ОПТИМИЗАЦИЯ ЭНЕРГЕТИЧЕСКОЙ СИСТЕМЫ
ENERGY SYSTEM OPTIMIZATION

Область техники
Настоящее изобретение относится к способу, устройству определения уставок и компьютерному программному продукту для определения уставок для машин в энергосистеме.
Уровень техники
На электростанциях эффективность энергоблоков, таких как машины, системы накопления энергии, ветряные турбины и/или солнечные панели, используемые для выработки и/или приема электроэнергии, является важной характеристикой. Мощность или нагрузка этих энергоблоков затем может быть определена несколькими способами, при этом традиционный способ состоит в совместном использовании нагрузки, равномерно распределенной между ними.
Однако существуют другие способы определения распределения нагрузки. Различные способы расчета распределения нагрузки описаны, например, в документах SE 1600151 и SE 1600140.
Другой способ описан в документе EP 2940536, где задача оптимизации определяется на основе фактического рабочего состояния, рабочих уставок и рабочих пределов машинной станции и вращающихся машин, а также на основе ожидаемых объективных эксплуатационных характеристик машин и расчетных эксплуатационных параметров. Затем решение задачи оптимизации используется для получения распределения нагрузки.
По меньшей мере некоторые из них связаны с довольно обширной обработкой.
Таким образом, существует потребность в альтернативном способе получения распределения нагрузки с использованием ограниченного объема обработки.
Сущность изобретения
В настоящем изобретении рассмотрена эта ситуации. Таким образом, изобретение направлено на решение проблемы предоставления альтернативного способа получения распределения нагрузки с использованием ограниченного объема обработки.
Согласно первому аспекту изобретения эта задача решается посредством способа определения уставок машин, накопителей энергии, ветрогенераторов и/или солнечных панелей в энергосистеме, причем способ включает этапы:
- определения, во время работы энергосистемы, текущих индивидуальных кривых эффективности машин, накопителей энергии, ветрогенераторов и/или солнечных панелей, причем каждая такая кривая определяет эффективность соответствующей машины, накопителя энергии, ветрогенератора и/или солнечной панели, где текущая кривая эффективности получается как оценка в реальном времени с использованием текущих и исторических данных энергосистемы, и
во время управления энергосистемой,
- формирования функции, содержащей по меньшей мере одно первое выражение, где первое выражение представляет собой сумму произведений, причем каждое произведение содержит мощность машины, накопителя энергии, ветрогенератора и/или солнечной панели, умноженную на индивидуальную эффективность машины, накопителя энергии, ветрогенератора и/или солнечной панели, полученную из соответствующей текущей индивидуальной кривой эффективности,
- определения потребности в мощности системы,
- оптимизации функции при условии, что сумма мощностей машин, накопителей энергии, ветрогенераторов и/или солнечных панелей достигает потребности в мощности,
- определения желаемых уставок машин, накопителей энергии, ветрогенераторов и/или солнечных панелей на основе оптимизации, и
- подачи уставок в машины, накопители энергии, ветрогенераторы и/или солнечные панели.
Согласно второму аспекту изобретения данная задача решается посредством устройства определения уставок для определения уставок машин, накопителей энергии, ветрогенераторов и/или солнечных панелей в энергосистеме, причем устройство определения уставок содержит:
блок определения кривой эффективности, выполненный с возможностью определения, во время работы энергосистемы, индивидуальных кривых эффективности машин, накопителей энергии, ветрогенераторов и/или солнечных панелей, причем каждая такая кривая определяет эффективность соответствующей машины, накопителя энергии, ветрогенератора и/или солнечней панели, где текущая кривая эффективности получается как оценка в реальном времени с использованием текущих и исторических данных энергосистемы, и
блок проведения оптимизации, выполненный с возможностью, во время управления энергосистемой:
- формирования функции, содержащей по меньшей мере одно первое выражение, где первое выражение представляет собой сумму произведений, причем каждое произведение содержит мощность машины, накопителя энергии, ветрогенератора и/или солнечной панели, умноженную на индивидуальную эффективность машины, накопителя энергии, ветрогенератора и/или солнечной панели, полученную из соответствующей текущей индивидуальной кривой эффективности,
- определения потребности в мощности системы;
- оптимизации функции при условии, что сумма мощностей машин, накопителей энергии, ветрогенераторов и/или солнечных панелей достигает желаемой потребности в мощности;
- определения желаемых уставок машин, накопителей энергии, ветрогенераторов и/или солнечных панелей на основе оптимизации; и
- подачи уставки на машины, накопители энергии, ветрогенераторы и/или солнечные панели.
Согласно третьему аспекту изобретения данная задача решается с помощью компьютерного программного продукта для определения уставок машин, накопителей энергии, ветрогенераторов и/или солнечных панелей в энергосистеме, причем компьютерный программный продукт предоставляется на носителе инрформации, содержащем компьютерный программный код, выполненный с возможностью предписания устройству определения уставок при загрузке компьютерного программного кода в устройство определения уставок:
- определять, во время работы энергосистемы, индивидуальные кривые эффективности машин, накопителей энергии, ветрогенераторов и/или солнечных панелей, причем каждая такая кривая определяет эффективность соответствующей машины, накопителя энергии, ветрогенератора и/или солнечней панели, где текущая кривая эффективности получается как оценка в реальном времени с использованием текущих и исторических данных энергосистемы; и
во время управления энергосистемой,
- формировать функцию, содержащую по меньшей мере одно первое выражение, где первое выражение представляет собой сумму произведений, причем каждое произведение содержит мощность машины, накопителя энергии, ветрогенератора и/или солнечной панели, умноженную на индивидуальную эффективность машины, накопителя энергии, ветрогенератора и/или солнечной панели, полученную из соответствующей текущей индивидуальной кривой эффективности;
- определять потребность системы в мощности;
- оптимизировать функцию при условии, что сумма мощностей машин, накопителей энергии, ветрогенераторов и/или солнечных панелей для достижения потребности в мощности;
- определять желаемые уставки машин, накопителей энергии, ветрогенераторов и/или солнечных панелей на основе оптимизации; и
- подавать уставки на машины, накопители энергии, ветрогенераторы и/или солнечные панели.
Машины, накопители энергии, ветрогенераторы и/или солнечные панели можно рассматривать как энергоблоки. Индивидуальная кривая эффективности энергоблока может быть определена во всем его рабочем диапазоне, который может находиться между нулевой и полной нагрузкой. Кривая эффективности дополнительно может рассматриваться как кривая воздействия на окружающую среду, так как кривая отражает воздействие энергоблока на окружающую среду при его использовании. Нетрудно заметить, что низкий расход топлива оказывает меньшее воздействие на окружающую среду, чем высокий расход топлива. Использование ветряной электростанции и/или солнечной панели, в свою очередь, может рассматриваться как имеющее нулевое воздействие на окружающую среду, в то время как воздействие на окружающую среду накопителя энергии, такого как аккумуляторная батарея, зависит от воздействия на окружающую среду энергоблока, из которого электроэнергия была загружена в накопитель энергии.
Определение текущих индивидуальных кривых эффективности машин, накопителей энергии, ветрогенераторов и/или солнечных панелей может дополнительно представлять собой определение текущих индивидуальных кривых эффективности машины и одного или нескольких из: ветрогенератора, солнечной панели и накопителя энергии.
Каждая кривая эффективности может также иметь зависимость от мощности соответствующей машины, накопителя энергии, ветрогенератора и/или солнечной панели, такой как мощность на выходе машины, накопителя энергии, ветрогенератора и/или солнечной панели.
Оптимизация может быть также выполнена на основе других условий. Одним из таких условий может быть то, что индивидуальная мощность машины, накопителя энергии, ветрогенератора и/или солнечной панели находится в диапазоне от нуля до максимальной индивидуальной выходной мощности. Другое возможное условие может состоять в том, что сумма машин, накопителей энергии, ветрогенераторов и/или солнечных панелей с мощностью выше нуля равна или превышает количество машин, накопителей энергии, ветрогенераторов и/или солнечных панелей, которые используются для увеличения мощности энергосистемы.
Настоящее изобретение имеет ряд преимуществ. Оно обеспечивает экономию энергии, так как позволяет эффективно распределять нагрузку между энергоблоками. Оно также не основано на прогнозе, а только на исторических и текущих данных энергосистемы. Таким образом, ограничивается также объем обработки.
Краткое описание чертежей
Далее настоящее изобретение будет описано со ссылкой на сопроводительные чертежи, на которых:
на фиг.1 схематично показана энергосистема, содержащая устройство определения уставок, энергосистему и ряд машин, подключенных к энергосети через генераторы и преобразователи;
на фиг.2 показана блок-схема последовательности операций одного из способов реализации устройства определения уставок;
на фиг.3 показана блок-схема этапов способа в способе определения уставок машин в энергосистеме, выполняемом устройством определения уставок;
На фиг.4 показан ряд кривых эффективности машин в энергосистеме; и
на фиг.5 схематично показан носитель информации с компьютерным программным кодом в виде диска CD-ROM для реализации устройства определения уставок.
Подробное описание изобретения
Далее приводится подробное описание предпочтительных вариантов осуществления способа, устройства определения уставок и компьютерного программного продукта для определения уставок в энергосистеме.
На фиг.1 схематично показана энергосистема 10 на электростанции, которая в качестве примера энергосистемы является энергогенерирующей системой. Энергосистема 10 содержит шину 36. В частности, энергосистема 10 содержит ряд энергоблоков 12, 14, 16 и 18, причем энергоблоки могут быть генерирующими и/или принимающими энергию машинами и подключены к шине 36 через соответствующие генераторы 20, 22, 24 и 26 и преобразователи 28, 30, 32 и 34. В качестве примера приведены четыре машины. Таким образом, имеется первая машина 12, подключенная к шине 36 через первый генератор 20 и первый преобразователь 28, вторая машина 14, подключенная к шине 36 через второй генератор 22 и второй преобразователь 30, третья машина 16, подключенная к шине 36 через третий генератор 24 и третий преобразователь 32, и четвертая машина 18, подключенная к шине 36 через четвертый генератор 26 и четвертый преобразователь 34.
Машины могут дополнительно быть первичными двигателями, например, двигателями, такими как дизельные двигатели или газовые турбины. Однако это возможно с другими типами энергоблоков, кроме машин, такими как ветрогенераторы и/или солнечные панели и накопители энергии, такие как аккумуляторные батареи. В этом случае эти дополнительные энергоблоки также могут быть подключены к шине 36.
Шина 38 в примере, показанном на фиг.1, является шиной переменного тока (AC), и по этой причине преобразователи 28, 30, 32 и 34 являются преобразователями переменного тока в переменный ток. Однако возможно, что шина является шиной постоянного тока (DC), и в этом случае преобразователи могут быть преобразователями переменного тока в постоянный ток. В качестве другой альтернативы, также возможно, что преобразователи не используются. Система 10 также может быть подключена к электросети 40, такой как коммунальная электросеть. Это показано на фиг.1, на которой она подключена к шине 36, подключенной к электросети 40 через дополнительный преобразователь 39.
На чертеже также показано устройство 38 определения уставок. Более конкретно, устройство 38 представляет собой устройство для определения уставок, которые будут использоваться энергоблоками 12, 14, 16 и 18 энергосистемы 10. Одна реализация устройства 38 определения уставок более подробно показана на фиг.2. Оно содержит блок ECD 40 определения кривой эффективности, блок OH 42 проведения оптимизации, блок EV 44 оценки машины и блок MH 46 проведения технического обслуживания.
Таким образом, устройство 38 определения уставок определяет уставки, которые используются при работе энергоблоков для того, чтобы обеспечить оптимальную работу, при этом оптимальная работа может включать в себя по возможности более эффективную работу машин при одновременном достижении задачи управления. Например, задача управления может состоять в доставке определенного количества энергии в электросеть 36 из машин, например, для экспорта в систему передачи энергии. Поэтому, эффективность может также представлять собой эффективность, которая зависит от мощности энергоблока, такой как выходная мощность энергоблока. Таким образом, эффективность может представлять собой эффективность энергоблока при выработке этой выходной мощности. Например, эффективность может представлять собой эффективность, которая рассматривается как количество топлива или выбросов, требуемых для передачи упомянутого количества энергии. Эффективность может быть дополнительно или вместо этого связана с воздействием энергоблока на окружающую среду.
Энергоблок, такой как машина, управляет нагрузкой, которая может находиться в диапазоне от нулевой до полной нагрузки, то есть от 0 до 100%.
В одном примере энергоблоки являются двигателями, и в случае двигателя, такого как двигатель внутреннего сгорания, эффективность может быть эффективностью использования топлива.
Ни один двигатель внутреннего сгорания, ни вращающийся, ни возвратно-поступательный, не может обеспечить одинаковую эффективность использования топлива во всем рабочем диапазоне, то есть от нуля до полной нагрузки. Обычно наиболее эффективной является работа при мощности выше 60% от номинальной. Одним из обычно используемых показателей эффективности использования топлива является удельный расход топлива при испытании двигателя на тормозном стенде (BSFC), который часто выражается в г/кВт⋅ч. BSFC также может быть представлен в виде кривой.
Когда нагрузка увеличивается выше 60%, увеличивается эффективность использования топлива. Оптимальная рабочая точка машины может быть, например, при нагрузке около 75%, но при приближении к полной нагрузке она снова падает.
Как правило, гораздо эффективнее распределять любую нагрузку равномерно, в процентах от номинальной/расчетной мощности, между машинами, чем позволять одной машине работать почти на холостом ходу, а другой брать на себя большую часть нагрузки в случае, если энергосистема оснащена одинаковыми машинами или по меньшей мере машинами одного типа, хотя и разного размера. Это вполне могло бы устранить необходимость в более тщательном поиске немного лучшего решения.
Однако с течением времени и увеличением часов наработки ни одна машина не будет иметь одинаковые характеристики. Износ, воздушные фильтры, состояние турбонагнетателей, различное качество топлива и т.д.: все это складывается в индивидуальные, уникальные кривые BSFC.
Более того, представляется возможным использование разных машин, например, разные марок и разных размеров. Таким образом, может возникнуть необходимость в повышении общей эффективности использования машин в энергосистеме 10, показанной на фиг.1. Однако, чтобы повысить общую эффективность или эффективность системы, может потребоваться знание эффективности отдельных машин.
Эффективность использования топлива может также влиять на различные выбросы. Примерами выбросов от двигателей внутреннего сгорания являются:
2
Диоксид углерода - CO
Окись углерода - CO
Остаточные углеводороды - HC
Сажа и частицы (вещества в виде твердых частиц) - PM
x
Оксиды азота - NO
x
Оксиды серы - SO
Измерение расхода топлива и произведенной электроэнергии является обычным делом почти во всех энергосистемах. Часто бывает сложнее измерить количество выбросов в зависимости от кВт⋅ч. Поэтому можно рассчитать теоретическое количество выбрасываемых остатков в зависимости от типа топлива и его качества. Таким образом, можно увидеть, что эффективность использования топлива также может использоваться для определения эффективности по отношению к выбросам.
Эффективность дополнительно может рассматриваться как кривая воздействия на окружающую среду, так как кривая представляет собой воздействие энергоблока на окружающую среду при его использовании. Нетрудно заметить, что низкий расход топлива оказывает меньшее воздействие на окружающую среду, чем высокий расход топлива. Использование ветрогенератора в ветряной турбине и/или солнечной панели может, в свою очередь, рассматриваться как имеющее нулевое воздействие на окружающую среду, в то время как воздействие на окружающую среду накопителя энергии, такого как аккумуляторная батарея, зависит от воздействия на окружающую среду энергоблока, из которого энергия была загружена в накопитель энергии.
Теперь будет описан способ определения уставок энергоблоков в энергосистеме, выполняемый устройством 38 определения уставок, со ссылкой также на фиг.3. Более того, во время этой операции возможно, что только некоторые энергоблоки используются для передачи энергии в электросеть, например, работают только некоторые машины. Таким образом, остальные машины могут не вносить такой вклад и, следовательно, могут считаться неработающими.
Способ функционирования устройства 38 определения уставок может начинаться на этапе 50 определения, блоком 40 определения кривой эффективности, во время работы энергосистемы 10 текущих индивидуальных кривых эффективности, где каждая кривая определяет эффективность соответствующего энергоблока во всем рабочем диапазоне. Затем блок 40 определения кривой эффективности может определить эффективность каждого из энергоблоков от нуля до полной (100%) нагрузки. Кривая эффективности может описывать эффективность как функцию мощности энергоблоков, и, следовательно, эффективность зависит от мощности энергоблоков. Таким образом, происходит определение текущих индивидуальных кривых эффективности машин, накопителей энергии, ветрогенераторов и/или солнечных панелей, которые могут представлять собой определение текущих индивидуальных кривых эффективности машины и одного или нескольких из: ветрогенераторов, солнечных панелей и накопитель энергии.
Такие кривые в виде кривых BSFC для четырех машин (фиг.1) показаны в качестве примера на фиг.4. Таким образом, имеется первая кривая эффективности 60 для первой машины 12, вторая кривая эффективности 62 для второй машины 14, третья кривая эффективности 64 для третьей машины 16 и четвертая кривая эффективности 66 для четвертой машины 18.
Кривые 60, 62, 64 и 66 показывают зависимость рабочего параметра машины, такого как расход топлива, от потребляемой или подаваемой энергии, например, выраженной в г/кВт⋅ч (левая вертикальная ось), по отношению к нагрузке в процентах (горизонтальная ось). Эти кривые также были построены в виде кривых стоимости, таких как кривые удельных затрат при испытании двигателя на тормозном стенде (BSC), в качестве примера, выраженного как стоимость в долларах за кВт⋅ч (правая вертикальная ось). Таким образом, кривую можно рассматривать как показывающую характеристику соответствующего энергоблока (например, расход топлива), имеющую зависимость от выходной мощности.
В этом случае индивидуальная кривая эффективности может быть кривой BSFC или BSC, определенной для машины во время ее работы, где кривая BSFC представляет кривую как расход топлива, и BSC является мерой, использующей расход топлива в сочетании с ценой на топливо.
Кривая BSFC для любого двигателя может быть построена путем измерения количества топлива, потребляемого для выработки определенного количества кВт⋅ч. Когда характеристика BSFC известна для всех машин в энергогенерирующей системе, можно стремиться удовлетворить любую потребность в мощности настолько эффективно, насколько это возможно, путем итерации различных нагрузок, распределяемых на разные машины.
Для выполнения различных типов операций блок определения кривой эффективности может обрабатывать исходную кривую эффективности, кривую номинальной эффективности и текущую кривую эффективности. Исходная кривая эффективности, как правило, остается неизменной в течение нескольких лет, например, каждые 3 года в связи с испытанием эксплуатационных параметров после капитального ремонта. Кривая номинальной эффективности, в свою очередь, является кривой, которая применима в течение нескольких дней, обычно одного или двух. Например, она может обновляться один раз в день или через день. Текущая кривая эффективности, в свою очередь, обновляется в минутном масштабе, обычно каждые 10-30 минут.
Исходную кривую эффективности можно также назвать кривой долгосрочной эффективности, кривую номинальной эффективности можно назвать кривой среднесрочной эффективности, и кривую текущей эффективности можно назвать кривой краткосрочной эффективности.
Для получения кривых блок 41 определения кривой эффективности может извлекать или моделировать исходную кривую BSFC_o на основе информации, полученной от поставщика, испытания эксплуатационных параметров или долгосрочных измерений. Таким образом, он может получить исходную кривую на основе информации о машине, предоставленной поставщиком машины, на основе испытаний производительности, проведенных на машине, или долгосрочных измерений машины, которые могут проводиться регулярно с интервалами, основанными на годах.
Таким образом, характеристика BSFC может быть получена во время работы энергогенерирующей системы 10, то есть в реальном времени.
Первым шагом к такому получению может быть получение автономной исходной кривой на основе информации, полученной от поставщика, и/или испытаний эксплуатационных параметров. За этим может последовать оперативная адаптация исходной кривой.
При адаптации BSFC в реальном времени кривая номинальной эффективности BSFC_n, которая должна использоваться для целей технического обслуживания, может быть затем установлена равной исходной кривой BSFC_o. Таким образом, кривая номинальной эффективности указывает, когда необходимо проводить техническое обслуживание. Так как изначально она установлена равной исходной кривой эффективности, очевидно, что изначально техническое обслуживание не предполагается.
Установить BSFC_n=BSFC_o
После этого блок 41 определения кривой эффективности принимает новые результаты измерений, которые могут быть результатами измерений расхода топлива и нагрузки. После этого блок 41 определения кривой эффективности может выполнять фильтрацию сигнала и обнаружение выбросов, после чего следует обнаружение установившегося состояния, которое, таким образом, может включать фильтрацию выбросов и шума из результатов измерений. Когда это выполнено, блок 41 определения кривой эффективности помещает результаты измерений с отметкой «хорошо» в буфер, которые, таким образом, являются основой для получения кривой.
Возможно, что для получения текущей кривой эффективности выполняется интерполяция BSFC_c между измеренными рабочими точками, например, для каждых 10% приращений в диапазоне рабочих возможностей. Также может потребоваться применить методы сглаживания кривой, например, подбор аппроксимирующей кривой.
После установления профиля кривой BSFC_c могут быть выполнены новые измерения при различных нагрузках, которые не совсем соответствуют установленной кривой. Необходимо оценить, следует ли сохранить текущий профиль, но сместить его так, чтобы он соответствовал текущим измеренным значениям, чтобы соответствовать изменениям погоды, качеству топлива, сезонным изменениям и т.д., или постоянно улучшать его.
Таким образом, идентификация системы и моделирование текущей эффективности использования топлива машины могут выполняться адаптивным образом, то есть путем оценки в реальном времени кривой BSFC_c на основе измерений с шумом и низкого качества. Так как текущая кривая эффективности обновляется в минутном масштабе, становится ясно, что кривая получена с использованием текущих и предыдущих данных энергосистемы, причем эти данные энергосистемы могут содержать текущие и предыдущие или исторические измерения соответствующего энергоблока. Так как текущие и предыдущие или исторические измерения получены во время работы энергосистемы, также очевидно, что они получены во время текущего и предыдущего использования энергоблока. Таким образом, текущая кривая эффективности получается как оценка в реальном времени с использованием текущих и исторических данных энергосистемы, причем текущие и исторические данные энергосистемы могут содержать измерения соответствующего энергоблока.
Когда кривая BSFC_c завершена, блок 41 определения кривой эффективности может дополнительно исследовать, является ли первая разность D1 между номинальной и текущей кривыми постоянно большой, и если это так, номинальная кривая, BSFC_n обновляется. Таким образом, если кривая номинальной эффективности BSFC_n во время работы энергосистемы 10 отклоняется от текущей кривой эффективности на большее значение, чем допустимая степень отклонения, например, более чем 5-10%, то она может быть обновлена. В частности, номинальная кривая может быть обновлена с использованием текущей кривой эффективности BSFC_c.
Это можно выразить как:
Обновить BSFC_n, если D1 = (BSFC_n - BSFC_c) является постоянно большим,
Вышеупомянутое формирование кривой может выполняться для всех машин. Таким образом, блок 42 определения кривой эффективности определяет первую кривую 60 первой машины 12, вторую кривую 62 второй машины 14, третью кривую 64 третьей машины 16 и четвертую кривую 66 четвертой машины 18, смотри также фиг.4.
Характеристики BSFC/BSC, возможно, придется передавать в централизованный алгоритм, который постоянно пытается улучшить общий BSFC/BSC или общую эффективность энергогенерирующей системы 10 для любой данной ситуации нагрузки путем итерации нескольких возможных профилей распределения нагрузки.
В приведенном выше примере кривые эффективности были кривыми эффективности машин, таких как двигатели. Кривые эффективности могут быть получены также для других типов энергоблоков, таких как аккумуляторные батареи, ветряные турбины и панели солнечных батарей. В этом случае кривая эффективности ветряной турбины или солнечной панели может быть сформирована как постоянная стоимость, например, по прямой линии, которая может, например, быть функцией постоянной нулевой стоимости. Вместо этого функция эффективности аккумуляторной батареи может быть функцией, связанной со стоимостью хранения энергии в аккумуляторной батарее. Эта функция стоимости или эффективности может быть функцией эффективности энергоблока, используемого для зарядки накопителя энергии. Затем стоимость может быть стоимостью во время зарядки накопителя энергии или стоимостью во время разрядки накопителя энергии, где дополнительно может учитываться эффективность элемента накопления энергии.
Кривая эффективности может дополнительно рассматриваться как кривая воздействия на окружающую среду, так как кривая представляет собой представление воздействия энергоблока на окружающую среду при его использовании. Нетрудно заметить, что низкий расход топлива оказывает меньшее воздействие на окружающую среду, чем высокий расход топлива. Использование ветрогенератора, то есть ветряной турбины, и/или солнечной панели, в свою очередь, может рассматриваться как имеющее нулевое воздействие на окружающую среду, в то время как воздействие на окружающую среду накопителя энергии, такого как аккумуляторная батарея, зависит от воздействия на окружающую среду энергоблока, из которого энергия была загружена в накопитель энергии.
Таким образом, когда кривые определены таким образом, блок 42 проведения оптимизации затем работает с использованием этих кривых. Работа по отношению к моменту времени управления энергосистемой 10, когда работает несколько машин n, может быть следующей.
Блок 42 проведения оптимизации формулирует задачу оптимизации для перераспределения заданной нагрузки во время управления с использованием различных кривых эффективности машин. Он также решает задачу оптимизации численно и определяет новые уставки для машин, которые будут использоваться во время управления энергосистемой.
Это можно выполнить на этапе 52 с помощью блока 42 проведения оптимизации, формирующего функцию оптимизации OPT, содержащую первое выражение, которое, в свою очередь, состоит из суммы произведений, причем каждое произведение содержит выходную мощность машины, умноженную на индивидуальную текущую кривую эффективности машины.
В одном варианте функция оптимизации OPT формируется как сумма текущих кривых эффективности BSFC_c машин, умноженная на выходную мощность, которая является выходной мощностью, соответствующей нагрузке на машину. Более того, так как BSFC выражается как расход топлива, который изменяется в зависимости от нагрузки, ясно, что BSFC зависят от выходной мощности.
Если имеется n работающих машин, то функция оптимизации может быть представлена в виде
i
i
i,
OPT=f(P) =  BSFC(P)*P
i
где P - выходная мощность отдельной машины.
Таким образом, функция может быть функцией машин, которые во время управления вносят мощность в энергосистему. Таким образом, машины могут быть машинами, которые вносят вклад в уровень мощности энергосистемы во время управления энергосистемой.
d
На этапе 54 блок 42 проведения оптимизации также определяет потребность в мощности P электростанции или энергосистемы.
Затем следует блок 42 проведения оптимизации, оптимизирующий функцию OPT для ряда заданных ограничений на этапе 56, на котором оптимизация может быть минимизацией вышеупомянутой функции OPT, которая, таким образом, может быть минимизацией функции f(P).
В данном случае следует понимать, что в зависимости от того, как реализована функция оптимизации и/или эффективность, оптимизация может в качестве альтернативы включать в себя максимизацию функции оптимизации.
d
d
Оптимизация, выполняемая блоком 42 проведения оптимизации, может быть предметом одного или нескольких условий оптимизации, которые формируют вышеупомянутые ограничения. В качестве примера, эти условия могут содержать условие, что сумма выходных мощностей Pi должна достигать требуемой мощности P, которая в приведенном выше примере будет состоять в том, что сумма выходных мощностей Pi должна быть равна потребности в мощности P. Условия также могут содержать условия, при которых индивидуальная выходная мощность Pi машин находится в диапазоне от нуля до максимальной индивидуальной выходной мощности Pmaxi, и при которых сумма машин с мощностью выше нуля равна или превышает количество n работающих машин или вращающийся резерв.
Эти ограничения можно математически описать в виде:
i
imax
0 ≤P ≤ P
(i:Pi > 0) ≥ N
Затем на этапе 58 блок 42 проведения оптимизации определяет рабочие точки или уставки работающих машин на основе оптимизации.
В результате оптимизации может быть получена нагрузка для каждой из машин. Затем каждая такая нагрузка может быть переведена в одну или несколько уставок. Примерами уставок для машины являются частота вращения и крутящий момент.
Новые уставки должны быть переданы отдельным машинам. Таким образом, на этапе 59 они поступают в машины из блока 42 проведения оптимизации.
Возможно, придется позаботиться о том, чтобы избежать чрезмерных переходных процессов нагрузки на машины из-за изменений воспринимаемого эффективного решения - своего рода гистерезиса, временной задержки.
Как только уставки определены, они могут автоматически применяться в машинах.  В качестве альтернативы, они могут быть представлены оператору для внесения предложений.
Таким образом, можно видеть, что уставки для машин используются при подаче мощности.
Здесь может быть также упомянуто, что возможно, что вышеупомянутая функция оптимизации OPT также используется для определения оптимального количества используемых машин. В случае, если количество работающих машин равно n, то одним из способов, которым можно выполнить эту оптимизацию, состоит в выполнении, блоком 42 проведения оптимизации, оптимизации в отношении нагрузки для использования n-1 и n+1 машин в дополнение к упомянутой выше оптимизации для числа n. Таким образом, можно дополнительно сформировать и оптимизировать функцию для меньшего количества машин, а также сформировать и оптимизировать функцию для большего количества машин, чем то количество, которое вносит вклад в текущий уровень мощности. Например, если три машины работают во время управления, то первая оптимизация выполняется для этих трех машин, и последующие оптимизации выполняются для двух и четырех машин.
Далее, блок 44 оценки машины может сравнить различные оптимизации и выбрать наилучшие, которые в случае минимизации будет заключаться в выборе самой низкой. Затем, если минимизированная функция для n-1 или n+1 ниже, чем минимизированная функция для n, то эта оптимизация может быть выбрана вместо минимизации, сделанной для n, и также предлагается выключить или включить машину.
c
u
Другой способ состоит в том, чтобы включить количество машин в качестве выражения в функцию оптимизации. Затем функция оптимизации может быть сформирована в виде первого выражения f(P) плюс второе выражение  *, поэтому функция оптимизации будет иметь вид:
c
u
OPT=f(P) +  *,
c
c
u
c
i
i
где  - вектор значений начальных затрат, связанных с машинами согласно  = [c1,s , … cn, s], и  - вектор с настройками u двоичных операций для каждой из машин, где установка в нуль означает, что соответствующая машина не работает, и значение 1 означает, что она работает. Это может быть выражено как u = {0, 1}  .
Таким образом, значение cj, s представляет собой стоимость запуска машины, u=1 означает работающую машину, и u=0 - неработающую машину. Более того, значение cj, s уже запущенной машины равна нулю. Таким образом, можно видеть, что второе выражение представляет собой сумму произведений, где каждое произведение представляет собой стоимость запуска машины, умноженную на двоичную настройку этой машины, как работающей или неработающей.
u
Таким образом, скорректированная функция оптимизации затем может быть минимизирована как в отношении первого выражения, так и в отношении второго выражения, то есть в отношении P и в отношении  при условии выполнения ограничений.
Дополнительное условие
i
i
P≤ M* u
может быть установлено для функции OPT, где M может быть произвольно установленной постоянной.
Это дополнительное условие точно определяет, что мощность может выводиться только работающей машиной.
Таким образом, можно видеть, что желаемые уставки машин определяются на основе выбранной оптимизации и для машин оптимизации. Уставки и машины также могут быть автоматически выбраны или представлены пользователю. Таким образом, можно увидеть, что можно выбрать количество машин и их соответствующие уставки.
Таким образом, блок 44 оценки машины может запускать или останавливать машины на основе оптимизации. Таким образом, можно видеть, что могут быть предусмотрены средства для автоматического запуска и остановки машин на основе расчетов стоимости.
Третье возможное выражение, которое может использоваться в функции оптимизации в дополнение или вместо второго выражения, представляет собой выражение, определяющее стоимость доставки или подачи электроэнергии в электросеть.
В этом случае функция оптимизации также содержит третье выражение, представленное в виде функции мощности электросети:
В этом случае функция оптимизации может быть получена в виде:
grid
OPT=f(P) + f(P)
grid
grid
grid
grid
G+
grid
G-
grid
где P - мощность, подаваемая в систему 10 из электросети 40 (P> 0), или мощность, подаваемая из системы 10 в электросеть 40 (P <0). В этом случае f(P) = C, если P> 0, и C, если P ≤ 0.
G+
G-
G+
G-
G-
Далее, постоянная C представляет собой стоимость, связанную с доставкой энергии из электросети в систему, и постоянная C - возможные доходы, связанные с доставкой энергии из системы в электросеть. В этом случае постоянная C имеет одну полярность, и постоянная C может иметь противоположную полярность. Здесь можно дополнительно указать, что значение C также может быть установлено в нуль.
Таким образом, функция, определяемая третьим выражением, устанавливается как первая постоянная, имеющая одну полярность для первого направления передачи мощности между энергосистемой и электросетью, и как вторая постоянная, имеющая противоположную полярность или равная нулю для второго направления передачи электроэнергии между энергосистемой и электросетью.
В этом случае ограничение на потребности в мощности может быть установлено в виде:
Оптимизация, которая выполняется на основе третьего выражения, может использоваться для определения того, должна ли мощность подаваться в электросеть 40 или потребляться из нее.
ES
Кроме того, как было указано выше, возможно, что система может содержать ветряные электростанции и аккумуляторные батареи. Затем функция оптимизации может пожертвовать четвертым выражением в виде функции мощности Pwf ветряной электростанции и пятым выражением в виде функции мощности аккумуляторной батареи или накопителя энергии P.
В этом случае функция OPT может быть представлена в виде:
grid
WF
ES
OPT=f(P) + f(P) + f(P) + f(P).
WF
ES
Функция ветряной электростанции f(P) может быть сформирована как постоянная, например, как функция постоянной нулевой стоимости. Здесь функция мощности накопителя энергии P может быть установлена таким же образом, как и функция электросети, то есть в виде
ES
ES
ES
ES
ES
f(P) = C +, если P> 0, и C-, если P ≤ 0.
ES
ES
ES
Таким образом, функция f(P) имеет постоянное значение или значение C+ в случае, когда аккумуляторные батареи разряжены, или постоянное значение или значение C- в случае, когда аккумуляторные батареи заряжены, при этом их значения имеют противоположную полярность.
ES
ES
Эти значения могут дополнительно быть значениями, связанными со стоимостью хранения энергии в накопителе энергии. Постоянная C+ может дополнительно регулироваться значением эффективности ƞ накопителя энергии таким образом, чтобы оно было ниже, чем абсолютное значение C-.
Здесь также можно упомянуть, что возможно использование кривых также для определения того, что на машинах должно выполняться техническое обслуживание. Эта функциональность может быть реализована блоком 46 проведения технического обслуживания.
Блок 46 проведения технического обслуживания может для каждой машины сравнивать номинальную кривую BSFC_n с исходной кривой BSFC_o во время работы энергосистемы, и если имеется значительная разница D2, то есть, если кривая номинальной эффективности отклоняется от исходной кривой эффективности на большее значение, чем допустимая степень отклонения, например, 20-30%, то блок 46 проведения технического обслуживания может указывать, что техническое обслуживание необходимо или должно быть проведено, например, чтобы указать, что необходимо долгосрочное техническое обслуживание, такое как промывка водой с учетом технического состояния.
Таким образом, может быть установлен флаг, если D2 = (BSFC_o - BSFC_n) является постоянно большим. На основе этого флага рассматриваемая машина может быть также выключена блоком 46 проведения технического обслуживания либо напрямую, либо через следующий интервал между циклами технического обслуживания.
В устройстве 38 определения уставок может быть также предусмотрен пользовательский интерфейс, где оператор может видеть кривые затрат, фактические затраты ($/кВт⋅ч) на машину и кривые общих затрат. Как упоминалось ранее, устройство 38 определения уставок должно допускать ручную или автоматическую работу; в обоих случаях оно вычисляет наилучшие оптимальные рабочие точки или уставки и разрешает оператору либо устанавливать уставки вручную, либо позволять машинам автоматически следовать уставкам.
Вышеупомянутая оптимизация и определение индивидуальной кривой BSFC/BSC предлагает возможность перемещать рабочую точку машины в отношении расхода топлива или стоимости за кВт⋅ч. Это может быть режим работы с фиксированной нагрузкой, но он также может соответствовать некоторым правилам, когда дело доходит до использования. Например, оптимизация может выполняется только при наличии достаточного запаса мощности. Такие достаточные запасы по мощности могут быть основаны на минимальном количестве работающих машин и/или минимальном вращающемся резерве.
Правило для реализации оптимизации вместе с автоматическим запуском и остановкой машин или без них может, например, следовать следующему правилу:
If Popt ≥ Pwp+Psp_res then
Optimize_Allowed := true;
else
Optimize_Allowed := false;
end_if;
где Psp_res - мощность вращающегося резерва, Popt - оптимизированная выходная мощность, и Pwp - мощность в текущей рабочей точке, то есть мощность во время управления.
Таким образом, это правило гласит, что если оптимизированная выходная мощность выше или равна сумме, состоящей из мощности текущей рабочей точки плюс запас прочности (резерв вращения), то оптимизация разрешена, в противном случае она запрещена.
В качестве альтернативы, включение функции оптимизации может следовать тем же основным правилам, что и для любой другой фиксированной нагрузки - в электрической электросети всегда должна быть «машина с поворотной платформой».
Можно видеть, что устройство 38 определения уставок стремится производить требуемую мощность как можно более эффективно с учетом количества доступных машин. Например, вместо фактического распределения нагрузки, например, 50% - 50% - 50%, оно может найти решение 75% - 75% - 0%, предоставляя оператору возможность принять решение относительно того, продолжать ли машине работать или полностью ее выключить.
Для того чтобы система могла найти общее эффективное решение, возможно, что в расчетах не будет учитываться машина, работающая на холостом ходу.
Возможно также, что вышеупомянутые функции запуска и остановки пытаются или указывают остановить машину, если она имеет нагрузку ниже, например, 60%, до тех пор, пока при новом распределении нагрузки не будет выдана рекомендация немедленно запустить машину, то есть увеличить нагрузку машины выше, например, 90%.
Эффективное совместное использование в сочетании с функцией автоматического пуска и останова немедленно разгрузит и остановит или предложит остановить резервную машину в вышеупомянутом случае.
Для каждой отдельной машины графическое представление кривой BSFC/BSC, на которой нанесены текущая уставка и рабочая точка, должно быть выполнено аналогично существующей диаграмме возможностей. Предполагается, что можно будет использовать различные оттенки/цвета для обозначения «чистых» рабочих режимов.
Общая эффективность установки может быть представлена во многом таким же образом или в виде трехмерного графика, показывающего BSFC/BSC как функцию мощности и вращающегося резерва или количества работающих блоков.
HMI должен также показывать общую стоимость всей выработанной электроэнергии как в виде числа, так и в виде кривой тенденций. Кривые значений/тенденций могут быть кривой фактических затрат, кривой для режима равных долей и кривой для оптимального режима.
Расчет оптимальных уставок может выполняться также в тех случаях, когда машины не работают в автоматическом режиме; затем оператор может сравнить фактическую стоимость с рассчитанной оптимальной стоимостью и фактическую рабочую точку с рассчитанной оптимальной уставкой и выбрать ручную установку уставок, равных рассчитанным оптимальным уставкам.
Изобретение имеет ряд преимуществ. Используя моделирование эффективности отдельных машин на основе данных в реальном времени и используя эти индивидуальные различия, можно более оптимальным образом распределить нагрузку по топливу/затратам/энергии между различными энергоблоками. Примеры возможных улучшений находятся в диапазоне 4,5-6%.
Суть функции будет заключаться в вычислении для данной общей нагрузки оптимального распределения этой мощности по машинам для выработки электроэнергии.
Функцию можно использовать для расчета оптимального количества работающих машин для выработки электроэнергии; если работают n машин, функция также может рассчитать стоимость для меньшего или большего количества машин и, таким образом, предоставить средство для автоматического запуска и остановки машин на основе расчетов стоимости.
Функция может дополнительно учитывать доставку электроэнергии в электросеть и из нее, а также использовать другие источники электроэнергии, такие как ветряные электростанции и аккумуляторные батареи.
Если доступны измерения расхода топлива, функция позволяет рассчитать стоимость топлива для каждой машины (например, $/кВт⋅ч) и, таким образом, предоставить средства для улучшения кривой стоимости топлива для каждой машины. Функция изменения кривой стоимости с помощью фактических измерений может оказаться полезной с учетом старения машин, а также климатических условий и условий окружающей среды, которые меняются со временем, например, в течение года.
Выше была описана эффективность применительно к топливу. Однако можно также учитывать эффективность по отношению к выбросам, например:
2
Двуокись углерода - CO
Окись углерода - CO
Остаточные углеводороды - HC
Сажа и частицы (вещества в виде твердых частиц) - PM
x
Оксиды азота - NO
x
Оксиды серы - SO.
Устройство определения уставок может быть реализовано с использованием программного обеспечения. Таким образом, оно может быть реализовано с использованием компьютерного программного кода, который может быть предоставлен на одном или нескольких носителях информации, который выполняет функции определения уставок, когда программный код, хранящийся на них, загружается в компьютер. Один такой носитель 74 информации с кодом 76 компьютерной программы в виде диска CD-ROM схематично показан на фиг.5. В качестве альтернативы, такая компьютерная программа может быть предоставлена на другом сервере и загружена с него в компьютер.