[发明专利]用于确定能量系统操作场景的方法和设备

说明书

公开了一种用于确定能量系统的多个操作场景的计算机实现的方法(100)和相关设备。该方法包括获得(101)作为时间的函数的与输入变量值的多个集合对应的对能量系统的多个性能测量。该方法包括将该输入变量值的多个集合和与其相关联的性能测量聚类(103)成各组以及为各组的每一者定义(105)描述符。该方法还包括输出(106)各组的描述符，以供在能量系统的在线预测或离线估计中使用。

技术领域

本发明涉及电能系统(诸如电网、能量生产者和/或能量消耗者)的领域。更具体地，本发明涉及用于确定能量系统的多个操作场景的设备和方法，所述能量系统诸如电网、一个能量消耗者或多个能量消耗者、一个能量生产者或多个能量生产者、或其组合。本公开中提到的电能系统可尤其涉及取决于随机动态变量(例如，具有取决于环境参数的产量和/或负载)的能量系统。

背景技术

本领域中已知的是，诸如分布式可再生能源之类的能源可在其集成、在能量产量的预测以及在间歇能量生产与归因于能量消耗的需求的平衡中提出技术挑战。例如，准确地预测净能量生产或消耗可能是具有挑战性的，因为这可能取决于可能难以预测的随机因素，例如，取决于本地天气条件，诸如云、环境温度、风向和/或风力。

这些挑战可能在各种时间和空间尺度上延伸。例如，消耗者(例如，产消者)可能想要平衡本地生产(诸如来自太阳能的能量生产)与本地能量消耗，以便降低能量成本(例如通过使用较低的容量关税)，和/或提高自我可持续性(例如以提高对非本地能源的独立性)。

分配系统运营商(DSO)可能想要本地地平衡生产和消耗(例如，在馈线和变压器的级别上)，以促成对电网的管理和/或实现电网升级中的投资的减少或延期。考虑到可变能源的(例如，可再生能源的)增加的份额，这种平衡可能是尤为合需的。

平衡责任方(BRP)可能需要平衡它们的客户的消耗与它们自己的生产组合，例如其可包括间歇和/或难以预测的能源。

例如，全球范围的总光伏能量收集容量可被估计超过300GWp，其中欧洲为100GWp，并且随着各国向更清洁的电力来源转变，可望预计快速增长。在当前的电力市场中，TSO有责任进行平衡，并且当前如果集合商在它们的规划中犯了多达540€(欧元)/MW(这是一波动的价格)的差错，则TSO对集合商施加罚款。更好的产量预测模型长期而言可以在财务上使所有参与的各方受益，例如，产消者/运营商、DSO和TSO。

因此，存在对良好的短时预测模型和方法的需要，以实现智能电网中的消耗和生产的良好匹配。此类预测模型可涉及生产和/或消耗的短期预测。此外，斜坡调节器可被用来限制网络上的负载并改善其稳定性。此类斜坡调节器可能还需要对生产侧进行充分的短期预测。

能量产量的准确估计已成为对强烈取决于随机现象的发电厂和/或电网的重要挑战。例如，风电场和太阳能发电厂在很大程度上取决于诸如气象、云和太阳辐照分布等气象变量，这些变量对于给定站点可以既局部地又全局地变化。有效的在线工厂控制可能要求数天内的预测，例如，优选地在不会导致大量时间和资源开销的有效实现中。此外，可能需要对年度能量产量预测的良好估计以用于计划未来投资。对长期估计而言，相比对于在线预测系统，更多的时间和资源可通常是可用的，但是计算要求也可能高得多。

用于产量估计的最先进模型可依赖于随机现象的简化来减少建模工作和计算时间。作为结果，产量可能被系统性地低估，例如归因于引入了经验损失百分比和余量以避免高估。对于低于1h的时间分辨率，这些余量通常可以是大约10％，这对于较大的站点可能构成不可接受的损失。

然而，使用最先进的办法可能难以实现对影响发电厂或电网的所有动态效应的详细建模。例如，影响能量系统的性能(例如，能量产量)的随机参数可能不允许完全分析办法，其中准确的结果在合理的时间内被获得，例如对气象数据进行后处理以估计年度能量产量可能是计算密集型问题，而用于控制目的的在线估计(例如，通过最大功率点(MPP)跟踪)在不应用简化或近似来降低影响系统的随机和/或动态因素的复杂度的情况下是不太可能的。