CN104766156A - 一种能源自动分配方法及管理系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种能源自动分配方法及管理系统，属于节能管理技术领域。本发明基于采集的能源用户信息和预设阈值及参数，首先计算各能源用户平均满意度再基于与预设最低平均用能满意度的大小关系进行分类，对于不同类别的能源用户根据不同的计算方式计算其本年度满意度ESCD_i,0，再基于各能源用户所属的类别和ESCD_i,0分配本年度能源分配额。本发明可用于企业、校园、园区等需要为各能源用户设计合理的节能措施的机构，本发明在严格满足各个能源用户的基本用能满意度和年度用能配额的基础上，有效提高机构用能生产的整体用能满意度和确保各能源用户用能满意度的公平性，最终减小本机构用能生产环节对环境所造成的影响。

Description

一种能源自动分配方法及管理系统

技术领域

本发明属于节能管理技术领域，尤其涉及一种自适应的能源自动分配方法及管理系统。

背景技术

随着大型公共建筑能耗监管信息系统、节约型机构能耗管理系统的大规模建设和全面铺开，实现了各用能单位每年能耗值的计量与核定。为了满足机构日益增长的能源需求，机构内各用能单位均需要利用其获得的能源为其承担的生产任务和用能项目等提供更好的支撑。在保证工作成果并实现对低效和不合理的用能行为进行约束和控制时，对能源(如电能、热能等)实现有效的节能管理，需要在有限的年度用能总预算(年度能源可用总额)下，设置机构内的所有用能单位合理的用能配额度，当前通常都是基于各机构的实际情况，手动或者简单的基于优先级进行人工分配(如均匀分配)，为了提升对能源分配工的分配自动化、适应性，有必要提出一种自动、精细化的分配处理方式。

发明内容

本发明的发明目的在于：针对上述存在的问题，提供了一种能源的自动化分配处理方式。

本发明的能源自动分配方法，包括下列步骤：

步骤1：采集能源用户信息，包括用户能源用户集、本年度能源可用总额、各能源用户前m年各年的能源年度利润率p_i,k、前m年各年的能源分配额度q_i,k、前m年各年的能源实际使用值x_i,k，其中m为大于0的整数，i为能源用户标识符，年度标识k∈[1,m]，能源用户i在之前第k年度内从用能工作中所获取的利润率p_i,k＝(年度总收益-年度总成本)/年度总收益)，此处的年度总收益、年度总成本均指消耗能源的年度总收益、年度总成本；

设置对应能源年度利润率p_i,k的权重值α_i,k，其中α_i,k∈(0,1)，且α_i,1≥α_i,2≥…≥α_i,m，设置各能源用户i的最低平均用能满意度且设置各能源用户i的超分配惩罚系数f_i，且f_i∈(0,1)；

步骤2：根据公式(1)计算各能源用户的前m年的平均满意度

$\stackrel{\‾}{{\mathrm{ECSD}}_{i,-m}}=\max \{\stackrel{\‾}{{\mathrm{ECSD}}_{i,\min }},\underset{k=1}{\overset{m}{\mathrm{\Σ}}}{\mathrm{\α}}_{i,k}{p}_{i,k}\}---\left(1\right)$

步骤3：基于与的大小关系对能源用户集中的各能源用户进行分类：

同时，设置每个第一类能源用户的优先级系数τ_i(基于系统预设的能源用户的优先级，若优先级越高，其优先级系数τ_i的取值越大)，其中τ_i≥0且所有第一类能源用户的优先级系数τ_i的累加和为1；

步骤4：计算各能源用户的本年度满意度ESCD_i,0：

公式(3)中，e表示自然指数，能源用户i的用能满意度系数c_i根据公式(4)计算得到，q_i,0表示能源用户i的本年度能源分配额；

$c_i=-\frac{1}{\underset{k=1}{\overset{m}{\mathrm{\Σ}}}{\mathrm{\α}}_{i,k}\left\{q_{i,k}\right[1-f_i\·U(x_{i,k}-q_{i,k})\left]\right\}}\ln (1-\stackrel{\‾}{{\mathrm{ECSD}}_{i,-m}})---\left(4\right)$

若各年度的能源实际使用值与能源分配额度的差(x_i,k-q_i,k)大于0，则函数U(x_i,k-q_i,k)等于1，若x_i,k-q_i,k小于或等于0，则函数U(x_i,k-q_i,k)等于0；

步骤5：计算各能源用户的本年度能源分配额q_i,0：

$\underset{\left\{q_{i,0}\right\}}{\max }\underset{i=1}{\overset{n}{\mathrm{\Π}}}{\left[{\mathrm{ESCD}}_{i,0}\left(q_{i,0}\right)\right]}^{{\mathrm{\τ}}_i},q_{i,0}\≥0$ 且 $\underset{i=1}{\overset{n}{\mathrm{\Σ}}}{q}_{i,0}\≤Q_I---\left(5\right)$

$q_{i,0}=-\frac{1}{c_i}\ln (1-\stackrel{\‾}{{\mathrm{ECSD}}_{\min }})---\left(6\right)$

其中，公式(5)用于第一类能源用户，公式(5)为基于纳什讨价还价博弈(NashBargaining)的受限优化求解，函数其中n表示第一类能源用户的总个数，能源用户标识符i用于标识所有第一类能源用户，即公式(5)中的

公式(6)用于第二类能源用户集中各能源用户的本年度能源分配额q_i,0。

首先计算第二类能源用户的本年度能源分配额q_i,0，因为第一类能源用户的分配总额Q_I等于本年度能源可用总额减去所有第二类能源用户的本年度能源分配额；然后再计算在满足q_i，0≥0且的条件下，将使得所有第一类能源用户的的连乘取得最大值时的q_i,0作为各第一类能源用户i的本年度能源分配额q_i,0；

步骤6：输出各能源用户的本年度能源分配额。

综上所述，由于采用了上述技术方案，本发明的有益效果是：自动的适应性的为当前管理的所有能源用户进行能源分配，在满足所有能源用户基本用能需求的前提下尽可能地提升所有能源用户的整体用能效果；并且为不同的用能单位设置不同的用能优先级，从而确保高优先级用能单位的用电需求能够优先获得满足。

附图说明

本发明将通过例子并参照附图的方式说明，其中：

图1是本发明具体实施方式的系统结构示意图；

图2是实施例1中，本发明的分配方式(简称NBS分配)与现有的均匀分配的用能满意度对比图；

图3是实施例1中，当单位1的优先级系数发生变化时，本发明的NBS分配与现有的均匀分配方式的总体用能满意度对比图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面结合实施方式和附图，对本发明作进一步地详细描述。

可基于如图1所示的管理系统实现本发明的优化能源分配方式，登录模块用于系统用户进行用于系统用户登录能源自动分配管理系统，在系统用户登录管理系统后，输入能源用户信息和设置相应的参数，主要包括能源用户集U＝{u_i|i＝1,2,…,N}，u_i表示能源用户i(i为用户标识，N为能源用户集U的总元素个数)、本年度能源可用总额、各能源用户前m年各年的能源年度利润率、前m年各年的能源分配额度、前m年各年的能源实际使用值；设置对应能源年度利润率的权重值、各能源用户的最低平均用能满意度、各能源用户i的超分配惩罚系数f_i等，可对各输入框和设置框设置输入提示，以使得系统用户输入和/或设置的信息符合本发明的限制条件，也可以同时设置告警，当上述输入和/或设置的信息不满足系统的限制条件时，可告警并提示用户重置。

然后第一计算处理模块根据公式(1)计算N个u_i的平均满意度基于u_i的平均满意度由分类模块根据公式(2)将能源用户集U分为两类(得到第一类能源用户集、第二类能源用户集)，并提示系统用户对第一类能源用户集的各能源用户设置优先级系数τ_i，将分类结果发送给第二计算处理模块，分类和优先级系数发送给分配处理模块；

第二计算处理模块根据公式(3)分别结算第一类能源用户集、第二类能源用户集的本年度满意度ESCD_i,0，并将计算结果发送给分配处理模块；

最后由分配处理模块根据公式(5)、(6)计算得到能源用户集U的各u_i的本年度能源分配额q_i,0，并发送给输出模块进行输出和显示。

实施例1

在本实施例中，实现能源用户集U共有编号1～6的6个能源用户(图2中所示的单位1～6)的电能分配工作。当前采集及设置的能源用户集U的各用户信息分别为：

(1)单位1～6在之前m(m＝5)年各年对应于能源年度利润率p_i,k依次为：

单位1在之前5个年度用能工作中所获利润率分别为p_1,1＝0.5，p_1,2＝0.9，p_1,3＝0.8，p_1,4＝0.9，p_1,5＝0.3；单位2在之前5个年度用能工作中所获利润率分别为p_2,1＝0.9，p_2,2＝0.9，p_2,3＝0.6，p_2,4＝0.2，p_2,5＝-0.08；单位3在之前5个年度用能工作中所获利润率分别为p_3,1＝0.8，p_3,2＝0.98，p_3,3＝0.44，p_3,4＝0.78，p_3,5＝0.23；单位4在之前5个年度用能工作中所获利润率分别为p_4,1＝0.63，p_4,2＝0.85，p_4,3＝0.8，p_4,4＝-0.05，p_4,5＝0.9；单位5在之前5个年度用能工作中所获利润率分别为p_5,1＝0.84，p_5,2＝0.6，p_5,3＝0.7，p_5,4＝0.12，p_5,5＝-0.33；单位6在之前5个年度用能工作中所获利润率分别为p_6,1＝0.62，p_6,2＝0.34，p_6,3＝0.11，p_6,4＝-0.22，p_6,5＝-0.34。

(2)单位1～6在之前m(m＝5)年各年对应于能源年度利润率的权重值α_i,k依次为：

在之前第1年度(本年度的上一年度)用电工作中所获利润的权重值为α_1,1＝α_2,1＝α_3,1＝α_4,1＝α_5,1＝α_6,1＝0.3，在之前第2年度用能工作中所获利润的权重值为α_1,2＝α_2,2＝α_3,2＝α_4,2＝α_5,2＝α_6,2＝0.25，在之前第3年度用能工作中所获利润的权重值为α_1,3＝α_2,3＝α_3,3＝α_4,3＝α_5,3＝α_6,3＝0.2，在之前第4年度用能工作中所获利润的权重值为α_1,4＝α_2,4＝α_3,4＝α_4,4＝α_5,4＝α_6,4＝0.15，以及在之前第5年度用能工作中所获利润的权重值为α_1,5＝α_2,5＝α_3,5＝α_4,5＝α_5,5＝α_6,5＝0.1。

(3)对于单位1～6来说，其最低用能满意度均为而在实际用能超过用能配额时的惩罚系数分别为f₁＝f₂＝f₃＝f₄＝f₅＝0.1。

(4)能源用户集U在本年度的可用总额(用电预算总额)为12000度，单位1～6在之前5个年度的每个年度内所获分配的用能额度均为2000度。

(5)在之前5个年度中，单位1的实际用能数量分别为x_1,1＝2000，x_1,2＝3000，x_1,3＝1000，x_1,4＝2000，x_1,5＝2800；单位2的实际用能数量分别为x_2,1＝2000，x_2,2＝2600，x_2,3＝2000，x_2,4＝3000，x_2,5＝1000；单位3的实际用能数量分别为x_3,1＝1030，x_3,2＝1300，x_3,3＝2000，x_3,4＝1600，x_3,5＝2000；单位4的实际用能数量分别为x_4,1＝2300，x_4,2＝2080，x_4,3＝1000，x_4,4＝2000，x_4,5＝4030；单位5的实际用能数量分别为x_5,1＝1080，x_5,2＝2600，x_5,3＝2000，x_5,4＝2300，x_5,5＝2000；单位5的实际用能数量分别为x_6,1＝2000，x_6,2＝1000，x_6,3＝2000，x_6,4＝2000，x_6,5＝1000。

根据用能满意度的定义，每个单位i∈[1,6]的用能满意度系数c_i可以根据公式(4)获得，即c₁＝0.0006238、c₂＝0.0005278、c₃＝0.0006241、c₄＝0.0005523、c₅＝0.0003899和c₆＝0.0002554。由于单位1～5在之前5个年度中的用能满意度均高于而单位6在之前5个年度中的用能满意度低于因此在本年度的用能分配过程中，单位1～5属于第I类用能单位，而单位6属于第II类用能单位。

对于单位6来说，可直接将其当前年度的用能满意度设为即0.4，并获得其在当前年度的用能配额为2000度。因此单位1～5在本年度的用能预算总额为Q_I＝12000-2000＝10000度。

在公式(5)给出的受限优化问题采用基于拉格朗日乘子法进行求解后，可得到单位1～5的本年度能源分配额。

图2给出了当单位1～5的优先级参数τ₁～τ₅均为0.2的情况下，采用基于本发明的分配方式和基于平均分配方式的用电能分配方案所能获得的所有6个单位的用能满意度情况。由该图可以看出，与基于平均分配方式的机构电能分配方案相比较，本发明的分配方案能为单位1～5提供更为公平的用能满意度，能有效减轻部分单位(即单位5)在基于平均分配方式下与其它单位(即单位1～4)所获用能满意度差异过大的问题。

图3则给出了当单位3～5的优先级参数τ₃～τ₅均为0.2的情况下，单位1～5的整体用能满意度指标Π(单位1～5的连乘)随单位1的优先级系数τ₁∈[0,0.4]发生变化的情况。由该图可以看出，与基于平均分配和按优先级比例分配的电能分配方案相比，本发明的电能分配方案总是能为单位1～5提供更高的整体用能满意度指标Π。

Claims (5)

1.一种能源自动分配方法，其特征在于，包括下列步骤：

步骤1：采集能源用户信息，包括用户能源用户集、本年度能源可用总额、各能源用户前m年各年的能源年度利润率p_i,k、前m年各年的能源分配额度q_i,k、前m年各年的能源实际使用值x_i,k，其中m为大于0的整数，i为能源用户标识符，年度标识k∈[1,m]；

设置对应能源年度利润率p_i,k的权重值α_i,k，其中α_i,k∈(0,1)，且α_i,1≥α_i,2≥…≥α_i,m，设置各能源用户i的最低平均用能满意度所述设置各能源用户i的超分配惩罚系数f_i，所述f_i∈(0,1)；

步骤2：根据公式计算各能源用户的前m年的平均满意度

步骤3：基于各能源用户的平均满意度对能源用户进行分类：

若大于或等于则为第一类能源用户；否则为第二类能源用户；并设置各第一类能源用户的优先级系数τ_i，其中τ_i≥0且所有第一类能源用户的优先级系数τ_i的累加和为1；

步骤4：计算各能源用户的本年度满意度ESCD_i,0：

所述第一类能源用户的ESCD_i,0为其中e表示自然指数；能源用户i的用能满意度系数 $c_i=-\frac{1}{\underset{k=1}{\overset{m}{\mathrm{\Σ}}}{\mathrm{\α}}_{i,k}\left\{q_{i,k}\right[1-f_i\·U(x_{i,k}-q_{i,k})\left]\right\}}\ln (1-{\stackrel{\‾}{\mathrm{ECSD}}}_{i,-m}),$ 若x_i,k-q_i,k大于0，则函数U(x_i,k-q_i,k)等于1，若x_i,k-q_i,k小于或等于0，则函数U(x_i,k-q_i,k)等于0；q_i,0表示能源用户i的本年度能源分配额；

所述第二类能源用户的ESCD_i,0为

步骤5：计算各能源用户的本年度能源分配额：

根据公式计算各第二类能源用户i的本年度能源分配额q_i,0；

对所有第一类能源用户，在满足本年度能源分配额q_i,0≥0且所有第一类能源用户的q_i,0的累加和小于或等于Q_I的条件下，将使得对所有第一类能源用户的的连乘取得最大值时的q_i,0作为各第一类能源用户i的本年度能源分配额q_i,0，第一类能源用户的分配总额Q_I等于本年度能源可用总额减去所有第二类能源用户的本年度能源分配额；

步骤6：输出各能源用户的本年度能源分配额。

2.一种能源自动分配管理系统，其特征在于，包括输入模块、第一计算处理模块、分类模块、第二计算处理模块、分配计算处理模块和输出显示模块；

输入模块，用于系统用户输入能源用户信息和设置系统参数并输出至第一计算处理模块、分类模块、第二计算处理模块和分配计算处理模块：

包括用户能源用户集、本年度能源可用总额、各能源用户前m年各年的能源年度利润率p_i,k、前m年各年的能源分配额度q_i,k、前m年各年的能源实际使用值x_i,k，其中m为大于0的整数，i为能源用户标识符，年度标识k∈[1,m]；

设置对应能源年度利润率p_i,k的权重值α_i,k，其中α_i,k∈(0,1)，且α_i,1≥α_i,2≥…≥α_i,m，设置各能源用户i的最低平均用能满意度所述设置各能源用户i的超分配惩罚系数f_i，所述f_i∈(0,1)；

第一计算处理模块，根据公式计算各能源用户的前m年的平均满意度并输出至分类模块、第二计算处理模块；

分类模块：对能源用户集进行分类并输出至第二计算处理模块、分配计算处理模块：

若大于或等于则为第一类能源用户；否则为第二类能源用户；并提示系统用户设置各第一类能源用户的优先级系数τ_i，其中τ_i≥0且所有第一类能源用户的优先级系数τ_i的累加和为1；

第二计算处理模块，计算各能源用户的本年度满意度ESCD_i,0并输出至分配计算处理模块：

第一类能源用户的ESCD_i,0为其中e表示自然指数；能源用户i的用能满意度系数 $c_i=-\frac{1}{\underset{k=1}{\overset{m}{\mathrm{\Σ}}}{\mathrm{\α}}_{i,k}\left\{q_{i,k}\right[1-f_i\·U(x_{i,k}-q_{i,k})\left]\right\}}\ln (1-{\stackrel{\‾}{\mathrm{ECSD}}}_{i,-m}),$ 若x_i,k-q_i,k大于0，则函数U(x_i,k-q_i,k)等于1，若x_i,k-q_i,k小于或等于0，则函数U(x_i,k-q_i,k)等于0；q_i,0表示能源用户i的本年度能源分配额；

第二类能源用户的ESCD_i,0为

分配计算处理模块，计算各能源用户的本年度能源分配额并输出至输出模块：

根据公式计算各第二类能源用户i的本年度能源分配额q_i,0；

对所有第一类能源用户，在满足本年度能源分配额q_i,0≥0且所有第一类能源用户的q_i,0的累加和小于或等于Q_I的条件下，将使得对所有第一类能源用户的的连乘取得最大值时的q_i,0作为各第一类能源用户i的本年度能源分配额q_i,0，第一类能源用户的分配总额Q_I等于本年度能源可用总额减去所有第二类能源用户的本年度能源分配额；

输出模块：输出并显示各能源用户的本年度能源分配额。

3.如权利要求2所述的系统，其特征在于，所述输入模块还包括，当系统用户输入或设置的对应参数不满足系统限制条件时，告警并提示系统用户。

4.如权利要求2或3所述的系统，其特征在于，所述分类模块还包括，当检测到输入的优先级系数τ_i不满足限制条件时，告警并提示系统用户。

5.如权利要求2所述的系统，其特征在于，还包括登录模块，用于系统用户登录能源自动分配管理系统。