CN110414743A - 一种适用于园区的综合能源管控方法及系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种适用于园区的综合能源管控方法及系统，该系统包括应用服务器、监控工作站、报表工作站、数据服务器、采集服务器、交换机、人机操作界面；应用服务器、监控工作站、报表工作站、数据服务器、采集服务器通过交换机接入局域网；本发明通过采集服务器采集园区内供能设备、用能设备的运行参数及环境参数，并将采集到的参数信息上传至局域网；通过数据服务器存储园区历史环境参数及对应的供能设备、用能设备的运行参数；应用服务器根据历史供能数据、历史用能数据、实时环境参数、供能设备及用能设备的实时运行参数制定园区多能协同优化策略；确保电网安全可靠运行及可再生新能源利用最大化的前提下，整个优化周期内的电网运行成本最低。
Description
技术领域
本发明属于新能源技术领域，具体是一种适用于园区的综合能源管控方法及系统。
背景技术
能源一直是人类赖以生存和发展的基础，随着城市人口的不断增加，用能负荷快速增长，加之国家鼓励新能源发电和电动汽车系列政策的出台，分布式能源的大规模应用，如何提高各种能源有效利用率是当今社会需要共同关注解决的问题。园区综合能源管控系统对园区内的电、冷、热等多种能源进行协调控制运行，确保在电网安全可靠运行、水热冷稳定供应及可再生能源最大化利用的前提下，实现整个优化周期内的电水热冷综合利用最大化。
目前，对于综合能源管控系统，已有不少学者进行了研究。比如：
中国专利CN201621441147.5：一种运行维护节能综合管理的能源管控平台，管理层可向通讯层的采集装置、控制装置以及数据集中传输装置写入能源管理控制指令，一旦管理层出现故障时，通讯层可不依托管理层的设备运行，有效保证了各用能设备控制系统正常运行。
中国专利CN201610439330.X：一种综合能源网络能量调控系统，在满足系统运行约束的条件下，综合考虑综合能源网络中各分布电源、储能装置及多样化负荷运行特点，实现综合能源网络的优化运行及能量的合理分配，最大限度地利用可再生能源，保证整个能源网络运行的经济性。
中国专利CN201810517776.9：一种考虑多种蓄冷装置的园区综合能源系统优化调度方法，建立考虑多种蓄冷装置的园区综合能源系统优化调度模型，通过设定园区综合能源系统一个调度周期内运行费用最小为目标函数，提供考虑多种情况的供冷调度计划。
中国专利CN201711361867.X：面向园区微网的综合供能系统分层分区协同控制方法，遵循“分层分区，区域协调，就地为主，协调为辅”的控制原则，提供向上和向下控制策略，向上控制策略主要针对微网和微系统内部的能源不平衡，通过网络协调控制，实现各个微网之间和微网与主网之间的能源平衡；向下控制策略主要针对网络及的故障和微网级的故障，通过网络协调控制，确保微网和微系统的正常用能。两条控制路径之间相互转换，提高控制响应速度，达到优化控制目的，实现高效利用和就地消纳可再生能源、提高综合供能系统的能源利用效率。
为应对用能负荷的增长及各类分布式能源的大规模应用，园区综合能源管控系统将园区内的光伏、风机、冷、热、各类可调控负荷纳入到调控范围内，因此需要对园区内的各类能源和负荷进行有效实时的监控，掌握区域内供能预测、用能预测情况等，从而提高整个园区的能源利用率。
发明内容
本发明的目的是针对现有技术存在的问题，提供一种适用于园区的综合能源管控方法及系统，对园区内的各类负荷和供能设备进行有效实时的监控，完成园区多时间尺度的综合能源协调控制，保证系统运行的稳定性，实现园区最优化运行。
为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：
一种适用于园区的综合能源管控方法，包括以下步骤：
通过采集服务器采集园区内供能设备和用能设备的运行参数；
通过采集服务器采集园区所在地理位置的实时环境参数；
应用服务器结合园区历史供能数据、实时环境参数及供能设备的运行参数，对园区进行供能预测；
应用服务器结合园区历史用能数据、实时环境参数及用能设备的运行参数，对园区进行用能预测；
应用服务器基于供能预测、用能预测以及实时电价，制定园区多能协同优化策略，并将所述优化策略下发给园区内的供能设备和用能设备执行；
通过监控工作站实时监控供能设备和用能设备执行所述优化策略的过程，并根据园区内的实时环境参数、供能预测和用能预测对所述优化策略进行调整；
通过报表工作站实时统计执行所述优化策略过程中的环境参数、供能设备和用能设备的运行参数，并将统计的数据传送给数据服务器进行存储；
通过人机操作界面实时显示园区的环境参数、供能设备和用能设备的运行参数。
具体地，所述供能设备包括：光伏发电设备、风力发电设备、充电桩设备、电蓄热系统、冰蓄冷系统；所述用能设备包括：照明设备、动力设备、空调设备；所述电蓄热系统通过将电力能源转化为热量存储起来，为园区供热；所述冰蓄冷系统通过将电力能源转换为冷量存储起来，为园区供冷。
具体地，所述环境参数包括温度、风速及光照强度。
具体地，所述采集服务器至少包括温度传感器、风速传感器、光照度传感器、电压表、电流表、电能表；所述温度传感器用于检测园区内的空气温度，所述风速传感器用于检测园区内风力发电设备所处位置的风力等级，所述光照度传感器用于检测光伏发电设备所处位置的光照强度；所述电压表、电流表、电能表用于检测园区内供能设备和用能设备的运行参数。
具体地，所述多能协同优化策略具体为：
在白天，比较光伏发电设备、风力发电设备的供能预测情况和用能设备的用能预测情况，若光伏发电设备、风力发电设备的发电量超过用能设备的用电量，则将超出的发电量进行蓄冷蓄热，为园区供冷或供热；
在夜晚，比较风力发电设备的供能预测情况和用能设备的用能预测情况，若风力发电设备的发电量超过用能设备的用电量，则将超出的发电量进行蓄冷蓄热，同时利用峰谷电差价，将一部分市电用于蓄冷蓄热，为园区供冷或供热；由于夜晚的用电量处于一天用电量中的低谷时期，该时段的电费也是最便宜的，因此可以利用夜晚时间段，将一部分市电通过并蓄冷系统转化为冷量存储起来，等到白天用电高峰时，再将冷量释放以缓解中央空调的压力，从而将用电成本降到最低。
与上述综合能源管控方法相对应的，本发明还提供了一种适用于园区的综合能源管控系统，包括应用服务器、监控工作站、报表工作站、数据服务器、采集服务器、交换机、人机操作界面；所述应用服务器、监控工作站、报表工作站、数据服务器、采集服务器通过所述交换机接入园区局域网；所述采集服务器用于采集园区内供能设备、用能设备的运行参数及环境参数，并将采集到的参数信息上传至局域网；所述数据服务器用于存储园区历史环境参数及对应的供能设备、用能设备的运行参数；所述应用服务器用于根据历史供能数据、历史用能数据、实时环境参数、供能设备及用能设备的实时运行参数制定园区多能协同优化策略；所述监控工作站用于实时监控供能设备和用能设备执行所述优化策略的过程，并根据园区内的实时环境参数、供能预测和用能预测对所述优化策略进行调整；所述报表工作站实时统计执行所述优化策略过程中的环境参数、供能设备和用能设备的运行参数，并制作相应的能源图表；所述人机操作界面用于实时显示所述能源图表。
本发明可以实现对园区内的电力监视、多能源监视、电能质量监测、环境监测、分层分区全景监控；系统根据园区运营情况和能源需求制定日前、日内、实时的多时间尺度的协调控制策略，确保电网安全可靠运行及可再生新能源利用最大化的前提下，整个优化周期内的电网运行成本最低。
具体地，所述能源图表包括：园区内光伏发电设备、风力发电设备的实时发电曲线，园区内用能设备的用电量，园区用能成本构成情况，园区能效分析图表，园区经济效益图。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：可以实时监控园区内的分布式光伏运行数据、风机运行数据、供冷供热运行数据、照明动力等实时负荷，对整个园区进行园区综合能源协调优化控制，在保障电能质量的基础上，提高分布式光伏的利用率。在保障供电可靠性的前提下，充分利用分布式可再生能源，避免清洁可再生能源的浪费，提高可再生能源的利用率，提高分布式发电的电能质量。通过对园区进行全景实时监控，结合供能预测结果和用能预测结果，对园区进行综合能源协调优化控制，稳定分布式能源发电系统的电压、频率，确保在电网安全可靠运行、水热冷稳定供应及可再生能源最大化利用的前提下，实现整个优化周期内的电水热冷综合利用最大化。
附图说明
图1为本发明一种适用于园区的综合能源管控系统的硬件构架图；
图2为本发明一种适用于园区的综合能源管控系统的软件架构图。
具体实施方式
下面将结合本发明中的附图，对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动条件下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。
如图1所示，本实施例提供了一种适用于园区的综合能源管控系统，包括应用服务器、监控工作站、报表工作站、数据服务器、采集服务器、交换机、人机操作界面；所述应用服务器、监控工作站、报表工作站、数据服务器、采集服务器通过所述交换机接入园区局域网；所述采集服务器用于采集园区内供能设备、用能设备的运行参数及环境参数，并将采集到的参数信息上传至局域网；所述数据服务器用于存储园区历史环境参数及对应的供能设备、用能设备的运行参数；所述应用服务器用于根据历史供能数据、历史用能数据、实时环境参数、供能设备及用能设备的实时运行参数制定园区多能协同优化策略；所述监控工作站用于实时监控供能设备和用能设备执行所述优化策略的过程，并根据园区内的实时环境参数、供能预测和用能预测对所述优化策略进行调整；所述报表工作站实时统计执行所述优化策略过程中的环境参数、供能设备和用能设备的运行参数，并制作相应的能源图表；所述人机操作界面用于实时显示所述能源图表。
本发明可以实现对园区内的电力监视、多能源监视、电能质量监测、环境监测、分层分区全景监控；系统根据园区运营情况和能源需求制定日前、日内、实时的多时间尺度的协调控制策略，确保电网安全可靠运行及可再生新能源利用最大化的前提下，整个优化周期内的电网运行成本最低。
如图1所示，具体实施过程中采用了两个交换机设备，分别为主交换机和交换机(备用)，此处主交换机与交换机(备用)是冗余配置，是一种通信设备，正常情况下是主交换机正常使用，若主交换机故障了，交换机(备用)这个冗余配置的交换机就会代替主交换机工作，主要是为了增加系统通信的可靠性。
具体地，所述能源图表包括：园区内光伏发电设备、风力发电设备的实时发电曲线，园区内用能设备的用电量，园区用能成本构成情况，园区能效分析图表，园区经济效益图。
如图2所示为园区综合能源管控系统的软件架构图，主要包括基础支撑平台和应用平台，基础支撑平台层在整个体系结构中处于核心地位，包含数据服务板块、数据中心板块、基础服务板块等，提供交互机制，提供适当的数据访问服务、图形界面、告警服务等；数据服务板块包括：模型标准、交互接口、数据调度；数据中心板块包括：基础数据、事件数据、资产数据、运行数据、业务数据、交易数据；基础服务板块包括：权限管理服务、工作流服务、图形服务、安全服务、GIS服务、网络服务；应用平台主要包括能源预测板块、能源调控板块、能源诊断板块、能源运维板块；能源预测板块主要包括：光伏发电预测模块、风力发电预测模块以及用能预测模块；能源调控板块主要包括：能源监测模块、能源告警模块、能源调控模块、经济运行模块、充电桩有序控制模块、需求响应模块、冷热电多能控制模块、全景监控模块、光伏监控模块、风机调控模块、充电桩监控模块；能源诊断板块包括：能源审计模块、能效诊断模块、节能改造模块、能耗分析模块、能效分析模块、效益分析模块；能源运维板块包括：检修抢修模块、资产管理模块、专项运维模块、社会化运维模块。
本实施例综合能源管控系统的运行方法为：园区日常运行情况下，主网电压、频率正常。分布式光伏、风机并入园区配电网；
通过采集服务器采集园区内供能设备和用能设备的运行参数；包括采集分布式光伏、风机的并网点开关状态、电压、电流、功率、发电量等参数、充电桩设备的输出功率、电压、电流、开关状态等参数以及照明设备、空调、动力设备的用电参数；
通过采集服务器采集园区所在地理位置的实时环境参数；包括采集园区内的温度、风速及光照强度等参数；
应用服务器结合园区历史供能数据、实时环境参数及供能设备的运行参数，对园区进行供能预测；包括对分布式光伏、风机进行日前发电预测、日内发电预测、实时发电预测；
应用服务器结合园区历史用能数据、实时环境参数及用能设备的运行参数，对园区进行用能预测；园区综合能源管控系统结合历史数据和园区日常运营情况，找到高耗能设备，制定节能策略，基于节能策略对园区进行日前用能(电、冷、热等)预测、日内用能(电、冷、热等)预测、实时用能(电、冷、热等)预测；
应用服务器基于供能预测、用能预测以及实时电价，制定园区多能协同优化策略，并将所述优化策略下发给园区内的供能设备和用能设备执行；园区综合能源管控系统基于园区日前发电预测和日前用能预测，结合电价政策，进行分时段调度计划；
通过监控工作站实时监控供能设备和用能设备执行所述优化策略的过程，并根据园区内的实时环境参数、供能预测和用能预测对所述优化策略进行调整；
通过报表工作站实时统计执行所述优化策略过程中的环境参数、供能设备和用能设备的运行参数，并将统计的数据传送给数据服务器进行存储；
通过人机操作界面实时显示园区的环境参数、供能设备和用能设备的运行参数。
具体地，所述供能设备包括：光伏发电设备、风力发电设备、充电桩设备、电蓄热系统、冰蓄冷系统；所述用能设备包括：照明设备、动力设备、空调设备；所述电蓄热系统通过将电力能源转化为热量存储起来，为园区供热；所述冰蓄冷系统通过将电力能源转换为冷量存储起来，为园区供冷；
进一步地，所述照明设备、动力设备、空调设备由负荷控制系统独立控制；所述光伏发电设备由光伏控制系统独立控制；所述风力发电设备由风机控制系统独立控制；所述充电桩设备由充电桩管理系统独立控制；所述点蓄热系统、冰蓄冷系统由蓄冷蓄热系统独立控制；所述负荷控制系统、光伏控制系统、风机控制系统、充电桩管理系统、蓄冷蓄热系统通过与采集服务器通过交换机通信连接。
具体地，所述采集服务器至少包括温度传感器、风速传感器、光照度传感器、电压表、电流表、电能表；所述温度传感器用于检测园区内的空气温度，所述风速传感器用于检测园区内风力发电设备所处位置的风力等级，所述光照度传感器用于检测光伏发电设备所处位置的光照强度；所述电压表、电流表、电能表用于检测园区内供能设备和用能设备的运行参数。
具体地，所述多能协同优化策略具体为：
在白天，比较光伏发电设备、风力发电设备的供能预测情况和用能设备的用能预测情况，若光伏发电设备、风力发电设备的发电量超过用能设备的用电量，则将超出的发电量进行蓄冷蓄热，为园区供冷或供热；
在夜晚，比较风力发电设备的供能预测情况和用能设备的用能预测情况，若风力发电设备的发电量超过用能设备的用电量，则将超出的发电量进行蓄冷蓄热，同时利用峰谷电差价，将一部分市电用于蓄冷蓄热，为园区供冷或供热；由于夜晚的用电量处于一天用电量中的低谷时期，该时段的电费也是最便宜的，因此可以利用夜晚时间段，将一部分市电通过并蓄冷系统转化为冷量存储起来，等到白天用电高峰时，再将冷量释放以缓解中央空调的压力，从而将用电成本降到最低；保证分布新能源的最大化利用，并参与削峰填谷。
园区综合能源管控系统制定分时段的日前调度计划，根据日内、实时的发电预测和负荷预测对调度策略作出调整，完成园区多时间尺度的综合能源协调控制，保证系统运行的稳定性，实现园区最优化运行。
尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。
Claims (7)
1.一种适用于园区的综合能源管控方法，其特征在于，包括以下步骤：
通过采集服务器采集园区内供能设备和用能设备的运行参数；
通过采集服务器采集园区所在地理位置的实时环境参数；
应用服务器结合园区历史供能数据、实时环境参数及供能设备的运行参数，对园区进行供能预测；
应用服务器结合园区历史用能数据、实时环境参数及用能设备的运行参数，对园区进行用能预测；
应用服务器基于供能预测、用能预测以及实时电价，制定园区多能协同优化策略，并将所述优化策略下发给园区内的供能设备和用能设备执行；
通过监控工作站实时监控供能设备和用能设备执行所述优化策略的过程，并根据园区内的实时环境参数、供能预测和用能预测对所述优化策略进行调整；
通过报表工作站实时统计执行所述优化策略过程中的环境参数、供能设备和用能设备的运行参数，并将统计的数据传送给数据服务器进行存储；
通过人机操作界面实时显示园区的环境参数、供能设备和用能设备的运行参数。
2.根据权利要求1所述的一种适用于园区的综合能源管控方法，其特征在于，所述供能设备包括：光伏发电设备、风力发电设备、充电桩设备、电蓄热系统、冰蓄冷系统；所述用能设备包括：照明设备、动力设备、空调设备；所述电蓄热系统通过将电力能源转化为热量存储起来，为园区供热；所述冰蓄冷系统通过将电力能源转换为冷量存储起来，为园区供冷。
3.根据权利要求1所述的一种适用于园区的综合能源管控方法，其特征在于，所述环境参数包括温度、风速及光照强度。
4.根据权利要求1所述的一种适用于园区的综合能源管控方法，其特征在于，所述采集服务器至少包括温度传感器、风速传感器、光照度传感器、电压表、电流表、电能表。
5.根据权利要求1所述的一种适用于园区的综合能源管控方法，其特征在于，所述多能协同优化策略具体为：
在白天，比较光伏发电设备、风力发电设备的供能预测情况和用能设备的用能预测情况，若光伏发电设备、风力发电设备的发电量超过用能设备的用电量，则将超出的发电量进行蓄冷蓄热，为园区供冷或供热；
在夜晚，比较风力发电设备的供能预测情况和用能设备的用能预测情况，若风力发电设备的发电量超过用能设备的用电量，则将超出的发电量进行蓄冷蓄热，同时利用峰谷电差价，将一部分市电用于蓄冷蓄热，为园区供冷或供热。
6.一种适用于园区的综合能源管控系统，其特征在于，包括应用服务器、监控工作站、报表工作站、数据服务器、采集服务器、交换机、人机操作界面；所述应用服务器、监控工作站、报表工作站、数据服务器、采集服务器通过所述交换机接入园区局域网；所述采集服务器用于采集园区内供能设备、用能设备的运行参数及环境参数，并将采集到的参数信息上传至局域网；所述数据服务器用于存储园区历史环境参数及对应的供能设备、用能设备的运行参数；所述应用服务器用于根据历史供能数据、历史用能数据、实时环境参数、供能设备及用能设备的实时运行参数制定园区多能协同优化策略；所述监控工作站用于实时监控供能设备和用能设备执行所述优化策略的过程，并根据园区内的实时环境参数、供能预测和用能预测对所述优化策略进行调整；所述报表工作站实时统计执行所述优化策略过程中的环境参数、供能设备和用能设备的运行参数，并制作相应的能源图表；所述人机操作界面用于实时显示所述能源图表。
7.根据权利要求6所述的一种适用于园区的综合能源管控系统，其特征在于，所述能源图表包括：园区内光伏发电设备、风力发电设备的实时发电曲线，园区内用能设备的用电量，园区用能成本构成情况，园区能效分析图表，园区经济效益图。
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