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TWI602381B - 充放電控制裝置及方法 - Google Patents

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TWI602381B
TWI602381B TW105131012A TW105131012A TWI602381B TW I602381 B TWI602381 B TW I602381B TW 105131012 A TW105131012 A TW 105131012A TW 105131012 A TW105131012 A TW 105131012A TW I602381 B TWI602381 B TW I602381B
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吳瑞明
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財團法人資訊工業策進會
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Description

充放電控制裝置及方法
本發明係關於一種充放電控制裝置及方法。具體而言，本發明係關於一種用於蓄電池儲能設備(Battery Energy Storage System；BESS)之充放電控制裝置及方法。
電力公司對用戶所收取之電費一般包含二種類別，分別為電能費用(energy charge)及需量費用(demand charge)。電能費用為用戶於一段期間(例如：一個月帳單期間)內所使用之總電量所衍生之費用，其計價單位為「千瓦．小時(kWh)」，又稱為「度」。關於電能費用，電力公司通常會實施時間電價制度，針對不同時間區間設定不同電價費率，藉此引導用戶降低尖峰時段之用電量。另外，需量費用則是電力公司根據用戶於一段期間(例如：一個月帳單期間)內之最大需量(maximum demand)所收取之費用，其計價單位為「千瓦(kW)」。需量(demand)的計算方式每家電力公司各有些微不同，一般是依據一段期間(例如：15分鐘，或更長，或更短)的平均用電功率計算得到。電力公司依事先與用戶簽訂的契約容量(contracted capacity)收取固定的需量費用，如果用戶實際用電的最大需量超過該契約容量時，會再額外收取超約金額。藉由契約容量及收取需量費用電力公司可較容易掌控整體電力系統之尖峰負載量。
為了降低電能費用及需量費用，許多用戶採用蓄電池來試圖削減其對於電力公司供電系統之尖峰用電量、維持用電功率的平穩進而削減最大需量。概要而言，用戶可於電價費率較低的離峰電價期間(或用電量較低的離峰用電期間)讓儲能設備充電，再於電價費率較高的尖峰電價期間(或用電量較高的尖峰用電期間)讓儲能設備放電。藉由控制蓄電池之充放電，可達到負載移轉(load shifting)及削減用戶尖峰負載(peak load shaving)的效果，進而降低電能費用及需量費用。
目前以蓄電池來削減用戶尖峰負載之技術可分為三類。第一類作法係於固定時間讓蓄電池充放電，此作法不考慮用戶之實際負載的變化。第二類作法係使蓄電池在用戶之實際負載大於一門檻值時放電，或是在電價費率超過一門檻值時放電。第三類作法則是先預測負載曲線，再決定蓄電池該如何放電。前述第一類及第二類技術皆未考慮最大負載實際發生的時間，而第三類作法則無法處理實際負載與預測狀況不相同時的問題。因此，儘管目前已有利用蓄電池來削減用戶尖峰負載之技術，但該等技術的效果有待進一步改善。
有鑑於此，本領域仍亟需一種能使蓄電池更有效地削減尖峰負載之充放電控制技術，俾降低用戶之需量費用及電能費用，且降低電力公司供電系統之整體尖峰負載。
本發明之一目的在於提供一種充放電控制裝置。該充放電控制裝置包含一第一通訊介面、一處理單元及一第二通訊介面，其中該處理單元電性連接至該第一通訊介面及該第二通訊介面。該一第一通訊介面接收 一蓄電池(storage battery)之一蓄電參數，其中該蓄電參數載有該蓄電池之一蓄電量。該處理單元將該蓄電量區分為一備用電量及複數個調度時間點所對應之複數個預設放電量，其中各該調度時間點對應至一調度時間區間且對應至一預設放電功率。該第二通訊介面電性連接至一電力迴路，且於各該調度時間點個別地接收該電力迴路之一負載參數，其中各該負載參數載有該電力迴路之一負載功率。該處理單元更於各該調度時間點進行以下運作：(i)根據一調度門檻值及該調度時間點所對應之該負載功率，決定該蓄電池提供至該電力迴路之一實際放電功率，以及(ii)根據該實際放電功率及該預設放電量更新該備用電量。
本發明之另一目的在於提供一種充放電控制方法，其係適用於一電子計算裝置。該電子計算裝置適可控制一蓄電池且連接至一電力迴路。該充放電控制方法包含下列步驟：(a)接收一蓄電池(storage battery)之一蓄電參數，其中該蓄電參數載有該蓄電池之一蓄電量，(b)將該蓄電量區分為一備用電量及複數個調度時間點所對應之複數個預設放電量，各該調度時間點對應至一調度時間區間且對應至一預設放電功率，(c)於各該調度時間點個別地接收該電力迴路之一負載參數，其中各該負載參數載有該電力迴路之一負載功率，以及(d)於各該調度時間點執行以下步驟：(d1)根據一調度門檻值及該調度時間點所對應之該負載功率，決定該蓄電池提供至該電力迴路之一實際放電功率，以及(d2)根據該實際放電功率及該預設放電量更新該備用電量。
本發明所提供之充放電控制技術可控制一蓄電池於一電價較低之期間(例如：離峰電價期間)讓一電力公司供電系統對其充電，並於 一實際用電調度期間適時地讓該蓄電池對一電力迴路釋放電力。在實際用電調度之前，本發明之充放電控制技術將該蓄電池之一蓄電量區分為一備用電量及複數個調度時間點所對應之複數個預設放電量。於實際用電調度時，本發明根據一調度門檻值及該電力迴路之實際負載功率決定該蓄電池應提供至該電力迴路之實際放電功率，再根據該實際放電功率及該預設放電量更新該備用電量。由於本發明之充放電控制技術在實際用電調度期間會依據該電力迴路之實際負載功率調整該蓄電池提供至該電力迴路之實際放電功率，故能精確地削減實際用電調度期間之用電峰值，因而降低需量費用。此外，本發明之充放電控制技術藉由在電價較低之期間充電，且在電價較高之期間放電，因而能藉由尖離峰價差而獲取較高之經濟效益。
以下結合圖式闡述本發明之詳細技術及實施方式，俾使本發明所屬技術領域中具有通常知識者能理解所請求保護之發明之技術特徵。
1‧‧‧用電系統
10‧‧‧蓄電參數
11‧‧‧充放電控制裝置
111、113‧‧‧通訊介面
115‧‧‧處理單元
12‧‧‧指示訊號
13‧‧‧電力迴路
15‧‧‧蓄電池
17‧‧‧電力公司供電系統
19a、……、19b‧‧‧複數個電器設備
20‧‧‧蓄電量
21a‧‧‧預設放電量
21b‧‧‧評估放電量
21c‧‧‧預設放電量
22‧‧‧蓄電量
22a‧‧‧預設放電量
22b‧‧‧實際放電量
22c‧‧‧評估放電量
22d‧‧‧預設放電量
30‧‧‧負載預測曲線
40、42、44‧‧‧負載實際曲線
60‧‧‧契約容量
70‧‧‧最大需量
B1、B2、B3、B4、B5‧‧‧備用電量
LB‧‧‧削峰極限值
t0、t1、t2‧‧‧調度時間點
T1、T2‧‧‧調度時間區間
THDS‧‧‧排程門檻值
THDC1、THDC2‧‧‧調度門檻值
P1、P2‧‧‧預設放電功率
P3‧‧‧實際放電功率
P4、P5‧‧‧評估放電功率
P6、P7‧‧‧預設放電功率
S200~S211‧‧‧步驟
S231~S237‧‧‧步驟
第1A圖係描繪本發明之第一實施方式之架構示意圖；第1B圖係描繪充放電控制裝置11根據負載預測曲線30決定預設放電量21a、22a之示意圖；第1C圖係描繪蓄電量20被區分為備用電量B1及預設放電量21a、22a之示意圖；第1D圖係描繪蓄電池15之蓄電量20之示意圖；第1E圖係描繪充放電控制裝置11如何決定削峰極限值LB及排程門檻值THDS之示意圖；第1F圖係描繪充放電控制裝置11如何決定蓄電池15所應釋 放之電量之示意圖；第1G圖係描繪更新後之備用電量B2之示意圖；第1H圖係描繪更新後之備用電量B3之示意圖；第1I圖係描繪充放電控制裝置11如何決定蓄電池15所應釋放之電量之另一示意圖；第1J圖係描繪更新後之備用電量B4之示意圖；第1K圖係描繪充放電控制裝置11如何決定蓄電池15所應釋放之電量之另一示意圖；第1L圖係描繪提高調度門檻值之示意圖；第1M圖係描繪更新後之預設放電量21c、預設放電量22d及備用電量B5之示意圖；第2A圖係描繪本發明之第二實施方式之充放電控制方法之流程圖；以及第2B圖係描繪釋放備用電量機制之流程圖。
以下將透過實施方式來解釋本發明所提供之充放電控制裝置及方法。然而，該等實施方式並非用以限制本發明需在如該等實施方式所述之任何環境、應用或方式方能實施。因此，關於實施方式之說明僅為闡釋本發明之目的，而非用以限制本發明之範圍。應理解，在以下實施方式及圖式中，與本發明非直接相關之元件已省略而未繪示，且各元件之尺寸以及元件間之尺寸比例僅為例示而已，而非用以限制本發明之範圍。
本發明之第一實施方式為一用電系統1，其架構之示意圖係 描繪於第1A圖。用電系統1包含一充放電控制裝置11、一電力迴路13、一蓄電池(storage battery)15、一電力公司供電系統17及複數個電器設備19a、……、19b。蓄電池15及電力公司供電系統17皆連接至電力迴路13，且二者可提供電力至電力迴路13。電器設備19a、……、19b可連接至電力迴路13以取得用電。需說明者，本實施方式未限制連接至電力迴路13之電器設備之數目。此外，於不同時間點，連接至電力迴路13之電器設備之數目可不相同。儘管第1A圖描繪電器設備19a、……、19b連接至電力迴路13，但其僅用以作為某一時刻之運作態樣之範例而已。另外，蓄電池15連接至電力公司供電系統17，故可在充放電控制裝置11之控制下而於特定期間讓電力公司供電系統17對其充電。
本實施方式之運作核心為充放電控制裝置11。充放電控制裝置11包含二個通訊介面111、113及一處理單元115，其中處理單元115電性連接至通訊介面111、113，且通訊介面111、113分別地電性連接至電力迴路13及蓄電池15。充放電控制系統11可為各種具有電子計算能力之設備(例如：各類電腦)。處理單元115可為中央處理單元(Central Processing Unit；CPU)、微處理器或本發明所屬技術領域中具有通常知識者所能思及之其他計算元件。通訊介面111可為任何能自電力迴路13接收資訊之介面(例如：從電力迴路13上的用電量測裝置(未繪示)接收用電相關負載參數資訊的通信介面)，而通訊介面113則可為任何能與蓄電池15交換資訊之介面。
概要而言，充放電控制裝置11可控制蓄電池15在一第一特定期間(例如：離峰電價期間)讓電力公司供電系統17對蓄電池15充電。此外，充放電控制裝置11會在一第二特定期間(例如：尖峰電價期間)，至少依據 電力迴路13之負載功率決定蓄電池15應提供至電力迴路13之實際放電功率。在不同實施方式中，前述負載功率可以是一段期間(例如：15分鐘，或更長，或更短)的平均用電功率，或瞬間的用電功率。以下將詳述充放電控制裝置11之運作機制。
在實際的用電調度之前，充放電控制裝置11之通訊介面113可於一離峰電價期間傳送一指示訊號12至蓄電池15，俾蓄電池15切換至充電模式以讓電力公司供電系統17對其充電。之後，充放電控制裝置11之通訊介面113接收蓄電池15之一蓄電參數10，此蓄電參數10載有蓄電池15目前之一蓄電量(單位為kWh)。舉例而言，若蓄電池15剛充飽電，則蓄電參數10所載之蓄電量為蓄電池15之最大蓄電量。於通訊介面113接收蓄電參數10後，處理單元115再將蓄電池15目前之蓄電量區分為一備用電量及複數個調度時間點所對應之複數個預設放電量，而前述各該調度時間點對應至一調度時間區間且對應至一預設放電功率(單位為kW)。需說明者，前述分配意味著充放電控制裝置11針對各該調度時間點所對應之該調度時間區間，事先安排蓄電池15屆時以一預設放電功率釋放電力，且預計於該調度時間區間之總放電量為該預設放電量。此外，充放電控制裝置11事先保留備用電量，以供不時之需。另需說明者，前述分配皆在實際的用電調度之前分配，且僅供後續實際的用電調度參考之用。
為便於理解，請參第1B圖及第1C圖所繪示之具體範例。第1B圖係描繪一負載預測曲線30以及充放電控制裝置11根據負載預測曲線30所決定之預設放電量21a、22a之示意圖，其中水平軸代表時間，而垂直軸代表功率。於此具體範例中，實際用電調度起始於調度時間點t0。第1C圖描繪 蓄電池15之蓄電量20被區分為備用電量B1及預設放電量21a、22a之示意圖。於此具體範例中，調度時間點t1對應至調度時間區間T1(例如：調度時間區間T1始於調度時間點t1)，且對應至預設放電功率P1。若蓄電池15於調度時間區間T1以預設放電功率P1釋放電力，則蓄電池15於調度時間區間T1內之放電量將為預設放電量21a。此外，調度時間點t2對應至調度時間區間T2(例如：調度時間區間T2始於調度時間點t2)且對應至預設放電功率P2。若蓄電池15於調度時間區間T2以預設放電功率P2釋放電力，則蓄電池15於調度時間區間T2之放電量將為預設放電量22a。基於前述分析，處理單元115在實際的用電調度之前，預先地將蓄電池15之蓄電量20區分為備用電量B1、調度時間點t1所對應之預設放電量21a以及調度時間點t2所對應之預設放電量22a。
接著說明充放電控制裝置11如何決定於哪些調度時間點所界定之調度時間區間事先安排蓄電池15屆時以多少預設放電功率釋放電力。
於某些實施方式中，充放電控制裝置11之處理單元115可任意地決定於哪些調度時間點所界定之調度時間區間安排以多少預設放電功率釋放電力，只要各預設放電功率不大於蓄電池15之最大放電功率且累計之預設放電量不大於蓄電池15之蓄電量即可。
於某些實施方式中，充放電控制裝置11之處理單元115則可依據一負載預測曲線(例如：第1B圖所繪示之負載預測曲線30)來決定於哪些調度時間點所界定之調度時間區間內安排以多少預設放電功率釋放電力，其中前述負載預測曲線具有各該調度時間點之一預測負載功率。該負載 預測曲線可由充放電控制裝置11之處理單元115或其他電子計算裝置依據電力迴路13之歷史負載資料而決定。需說明者，本發明所屬技術領域中具有通常知識者應熟知如何依據電力迴路之歷史負載資料來決定未來某一時段之負載預測曲線。由於如何依據歷史負載資料來決定負載預測曲線並非本發明之重點，故茲不贅述其運作細節。
處理單元115可優先針對預測負載功率較高者所對應之時間區間安排蓄電池15屆時釋放電力時之預設放電功率，以削減電力迴路13用電之峰值。此外，處理單元115可根據該等預測負載功率及一排程門檻值(例如：第1B圖所繪示之排程門檻值THDS)決定該等預設放電功率。以第1B圖為例，調度時間點t1所對應之調度時間區間T1及調度時間點t2所對應之調度時間區間T2為預測負載功率較高之二個時間區間。調度時間點t1所對應之預設放電功率P1為調度時間點t1所對應之預測負載功率減去排程門檻值THDS，而調度時間點t2所對應之預設放電功率P2為調度時間點t2所對應之預測負載功率減去排程門檻值THDS。
需說明者，於某些實施方式，充放電控制裝置11之處理單元115可任意地設定前述排程門檻值。於某些實施方式，充放電控制裝置11之處理單元115則可根據預測負載資料計算前述排程門檻值。具體而言，處理單元115先計算一削峰極限值，此削峰極限值滿足：(a)各該預測負載功率減該削峰極限值皆不大於蓄電池15之最大放電功率(因各該預測負載功率減該削峰極限值所得之值為充放電控制裝置11評估要讓蓄電池15釋放電力之功率，故不能大於蓄電池15之最大放電功率)，以及(b)根據該削峰極限值及該等預測負載功率所決定之一評估放電量不大於該蓄電量。處理單元115再 選取該削峰極限值、電力迴路13之用戶與電力公司所簽訂之一契約容量及一過去特定期間(例如：本月帳單期間)之一已發生的最大需量等三項中之最大者作為該排程門檻值。在某些實施方式中，處理單元115也可選取其中一項或部分項目中之最大者作為該排程門檻值。
為便於理解，請參第1D圖及第1E圖所繪示之具體範例。第1D圖係描繪蓄電池15之蓄電量20之示意圖。第1E圖則描繪充放電控制裝置11之處理單元115如何決定削峰極限值LB及排程門檻值THDS之示意圖，其中水平軸代表時間，而垂直軸代表負載功率。處理單元115評估以蓄電量20削減負載預測曲線30之峰值之最大程度，藉此決定出削峰極限值LB。若以視覺化之方式呈現，處理單元115係以第1D圖所繪示之蓄電量20來填入第1E圖之負載預測曲線30之下方區域(灰色區塊)且填入之方式必須滿足(a)各該預測負載功率減該削峰極限值皆不大於蓄電池15之最大放電功率，以及(b)根據該削峰極限值及該等預測負載功率所決定之一評估放電量不大於該蓄電量(亦即，填入第1E圖之負載預測曲線30之下方區域之面積不能大於第1D圖所繪示之蓄電量20之面積)。於本具體範例中，處理單元115係依據前述標準決定出削峰極限值LB。接著，處理單元115選取削峰極限值30、電力迴路13之用戶與電力公司所簽訂之契約容量60及一過去特定期間(例如：本月帳單期間)之一已發生的最大需量70等三項中之最大者作為該排程門檻值THDS。
需說明者，當削峰極限值LB為三者中之最大者時，處理單元115以削峰極限值LB作為排程門檻值THDS之涵義在於：儘管無法將負載預測曲線30之峰值全部削減至契約容量及最大需量之下，但處理單元115已 安排蓄電池15以其最大能力來釋放電力。當以削峰極限值LB作為排程門檻值THDS時，備用電量之值將會為零。當電力迴路13之用戶與電力公司所簽訂之契約容量60為三者中之最大者時，處理單元115以契約容量60作為排程門檻值THDS之涵義在於：處理單元115安排蓄電池15所釋放之電力會使負載預測曲線30之峰值皆被削減至排程門檻值THDS之下，且仍可能有備用電量。類似的，當特定期間之最大需量70為三者中之最大者時，處理單元115以最大需量70作為排程門檻值THDS之涵義在於：處理單元115安排蓄電池15所釋放之電力會使負載預測曲線30之峰值皆被削減至排程門檻值THDS之下，且仍可能有備用電量。
接著說明充放電控制裝置11在實際用電調度期間之運作。通訊介面111於各該調度時間點個別地接收電力迴路13之一負載參數，各該負載參數載有電力迴路13之一負載功率。處理單元115於各該調度時間點進行以下運作：(a)至少根據一調度門檻值(容後詳述)及該調度時間點所對應之該負載功率，決定蓄電池15提供至電力迴路13之一實際放電功率，以及(b)根據該實際放電功率及該預設放電量更新該備用電量。需說明者，處理單元115可根據排程門檻值THDS及一過去特定期間(例如：本月帳單期間)之一已發生之一最大需量70決定該調度門檻值。在某些實施方式中，處理單元115也可根據電力迴路13之用戶與電力公司所簽訂之一契約容量60及一過去特定期間(例如：本月帳單期間)之一已發生之一最大需量70決定該調度門檻值。在實際用電調度期間可能碰到四種情況，以下將詳述充放電控制裝置11如何針對此四種狀況執行前述第(a)點及第(b)點所列之運作。
茲說明第一種情況，請參閱第1B、1C、1F及1G圖。第1F圖 描繪充放電控制裝置11之處理單元115如何在既有安排下(如第1B及1C圖)依據電力迴路13於實際用電調度期間之負載功率決定蓄電池15所應釋放之電量之示意圖，其中水平軸代表時間，而垂直軸代表負載功率。於第1F圖中，負載實際曲線40代表電力迴路13於各調度時間點之實際的負載功率。通訊介面111於調度時間點t1接收電力迴路13之一負載參數，此負載參數載有電力迴路13於調度時間點t1之一負載功率。接著，處理單元115判斷調度時間點t1(可稱之為第一特定時間點以便與其他調度時間點區隔)所對應之負載功率小於調度門檻值THDC1。需說明者，於實際用電調度期間初始時，處理單元115可將調度門檻值THDC1設定為與前述排程門檻值THDS相同。在某些實施方式中，也可採用契約容量60及過去特定期間(例如：本月帳單期間)之一已發生之一最大需量70兩者中的最大值作為該調度門檻值THDC1。由於調度時間點t1(亦即，第一特定時間點)所對應之負載功率小於調度門檻值THDC1，故處理單元115決定蓄電池15於調度時間點t1(亦即，第一特定時間點)提供至電力迴路13之實際放電功率為零，且決定蓄電池15於調度時間點t1(亦即，第一特定時間點)所對應之調度時間區間T1提供至電力迴路13之實際放電功率為零。此外，處理單元115藉由將調度時間點t1(亦即，第一特定時間點)所對應之預設放電量21a增加至備用電量B1來作為更新後之備用電量B2，如第1G圖所示。
茲說明第二種情況，請參閱第1B、1C、1F、1G及1H圖。通訊介面111於調度時間點t2接收電力迴路13之一負載參數，此負載參數載有電力迴路13於調度時間點t2之一負載功率。接著，處理單元115判斷調度時間點t2(可稱之為第二特定時間點以便與其他調度時間點區隔)所對應之負 載功率大於調度門檻值THDC1且小於調度時間點t2所對應之預設放電功率P2與調度門檻值THDC1之總和。基於前述判斷結果，處理單元115決定蓄電池15於調度時間點t2(亦即，第二特定時間點)及於調度時間點t2所對應之調度時間區間T2提供至電力迴路13之實際放電功率P3為調度時間點t2(亦即，第二特定時間點)所對應之該負載功率減去調度門檻值THDC1。此外，處理單元115更根據調度時間點t2(亦即，第二特定時間點)之實際放電功率P3及調度時間點t2(亦即，第二特定時間點)所對應之調度時間區間T2決定一實際放電量22b，如第1F圖所示。此外，處理單元115藉由將調度時間點t2(亦即，第二特定時間點)所對應之預設放電量22a與實際放電量22b間之一差值增加至備用電量B2來作為更新後之備用電量B3，如第1H圖所示。
茲說明第三種情況，請參閱第1B、1C、1F、1G、1I、及1J圖。第1I圖描繪充放電控制裝置11之處理單元115如何依據電力迴路13於實際用電調度期間之負載功率決定蓄電池15所應釋放之電量之另一示意圖，其中水平軸代表時間，而垂直軸代表負載功率。於第1I圖中，負載實際曲線42代表電力迴路13於各調度時間點之實際之負載功率，其與第1F圖之負載實際曲線40之差異在於調度時間點t2後之變化。通訊介面111於調度時間點t2接收電力迴路13之一負載參數，此負載參數載有電力迴路13於調度時間點t2之一負載功率。茲假設電力迴路13於調度時間點t2之負載功率如第1I圖所示。接著，處理單元115判斷調度時間點t2(可稱之為第三特定時間點以便與其他調度時間點區隔)所對應之該負載功率大於調度門檻值THDC1且大於調度時間點t2(亦即，第三特定時間點)所對應之預設放電功率P2與調度門檻值THDC1之總和。基於前述判斷結果，處理單元115以調度時間點t2(亦即， 第三特定時間點)所對應之該負載功率減去調度門檻值THDC1作為一評估放電功率P4，再根據評估放電功率P4及調度時間點t2(亦即，第三特定時間點)所對應之調度時間區間T2計算一評估放電量22c，如第1I圖所示。於第三種情況中，處理單元115判斷評估放電量22c小於當時之備用電量B2與調度時間點t2(亦即，第三特定時間點)所對應之預設放電量22a之一總和(參第1G圖)，因此處理單元115決定調度時間點t2(亦即，第三特定時間點)及調度時間點t2(亦即，第三特定時間點)所對應之調度時間區間T2之實際放電功率為評估放電功率P4。此外，處理單元115藉由將備用電量B2減去評估放電量22c與調度時間點t2(亦即，第三特定時間點)所對應之預設放電量22a間之一差值來作為更新後之備用電量B4，如第1J圖所示。
茲說明第四種情況，請參閱第1B、1C、1K、1L及1M圖。第1K圖描繪充放電控制裝置11之處理單元115如何依據電力迴路13於實際用電調度期間之負載功率決定蓄電池15所應釋放之電量之另一示意圖，其中水平軸代表時間，而垂直軸代表負載功率。於第1K圖中，負載實際曲線44代表電力迴路13於各調度時間點之實際之負載功率。通訊介面111於調度時間點t1接收電力迴路13之一負載參數，此負載參數載有電力迴路13於調度時間點t1之一負載功率。接著，處理單元115判斷調度時間點t1(可稱之為第四特定時間點以便與其他調度時間點區隔)所對應之負載功率大於調度門檻值THDC1且大於調度時間點t1(亦即，第四特定時間點)所對應之預設放電功率P1與調度門檻值THDC1之總和。
基於前述判斷結果，處理單元115以調度時間點t1(亦即，第四特定時間點)所對應之該負載功率減去調度門檻值THDC1作為一評估放 電功率P5，且根據評估放電功率P5及調度時間點t1(亦即，第四特定時間點)所對應之調度時間區間T1計算一評估放電量21b。處理單元115判斷評估放電量21b大於備用電量B1與調度時間點t1(亦即，第四特定時間點)所對應之預設放電量21a之一總和(參第1C圖及第1K圖)。由於評估放電量21b大於備用電量B1與預設放電量21a之總和，故處理單元115更提高原先使用之調度門檻值THDC1(例如：改為使用第1L圖所繪示之調度門檻值THDC2)。
接著，處理單元115取得蓄電池15目前之蓄電量22。於某些實施方式中，處理單元115藉由加總備用電量B1、調度時間點t1所對應之預設放電量21a及調度時間點t2所對應之預設放電量22a而取得蓄電池15目前之蓄電量22。於某些實施方式中，處理單元115則可透過通訊介面113詢問蓄電池15目前之蓄電量22(例如：透過通訊介面113傳送一請求訊號)，再透過通訊介面113接收載有蓄電池15目前之蓄電量22之蓄電參數。接著，處理單元115根據蓄電量22及調度門檻值THDC2更新調度時間點t1(亦即，第四特定時間點)及調度時間點t1(亦即，第四特定時間點)後之調度時間點t2所對應之該等預設放電量及該等預設放電功率。如第1L圖及第1M圖所示，經更新後，調度時間點t1(亦即，第四特定時間點)對應至預設放電量21c及預設放電功率P6，且調度時間點t2對應至預設放電量22d及預設放電功率P7。之後，處理單元115決定調度時間點t1(亦即，第四特定時間點)所對應之該實際放電功率為更新後之預設放電功率P6，且處理單元115根據更新後之預設放電量21c、22d將備用電量B1更新為備用電量B5。
需說明者，於某些實施方式，當遇到前述第四種情況而需要提高原先使用之調度門檻值THDC1時，充放電控制裝置11之處理單元115可 任意地將之提高。另外，於某些實施方式中，處理單元115在調高調度門檻值時，會進一步地考慮要使調高後之調度門檻值滿足：(i)更新後之該等預設放電量及該備用電量之總和不大於蓄電池15目前之蓄電量22(例如：第1L圖及第1M圖中，預設放電量21c、預設放電量22d及備用電量B5之總和不大於蓄電量22)，以及(ii)更新後之各預設放電功率不大於蓄電池15之最大放電功率。在某些實施方式中，可儘量降低備用電量B5的值(例如：設定為0)，以儘量降低調度門檻值THDC2。
於某些實施方式中，充放電控制裝置11更具有釋放備用電量之機制。具體而言，處理單元115會於尖峰電價期間定期地或不定期地計算蓄電池15當時之蓄電量，計算以蓄電池15之最大放電功率釋放蓄電量所需之一釋放時間，且計算一目前時間點至一尖峰電價結束時間點間之一剩餘時間。當該剩餘時間不大於該釋放時間時，通訊介面113傳送一指示訊息指示蓄電池15以其最大功率放電。透過前述運作，充放電控制裝置11可確保在尖峰電價期間結束之前將蓄電池15之蓄電量釋放完畢，藉由尖離峰價差以獲取較高之經濟效益。
由上述說明可知，充放電控制裝置11可控制蓄電池15在電價較低之期間(例如：離峰電價期間)讓電力公司供電系統17對其充電，且可於電價較高之期間(例如：尖峰電價期間)至少依據電力迴路13之負載功率決定蓄電池15應提供至電力迴路13之實際放電功率。由於充放電控制裝置11在實際用電調度期間會依據電力迴路13實際的負載功率調整蓄電池15提供至電力迴路13之實際放電功率，故能精確地削減實際用電調度期間之用電峰值，因而降低需量費用。此外，充放電控制裝置11藉由在電價較低之期 間充電，且在電價較高之期間放電，因而能藉由尖離峰價差而獲取較高之經濟效益。
本發明之第二實施方式為一種充放電控制方法，其流程圖係描繪於第2A圖。該充放電控制方法適用於一電子計算裝置(例如：第一實施方式之充放電控制裝置11)。該電子計算裝置電性連接至一蓄電池及一電力迴路。另外，該蓄電池及一電力公司供電系統皆連接至該電力迴路，且二者可提供電力至該電力迴路。再者，該蓄電池連接至該電力公司供電系統。以下將詳述充放電控制方法之運作流程。
首先，執行步驟S200，由該電子計算裝置傳送一指示訊號至該蓄電池(例如：於一離峰電價期間或於用電量較少之時間區間)，俾該蓄電池切換至充電模式以讓該電力公司供電系統對其充電。需說明者，本實施方式並未限制步驟S200之執行次數。另外，於實際的用電調度之前，充放電控制方法執行步驟S201及步驟S203。於步驟S201，由該電子計算裝置接收該蓄電池之一蓄電參數，其中該蓄電參數載有該蓄電池之一蓄電量(單位為kWh)。接著，於步驟S203，由該電子計算裝置將該蓄電量區分為一備用電量及複數個調度時間點所對應之複數個預設放電量，其中各該調度時間點對應至一調度時間區間且對應至一預設放電功率(單位為kW)。於某些實施方式中，各該預設放電功率不大於該蓄電池之一最大放電功率。
需說明者，於某些實施方式中，充放電控制方法可執行另一步驟(未繪示)以由該電子計算裝置根據一歷史負載資料決定各該調度時間點之一預測負載功率，以及另一步驟(未繪示)以由該電子計算裝置根據該等預測負載功率及一排程門檻值決定步驟S203中之該等預設放電功率。此 外，於某些實施方式中，充放電控制方法可執行以下步驟以決定該排程門檻值。具體而言，充放電控制方法可執行一步驟(未繪示)以計算一削峰極限值，且該削峰極限值滿足：(i)各該預測負載功率減該削峰極限值皆不大於該蓄電池之一最大放電功率，以及(ii)根據該削峰極限值及該等預測負載功率所決定之一評估放電量不大於該蓄電量。在某些實施方式中，充放電控制方法可選取該削峰極限值、該電力迴路之用戶與電力公司所簽訂之一契約容量及一過去特定期間(例如：本月帳單期間)之一已發生的最大需量等三項中之最大者作為該排程門檻值。在某些實施方式中，充放電控制方法也可選取其中一項或部分項目中之最大者作為該排程門檻值。
之後，充放電控制方法於實際的用電調度之各個調度時間點執行步驟S205、S207、S209及S211。於步驟S205，由該電子計算裝置於一調度時間點接收該電力迴路之一負載參數，其中各該負載參數載有該電力迴路之一負載功率。接著，於步驟S207，由該電子計算裝置至少根據一調度門檻值及該調度時間點所對應之該負載功率，決定該蓄電池提供至該電力迴路之一實際放電功率。需說明者，於某些實施方式中，於實際用電調度期間初始時，充放電控制方法可將該調度門檻值設定為與該排程門檻值相同。此外，充放電控制方法可再執行一步驟(未繪示)以根據該排程門檻值及一過去特定期間(例如：本月帳單期間)之一已發生之一最大需量兩者中的最大值作為該調度門檻值。之後，於步驟S209，由該電子計算裝置根據該實際放電功率及該預設放電量更新該備用電量。需說明者，在實際用電調度期間可能碰到四種情況，以下將詳述充放電控制方法針對此四種狀況之具體步驟。
茲說明第一種情況。於第一種情況中，目前所處理之該調度時間點(可稱之為一第一特定時間點)所對應之該負載功率小於該調度門檻值。於第一種情況中，步驟S207係由該電子計算裝置決定該第一特定時間點所對應之該實際放電功率為零。此外，步驟S209係由該電子計算裝置藉由將該第一特定時間點所對應之該預設放電量增加至該備用電量來更新該備用電量。
茲說明第二種情況。於第二種情況中，目前所處理之該調度時間點(可稱之為一第二特定時間點)所對應之該負載功率大於該調度門檻值且小於該第二特定時間點所對應之該預設放電功率與該調度門檻值之一總和。於第二種情況中，步驟S207係由該電子計算裝置決定該第二特定時間點所對應之該實際放電功率為該第二特定時間點所對應之該負載功率減去該調度門檻值。步驟S209係由該電子計算裝置根據該實際放電功率及該第二特定時間點所對應之該調度時間區間決定一實際放電量，且藉由將該第二特定時間點所對應之該預設放電量與該實際放電量間之一差值增加至該備用電量來更新該備用電量。
茲說明第三種情況。於第三種情況中，目前所處理之該調度時間點(可稱之為一第三特定時間點)所對應之該負載功率大於該調度門檻值且大於該第三特定時間點所對應之該預設放電功率與該調度門檻值之一第一總和。充放電控制方法更由該電子計算裝置執行一步驟(未繪示)以該第三特定時間點所對應之該負載功率減去該調度門檻值作為一評估放電功率，執行另一步驟(未繪示)以根據該評估放電功率及該第三特定時間點所對應之該調度時間區間計算一評估放電量，以及執行另一步驟(未繪示)以 判斷該評估放電量小於該備用電量與該第三特定時間點所對應之該預設放電量之一第二總和。此外，步驟S207決定該第三特定時間點所對應之該實際放電功率為該評估放電功率，且步驟S209藉由將該備用電量減去該評估放電量與該第三特定時間點所對應之該預設放電量間之一差值來更新該備用電量。
茲說明第四種情況。於第四種情況中，目前所處理之該調度時間點(可稱之為一第四特定時間點)所對應之該負載功率大於該調度門檻值且大於該第四特定時間點所對應之該預設放電功率與該調度門檻值之一總和。充放電控制方法更由該電子計算裝置執行一步驟(未繪示)以該第四特定時間點所對應之該負載功率減去該調度門檻值作為一評估放電功率，另一步驟(未繪示)以根據該評估放電功率及該第四特定時間點所對應之該調度時間區間計算一評估放電量，另一步驟(未繪示)以判斷該評估放電量大於該備用電量，另一步驟(未繪示)以提高該調度門檻值，另一步驟(未繪示)以計算該蓄電池之該蓄電量(例如：藉由加總備用電量及各調度時間點所對應之預設放電量)，以及另一步驟(未繪示)以根據該蓄電量及該調度門檻值更新該第四特定時間點及該第四特定時間點後之該等調度時間點所對應之該等預設放電量及該等預設放電功率。需說明者，於某些實施方式中，充放電控制方法可執行一步驟以接收載有該蓄電池目前之蓄電量之蓄電參數，而此步驟可取代前述計算該蓄電池之該蓄電量之步驟。此外，步驟S207係決定該第四特定時間點所對應之該實際放電功率為該第四特定時間點所對應之更新後之該預設放電功率，且該步驟S209係根據更新後之該等預設放電量更新該備用電量。
之後，於步驟S211，由該電子計算裝置判斷用電調度期間是否結束。若步驟S211之判斷結果為否，則由該電子計算裝置再次地執行步驟S205、S207、S209及S11以處理下一調度時間點。若步驟S211之判斷結果為是，則結束此用電調度期間之用電調度。
於某些實施方式中，充放電控制方法可將一實際用電調度期間區分為複數個子調度期間。舉例而言，若早上九時到晚上九時為一天當中之實際用電調度期間(共12個小時)，則充放電控制方法將此實際用電調度期間區分為4個子調度區間，且每個子調度區間為3個小時。於該等實施方式中，充放電控制方法可於每個子調度區間開始前執行步驟S201及步驟S203。透過步驟S201及S203，充放電控制方法定時地取得蓄電池目前之蓄電量，並定時地重新安排各個調度時間點之預設放電量。因此，在每個子調度區間，充放電控制方法能利用更新後的資訊來進行調度控制，獲得更佳的調度效果。
於某些實施方式中，該充放電控制方法更提供釋放備用電量之機制，其流程圖請參第2B圖。於步驟S231中，由該電子計算裝置計算該蓄電池之該蓄電量。接著，於步驟S233，由該電子計算裝置計算以該蓄電池之一最大放電功率釋放該蓄電量所需之一釋放時間。於步驟S235，由該電子計算裝置計算一目前時間點至一尖峰電價結束時間點間之一剩餘時間。之後，於步驟S237，由該電子計算裝置於該剩餘時間不大於該釋放時間時，傳送一指示訊息指示該蓄電池以該最大功率放電。
除了上述步驟，第二實施方式亦能執行第一實施方式所描述之充放電控制裝置11之所有運作及步驟，具有同樣之功能，且達到同樣之技 術效果。本發明所屬技術領域中具有通常知識者可直接瞭解第二實施方式如何基於上述第一實施方式以執行此等運作及步驟，具有同樣之功能，並達到同樣之技術效果，故不贅述。
需說明者，於本發明專利說明書中，第一特定時間點、第二特定時間點、第三特定時間點及第四特定時間點中之「第一」、「第二」、「第三」及「第四」僅用來表示該等特定時間點為不同特定時間點而已。此外，第一總和及第二總和中之「第一」及「第二」僅用來表示該等總和為不同總和而已。
綜上所述，本發明所提供之充放電控制技術可控制一蓄電池於一電價較低之期間(例如：離峰電價期間)讓一電力公司供電系統對其充電，並於一實際用電調度期間適時地讓該蓄電池對一電力迴路釋放電力。在實際用電調度之前，本發明之充放電控制技術將該蓄電池之一蓄電量區分為一備用電量及複數個調度時間點所對應之複數個預設放電量。於實際用電調度時，本發明根據一調度門檻值及該電力迴路之實際負載功率決定該蓄電池應提供至該電力迴路之實際放電功率，再根據該實際放電功率及該預設放電量更新該備用電量。由於本發明之充放電控制技術在實際用電調度期間會依據該電力迴路之實際負載功率調整該蓄電池提供至該電力迴路之實際放電功率，故能精確地削減實際用電調度期間之用電峰值，因而降低需量費用。此外，本發明之充放電控制技術藉由在電價較低之期間充電，且在電價較高之期間放電，因而能藉由尖離峰價差而獲取較高之經濟效益。
上述實施方式僅用來例舉本發明之部分實施態樣，以及闡釋本發明之技術特徵，而非用來限制本發明之保護範疇及範圍。任何本發明所 屬技術領域中具有通常知識者可輕易完成之改變或均等性之安排均屬於本發明所主張之範圍，而本發明之權利保護範圍以申請專利範圍為準。
S200~S211‧‧‧步驟

Claims (20)

  1. 一種充放電控制裝置，包含：一第一通訊介面，接收一蓄電池(storage battery)之一蓄電參數，該蓄電參數載有該蓄電池之一蓄電量；一處理單元，電性連接至該第一通訊介面，且將該蓄電量區分為一備用電量及複數個調度時間點所對應之複數個預設放電量，各該調度時間點對應至一調度時間區間且對應至一預設放電功率；以及一第二通訊介面，電性連接至該處理單元及一電力迴路，且於各該調度時間點個別地接收該電力迴路之一負載參數，各該負載參數載有該電力迴路之一負載功率；其中，該處理單元更於各該調度時間點進行以下運作：根據一調度門檻值及該調度時間點所對應之該負載功率，決定該蓄電池提供至該電力迴路之一實際放電功率，以及根據該實際放電功率及該預設放電量更新該備用電量。
  2. 如請求項1所述之充放電控制裝置，其中該等調度時間點中之一特定時間點所對應之該負載功率小於該調度門檻值，該處理單元決定該特定時間點所對應之該實際放電功率為零，且該處理單元藉由將該特定時間點所對應之該預設放電量增加至該備用電量來更新該備用電量。
  3. 如請求項1所述之充放電控制裝置，其中該等調度時間點中之一特定時間點所對應之該負載功率大於該調度門檻值且小於該特定時間點所對應之該預設放電功率與該調度門檻值之一總和，該處理單元決定該特定時間點所對應之該實際放電功率為該特定時間點所對應之該負載功率減去該調度門檻值，該處理單元更根據該實際放電功率及該特定時間點所對應之該調度時間區間決定一實際放電量，且該處理單元藉由將該特 定時間點所對應之該預設放電量與該實際放電量間之一差值增加至該備用電量來更新該備用電量。
  4. 如請求項1所述之充放電控制裝置，其中該等調度時間點中之一特定時間點所對應之該負載功率大於該調度門檻值且大於該特定時間點所對應之該預設放電功率與該調度門檻值之一第一總和，該處理單元更以該特定時間點所對應之該負載功率減去該調度門檻值作為一評估放電功率，該處理單元更根據該評估放電功率及該特定時間點所對應之該調度時間區間計算一評估放電量，該處理單元更判斷該評估放電量小於該備用電量與該特定時間點所對應之該預設放電量之一第二總和，該處理單元決定該特定時間點所對應之該實際放電功率為該評估放電功率，且該處理單元藉由將該備用電量減去該評估放電量與該特定時間點所對應之該預設放電量間之一差值來更新該備用電量。
  5. 如請求項1所述之充放電控制裝置，其中該等調度時間點中之一特定時間點所對應之該負載功率大於該調度門檻值且大於該特定時間點所對應之該預設放電功率與該調度門檻值之一總和，該處理單元更以該特定時間點所對應之該負載功率減去該調度門檻值作為一評估放電功率，該處理單元更根據該評估放電功率及該特定時間點所對應之該調度時間區間計算一評估放電量，該處理單元更判斷該評估放電量大於該備用電量，該處理單元更提高該調度門檻值，該處理單元更計算該蓄電池之該蓄電量，該處理單元更根據該蓄電量及該調度門檻值更新該特定時間點及該特定時間點後之該等調度時間點所對應之該等預設放電量及該等預設放電功率，該處理單元決定該特定時間點所對應之該實際放電功率為該特定時間點所對應之更新後之該預設放電功率，且該處理單元根據更新後之該等預設放電量更新該備用電量。
  6. 如請求項1所述之充放電控制裝置，其中各該預設放電功率不大於該蓄電池之一最大放電功率。
  7. 如請求項1所述之充放電控制裝置，其中該處理單元更根據一歷史負載資料決定各該調度時間點之一預測負載功率，且根據該等預測負載功率及一排程門檻值決定該等預設放電功率。
  8. 如請求項7所述之充放電控制裝置，其中該處理單元更計算一削峰極限值，該削峰極限值滿足：(a)各該預測負載功率減該削峰極限值皆不大於該蓄電池之一最大放電功率，以及(b)根據該削峰極限值及該等預測負載功率所決定之一評估放電量不大於該蓄電量，其中該排程門檻值為該削峰極限值、一契約容量(demand charge)及一特定期間之一最大需量中之最大者。
  9. 如請求項1所述之充放電控制裝置，其中該處理單元更根據該排程門檻值及一特定期間之一最大需量決定該調度門檻值。
  10. 如請求項1所述之充放電控制裝置，其中該處理單元更計算該蓄電池之該蓄電量，計算以該蓄電池之一最大放電功率釋放該蓄電量所需之一釋放時間，計算一目前時間點至一尖峰電價結束時間點間之一剩餘時間，且當該剩餘時間不大於該釋放時間時，該第一通訊介面傳送一指示訊息指示該蓄電池以該最大功率放電。
  11. 一種充放電控制方法，適用於一電子計算裝置，該電子計算裝置適可控制一蓄電池且連接至一電力迴路，該充放電控制方法包含下列步驟：(a)接收一蓄電池(storage battery)之一蓄電參數，其中該蓄電參數載有該蓄電池之一蓄電量；(b)將該蓄電量區分為一備用電量及複數個調度時間點所對應之複數個預設放電量，各該調度時間點對應至一調度時間區間且對應至一預 設放電功率；(c)於各該調度時間點個別地接收該電力迴路之一負載參數，其中各該負載參數載有該電力迴路之一負載功率；以及(d)於各該調度時間點執行以下步驟：(d1)根據一調度門檻值及該調度時間點所對應之該負載功率，決定該蓄電池提供至該電力迴路之一實際放電功率；以及(d2)根據該實際放電功率及該預設放電量更新該備用電量。
  12. 如請求項11所述之充放電控制方法，其中該等調度時間點中之一特定時間點所對應之該負載功率小於該調度門檻值，該步驟(d1)決定該特定時間點所對應之該實際放電功率為零，且該步驟(d2)藉由將該特定時間點所對應之該預設放電量增加至該備用電量來更新該備用電量。
  13. 如請求項11所述之充放電控制方法，其中該等調度時間點中之一特定時間點所對應之該負載功率大於該調度門檻值且小於該特定時間點所對應之該預設放電功率與該調度門檻值之一總和，該步驟(d1)決定該特定時間點所對應之該實際放電功率為該特定時間點所對應之該負載功率減去該調度門檻值，且該步驟(d2)根據該實際放電功率及該特定時間點所對應之該調度時間區間決定一實際放電量，且藉由將該特定時間點所對應之該預設放電量與該實際放電量間之一差值增加至該備用電量來更新該備用電量。
  14. 如請求項11所述之充放電控制方法，其中該等調度時間點中之一特定時間點所對應之該負載功率大於該調度門檻值且大於該特定時間點所對應之該預設放電功率與該調度門檻值之一第一總和，該充放電控制方法更包含下列步驟：以該特定時間點所對應之該負載功率減去該調度門檻值作為一評 估放電功率；根據該評估放電功率及該特定時間點所對應之該調度時間區間計算一評估放電量；以及判斷該評估放電量小於該備用電量與該特定時間點所對應之該預設放電量之一第二總和；其中，該步驟(d1)決定該特定時間點所對應之該實際放電功率為該評估放電功率，且該步驟(d2)藉由將該備用電量減去該評估放電量與該特定時間點所對應之該預設放電量間之一差值來更新該備用電量。
  15. 如請求項11所述之充放電控制方法，其中該等調度時間點中之一特定時間點所對應之該負載功率大於該調度門檻值且大於該特定時間點所對應之該預設放電功率與該調度門檻值之一總和，該充放電控制方法更包含下列步驟：以該特定時間點所對應之該負載功率減去該調度門檻值作為一評估放電功率；根據該評估放電功率及該特定時間點所對應之該調度時間區間計算一評估放電量；判斷該評估放電量大於該備用電量；提高該調度門檻值；計算該蓄電池之該蓄電量；以及根據該蓄電量及該調度門檻值更新該特定時間點及該特定時間點後之該等調度時間點所對應之該等預設放電量及該等預設放電功率；其中，該步驟(d1)決定該特定時間點所對應之該實際放電功率為該特定時間點所對應之更新後之該預設放電功率，且該步驟(d2)根據更新後之該等預設放電量更新該備用電量。
  16. 如請求項11所述之充放電控制方法，其中各該預設放電功率不大於該蓄電池之一最大放電功率。
  17. 如請求項11所述之充放電控制方法，更包含下列步驟：根據一歷史負載資料決定各該調度時間點之一預測負載功率，且根據該等預測負載功率及一排程門檻值決定該等預設放電功率。
  18. 如請求項17所述之充放電控制方法，更包含下列步驟：計算一削峰極限值，該削峰極限值滿足：(i)各該預測負載功率減該削峰極限值皆不大於該蓄電池之一最大放電功率，以及(ii)根據該削峰極限值及該等預測負載功率所決定之一評估放電量不大於該蓄電量：其中，該排程門檻值為該削峰極限值、一契約容量(demand charge)及一特定期間之一最大需量中之最大者。
  19. 如請求項11所述之充放電控制方法，更包含下列步驟：更根據該排程門檻值及一特定期間之一最大需量決定該調度門檻值。
  20. 如請求項11所述之充放電控制方法，更包含下列步驟：計算該蓄電池之該蓄電量；計算以該蓄電池之一最大放電功率釋放該蓄電量所需之一釋放時間；計算一目前時間點至一尖峰電價結束時間點間之一剩餘時間；以及當該剩餘時間不大於該釋放時間時，傳送一指示訊息指示該蓄電池以該最大功率放電。
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