CN115459322A - 基于光储直柔技术的智能用电系统 - Google Patents

Abstract

本发明属于光储技术领域，具体涉及基于光储直柔技术的智能用电系统。所述系统包括：光储直柔部分、中央调度部分和建筑部分；所述建筑部分配置用于获取建筑的三维立体图，并基于获取的三维立体图设置多个配置点；所述配置点的设置须满足的约束条件为：以所述配置点为圆心，以设定值为半径，构建圆形区域，将所有配置点对应的圆形区域进行叠加的面积为三维立体图的表面积的两倍。其利用构建建筑的三维立体图，然后进行配置点计算，以确保目标建筑的光伏全覆盖，同时进行动态平衡调整，以保证光伏的运行效率最大化。

Description

基于光储直柔技术的智能用电系统

技术领域

本发明属于光储技术领域，具体涉及基于光储直柔技术的智能用电系统。

背景技术

光储直柔(PEDF)，是在建筑领域应用太阳能光伏(Photovoltaic)、储能(Energystorage)、直流配电(Direct current)和柔性交互(Flexibility)四项技术的简称。

“光”即太阳能光伏技术。太阳能光伏发电是未来主要的可再生电源之一，而体量巨大的建筑外表面是发展分布式光伏的空间资源。近十几年来，太阳能光伏技术有了快速的迭代与进步。最新数据显示，在实验室条件下最高的转化效率已达到47.1％，当前量产晶体硅组件的效率也很容易达到22％以上，且单位容量的成本下降到过去的1/10。

“储”即储能技术。在未来的电力系统中，储能是不可或缺的组成部分。建筑中的储能设施，其广义上有多种形式。电化学储能是形式之一，且近年技术发展最为迅速。电池储能技术具有响应速度快、效率高及对安装维护要求低等优点。建筑中应急电源、不间断电源等已普遍采用电化学储能。

“直”即直流技术。直流与交流相比具有形式简单、易于控制、传输效率高等特点，在航空、通信、舰船等专用系统中都大量的采用直流供电系统。但由于过往技术的局限性，直流变压困难、传输距离有限，在建筑低压配电系统中一直采用交流形式，随着电力电子技术发展，直流变压问题逐步得到解决，建筑直流供电系统重新为行业所关注。

“柔”即柔性用电技术。柔性是指能够主动改变建筑从市政电网取电功率的能力。事实上，建筑设备的柔性已经受到国内外学者的广泛关注。传统建筑能源供应主要是解决电力供应和建筑用能二者之间的关系，柔性要解决的是市电供应、分布式光伏、储能以及建筑用能四者的协同关系。发展柔性技术解决当下电力负荷峰值突出问题以及未来与高比例可再生能源发电形态相匹配的问题具有重要意义。

光储直柔中“柔”是最终的目的，使建筑用电由刚性负载转变为柔性负载，而“光”“储”“直”是实现“柔”这一最终目标的必要条件。

发明内容

有鉴于此，本发明的主要目的在于提供基于光储直柔技术的智能用电系统，其利用构建建筑的三维立体图，然后进行配置点计算，以确保目标建筑的光伏全覆盖，同时进行动态平衡调整，以保证光伏的运行效率最大化。

为达到上述目的，本发明的技术方案是这样实现的：

基于光储直柔技术的智能用电系统，所述系统包括：光储直柔部分、中央调度部分和建筑部分；所述建筑部分配置用于获取建筑的三维立体图，并基于获取的三维立体图设置多个配置点；所述配置点的设置须满足的约束条件为：以所述配置点为圆心，以设定值为半径，构建圆形区域，将所有配置点对应的圆形区域进行叠加的面积为三维立体图的表面积的两倍；所述光储直柔部分，配置用于基于三维立体图中每个配置点的位置，在实际中的建筑找到对应的位置，在每个位置设置子光储直柔单元，为该位置对应的圆形区域所覆盖的建筑部分进行供电；所述中央调度部分，配置用于获取处于运行状态中的每个子光储直柔单元的运行数据，对每个在光储直柔单元的运行状态进行调整，以保证总供电效率最大化。

进一步的，所述运行数据包括：光伏输出数据、光伏输出波峰数据、光伏输出波谷数据和负荷数据；所述光伏输出数据表征子光储直柔单元随时间变化的电量输出状况；光伏消耗波峰数据表征子光储直柔单元在设定时间区间内输出的电量最大值；光伏消耗波谷数据表征子光储直柔单元在设定时间区间内输出的电量最小值；负荷数据表征子光储直柔单元所承担的负荷数据。

进一步的，所述建筑部分包括：图像获取单元和三维立体图构建单元；所述图像获取单元，配置用于获取建筑的图像数据；所述三维立体图构建单元，配置用于基于获取的图像数据，构建三维立体图。

进一步的，所述图像获取单元包括：三个曲面摄像头，所述曲面摄像头的曲率为

度。

进一步的，所述三维立体图构建单元构建三维立体图的方法包括：将三个曲面摄像头获取到的图像数据进行图像二值化，得到二值化图像；然后提取二值化图像的轮廓；最后将二值化图像的轮廓进行空间投影，将空间投影的结果进行拼接，得到三维立体图。

进一步的，所述三维立体图构建单元将二值化图像的轮廓进行空间投影的方法包括：将二值化图像的轮廓在空间坐标系下，使用如下公式进行空间投影：

其中，x为二值化图像的轮廓的x轴坐标；y为二值化图像的轮廓的y轴坐标；z为二值化图像的轮廓的z轴坐标；Shadow(x,y,z)为得到的空间投影。

进一步的，所述中央调度部分，获取处于运行状态中的每个子光储直柔单元的运行数据，对每个在光储直柔单元的运行状态进行调整，以保证总供电效率最大化的过程包括：获取每个子光储直柔单元的光伏输出数据，构建每个子光储直柔单元的光伏输出曲线；获取每个子光储直柔单元的光伏消耗波峰数据，构建每个子光储直柔单元的光伏消耗波峰曲线；获取每个子光储直柔单元的光伏消耗波谷数据，构建每个子光储直柔单元的光伏消耗波谷曲线；获取每个子光储直柔单元的负荷数据，构建每个子光储直柔单元的负荷曲线；基于每个子光储直柔单元的光伏输出曲线、光伏消耗波峰曲线、光伏消耗波谷曲线和负荷曲线进行曲线交叉验证，找到每个子光储直柔单元的动态平衡点，以该动态平衡点对应的数值，对该子光储直柔单元进行运行状态调整。

进一步的，所述交叉验证的过程包括：分别将每个子光储直柔单元的光伏输出曲线、光伏消耗波峰曲线、光伏消耗波谷曲线和负荷曲线对应的参数代入交叉验证模型，通过交叉验证模型计算得到每个子光储直柔单元的动态平衡点；所述交叉验证模型为基于斜率、相位和幅度，使用黎曼近似方程构建的计算模型。

进一步的，所述交叉验证模型使用如下公式进行表示：

其中，k₁为光伏输出曲线的斜率，θ₁为光伏输出曲线的相位角度值，A₁为光伏输出曲线的幅度值；k₂为光伏消耗波峰曲线的斜率，θ₂为光伏消耗波峰曲线的相位角度值，A₂为光伏消耗波峰曲线的幅度值；k₃为光伏消耗波谷曲线的斜率，θ₃为光伏消耗波谷曲线的相位角度值，A₃为光伏消耗波谷曲线的幅度值；k₄为负荷曲线的斜率，θ₄为负荷曲线的相位角度值，A₄为负荷曲线的幅度值；Point为计算得到的动态平衡点；s为调整系数，取值范围为0.25～0.4。

进一步的，所述s的取值为0.3。

本发明的基于光储直柔技术的智能用电系统，具有如下有益效果：

1.智能调整：本发明通过对光储直柔部分的动态调整，以保证整个系统运行效率的最大化，使得光储直柔在给建筑供电过程中，不会造成能源的浪费。

2.自动化程度高：本发明在实现动态管理的过程中，自动构建三维立体图，然后进行光储直柔的动态调整，整个过程无须人工进行参与，实现了高自动化。

附图说明

图1为本发明实施例提供的基于光储直柔技术的智能用电系统的系统结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图及本发明的实施例对本发明的方法作进一步详细的说明。

实施例1

如图1所示，基于光储直柔技术的智能用电系统，所述系统包括：光储直柔部分、中央调度部分和建筑部分；所述建筑部分配置用于获取建筑的三维立体图，并基于获取的三维立体图设置多个配置点；所述配置点的设置须满足的约束条件为：以所述配置点为圆心，以设定值为半径，构建圆形区域，将所有配置点对应的圆形区域进行叠加的面积为三维立体图的表面积的两倍；所述光储直柔部分，配置用于基于三维立体图中每个配置点的位置，在实际中的建筑找到对应的位置，在每个位置设置子光储直柔单元，为该位置对应的圆形区域所覆盖的建筑部分进行供电；所述中央调度部分，配置用于获取处于运行状态中的每个子光储直柔单元的运行数据，对每个在光储直柔单元的运行状态进行调整，以保证总供电效率最大化。

具体的，由于光伏发电出力存在不确定性和波动性，直接并入直流微网并上送至交流大电网，将会对电网安全运行产生影响，而通过对光储直柔建筑进行光储协同配置，可以提高可再生能源的利用率。

目前在对光储直柔建筑进行光储协同配置时，大多是根据经验或用电需求进行配置，容易选取高容量配置，从而导致容量的浪费，因此现有的光储协同配置方案并不能实现可再生资源的合理利用。

具体的，配置点的设置是为了保证建筑的全覆盖，使得光储直柔部分能够为整个建筑供能。

实施例2

在上一实施例的基础上，所述运行数据包括：光伏输出数据、光伏输出波峰数据、光伏输出波谷数据和负荷数据；所述光伏输出数据表征子光储直柔单元随时间变化的电量输出状况；光伏消耗波峰数据表征子光储直柔单元在设定时间区间内输出的电量最大值；光伏消耗波谷数据表征子光储直柔单元在设定时间区间内输出的电量最小值；负荷数据表征子光储直柔单元所承担的负荷数据。

具体的，光伏，即光伏发电系统，是利用半导体材料的光伏效应，将太阳辐射能转化为电能的一种发电系统。光伏发电系统的能量来源于取之不尽、用之不竭的太阳能，是一种清洁、安全和可再生的能源。光伏发电过程不污染环境，不破坏生态。

实施例3

在上一实施例的基础上，所述建筑部分包括：图像获取单元和三维立体图构建单元；所述图像获取单元，配置用于获取建筑的图像数据；所述三维立体图构建单元，配置用于基于获取的图像数据，构建三维立体图。

具体的，三维立体图为建筑的3D图。

实施例4

在上一实施例的基础上，所述图像获取单元包括：三个曲面摄像头，所述曲面摄像头的曲率为

度。

具体的，当三个曲面摄像头彼此之间并无交叉覆盖时，曲线的度数为恒定的120度。但实际过程中三个曲面摄像头之间会存在大面积的交叉，因此曲率的角度值可以为其他值。

实施例5

在上一实施例的基础上，所述三维立体图构建单元构建三维立体图的方法包括：将三个曲面摄像头获取到的图像数据进行图像二值化，得到二值化图像；然后提取二值化图像的轮廓；最后将二值化图像的轮廓进行空间投影，将空间投影的结果进行拼接，得到三维立体图。

实施例6

在上一实施例的基础上，所述三维立体图构建单元将二值化图像的轮廓进行空间投影的方法包括：将二值化图像的轮廓在空间坐标系下，使用如下公式进行空间投影：

其中，x为二值化图像的轮廓的x轴坐标；y为二值化图像的轮廓的y轴坐标；z为二值化图像的轮廓的z轴坐标；Shadow(x,y,z)为得到的空间投影。

具体的，本发明在空间投影的过程中，使用的算法相对于现有算法，其投影的结果更好，因为其是基于曲面摄像头的，基于本发明的算法，使得空间投影的结果更准确。

实施例7

在上一实施例的基础上，所述中央调度部分，获取处于运行状态中的每个子光储直柔单元的运行数据，对每个在光储直柔单元的运行状态进行调整，以保证总供电效率最大化的过程包括：获取每个子光储直柔单元的光伏输出数据，构建每个子光储直柔单元的光伏输出曲线；获取每个子光储直柔单元的光伏消耗波峰数据，构建每个子光储直柔单元的光伏消耗波峰曲线；获取每个子光储直柔单元的光伏消耗波谷数据，构建每个子光储直柔单元的光伏消耗波谷曲线；获取每个子光储直柔单元的负荷数据，构建每个子光储直柔单元的负荷曲线；基于每个子光储直柔单元的光伏输出曲线、光伏消耗波峰曲线、光伏消耗波谷曲线和负荷曲线进行曲线交叉验证，找到每个子光储直柔单元的动态平衡点，以该动态平衡点对应的数值，对该子光储直柔单元进行运行状态调整。

实施例8

在上一实施例的基础上，所述交叉验证的过程包括：分别将每个子光储直柔单元的光伏输出曲线、光伏消耗波峰曲线、光伏消耗波谷曲线和负荷曲线对应的参数代入交叉验证模型，通过交叉验证模型计算得到每个子光储直柔单元的动态平衡点；所述交叉验证模型为基于斜率、相位和幅度，使用黎曼近似方程构建的计算模型。

具体的，独立光伏发电系统由太阳能光伏阵列、蓄电池组、充电控制器、电力电子变换器(逆变器)、负载等组成。其工作原理是，太阳辐射能量经过光伏阵列首先被转换成电能，然后由电力电子变换器变换后给负载供电。同时将多余的电能经过充电控制器后以化学能的形式储存在储能装置中。这样在日照不足时，储存在电池中的能量就可经过电力电子逆变器、滤波和工频变压器升压后变成交流220V、50Hz的电能供交流负载使用。太阳能发电的特点是白天发电，而负载往往却是全天候用电，因此在独立光伏发电系统中储能元件必不可少，工程上使用的储能元件主要是蓄电池。

实施例9

在上一实施例的基础上，所述交叉验证模型使用如下公式进行表示：

其中，k₁为光伏输出曲线的斜率，θ₁为光伏输出曲线的相位角度值，A₁为光伏输出曲线的幅度值；k₂为光伏消耗波峰曲线的斜率，θ₂为光伏消耗波峰曲线的相位角度值，A₂为光伏消耗波峰曲线的幅度值；k₃为光伏消耗波谷曲线的斜率，θ₃为光伏消耗波谷曲线的相位角度值，A₃为光伏消耗波谷曲线的幅度值；k₄为负荷曲线的斜率，θ₄为负荷曲线的相位角度值，A₄为负荷曲线的幅度值；Point为计算得到的动态平衡点；s为调整系数，取值范围为0.25～0.4。

具体的，本发明的交叉验证，基于四个曲线，然后基于曲线的多个特征来交叉验证，得到的动态平衡点更能反应整体的特征，效果更好。

实施例10

在上一实施例的基础上，所述s的取值为0.3。

需要说明的是，上述实施例提供的系统，仅以上述各功能单元的划分进行举例说明，在实际应用中，可以根据需要而将上述功能分配由不同的功能单元来完成，即将本发明实施例中的单元或者步骤再分解或者组合，例如，上述实施例的单元可以合并为一个单元，也可以进一步拆分成多个子单元，以完成以上描述的全部或者单元功能。对于本发明实施例中涉及的单元、步骤的名称，仅仅是为了区分各个单元或者步骤，不视为对本发明的不当限定。

所属技术领域的技术人员可以清楚地了解到，为描述的方便和简洁，上述描述的存储装置、处理装置的具体工作过程及有关说明，可以参考前述方法实施例中的对应过程，在此不再赘述。

本领域技术人员应能够意识到，结合本文中所公开的实施例描述的各示例的单元、方法步骤，能够以电子硬件、计算机软件或者二者的结合来实现，软件单元、方法步骤对应的程序可以置于随机存储器(RAM)、内存、只读存储器(ROM)、电可编程ROM、电可擦除可编程ROM、寄存器、硬盘、可移动磁盘、QD-ROM、或技术领域内所公知的任意其它形式的存储介质中。为了清楚地说明电子硬件和软件的可互换性，在上述说明中已经按照功能一般性地描述了各示例的组成及步骤。这些功能究竟以电子硬件还是软件方式来执行，取决于技术方案的特定应用和设计约束条件。本领域技术人员可以对每个特定的应用来使用不同方法来实现所描述的功能，但是这种实现不应认为超出本发明的范围。

术语“第一”、“另一部分”等是配置用于区别类似的对象，而不是配置用于描述或表示特定的顺序或先后次序。

术语“包括”或者任何其它类似用语旨在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者单元/装置不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其它要素，或者还包括这些过程、方法、物品或者单元/装置所固有的要素。

至此，已经结合附图所示的优选实施方式描述了本发明的技术方案，但是，本领域技术人员容易理解的是，本发明的保护范围显然不局限于这些具体实施方式。在不偏离本发明的原理的前提下，本领域技术人员可以对相关技术标记作出等同的更改或替换，这些更改或替换之后的技术方案都将落入本发明的保护范围之内。

以上所述，仅为本发明的较佳实施例而已，并非配置用于限定本发明的保护范围。

Claims (10)

1.基于光储直柔技术的智能用电系统，其特征在于，所述系统包括：光储直柔部分、中央调度部分和建筑部分；所述建筑部分配置用于获取建筑的三维立体图，并基于获取的三维立体图设置多个配置点；所述配置点的设置须满足的约束条件为：以所述配置点为圆心，以设定值为半径，构建圆形区域，将所有配置点对应的圆形区域进行叠加的面积为三维立体图的表面积的两倍；所述光储直柔部分，配置用于基于三维立体图中每个配置点的位置，在实际中的建筑找到对应的位置，在每个位置设置子光储直柔单元，为该位置对应的圆形区域所覆盖的建筑部分进行供电；所述中央调度部分，配置用于获取处于运行状态中的每个子光储直柔单元的运行数据，对每个在光储直柔单元的运行状态进行调整，以保证总供电效率最大化。

2.如权利要求1所述的系统，其特征在于，所述运行数据包括：光伏输出数据、光伏输出波峰数据、光伏输出波谷数据和负荷数据；所述光伏输出数据表征子光储直柔单元随时间变化的电量输出状况；光伏消耗波峰数据表征子光储直柔单元在设定时间区间内输出的电量最大值；光伏消耗波谷数据表征子光储直柔单元在设定时间区间内输出的电量最小值；负荷数据表征子光储直柔单元所承担的负荷数据。

3.如权利要求2所述的系统，其特征在于，所述建筑部分包括：图像获取单元和三维立体图构建单元；所述图像获取单元，配置用于获取建筑的图像数据；所述三维立体图构建单元，配置用于基于获取的图像数据，构建三维立体图。

4.如权利要求3所述的系统，其特征在于，所述图像获取单元包括：三个曲面摄像头，所述曲面摄像头的曲率为

度。

5.如权利要求4所述的系统，其特征在于，所述三维立体图构建单元构建三维立体图的方法包括：将三个曲面摄像头获取到的图像数据进行图像二值化，得到二值化图像；然后提取二值化图像的轮廓；最后将二值化图像的轮廓进行空间投影，将空间投影的结果进行拼接，得到三维立体图。

6.如权利要求5所述的系统，其特征在于，所述三维立体图构建单元将二值化图像的轮廓进行空间投影的方法包括：将二值化图像的轮廓在空间坐标系下，使用如下公式进行空间投影：

其中，x为二值化图像的轮廓的x轴坐标；y为二值化图像的轮廓的y轴坐标；z为二值化图像的轮廓的z轴坐标；Shadow(x,y,z)为得到的空间投影。

7.如权利要求6所述的系统，其特征在于，所述中央调度部分，获取处于运行状态中的每个子光储直柔单元的运行数据，对每个在光储直柔单元的运行状态进行调整，以保证总供电效率最大化的过程包括：获取每个子光储直柔单元的光伏输出数据，构建每个子光储直柔单元的光伏输出曲线；获取每个子光储直柔单元的光伏消耗波峰数据，构建每个子光储直柔单元的光伏消耗波峰曲线；获取每个子光储直柔单元的光伏消耗波谷数据，构建每个子光储直柔单元的光伏消耗波谷曲线；获取每个子光储直柔单元的负荷数据，构建每个子光储直柔单元的负荷曲线；基于每个子光储直柔单元的光伏输出曲线、光伏消耗波峰曲线、光伏消耗波谷曲线和负荷曲线进行曲线交叉验证，找到每个子光储直柔单元的动态平衡点，以该动态平衡点对应的数值，对该子光储直柔单元进行运行状态调整。

8.如权利要求7所述的系统，其特征在于，所述交叉验证的过程包括：分别将每个子光储直柔单元的光伏输出曲线、光伏消耗波峰曲线、光伏消耗波谷曲线和负荷曲线对应的参数代入交叉验证模型，通过交叉验证模型计算得到每个子光储直柔单元的动态平衡点；所述交叉验证模型为基于斜率、相位和幅度，使用黎曼近似方程构建的计算模型。

9.如权利要求8所述的系统，其特征在于，所述交叉验证模型使用如下公式进行表示：

其中，k₁为光伏输出曲线的斜率，θ₁为光伏输出曲线的相位角度值，A₁为光伏输出曲线的幅度值；k₂为光伏消耗波峰曲线的斜率，θ₂为光伏消耗波峰曲线的相位角度值，A₂为光伏消耗波峰曲线的幅度值；k₃为光伏消耗波谷曲线的斜率，θ₃为光伏消耗波谷曲线的相位角度值，A₃为光伏消耗波谷曲线的幅度值；k₄为负荷曲线的斜率，θ₄为负荷曲线的相位角度值，A₄为负荷曲线的幅度值；Point为计算得到的动态平衡点；s为调整系数，取值范围为0.25～0.4。

10.如权利要求9所述的系统，其特征在于，所述s的取值为0.3。

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