本發(fā)明涉及一種向本地能源供應網(wǎng)絡供應能源的方法，特別是在停電之后。

背景技術(shù)：

1、來自可再生能源的電能越來越多地饋入能源供應網(wǎng)絡中，這給電網(wǎng)運營商和能源供應商帶來了重大挑戰(zhàn)，這是因為來自這些能源(特別是風力發(fā)電系統(tǒng)和太陽能發(fā)電系統(tǒng))的輸入功率和可用能源量通常會隨著時間波動。為了補償這些波動，必須提供選裝存儲裝置，以便在某一時刻儲存多余的能量，并在需要時在另一時刻再釋放它。由于能量饋入大多是分散的，并且饋入的電能也有波動，所以會損害電網(wǎng)的穩(wěn)定性，并增加停電的可能性。

2、越來越多的家庭擁有可再生能源，諸如光伏系統(tǒng)或較小的風力或水力發(fā)電機，以及用于儲存(多余)電能的相應電能存儲系統(tǒng)。在停電的情況下，這些家庭能夠利用所儲存的電能自給自足。而另一方面，沒有能量存儲裝置的家庭則在停電期間仍然沒有能源供應。因此，倘若在停電時能為沒有能量存儲裝置的家庭供電，則是令人期望的。

3、從現(xiàn)有技術(shù)中已經(jīng)知曉在停電后至少局部恢復能源供應的方法。為了防止已建立的能源供應(再次)崩潰，功耗和所需能量不得大于可用電力或可用能量。在于爾根·馬奇格雷伯(jürgen?marchgraber)和沃爾夫?qū)じ呃?wolfgang?gawlik)的文章“電池儲能系統(tǒng)為由風力渦輪機、阻抗和電機負載組成的微電網(wǎng)供電的黑啟動和孤島能力調(diào)查("investigation?of?blackstarting?and?islanding?capabilities?of?a?battery?energystorage?system?supplying?a?microgrid?consisting?of?wind?turbines,impedance-and?motor-loads")”(《能源》，13(19),5170，2020年10月5日公布)中，描述了一種方法，其中參與者或電器的連接和斷開是基于電壓和頻率進行的。例如，如果頻率下降，則通過停用電氣開關(guān)而斷開電器與能源供應網(wǎng)絡的連接。頻率下降表明當前消耗的能量或所需功率大于可用能量或功率。

4、從us,424,933b2中已知一種方法，該方法根據(jù)可用能量打開或關(guān)閉參與者的用電設備。但從中并不清楚對其他參與者或家庭的供電情況。

5、us2022/0200336?al公開了一種在隔離狀態(tài)下為微電網(wǎng)供應能源的系統(tǒng)和方法。如果發(fā)生故障，則微電網(wǎng)會與上一級網(wǎng)絡斷開連接，然后通過能源管理系統(tǒng)調(diào)節(jié)對參與者的供電。此外，參與者通過逆變器連接到微電網(wǎng)，該逆變器可將電能饋入微電網(wǎng)。指定一個主逆變器向微電網(wǎng)饋電。

技術(shù)實現(xiàn)思路

1、鑒于以上情況，本發(fā)明的任務是減輕或完全避免現(xiàn)有技術(shù)的缺點。優(yōu)選地，本發(fā)明的任務是提供一種方法，通過該方法，本地能源供應網(wǎng)絡中的無自身供能設備的參與者在停電后也可以被供應電能。

2、該任務通過權(quán)利要求1的方法得以解決。從屬權(quán)利要求給出了優(yōu)選實施例。

3、根據(jù)本發(fā)明，提供了一種用于本地能源供應網(wǎng)絡的能源供應方法，特別是在停電后。其中，本地能源供應網(wǎng)絡可以通過連接點連接到上一級能源供應網(wǎng)絡，并將多個參與者(特別是家庭)彼此連接。至少其中一個參與者包括供能設備，該供能設備具有用于饋入本地能源供應網(wǎng)絡的逆變器。該方法包括以下步驟：

4、i)借助于連接點上的電氣開關(guān)將本地能源供應網(wǎng)絡與上一級能源供應網(wǎng)絡斷開連接；

5、ii)使用位于每個參與者處的附加開關(guān)將所有參與者與本地能源供應網(wǎng)絡斷開連接；

6、iii)如果存在數(shù)個具有供能設備的參與者，則在這些具有供能設備的參與者中確定主逆變器和至少一個從逆變器；否則，就將唯一具有供能設備的參與者的逆變器確定為主逆變器；

7、iv)通過相應的其他開關(guān)將那些包括供能設備的參與者連接到本地能源供應網(wǎng)絡，使得主逆變器和(如果有的話)至少一個從逆變器能夠饋入本地能源供應網(wǎng)絡；

8、v)通過主逆變器和(如果有的話)至少一個從逆變器輸出交流電壓，該交流電壓的頻率、電壓幅值和相位角由主逆變器規(guī)定；

9、vi)確定可從本地能源供應網(wǎng)絡中至少一個供能設備獲得的總能量和/或總電功率；

10、vii)至少根據(jù)可用總能量、可調(diào)用總電功率、至少一個沒有供能設備的參與者的預期功耗和/或至少一個沒有供能設備的參與者的預期能量需求，在步驟v)后將至少一個沒有供能設備的參與者連接到本地能源供應網(wǎng)絡。

11、viii)根據(jù)需要，將參與者(特別是沒有供能設備的參與者)與本地能源供應網(wǎng)絡斷開連接，從而保持本地能源供應網(wǎng)絡的網(wǎng)絡穩(wěn)定性。

12、通過本發(fā)明的方法，在能源供應網(wǎng)絡停電的情況下，特別是在上一級能源供應網(wǎng)絡停電的情況下，也可以為沒有自己的能量存儲裝置的參與者提供電能。在本發(fā)明的方法中，至少根據(jù)可用總能量、可獲取總電功率、參與者的預期功耗和/或參與者的預期能量需求，對參與者進行連接?？偰芰亢涂色@取電功率分別是指連接到本地能源供應網(wǎng)絡的參與者的可用總能量和連接到本地能源供應網(wǎng)絡的參與者的可獲取總電功率。由于預期能量需求過大或預期功耗過大而對網(wǎng)絡穩(wěn)定性有負面影響的參與者，就不會被連接到本地能源供應網(wǎng)絡，從而避免了能源供應的再次崩潰。因此，與現(xiàn)有技術(shù)相比，參與者與本地能源供應網(wǎng)絡的連接和斷開不是基于電壓曲線和電壓的頻率。如果某一參與者的實際能量需求或功耗需求太高并因此給本地能源供應網(wǎng)絡帶來太大的負荷，則該參與者會與本地能源供應網(wǎng)絡斷開或根本不會連接。例如，本地能源供應網(wǎng)絡可以是低壓網(wǎng)絡，或者是低壓網(wǎng)絡的一部分。在正常運行中，低壓網(wǎng)絡通常在400v相間電壓(均方根值)的市電電壓下運行。低壓網(wǎng)絡可以通過連接點(例如變壓器)連接到上一級能源供應網(wǎng)絡(例如中壓網(wǎng)絡)。連接點可以由變壓器形成或者包括變壓器。中壓網(wǎng)絡通常包括至少1000v外導體電壓(均方根值)的電壓。本地能源供應網(wǎng)絡的地理延伸范圍可包括例如至少100米、至少500米、至少1公里、至少3公里或至少5公里。例如，連接點和參與者之間的地理范圍可以是至少100米、至少500米、至少1公里、至少3公里或至少5公里。數(shù)個參與者可以連接到本地能源供應網(wǎng)絡。參與者可以是組織上獨立的單元。例如，單個參與者可以由家庭或單獨的建筑物形成。每個參與者都可以包括自己的電力連接點，特別是建筑連接，以便與本地能源供應網(wǎng)絡相連。至少其中一個參與者具有供能設備，該供能設備還可以包括能量產(chǎn)生裝置，諸如光伏系統(tǒng)、風力發(fā)電系統(tǒng)、水力發(fā)電系統(tǒng)、或者用于產(chǎn)生電能的其他裝置。如果供能設備包括用于儲存電能的電能存儲裝置(例如家用存儲裝置)，則是有利的。這使得多余能量能夠被儲存并在以后被釋放。根據(jù)本發(fā)明的供能設備還包括能將直流電壓轉(zhuǎn)換為交流電壓的逆變器。除了別的設計外，逆變器還被設計為饋入本地能源供應網(wǎng)絡。根據(jù)本發(fā)明的方法提供了以下步驟，特別是在上一級能源供應網(wǎng)絡發(fā)生停電的情況下：

13、在步驟i)中，使用一個或多個電氣開關(guān)將本地能源供應網(wǎng)絡與上一級能源供應網(wǎng)絡斷開連接。所述一個或多個開關(guān)可以包括用于本地能源供應網(wǎng)絡的每個相導體的開關(guān)元件。所述一個或多個電氣開關(guān)可以布置在連接點處或連接點附近，例如布置在變壓器樓內(nèi)。例如，所述一個或多個電氣開關(guān)可以由隔離器或負載斷路開關(guān)等形成。在步驟ii)中，所有參與者都通過位于參與者處的其他開關(guān)與本地能源供應網(wǎng)絡斷開連接。所述其他開關(guān)可以均集成在智能儀表中，或者均由智能儀表控制。例如，所述其他開關(guān)可以形成參與者的建筑物連接。在步驟iii)中，如果存在數(shù)個具有供能設備的參與者，則在具有供能設備的參與者中確定主逆變器和至少一個從逆變器；否則，就將唯一具有供能設備的參與者的逆變器確定為主逆變器。優(yōu)選地，屬于以下供能設備的逆變器被確定為主逆變器，即，具有最多的可用存儲能量和/或最大的可獲取電功率的那個供能設備。步驟iii)也可以在步驟i)和ii)之前進行或者在步驟i)和ii)期間進行。特別是，可以在本地能源供應網(wǎng)絡的正常運行期間已經(jīng)執(zhí)行了步驟iii)，從而在停電時已經(jīng)確定了主逆變器。在步驟iv)中，包括供能設備的那些參與者通過相應的附加開關(guān)連接到本地能源供應網(wǎng)絡，使得主逆變器和(如果有的話)至少一個從逆變器能夠?qū)㈦娏︷伻氡镜啬茉垂W(wǎng)絡?？梢砸?guī)定，只連接高相關(guān)性的參與者。低相關(guān)性的參與者可以與能源供應網(wǎng)絡斷開連接，或者保持與能源供應網(wǎng)絡斷開。例如，步驟iv)還可以與步驟v)同時進行。參與者可以一個接一個地連接到供能設備。在步驟v)中，通過主逆變器以及(如果有的話)至少一個從逆變器輸出交流電壓，其中交流電壓的頻率、電壓幅值和相位角由主逆變器指定。如前所述，具有供能設備以及因此具有逆變器的參與者可以一個接一個地相連接。主逆變器可以為至少一個從逆變器指定電壓幅值，特別是交流電壓的幅值、頻率和相位角，并將其饋入本地能源供應網(wǎng)絡。至少一個從逆變器采用主逆變器的規(guī)格，按照由主逆變器指定的電壓幅值、頻率和相位角饋入交流電壓。因此，主逆變器也可以稱為主導逆變器。在一個實施例中，諸逆變器可以通過無線或有線通信連接彼此通信。例如，諸逆變器之間的通信連接可以通過本地能源供應網(wǎng)絡的外導體(電力線通信)建立，或者通過獨立于本地能源供應網(wǎng)絡的無線或有線通信信道建立。在替代實施例中，所述至少一個從逆變器可以測量由主逆變器饋入的交流電壓，并從中檢測電壓幅值、頻率和相位角，藉此所述至少一個從逆變器也可以輸出具有檢測到的電壓幅值、頻率和相位角的交流電壓。在這種情況下，不需要單獨的數(shù)據(jù)線。如果用之前確定的主逆變器建立能源供應不成功，則可以在數(shù)個參與者包括供能設備的情況下將另一逆變器確定為主逆變器。通過在步驟v)中輸出交流電壓并在步驟iv)中進行連接，就建立了由具有供能設備的參與者運作的孤島網(wǎng)絡。在步驟vi)中，確定可從本地能源供應網(wǎng)絡中至少一個供能設備獲得的總能量和/或可通過至少一個供能設備獲取的總電功率。步驟vi)也可以與其他步驟i)-v)同時進行，或者在其他步驟i)-v)之前進行。步驟vi)也可以在停電之前執(zhí)行，這樣萬一發(fā)生停電，已經(jīng)知曉總功率和/或可調(diào)用的總功率。可用總能量和可獲取總功率可以通過以下方式確定：檢測存儲在至少一個供能設備(特別是供能設備的能量存儲單元)中的電能、檢測任何能量產(chǎn)生裝置當前產(chǎn)生的能量或當前提供的功率容量、和/或預測任何能量產(chǎn)生裝置未來產(chǎn)生的能量或發(fā)電量。可獲取的總功率可取決于供能設備(特別是逆變器)的饋入功率。任何能量產(chǎn)生裝置未來產(chǎn)生的能量和發(fā)電量可取決于一天中的時刻、季節(jié)和天氣，并且可優(yōu)選基于統(tǒng)計數(shù)據(jù)。因此，在預測總能量和總功率時，可以考慮一天中的時刻、季節(jié)和天氣。優(yōu)選地，在連接了包括供能設施的那些參與者之后，在步驟vii)中至少根據(jù)可用的總能量、可獲取的總電功率、參與者的預期功耗和/或參與者的預期能量需求，將沒有供能設施的參與者連接到本地能源供應網(wǎng)絡。這樣就可以防止本地能源供應網(wǎng)絡或至少一個供能設備過載。參與者的預期功耗和預期能量需求是假設在連接各個參與者后所需的功耗和能量需求。例如，可以使用前一段時期的統(tǒng)計數(shù)據(jù)或者基于參與者已連接并激活的電氣設備(諸如冰箱、照明設備、加熱設備等)來確定預期功耗和預期能量需求。例如，如果過去7天的平均值是7kwh，則可以確定參與者在接下來24小時的預期能量需求也是7kwh?？梢酝ㄟ^統(tǒng)計地記錄參與者的功耗來確定預期功耗。

14、例如，過去24小時的最大功耗或平均功耗可以用作預期功耗。對于短期而言，預期功耗對于分配可用能源非常重要。對于長期規(guī)劃而言，預期能量需求是主要相關(guān)的。如果某一參與者的預期能量需求或預期功耗太高，則該參與者不會被連接到本地能源供應網(wǎng)絡。在步驟viii)中，根據(jù)需要將參與者與本地能源供應網(wǎng)絡斷開連接，以保持本地能源供應網(wǎng)絡的網(wǎng)絡穩(wěn)定性。例如，基于參與者的實際功耗和/或?qū)嶋H能量需求來斷開參與者的連接。還可以規(guī)定，根據(jù)相關(guān)性對參與者進行分類，低相關(guān)性的參與者與能源供應網(wǎng)絡斷開連接，而高相關(guān)性的參與者與能源供應網(wǎng)絡保持連接。優(yōu)選地，在具有供能設備的參與者與本地能源供應網(wǎng)絡斷開連接之前，首先將沒有自己的供能設備的參與者與本地能源供應網(wǎng)絡斷開連接。換言之，優(yōu)選地優(yōu)先考慮具有供能設備的參與者。如果某一參與者的實際能量需求和/或?qū)嶋H功耗太高并會危及本地能源供應網(wǎng)絡的穩(wěn)定性，則通過切換相應的其他開關(guān)將該參與者與本地能源供應網(wǎng)絡斷開連接。在本發(fā)明的一個實施例中，如果某一參與者的實際能量需求高于預期能量需求和/或?qū)嶋H功耗高于預期功耗，則可以規(guī)定停用預定義的用電設備(諸如廚房電器或室外照明)，優(yōu)選是自動停用，特別是按照預定義的順序停用。可以使用智能家居應用程序停用用電設備。還可以規(guī)定，沒有自己的供能設備的參與者交替地(即，不是同時地)連接到本地能源供應網(wǎng)絡，優(yōu)選是按照預定的順序，以避免本地能源供應網(wǎng)絡過載。步驟i)-viii)可以但不是必須按照指定的順序執(zhí)行。只要技術(shù)上可行，這些步驟也可以同時進行，或至少在時間上部分或完全重疊。一旦停電原因得到糾正并且本地能源供應網(wǎng)絡可以重新由上一級能源供應網(wǎng)絡供電，就可計劃使主逆變器和任何從逆變器停止向本地能源供應網(wǎng)絡供電。然后，連接點上的電氣開關(guān)可以再次閉合，以便本地能源供應網(wǎng)絡再次從上一級能源供應網(wǎng)絡獲得電能。其他開關(guān)也可以事先打開。

15、如果在步驟vii)中，沒有供能設備的參與者的預期功耗在每種情況下都由分配給參與者的功耗配額確定，而沒有供能設備的參與者的預期能量需求在每種情況下都由分配給參與者的能量需求配額確定，則是有利的。在本發(fā)明的一個實施例中，能量需求配額和/或功耗配額可以由用戶手動設置。在另一個實施例中，分配的能量需求配額和/或分配的功耗配額可以由應用程序根據(jù)參與者過去的能量和功耗配額來設定。因此，功耗配額和能量需求配額可以通過統(tǒng)計學方法來確定。還可以將可用的總電能和可調(diào)用的總電功率平均劃分或考慮到所連接的負載而劃分成分配的能量需求配額或功耗配額。在本發(fā)明的一個實施例中，可以規(guī)定，具有供能設備的參與者也收到分配的能量需求配額和分配的功耗配額。在一個實施例中，其能量需求超過能量需求配額和/或其功耗超過功耗配額的所有參與者都能收到減少能量需求和/或減少功耗的請求。

16、為了避免能源供應崩潰，可以在步驟viii)中將沒有供能設備且實際能量需求/功耗高于相應能量需求配額/相應功耗配額的參與者與本地能源供應網(wǎng)絡斷開連接?？梢允褂脺y量裝置(特別是智能儀表)來測量參與者的實際能量需求和實際功耗。這確保了供應安全性，并且不會限制其他參與者的可用能量或可獲取電功率。

17、在本發(fā)明的一個實施例中，可以規(guī)定，根據(jù)相關(guān)性對本地能源供應網(wǎng)絡中參與者的用電設備進行分類，優(yōu)選自動停用達到特定相關(guān)性類別的用電設備。通過這種方式，本地能源供應網(wǎng)絡中的能量需求就可以保持得較低，以防止超過分配的能量需求配額和功耗配額。在本發(fā)明的一個實施例中，還可以規(guī)定，根據(jù)可用的總能量和/或可調(diào)用的總功率，優(yōu)選自動停用分配到特定相關(guān)性類別的用電設備。如果可用總能量和/或可調(diào)用總功率較低，則停用較低相關(guān)性類別的用電設備。如果可用總能量多或者可調(diào)用總功率高，那么還可以激活較低相關(guān)性類別的用電設備。相關(guān)性類別最好按相關(guān)性升序排列。在示例性實施例中，諸如冰箱、加熱系統(tǒng)和電信裝置等用電設備可歸入最高相關(guān)性類別。諸如洗碗機、游戲機和游泳池水循環(huán)泵等用電設備可歸入較低相關(guān)性類別。在本發(fā)明的一個實施例中，根據(jù)參與者的所分配能量需求配額和/或所分配功耗配額，可以按照相關(guān)性類別的級別激活或停用用電設備。例如，如果所分配的能量需求配額和/或所分配的功耗配額較低，則只能激活最高相關(guān)性類別的用電設備。如果所分配的能量需求配額和/或所分配的功耗配額足夠高，那么也可以激活較低相關(guān)性類別的用電設備。例如，如果參與者包括應急電路和正常運行電路，就能夠定義相關(guān)性類別。倘若停電，應急電路會為重要用電設備供電，這就定義了高相關(guān)性類別。而不由應急電路供電的其他用電設備則屬于較低相關(guān)性類別。通過切換到應急電路，較低相關(guān)性類別中的用電設備被停用，只有高相關(guān)性類別中的用電設備被供電。然而，參與者也可以擁有連接到用電設備的智能家居設備，該智能家居設備可以根據(jù)用電設備的相關(guān)性類別激活或停用它們。在另一個實施例中，逆變器也可以根據(jù)所連接的用電設備的相關(guān)性類別激活或停用它們。在替代實施例中，如果某一參與者不能區(qū)分并激活或停用較低相關(guān)性類別的用電設備，則可以將該參與者與本地能源供應網(wǎng)絡斷開連接。

18、連接點可以由變壓器形成，或者包括變壓器，該變壓器將本地能源供應網(wǎng)絡連接到上一級能源供應網(wǎng)絡。

19、本地能源供應網(wǎng)絡可以由低壓網(wǎng)絡形成，而上一級能源供應網(wǎng)絡可以由中壓網(wǎng)絡形成。

20、優(yōu)選的是，其他開關(guān)的每個均由智能儀表控制或者每個均集成在智能儀表中。智能儀表是一種裝置，特別是電表，它可接收和傳輸數(shù)據(jù)，并集成在通信網(wǎng)絡中以進行遠程傳輸。智能儀表的另一個術(shù)語是智能計數(shù)器。

21、如果存在數(shù)個擁有供能設備的參與者，則有利的是將分配給以下供能設備的逆變器確定為主逆變器，該供能設備在某確定時刻在所有參與者的供能設備中包含最多的當前可用能量和/或最高的可獲取電功率。優(yōu)選在步驟iii)中確定時刻。

22、為了交換數(shù)據(jù)，有利的是在主逆變器、開關(guān)和其他開關(guān)之間存在通信連接，優(yōu)選是電力線通信，特別是符合homeplug?av規(guī)范、ieee?1901-2010標準或g.hn標準的電力線通信。如果至少一個從逆變器也能通過通信連接與主逆變器進行通信，則也是有利的。作為電力線通信的替代方案，也可以使用例如wlan或lora?wan。

23、在優(yōu)選實施例中，供能設備包括電能存儲裝置，優(yōu)選包括能量產(chǎn)生裝置，特別是光伏系統(tǒng)或風力渦輪機。能量產(chǎn)生裝置可以直接饋入本地能源供應網(wǎng)絡，或者通過使用逆變器的能量存儲裝置饋入本地能源供應網(wǎng)絡。水力發(fā)電機也可以作為能量產(chǎn)生裝置提供。