CN110728393A - 一种面向综合能源管理的系统及智能用户终端 - Google Patents

Abstract

一种面向综合能源管理的系统，系统基于综合能源开放互动通信数据模型及用户端综合能源多能互补与需求响应联合优化策略对用户侧负荷能源的用能进行优化，系统包括：注册登录模块，向用户端提供注册基本信息的注册窗口和向用户端提供登录系统的登录窗口；能源管理模块，对用户侧负荷和分布式能源进行控制管理及对用户侧智能负荷的用能进行优化；能源监测模块，对用户侧负荷的能源情况、天气状况及负荷状态进行实时监测；能源查询模块，供用户端查询价格、用能结算、电子账单及能效分析。通过该系统实现用户和电网的实时双向互动，实现了用户侧负荷参与电网需求调节，平衡分布式发电资源波动，提高电力系统可控性和稳定性。

Description

一种面向综合能源管理的系统及智能用户终端

技术领域

本发明涉及能源优化管理技术领域，具体涉及一种面向综合能源管理的系统及智能用户终端。

背景技术

面对日益严峻的能源形势和国家大力倡导的新能源政策的推动，综合能源管理的相关技术研究和工程示范都已经提上日程。在未来多方互动的能源交易模式及多能源互补运行的网络状况下，充分挖掘综合能源系统中柔性负荷及分布式能源的调度潜力，不论是对分布式能源消纳、电网削峰填谷，还是参与提供辅助服务都具有重要意义。

用户端作为综合能源系统的末端环节，由被动的能源消纳者转变为主动的能源产消者，用户侧资源对整个综合能源系统能量流动及交易的决策问题将影响综合能源系统的整体规划和运行维护。目前国内外对关于综合能源系统用户侧资源的优化配置、交易决策及优化运行的研究还很少。

发明内容

为实现用户侧负荷使用能源最优化，根据第一方面，一种实施例中提供一种面向综合能源管理的系统，系统基于综合能源开放互动通信数据模型及用户端综合能源多能互补与需求响应联合优化策略对用户侧负荷能源的用能进行优化，系统包括：

注册登录模块，向用户端提供注册基本信息的注册窗口和向用户端提供登录所述系统的登录窗口；

能源管理模块，对用户侧负荷和分布式能源进行控制管理及对用户侧智能负荷的用能进行优化；

能源监测模块，对用户侧负荷的能源情况、天气状况及负荷状态进行实时监测；

能源查询模块，供用户端查询价格、用能结算、电子账单及能效分析。

一种实施例中，用户侧负荷包括但不限于家用电器、电动汽车、冷热供应设备。

一种实施例中，能源管理模块包括用能优化参数选择模块、家用电器子模块、电动汽车子模块和冷热供应设备子模块，其中：

所述用能优化参数选择模块向用户提供用能优化参数选择界面，所述用能优化参数至少包括经济参数、环保参数、节能参数和舒适度参数；

所述家用电器子模块向用户提供家用电器管理界面，所述家用电器管理界面根据用户对家用电器的需求及用户选择的用能优化参数向用户提供家用电器的优化控制管理；

电动汽车子模块向用户提供电动汽车管理界面，所述电动汽车管理界面根据用户对电动汽车的需求及用户选择的用能优化参数向用户提供电动汽车的优化充放电管理；

冷热供应设备子模块向用户提供冷热供应管理界面，所述冷热供应管理界面根据用户对冷热供应的需求及用户选择的用能优化参数向用户提供冷热供应的优化控制管理。

一种实施例中，所述能源管理模块还包括分布式能源管理子模块，用于对分布式光伏发电、风力发电、储能电池及冷热电联供进行管理。

一种实施例中，所述能源监测模块包括：

电量监测子模块，对用户侧用电设备进行电量监测；

天然气监测子模块，对用户侧用气设备进行天然气监测；

天气监测子模块，对当前天气状况、室外温度、最高温度、最低温度、风各、风速进行监测；

状态监测子模块，对用户侧负荷的当前工作状态及故障进行检测。

一种实施例中，所述能源查询模块包括：

价格查询模块，用于供用户查询电价和天然气价格；

用能结算模块，用于供用户查询当前账户余额以及账户状态，可进行充值或提同账户操作；

电子账单模块，用于供用户查询账户余额的历史变动记录；

能效分析模块，用于统计用户能源结构、可再生能源比例、碳排放量的能效数据。

根据第二方面，一种实施例中提供一种面向综合能源管理的智能用户终端，所述智能用户终端烧写有运行上述系统的程序。

一种实施例中，所述智能用户终端为安卓设备。

依据上述实施例的系统，具有以下效果：

1、通过该系统实现用户和电网的实时双向互动，实现了用户侧负荷参与电网需求调节，平衡分布式发电资源波动，提高电力系统可控性和稳定性，这是智能电网建设的重要环节。

2、开发的面向综合能源管理的系统适用于安卓设备，具备良好的可扩展性、适用性及较佳的用户体验，安卓设备作为综合能源系统的末端设备，将为综合能源系统的整体开放互联、能源优化提供用户层支撑，同时也将大幅提高用户侧能源管理智能化水平。

附图说明

图1为面向综合能源管理的系统应用原理图；

图2为用户端综合能源系统能源供应结构图；

图3为分布式风电和光伏24小时出力曲线图；

图4为优化前24小时电热冷负荷曲线图。

具体实施方式

下面通过具体实施方式结合附图对本发明作进一步详细说明。

本申请以用户为中心，对用户端分布式能源及柔性负荷的优化运行策略进行研究，旨在为综合能源系统大区域运行决策问题和规划设计提供用户层技术支撑，为综合能源系统上层交易策略、实时电价机制以及需求响应提供用户侧反馈。

综合能源管理的系统必须依赖先进的通信技术，以支撑多种能源的协调管理、用户侧资源参与需求响应、用户与电网实时互动、灵活交易等功能。综合能源系统的优化运行需要大规模的数据交互，因此有必要构建综合能源系统信息交互数据模型，研究涵盖能量流、信息流与价值流的融合数据模型。本申请以公共信息模型为基础，研究构建分布式能源及负荷的统一信息模型，对指导综合能源系统多源数据集成融合有重要意义。此外本申请还设计了支撑综合能源系统开放互动的通信接口、通信数据模型及通信系统架构，促进综合能源系统开放互联，为自动协调分布式能源与柔性负荷优化运行提供通信基础。

基于上述思路，本发明提出了一种面向综合能源管理的系统，基于综合能源开放互动通信数据模型及用户端综合能源多能互补与需求响应联合优化策略对用户侧负荷能源的用能进行优化，完成了该系统的设计与开发。

该系统设计的基础思路是：首先进行了面向综合能源管理的用户端需求分析，其次，基于需求分析内容，进行了系统总体设计，最后，基于需求分析内容，遵循总体设计，完成了面向综合能源管理的系统的软件开发与功能实现。

基于上述设计思路，本申请的系统包括如下部分，其应用原理图如图1所示。

注册登录模块，向用户端提供注册基本信息的注册窗口和向用户端提供登录系统的登录窗口；

能源管理模块，对用户侧负荷和分布式能源进行控制管理及对用户侧智能负荷的用能进行优化；

能源监测模块，对用户侧负荷的能源情况、天气状况及负荷状态进行实时监测；

能源查询模块，供用户端查询价格、用能结算、电子账单及能效分析。

下面，对能源管理、能源监测及能源查询功能的具体实现进行详细说明。

本例的用户侧负荷包括但不限于家用电器、电动汽车、冷热供应设备，相应的，本例的能源管理模块包含家用电器、电动汽车、冷热供应、分布式能源的管理以及用能优化管理。能源管理模块是用户对设备进行管理的平台，且对各设备的管理要实现全覆盖并且易于操作。能源管理模块的部分界面图如图1所示。

本例的能源管理模块包括用能优化参数选择模块、家用电器子模块、电动汽车子模块和冷热供应设备子模块，其中：

用能优化参数选择模块向用户提供用能优化参数选择界面，用能优化参数至少包括经济参数、环保参数、节能参数和舒适度参数。

家用电器子模块向用户提供家用电器管理界面，家用电器管理界面根据用户对家用电器的需求及用户选择的用能优化参数向用户提供家用电器的优化控制管理；该家用电器可以是空调、电视机、灯、热水器等。待用户进入家用电器管理界面后可选择具体设备进行详细管理操作。以空调设备管理为例，用户首先进入家用电器管理界面、然后点击空调，进入空调管理界面，可以实现空调开关控制，调节空调温度、风向及风速。

电动汽车子模块向用户提供电动汽车管理界面，电动汽车管理界面根据用户对电动汽车的需求及用户选择的用能优化参数向用户提供电动汽车的优化充放电管理。待用户进入电动汽车管理界面后，用户既可以进行手动的充放电控制，也可以设定用车需求，包括预计用车时间及期望行驶里程，通过智能优化算法将根据用户用车需求进行电动汽车优化管理，自动进行充放电并满足用户需求。

冷热供应设备子模块向用户提供冷热供应管理界面，冷热供应管理界面根据用户对冷热供应的需求及用户选择的用能优化参数向用户提供冷热供应的优化控制管理。待用户进入冷热供应管理界面后，用户可对生活热水及室内温度两类冷热负荷的管理，包括基准温度及可接受的波动范围设定。

另外，本例的能源管理模块还包括分布式能源管理子模块，用于对分布式光伏发电、风力发电、储能电池及冷热电联供进行管理。

待用户进入能源管理界面后可选择进入各个子模块进行操作，各子模块之间也可以通过点击导航栏进行切换。

本例的能源监测模块是用户对发电、用电情况、天然气使用情况、天气状况以及设备运行状态监测的平台。能源监测需要对所有设备的能源情况进行实时监测，并将监测数据直观显示以供用户查看。待用户进入能源监测界面后可选择进入各子模块，各子模块之间也可以通过点击导航栏进行切换。能源监测模块包括：

电量监测子模块，对用户侧用电设备进行电量监测；该用电设备分为家用电器、电动汽车、分布式电源(含储能)三类，分别监测各设备的当前功率、累积能量值并进行汇总合计以供用户查看。用户可点击“刷新”按钮重新获取实时数据。

天然气监测子模块，对用户侧用气设备进行天然气监测；该用气设备包括微型燃气轮机、燃气锅炉，分别监测各设备的当前流量、累积用气量并进行汇总合计以供用户查看。用户可点击“刷新”按钮重新获取实时数据。

天气监测子模块，对当前天气状况、室外温度、最高温度、最低温度、风各、风速进行监测；具体的，监测本地区当前天气数据，包括天气状况、室外温度、本日最高温度及最低温度、风向、风速等天气数据。

状态监测子模块，对用户侧负荷的当前工作状态及故障进行检测；用户侧负荷包括家用电器、电动汽车、分布式电源等，分别监测各设备的当前工作状态并进行故障检测，绿色表示设备正常，红色表示设备故障。用户可点击“刷新”按钮重新获取实时数据。

本例的能源查询模块包括价格查询、用能结算、电子账单以及能效分析，能源查询模块是用户完成用户端能源查询的平台，覆盖能源价格的查询、用能结算、历史账单查看以及能效分析。待用户进入能源查询界面后可选择进入各子模块，各子模块之间也可以通过点击导航栏进行切换。

具体的，能源查询模块包括：

价格查询模块，用于供用户查询电价和天然气价格；其中，电价为24小时实时电价，采用折线图为用户直观展示一天的电价走势，天然气为固定价格，当前时刻电价和天然气价格显示在下发表格中供用户准确查看。

用能结算模块，用于供用户查询当前账户余额以及账户状态，可进行充值或提同账户操作。

电子账单模块，用于供用户查询账户余额的历史变动记录；包括用能结算及用户的充值或提现账户操作记录。

能效分析模块，用于统计用户能源结构、可再生能源比例、碳排放量的能效数据。

本例的系统是基于安卓系统开发的，可以直接安装于现有的用户智能安卓终端中应用，如，现有的安卓系统的智能手机，在本例中，本例还提供一种基于该系统开发的面向综合能源管理的智能用户终端，该智能用户终端不是现有的智能手机，而是烧写了运行该系统软件程序的安卓设备，用户通过购买该智能用户终端能实现对家用所有负荷侧的能源进行优化管理。

需要说明的是，该智能用户终端的数据库采用了安卓设备内嵌的SQLite数据库实现，该数据库是一种轻量级关系型数据库，适用于手持设备中小规模数据量的存储。数据库使用中需要先创建数据库，然后创建数据库表，之后可以在数据库表中插入、查询、更新或删除数据。数据库表中列的数据类型在创建表时指定，SQLite支持任意数据类型的存储。数据库表中可以有一列字段为主键，主键可以唯一标识某条记录，任一条记录的该字段都是唯一的。

以空调为例说明本申请的系统对能源的优化管理，用户在空调管理界面中选择空调的工作模式(制冷工作模式和制热工作模式任选一种即可)，设置相应的温度参数、温度波动范围参数和优化目标参数，待空调起动后，该系统采集用户设置的各项参数，并根据该参数通过优化算法计算出最优的空调开启温度并反馈给用户，从而达到开启空调所需能源的最优化管理效果。

下面对上述系统对家用负荷侧的综合能源进行优化管理的应用进行举例说明。

整个用户端综合能源包括了电、气、冷、热多种能源，其能源供应结构图如图2所示。系统中分布式电源装机总容量包括光伏5kW、风电2kW、储能3.5kW/13.5kWh、微型燃气轮机8kW，各分布式电源及冷热电三联供系统具体参数分别见表1及表2；用户柔性负荷包括空调、电热水器、电动汽车，各负荷详细参数见表3。

表1分布式电源参数

表2冷热电三联供参数

表3负荷参数

目前我国需求响应机制尚不成熟，只在部分地区进行试点，因此本算例参考国内外需求响应相关资料进行需求响应机制设定，虽然未必完全符合实际情况。在本算例中，对用户端参与需求响应情景做出如下假设：假设包含电价性需求响应和激励性需求响应事件，采用了日前下发的实时电价，实时电价数据详见表4。在当天有激励性需求响应事件，表示用户在从18点开始，持续3个小时将用电总负荷调节在1.5kW以内，可获得0.5元经济补贴。一般情况下，分布式电源的上网电价要低于实时电价，代表电网收取一定的过网费，在算例中采用的上网电价与实时电价存在0.1元/kWh的差额。算例中天然气价为3.3元/m3。

表4 24小时实时电价数据

本算例以某典型日的用户端分布式能源出力和用户负荷量为优化对象，选取了夏季某典型日作为优化时段，根据当天根据天气状况预测的24小时风电和光伏理想出力曲线如图3所示，具体出力数据参见表5。当天初始时刻储能电量为30％。

表5 24小时风电和光伏预测出力数据

当天室外温度、生活热水用水量、电动汽车连接标志及用户非柔性电负荷需求数据参见表6，用户柔性负荷需求如表7。

表6室外温度、生活热水用水量、电动汽车连接标志及用户非柔性电负荷需求数据

表7柔性负荷需求表

根据当天天气预报状况和用户用能需求，得到优化前(室内温度和生活热水保持基准温度、电动汽车充电时间固定)的用户24小时电、热、冷负荷曲线如图4所示。

以上应用了具体个例对本发明进行阐述，只是用于帮助理解本发明，并不用以限制本发明。对于本发明所属技术领域的技术人员，依据本发明的思想，还可以做出若干简单推演、变形或替换。

Claims (8)

1.一种面向综合能源管理的系统，其特征在于，所述系统基于综合能源开放互动通信数据模型及用户端综合能源多能互补与需求响应联合优化策略对用户侧负荷能源的用能进行优化，所述系统包括：

注册登录模块，向用户端提供注册基本信息的注册窗口和向用户端提供登录所述系统的登录窗口；

能源管理模块，对用户侧负荷和分布式能源进行控制管理及对用户侧智能负荷的用能进行优化；

能源监测模块，对用户侧负荷的能源情况、天气状况及负荷状态进行实时监测；

能源查询模块，供用户端查询价格、用能结算、电子账单及能效分析。

2.如权利要求1所述的系统，其特征在于，所述用户侧负荷包括但不限于家用电器、电动汽车、冷热供应设备。

3.如权利要求2所述的系统，其特征在于，所述能源管理模块包括用能优化参数选择模块、家用电器子模块、电动汽车子模块和冷热供应设备子模块，其中：

所述用能优化参数选择模块向用户提供用能优化参数选择界面，所述用能优化参数至少包括经济参数、环保参数、节能参数和舒适度参数；

所述家用电器子模块向用户提供家用电器管理界面，所述家用电器管理界面根据用户对家用电器的需求及用户选择的用能优化参数向用户提供家用电器的优化控制管理；

所述电动汽车子模块向用户提供电动汽车管理界面，所述电动汽车管理界面根据用户对电动汽车的需求及用户选择的用能优化参数向用户提供电动汽车的优化充放电管理；

所述冷热供应设备子模块向用户提供冷热供应管理界面，所述冷热供应管理界面根据用户对冷热供应的需求及用户选择的用能优化参数向用户提供冷热供应的优化控制管理。

4.如权利要求3所述的系统，其特征在于，所述能源管理模块还包括分布式能源管理子模块，用于对分布式光伏发电、风力发电、储能电池及冷热电联供进行管理。

5.如权利要求1所述的系统，其特征在于，所述能源监测模块包括：

电量监测子模块，对用户侧用电设备进行电量监测；

天然气监测子模块，对用户侧用气设备进行天然气监测；

天气监测子模块，对当前天气状况、室外温度、最高温度、最低温度、风各、风速进行监测；

状态监测子模块，对用户侧负荷的当前工作状态及故障进行检测。

6.如权利要求1所述的系统，其特征在于，所述能源查询模块包括：

价格查询模块，用于供用户查询电价和天然气价格；

用能结算模块，用于供用户查询当前账户余额以及账户状态，可进行充值或提同账户操作；

电子账单模块，用于供用户查询账户余额的历史变动记录；

能效分析模块，用于统计用户能源结构、可再生能源比例、碳排放量的能效数据。

7.一种面向综合能源管理的智能用户终端，其特征在于，所述智能用户终端烧写有运行权利要求1-6任一项所述系统的软件程序。

8.如权利要求7所述的智能用户终端，其特征在于，所述智能用户终端为安卓设备。

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