나타내는 것을 특징으로 하는,
에너지 흐름들을 제어하기 위한 디바이스(1). - 제1항에 있어서,
상기 에너지 시스템의 컴포넌트들(2,…, 5)은 다수의 에너지 발생기들(2) 및 다수의 에너지 소비자들(3)을 포함하고,
상기 에너지 발생기들(2), 상기 에너지 소비자들(3) 및 상기 적어도 하나의 에너지 축적기(4)는 에너지 전송 네트워크(energy transmission network)(110)에 의해 서로 연결되는 것을 특징으로 하는,
에너지 흐름들을 제어하기 위한 디바이스(1). - 제1항에 있어서,
상기 디바이스(1)는 상기 제어 디바이스(42)와 상기 컴포넌트들(2,…, 5) 사이의 데이터 컨테이너(data container)들의 양방향 교환을 위한 통신 인터페이스를 포함하고,
상기 데이터 컨테이너들에 의해 저장된 데이터는 상기 최적화 방법에서 고려될 수 있는 것을 특징으로 하는,
에너지 흐름들을 제어하기 위한 디바이스(1). - 제3항에 있어서,
상기 데이터 컨테이너들은 전력 흐름들을 제어하기 위해 제공된 제어 데이터를 포함하는 것을 특징으로 하는,
에너지 흐름들을 제어하기 위한 디바이스(1). - 제3항 또는 제4항에 있어서,
상기 데이터 컨테이너들에 의해, 각각의 에너지 발생기(2)에 의해 제공될 수 있는 최대 에너지 양 및 각각의 에너지 소비자(3)에 의해 수신될 수 있는 최대 에너지 양이 저장되는 것을 특징으로 하는,
에너지 흐름들을 제어하기 위한 디바이스(1). - 제3항 또는 제4항에 있어서,
상기 데이터 컨테이너들에 의해, 상기 에너지 축적기(4)의 최대 저장 용량, 상기 에너지 축적기(4)의 최대 충전 전력, 상기 에너지 축적기(4)의 최대 방전 전력, 상기 에너지 축적기(4)의 충전 효율성 및/또는 상기 에너지 축적기(4)의 방전 효율성이 저장되는 것을 특징으로 하는,
에너지 흐름들을 제어하기 위한 디바이스(1). - 제3항 또는 제4항에 있어서,
상기 데이터 컨테이너들에 의해, 각각의 에너지 발생기(2)의 최소 판매 가격 및 각각의 에너지 소비자(4)의 최대 구매 가격이 저장되는 것을 특징으로 하는,
에너지 흐름들을 제어하기 위한 디바이스(1). - 제3항 또는 제4항에 있어서,
상기 에너지 시스템의 각각의 컴포넌트(2,…, 5)는 데이터 교환을 위한 상기 통신 인터페이스를 통해 상기 제어 디바이스(42)에 커플링된 제어 유닛을 포함하는 것을 특징으로 하는,
에너지 흐름들을 제어하기 위한 디바이스(1). - 에너지 시스템의 컴포넌트들(2,…, 5) 사이의 에너지 흐름들을 제어하기 위한 방법(1)으로서,
상기 컴포넌트들(2,…, 5)은 적어도 하나의 에너지 축적기(4)를 포함하며, 상기 에너지 흐름들은 최적화 방법에 의해 시간 도메인에 대해 미리 계산되고,
상기 에너지 흐름들은, 상기 시간 도메인의 끝에서의 상기 에너지 축적기(4)의 충전 레벨이 상기 시간 도메인의 시작에서의 상기 에너지 축적기(4)의 충전 레벨과 근본적으로 동일하도록 계산 및 제어되며,
상기 최적화 방법은 상기 에너지 축적기의 조건에 기초하고, 상기 조건은 에 의해 정의되며, 여기서 는 시간 t에서의 상기 에너지 축적기의 현재 충전 전력을 나타내고, 는 시간 t에서의 상기 에너지 축적기의 현재 방전 전력을 나타내며, 는 상기 에너지 축적기의 충전 효율성을 나타내고, 는 상기 에너지 축적기의 방전 효율성을 나타내는 것을 특징으로 하는,
에너지 흐름들을 제어하기 위한 방법(1). - 삭제
- 제9항에 있어서,
각각의 에너지 발생기(2)에 의해 제공될 수 있는 최대 에너지 양이 상기 최적화에서 고려되는 것을 특징으로 하는,
에너지 흐름들을 제어하기 위한 방법(1). - 제9항 또는 제11항에 있어서,
각각의 에너지 소비자(4)에 의해 수신될 수 있는 최대 에너지 양이 상기 최적화에서 고려되는 것을 특징으로 하는,
에너지 흐름들을 제어하기 위한 방법(1). - 제9항 또는 제11항에 있어서,
상기 에너지 축적기(4)의 최대 저장 용량, 상기 에너지 축적기(4)의 최대 충전 전력, 상기 에너지 축적기(4)의 최대 방전 전력, 상기 에너지 축적기(4)의 충전 효율성 및/또는 상기 에너지 축적기(4)의 방전 효율성이 상기 최적화에서 고려되는 것을 특징으로 하는,
에너지 흐름들을 제어하기 위한 방법(1). - 제9항 또는 제11항에 있어서,
상기 컴포넌트들(2,…, 5) 중 적어도 하나에 대한 상기 에너지 흐름들의 시간순 시프트 가능성(chronological shiftability)이 상기 최적화에서 고려되는 것을 특징으로 하는,
에너지 흐름들을 제어하기 위한 방법(1). - 제9항 또는 제11항에 있어서,
상기 에너지 흐름들의 유형이 상기 최적화에서 고려되는 것을 특징으로 하는,
에너지 흐름들을 제어하기 위한 방법(1).
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