CN102097802A - 电能管理系统和电能管理方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种电能管理系统和电能管理方法，所述电能管理系统采集传统电网实时电价、分布式能源供电设备功率信息和电价以及用电器的设置，得出传统电网和分布式能源供电设备的电价分布规律及能源产出规律，对用电时间进行区域划分，把用电器设置作为预约服务，选择合理的区域作为候选区域执行预约服务。本发明对电能能源进行合理管理，充分利用了分布式能源，降低了居民用电成本，有效解决了电力供需矛盾。

Description

电能管理系统和电能管理方法
【技术领域】
本发明涉及一种电能管理系统和电能管理方法。
【背景技术】
近些年来，随着工业发展和居民用电器的增加，传统电网出现了很大的供需矛盾。
电力供需矛盾的主要因素之一就是居民用电。通常情况下，居民的用电集中在早上起床和晚上下班之后，这种集中用电形成了用电高峰，给传统电网造成了很大压力。电力部门为缓解这个压力采取分时电价的措施，来鼓励居民将用电时间进行合理安排。由于人们的生活习惯所限，这种措施起到了一定的作用，但同时增加了居民用电成本。
【发明内容】
有鉴于此，有必要针对仅仅采用传统电网供电使得居民用电成本较高的问题，提供一种能降低居民用电成本的电能管理系统。
同时有必要提供一种能降低居民用电成本的电能管理方法。
一种电能管理系统，包括信息采集模块、信息处理模块、区域划分模块、功率决策模块、能量决策模块、成本计算模块以及区域选择模块；所述信息采集模块用于采集传统电网的实时电价和功率、分布式能源供电设备的功率和电价以及用电器的设置信息；所述信息处理模块用于根据采集的信息得出传统电网和分布式能源供电设备的电价分布规律及能源产出规律，将用电器的设置信息作为预约服务，计算预约服务所需要的能量作为预约负载；所述区域划分模块用于根据传统电网和分布式能源供电设备的电价分布规律及能源产出规律将用电时间划分为若干个区域；所述功率决策模块用于计算每个区域中的基础需求和在没有超过该区域边界供应能力的前提下的可用功率，与用电器预约服务所要求的功率进行比较，确定该区域是否满足用电器预约服务所要求的功率；所述能量决策模块用于计算每个区域的能量，与预约负载进行比较，确定该区域是否具有完成预约负载所需要的足够能量；所述成本计算模块用于计算每个区域的电价成本，确定每个区域的损耗；所述区域选择模块用于选择满足预约服务、完成预约负载且最近的最小损耗区域作为候选区域，执行预约服务。
优选的，所述用电时间以一天为单位。
优选的，所述用电器的设置信息包括功率和时间。
一种电能管理方法，包括：采集传统电网的实时电价和功率、分布式能源供电设备的功率和电价以及用电器的设置信息；根据采集的信息得出传统电网和分布式能源供电设备的电价分布规律及能源产出规律，将用电器的设置信息作为预约服务，计算预约服务所需要的能量作为预约负载；根据传统电网和分布式能源供电设备的电价分布规律及能源产出规律将用电时间划分为若干个区域；计算每个区域中的基础需求和在没有超过该区域边界供应能力的前提下的可用功率，与用电器预约服务所要求的功率进行比较，确定该区域是否满足用电器预约服务所要求的功率；计算每个区域的能量，与预约负载进行比较，确定该区域是否具有完成预约负载所需要的足够能量；计算每个区域的电价成本，确定每个区域的损耗；选择满足预约服务、完成预约负载且最近的最小损耗区域作为候选区域，执行预约服务。
优选的，所述计算每个区域的能量，与预约负载进行比较，确定该区域是否具有完成预约负载所需要的足够能量包括：S1：将当前区域按5分钟间隔进行划分；S2：设置当前区域为“能量不足”；S3：设置间隔长度为0；S4：循环检测区域内所有间隔内功率和能量；S5：判断间隔内功率和能量是否满足预约服务要求，如果否，则执行S6；如果是，则执行S7；S6：设置间隔长度为0，然后执行S4；S7：将间隔长度增加1；S8：判断间隔长度内能量是否满足预约负载，如果是，则执行S9；如果否，则执行S4；S9：将该区域标记为“能量足够”。
优选的，所述用电时间以一天为单位。
上述电能管理系统和电能管理方法通过采集并处理传统电网、分布式能源供电设备以及用电器的相关信息，将用电时间划分为若干个区域，根据每个区域的功率、能量及电价成本来执行相应的预约服务，从而充分的利用了能源，降低了居民的用电成本，同时减轻了电力供需压力。
【附图说明】
图1是电网系统示意图。
图2是电能管理系统示意图。
图3是基于上述电网系统的电能管理方法的流程图。
图4是计算每个区域能量的流程图。
图5是举例说明如何划分用电区域的示意图。
【具体实施方式】
下面结合附图，通过对本发明的具体实施方式详细描述，将使本发明的技术方案及其他有益效果显而易见。
图1是电网系统的示意图。电网系统包括传统电网100、电能管理系统110、分布式能源供电设备120、用电器130。
电能管理系统110用于采集传统电网110的实时电价、分布式能源供电设备120的功率信息和电价以及用电器130的设置信息，得出传统电网100和分布式能源供电设备120的电价分布规律及能源产出规律，并且根据电价分布规律及能源产出规律将一天的用电时间划分区域，把用电器130的设置作为预约服务，选择合适的区域作为候选区域执行预约服务，对电能能源进行优化配置和管理。
图2是电能管理系统的示意图。电能管理系统110包括信息采集模块111、信息处理模块112、区域划分模块113、功率决策模块114、能量决策模块115、成本计算模块116以及区域选择模块117。
信息采集模块111采集传统电网100的实时电价和功率、分布式能源供电设备120的功率信息和电价以及用电器130的设置。
信息处理模块112根据采集的信息得出传统电网100和分布式能源供电设备120的电价分布规律及能源产出规律；将用电器130的设置信息(功率、时间)作为预约服务，计算预约服务所需要的能量作为预约负载。
区域划分模块113根据传统电网100和分布式能源供电设备120的电价分布规律及能源产出规律将一天当中的用电时间划分为合适的若干区域。
功率决策模块114计算区域中基础需求(无预约负载)和在没有超过该区域边界供应能力的前提下的可用功率，与用电器130预约服务要求功率进行比较，确定该区域是否满足用电器130预约服务所要求功率。
能量决策模块115计算区域里的能量，与预约负载进行比较，确定该区域是否具有完成预约负载所需要的足够能量。
成本计算模块116计算每个区域的电价成本，确定每个区域的损耗。
区域选择模块117选择可以满足预约服务、完成预约负载且最近的最小损耗区域作为候选区域，执行预约服务。
图3是基于上述电网系统的电能管理方法的流程图，该电能管理方法包括：
S301：信息采集。
该步骤由信息采集模块111实现。信息采集模块111采集传统电网100的实时电价和功率、分布式能源供电设备120的功率信息和电价以及用电器130的设置。
S302：信息处理。
该步骤由信息处理模块112实现。信息处理模块112根据采集的信息得出传统电网100和分布式能源供电设备120的电价分布规律及能源产出规律；将用电器130的设置(功率、工作时间等)作为预约服务，计算预约服务所需要的能量作为预约负载并进行初始化。
S303：用电区域划分。
该步骤由区域划分模块113实现。区域划分模块113根据传统电网100和分布式能源供电设备120的电价分布规律及能源产出规律将一天当中的用电时间划分为合适的若干区域。
S304：计算每个区域功率。
该步骤由功率决策模块114实现。功率决策模块114计算区域中基础需求(无预约负载)和在没有超过该区域边界供应能力的前提下的可用功率，与用电器130所要求功率进行比较，确定该区域是否满足用电器130工作所要求功率。
S305：计算每个区域能量。
该步骤由能量决策模块115实现。能量决策模块115计算区域里的能量，与预约负载进行比较，确定该区域是否具有完成预约负载所需要的足够能量。
S306：计算每个区域成本。
该步骤由成本计算模块116实现。成本计算模块116计算每个区域的电价成本，确定每个区域的损耗。
S307：确定候选区域。
该步骤由区域选择模块117实现。区域选择模块117选择可以满足预约服务、完成预约负载且最近的最小损耗区域作为候选区域，执行预约服务。
图4是步骤S305中计算每个区域能量的流程图，计算每个区域能量的具体步骤如下：
S401：将当前区域按5分钟间隔进行划分。
区域中每时刻实际的功率是变化的，负载也是时变的，假设负载在很短的间歇时间内是一个准确的恒定函数，按5分钟进行划分，计算每个间隔中的能量，继而计算每个区域的能量。
S402：设置当前区域为“能量不足”。
S403：设置间隔长度为0。
S404：循环检测区域内所有间隔内功率和能量。
S405：判断间隔内功率和能量是否满足预约服务要求。如果否，则执行S406；如果是，则执行S407。
S406：设置间隔长度为0。然后执行S404。
S407：将间隔长度增加1。
S408：判断间隔长度内能量是否满足预约负载。如果是，则执行S409；如果否，则执行S404。
S409：将该区域标记为“能量足够”。
图5是举例说明如何划分用电区域的示意图。图5中的上图是一天中各能源的供电能力，其包括传统电网的供电能力曲线501，太阳能的供电能力曲线502，能源A(可以是燃气发电、微小型涡轮发电、或者汽油发电等)的供电能力曲线503，太阳能和能源A供电能力总和曲线504；图5中的下图是一天中不同时段的电价(分/度)，其包括传统电网的电价曲线505，能源A的电价曲线506。根据一天中各能源的供电能力特点以及电价分布将一天中的用电分为13个区域，对13个区域中的用电及可分布式能源的供电能力进行划分和比较。其各自表述如下：
Z1：太阳能尚不具有供电能力，而电源A的供电成本高于传统电网供电，则全部电力需求都来自传统电网供电。
Z2：传统电网电价随着早晨峰值的出现而升高，进而超过了A能源的供电的成本。于是迅速启动A能源供电，但是A能源所供电量不能全部满足需求，此时，所差电量由传统电网补充。
Z3：太阳能的供电能力逐渐提升。但是，来自太阳能和A能源的供电不能满足全部的用电需求，除了上述两种能源的满负荷供电外，剩下的需求由传统电网供电补充。
Z4：太阳能和A能源供电能力已经可以完全满足用电需求。此时不选用传统电网供电。
Z5：传统电网的供电开始下降，因此使用A能源供电已经不是必要。但是太阳能电网不能完全满足用电需求，则使用传统电网将缺少的部分补充。
Z6：太阳能供电能力已经超过了用电需求。
Z7：太阳能供电能力已经满足了用电需求。
Z8：同Z6。
Z9：同Z5。
Z10：太阳能和A能源供电能力已经都不能满足需求。传统电网供电成为必要。此时太阳能将满负载供电，但是A能源停止供电，因为它的效益比不上传统电网供电。
Z11：传统电网的电费价格上升到了一些新的水平。此时，太阳能将满负荷供电，A能源也会满负荷供电，剩下的电力由传统电网来补偿。
Z12：太阳能供应量将为零。A能源满负荷工作，剩下的电量需求由传统电网供电。
Z13：传统电网的价格比A能源发电更为经济实惠。此时，则全部采取传统电网供电。
图5中，5001是某个用电器设定的初始工作时间(如清洗早餐使用过的盘子)。但这个时间段是电价相对比较贵的时段。因为现在电网的负担较高，而太阳能却没有发挥作用。5002则是比较好的时段，因此将洗碗机的工作时间设定在时段Z7启动，则是零成本的，同时还不影响正常的家庭使用。
根据以上划分，采用电能管理系统将用电器的使用合理的安排到成本最低的区域来完成，充分的利用了能源，降低了用电成本，同时减轻了电能供需的压力。
本发明针对分布式能源的产出规律，以最低成本分配方法选择最低成本区域来完成用电器的配置和使用，充分的利用了能源，降低了用电成本，同时减轻了电能供需的压力。
以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (6)

1.一种电能管理系统，其特征在于：包括信息采集模块、信息处理模块、区域划分模块、功率决策模块、能量决策模块、成本计算模块以及区域选择模块；
所述信息采集模块用于采集传统电网的实时电价和功率、分布式能源供电设备的功率和电价以及用电器的设置信息；
所述信息处理模块用于根据采集的信息得出传统电网和分布式能源供电设备的电价分布规律及能源产出规律，将用电器的设置信息作为预约服务，计算预约服务所需要的能量作为预约负载；
所述区域划分模块用于根据传统电网和分布式能源供电设备的电价分布规律及能源产出规律将用电时间划分为若干个区域；
所述功率决策模块用于计算每个区域中的基础需求和在没有超过该区域边界供应能力的前提下的可用功率，与用电器预约服务所要求的功率进行比较，确定该区域是否满足用电器预约服务所要求的功率；
所述能量决策模块用于计算每个区域的能量，与预约负载进行比较，确定该区域是否具有完成预约负载所需要的足够能量；
所述成本计算模块用于计算每个区域的电价成本，确定每个区域的损耗；
所述区域选择模块用于选择满足预约服务、完成预约负载且最近的最小损耗区域作为候选区域，执行预约服务。
2.根据权利要求1所述的电能管理系统，其特征在于：所述用电时间以一天为单位。
3.根据权利要求1或2所述的电能管理系统，其特征在于：所述用电器的设置信息包括功率和时间。
4.一种电能管理方法，包括：
采集传统电网的实时电价和功率、分布式能源供电设备的功率和电价以及用电器的设置信息；
根据采集的信息得出传统电网和分布式能源供电设备的电价分布规律及能源产出规律，将用电器的设置信息作为预约服务，计算预约服务所需要的能量作为预约负载；
根据传统电网和分布式能源供电设备的电价分布规律及能源产出规律将用电时间划分为若干个区域；
计算每个区域中的基础需求和在没有超过该区域边界供应能力的前提下的可用功率，与用电器预约服务所要求的功率进行比较，确定该区域是否满足用电器预约服务所要求的功率；
计算每个区域的能量，与预约负载进行比较，确定该区域是否具有完成预约负载所需要的足够能量；
计算每个区域的电价成本，确定每个区域的损耗；
选择满足预约服务、完成预约负载且最近的最小损耗区域作为候选区域，执行预约服务。
5.根据权利要求4所述的电能管理方法，其特征在于：所述计算每个区域的能量，与预约负载进行比较，确定该区域是否具有完成预约负载所需要的足够能量包括：
S1：将当前区域按5分钟间隔进行划分；
S2：设置当前区域为“能量不足”；
S3：设置间隔长度为0；
S4：循环检测区域内所有间隔内功率和能量；
S5：判断间隔内功率和能量是否满足预约服务要求，如果否，则执行S6；如果是，则执行S7；
S6：设置间隔长度为0，然后执行S4；
S7：将间隔长度增加1；
S8：判断间隔长度内能量是否满足预约负载，如果是，则执行S9；如果否，则执行S4；
S9：将该区域标记为“能量足够”。
6.根据权利要求4所述的电能管理方法，其特征在于：所述用电时间以一天为单位。
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Effective date of registration: 20200915

Address after: 215500 No.13, Caotang Road, Changshu, Suzhou, Jiangsu Province

Patentee after: Changshu intellectual property operation center Co.,Ltd.

Address before: 1068 No. 518055 Guangdong city in Shenzhen Province, Nanshan District City Xili Road School of Shenzhen University

Patentee before: SHENZHEN INSTITUTES OF ADVANCED TECHNOLOGY

TR01 Transfer of patent right
CI03 Correction of invention patent

Correction item: Patentee|Address

Correct: Shenzhen Institute of advanced technology|518055 No. 1068, Xueyuan Avenue, Shenzhen University Town, Xili, Nanshan District, Shenzhen, Guangdong Province

False: Changshu intellectual property operation center Co.,Ltd.|215500 No.13, caodang Road, Changshu City, Suzhou City, Jiangsu Province

Number: 40-02

Volume: 36

CI03 Correction of invention patent
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Effective date of registration: 20230309

Address after: 519085 101, Building 5, Longyuan Smart Industrial Park, No. 2, Hagongda Road, Tangjiawan Town, High-tech Zone, Zhuhai City, Guangdong Province

Patentee after: ZHUHAI INSTITUTE OF ADVANCED TECHNOLOGY CHINESE ACADEMY OF SCIENCES Co.,Ltd.

Address before: 1068 No. 518055 Guangdong city in Shenzhen Province, Nanshan District City Xili Road School of Shenzhen University

Patentee before: SHENZHEN INSTITUTES OF ADVANCED TECHNOLOGY

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