CN115238959A - 一种面向用户侧能源综合利用的数字孪生系统和方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种面向用户侧能源综合利用的数字孪生系统和方法，包括：用能系统信息感知单元、用能系统数据处理单元、用能设备/系统孪生体生成单元、数字孪生功能单元、用能设备/系统与孪生体互动单元。本发明能全面感知并采集用户侧能源相关参数信息，结合历史数据和数字孪生体模型，对用户多时间尺度的用能负荷需求进行预测，对用户侧能源生产设备/系统的装置容量配置、系统出力提出优化建议，并反馈至用能设备/系统对其进行控制，实现数字孪生体和用能设备/系统的互动，为用户提供安全、可靠、绿色的生产生活用能建议，促进区域太阳能、地热能、风能等新能源和可再生能源的稳定有效利用，降低碳排放。
Description
技术领域
本发明涉及能源综合利用技术领域，尤其涉及一种面向用户侧能源综合利用的数字孪生系统及方法。
背景技术
数字化转型是我国经济社会未来发展的必由之路，数字孪生技术将与国民经济各产业融合不断深化，推动各产业数字化、网络化、智能化发展。数字孪生技术是以数字化方式创建物理实体的虚拟模型，借助数据模拟物理实体在现实环境中的行为，通过虚实交互反馈、数字融合分析、决策迭代优化等手段，为物理实体增加或扩展新的能力。数字孪生方法要求实现真实物理世界和虚拟数字世界之间不断的循环迭代，用到的仿真是高频次、不断迭代演进的，而且伴随全生命周期，可实现用能设备/系统的监测、仿真和控制。传统的仿真实施周期长，需要投入大量人力、财力，且对人员素质要求高，一个仿真场景只能用于特定情况，在业务环境发生变化时需要重新构建模型。
当前数字孪生技术在能源领域的应用试验处于初步验证探索阶段，相关的技术拓展和应用场景研究仍不充分，尚未形成系统性的研究框架。而能源系统数字孪生模型研究多属于对特定的、单一的设备、管网等进行建模，缺乏适用于复杂、多元、异构的面向用户侧能源综合利用的数字孪生系统及方法。
但在近年的智慧能源管理中，工商业园区、公共建筑、社区等用户侧的用能场景多为冷、热、电、气的综合能源利用，由不同管网、线路等构成。与单一的能源系统相比，能源综合利用系统的运行调度更加复杂。目前能源综合利用系统需要不同专业的巡检人员对冷、热、电、气等设备进行巡检，工作效率较低且巡检质量难以保证，设备运维成本高，缺乏对设备多源数据的综合分析，无法做到对缺陷的提前预警、精确定位和原因分析。
综上所述，基于上述问题的存在，传统的能源系统建模仿真技术很难适应未来智慧能源系统运行控制的需求，本方案建立一种面向用户侧能源综合利用的数字孪生系统及方法。全面感知并采集电气、热工、状态、环境等用户侧能源生产设备、转换设备、传输设备、使用终端/系统的参数信息，结合历史数据，对用户多时间尺度的用能负荷需求进行预测，对用户侧能源生产设备/系统的装置容量配置、系统出力提出优化建议，并反馈至用能设备/系统对其进行控制，实现数字孪生体和用能设备/系统的互动。提供面向用户侧能源综合利用数字孪生平台，通过和云服务器的无缝结合来利用云计算资源打破自身的局限性；通过这样的平台提供方式，能够为广泛的各种类型的面向用户侧能源综合利用的数字孪生系统提供数字孪生服务。
发明内容
针对现有技术的不足，本发明提出一种面向用户侧能源综合利用的数字孪生系统、平台和方法；
第一方面，本发明提供一种面向用户侧能源综合利用的数字孪生系统，所述系统包括：用能设备/系统、用能系统信息感知单元、用能系统数据处理单元、用能设备/系统孪生体生成单元、数字孪生功能单元和用能设备/系统与孪生体互动单元。
进一步的，所述用能设备/系统与用能系统信息感知单元相连接，为感知单元提供多种物理基础数据；所述用能系统信息感知单元与用能系统数据处理单元相连接，将感知采集的数据进行处理；所述用能系统数据处理单元与所述用能设备/系统孪生体生成单元相连接，将处理后的数据传输给所述用能设备/系统孪生体生成单元进行数字孪生模拟映射和数字孪生模型生成；所述用能设备/系统孪生体生成单元与所述数字孪生功能单元连接，利用数字孪生模型进行用能设备/系统的状态评估、故障预警、仿真模拟和运行优化，实现对状态数据的分析与推演，对外提供技术支撑；所述数字孪生功能单元与用能设备/系统与孪生体互动单元相连接，实现故障预警、优化运行策略等应用功能的控制指令、决策建议在数字孪生体与用能设备/系统之间的交互，进而形成用能系统-数字化用能模型-用能服务的闭环。
进一步的，所述用能设备/系统为电气、热工、状态、环境等用户侧能源生产设备、转换设备、传输设备、使用终端/系统。
进一步的，所述用能系统信息感知单元包括多种传感器及采集终端。
进一步的，所述用能系统信息感知单元将感知并采集到的用能设备/系统的物理状态、环境信息等形成数据信号发送至用能系统数据处理单元。
进一步的，所述传感器及采集终端安装至用户侧能源生产设备、转换设备、传输设备及用能终端/系统上。
进一步的，所述感知并采集到的用能系统物理状态、环境信息包括用电信息、热力信息、设备/系统状态、用能环境。
进一步的，所述数据信号传输速率满足数字孪生单元多尺度数据更新需求分为秒级更新、分钟级更新和小时级别更新。
进一步的，所述用能系统数据处理单元，实现对用能设备/系统孪生体生成单元所需应用数据的清洗、转换、计算、存储与分析。
进一步的，所述应用数据源包括所述用能系统信息感知单元感知并采集到的用能系统物理状态、环境信息与数字孪生模型推演数据。
第二方面，提供一种基于上述面向用户侧能源综合利用的数字孪生系统的面向用户侧能源综合利用的数字孪生系统平台，所述平台包括：
数据层：其用于监测并获取基础数据信息，并对所述数据信息进行管理、存储、数据的集成与融合、清洗、转换、计算、以及数据的分析与挖掘；
服务层：基于基础数据信息对用户侧能源综合利用全过程进行模拟仿真，生成数字孪生模型；
应用层：基于数字孪生模型，实现评估用能设备/系统的运行状态、进行故障预警、预测维护、并给出用能设备/系统的运营策略建议；
表现层：其用于实现运行控制、调度优化、辅助决策等信息的交互，以及实现模型的可视化展示功能。
进一步的，所述数字孪生平台和用能设备/系统实现双向数据交流。
进一步的，通过表现层和业务终端之间形成基于图形用户界面的用户交互；
进一步的，通过用能设备/系统与孪生体互动单元来和业务终端进行关键运行参数、各设备出力等控制命令的决策互动。
进一步的，所述应用层还包括资产管理降本增效模块和能源管理能源交易模块，实现用能设备/系统的资产管理和能量管理，促进降本增效，支撑参与碳市场和能源交易。
进一步的，所述表现层包括交互界面模块、应用软件、信息反馈模块、现实展示模块和虚拟展示模块，采用服务终端、用户界面等形式实现信息的交互，以及可视化展示功能。
进一步的，所述业务终端用于向数字孪生平台发送向数字孪生分析指令，所述数字孪生平台在接收到所述指令后将数字孪生相关信息以图形用户界面的方式呈现在业务终端，从而形成和用户之间的交互。
进一步的，所述数据层模块包括数据采集模块、数据监测模块、数据管理模块、数据存储模块、数据集成与融合模块和数据分析与挖掘模块。
进一步的，所述数据监测模块基于数字孪生需求驱动数据采集单元进行数据采集；基于采集到的信息来监测并获取用能设备/系统中电气、热工、状态、环境等用户侧能源生产设备、转换设备、传输设备、使用终端/系统所产生的基础数据信息。
进一步的，所述数据存储单元用于存储经过处理的应用数据；
第三方面，提供一种基于上述面向用户侧能源综合利用的数字孪生系统的面向用户侧能源综合利用的数字孪生方法，所述方法包括：
步骤S1：数据感知和采集；
步骤S2：生成用能设备/系统数字孪生模型；
步骤S3：用能设备/系统与数字孪生体的双向数据交流；
步骤S4：进行数据计算分析；
步骤S5：信息反馈至业务终端以进行决策控制。
进一步的，所述生产的对象包含供能设备模型、运行设备模型、管网系统模型、生产环境模型、用户行为模型。
进一步的，所述供能设备模型包括电、气、热、冷等用户侧能源生产设备模型。
进一步的，所述运行设备模型包含电、热、冷、气等能源转换设备模型。
进一步的，所述管网系统模型包括用户侧电网、热网及能源路由器等能源传输设备模型。
进一步的，所述用户行为模型包括用户行为、控制行为等能源终端使用模型。
本发明与现有技术相比较，具有如下显而易见的实质性特点和显著优点：
(1)基于用户侧能源综合利用数字孪生系统，评估设备运行状态，进行故障预警，给出预测性维护建议；预测多时间尺度的用能负荷趋势，提出能源系统出力分配建议；为用户提供安全、可靠、绿色的生产生活用能。
(2)基于用户侧能源综合利用数字孪生系统，促进区域太阳能、地热能、风能等新能源和可再生能源的稳定有效利用，提高区域可再生能源占比和可再生能源利用效率，降低园区碳排放。
(3)提供面向用户侧能源综合利用数字孪生平台，通过和云服务器的无缝结合来利用云计算资源打破自身的局限性；通过这样的平台提供方式，能够为广泛的各种类型的面向用户侧能源综合利用的数字孪生系统提供数字孪生服务。
附图说明
图1为本发明提供的面向用户侧能源综合利用数字孪生系统示意图；
图2为本发明提供的面向用户侧能源综合利用的数字孪生系统示意图；
图3为本发明提供的面向用户侧能源综合利用的数字孪生方法示意图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步的详细说明。
本发明提出一种面向用户侧能源综合利用的数字孪生系统及方法，全面感知并采集电气、热工、状态、环境等用户侧能源生产设备、转换设备、传输设备、使用终端/系统的参数信息，结合历史数据，对用户多时间尺度的用能负荷需求进行预测，对用户侧能源生产设备/系统的装置容量配置、系统出力提出优化建议，并反馈至用能设备/系统对其进行控制，实现数字孪生体和用能设备/系统的互动。用户侧能源综合利用数字孪生系统有助于解决用户侧智慧能源发展所面临的技术难题，支持从多角度对用户侧能源互连网络进行精确仿真和控制。构建用户侧能源综合利用的数字孪生系统及方法，可以提升用户侧能源系统运行效率、降低运行成本；实现设备智能化管理、数据精益化分析；促进用户侧能源系统智能感知、交互与协同，拓展用户侧能源系统远程运维、定制化信息服务等各类新型服务模式。
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例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前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。
第一方面，本发明提供了一种面向用户侧能源综合利用的数字孪生系统，如附图1所示，所述系统包括：用能设备/系统、用能系统信息感知单元、用能系统数据处理单元、用能设备/系统孪生体生成单元、数字孪生功能单元和用能设备/系统与孪生体互动单元。
其中：所述用能设备/系统与用能系统信息感知单元相连接，为感知单元提供多种物理基础数据；所述用能系统信息感知单元与用能系统数据处理单元相连接，将感知采集的数据进行处理；所述用能系统数据处理单元与所述用能设备/系统孪生体生成单元相连接，将处理后的数据传输给所述用能设备/系统孪生体生成单元进行数字孪生模拟映射和数字孪生模型生成；所述用能设备/系统孪生体生成单元与所述数字孪生功能单元连接，利用数字孪生模型进行用能设备/系统的状态评估、故障预警、仿真模拟和运行优化，实现对状态数据的分析与推演，对外提供技术支撑；所述数字孪生功能单元与用能设备/系统与孪生体互动单元相连接，实现故障预警、优化运行策略等应用功能的控制指令、决策建议在数字孪生体与用能设备/系统之间的交互，进而形成用能系统-数字化用能模型-用能服务的闭环。
所述用能设备/系统为电气、热工、状态、环境等用户侧能源生产设备、转换设备、传输设备、业务终端/系统；
所述用能系统信息感知单元包括多种传感器及采集终端，将感知并采集到的用能设备/系统的物理状态、环境信息等形成数据信号发送至用能系统数据处理单元。通过多种传感器或采集终端，实现感知区域内所有参数的实时收集与对外传递，数据信号传输速率满足数字孪生单元多尺度数据更新需求。
所述传感器及采集终端安装至用户侧能源生产设备、转换设备、传输设备及用能终端/系统上。
所述感知并采集到的用能系统物理状态、环境信息包括用电信息、热力信息、设备/系统状态、用能环境等参数。
所述数据信号传输速率满足数字孪生单元多尺度数据更新需求分为秒级更新、分钟级更新和小时级别更新。对于变化快、业务需求捕捉特征明显的电力信息、交易信息实现秒级更新；对于变化慢、惯性大、具有时滞性的温度、湿度、二氧化碳浓度等热、冷、环境等参数信息按需求实现分钟、小时等级别的更新。
所述用能系统数据处理单元，实现对用能设备/系统孪生体生成单元所需应用数据的清洗、转换、计算、存储与分析，数据处理结果可为所述数字孪生体生成单元、数字孪生功能单元提供支撑。
所述应用数据源包括所述用能系统信息感知单元感知并采集到的用能系统物理状态、环境信息与数字孪生模型推演数据；
所述用能系统信息感知单元感知并采集到的用能系统物理状态、环境信息主要包含历史数据与现时数据，所述数字孪生模型推演数据主要包含当前推演数据与预测推演数据。
优选的：将所述用能系统数据处理单元中的数据根据数据时间标签分为历史数据、现时数据和预测数据，
所述用能设备/系统孪生体生成单元，基于特定驱动建模方法对用能设备/系统构建多空间尺度、多时间尺度、多层级的用能设备/系统数字孪生模型，真实地映射用户侧能源综合利用系统的输入输出监测、控制变量。
所述特定驱动建模方法包括基于数据驱动、机理驱动和数据-机理融合驱动的建模方法；
优选的：生成的所述数字孪生模型是全生命周期用能设备/系统与真实数据融合的数字孪生模型体系，包括用能需求模型、用能设备几何模型、用户侧能源系统性能模型及数字孪生体功能模型。能够对用户侧能源综合利用全过程进行模型生产，生产的对象包含供能设备模型、运行设备模型、管网系统模型、生产环境模型、用户行为模型等。
优选的：所述供能设备模型包括电、气、热、冷等用户侧能源生产设备模型；
优选的：所述运行设备模型包含电、热、冷、气等能源转换设备模型；
优选的：所述管网系统模型包括用户侧电网、热网及能源路由器等能源传输设备模型；
优选的：所述生产环境模型包括光照、风、温度、湿度等用能系统周边环境模型；
优选的：所述用户行为模型包括用户行为、控制行为等能源终端使用模型。
所述数字孪生功能单元，包括用户侧用能设备状态评估单元、用能设备/系统故障预警单元、用能系统运行仿真模拟单元和用能系统运行策略优化单元，根据所述用能设备/系统孪生体生成单元生成的用能设备/系统数字孪生模型，针对用户侧能源综合利用全过程提供状态评估、故障预警、模拟预测、运行优化等服务。
所述用能设备状态评估单元，用于依托感知并采集的数据以及生成的供能设备、运行设备、管网系统、生产环境、用户行为的数字孪生体模型，评估用能设备、部件等健康状态及运行状况，展示设备健康度、负荷率等运行状态指标，实现设备及运行状态的监测，提供及时诊断与分析。
所述用能设备/系统故障预警单元，基于所述现时数据、历史数据和预测数据，通过所述用户侧能源综合利用全过程种的各种用能设备/系统数字孪生模型实现对故障的精准预测，为设备检修、预测性维护提供决策依据。
所述用能设备/系统故障预警单元生成的预警信息按照事故、异常、变位、告知进行分级展示并以不同颜色进行标注。
所述用能系统运行仿真模拟单元，基于所述现时数据和历史数据，利用到用能设备/系统数字孪生模型进行仿真，对用户侧电、气、热、冷的需求变化与设备运维的过程进行模拟，实现用能负荷的多时间尺度预测；对不同环境条件下用能设备/系统的运营状态进行模拟。基于实时仿真得到难以直接测量到的数据，服务于状态评估。
所述用能系统运行策略优化单元，基于用能设备/系统数字孪生模型模拟所得到的仿真模拟数据并考虑碳排放约束条件，对不同参数条件下用能设备/系统的运营策略进行预测推演，确定最优化的运行参数，提出用能设备/系统的出力分配建议。
所述用能设备/系统与孪生体互动单元，将所述数字孪生功能单元获得的状态评估、故障预警、模拟预测、运行优化的关键运行参数、理各设备出力等直接输出控制命令到用能设备/系统调整设备出力。用能设备/系统接受发来的所述控制指令，同时将自身的状态信息实时传递给数字模型进行策略修正，实现数字孪生体与用能设备/系统的互动。
所述用能设备/系统与孪生体互动单元可设置为通过能源使用终端界面进行关键运行参数、各设备出力等控制命令的决策指导。
所述互动单元实现运行控制、调度优化、辅助决策、信息交互等功能。
第二方面，本发明还提出一种基于上述面向用户侧能源综合利用的数字孪生系统的面向用户侧能源综合利用的数字孪生平台，如附图2所述，所述数字孪生平台包括数据层、服务层、应用层和表现层。
数据层：其用于监测并获取基础数据信息，并对所述数据信息进行管理、存储、数据的集成与融合、清洗、转换、计算、以及数据的分析与挖掘；
服务层：基于基础数据信息对用户侧能源综合利用全过程进行模拟仿真，生成数字孪生模型；
应用层：基于数字孪生模型，实现评估用能设备/系统的运行状态、进行故障预警、预测维护、并给出用能设备/系统的运营策略建议；
表现层：其用于实现运行控制、调度优化、辅助决策等信息的交互，以及实现模型的可视化展示功能。
所述数字孪生平台和用能设备/系统实现双向数据交流；通过表现层和业务终端之间形成基于图形用户界面的用户交互；还用于通过上述面向用户侧能源综合利用的数字孪生系统的用能设备/系统与孪生体互动单元来和业务终端进行关键运行参数、各设备出力等控制命令的决策互动。
所述业务终端用于向数字孪生平台发送向数字孪生分析指令，所述数字孪生平台在接收到所述指令后将数字孪生相关信息以图形用户界面的方式呈现在业务终端，从而形成和用户之间的交互；
优选的：所述业务终端为一个或多个；所述业务终端为工作站或笔记本等终端设备；
所述数据层模块包括数据采集模块、数据监测模块、数据管理模块、数据存储模块、数据集成与融合模块和数据分析与挖掘模块；
其中：所述数据监测模块基于数字孪生需求驱动数据采集单元进行数据采集；基于采集到的信息来监测并获取用能设备/系统中电气、热工、状态、环境等用户侧能源生产设备、转换设备、传输设备、使用终端/系统所产生的基础数据信息；
所述数据采集模块用于通过面向用户侧能源综合利用的数字孪生系统的用能系统信息感知单元获取感知并采集到的用能设备/系统的物理状态、环境信息等形成数据信号发送至用能系统数据处理单元。通过多种传感器或采集终端，实现感知区域内所有参数的实时收集与对外传递，数据信号传输速率满足数字孪生单元多尺度数据更新需求。
数据集成与融合模块和数据分析与挖掘模块用于通过面向用户侧能源综合利用的数字孪生系统的用能系统数据处理单元实现对用能设备/系统孪生体生成单元所需应用数据的清洗、转换、计算与分析；
所述数据存储单元用于存储经过处理的应用数据；
数据管理模块用于根据数据孪生分析指令进行上述经过处理的应用数据管理，例如：数据的更新、增加，删除和修改等；
优选的：所述数据层部署于云服务器中，因而可以利用云服务器的强大数据分析能力和大容量的数据存储能力和上述面向用户侧能源综合利用的数字孪生系统的快速融合，作功能的清晰分割；
所述服务层，包括模型管理模块、模拟仿真模块、计算分析模块、优化结果模块、孪生共智模块；
所述模型管理模块用于利用上述面向用户侧能源综合利用的数字孪生系统生成用能设备/系统数字孪生模型；存储全生命周期用能设备/系统与真实数据融合的数字孪生模型体系，包括用能需求模型、用能设备几何模型、用户侧能源系统性能模型及数字孪生体功能模型，并能提供模型展示和模型运行管理功能；
模拟仿真模块用于通过上述面向用户侧能源综合利用的数字孪生系统的运行仿真单元实现数字孪生模型的模拟和仿真；对用户侧能源综合利用全过程进行模型生产模拟仿真，模型生产的对象包含供能设备、运行设备、管网系统、生产环境、用户行为等，并能进行模拟分析和报告生成；
优化结果模块用于通过上述策略优化单元来根据仿真和模拟需求进行相应的数据计算分析和数据结果优化。
所述孪生共智模块用于实现用能测终端/系统和数字孪生体之间的双向数据交流，从而真实地映射用户侧能源综合利用系统的输入输出监测、控制变量，并且实现多数字孪生体之间共享智慧共同进化的功能；
所述应用层，包括用能管理模块、用能运行仿真优化模块、运行控制调度优化模块、电器冷热状态监测故障预警模块、设备/系统评估预警模块、诊断分析预测性维护模块、需求预测动态响应模块、运行控制调度优化模块、设备/系统与孪生互动模块、辅助决策设备与孪生信息交互模块。
所述用能管理模块为用能设备/系统数字孪生模型以及模拟仿真模型提供运行管理优化服务；
所述诊断分析预测性维护模块通过上述面向用户侧能源综合利用的数字孪生系统的的状态评估单元来评估用能设备、部件等健康状态及运行状况，展示设备健康度、负荷率等运行状态指标，实现设备及运行状态的监测，提供及时诊断与分析。
所述电器冷热状态监测故障预警模块、设备/系统评估预警模块用于实现对故障的精准预测，为设备检修、预测性维护提供决策依据；
所述用能运行仿真优化模块、运行控制调度优化模块利用用能设备/系统数字孪生模型进行仿真，对用户侧电、气、热、冷的需求变化与设备运维过程进行模拟，实现用能负荷的多时间尺度预测；对不同环境条件下用能设备/系统的运营状态进行模拟，基于实时仿真得到难以直接测量到的数据，服务于状态评估。
所述需求预测动态响应模块、运行控制调度优化模块基于所述模型仿真和状态评估预测等信息，综合考虑碳排放等约束条件，对不同参数条件下用能设备/系统的运营策略进行预测推演，确定最优化的运行参数，提出用能设备/系统的出力分配建议。
所述设备/系统与孪生互动模块和辅助决策设备与孪生信息交互模块将所述应用层各模块获得的状态评估、故障预警、模拟预测、运行优化的关键运行参数、各设备出力等直接输出控制命令到用能设备/系统调整设备出力。
所述资产管理降本增效模块和能源管理能源交易模块，实现用能设备/系统的资产管理和能量管理，促进降本增效，支撑参与碳市场和能源交易。
所述表现层用于和业务终端之间形成基于图形用户界面的用户交互；包括交互界面模块、应用软件、信息反馈模块、现实展示模块和虚拟展示模块，采用服务终端、用户界面等形式实现运行控制、调度优化、辅助决策等信息的交互，以及实现模型的可视化展示功能。
优选的：所述面向用户侧能源综合利用的数字孪生系统设置于用能提供方所信赖的物理设备上，例如用能提供方设置的门户管理服务器中，而所述面向用户侧能源综合利用的数字孪生平台设置于云服务器中，所述面向用户侧能源综合利用的数字孪生平台在收到业务终端发送的指令后，请求面向用户侧能源综合利用的数字孪生系统以获取相关的数据并实现相应的功能，利用自身云服务器的计算、存储、分析能力进行上述数据的分析、存储和计算功能，而这些分析、存储和计算往往是和具体的用能侧分开的，这样就能够保障用能测数据安全性和独立性的同时，利用云计算资源来打破自身的局限性；通过这样的平台提供方式，能够为广泛的各种类型的面向用户侧能源综合利用的数字孪生系统提供数字孪生服务；
第三方面，本发明还提出了一种面向用户侧能源综合利用的数字孪生方法，如附图3所示，所述方法具体为：
步骤S1：数据感知和采集，具体为：全面感知并采集用户侧能源生产设备、转换设备、传输设备及使用终端/系统的电气、热工、状态、环境等能耗相关数据；
优选的：使用多种传感器或采集终端进行数据感知和采集；
优选的：所述感知并采集到的耗能相关数据包括用电信息、热力信息、设备/系统状态、用能环境等参数。
优选的：感知并采集的数据信号传输速率满足数字孪生单元多尺度数据更新需求；
优选的:数据信号传输速率满足数字孪生单元多尺度数据更新需求分为秒级更新、分钟级更新和小时级别更新；
优选的：所述秒级更新为针对变化快、业务需求捕捉特征明显的电力信息、交易信息实现秒级更新；所述分钟及更新和所述小时级更新为针对变化慢、惯性大、具有时滞性的温度、湿度、二氧化碳浓度等热、冷、环境等参数信息按需求实现分钟、小时等级别的更新。
步骤S2：基于感知并采集的数据，生成用能设备/系统数字孪生模型；具体为：生成的所述数字孪生模型是全生命周期用能设备/系统与真实数据融合的数字孪生模型体系，包括用能需求模型、用能设备几何模型、用户侧能源系统性能模型及数字孪生体功能模型，能够对用户侧能源综合利用全过程进行模型生产；
优选的：所述生产的对象包含供能设备模型、运行设备模型、管网系统模型、生产环境模型、用户行为模型等。
优选的：所述供能设备模型包括电、气、热、冷等用户侧能源生产设备模型；
优选的：所述运行设备模型包含电、热、冷、气等能源转换设备模型；
优选的：所述管网系统模型包括用户侧电网、热网及能源路由器等能源传输设备模型；
优选的：所述生产环境模型包括光照、风、温度、湿度等用能系统周边环境模型；
优选的：所述用户行为模型包括用户行为、控制行为等能源终端使用模型
步骤S3：处理上述感知和采集到的数据，并同步获取孪生的模拟仿真数据，实现用能设备/系统与数字孪生体的双向数据交流；
步骤S4：基于上述双向交流数据，进行数据计算分析，得优化、共智和预警等信息；具体的包括：
(1)：评估用能设备/系统的运行状态；
(2)：基于现时数据、历史数据和仿真数据，进行故障预警，提出预测性维护建议；
(3)：对多时间尺度的用能负荷趋势进行预测，对用能设备运营状态进行仿真模拟；
(4)：基于仿真模拟数据对不同参数条件的运营策略进行迭代优化。
步骤S5：将上述计算分析信息反馈至业务终端以进行决策控制；
优选的：所述业务终端为用户侧能源生产设备、转换设备、传输设备及用能终端/系统，直接控制或用于用能决策指导。
本领域内的技术人员应明白，本申请的实施例可提供为方法、系统、或计算机程序产品。因此，本申请可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本申请可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质(包括但不限于磁盘存储器、CD-ROM、光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。
本申请是参照根据本申请实施例的方法、设备(系统)、和计算机程序产品的流程图和/或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流程和/或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。
这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。
这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上，使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。
最后应当说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其限制，尽管参照上述实施例对本发明进行了详细的说明，所属领域的普通技术人员应当理解：依然可以对本发明的具体实施方式进行修改或者等同替换，而未脱离本发明精神和范围的任何修改或者等同替换，其均应涵盖在本发明的权利要求保护范围之内。
Claims (14)
1.一种面向用户侧能源综合利用的数字孪生系统，其特征在于，包括：用能设备/系统、用能系统信息感知单元、用能系统数据处理单元、用能设备/系统孪生体生成单元、数字孪生功能单元和用能设备/系统与孪生体互动单元。
2.如权利要求1所述的系统，其特征在于，所述用能设备/系统与用能系统信息感知单元相连接，为感知单元提供多种物理基础数据；所述用能系统信息感知单元与用能系统数据处理单元相连接，将感知采集的数据进行处理；所述用能系统数据处理单元与所述用能设备/系统孪生体生成单元相连接，将处理后的数据传输给所述用能设备/系统孪生体生成单元进行数字孪生模拟映射和数字孪生模型生成；所述用能设备/系统孪生体生成单元与所述数字孪生功能单元连接，利用数字孪生模型进行用能设备/系统的状态评估、故障预警、仿真模拟和运行优化，实现对状态数据的分析与推演，对外提供技术支撑；所述数字孪生功能单元与用能设备/系统与孪生体互动单元相连接，实现故障预警、优化运行策略等应用功能的控制指令、决策建议在数字孪生体与用能设备/系统之间的交互，进而形成用能系统-数字化用能模型-用能服务的闭环。
3.如权利要求1所述的系统，其特征在于，所述用能设备/系统为电气、热工、状态、环境的用户侧能源生产设备、转换设备、传输设备、使用终端/系统。
4.如权利要求3所述的系统，其特征在于，所述用能系统信息感知单元包括多种传感器及采集终端。
5.如权利要求3所述的系统，其特征在于，所述用能系统信息感知单元将感知并采集到的用能设备/系统的物理状态、环境信息形成数据信号发送至用能系统数据处理单元。
6.如权利要求5所述的系统，其特征在于，所述传感器及采集终端安装至用户侧能源生产设备、转换设备、传输设备及用能终端/系统上。
7.如权利要求6所述的系统，其特征在于，所述感知并采集到的用能系统物理状态、环境信息包括用电信息、热力信息、设备/系统状态、用能环境。
8.如权利要求3所述的系统，其特征在于，所述数据信号传输速率满足数字孪生单元多尺度数据更新需求分为秒级更新、分钟级更新和小时级别更新。
9.如权利要求1所述的系统，其特征在于，所述用能系统数据处理单元，用于对用能设备/系统孪生体生成单元所需应用数据的清洗、转换、计算、存储与分析。
10.如权利要求9所述的系统，其特征在于，所述应用数据源包括所述用能系统信息感知单元感知并采集到的用能系统物理状态、环境信息与数字孪生模型推演数据。
11.一种基于上述权利要求1-10中任一项所述的面向用户侧能源综合利用的数字孪生系统的面向用户侧能源综合利用的数字孪生系统平台，其特征在于，包括：
数据层：其用于监测并获取基础数据信息，并对所述数据信息进行管理、存储、数据的集成与融合、清洗、转换、计算、以及数据的分析与挖掘；
服务层：基于基础数据信息对用户侧能源综合利用全过程进行模拟仿真，生成数字孪生模型；
应用层：基于数字孪生模型，实现评估用能设备/系统的运行状态、进行故障预警、预测维护、并给出用能设备/系统的运营策略建议；
表现层：其用于实现运行控制、调度优化、辅助决策等信息的交互，以及实现模型的可视化展示功能。
12.如权利要求11所述的平台，其特征在于，所述数字孪生平台和用能设备/系统实现双向数据交流；
优选地，通过表现层和业务终端之间形成基于图形用户界面的用户交互；
优选地，通过用能设备/系统与孪生体互动单元来和业务终端进行关键运行参数、各设备出力等控制命令的决策互动；
优选地，所述应用层还包括资产管理降本增效模块和能源管理能源交易模块，实现用能设备/系统的资产管理和能量管理，促进降本增效，支撑参与碳市场和能源交易；
优选地，所述表现层包括交互界面模块、应用软件、信息反馈模块、现实展示模块和虚拟展示模块，采用服务终端、用户界面等形式实现信息的交互，以及可视化展示功能。
优选地，所述业务终端用于向数字孪生平台发送向数字孪生分析指令，所述数字孪生平台在接收到所述指令后将数字孪生相关信息以图形用户界面的方式呈现在业务终端，从而形成和用户之间的交互；
优选地，所述数据层模块包括数据采集模块、数据监测模块、数据管理模块、数据存储模块、数据集成与融合模块和数据分析与挖掘模块；
优选地，所述数据监测模块基于数字孪生需求驱动数据采集单元进行数据采集；基于采集到的信息来监测并获取用能设备/系统中电气、热工、状态、环境等用户侧能源生产设备、转换设备、传输设备、使用终端/系统所产生的基础数据信息；
优选地，所述数据存储单元用于存储经过处理的应用数据。
13.一种基于上述权利要求1-10中任一项所述面向用户侧能源综合利用的数字孪生系统的面向用户侧能源综合利用的数字孪生方法，其特征在于，包括：
步骤S1：数据感知和采集；
步骤S2：生成用能设备/系统数字孪生模型；
步骤S3：用能设备/系统与数字孪生体的双向数据交流；
步骤S4：进行数据计算分析；
步骤S5：信息反馈至业务终端以进行决策控制。
14.如权利要求13所述的方法，其特征在于，所述生产的对象包含供能设备模型、运行设备模型、管网系统模型、生产环境模型、用户行为模型；
优选地，所述供能设备模型包括电、气、热、冷等用户侧能源生产设备模型；
优选地，所述运行设备模型包含电、热、冷、气等能源转换设备模型；
优选地，所述管网系统模型包括用户侧电网、热网及能源路由器等能源传输设备模型；
优选地，所述用户行为模型包括用户行为、控制行为等能源终端使用模型。
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|---|---|---|---|---|
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