CN115313634A - 一种智能楼宇的能源管理系统及方法 - Google Patents

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杨强
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刘维亮
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Abstract

本发明公开了一种智能楼宇的能源管理方法，包括：建立与实际楼宇相对应的虚拟楼宇模型，对楼宇内产生、消耗与储存能量的装置进行建模并设置约束条件；数据采集模块实时采集楼宇内的能源信息数据并传输到数据处理模块的模型中进行计算处理；根据功率平衡的条件对负荷侧、供电侧和储能侧的功率建立等式，以完全消纳楼宇内部发电电能为目标对楼宇的能源进行分配；还公开了包括数据采集模块、数据处理模块、总控制模块和设备控制模块的能源管理系统。本发明在楼宇上设置风力发电装置和光伏发电装置，以可再生资源发电来减少楼宇对电网供电的需求，达到节能的效果，同时在楼宇内设置储能系统，完成对风光发电资源的消纳，节约用电成本。

Description

一种智能楼宇的能源管理系统及方法
技术领域
本发明涉及楼宇能源控制领域，尤其是涉及一种智能楼宇的能源管理系统及方法。
背景技术
能源危机和环境保护成为了世界经济发展不可忽视的难题，这就导致了低碳经济概念的提出。低碳经济的核心是清洁能源技术和减排技术，于是可再生能源的使用成为新的议题。在众多可再生能源当中，风能和太阳能以其碳零排放的特性成为了21世界最被看好的可再生能源。利用风光电可以互补发电的特性可以全天候为一个微网供电。但是风光电都存在资源不确定性，需要有其他的能量加入形成一个多能源互补供能系统。同时随着中国建筑总量的不断攀升和居住舒适度要求的不断提升，建筑能耗呈急剧上扬趋势。目前已与工业能耗、交通能耗并列，成为我国能源消耗的三大“能耗大户”之一，建筑节能迫在眉睫。因此应着力提高电能在终端多能源消费中的比重，尽最大限度减少终端化石能源的燃烧排放，以缓解污染物排放对环境造成的压力。两相结合在楼宇处建立一个具备“源-网-荷-储”一体化的楼宇微电网能源系统，既能解决风光电资源不确定性的问题，又能减少楼宇向电网汲取的电量。
在中国专利文献上公开的“基于集成微电网系统的楼宇节能系统”，其公开号为CN114336727A，公开日期为2022-04-12，涉及楼宇节能系统技术领域，为解决现有提出楼宇节能系统不具备微电网系统，使楼宇节能系统不能够在运行成本上得到良好的改善的问题。设备内设置有分布式风力发电、光伏发电单元、区域供电单元、充电单元、储能单元和能源管理系统，分布式风力发电、光伏发电单元和区域供电单元与储能单元电性连接，分布式风力发电、光伏发电单元和区域供电单元与充电单元电性连接，能源管理系统包括、分布式监控单元、电负荷监控单元、充电监控单元、环境监控单元、主监控单元和操作界面单元。但是该技术中只说明了组建楼宇微电网系统的简单连接关系，缺少对楼宇内微电网系统的能源控制方案和风光发电这些不确定性电源的消纳措施。
发明内容
本发明是为了克服现有技术中现代楼宇大部分采用电网外部输送电能，缺少利用楼宇本身优势建立结合风光发电和电网供电的楼宇微电网系统的技术，从而浪费资源的问题，提供了一种智能楼宇的能源管理系统及方法，在楼宇上设置风力发电装置和光伏发电装置，以可再生资源发电来减少楼宇对电网供电的需求，达到节能的效果，同时在楼宇内设置储能系统，完成对风光发电资源的消纳，节约用电成本。
为了实现上述目的，本发明采用以下技术方案：
一种智能楼宇的能源管理系统，包括：
数据采集模块，用于采集楼宇内的能源信息数据并发送给数据处理模块，包括分别设置在负荷侧、供电侧和储能侧的数据采集装置；
数据处理模块，接收来自数据采集模块的能源信息数据进行建模和数据处理；
总控制模块，包括有人机交互单元和数据库单元，用于显示由数据处理模块处理过的虚拟楼宇模型和对应的能源信息数据并保存，同时下达设备控制指令；
设备控制模块，接收来自总控制模块的设备控制指令控制楼宇内设备工作。
本发明中数据采集模块采集的能源信息数据不仅包括用电设备、发电设备和储能设备在工作过程中的运行数据，还包括影响运行过程的坏境空间数据和楼宇内的几何参数和属性；人机交互单元中显示的虚拟楼宇模型可以等比例显示整个楼宇实体的状态，并在实际的数据采集装置对应的虚拟楼宇模型位置都显示有采集的数据信息，以便于查看和监测；同时这些保存的数据可以作为历史数据便于数据处理模块的模型建立和修正，使得虚拟楼宇模型更贴合实际；总控制模块根据处理后的数据信息和设置的能源管理方法规则下达相应的控制指令，由设备控制模块根据控制指令对楼宇内的设备进行控制，从而完成能源管理。
作为优选，所述负荷侧分为公共负荷侧和用户负荷侧；所述供电侧包括风光发电侧、循环回收侧和电网供电侧，所述循环回收侧分为电梯电能回收系统和水循环发电系统；所述储能侧包括电储能系统和水储能系统。
本发明中公共负荷侧指楼宇内公共区域的用电设备负荷，用户负荷侧指楼宇内每户住户的用电负荷；在本发明的供电侧中包括风力发电和光伏发电的风光发电侧，风光发电的位置根据设计需要确定，电网供电侧是楼宇与电网的电能双向传输部分；循环回收侧中，电梯电能回收系统是对电梯上下行过程中的势能和电能的转化，其回收的电能重新用于电梯的工作，水循环发电系统则是依靠水储能系统储存的水的势能向电能的转化。
作为优选，所述储能侧的水储能系统包括若干储水装置，当楼宇总共有2n+1层时，在所有奇数层都设置有储水装置，当楼宇总共有2n层时，在第2n层和所有奇数层都设置有储水装置，n为非负整数；所述供电侧的水循环发电系统包括若干设置有水泵的连通管和水力发电单元；所述水力发电单元连接在第一层和最顶层的储水装置之间，所述连通管用于连通相邻的两个储水装置，连通管的两端各设置有一个电磁阀。
本发明中储水装置内储存的水可以用于楼宇内日常用水的供应，也可以用于消防用水等，同时储水装置上都设置有进水口和出水口，可以通过水管进出水；更进一步地，电梯中的配重可以通过若干个单位体积的水箱叠加进行替代配重，在配重上升后可以将水抬升到不同楼层并转移到储水装置中，充分利用电梯工作的能量；另外储水装置中的水供应楼层数小于等于自身的用水，不需要将水再泵到更高楼层可以节约用电；设置的水力发电单元设置在第一层和最顶层的储水装置之间，靠近第一层的储水装置，提高水势能的转化效率，同时可以在楼宇最顶层额外设置更大的储水箱，既能防备停水时楼宇的用水不足，也能增加楼宇的水储能系统的储能量。
作为优选，所述连通管包括U形部，U形部的一端开口与长管部的一端连接，U形部的另一端开口与短管部的一端连接；对于相邻的两个储水装置，U形部高于较高的储水装置最高点倒置，短管部的另一端设置在较高的储水装置内靠近底面处，长管部的另一端设置在较低的储水装置内靠近底面处。
本发明中设置的连通管可以将一个储水装置底部的水抽出转移到另一个储水装置中，从而在储水装置的水转移过程中尽可能减少储水装置中的死水部分，设置在连通管上的水泵可以将低处储水装置的水泵到高处的储水装置中；而当高处的水向低处转移时，连通管可以作为虹吸管将水进行转移。
一种智能楼宇的能源管理方法，包括：
建立与实际楼宇相对应的虚拟楼宇模型，对楼宇内产生、消耗与储存能量的装置进行建模并设置约束条件；
数据采集模块实时采集楼宇内的能源信息数据并传输到数据处理模块的模型中进行计算处理；根据功率平衡的条件对负荷侧、供电侧和储能侧的功率建立等式，以完全消纳楼宇内部发电电能为目标对楼宇的能源进行分配。
本发明中建立楼宇对应的虚拟楼宇模型，同时在虚拟楼宇模型相应的位置都显示有采集的数据，可以便与工作人员查看和监控楼宇内的能源控制情况，此外对楼宇内产生、消耗与储存能量的装置进行建模并设置约束条件，是为了模拟各个装置的实际工作状态，从而使得虚拟的楼宇模型更贴合反应实际情况；在实际楼宇能源管理过程中，总的用电功率和总的供电功率是始终保持平衡相等的，只是根据用电功率的不同，对于供电侧不同类型供电装置的供电功率进行相应的分配的调整，以消耗风力发电和光伏发电的电能为最高优先级来进行能源管理。
作为优选，所述对楼宇内产生、消耗与储存能量的装置进行建模包括建立光伏发电模型、风力发电模型、电储能系统模型和用户负荷侧模型；根据功率平衡建立的等式为：
Figure BDA0003753582600000041
其中
Figure BDA0003753582600000042
为t时刻电网供电侧供电功率，
Figure BDA0003753582600000043
为t时刻第i个电储能装置的充放电功率，大于零时放电，小于零时充电；
Figure BDA0003753582600000044
和
Figure BDA0003753582600000045
分别为t时刻光伏发电功率、风力发电功率和循环回收侧发电功率；
Figure BDA0003753582600000046
为t时刻公共负荷侧用电功率，
Figure BDA0003753582600000047
为t时刻第i个用户负荷侧用电功率；Nbat、Nuser分别为电储能装置数量和用户负荷侧用户数量，
Figure BDA0003753582600000048
为t时刻总负荷功率。
本发明中，循环回收侧的电梯电能回收系统产生的电能直接储存到每个电梯对应的蓄电池中，然后由蓄电池连接电储能装置，使用电梯时首先消耗蓄电池中的电能，蓄电池无法满足供应要求时的从电储能装置中调用，因此电梯电能回收系统产生的电能在功率平衡等式中归属于电储能系统中，循环回收侧发电功率具体指水循环发电系统发电功率；对于电网供电侧供电功率，其值大于零时说明电网对楼宇供电，其值小于零时说明楼宇向电网反馈电能；电储能系统中包含有若干个电储能装置，因此需要对每个电储能装置的充放电功率进行叠加；同样的每户用户的用电情况也不相同，因此需要对每户用户的用电功率叠加计算总的用户侧负荷功率。
作为优选，当光伏发电和风力发电的功率和大于总负荷功率时，即
Figure BDA0003753582600000049
供应总负荷功率后多余的功率部分先对电储能装置进行充电，若电储能装置充满或达到最大充电功率时则通过水泵泵水到储水装置中将能量在水储能系统中储存，若水储能系统也满额则将多余的功率部分反馈给电网；当
Figure BDA00037535826000000410
时，不足的功率部分首先由电储能装置进行放电补充；若电储能装置达到最大放电功率或储存电量达到电量下限阈值时，则由电网进行供电补充；若电网侧供电功率达到电网最大供电功率时，则由水循环发电系统发电补充。
本发明中由于首要目标是对风光发电的电能进行消纳，因此首先比较风光发电功率与总负荷功率，当风光发电功率大于总负荷功率时，还有多余的电能无法消耗，此时可以按照优先级由高到低将电能向电储能装置、水储能装置和电网转移；而当风光发电功率小于总负荷功率时，缺少的部分电能按优先级由高到低向电储能装置、电网和水储能装置获取，若所有供电方式都开启达到功率上限后供电功率仍然不足的，则首先停止公共负荷侧除必要设备以外的用电设备，必要设备包括电梯、应急设备等，若供电功率仍不足的，则对每户用户超出用户负荷侧功率上限的部分按照超出的部分等比例削减供电功率。
作为优选，设置的约束条件包括：充放电功率约束条件：
Figure BDA0003753582600000051
Figure BDA0003753582600000052
其中
Figure BDA0003753582600000053
为电网最大供电功率，
Figure BDA0003753582600000054
为第i个电储能装置的最大充放电功率，
Figure BDA0003753582600000055
为单个用户负荷侧用电功率上限；
电储能系统的储能约束条件：电网不停电时，
Figure BDA0003753582600000056
电网停电时，
Figure BDA0003753582600000057
其中
Figure BDA0003753582600000058
为t时刻电储能装置储存的电量，
Figure BDA0003753582600000059
为电储能装置的电量下限阈值，
Figure BDA00037535826000000510
为电储能装置最大储存电量。
本发明中对楼宇内的所有用电设备、储能设备和发电设备都设置有相应的约束条件，可以保证楼宇中设备工作时的安全性，另外电储能系统的约束条件根据电网停电与否区别设置，在不停电时保证电储能系统的电量始终高于电量下限阈值，从而使得在突发情况下电储能系统中有电能可以提供；在停电时电储能装置的储能最低为零，即通过电储能装置尽可能保证停电情况下楼宇内设备的正常工作，若电储能装置储存的电量消耗完后仍在停电情况下，可以通过水储能系统最顶层的储水装置和储水箱，经由水力发电单元发电提供电能。
本发明具有如下有益效果：在楼宇上设置风力发电装置和光伏发电装置，以可再生资源发电来减少楼宇对电网供电的需求，达到节能的效果，同时在楼宇内设置储能系统，完成对风光发电资源的消纳，节约用电成本；设置有水储能系统和水循环发电系统，将多余的电能转化为水的势能分布在不同的楼层中，既能作为楼层的日常用水供应，也可以在必要时重新将水势能转化为电能供电。
附图说明
图1是本发明能源管理方法的流程图；
图2是本发明能源管理系统中水储能系统和水循环发电系统的示意图；
图中：1、储水装置；2、水泵；3、连通管；4、电磁阀；5、水力发电单元。
具体实施方式
下面结合附图与具体实施方式对本发明做进一步的描述。
一种智能楼宇的能源管理系统，包括：数据采集模块，用于采集楼宇内的能源信息数据并发送给数据处理模块，包括分别设置在负荷侧、供电侧和储能侧的数据采集装置；数据处理模块，接收来自数据采集模块的能源信息数据进行建模和数据处理；总控制模块，包括有人机交互单元和数据库单元，用于显示由数据处理模块处理过的虚拟楼宇模型和对应的能源信息数据并保存，同时下达设备控制指令；设备控制模块，接收来自总控制模块的设备控制指令控制楼宇内设备工作。
负荷侧分为公共负荷侧和用户负荷侧；供电侧包括风光发电侧、循环回收侧和电网供电侧，循环回收侧分为电梯电能回收系统和水循环发电系统；储能侧包括电储能系统和水储能系统。
如图2所示，储能侧的水储能系统包括若干储水装置1，当楼宇总共有2n+1层时，在所有奇数层都设置有储水装置1，当楼宇总共有2n层时，在第2n层和所有奇数层都设置有储水装置1，n为非负整数；供电侧的水循环发电系统包括若干设置有水泵2的连通管3和水力发电单元5；水力发电单元5连接在第一层的储水装置和最顶层的储水装置之间，连通管3用于连通相邻的两个储水装置1，连通管3的两端各设置有一个电磁阀4。
连通管包括U形部，U形部的一端开口与长管部的一端连接，U形部的另一端开口与短管部的一端连接；对于相邻的两个储水装置，U形部高于较高的储水装置最高点且倒置，短管部的另一端设置在较高的储水装置内靠近底面处，长管部的另一端设置在较低的储水装置内靠近底面处。
本发明中数据采集模块采集的能源信息数据不仅包括用电设备、发电设备和储能设备在工作过程中的运行数据，还包括影响运行过程的坏境空间数据和楼宇内的几何参数和属性；人机交互单元中显示的虚拟楼宇模型可以等比例显示整个楼宇实体的状态，并在实际的数据采集装置对应的虚拟楼宇模型位置都显示有采集的数据信息，以便于查看和监测；同时这些保存的数据可以作为历史数据便于数据处理模块的模型建立和修正，使得虚拟楼宇模型更贴合实际；总控制模块根据处理后的数据信息和设置的能源管理方法规则下达相应的控制指令，由设备控制模块根据控制指令对楼宇内的设备进行控制，从而完成能源管理。
本发明中公共负荷侧指楼宇内公共区域的用电设备负荷，用户负荷侧指楼宇内每户住户的用电负荷；在本发明的供电侧中包括风力发电和光伏发电的风光发电侧，风光发电的位置根据设计需要确定，电网供电侧是楼宇与电网的电能双向传输部分；循环回收侧中，电梯电能回收系统是对电梯上下行过程中的势能和电能的转化，其回收的电能重新用于电梯的工作，水循环发电系统则是依靠水储能系统储存的水的势能向电能的转化。
本发明中储水装置内储存的水可以用于楼宇内日常用水的供应，也可以用于消防用水等，同时储水装置上都设置有进水口和出水口，可以通过水管进出水；更进一步地，电梯中的配重可以通过若干个单位体积的水箱叠加进行替代配重，在配重上升后可以将水抬升到不同楼层并转移到储水装置中，充分利用电梯工作的能量；另外储水装置中的水供应楼层数小于等于自身的用水，不需要将水再泵到更高楼层可以节约用电；设置的水力发电单元设置在第一层和最顶层的储水装置之间，靠近第一层的储水装置，提高水势能的转化效率，同时可以在楼宇最顶层额外设置更大的储水箱，既能防备停水时楼宇的用水不足，也能增加楼宇的水储能系统的储能量。
本发明中设置的连通管可以将一个储水装置底部的水抽出转移到另一个储水装置中，从而在储水装置的水转移过程中尽可能减少储水装置中的死水部分，设置在连通管上的水泵可以将低处储水装置的水泵到高处的储水装置中；而当高处的水向低处转移时，连通管可以作为虹吸管将水进行转移。
如图1所示，一种智能楼宇的能源管理方法，包括：建立与实际楼宇相对应的虚拟楼宇模型，对楼宇内产生、消耗与储存能量的装置进行建模并设置约束条件；数据采集模块实时采集楼宇内的能源信息数据并传输到数据处理模块的模型中进行计算处理；根据功率平衡的条件对负荷侧、供电侧和储能侧的功率建立等式，以完全消纳楼宇内部发电电能为目标对楼宇的能源进行分配。
对楼宇内产生、消耗与储存能量的装置进行建模包括建立光伏发电模型、风力发电模型、电储能系统模型和用户负荷侧模型；光伏发电模型、风力发电模型和电储能系统模型在现有技术中以公开，因此不进行详细说明，用户侧负荷模型用于预测用户侧的用电情况。
采集楼宇内的能源信息数据并传输到数据处理模块的模型中进行计算处理，根据现有的模型计算得到对应的光伏发电功率、风力发电功率、用户负荷侧用电功率，并采集实时功率情况对模型修正；此外电储能系统充放电功率状态可以实时采集，同时其约束条件为系统本身的属性；此外公共负荷侧的用电功率较为稳定，可以通过历史数据求平均代替或者以实时采集的数据计算，
根据功率平衡建立的等式为：
Figure BDA0003753582600000071
其中
Figure BDA0003753582600000072
为t时刻电网供电侧供电功率，
Figure BDA0003753582600000073
为t时刻第i个电储能装置的充放电功率，大于零时放电，小于零时充电；
Figure BDA0003753582600000074
和
Figure BDA0003753582600000075
分别为t时刻光伏发电功率、风力发电功率和循环回收侧发电功率；
Figure BDA0003753582600000076
为t时刻公共负荷侧用电功率，
Figure BDA0003753582600000077
为t时刻第i个用户负荷侧用电功率；Nbat、Nuser分别为电储能装置数量和用户负荷侧用户数量，
Figure BDA0003753582600000078
为t时刻总负荷功率。
当光伏发电和风力发电的功率和大于总负荷功率时，即
Figure BDA0003753582600000081
供应总负荷功率后多余的功率部分
Figure BDA0003753582600000082
先对电储能系统中的电储能装置进行充电；若电储能系统充满电时则通过水泵泵水到储水装置中将能量在水储能系统中储存；或者若电储能系统的充电功率达到其最大充电功率时(所有电储能装置的充电功率都达到最大充电功率)，在对电储能系统进行充电的同时对水泵供电将电能转转化成水储能系统中的能量储存；若水储能系统也满额则将多余的功率部分反馈给电网；若多余的功率部分
Figure BDA0003753582600000083
大于所有电储能系统的最大充电功率之和与水储能系统消耗的功率的和时，在向电储能系统和水储能系统储能的同时向电网反馈电能。
当
Figure BDA0003753582600000084
时，不足的功率部分
Figure BDA0003753582600000085
首先由电储能系统进行放电补充；若电储能系统达到最大放电功率时(所有电储能装置的放电功率都达到最大放电功率)，则由电网进行供电补充；或者若电储能系统的储存电量达到电量下限阈值时则同样由电网进行供电补充；若电网侧供电功率达到电网最大供电功率时，则由水循环发电系统发电补充。
设置的约束条件包括：充放电功率约束条件：
Figure BDA0003753582600000086
Figure BDA0003753582600000087
其中
Figure BDA0003753582600000088
为电网最大供电功率，
Figure BDA0003753582600000089
为第i个电储能装置的最大充放电功率，
Figure BDA00037535826000000810
为单个用户负荷侧用电功率上限；电储能系统的储能约束条件：电网不停电时，
Figure BDA00037535826000000811
电网停电时，
Figure BDA00037535826000000812
其中
Figure BDA00037535826000000813
为t时刻电储能装置储存的电量，
Figure BDA00037535826000000814
为电储能装置的电量下限阈值，
Figure BDA00037535826000000815
为电储能装置最大储存电量。在停电的情况下电储能系统储存的电能可以被完全放完。
本发明中建立楼宇对应的虚拟楼宇模型，同时在虚拟楼宇模型相应的位置都显示有采集的数据，可以便与工作人员查看和监控楼宇内的能源控制情况，此外对楼宇内产生、消耗与储存能量的装置进行建模并设置约束条件，是为了模拟各个装置的实际工作状态，从而使得虚拟的楼宇模型更贴合反应实际情况；在实际楼宇能源管理过程中，总的用电功率和总的供电功率是始终保持平衡相等的，只是根据用电功率的不同，对于供电侧不同类型供电装置的供电功率进行相应的分配的调整，以消耗风力发电和光伏发电的电能为最高优先级来进行能源管理。
本发明中，循环回收侧的电梯电能回收系统产生的电能直接储存到每个电梯对应的蓄电池中，然后由蓄电池连接电储能装置，使用电梯时首先消耗蓄电池中的电能，蓄电池无法满足供应要求时的从电储能装置中调用，因此电梯电能回收系统产生的电能在功率平衡等式中归属于电储能系统中，循环回收侧发电功率具体指水循环发电系统发电功率；对于电网供电侧供电功率，其值大于零时说明电网对楼宇供电，其值小于零时说明楼宇向电网反馈电能；电储能系统中包含有若干个电储能装置，因此需要对每个电储能装置的充放电功率进行叠加；同样的每户用户的用电情况也不相同，因此需要对每户用户的用电功率叠加计算总的用户侧负荷功率。
本发明中由于首要目标是对风光发电的电能进行消纳，因此首先比较风光发电功率与总负荷功率，当风光发电功率大于总负荷功率时，还有多余的电能无法消耗，此时可以按照优先级由高到低将电能向电储能装置、水储能装置和电网转移；而当风光发电功率小于总负荷功率时，缺少的部分电能按优先级由高到低向电储能装置、电网和水储能装置获取，若所有供电方式都开启达到功率上限后供电功率仍然不足的，则首先停止公共负荷侧除必要设备以外的用电设备，必要设备包括电梯、应急设备等，若供电功率仍不足的，则对每户用户超出用户负荷侧功率上限的部分按照超出的部分等比例削减供电功率。本发明中由于存在峰谷电，因此在半夜谷电时通过水泵将所有储水装置中的水蓄满，并充满电储能装置的电能，从而避免白天用电高峰的供电不足问题，此外由于早晨起来时用户洗漱做饭消耗的水由储水装置提供，既能节约白天泵水的电费花费，同时消耗的水的部分可以由风光发电的多余功率重新补充，避免了风光发电电能的浪费。
本发明中对楼宇内的所有用电设备、储能设备和发电设备都设置有相应的约束条件，可以保证楼宇中设备工作时的安全性，另外电储能系统的约束条件根据电网停电与否区别设置，在不停电时保证电储能系统的电量始终高于电量下限阈值，从而使得在突发情况下电储能系统中有电能可以提供；在停电时电储能装置的储能最低为零，即通过电储能装置尽可能保证停电情况下楼宇内设备的正常工作，若电储能装置储存的电量消耗完后仍在停电情况下，可以通过水储能系统最顶层的储水装置和储水箱，经由水力发电单元发电提供电能。
上述实施例是对本发明的进一步阐述和说明，以便于理解，并不是对本发明的任何限制，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种智能楼宇的能源管理系统，其特征在于，包括：
数据采集模块，用于采集楼宇内的能源信息数据并发送给数据处理模块，包括分别设置在负荷侧、供电侧和储能侧的数据采集装置；
数据处理模块，接收来自数据采集模块的能源信息数据进行建模和数据处理；
总控制模块，包括有人机交互单元和数据库单元，用于显示由数据处理模块处理过的虚拟楼宇模型和对应的能源信息数据并保存，同时下达设备控制指令；
设备控制模块，接收来自总控制模块的设备控制指令控制楼宇内设备工作。
2.根据权利要求1所述的一种智能楼宇的能源管理系统，其特征在于，所述负荷侧分为公共负荷侧和用户负荷侧；所述供电侧包括风光发电侧、循环回收侧和电网供电侧，所述循环回收侧分为电梯电能回收系统和水循环发电系统；所述储能侧包括电储能系统和水储能系统。
3.根据权利要求1或2所述的一种智能楼宇的能源管理系统，其特征在于，所述储能侧的水储能系统包括若干储水装置，当楼宇总共有2n+1层时，在所有奇数层都设置有储水装置，当楼宇总共有2n层时，在第2n层和所有奇数层都设置有储水装置，n为非负整数；所述供电侧的水循环发电系统包括若干设置有水泵的连通管和水力发电单元；所述水力发电单元连接在第一层和最顶层的储水装置之间，所述连通管用于连通相邻的两个储水装置，连通管的两端各设置有一个电磁阀。
4.根据权利要求3所述的一种智能楼宇的能源管理系统，其特征在于，所述连通管包括U形部，U形部的一端开口与长管部的一端连接，U形部的另一端开口与短管部的一端连接；对于相邻的两个储水装置，U形部高于较高的储水装置最高点，短管部的另一端设置在较高的储水装置内靠近底面处，长管部的另一端设置在较低的储水装置内靠近底面处。
5.一种智能楼宇的能源管理方法，适用于如权利要求1-4任一条所述的能源管理系统，其特征在于，包括：
建立与实际楼宇相对应的虚拟楼宇模型，对楼宇内产生、消耗与储存能量的装置进行建模并设置约束条件；
数据采集模块实时采集楼宇内的能源信息数据并传输到数据处理模块的模型中进行计算处理；根据功率平衡的条件对负荷侧、供电侧和储能侧的功率建立等式，以完全消纳楼宇内部发电电能为目标对楼宇的能源进行分配。
6.根据权利要求5所述的一种智能楼宇的能源管理方法，其特征在于，所述对楼宇内产生、消耗与储存能量的装置进行建模包括建立光伏发电模型、风力发电模型、电储能系统模型和用户负荷侧模型；根据功率平衡建立的等式为：
Figure FDA0003753582590000021
其中
Figure FDA0003753582590000022
为t时刻电网供电侧供电功率，
Figure FDA0003753582590000023
为t时刻第i个电储能装置的充放电功率，大于零时放电，小于零时充电；
Figure FDA0003753582590000024
和
Figure FDA0003753582590000025
分别为t时刻光伏发电功率、风力发电功率和循环回收侧发电功率；
Figure FDA0003753582590000026
为t时刻公共负荷侧用电功率，
Figure FDA0003753582590000027
为t时刻第i个用户负荷侧用电功率；Nbat、Nuser分别为电储能装置数量和用户负荷侧用户数量，
Figure FDA0003753582590000028
为t时刻总负荷功率。
7.根据权利要求5或6所述的一种智能楼宇的能源管理方法，其特征在于，
当光伏发电和风力发电的功率和大于总负荷功率时，即
Figure FDA0003753582590000029
供应总负荷功率后多余的功率部分先对电储能装置进行充电，若电储能装置充满或达到最大充电功率时则通过水泵泵水到储水装置中将能量在水储能系统中储存，若水储能系统也满额则将多余的功率部分反馈给电网；
当
Figure FDA00037535825900000210
时，不足的功率部分首先由电储能装置进行放电补充；若电储能装置达到最大放电功率或储存电量达到电量下限阈值时，则由电网进行供电补充；若电网侧供电功率达到电网最大供电功率时，则由水循环发电系统发电补充。
8.根据权利要求7所述的一种智能楼宇的能源管理方法，其特征在于，设置的约束条件包括：充放电功率约束条件：
Figure FDA00037535825900000211
其中
Figure FDA00037535825900000212
为电网最大供电功率，
Figure FDA00037535825900000213
为第i个电储能装置的最大充放电功率，
Figure FDA00037535825900000214
为单个用户负荷侧用电功率上限；
电储能系统的储能约束条件：电网不停电时，
Figure FDA00037535825900000215
电网停电时，
Figure FDA00037535825900000216
其中
Figure FDA00037535825900000217
为t时刻电储能装置储存的电量，
Figure FDA00037535825900000218
为电储能装置的电量下限阈值，
Figure FDA00037535825900000219
为电储能装置最大储存电量。
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