发明内容
为克服上述现有技术的不足,本公开提供了基于多能协作的综合能源监控系统,目的是减少人工参与工作量,随时、实时生成控制策略,自动控制策略执行并可以根据执行情况实时做出变动,完成各种能耗需求响应。
为实现上述目的,本公开的一个或多个实施例提供了如下技术方案:
基于多能协作的综合能源监控系统,包括:
服务器,所述服务器与处理器通信,所述处理器接收实时采集的各类用能设备能耗数据,各用能设备实时数据进行用量统计、计费统计,并进行分钟级存储;
所述服务器基于处理器存储的数据、用能设备及供能设备响应能力配置数据,针对不同时段降耗和增耗实时生成控制策略;
所述服务器实时分析设备及关联设备运行状态,依据控制策略对各相关设备进行序列化操作控制,控制各类能耗设备投切、用量,达到降耗或增耗的目的。
进一步的技术方案,所述服务器在实时生成控制策略之前进行系统设备建模,构建可配置设备响应能力的综合能源设备拓扑模型,为供能设备、用能设备建档,标注设备供能、用能种类、额定功率、设备关联关系及设备层属。
进一步的技术方案,所述用能设备及供能设备响应能力配置数据包括:供能设备在不同时段可以增加或减少供能百分比,用能设备在不同时段可以增加或减少用能的百分比;
配置设备的需求响应能力需要考虑设备的重要程度、能耗功率、设备间的关联关系、设备的能源替代关系。
进一步的技术方案,所述处理器与数据采集模块通信,所述数据采集模块实时采集设备供能、用能数据,传给处理器进行计算、存储、监测,所述数据采集模块响应控制策略生成模块和控制策略执行模块的查询访问和控制命令下发给供能设备和用能设备。
进一步的技术方案,所述服务器实时生成控制策略时:获得外部降耗响应需求百分比、需要降耗的日期及时段、基线日期及时段;
先判断释放储能能源是否达到外部降耗百分比需求;
若无法达到就查询出所有响应种类是降耗的设备,按响应级别从高到低判断设备的响应条件是否满足;
若满足就统计降耗量并判断是否达到外部降耗百分比需求,若无法达到就循环执行上面的操作并统计判断;
若达到就查询满足条件设备的响应动作及关联设备的响应动作,生成按时间先后排列的序列化动作控制策略。
进一步的技术方案,所述服务器实时生成控制策略时:获得外部增耗响应需求百分、需要增耗的日期及时段、基线日期及时段;
先判断增加储能量是否达到外部增耗百分比需求;
若无法达到就查询出所有响应种类是增耗的设备,按响应级别从高到低判断设备的响应条件是否满足;
若满足就统计增耗量并判断是否达到外部增耗百分比需求,若无法达到就循环执行上面的操作并统计判断;
若达到就查询满足条件设备的响应动作及关联设备的响应动作,生成按时间先后排列的序列化动作控制策略。
进一步的技术方案,所述服务器实时生成控制策略时:
获得内部降耗响应需求百分比、需要降耗的日期及时段、基线日期及时段;
先查询出所有响应种类是降耗的设备,按响应级别从高到低判断设备的响应条件是否满足,若满足就统计降耗量并判断是否达到内部降耗百分比需求,若无法达到就循环执行上面的操作并统计判断;
若达到就查询满足条件设备的响应动作及关联设备的响应动作,生成按时间先后排列的序列化动作控制策略。
进一步的技术方案,所述服务器执行控制策略时,循环检测当前时间,按照控制策略中的序列化动作向数据采集通讯模块下发遥控指令,并实时统计系统当前用能数据,统计降耗/增耗百分比,判断是否完成了策略中的百分比目标,若未完成就执行部分备用操作,若完成就循环执行,直至策略执行完毕。
本公开还公开了一种综合能源能耗需求实时响应的智能控制方法,包括:
接收实时采集的各类用能设备能耗数据,各用能设备实时数据进行用量统计、计费统计,并进行分钟级存储;
基于处理器存储的数据、用能设备及供能设备响应能力配置数据,针对不同时段降耗和增耗实时生成控制策略;
实时分析设备及关联设备运行状态,依据控制策略对各相关设备进行序列化操作控制,控制各类能耗设备投切、用量,达到降耗或增耗的目的。
进一步的技术方案,实时生成控制策略时,对具备降耗或增耗能力的设备,按照响应等级从低到高,同等级内权重等级从低到高查找满足条件的设备,汇总计算在适合的时间段内的降耗或增耗量;
首先同响应等级内某一权重级别所有设备进行条件判断,若条件满足就加入汇总统计;
其次同响应等级所有权重级别设备汇总统计;
再次所有响应等级设备汇总统计;
最后是算降耗或增耗百分比;
用每次求得的降耗或增耗的百分比与目标百分比进行比较,超过就停止计算。
以上一个或多个技术方案存在以下有益效果:
本公开提出了一种综合能源设备配置需求响应能力的控制方法,通过分析各类能源设备的关联关系、耗能关系、调节时段,生成设备需求响应能力表作为策略生成和执行的判断依据,解决了能耗需求响应中人工分析成分过多、智能性不足、实时性差的问题。
本公开提出了一种基于设备能耗需求响应能力的能耗控制策略动态生成算法,分析设备历史、实时数据和响应能力,生成可序列化操作的需求响应策略和达成调节目标实时验证表。本算法自主智能、运算速度快,提高了需求响应策略的生成效率和准确性。
本公开提出了能耗需求响应策略自适应执行方法,针对策略执行效果进行递归计算验证,解决了能耗需求响应策略动态调整的难题,实现了能耗需求响应的智能化和自适应,提高了能耗需求响应执行的达成率。
具体实施方式
应该指出,以下详细说明都是示例性的,旨在对本公开提供进一步的说明。除非另有指明,本文使用的所有技术和科学术语具有与本公开所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。
需要注意的是,这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式,而非意图限制根据本公开的示例性实施方式。如在这里所使用的,除非上下文另外明确指出,否则单数形式也意图包括复数形式,此外,还应当理解的是,当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时,其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。
在不冲突的情况下,本公开中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
本公开提出的总体思路:
在综合能源管理系统中提前定义好各用能设备的用能种类(电、热、冷、气等)、不同时段能耗需求响应能力(降耗或增耗比例)以及响应条件、关联操作等,控制策略生成时针对任何时间段能耗需求响应要求,可以实时自动生成能耗需求响应策略,自动执行策略。
实施例一
参见附图1所示,本实施例公开了基于多能协作的综合能源监控系统,包括智能策略控制功能中心,智能策略控制功能中心分别与设备建模模块、数据采集通讯模块、数据处理模块、响应能力配置模块、控制策略生成模块、控制策略执行模块。
智能策略控制功能中心包括服务器,其中服务器分别与数据采集通讯模块、数据处理模块相连。其中,设备建模模块及响应能力配置模块、控制策略生成模块、控制策略执行模块被配置在服务器中。
在具体实施例子中,设备建模模块:主要用来建立企业能源信息模型,包括用户分布式能源接入情况和用户耗能设备情况。依据企业生产流程、能源使用流程和设备的部署关联关系,通过绘图工具绘制设备部署图形和耗能流程图;利用数据库编辑工具,对供能、用能设备在数据库中进行分类建档,标注设备供能、用能种类(主要分为电、热、冷、气等)、设备关联关系、设备层属、用能流程等。
数据采集通讯模块:对企业各种用能设备采集控制单元、计量器具,如:电表、水表、流量计、压力温湿度传感器等实时采集各类用能设备(如照明、空调、暖气、燃气、热水、生产设备等)能耗数据,进行有效性判断后传给数据处理模块;主要采用modbus、iec104等工业、电力规约采集。
相关采集数据量汇总如下:
用电参数:开关状态、电流、电压、有功功率、无功功率、累计电度、功率因数等。
耗水参数:水速、水压、水位、水温、进水量、排水量、累计用水量等。
耗气参数:压力、密度、温度、累计气量等。
耗热参数:进口/出口温度、流速、流量、压力、累计耗热量等。
耗冷参数:进口/出口温度、流速、流量、压力、累计耗冷量等。
分布式能源:光伏、风机、储能电池充放电电压、电流、功率、电量、告警等信息。
数据处理模块:对采集模块传送过来的各用能设备实时数据按区域、用户、用能种类等进行用量统计、计费统计,并进行分钟级存储;提供各种运算公式、函数,对数据进行加减乘除、积分等实时运算,并进行实时存储,供控制策略生成和执行模块访问获取,进行设备状态、用能量、供能量等的判断和计算,生成控制策略和执行控制策略。
响应能力配置模块:用来配置各参与需求响应的用能设备的常规运行时段,不同时段降耗响应百分比能力,降耗响应等级,降耗实施关联条件,降耗实施操作等;
用来配置用能、供能设备的常规停运时段,不同时段增耗响应百分比能力,增耗响应等级,增耗实施关联条件,增耗实施操作等。
控制策略生成模块:针对系统不同时段降耗和增耗生成控制策略。
降耗:策略生成模块获取能耗需求响应时段、降耗百分比,根据策略生成机制,分析各能耗设备在本时段内的运行状态,降耗响应等级和关联设备状态等,实时计算降耗数量,采用逼近算法,最终计算生成满足降耗需求响应要求的准确控制策略,包括详细的序列化控制操作步骤和累计达成的降耗目标验证表(以分钟分单位)。
增耗:策略生成模块获取能耗需求响应时段、增耗百分比,根据策略生成机制,分析各能耗设备在本时段内的运行状态,增耗响应等级和关联设备状态等,实时计算增耗数量,采用逼近算法,最终计算生成满足增耗需求响应要求的准确控制策略,包括详细的序列化控制操作步骤和累计达成的增耗目标验证表(以分钟分单位)。
降耗和增耗的具体计算步骤如下:
1、采集各类生产设备的实时运行数据进行存储。
2、选取指定时间段的运行数据作为基线样本进行分析。
3、根据设备降耗响应等级、响应能力、关联设备状态等条件,对比基线样本进行合理预测,预测下一时间段的设备运行曲线。
4、将得到的设备运行曲线与基线运行曲线进行比较得出降耗百分比,与设置的降耗目标百分比进行比较,反复计算若干次,直到满足降耗目标
5、满足上述目标需要对各设备进行的操作序列,即控制策略。
6、系统根据控制策略在相应的时间段对设备进行控制操作。
实时控制策略执行模块,导入控制策略,实时分析设备及关联设备运行状态,依据策略对各相关设备进行序列化操作控制,控制各类能耗设备投切、用量,并实时计算已达成的降耗或增耗值,与累计达成的降/增耗目标验证表进行实时比对,偏差达到设置比例时增加处理操作,保证降耗或增耗目标的达成,具体实施流程参见图6。
本公开的这种策略控制方法可以通过内部降耗、释放储能能源、能源替代来控制降低企业全天或某时段的外部能耗量,也可以通过内部增耗、储能设备储能、能源替代来控制增加企业全天或某个时段的外部能耗量,作为电网削峰填谷的需求响应的控制策略;也可以用来控制降低企业全天或某时段的内部能耗量或用电负荷,作为企业节能降耗、节能减排、节能降费的控制策略。
本公开在综合能源监控管理系统的常规监控统计功能的基础上增加了实时智能策略控制功能。
实施例子二
本实施例子公开了一种综合能源能耗需求实时响应的智能控制方法,在具体实时需求响应策略控制功能工作流程时,参见附图2所示:
第一步:系统设备建模
设备建模模块为供能设备、用能设备建档,标注设备供能、用能种类(主要分为电、热、冷、气、水等)、额定功率、设备关联关系、设备层属等,完备的描述了企业供能、用能的全部流程等。
第二步:配置需求响应能力
能耗响应能力配置模块配置第一步创建的所有可以参与能耗需求响应的供能设备、用能设备的需求响应能力,以分钟为单位对全天24小时进行配置。主要描述供能设备在不同时段可以增加或减少供能百分比,用能设备在不同时段可以增加或减少用能的百分比,作为第四步控制策略生成模块响应能耗需求要求时的判断依据。配置设备的需求响应能力需要考虑设备的重要程度、能耗功率、设备间的关联关系、设备的能源替代关系等。
基本能力属性有:
响应种类:降耗、增耗,分别表示设备可以通过停运或者降低运行功率来参与降低能耗,通过投运或者增加运行功率来参与增加能耗。比如用电的削峰填谷的需求,需要在高峰期降低用电量,在低谷时增加用电量。
响应级别:1~5级,表示参与降耗或增耗的级别,等级数越小表示降耗或者增耗参与越靠前。
权重级别:1~5级,表示在同一响应级别内的排名,等级数越小表示降耗或者增耗参与越靠前。
设备状态:表示设备要参与降耗或者增耗需求响应时,设备自身需要处于投运或者停运的状态。
响应功率:降耗或增耗功率区间,表示设备参与降耗或增耗需求响应时,功率变化范围。
响应动作:停运、投运、降功率、升功率,表示设备参与降耗时采用停运或降功率百分比,设备参与增耗时采用投运或者升功率百分比。
关联设备状态:关联设备状态,表示设备要参与降耗或者增耗需求响应时,关联的设备需要处于投运或者停运的状态。
关联设备动作:关联设备的停运、投运、降功率、升功率,表示管理替代设备需要对应的操作。
第三步:数据采集与处理
数据采集模块采用modbus、IEC104等工业、电力规约,实时采集设备供能、用能数据,传给数据处理模块进行计算、存储、监测,响应控制策略生成模块和控制策略执行模块的查询访问和控制命令下发给供能设备和用能设备。
第四步:控制策略生成
需求响应分为外部需求响应和内部需求响应两种,外部能耗需求响应分为降耗需求响应和增耗需求响应两种。
外部降耗需求响应主要目的是减少对外部能源的消耗,可以通过降低设备能耗和增加储能释放两部分来实现。
外部增耗需求响应主要目的是增加对外部能源的消耗,可以通过增加设备能耗和减少储能释放两部分来实现。
内部能耗需求响应主要是降耗需求响应,目的是降低用能设备的整体能源消耗。
本公开实施例子中针对这三种情况做出阐述。
参见附图3所示,为外部降耗需求控制策略生成流程,控制策略生成模块获得外部降耗响应需求百分比、需要降耗的日期及时段、基线日期及时段,先判断释放储能能源是否达到外部降耗百分比需求;若无法达到就查询出所有响应种类是降耗的设备,按响应级别从高到低判断设备的响应条件是否满足,若满足就统计降耗量并判断是否达到外部降耗百分比需求,若无法达到就循环执行上面的操作并统计判断;若达到就查询满足条件设备的响应动作及关联设备的响应动作,生成按时间先后排列的序列化动作控制策略。
参见附图4所示,外部增耗需求控制策略生成流程,控制策略生成模块获得外部增耗响应需求百分、需要增耗的日期及时段、基线日期及时段,先判断增加储能量是否达到外部增耗百分比需求;若无法达到就查询出所有响应种类是增耗的设备,按响应级别从高到低判断设备的响应条件是否满足,若满足就统计增耗量并判断是否达到外部增耗百分比需求,若无法达到就循环执行上面的操作并统计判断;若达到就查询满足条件设备的响应动作及关联设备的响应动作,生成按时间先后排列的序列化动作控制策略。
参见附图5所示,内部降耗需求控制策略生成流程,控制策略生成模块获得内部降耗响应需求百分比、需要降耗的日期及时段、基线日期及时段,先查询出所有响应种类是降耗的设备,按响应级别从高到低判断设备的响应条件是否满足,若满足就统计降耗量并判断是否达到内部降耗百分比需求,若无法达到就循环执行上面的操作并统计判断;若达到就查询满足条件设备的响应动作及关联设备的响应动作,生成按时间先后排列的序列化动作控制策略。
注:需求响应控制策略中包含以下几个元素:
每个时间节点的操作动作,作为策略执行过程中需要进行的遥控命令操作。
每个时间节点的降耗或增耗的完成百分比目标,作为策略执行过程中判断策略完成情况的依据
策略生成模块按照超额目标百分之十生成备用降耗或增耗备用操作,在策略执行判断控制目标无法完成时投入执行,保证策略执行成功。
第五步:控制策略执行,参见附图6所示,控制策略执行模块映射控制策略,循环检测当前时间,按照控制策略中的序列化动作向数据采集通讯模块下发遥控指令,并实时统计系统当前用能数据,统计降耗/增耗百分比,判断是否完成了策略中的百分比目标,若未完成就执行10%备用操作,若完成就循环执行,直至策略执行完毕。
在上述实施例子中,实时需求响应策略控制功能应用的算法介绍如下:
算法公式:
注:
m是响应级别;
n是权重级别;
i是设备数量;
E(降/增)总是降耗或增耗的总量;
E基是降耗或增耗前的基线总量;
x%是目标百分比;
Pmni是耗能功率;
Δti是设备满足降耗或增耗的时间。
算法解析:需求响应策略生成过程中,主要采用逼近算法,对具备降耗或增耗能力的设备,按照响应等级从低到高,同等级内权重等级从低到高查找满足条件的设备,汇总计算在适合的时间段内的降耗或增耗量。首先同响应等级内某一权重级别所有设备进行条件判断,若条件满足就加入汇总统计,公式是其次同响应等级所有权重级别设备汇总统计,公式是/>再次所有响应等级设备汇总统计,公式是最后是算降耗或增耗百分比,公式是本算法是采用逼近法用每次求得的降耗或增耗的百分比与目标百分比X%进行比较,超过就停止计算。
基于同样的发明构思,还公开了一种计算机设备,包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序,其特征在于,所述处理器执行所述程序时实现上述一种综合能源能耗需求实时响应的智能控制方法的步骤。
基于同样的发明构思,还公开了一种计算机可读存储介质,其上存储有计算机程序,其特征在于,该程序被处理器执行时实现上述所述的一种综合能源能耗需求实时响应的智能控制方法的步骤。
本领域技术人员应该明白,上述本公开的各模块或各步骤可以用通用的计算机装置来实现,可选地,它们可以用计算装置可执行的程序代码来实现,从而,可以将它们存储在存储装置中由计算装置来执行,或者将它们分别制作成各个集成电路模块,或者将它们中的多个模块或步骤制作成单个集成电路模块来实现。本公开不限制于任何特定的硬件和软件的结合。
以上所述仅为本公开的优选实施例而已,并不用于限制本公开,对于本领域的技术人员来说,本公开可以有各种更改和变化。凡在本公开的精神和原则之内,所作的任何修改、等同替换、改进等,均应包含在本公开的保护范围之内。
上述虽然结合附图对本公开的具体实施方式进行了描述,但并非对本公开保护范围的限制,所属领域技术人员应该明白,在本公开的技术方案的基础上,本领域技术人员不需要付出创造性劳动即可做出的各种修改或变形仍在本公开的保护范围以内。