CN110503238A - 一种智慧能源多能互补评价可视化实证平台 - Google Patents
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Abstract
一种智慧能源多能互补评价实证可视化平台，包括基础设备层、数据传输层、数据处理层和展示层。基础设备层包括分布式能源设备、环境监测设备及能量计量终端，为所述智慧能源多能互补评价实证平台提供原始数据；基础设备层设备包括光伏阵列、风电机组、储能变流器、蓄电池组、负载、冷热电三联供、蓄冷/热、智能表、气象站及地源热泵系统。数据传输层中对基础设备层设备的数据进行采集，通过以太网传输至数据处理层，数据处理层对采集的基础设备层数据进行处理、分析之后通过以太网将结果传输到展示层进行发布展示。展示层设置的指数发布模块、统计分析模块、平台设置模块及系统优化模块实现分析结果以及能源计量管理的个性化展示等人机交互功能。
Description
技术领域
本发明涉及一种电力系统运行评价装置。
背景技术
随着我国可再生能源产业的飞速发展，智慧能源多能互补系统相关技术也得到了一定程度的发展。目前，对于能源系统资源优化配置的大范围内实现、能源综合利用效率的提高、可再生能源的发展、清洁低碳及安全高效现代能源体系的建设等方面来说，智慧能源多能互补系统是一种极具深远意义的重要措施。
就智慧能源多能互补系统推广及发展而言，标准的监测评价体系以及评估平台是必不可少的。目前，现有的方法不具备普适性，往往针对局部单一的系统进行实证评估，缺乏同一时刻下多个系统间的评估对比，统一的评价平台相对缺乏，使得智慧能源多能互补系统在不同的时间维度、规模大小、供能方式下缺乏统一有效的评价系统平台，在一定程度上制约或阻碍了智慧能源多能互补系统的发展。此外，对于智慧能源多能互补系统来说，能源计量管理系统以及评价系统平台的设计基本相互独立且各自单独运行，导致了大量的资源浪费。
专利CN201420310184.7中提出了一种应用于燃气分布式能源系统监测和能效评估系统，实现了对天然气分布式能源系统运行情况以及能效水平的在线监测和客观评估，其本质是针对天然气分布式能源系统的在线监测以及能效评估系统，评价指标以及适用对象相对单一。目前国内现有技术尚无针对智慧能源多能互补系统的在线监测以及综合评估的可视化系统平台。
发明内容
为了填补智慧能源多能互补系统领域综合监测评估可视化系统平台相关的技术空白，本发明提出一种智慧能源多能互补评价可视化实证平台。该可视化实证平台除了可实现对多时间维度及多供能方式下不同规模的智慧能源多能互补系统的评价及发布之外，还兼顾能源计量管理功能，能够实现智慧能源分布式系统的在线监测及综合性能评估，还可对智慧能源多能互补系统的历史运行数据进行评估分析展示。此外，该可视化实证平台实现了对多个系统同时进行实证评估的功能。本发明可实现多种能源数据采集、多能互补运行数据分析及评估、评价指标的可视化展示、多种系统方案对比、生成优化方案报告等功能，基于大数据平台技术，实现智慧能源大数据的采集、处理、查询及分析，通过对评价结果的分析，验证评价方法的可行性，实现对智慧能源多能互补系统的整个生命周期的多维度的全面评价。
所述的智慧能源多能互补评价实证可视化平台包括：基础设备层、数据传输层、数据处理层和展示层。数据传输层中对基础设备层中各个设备的数据进行采集，然后通过以太网传输至数据处理层，数据处理层对采集的基础设备层数据进行处理、分析之后通过以太网将结果传输到展示层进行发布展示。
所述基础设备层包括分布式能源设备、环境监测设备及能量计量终端，为本发明智慧能源多能互补评价实证平台提供原始数据。基础设备层设备包括但不限于：光伏阵列、风电机组、储能变流器、蓄电池组、负载、冷热电三联供、蓄冷/热、智能表、气象站以及地源热泵系统。
所述数据传输层包括采集器以及相关通讯设备，可实现对基础设备层各设备的实时数据采集，然后将采集到的数据通过以太网传输到数据处理层。系统中布置的水、电、气、热等能源计量设备负责监测系统运行状态，通过采集器进行本地能源数据的采集；同时，供能质量检测设备、气象设备等作为辅助数据源也通过采集器进行多源数据的融合。采集器通过远程通讯网络将本地数据上传至数据中心私有云平台进行数据存储和分析。采集器可以采集能源计量设备、分布式电源设备、用能信息采集终端、用能质量检测设备、气象系统以及费率发布系统的状态类数据、测量类数据、计量类数据、事件类数据；采集器设备提供RS232/RS485串口、以太网网口、GPRS无线模块等多种通讯方式。其中，为了满足不同多能互补系统中不同设备的业务功能需求，数据采集器的采集频率可设置为秒级、分钟级、小时级等。
所述数据处理层对数据传输层采集到的基础设备层的原始数据进行存储及清洗处理。适用于多能互补系统能效、经济和可靠性等关键指标的评估模型均为事先搭建好的标准化评估模型。每个评价指标对应固定的标准化评价模型，这些评价模型中的各个计算参数来自于清洗后数据以及可编辑的预设数据。通过所设置的评估模型对多能互补系统进行分项及综合评估，得出评价结果。
数据处理功能主要负责对所采集的原始数据进行数据清洗，对异常数据、缺失数据进行抛弃、均分填充处理，清洗前后的数据分别存入数据中心相应的数据库里面，以便于快速有效的调用相应的数据。当需要对系统中某个评价指标进行评估时，将处理后数据输入到与该评价指标相对应的评价模型中计算处理，可得出该评价指标的评价结果。系统中所有评价指标均按此流程进行评估计算。评价结果以及系统的关键实时运行参数通过以太网送到展示层进行可视化展示，实现能源综合服务平台的能源计量管理和公共服务平台的评价指标发布功能。
所述展示层包括指数发布模块、统计分析模块、平台设置模块及系统优化模块等四大功能模块。通过对展示层四大功能模块的划分，可对系统的运行参数以及评价结果进行更为细致的个性化功能性展示。实现智慧能源多能互补系统能源计量管理以及系统评价功能。
所述指数发布模块分为首页、系统集中展示以及系统单独展示功能。
所述首页是对智慧能源多能互补系统评价指数进行发布显示，显示功能包括但并不限于滚动发布不同城市不同系统的综合指数、发布实时监控系统的总量以及发布指数最优系统信息等。可实现多个多能互补系统评价结果的同步实施展示。其中，使用不同的颜色对综合指数等级优劣的进行区分，并对各种颜色所表示含义进行标注。
所述系统集中展示是对综合指数、系统类别，运行状态等全部的微网信息进行排列显示。其中，通信状态使用显示字体的亮暗进行区分，综合指数值的优劣使用颜色进行区分并对颜色所表示含义进行标注，系统单类别使用标识进行区分。
所述系统单独展示是对智慧能源多能互补系统的信息以及评价指标进行分页显示，包括微网系统信息页以及评价指数页。所述微网信息页中，上层显示供用能计量数据、环境监测数据等；下层显示系统拓扑、主要设备及监测数据。所述评价指数页中，左侧显示评价指标，右侧显示对标及排名，指标关联分析等。其中，使用折线图对指标对比进行展示，时间单位使用的是评价周期；默认显示的是综合评价指数，对于不同指标的显示可通过点击指标名称来完成；对于指标的关联分析使用雷达图进行展示。
所述统计分析模块分为统计功能、查询功能以及报告生成。
所述统计功能实现水、电、气、热能源监测数据的统计，评价指标的排名、区域对比、同类系统对比。其中，使用折线图表示测量数据，使用柱状图展示计量数据。
所述查询功能实现对不同系统、不同设备在任意时间区间内的历史数据的查询、绘图以及导出。其中，数据以数据列表的形式展示，可导出Excel文件。
所述报告生成实现对单一微电网系统运行评估报告以及指数发布报告的生成。其中，可对系统评估报告模板、指数发布报告模板进行编辑，并可录入主观评价信息。
所述平台设置模块包括用户角色设置、系统参数设置、评估模型设置以及评估模型管理。
所述用户角色设置将用户分为游客、业主、指标发布者以及平台开发者四类角色，不同角色对应不同的使用权限。游客的权限仅限于对首页发布信息的浏览；业主的权限为对自由系统的浏览及查询；指标发布者的权限可浏览以及查询所有的系统信息并对指标报告进行编辑、生成以及发布；平台开发者的可对用户角色、系统参数、评估模型以及模型参数进行设置。其中，用户名、密码、角色设置、管辖系统信息列表，可添加、删除、编辑。
所述系统参数设置可对微网系统的参数进行选择以及填写。系统信息包括：所属省份以及城市等地理位置信息、可再生能源类型以及容量等规模信息；光伏系统、三联供系统以及地源热泵系统等系统类型信息；光伏、电空调、燃气锅炉、吸收式制冷等功能设备信息；削峰填谷、需求侧响应等运行模式信息。其中，参数在下拉菜单中选择，可多选，可添加下拉菜单信息。
所述评估模型设置可对微网系统评估指标进行设置选择，对指标相对应的模型进行设置选择，对模型中变量对应的数据源进行设置选择。其中。指标可多选，模型唯一，数据源与检测设备对应。评估模型按照标准评价体系进行设置，可根据实际需求灵活选择。评价指标包括多能互补系统的能效、经济和可靠性等关键指标的评估模型。
所述评估模型管理可通过添加以及编辑评估模型公式的方法对评估模型进行设置，可通过添加、编辑分时电价、单位容量投运费用、设备效率等模型参数对模型参数进行管理，可通过对评估指数的参考值的设置对评估指数进行管理。其中，公式中变量标识唯一，区分可变参数和变量。
所述系统优化模块分为方案对比以及优化方案。
所述方案对比实现优化方案参数的录入、仿真数据的导入以及优化方案以及原方案评价指标的对比。其中，保存典型系统、工况仿真数据模型，可编辑、可调用。
所述优化方案实现优化方案报告的生成。其中，系统优化方案报告模板可编辑，主观评价信息可录入。
所述基础设备层以及数据传输层可根据实际系统的位置进行设计布置，每个系统对应独立的基础设备层以及数据传输层。所述数据处理层以及展示层可对应单个系统也可对应多个系统。基于此，本发明实现了同一时刻下对不同的多能互补系统进行并行的评估、对比、分析以及展示功能。不仅适用于单一多能互补系统，还适用于大规模多能互补系统集群。此外，由于本系统进行模块化设计，可以对某一时间段内其他采集系统采集到的多能互补系统的数据输入到数据处理层进行处理分析最后在展示层进行结果展示，体现了本发明智慧能源多能互补评价实证平台的使用灵活性。
本发明基于单一能源领域的认证评价的基础，设计出可实现多种能源数据采集、多能互补运行数据分析及评估、评价指标的可视化展示以及能源计量管理功能的一种智慧能源多能互补评价可视化实证平台。
附图说明
图1为本发明智慧能源多能互补系统结构框图；
图2为本发明智慧能源多能互补评价可视化实证平台实施流程图；
图3为本发明智慧能源多能互补评价可视化实证平台展示层功能模块划分图。
具体实施方式
以下结合附图以及具体实施方式进一步说明本发明。
如图1所示，本发明智慧能源多能互补评价可视化实证平台包括：基础设备层、数据传输层、数据处理层和展示层。数据传输层中对基础设备层中各个设备的数据进行采集，然后通过以太网传输至数据处理层，数据处理层对采集的基础设备层数据进行处理、分析之后通过以太网将结果传输到展示层进行发布展示。
所述基础设备层包括分布式能源设备、环境监测设备及能量计量终端，为本发明智慧能源多能互补评价实证平台提供原始数据。基础设备层设备包括但不限于：光伏阵列、风电机组、储能变流器、蓄电池组、负载、冷热电三联供、蓄冷/热、智能表、气象站以及地源热泵系统。
所述数据传输层包括采集器以及相关通讯设备，可实现对基础设备层各设备的实时数据采集，然后将采集到的数据通过以太网传输到数据处理层。系统中布置的水、电、气、热等能源计量设备负责监测系统运行状态，通过采集器进行本地能源数据的采集；同时，供能质量检测设备、气象设备等作为辅助数据源也通过采集器进行多源数据的融合。采集器通过远程通讯网络将本地数据上传至数据中心私有云平台进行数据存储和分析。采集器可以采集能源计量设备、分布式电源设备、用能信息采集终端、用能质量检测设备、气象系统以及费率发布系统的状态类数据、测量类数据、计量类数据、事件类数据；采集器设备提供RS232/RS485串口、以太网网口、GPRS无线模块等多种通讯方式。其中，为了满足不同多能互补系统中不同设备的业务功能需求，数据采集器的采集频率可设置为秒级、分钟级、小时级等。
所述数据处理层对数据传输层采集到的基础设备层的原始数据进行存储及清洗处理。适用于多能互补系统能效、经济和可靠性等关键指标的评估模型均为事先搭建好的标准化评估模型。每个评价指标对应固定的标准化评价模型，这些评价模型中的各个计算参数来自于清洗后数据以及可编辑的预设数据。通过所设置的评估模型对多能互补系统进行分项及综合评估。
数据处理功能主要负责对所采集的原始数据进行数据清洗，对异常数据、缺失数据进行抛弃、均分填充处理，清洗前后的数据分别存入数据中心相应的数据库里面，以便于快速有效的调用相应的数据。当需要对系统中某个评价指标进行评估时，将处理后数据输入到与该评价指标相对应的评价模型中计算处理，可得出该评价指标的评价结果。系统中所有评价指标均按此流程进行评估计算。评价结果以及系统的关键实时运行参数通过以太网送到展示层进行可视化展示，实现能源综合服务平台的能源计量管理和公共服务平台的评价指标发布功能。
本发明智慧能源多能互补评价可视化实证平台的具体工作步骤如图2所示，此处针对评价指标中系统综合能源利用效率进行举例说明：
步骤1：数据采集；
数据传输层的数据采集器匹配现场各种设备仪表的通讯规约，对数据包进行解析，并上传到数据处理层的云平台数据中心里面。
步骤2：实时数据存储；
数据处理层中的数据接收程序负责对采集器上传的数据进行解密解析，按照规范将解析的数据存储入数据中心的数据库。
步骤3：数据清洗；
数据处理层的数据清洗程序对异常数据、缺失数据进行抛弃、均分填充处理，并将处理后数据存入数据中心相应的数据库。
步骤4：数据挖掘；
对指标数据进行多维度建模，将数据清洗后的指标数据导入以下公式，计算系统综合能源利用效率：
式中：
η为评价周期内系统综合能源利用效率；
Won为评价周期内并网点向电网输送的电量，单位为MJ；
Wload为评价周期内负荷用电，单位为MJ；
Qc为评价周期内累计供冷量，单位为MJ；
Qh为评价周期内累计供热量，单位为MJ；
Wch为评价周期内储能系统充电电量，单位为MJ；
Wdls为评价周期内储能系统放电电量，单位为MJ；
Wch-Wdls为表示储能系统剩余电量，单位为MJ；
Woff为评价周期内并网点从电网获得的电量，单位为MJ；
W0为分布式能源累计总发电电量，单位为MJ；
D为当地电网每度电折算为标准煤量，单位为kgce/kWh；
q为标准煤热值，单位为MJ/kg；
i为系统内分布式微源的数量；
fi为系统消耗第i种非可再生能源实物量；
pi第i种非可再生能源按能量当量值折算系数；
m为非可再生能源消耗的数目；
所述综合能源利用效率中各个参数除D、q、pi、m是通过所述评估模型设置界面进行编辑设置之外，其余各参数均来自对系统采集的原始数据进行清洗后的数据。执行的评价结果集存储到数据处理层中数据中心相应的数据库中。
步骤5：数据展示；
通过展示层中Web服务器对评价数据进行发布，如图3所示，展示层的可视化显示界面共分为指数发布模块、统计分析模块、平台设置模块以及系统优化模块等四大功能模块。所述的智慧能源多能互补评价实证可视化平台兼具多能互补系统能量管理以及智慧城市多能互补系统评价指标发布的功能。
本发明的优点体现在：
1、本发明智慧能源多能互补评价实证可视化平台具有普遍适用性，可对任意规模、系统类型、系统组成的多能互补系统进行评价分析。
2、本发明智慧能源多能互补评价实证可视化平台使用模块化设计，具有较高的使用灵活性。
3、本发明智慧能源多能互补评价实证可视化平台不仅可对已建成多能互补系统进行评估分析，还可以对规划中的系统进行评估预测，对多能互补系统的规划建设起到一定的参考作用。
4、本发明智慧能源多能互补评价实证可视化平台可实现对多系统的同时监测，对大规模微电网群的发展起到一定的积极促进作用。
5、本发明智慧能源多能互补评价实证可视化平台除用于评价指标发布之外还兼顾能源计量管理功能。
Claims (5)
1.一种智慧能源多能互补评价实证可视化平台，其特征在于：所述的智慧能源多能互补评价实证可视化平台包括基础设备层、数据传输层、数据处理层和展示层；数据传输层中对基础设备层中各个设备的数据进行采集，通过以太网传输至数据处理层，数据处理层对采集的基础设备层数据进行处理、分析之后通过以太网将结果传输到展示层进行发布展示；
所述基础设备层包括分布式能源设备、环境监测设备及能量计量终端，为所述智慧能源多能互补评价实证平台提供原始数据；
所述数据传输层包括采集器以及相关通讯设备，能够实现对基础设备层各设备的实时数据采集，然后将采集到的数据通过以太网传输到数据处理层；
所述数据处理层对数据传输层采集的基础设备层的原始数据进行存储及清洗处理；通过所设置的评估模型对多能互补系统进行分项及综合评估，得出评价结果；系统中所有评价指标均按此流程进行评估计算；评价结果以及系统的关键实时运行参数通过以太网送到展示层进行可视化展示；
所述展示层包括指数发布模块、统计分析模块、平台设置模块及系统优化模块；
所述指数发布模块分为首页、系统集中展示及系统单独展示功能；
所述首页是对智慧能源多能互补系统评价指数进行发布显示，显示功能包括滚动发布不同城市不同系统的综合指数、发布实时监控系统的总量及发布指数最优系统信息；
所述系统集中展示是对综合指数、系统类别，运行状态这些微网信息进行排列显示；
所述系统单独展示是对智慧能源多能互补系统的信息及评价指标进行分页显示；
所述统计分析模块分为统计功能、查询功能以及报告生成，实现水、电、气、热能源监测数据的统计，评价指标的排名、区域对比、同类系统对比；
所述查询功能实现对不同系统、不同设备在任意时间区间内的历史数据的查询、绘图以及导出；
所述报告生成实现对单一微电网系统运行评估报告及指数发布报告的生成；
所述平台设置模块包括用户角色设置、系统参数设置、评估模型设置，以及评估模型管理；
所述用户角色设置将用户分为游客、业主、指标发布者以及平台开发者四类角色，不同角色对应不同的使用权限；游客的权限仅限于对首页发布信息的浏览；业主的权限为对自由系统的浏览及查询；指标发布者的权限为浏览及查询所有的系统信息并对指标报告进行编辑、生成以及发布；平台开发者的可对用户角色、系统参数、评估模型以及模型参数进行设置；
所述系统参数设置可对微网系统的参数进行选择以及填写；系统信息包括：所属省份以及城市等地理位置信息、可再生能源类型以及容量等规模信息；光伏系统、三联供系统以及地源热泵系统等系统类型信息；光伏、电空调、燃气锅炉、吸收式制冷等功能设备信息；削峰填谷、需求侧响应等运行模式信息；
所述评估模型设置为：对微网系统评估指标进行设置选择，对指标相对应的模型进行设置选择，对模型中变量对应的数据源进行设置选择；
所述评估模型管理通过添加以及编辑评估模型公式的方法对评估模型进行设置，通过添加、编辑分时电价、单位容量投运费用、设备效率等模型参数对模型参数进行管理，通过对评估指数的参考值的设置对评估指数进行管理；
所述系统优化模块分为方案对比以及优化方案；
所述方案对比实现优化方案参数的录入、仿真数据的导入，以及优化方案及原方案评价指标的对比；
所述优化方案实现优化方案报告的生成。
2.如权利要求1所述的智慧能源多能互补评价实证可视化平台，其特征在于：所述的基础设备层设备包括光伏阵列、风电机组、储能变流器、蓄电池组、负载、冷热电三联供、蓄冷/热、智能表、气象站及地源热泵系统。
3.如权利要求1所述的智慧能源多能互补评价实证可视化平台，其特征在于：所述的采集器采集能源计量设备、分布式电源设备、用能信息采集终端、用能质量检测设备、气象系统及费率发布系统的状态类数据、测量类数据、计量类数据、事件类数据；所述采集器设备提供RS232/RS485串口、以太网网口及GPRS无线模块；为了满足不同多能互补系统中不同设备的业务功能需求，采集器的采集频率设置为秒级、分钟级或小时级。
4.如权利要求1所述的智慧能源多能互补评价实证可视化平台，其特征在于：所述的数据处理层中，所设置的适用于多能互补系统能效、经济和可靠性这类指标的评估模型均为事先搭建好的标准化评估模型；每个评价指标对应固定的标准化评价模型，这些评价模型中的各个计算参数来自于清洗后数据及可编辑的预设数据。
5.如权利要求1所述的智慧能源多能互补评价实证可视化平台，其特征在于：所述智慧能源多能互补评价实证可视化平台的工作步骤如下：
步骤1：数据采集；
数据传输层的采集器匹配现场各种设备仪表的通讯规约，对数据包进行解析，并上传到数据处理层的云平台数据中心；
步骤2：实时数据存储；
数据处理层中的数据接收程序对采集器上传的数据进行解密解析，按照规范将解析的数据存储入数据中心的数据库；
步骤3：数据清洗；
数据处理层的数据清洗程序对异常数据、缺失数据进行抛弃、均分填充处理，并将处理后数据存入数据中心相应的数据库；
步骤4：数据挖掘；
对指标数据进行多维度建模，将清洗后数据输入各个评价模型中进行处理，执行的评价结果集存储到数据处理层中数据中心相应的数据库中；
步骤5：数据展示；
通过展示层中的Web服务器发布评价数据，实现可视化显示。
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