ES1229930U - Dispositivo para prosumo electrico inteligente - Google Patents

Abstract

1. Dispositivo para prosumo eléctrico inteligente, caracterizado porque el dispositivo (1) comprende: una interfaz de usuario para obtener las cargas gestionables de una instalación con autoconsumo y la demanda energética de cada carga gestionable en un período de gestión determinado; medios de lectura (14) configurados para obtener el consumo de la instalación a través de la lectura de los contadores energéticos de la instalación; medios de procesamiento de datos configurados para: determinar el potencial de autoconsumo de la instalación en base a la capacidad de generación de energía, la acumulación energética y el consumo de la instalación; generar, para cada carga gestionable, un perfil de consumo optimizado que determinar los instantes de conexión y desconexión de la carga gestionable en el período de gestión, donde dichos instantes de conexión y desconexión se calculan en base al potencial de autoconsumo disponible en la instalación, la demanda energética de las cargas gestionables y un criterio de optimización; medios de activación de las cargas gestionables, configurados para enviar órdenes de conexión y desconexión de las cargas gestionables en el período de gestión según el perfil de consumo generado para cada carga gestionable.

Description

DISPOSITIVO PARA PROSUMO ELECTRICO INTELIGENTE

DESCRIPCION

CAMPO DE LA INVENCION

La presente invencion se engloba en el sector de los sistemas de autoconsumo de electricidad, aplicados tanto en el ambito domestico como en el ambito industrial. En particular, el objeto de la presente invencion es un dispositivo para el control y gestion inteligente de las cargas de la instalacion.

ANTECEDENTES DE LA INVENCION

Los objetivos establecidos en Europa en el Marco de actuacion de la Union Europea en materia de clima y energfa hasta el ano 2030, unidos a la apuesta de las diferentes administraciones publicas por impulsar la transicion hacia un nuevo modelo energetico sostenible y a la prevision del incremento de los costes de la energfa, hacen necesario que se desarrollen tecnologfas de generacion de electricidad no emisoras de gases de efecto invernadero.

Uno de los desarrollos tecnologicos con mayor aceptacion y demanda por parte de la sociedad para luchar contra el cambio climatico, la dependencia de combustibles fosiles, la carbonizacion de los sistemas de generacion electrica y la pobreza energetica, consiste en la instalacion de sistemas de autoconsumo de electricidad, dando lugar al surgimiento del prosumidor (esto es, productor y a la vez consumidor) de energfa. El prosumidor se define como el agente que, de forma simultanea, tiene capacidad de generar parte o la totalidad de la energfa que precisa.

En la actualidad, el prosumidor puede elegir entre dos modalidades de autoconsumo: con inyeccion y sin inyeccion a red. La primera, como su propio nombre indica, permite al usuario exportar a la red electrica de distribucion los excedentes de generacion de su instalacion que no haya sido capaz de aprovechar con su instalacion de consumo, bien bajo un contrato de compra-venta de energfa con la companfa distribuidora, bien mediante otros mecanismos pactados como el balance neto. La segunda modalidad impide la posibilidad de realizar la exportacion de excedentes, por lo cual el prosumidor debe disponer de dispositivos que impidan la inyeccion de energfa a la red. Estos dispositivos limitan total o parcialmente la capacidad de generacion del prosumidor, especialmente si este no es capaz de almacenar la energfa excedentaria.

Aunque los peajes de acceso a la red son mucho menores (incluso en ocasiones nulos por exencion) en el caso de instalaciones de inyeccion nula a red, el atractivo de la rentabilidad de este tipo de instalaciones se ve rebajado por el elevado coste y las complicaciones asociadas a la necesidad de la incorporacion de sistemas de acumulacion de energfa, normalmente de naturaleza electrica, por ser el metodo mas flexible y provechoso. En caso contrario, la eficiencia de la instalacion del prosumidor disminuye drasticamente o, lo que resulta mas pernicioso, le obliga a consumir por encima de sus necesidades.

En el caso de inyeccion a red, existen instalaciones no gestionadas con posibilidad de inyectar energfa excedente a la red electrica. Estas instalaciones consisten simplemente en la conexion de equipos de generacion en el interior de una instalacion de consumo electrico, de forma que se realiza una inyeccion “no controlada” de energfa a la red de distribucion siempre que la generacion supere al consumo.

El control de la inyeccion a red se puede gestionar, no obstante, mediante dispositivos de control, especialmente si se dispone de sistemas de acumulacion electrica. Los gestores de baterfas deciden si los excesos de generacion se acumulan o se vierten a la red en funcion de su estado de carga. Los gestores de baterfas pueden clasificarse en “no inteligentes”, si unicamente tienen en cuenta la capacidad disponible de acumulacion, o “inteligentes”, si ademas del estado de carga consideran algun otro criterio para proceder a la acumulacion o descarga de energfa, normalmente el precio de la tarifa electrica.

Por otro lado, aunque poco comun, algunas instalaciones con capacidad de inyeccion disponen de gestores dinamicos de cargas que proceden a la conexion de circuitos de consumo cuando existen excesos de generacion respecto del consumo no gestionable de la instalacion.

Las instalaciones limitadas a la inyeccion nula de la energfa excedente deben disponer obligatoriamente de mecanismos que impidan la inyeccion. Habitualmente se dispone de dispositivos antivertido que actuan sobre los generadores de la instalacion del prosumidor cuando detectan que la energfa generada alcanza el valor de la energfa consumida en la instalacion. Estos dispositivos pueden ser “dinamicos”, si regulan el generador de forma que este se adapte al nivel de consumo existente, o “estaticos”, si para evitar la inyeccion deben desconectar completamente el generador. Estrictamente, no se considera que este tipo de dispositivos efectuan una gestion de la instalacion, salvo la citada regulacion de los generadores para cumplir con los requisitos legales y los establecidos por la companfa distribuidora.

Con el objetivo de incrementar la eficiencia de la generacion, se pueden disponer equipos gestores, instalados en serie con el antivertido. Estos equipos pueden gestionar la acumulacion de energfa excedente en baterfas (gestores de baterfas) y/o el encendido y apagado dinamico de cargas. Como ya se indico previamente, los gestores de baterfas pueden ser “no inteligentes” si unicamente vigilan el estado de carga del sistema de acumulacion, o “inteligentes” si tienen en cuenta otros parametros. Los gestores dinamicos de cargas, por su parte, proceden al encendido de consumos de interes para el usuario aprovechando el excedente de la capacidad de generacion.

Con respecto a los sistemas antivertido, algunos de los equipos comerciales que actualmente existen en esta categorfa son el Solar Log Meter y el CDP-0 que, enfocados principalmente a instalaciones fotovoltaicas, regulan el punto de funcionamiento del inversor en funcion del balance de consumo-generacion medido en la instalacion.

En cuanto a los gestores o reguladores de baterfas, se conocen diversos sistemas de acumulacion capaces de optimizar las funciones de carga y descarga en base a diversos criterios, principalmente economicos. Asf, el documento de patente ES2434668-A2 presenta un sistema de acumulacion y ahorro de energfa electrica compuesto por un conjunto de baterfas electricas reguladas en funcion de la medida comparada de los niveles de tension.

Otros gestores de baterfas, como los presentados en los documentos de patente ES2333754-T3 y ES-2553808-A1, exponen un equipo para la carga de baterfas en perfodo nocturno, comprendiendo la diferencia de precios intradiarios de la energfa.

La gestion de baterfas puede realizarse consumiendo (acumulando) energfa unicamente de la red electrica, o incluir la gestion de uno o varios micro-generadores conectados a la red interior, como el presentado en el documento de patente ES2403906-T3.

El documento de patente ES2540601-T3 presenta por su parte un circuito y metodo para la acumulacion y descarga de energfa electrica en funcion de la disponibilidad de una fuente de energfa renovable y los requisitos de distribucion o consumo de energfa, con objeto de minimizar el consumo de energfa de la red.

La gestion de los sistemas de acumulacion puede realizarse de forma local, a nivel de instalacion, o coordinada desde un control centralizado, tal y como expone el documento de patente ES2405538-A2, lo que podna ayudar a aplanar la curva de demanda y, por lo tanto, realizar una planificacion de capacidad de produccion optimizada con unidades generadoras menos sobredimensionadas.

Finalmente, otros sistemas de gestion de la acumulacion presentan la posibilidad de maximizar la eficiencia hibridando el sistema con acumulacion termica, aprovechando el calor residual de la electronica de potencia del equipo. Asf, el documento de patente ES2546747-A1 presenta un equipo de calefaccion y productor de agua caliente que almacena energfa electrica en batenas para su posterior consumo transformando la corriente continua en corriente alterna, y que tiene la capacidad de gestionar la acumulacion de energfa e incluso el encendido de cargas electricas en funcion de las instrucciones de una unidad logica de control implementando un metodo o algoritmo no especificado.

Con respecto a los gestores dinamicos de cargas, en la actualidad existen equipos comerciales que permiten tener un control del encendido de algunas cargas de la instalacion evaluando exclusivamente la posible existencia de excedentes de generacion, como son el sistema de inyeccion ITR 2.0, el equipo CDP-G o el dispositivo Sunny Home Manager. Estos equipos tambien pueden presentarse como complementos de dispositivos antivertido, como el Solar-Log Smart Home Relay Box y el Solar-Log Smart Relay Station.

El documento de patente ES2437184-A2 se basa en el mismo principio y desarrolla el modo de funcionamiento de un equipo antivertido, ajustando la generacion a las necesidades de carga. Su objetivo es conseguir que la produccion electrica llevada a cabo en una red interna no acceda a la red externa, para lo cual el procedimiento determina si el nivel de produccion interna es adecuado ajustando tal nivel mediante el aumento o disminucion de consumo, o aumento o disminucion de produccion.

El sistema divulgado en el documento ES1138814-U, por su parte, permite al usuario definir perfiles fijos de cargas y, en base a los mismos, proceder al encendido de las citadas cargas cuando existe generacion disponible. Por otro lado, el sistema de control de autoconsumo divulgado en ES2482017-A1 incluye un gestor de cargas que, mediante un sensor que mide la energfa consumida por la instalacion y otro sensor que mide la energfa producida por un equipo generador, actua de forma tal, que cuando la energfa o corriente detectada por el segundo sensor es mayor que la energfa o corriente del primero, da orden para que la energfa sobrante sea almacenada en uno o varios termos electricos u otro dispositivo de gran consumo.

Los documentos de patente ES2555290-T3 y ES2219674-T3 divulgan un gestor de cargas de forma que el primero de ellos gestiona la operacion conjunta de grandes consumidores participantes en el mercado energetico y el segundo evita sobrepasar la potencia maxima contratada o consumo energetico instantaneo maximo, procediendo al control y en su caso, desconexion de las cargas de la instalacion.

Otros gestores de cargas son los presentados en ES2246740-A1 y ES-2278526-A1. Dentro de esta categorfa de gestores de carga tambien pueden incluirse aquellas aplicaciones que evaluan el estado de funcionamiento del sistema y, sin realizar ninguna gestion automatica, avisan al usuario mediante el envfo de alertas de consumos excesivos o de ciertas condiciones favorables de encendido de consumos de acuerdo a su perfil. De este tipo son los equipos presentados en ES2400586-A1 y ES-2414581-A2.

Sin embargo, todos estos equipos carecen de capacidad para realizar una gestion efectivamente “inteligente” de cargas, de forma que dicha gestion tenga como objetivo la no dependencia de un sistema de acumulacion de energfa, o en su caso, minimice dicha necesidad. Los sistemas desarrollados hasta el momento se caracterizan por:

a) Realizar una gestion basada en el flujo energetico existente en la instalacion, de manera que, evaluando la energfa consumida y la energfa producida, se opera bien sobre la acumulacion, o bien sobre determinados equipos de consumo.

b) Optimizar el estado de carga de los sistemas de acumulacion, en caso de contar con este tipo de sistemas.

Resulta imprescindible por tanto un nuevo sistema que permitan la gestion de cargas de forma efectivamente inteligente (gestores dinamicos de cargas inteligentes), y en particular que proporcionen:

a) Prever el balance de generacion-consumo y no operar segun el balance existente, sino segun la capacidad de autoconsumo de la instalacion.

b) Realizar una gestion de cargas que elimine el uso de sistemas acumuladores de energfa (baterfas) o minimice la capacidad necesaria de acumulacion de energfa. c) Realizar una gestion de cargas optimizada en base a uno o varios criterios simultaneamente (de tipo economico u otros), garantizando que se satisfacen todas las restricciones tecnicas y las demandas a nivel global dentro del ciclo de operacion.

DESCRIPCION DE LA INVENCION

La invencion se refiere a un dispositivo para prosumo electrico inteligente, y en concreto, de gestion dinamica inteligente de consumos electricos en instalaciones con autoconsumo, mediante una primera evaluacion del caracter gestionable de los citados consumos o cargas y la aplicacion de un proceso que realiza de forma automatica el despacho de energfa en la instalacion de un prosumidor, eliminando o minimizando en su caso, las necesidades de acumulacion electrica en forma de baterfas o similar, a la vez que obtiene la optimizacion de uno o varios parametros determinados (tales como el coste economico de la gestion de la demanda energetica, la emisiones de CO2 equivalentes de la instalacion, la cuota de autoconsumo, el aprovechamiento de los recursos de autogeneracion o el ratio de autogeneracion), manteniendo el nivel de satisfaccion de la demanda del usuario final, siempre que los condicionantes tecnicos lo admitan.

Las instalaciones a las que se aplica la presente invencion son instalaciones con acceso a la red electrica y que disponen de capacidad de autoconsumo, para lo cual cuentan con un sistema propio de generacion de energfa electrica o de un sistema de acumulacion de energfa electrica (baterfas), o de ambos sistemas (generacion y acumulacion de energfa electrica).

El dispositivo para prosumo electrico inteligente es un dispositivo de gestion inteligente de cargas en instalaciones con autoconsumo. El dispositivo comprende los siguientes elementos:

- Una interfaz de usuario para obtener las cargas gestionables de la instalacion y la demanda energetica de cada carga gestionable para un perfodo de gestion determinado (tfpicamente 24 horas).

- Medios de lectura configurados para obtener el consumo de la instalacion a traves de la lectura de los contadores energeticos de la instalacion.

- Medios de procesamiento de datos configurados para determinar el potencial de autoconsumo de la instalacion en base a la capacidad de generacion de energfa, la acumulacion energetica y el consumo de la instalacion; y para generar, para cada carga gestionable, un perfil de consumo optimizado que determine los instantes de conexion y desconexion de la carga gestionable en el perfodo de gestion, donde dichos instantes de conexion y desconexion se calculan en base al potencial de autoconsumo disponible en la instalacion, la demanda energetica de las cargas gestionables y un criterio de optimizacion.

- Medios de activacion de las cargas gestionables, configurados para enviar ordenes de conexion y desconexion de las cargas gestionables en el perfodo de gestion segun el perfil de consumo generado para cada carga gestionable.

En una realizacion, la conexion de una carga gestionable /-esima en un instante de tiempo t determinado se efectua cuando se cumple la siguiente condicion:

(PCGi-Pautoconsumo) · F(t)<=PCGi- Fmin.

Donde PCGi es la demanda energetica de la carga gestionable /-esima, Pautoconsumo es el potencial de autoconsumo de la instalacion, F(t) es el valor del criterio de optimizacion en el instante t; Fm/n es el valor del criterio de optimizacion mfnimo en el perfodo comprendido entre el instante de ejecucion t y el final del perfodo de gestion. El potencial de autoconsumo de la instalacion se puede obtener restando el consumo de la instalacion a la capacidad de generacion de la misma y la acumulacion energetica disponible.

El dispositivo puede obtener una asignacion de prioridades de las cargas gestionables, de forma que la conexion de las cargas gestionables se ordena en funcion de la prioridad asignada a cada carga gestionable.

En una realizacion, el dispositivo puede obtener el coste de la energfa electrica para el perfodo de gestion determinado, y donde el criterio de optimizacion incluye el coste de la energfa. En otra realizacion, el criterio de optimizacion puede comprender la masa de CO2 equivalente emitida por las cargas gestionables. En otra realizacion diferente, el criterio de optimizacion podrfa comprender la eficiencia real del sistema de generacion de la instalacion, o cualquier combinacion de los criterios anteriores. El criterio de optimizacion tambien puede incluir otros criterios.

El dispositivo evalua de forma iterativa la prelacion real de las cargas gestionables del sistema, el consumo real en cada instante, la proyeccion de la capacidad de generacion y otros parametros (como por ejemplo el coste energetico), y decide la activacion, regulacion o desplazamiento de la carga gestionada a un perfodo de consumo de energfa de la red optimo (economicamente, medioambientalmente o en base a cualquier otro criterio predefinido) en cada instante, evitando, en el caso de instalaciones no habilitadas para la inyeccion de excedentes de generacion a red, la entrada en funcionamiento de los equipos antivertido. El desplazamiento de la carga se refiere a aplazar el consumo de la carga a un momento posterior mas propicio para la optimizacion de los criterios elegidos. En el caso de realizar una gestion de optimizacion economica del despacho de cargas, el sistema tiene en cuenta el regimen tarifario del usuario para optimizar su perfil de consumo.

El gestor de cargas inteligente estipula si una o varias cargas conectadas al sistema, consideradas cargas gestionables, deben ser conectadas, reguladas o desplazadas en funcion de los siguientes criterios:

- El establecimiento de un orden de prioridad de cada consumo o carga electrica, y de las necesidades energeticas de cada una de estas cargas gestionables, seleccionadas, bien por el usuario, bien de forma inteligente por el propio dispositivo, como por ejemplo la necesidad de rellenar una reserva de agua previamente a la ejecucion de un riego gestionable, o la prediccion de las necesidades obtenida a partir del aprendizaje automatico del sistema.

- La prevision de generacion de energfa electrica dispuesta para ser autoconsumida en un futuro.

- Un criterio de optimizacion, como por ejemplo el coste (economico, medioambiental, etc.) actual y futuro de la energfa.

En resumen, el dispositivo presentado en la invencion optimiza el autoconsumo de la instalacion mediante la conexion, regulacion o desplazamiento de cargas gestionables en base al potencial de autoconsumo disponible, las necesidades energeticas de las cargas gestionables y criterios de optimizacion.

El dispositivo acomete los consumos programados para cada carga, en el tiempo y cantidad de energfa necesarios para satisfacer las necesidades de cada aplicacion. El dispositivo establece los perfodos en los que deben ser conectadas las cargas gestionables, bien a partir de energfa generada en la instalacion o bien a partir de energfa adquirida de la red de distribucion, en los instantes en los que se considere mas conveniente, siguiendo criterios de optimizacion definidos, preferentemente la minimizacion del coste energetico y/o de oportunidad de la energfa, reduccion de las emisiones contaminantes, criterios medioambientales u otros, de forma individual o combinada.

En el caso de instalaciones no habilitadas para la inyeccion de energfa a la red de distribucion, el sistema evita las actuaciones del equipo antivertido, maximizando asf el potencial de autoconsumo de la instalacion y rebajando o eliminando la necesidad de instalacion de acumulacion de energfa electrica.

La implementacion de la presente invencion implica una optimizacion energetica de cualquier instalacion de autoconsumo. Aunque puede gestionar y/o trabajar en paralelo con sistemas de acumulacion de energfa, la invencion permite la minimizacion de estos o incluso su supresion de forma competitiva, reduciendo de esta forma en gran medida los costes de inversion de las instalaciones de autoconsumo.

En una optimizacion de indole economica, aplicado a un criterio de optimizacion de reduccion del coste energetico, el dispositivo de la presente invencion comprende las siguientes funcionalidades:

a) Construccion del perfil de coste de la energfa: mediante la descarga de datos externos (descarga de la tabla de precios de la energfa para el perfodo de gestion) se obtiene el regimen tarifario y el coste de la energfa, generando el perfil real de coste de la energfa que sera considerado como criterio de optimizacion.

b) Medida de los datos de consumos existentes: automaticamente, el sistema mide y registra los datos de consumo de la instalacion correspondiente.

c) Establecimiento de prioridades de consumo y generacion de perfiles de carga: en base a estipulaciones predefinidas de prioridad de consumos y condicionantes intrfnsecos de las propias caracterfsticas de las cargas gestionables, el dispositivo establece un orden de satisfaccion de la demanda de las cargas gestionadas, generando para cada una de ellas los perfiles de consumo (o de activacion) optimizados.

d) Evaluacion y proyeccion de la capacidad de autogeneracion de energfa: bien mediante medidas de la generacion existente y disponibilidad del recurso energetico, bien mediante la obtencion de datos externos o el uso y generacion de modelos deterministas o estocasticos, el dispositivo evalua la capacidad de generacion existente no limitada por las caracterfsticas del consumo y establece la capacidad de autogeneracion de energfa.

El dispositivo propuesto en la presente invencion constituye un cambio de paradigma respecto a los equipos existentes actualmente, al optimizar la gestion de las cargas en funcion del autoconsumo de la instalacion y de una o varias variables de optimizacion que no se restringe al coste economico de la energfa consumida de la red externa, sino que puede incluir el impacto medioambiental de dicha energfa, la cuota de autoconsumo de la instalacion, la eficiencia real del sistema de generacion, entre otros criterios de optimizacion. Ademas, la presente invencion permite clasificar las cargas segun su prioridad absoluta y relativa y la capacidad de regulacion o interrumpibilidad.

El dispositivo tambien incorpora las siguientes caracterfsticas:

- Capacidad de medida de los consumos existentes en la instalacion.

- Capacidad de medida de la generacion y/o la acumulacion de energfa existente en la instalacion en cada momento.

- En el caso de operacion con criterio de optimizacion del coste economico de la energfa consumida de la red externa, el dispositivo puede realizar la descarga, tfpicamente diaria, de los valores actuales del precio del mercado electrico, dados normalmente de forma horaria, segun el regimen tarifario contratado por el usuario. De forma analoga, con otros criterios de optimizacion, se obtendrfan o calcularfan los valores de la variable o variables de optimizacion, tales como emisiones de masa de CO2 en funcion del mix energetico, en terminos horarios, u otros parametros analogos.

- Capacidad de permitir al usuario anular la gestion automatica de la carga o cargas que desee, de forma temporal o permanente.

BREVE DESCRIPCION DE LOS DIBUJOS

A continuacion, se describen de manera muy breve una serie de figuras que ayudan a comprender mejor la invencion y que se relacionan expresamente con una realizacion de dicha invencion que se presenta como un ejemplo no limitativo de esta.

La Figura 1 representa de manera esquematica las entradas y salidas del dispositivo para prosumo electrico inteligente de acuerdo a la presente invencion.

La Figura 2 muestra, de acuerdo a una posible realizacion, un diagrama de flujo con las etapas ejecutadas por el dispositivo para prosumo electrico inteligente.

La Figura 3 ilustra un diagrama de flujo de la subrutina que calcula un valor optimo del criterio de optimizacion.

REALIZACION PREFERENTE DE LA INVENCION

La presente invencion se refiere a un dispositivo para prosumo electrico inteligente, de gestion de cargas de una instalacion electrica, valido tanto para uso domestico como industrial, ya que puede operar en todo tipo de cargas, activandolas en el momento mas oportuno segun su consumo, el precio de la electricidad en cada momento u otros criterios de optimizacion.

Por cargas gestionables se entienden todos aquellos dispositivos que requieran de energfa electrica para maniobrar, cuyo funcionamiento (incluyendo encendido y apagado) pueda controlarse, y su habito de uso no se restrinja a un instante concreto, sino que se pueda planificar en diferentes franjas horarias (por ejemplo, adelantar o retrasar el encendido con respecto a la hora habitual de trabajo). Asf, por ejemplo, en el ambito domestico las cargas gestionables pueden incluir diversos electrodomesticos (como lavavajillas, lavadora y secadora) que no requieran funcionar a una hora concreta.

El dispositivo para prosumo electrico inteligente esta integrado en un sistema de generacion de la instalacion, pudiendo decidir si autoconsumir energfa de dicho sistema de generacion (o incluso de acumulacion si fuera el caso) o de la propia red, de forma optima en cada instante en funcion de un criterio de optimizacion, tfpicamente el coste de la energfa.

La Figura 1 muestra un diagrama de bloques en el que se representa el dispositivo (1) dispositivo para prosumo electrico inteligente, de gestion inteligente de cargas en instalaciones con autoconsumo, las cuales disponen de un sistema propio de generacion de energfa (por ejemplo, modulos fotovoltaicos) y, opcionalmente, unas baterfas para almacenamiento de la energfa generada.

En la Figura 1 se identifican las distintas variables de entrada del dispositivo (1):

- Datos de los criterios de optimizacion (2): por ejemplo, datos del coste de la energfa y regimen tarifario, coste de oportunidad de la energfa, emisiones asociadas al consumo de energfa externa, etc.

- Definicion de las cargas o circuitos gestionables (3), caracterfsticas de operacion y su prelacion teorica. Estas son variables definidas por el usuario, ya que la instalacion dispondra de cargas esenciales para el usuario cuyo funcionamiento no se puede reubicar, y como tal no son cargas gestionables por parte del dispositivo (1) (como las placas de induccion de la cocina, la iluminacion, el microondas, etc.).

- Restricciones de operacion de la instalacion (4), como por ejemplo la capacidad de generacion, la posible simultaneidad de cargas, la potencia maxima contratada, o condicionantes de consumo y horas de funcionamiento en las cargas gestionables. - Medida del consumo existente en la instalacion (5).

- Medida de la generacion existente en la instalacion (6).

- Situacion actual de la capacidad del sistema de acumulacion de energfa (7) (si lo hubiera). En caso de exceso de generacion de energfa, la energfa sobrante se almacenarfa en los acumuladores de energfa de la instalacion, en caso de que disponga de ellos. En ese caso la energfa acumulada sera tenida en cuenta en el potencial de autoconsumo de la instalacion.

Como variable de salida, el dispositivo (1) controla el encendido o apagado de las cargas gestionables, mediante unas ordenes (8) de conexion o desconexion. Todos los datos de operacion y las medidas capturadas por el dispositivo (1) pueden ser exportados a una plataforma externa de monitorizacion como, por ejemplo, un servidor (9).

La Figura 2 muestra un diagrama de flujo con las etapas del procedimiento (10) implementado por el dispositivo (1) para prosumo electrico inteligente, un equipo electronico o informatico capaz de tratar senales de entrada y emitir senales de control a dispositivos, tales como reles que actuen sobre contactores capaces de conectar o desconectar la alimentacion de las cargas gestionables. Con el objetivo de alimentar el procedimiento de gestion, el dispositivo (1) ademas dispone de una interfaz para el acceso a los datos precisos para la realizacion del control automatico, que pueden incluir la lectura del consumo global de la instalacion, medidas del potencial de generacion, parametros definidos por el usuario (entre los que se incluyen la definicion de las cargas gestionables, sus perfiles de consumo y su prioridad estandar de conexion) asf como cualquier otra informacion necesaria para la gestion optima, como por ejemplo, informacion de la tarifa de consumo.

El procedimiento de gestion implementado por el dispositivo (1) es un proceso cfclico, que comienza en primer lugar en una etapa de inicializacion (12) en la que se inicializa la variable i (i=1), donde dicha variable i corresponde al numero de la carga gestionable (CGi) analizada en cada iteracion.

El procedimiento (10) comprende la definicion de las cargas gestionables y la obtencion de la demanda energetica (13) de cada una de ellas. En esta etapa se obtiene tambien el numero N de cargas o circuitos gestionables. Asf, por ejemplo, en una aplicacion domestica, el usuario puede definir el aire acondicionado como carga gestionable, y el dispositivo obtiene la demanda energetica asignada al mismo, que dependera del programa concreto seleccionado por el usuario. Toda la informacion de demandas energeticas de las cargas puede estar almacenada en una base de datos, con lo que el dispositivo (1) obtiene el programa seleccionado por el usuario, consulta la base de datos, y recupera la demanda energetica asignada a ese dispositivo y al programa seleccionado.

Esta primera etapa tambien puede incluir la evaluacion y establecimiento de prioridad, mediante la asignacion de las prioridades (13) de las cargas gestionables en base a las preferencias de usuario y la interrelacion entre las mismas, dado que las cargas gestionables pueden ser dependientes entre si. Por ejemplo, si se incluye tambien una lavadora, se puede asignar orden de prioridad 1 al lavavajillas y orden de prioridad 2 a la lavadora, en funcion de las preferencias o necesidades del usuario o mediante un proceso de aprendizaje automatico del sistema.

A continuacion, se procede a la lectura del consumo real de la instalacion (14), accediendo a la informacion suministrada por los aparatos de medida de la instalacion (ej. contadores de energfa), y se comienza el proceso de gestion de cargas evaluando la carga gestionable iesima, comprobando (15) si i<=N, para determinar si se han realizado las iteraciones para las N cargas gestionables, en cuyo caso se inicializa (16) el numero de carga gestionable (i=1) para empezar de nuevo las iteraciones de la planificacion de las distintas cargas gestionables, por si quedara alguna demanda energetica PCGi sin satisfacer.

En el paso (17) se comprueba si PCGi>0, esto es, si es necesario satisfacer el perfil de consumo o demanda energetica de la carga gestionable i-esima. En caso de que la demanda energetica de la carga i-esima se haya satisfecho (PCGi=0), se incrementa (18) el contador i (i=i+1). En caso contrario, se evalua (19) si Pmax_contratada+Pautoconsumo>=PCGi, para determinar la disponibilidad de potencia de la instalacion para suministrar la demanda energetica de la carga (PCGi), teniendo en cuenta la potencia maxima contratada de la instalacion (Pmax_contratada) y la potencia que pudiera proporcionar el sistema de generacion de la instalacion (Pautoconsumo).

Si se dispone de potencia suficiente para satisfacer la demanda de la carga gestionable, se calcula (20) un valor optimo Fmin del criterio o funcion de optimizacion que, en el caso de una gestion optima segun coste economico, corresponded con el precio de la energfa optimo disponible para la satisfaccion de la demanda de la carga gestionable, teniendo en cuenta su perfil de consumo. Asf, por ejemplo, si dicha carga gestionable i en el instante de ejecucion t del procedimiento de gestion descrito precisa de ser activada a potencia nominal constante durante hi horas, Fmin corresponded al precio horario de la energfa de la primera hora de los hi precios horarios mas baratos del perfodo restante, antes del reinicio de las demandas de carga (el perfodo de gestion comprende usualmente el dfa).

La Figura 3 representa, de acuerdo a una posible realizacion, un esquema de flujo de una subrutina que realiza el computo de Fmin. Para determinar Fmin, segun el ejemplo de la Figura 3, se obtiene la matriz m0 conformada por los pares de valores de hora, t, y valor del criterio de optimizacion F en el correspondiente tiempo t. Dicha matriz de datos pareados m0=(t, F) se ordena (25) segun F en orden creciente, obteniendo la matriz m1=(t,F). Segun el ejemplo expuesto de optimizacion de coste energetico, la matriz se ordenarfa por precio de la energfa, en orden creciente de precios horarios F. A continuacion, se trunca (26) la matriz anterior seleccionando unicamente las hi primeras filas, obteniendo la matriz truncada m2=m1(1 :hi,1:2), para seguidamente reordenar (27) la matriz m2 temporalmente, segun t de forma creciente, obteniendo la matriz reordenada m3. Por ultimo, se obtiene (28) el valor Fmin (Fmin=m3(1,2)), que corresponde al precio horario F de la energfa de la primera fila de la matriz resultante.

Como se ha indicado, hi es el tiempo de funcionamiento restante de la carga gestionable iesima. Es decir, si la carga corresponde a una demanda constante diaria de 10 horas y ya ha estado operando 8 horas, hi=10-8=2 horas. Cuando ya no hay disponibilidad de la fuente de autoconsumo (por ejemplo, energfa solar) o no se preve que exista, se debe satisfacer el tiempo restante hi con consumo de energfa proveniente de la red electrica, de forma optima segun el criterio establecido. Por ese motivo, en primer lugar se genera la matriz m l con las horas de los precios mas baratos de energfa (o el factor de optimizacion correspondiente) ordenadas de menor a mayor coste asociado (paso 25), truncando despues la matriz a las hi horas que se precisan para satisfacer la demanda (paso 26) y finalmente la matriz resultante m2 se vuelve a ordenar (paso 27), pero en este caso por orden cronologico para realizar la adecuada programacion del encendido (y apagado) de la carga (matriz m3).

A continuacion, se expone un ejemplo concreto para el calculo de Fmin. En el ejemplo, la carga gestionable precisa conectarse 10 horas el dfa de gestion, y ya se han satisfecho 7 horas, por lo que hi=10-7=3. A traves de la descarga de precios de la tarifa electrica horaria se obtiene la siguiente matriz m0=(t, F), ordenada temporalmente (de 0:00 a 12:00):

m0=(0:00, 4; 1:00, 5; 2:00, 6; 3:00, 2; 4:00, 7; 5:00, 8; 6:00, 3; 7:00, 1; 8:00, 9; 9:00, 10;

10:00, 11; 11:00, 12; 12:00, 13);

Se obtiene la matriz m l ordenada segun F en orden creciente (paso 25):

m1=(7:00, 1; 3:00, 2; 6:00, 3; 0:00, 4; 1:00, 5; 2:00, 6; 4:00, 7; 5:00, 8; 8:00, 9; 9:00, 10;

10:00, 11; 11:00, 12; 12:00, 13);

A continuacion, se obtiene la matriz truncada m2 con las hi primeras filas (paso 26):

m2=(7:00,1; 3:00,2; 6:00, 3);

Se reordena la matriz m2 segun t creciente (paso 27), obteniendo m3:

m3=(3:00, 2; 6:00, 3; 7:00, 1);

Finalmente, se obtiene el valor de Fmin (paso 28):

Fmin=2.

Volviendo al proceso de la Figura 2, una vez obtenido el valor Fmin (20), el dispositivo cuantifica (21) la conveniencia de encender o mantener encendida la carga gestionable i-esima (CGi) si la parte del consumo de dicha carga mediante demanda de energfa de red o de otra fuente (sistema de acumulacion o similar) por el coste de dicho instante, F(t), es menor que desplazar el consumo fntegro de dicha carga i-esima al instante asociado al coste Fmin. Para ello se evalua si se cumple la siguiente condicion:

(PCGi-Pautoconsumo) · F(t)<=PCGixFmin;

donde:

PCGi es la necesidad energetica de la carga gestionable i-esima correspondiente [W].

Pautoconsumo es el potencial de autoconsumo de la instalacion, resultado de la sustraccion a la capacidad de generacion (Pgeneracion) y de acumulacion (Acumulacion) el consumo total (Consumo) de la instalacion [W]:

Pautoconsumo=Pgeneraci6n+Acumulaci6n-Consumo;

donde:

Pgeneracion es la capacidad de generacion de la instalacion.

Acumulacion es la acumulacion energetica actual de la instalacion.

Consumo es el consumo total de la instalacion.

F(t) es el valor del criterio de optimizacion en el instante t (en una optimizacion exclusivamente economica comprenderfa el precio de la energfa).

Fmin es el valor del criterio de optimizacion mfnimo en el perfodo comprendido entre el instante de ejecucion t y el final del ciclo de operacion del procedimiento.

En caso de que se cumpla la condicion del paso (21), se activa (22) o se mantiene encendida la carga gestionable CGi. A continuacion, se descuenta (23) la demanda satisfecha del consumo CGi, hi=hi-1, donde hi es el tiempo de funcionamiento restante de la carga gestionable CGi hasta el final del ciclo de operacion del procedimiento. Finalmente, en el paso (18) se reinicia el ciclo de la rutina evaluando la siguiente carga gestionable (i=i+1). En el caso de alcanzar el numero maximo de cargas gestionables, N, se vuelve a evaluar la primera de ellas (paso 16).

Debe considerarse en todo momento que, en el caso de una instalacion sin inyeccion de energfa a red, el consumo de energfa debe ser siempre igual o superior a la generacion de la instalacion. Dependiendo del nivel de consumo, es posible que la generacion no se encuentre al maximo de su capacidad disponible. Por ello es preciso estimar su maxima capacidad de generacion en cada instante, lo que permitira determinar al sistema la energfa necesaria de consumo de la red de distribucion que satisfaga la demanda de la posible nueva carga gestionable en el sistema. La evaluacion del potencial de generacion maximo se puede determinar por diversos metodos, preferentemente a traves de la medicion directa del recurso energetico a explotar, modelos predictivos en base a variables indirectas o datos de fuentes externas.

Claims (1)

REIVINDICACIONES

1. Dispositivo para prosumo electrico inteligente, caracterizado por que el dispositivo (1) comprende:

una interfaz de usuario para obtener las cargas gestionables de una instalacion con autoconsumo y la demanda energetica de cada carga gestionable en un perfodo de gestion determinado;

medios de lectura (14) configurados para obtener el consumo de la instalacion a traves de la lectura de los contadores energeticos de la instalacion;

medios de procesamiento de datos configurados para:

determinar el potencial de autoconsumo de la instalacion en base a la capacidad de generacion de energfa, la acumulacion energetica y el consumo de la instalacion;

generar, para cada carga gestionable, un perfil de consumo optimizado que determinar los instantes de conexion y desconexion de la carga gestionable en el perfodo de gestion, donde dichos instantes de conexion y desconexion se calculan en base al potencial de autoconsumo disponible en la instalacion, la demanda energetica de las cargas gestionables y un criterio de optimizacion;

medios de activacion de las cargas gestionables, configurados para enviar ordenes de conexion y desconexion de las cargas gestionables en el perfodo de gestion segun el perfil de consumo generado para cada carga gestionable.