CN115085370A - 一种基于用户需求侧响应的智能楼宇控制系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明提出一种基于用户需求侧响应的智能楼宇控制系统及方法，其中系统包括总服务器、用户端、供电端和开关控制端，所述总服务器与用户端通讯连接，所述用户端发送用电请求到总服务器，所述总服务器根据用电请求转化为开关信号，所述供电端为开关控制端供电，所述总服务器用于发送开关信号到开关控制端，所述开关控制端用于与用电设备连接并接收开关信号控制用电设备的通断，所述供电端设有市电端和新能源端，所述总服务器用于接收电价信息并切换供电端的供电模式。本发明根据用户的需求进行楼宇负荷调控，同时根据电价对楼宇供电进行控制，节约楼宇用电成本。

Description

一种基于用户需求侧响应的智能楼宇控制系统及方法

技术领域

本发明涉及楼宇控制技术领域，尤其是一种基于用户需求侧响应的智能楼宇控制系统及方法。

背景技术

据统计，在我国建筑能耗中，中央空调能耗占比达59.95％。可见，开展针对中央空调系统的能耗调控关系国计民生。从电力系统角度，上海、江苏、浙江等东部地区空调负荷占全社会最高负荷比重已普遍超过35％。按此比例测算，浙江省空调负荷目前已超过三峡电站装机。空调用电全年中集中于夏、冬季，且其中占比最大的楼宇中央空调白天开机，夜间关闭，导致电力系统季峰谷差和日峰谷差激增，调峰压力增大，网架利用率难以提升。开展空调负荷调控，实现海量资源的唤醒互动是提升电力系统运行效能的重要突破口。需求侧管理的相关学术研究在我国已开展多年，研究焦点集中在其对电力系统优化运行的影响，但目前需求响应的实际应用目前仍主要局限于有序用电、峰谷分时电价和阶梯电价等项目，缺少有电网自主参与调控需求响应方案。

发明内容

本发明解决现有技术中电网缺少主动调控负载的技术手段的问题，提出一种基于用户需求侧响应的智能楼宇控制系统及方法，根据用户的需求进行楼宇负荷调控，同时根据电价对楼宇供电进行控制，节约楼宇用电成本。

为实现上述目的，提出以下技术方案：

一种基于用户需求侧响应的智能楼宇控制系统，包括总服务器、用户端、供电端和开关控制端，所述总服务器与用户端通讯连接，所述用户端发送用电请求到总服务器，所述总服务器根据用电请求转化为开关信号，所述供电端为开关控制端供电，所述总服务器用于发送开关信号到开关控制端，所述开关控制端用于与用电设备连接并接收开关信号控制用电设备的通断，所述供电端设有市电端和新能源端，所述总服务器用于接收电价信息并切换供电端的供电模式。

本发明在楼宇的每一户内安装了开关控制端，所述开关控制端与用电设备连接，用户端的用电请求打开或关闭对应的一个或多个用电设备，总服务器接收到请求后生成该用电设备对应的开关信号，并发送到所述开关控制端，所述开关控制端根据开关信号控制用电设备的通断，实现用户侧需求响应控制用电设备，同时本申请的总服务器还用于接收电价信息并切换供电端的模式，在电价低的时候使用市电端供电并存储一定量的市电，电价高的时候使用新能源供电，节约智能楼宇的用电成本。

作为优选，所述开关控制端包括子控制端、继电器、信号接收器和互感器，所述继电器用于控制用电设备的通断，所述子控制端与继电器和互感器电连接，所述互感器用于获取用电设备的功率并将用电设备的功率发送到子控制端，所述子控制端通过信号接收器与总服务器通讯连接。

本发明的开关控制端设有互感器用于获取用电设备的功率，并通过子控制端发送到总服务器，便于总服务器后续用电控制，同时总服务器还能根据用电设备的功率生成用电设备的用电情况发送到用户端。

作为优选，所述供电端设有备用发电机、市电端、新能源端和逆功率保护模块，所述逆功率保护模块电连接于市电端、新能源端和开关控制端，逆功率保护模块在市电端断电时，所述逆功率保护模块通过机组输出断路器与备用发电机电连接。

当备用发电机作为电源使用后，新能源端重新开始工作。此时如果新能源端发电功率大于实际使用功率后，备用发电机会被当作电动机，从而引起备用发电机逆功率保护停机，停机断电后新能源端再次停止工作，用电设备再次断电。本发明设置了备用备用发电机能够防止市电断电导致停电的情况发生，同时本发明还设置了逆功率保护模块使整个供电过程中能够有效的防止因为新能源端造成备用发电机逆功率保护停机而使供电中断的发生，节能环保，有效的利用资源减少人力的浪费，在供电的过程中能取得很好的使用效果。

作为优选，所述逆功率保护模块包括控制单元，所述控制单元电连接有检测单元和双向变流器，所述控制单元与备用发电机和机组输出断路器电连接；所述机组输出断路器的一端和双向变流器的一端并接于检测单元，所述检测单元与新能源端、市电端和开关控制端电连接；所述双向变流器的另一端电连接有储能单元。

市电端断电时，当检测单元采集到市电端功率为0，新能源端也因市电端断电而停止供电，控制单元闭合机组输出断路器启动备用发电机，此时备用发电机作为备用电源，新能源端逐步开始工作；检测单元采集新能源端、市电端的发电功率以及用电设备的消耗功率，当逆功率保护模块检测到新能源端的发电功率小于用电设备的消耗功率时，备用发电机持续供电并且通过双向变流器给储能单元充电，把一部分电储存在逆功率保护模块，新能源端检测到电源会持续供电；

检测单元检测到新能源端的发电功率大于用电设备的消耗功率时，控制单元断开机组输出断路器，并且关闭备用发电机，此时储能单元作为临时电源被新能源端检测从而能够持续供电；

此后若新能源端的发电功率逐步减小，且小于用电设备的消耗功率后，储能单元作为临时电源对用电设备供电，检测单元检测到储能单元电能不足时，控制单元启动备用发电机，闭合备用发电机的输出断路器，备用发电机作为临时电源供电。

作为优选，所述新能源端包括设置在智能楼宇顶部的光伏发电模块或风力发电模块的1种或2种。

一种基于用户需求侧响应的智能楼宇控制方法，采用上述的一种基于用户需求侧响应的智能楼宇控制系统，包括响应步骤，具体如下：

S1，用户端构建用电设备调控列表，所述用电设备调控列表包括若干用电设备名称；总服务器构建开关控制端列表，所述开关控制端列表包括若干开关控制端的编号；

S2，总服务器将用电设备名称与对应的开关控制端的编号绑定；

S3，用户端从用电设备调控列表选择要调控的用电设备，生成用电请求，并发送用电请求到总服务器；

S4，总服务器根据用电请求生成开关信号并将开关信号发送到与用电设备绑定的开关控制端；

S5，开关控制端根据开关信号控制用电设备的通断。

作为优选，本发明还包括供电模式切换步骤，具体包括以下步骤：

SA，获取实时电价a，判断实时电价a是否大于第一阈值b，若否，进入SB，若是，开关控制端由市电端供电，并判断新能源端储存的电能是否大于或等于总容量的c％，若是，不进行操作，若否，利用市电端对新能源端充电，直至新能源端储存的电能达到总容量的d％；

SB，判断新能源端储存的电能是否小于总容量的e％，若否，开关控制端由新能源端供电，若是进入SC；

SC，判断实时电价a是否大于第二阈值f，若否，开关控制端由市电端供电，若是，进入SD；

SD，判断新能源端储存的电能是否大于或等于总容量的g％，若是，开关控制端由新能源端供电，若否，开关控制端由市电端供电；

其中数值关系如下：b小于f，c％小于d％，e％小于c％，g％小于e％。

本发明的有益效果是：本发明在楼宇的每一户内安装了开关控制端，所述开关控制端与用电设备连接，用户端的用电请求打开或关闭对应的一个或多个用电设备，总服务器接收到请求后生成该用电设备对应的开关信号，并发送到所述开关控制端，所述开关控制端根据开关信号控制用电设备的通断，实现用户侧需求响应控制用电设备，同时本申请的总服务器还用于接收电价信息并切换供电端的模式，在电价低的时候使用市电端供电并存储一定量的市电，电价高的时候使用新能源供电，节约智能楼宇的用电成本。

附图说明

图1是实施例的系统结构简图。

具体实施方式

实施例：

本实施例提出一种基于用户需求侧响应的智能楼宇控制系统，参考图1，包括总服务器、用户端、供电端和开关控制端，总服务器与用户端通讯连接，用户端发送用电请求到总服务器，总服务器根据用电请求转化为开关信号，供电端为开关控制端供电，总服务器用于发送开关信号到开关控制端，开关控制端用于与用电设备连接并接收开关信号控制用电设备的通断，供电端设有市电端和新能源端，新能源端包括设置在智能楼宇顶部的光伏发电模块或风力发电模块的1种或2种，总服务器用于接收电价信息并切换供电端的供电模式。开关控制端包括子控制端、继电器、信号接收器和互感器，继电器用于控制用电设备的通断，子控制端与继电器和互感器电连接，互感器用于获取用电设备的功率并将用电设备的功率发送到子控制端，子控制端通过信号接收器与总服务器通讯连接。供电端设有备用发电机、市电端、新能源端和逆功率保护模块，逆功率保护模块电连接于市电端、新能源端和开关控制端，逆功率保护模块在市电端断电时，逆功率保护模块通过机组输出断路器与备用发电机电连接。

逆功率保护模块包括控制单元，控制单元电连接有检测单元和双向变流器，控制单元与备用发电机和机组输出断路器电连接；机组输出断路器的一端和双向变流器的一端并接于检测单元，检测单元与新能源端、市电端和开关控制端电连接；双向变流器的另一端电连接有储能单元。

本发明在楼宇的每一户内安装了开关控制端，开关控制端与用电设备连接，用户端的用电请求打开或关闭对应的一个或多个用电设备，总服务器接收到请求后生成该用电设备对应的开关信号，并发送到开关控制端，开关控制端根据开关信号控制用电设备的通断，实现用户侧需求响应控制用电设备，同时本申请的总服务器还用于接收电价信息并切换供电端的模式，在电价低的时候使用市电端供电并存储一定量的市电，电价高的时候使用新能源供电，节约智能楼宇的用电成本。

本发明的开关控制端设有互感器用于获取用电设备的功率，并通过子控制端发送到总服务器，便于总服务器后续用电控制，同时总服务器还能根据用电设备的功率生成用电设备的用电情况发送到用户端。

当备用发电机作为电源使用后，新能源端重新开始工作。此时如果新能源端发电功率大于实际使用功率后，备用发电机会被当作电动机，从而引起备用发电机逆功率保护停机，停机断电后新能源端再次停止工作，用电设备再次断电。本发明设置了备用备用发电机能够防止市电端断电导致停电的情况发生，同时本发明还设置了逆功率保护模块使整个供电过程中能够有效的防止因为新能源端造成备用发电机逆功率保护停机而使供电中断的发生，节能环保，有效的利用资源减少人力的浪费，在供电的过程中能取得很好的使用效果。

市电端断电时，当检测单元采集到市电端功率为0，新能源端也因市电端断电而停止供电，控制单元闭合机组输出断路器启动备用发电机，此时备用发电机作为备用电源，新能源端逐步开始工作；检测单元采集新能源端、市电端的发电功率以及用电设备的消耗功率，当逆功率保护模块检测到新能源端的发电功率小于用电设备的消耗功率时，备用发电机持续供电并且通过双向变流器给储能单元充电，把一部分电储存在逆功率保护模块，新能源端检测到电源会持续供电；

检测单元检测到新能源端的发电功率大于用电设备的消耗功率时，控制单元断开机组输出断路器，并且关闭备用发电机，此时储能单元作为临时电源被新能源端检测从而能够持续供电；

此后若新能源端的发电功率逐步减小，且小于用电设备的消耗功率后，储能单元作为临时电源对用电设备供电，检测单元检测到储能单元电能不足时，控制单元启动备用发电机，闭合备用发电机的输出断路器，备用发电机作为临时电源供电。

一种基于用户需求侧响应的智能楼宇控制方法，采用上述的一种基于用户需求侧响应的智能楼宇控制系统，包括响应步骤，具体如下：

S1，用户端构建用电设备调控列表，用电设备调控列表包括若干用电设备名称；总服务器构建开关控制端列表，开关控制端列表包括若干开关控制端的编号；

S2，总服务器将用电设备名称与对应的开关控制端的编号绑定；

S3，用户端从用电设备调控列表选择要调控的用电设备，生成用电请求，并发送用电请求到总服务器；

S4，总服务器根据用电请求生成开关信号并将开关信号发送到与用电设备绑定的开关控制端；

S5，开关控制端根据开关信号控制用电设备的通断。

本发明还包括供电模式切换步骤，具体包括以下步骤：

SA，获取实时电价a，判断实时电价a是否大于第一阈值b，若否，进入SB，若是，开关控制端由市电端供电，并判断新能源端储存的电能是否大于或等于总容量的c％，若是，不进行操作，若否，利用市电端对新能源端充电，直至新能源端储存的电能达到总容量的d％；

SB，判断新能源端储存的电能是否小于总容量的e％，若否，开关控制端由新能源端供电，若是进入SC；

SC，判断实时电价a是否大于第二阈值f，若否，开关控制端由市电端供电，若是，进入SD；

SD，判断新能源端储存的电能是否大于或等于总容量的g％，若是，开关控制端由新能源端供电，若否，开关控制端由市电端供电；

其中数值关系如下：b小于f，c％小于d％，e％小于c％，g％小于e％。本实施例中参数取值如下：b＝0.3，f＝0.8，c＝80，d＝90，e＝60，g＝30。

Claims (7)

1.一种基于用户需求侧响应的智能楼宇控制系统，其特征是，包括总服务器、用户端、供电端和开关控制端，所述总服务器与用户端通讯连接，所述用户端发送用电请求到总服务器，所述总服务器根据用电请求转化为开关信号，所述供电端为开关控制端供电，所述总服务器用于发送开关信号到开关控制端，所述开关控制端用于与用电设备连接并接收开关信号控制用电设备的通断，所述供电端设有市电端和新能源端，所述总服务器用于接收电价信息并切换供电端的供电模式。

2.根据权利要求1所述的一种基于用户需求侧响应的智能楼宇控制系统，其特征是，所述开关控制端包括子控制端、继电器、信号接收器和互感器，所述继电器用于控制用电设备的通断，所述子控制端与继电器和互感器电连接，所述互感器用于获取用电设备的功率并将用电设备的功率发送到子控制端，所述子控制端通过信号接收器与总服务器通讯连接。

3.根据权利要求1所述的一种基于用户需求侧响应的智能楼宇控制系统，其特征是，所述供电端设有备用发电机、市电端、新能源端和逆功率保护模块，所述逆功率保护模块电连接于市电端、新能源端和开关控制端，逆功率保护模块在市电端断电时，所述逆功率保护模块通过机组输出断路器与备用发电机电连接。

4.根据权利要求3所述的一种基于用户需求侧响应的智能楼宇控制系统，其特征是，所述逆功率保护模块包括控制单元，所述控制单元电连接有检测单元和双向变流器，所述控制单元与备用发电机和机组输出断路器电连接；所述机组输出断路器的一端和双向变流器的一端并接于检测单元，所述检测单元与新能源端、市电端和开关控制端电连接；所述双向变流器的另一端电连接有储能单元。

5.根据权利要求1-4任一项所述的一种基于用户需求侧响应的智能楼宇控制系统，其特征是，所述新能源端包括设置在智能楼宇顶部的光伏发电模块或风力发电模块的1种或2种。

6.一种基于用户需求侧响应的智能楼宇控制方法，采用权利要求1所述的一种基于用户需求侧响应的智能楼宇控制系统，其特征是，包括响应步骤，具体如下：

S1，用户端构建用电设备调控列表，所述用电设备调控列表包括若干用电设备名称；总服务器构建开关控制端列表，所述开关控制端列表包括若干开关控制端的编号；

S2，总服务器将用电设备名称与对应的开关控制端的编号绑定；

S3，用户端从用电设备调控列表选择要调控的用电设备，生成用电请求，并发送用电请求到总服务器；

S4，总服务器根据用电请求生成开关信号并将开关信号发送到与用电设备绑定的开关控制端；

S5，开关控制端根据开关信号控制用电设备的通断。

7.根据权利要求6所述的一种基于用户需求侧响应的智能楼宇控制方法，其特征是，包括供电模式切换步骤，具体包括以下步骤：

SA，获取实时电价a，判断实时电价a是否大于第一阈值b，若否，进入SB，若是，开关控制端由市电端供电，并判断新能源端储存的电能是否大于或等于总容量的c％，若是，不进行操作，若否，利用市电端对新能源端充电，直至新能源端储存的电能达到总容量的d％；

SB，判断新能源端储存的电能是否小于总容量的e％，若否，开关控制端由新能源端供电，若是进入SC；

SC，判断实时电价a是否大于第二阈值f，若否，开关控制端由市电端供电，若是，进入SD；

SD，判断新能源端储存的电能是否大于或等于总容量的g％，若是，开关控制端由新能源端供电，若否，开关控制端由市电端供电；

其中数值关系如下：b小于f，c％小于d％，e％小于c％，g％小于e％。

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