CN115685759B - 一种基于能量优先级的节能楼宇系统的控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种基于能量优先级的节能楼宇系统的控制方法，通过设计楼宇控制模块和挖掘楼宇能量优先级，实现了楼宇间能量的有效利用，从而进一步实现了整个楼宇群的低碳节能运维。

Description

一种基于能量优先级的节能楼宇系统的控制方法

技术领域

本发明属于人工智能领域，具体涉及一种基于能量优先级的节能楼宇系统的控制方法。

背景技术

近年来，随着气候问题的突出，楼宇的电力需求日益增加。同时，由于目前电力生产存在大量的碳排放，其又易造成全球温室效应，恶化气候和环境问题。尽管现有技术中开始关注楼宇节能问题，但其局限于仅依靠电网供电，碳排放量高等问题。

电能的大量消耗对气候产生的影响越来越大。尽管越来越多的地方开始布局分布式新能源发电系统，但由于其与天气、气候等不确定因素紧密相关，造成新能源发电技术存在较大地随机性，进而造成新能源并网后对电网的可靠运行造成威胁；由于其随机性大，运行不稳定，新能源发电也不为大众接受和消纳，弃电时有发生。因此，现有技术中通常还是需要采纳一定量的化石能源进行发电，在此情况下，如何在控制碳排放对环境的影响的同时，保证系统和谐地满足各用户端任务要求，亟待解决。

由此可见，现有技术存在化石能源发电碳排放难以达标、用户侧任务较难依据电力成产情况协同满足等技术问题。

发明内容

本发明的目的是克服现有技术中存在的用户侧任务较难依据电力生产情况协同满足的问题，提供了一种基于能量优先级的节能楼宇系统的控制方法，以进一步促进碳中和目标的实现。

为实现以上目的，本发明的技术解决方案是：

一种基于能量优先级的节能楼宇能量系统的控制方法，该控制方法用于楼宇能量管理，楼宇能量系统包括若干楼宇子系统，各子系统位于不同区域，每个子系统包含有若干太阳能烟囱发电模块，若干大型商务云计算模块、若干储能模块及若干温度传感器，一个楼宇共享控制模块、一个计算模块、一个信号传输模块及一个楼宇能量管理模块，位于不同区域的楼宇子系统通讯连接；所述各楼宇子系统之间均铺设有电线；所述温度传感器均匀分布于各楼宇系统内；所有楼宇子系统的数量为N；

所述楼宇能量系统的控制方法包括如下步骤：

1)所述楼宇共享控制模块基于历史电价数据，借助长短期记忆人工神经网络，采用每个楼宇子系统i中的计算模块，对室外温度T_iwp及可再生能源发电量r_ip进行预测；

2)每个楼宇子系统i中的楼宇共享控制模块基于楼宇子系统i的预测室外温度T_iwp，设置绿色、经济、综合三个控制等级，其中绿色等级编号为1对应室温范围为[T_i1l,T_i1u]，经济等级编号为2对应室温范围为[T_i2l,T_i2u]，综合等级编号为3对应室温范围为[T_i3l,T_i3u]；其中T_i1l为绿色等级对应室温范围的最小值，T_i1u为绿色等级对应室温范围的最大值，T_i2l为经济等级对应室温范围的最小值，T_i2u为经济等级对应室温范围的最大值，T_i3l为绿色等级对应室温范围的最小值，T_i3u为绿色等级对应室温范围的最大值；

3)对于每个楼宇子系统i,采用子系统i中楼宇能量管理模块，基于楼宇子系统的外墙平均传热系数基于如下方法确定得出楼宇子系统i的能量系数n_i及温度系数w_i：若则n_i＝1，w_i＝1.25；若/>取n_i＝0.5,w_i＝0.625；

4)对于每个楼宇子系统i,采用子系统i中的楼宇能量管理模块，获取用户输入的控制等级编号j，当前子系统i中温度传感器的均值T_in，子系统i中的储能模块当前的电量b_ic及大型商务云计算模块当前的电力负荷量f_ic；

5)对于每个楼宇子系统i，采用子系统i中的计算模块，基于如下子步骤确定是否参与楼宇共享控制：

i)若|r_ip-n_i(T_in/2+T_ijl/4+T_iju/4-T_iwp)²|＞ε，则参与楼宇共享控制；

ii)若|r_ip-n_i(T_in/2+T_ijl/4+T_iju/4-T_iwp)²|≤ε，则不参与楼宇共享控制；

上式中：n_i为楼宇子系统i的能量系数，T_in为子系统i中温度传感器的均值，T_ijl为子系统i中控制等级j对应的应室温范围最小值，T_iju为子系统i中控制等级j对应的应室温范围最大值，T_iwp为子系统i中预测的室外温度，ε为设定的阈值，10＜ε≤100；

6)根据|r_ip-n_i(T_in/2+T_ijl/4+T_iju/4-T_iwp)²|的值，按照从大到小的顺序，依次确定各可参与楼宇共享控制的楼宇模块的参与优先级，并依次编号为1,2，…，M；

7)所述楼宇能量管理模块获取基于电网实时需求GD，并根据如下方法计算所需要的参与楼宇共享控制的楼宇模块的数量M’：

找到合适的整数z，使得z＜GD/ε≤z+1，此时若M＞z+1，则取M'＝z+1；若M≤z+1，则取M'＝M，并依据步骤6)所确定的能量优先级选择编号为1～M’的楼宇模块参与楼宇共享控制；

8)对于编号小于等于M’的每个楼宇子系统i，采用子系统i中的计算模块，通过如下公式，计算每个子系统i的供需系数d_i：

d_i＝f_ic+w_i(T_in-T_ijl)²-b_ic-r_ip

9)对于编号小于等于M’的每个楼宇子系统i，选取共享参数s_i的初值s_i(0)＝0及匹配度参数p_i的初值p_i(0)＝0；

10)对于编号小于等于M’的每个楼宇子系统i，采用子系统i中的计算模块，利用上一次的迭代所得信息，通过如下公式计算每个子系统i的第k次迭代所得的共享参数s_i(k)的值，并通过子系统i的信号传输模块将此值传输给参与楼宇共享的其他子系统的信号传输模块：

s_i(k)＝s_i(k-1)-β_i(d_i-s_i(k-1))-p_i(k-1)

其中β_i为分布系数，0＜β_i＜10；k为迭代次数；

11)对于编号小于等于M’的每个楼宇子系统i，采用子系统i中的计算模块，利用步骤10)中第k次迭代所得的共享参数s_i(k)及上一次的迭代所得信息，通过如下公式，计算每个子系统i第k次迭代所得的匹配度参数p_i(k)的值：

12)重复步骤10)-11)，直到每个计算模块两次迭代所得的共享参数s_i及匹配度参数p_i不超过设定阈值；

13)对于编号为1～M’楼宇共享的子系统i，基于供需系数基于共享参数s_i，若s_i＞0，则控制各参与楼宇共享的子系统i从电网购买电量|s_i|，若s_i≤0，则向电网输出电量|s_i|，从而实行楼宇共享控制。

与现有技术相比，本发明的有益效果为：

1、本发明一种基于能量优先级的节能楼宇系统的控制方法在楼宇子系统中设计、新能源发电模块、用电模块和储能模块，实现了楼宇子系统内部能量生产、消耗和储存的小循环，然后根据子系统环境以及当前的用电、储电情况，对楼宇需要参与共享控制的急迫程度进行排序，让储能饱和或极度缺电的子系统优先参与共享控制；同时对电网的实时需求进行跟踪，根据电网的实时需求调配相适配数量的子系统参与楼宇共享控制，提高了电网运行的可靠性和稳定性，形成能源的大循环。本设计通过挖掘楼宇模块的能量供应及调节能力，从而实现了基于能量优先级的楼宇共享控制。因此，本设计能够根据楼宇子系统的情况以及电网的情况进行楼宇共享控制，提高了电网运行的可靠性和稳定性，进一步促进碳中和目标的实现。

附图说明

图1是本发明的控制流程框图。

具体实施方式

以下结合附图说明和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。

参见图1，一种基于能量优先级的节能楼宇能量系统的控制方法，其特征于，该控制方法用于楼宇能量管理，楼宇能量系统包括若干楼宇子系统，各子系统位于不同区域，每个子系统包含有若干太阳能烟囱发电模块，若干大型商务云计算模块、若干储能模块及若干温度传感器，一个楼宇共享控制模块、一个计算模块、一个信号传输模块及一个楼宇能量管理模块，位于不同区域的楼宇子系统通讯连接；所述各楼宇子系统之间均铺设有电线；所述温度传感器均匀分布于各楼宇系统内；所有楼宇子系统的数量为N；

所述楼宇能量系统的控制方法包括如下步骤：

S1所述楼宇共享控制模块基于历史电价数据，借助长短期记忆人工神经网络，采用每个楼宇子系统i中的计算模块，对室外温度T_iwp及可再生能源发电量r_ip进行预测；

S2每个楼宇子系统i中的楼宇共享控制模块基于楼宇子系统i的预测室外温度T_iwp，设置绿色、经济、综合三个控制等级，其中绿色等级编号为1对应室温范围为[T_i1l,T_i1u]，经济等级编号为2对应室温范围为[T_i2l,T_i2u]，综合等级编号为3对应室温范围为[T_i3l,T_i3u]；其中T_i1l为绿色等级对应室温范围的最小值，T_i1u为绿色等级对应室温范围的最大值，T_i2l为经济等级对应室温范围的最小值，T_i2u为经济等级对应室温范围的最大值，T_i3l为绿色等级对应室温范围的最小值，T_i3u为绿色等级对应室温范围的最大值；

S3对于每个楼宇子系统i,采用子系统i中楼宇能量管理模块，基于楼宇子系统的外墙平均传热系数基于如下方法确定得出楼宇子系统i的能量系数n_i及温度系数w_i：若则n_i＝1，w_i＝1.25；若/>取n_i＝0.5,w_i＝0.625；

S4对于每个楼宇子系统i,采用子系统i中的楼宇能量管理模块，获取用户输入的控制等级编号j，当前子系统i中温度传感器的均值T_in，子系统i中的储能模块当前的电量b_ic及大型商务云计算模块当前的电力负荷量f_ic；

S5对于每个楼宇子系统i，采用子系统i中的计算模块，基于如下子步骤确定是否参与楼宇共享控制：

i)若|r_ip-n_i(T_in/2+T_ijl/4+T_iju/4-T_iwp)²|＞ε，则参与楼宇共享控制；

ii)若|r_ip-n_i(T_in/2+T_ijl/4+T_iju/4-T_iwp)²|≤ε，则不参与楼宇共享控制；

上式中：n_i为楼宇子系统i的能量系数，T_in为子系统i中温度传感器的均值，T_ijl为子系统i中控制等级j对应的应室温范围最小值，T_iju为子系统i中控制等级j对应的应室温范围最大值，T_iwp为子系统i中预测的室外温度，ε为设定的阈值，10＜ε≤100；

根据|r_ip-n_i(T_in/2+T_ijl/4+T_iju/4-T_iwp)²|的值，按照从大到小的顺序，依次确定各可参与楼宇共享控制的楼宇模块的参与优先级，并依次编号为1,2，…，M；

S6所述楼宇能量管理模块获取基于电网实时需求GD，并根据如下方法计算所需要的参与楼宇共享控制的楼宇模块的数量M’：

找到合适的整数z，使得z＜GD/ε≤z+1，此时若M＞z+1，则取M'＝z+1；若M≤z+1，则取M'＝M，并依据步骤S5所确定的能量优先级选择编号为1～M’的楼宇模块参与楼宇共享控制；

S7对于编号小于等于M’的每个楼宇子系统i，采用子系统i中的计算模块，通过如下公式，计算每个子系统i的供需系数d_i：

d_i＝f_ic+w_i(T_in-T_ijl)²-b_ic-r_ip

S8对于编号小于等于M’的每个楼宇子系统i，选取共享参数s_i的初值s_i(0)＝0及匹配度参数p_i的初值p_i(0)＝0；

对于编号小于等于M’的每个楼宇子系统i，采用子系统i中的计算模块，利用上一次的迭代所得信息，通过如下公式计算每个子系统i的第k次迭代所得的共享参数s_i(k)的值，并通过子系统i的信号传输模块将此值传输给参与楼宇共享的其他子系统的信号传输模块：

s_i(k)＝s_i(k-1)-β_i(d_i-s_i(k-1))-p_i(k-1)

其中β_i为分布系数，0＜β_i＜10；k为迭代次数；

对于编号小于等于M’的每个楼宇子系统i，采用子系统i中的计算模块，利用上述第k次迭代所得的共享参数s_i(k)及上一次的迭代所得信息，通过如下公式，计算每个子系统i第k次迭代所得的匹配度参数p_i(k)的值：

S9重复步骤S8进行迭代运算，直到每个计算模块两次迭代所得的共享参数s_i及匹配度参数p_i不超过设定阈值；

S10对于编号为1～M’楼宇共享的子系统i，基于供需系数基于共享参数s_i，若s_i＞0，则控制各参与楼宇共享的子系统i从电网购买电量|s_i|，若s_i≤0，则向电网输出电量|s_i|，从而实行楼宇共享控制。

上述实施例只是对本发明的举例说明，本发明也可以以其它的特定方式或其它的特定形式实施，而不偏离本发明的要旨或本质特征。因此，描述的实施方式从任何方面来看均应视为说明性而非限定性的。本发明的范围应由附加的权利要求说明，任何与权利要求的意图和范围等效的变化也应包含在本发明的范围内。

Claims (1)

1.一种基于能量优先级的节能楼宇能量系统的控制方法，其特征于，该控制方法用于楼宇能量管理，楼宇能量系统包括若干楼宇子系统，各子系统位于不同区域，每个子系统包含有若干太阳能烟囱发电模块，若干大型商务云计算模块、若干储能模块及若干温度传感器，一个楼宇共享控制模块、一个计算模块、一个信号传输模块及一个楼宇能量管理模块，位于不同区域的楼宇子系统通讯连接；所述各楼宇子系统之间均铺设有电线；所述温度传感器均匀分布于各楼宇系统内；所有楼宇子系统的数量为N；

所述楼宇能量系统的控制方法包括如下步骤：

1)所述楼宇共享控制模块基于历史电价数据，借助长短期记忆人工神经网络，采用每个楼宇子系统i中的计算模块，对室外温度T_iwp及可再生能源发电量r_ip进行预测；

2)每个楼宇子系统i中的楼宇共享控制模块基于楼宇子系统i的预测室外温度T_iwp，设置绿色、经济、综合三个控制等级，其中绿色等级编号为1对应室温范围为[T_i1l,T_i1u]，经济等级编号为2对应室温范围为[T_i2l,T_i2u]，综合等级编号为3对应室温范围为[T_i3l,T_i3u]；其中T_i1l为绿色等级对应室温范围的最小值，T_i1u为绿色等级对应室温范围的最大值，T_i2l为经济等级对应室温范围的最小值，T_i2u为经济等级对应室温范围的最大值，T_i3l为绿色等级对应室温范围的最小值，T_i3u为绿色等级对应室温范围的最大值；

3)对于每个楼宇子系统i,采用子系统i中楼宇能量管理模块，基于楼宇子系统的外墙平均传热系数基于如下方法确定得出楼宇子系统i的能量系数n_i及温度系数w_i：若则n_i＝1，w_i＝1.25；若/>取n_i＝0.5,w_i＝0.625；

4)对于每个楼宇子系统i,采用子系统i中的楼宇能量管理模块，获取用户输入的控制等级编号j，当前子系统i中温度传感器的均值T_in，子系统i中的储能模块当前的电量b_ic及大型商务云计算模块当前的电力负荷量f_ic；

5)对于每个楼宇子系统i，采用子系统i中的计算模块，基于如下子步骤确定是否参与楼宇共享控制：

i)若|r_ip-n_i(T_in/2+T_ijl/4+T_iju/4-T_iwp)²|＞ε，则参与楼宇共享控制；

ii)若|r_ip-n_i(T_in/2+T_ijl/4+T_iju/4-T_iwp)²|≤ε，则不参与楼宇共享控制；

上式中：n_i为楼宇子系统i的能量系数，T_in为子系统i中温度传感器的均值，T_ijl为子系统i中控制等级j对应的应室温范围最小值，T_iju为子系统i中控制等级j对应的应室温范围最大值，T_iwp为子系统i中预测的室外温度，ε为设定的阈值，10＜ε≤100；

6)根据|r_ip-n_i(T_in/2+T_ijl/4+T_iju/4-T_iwp)²|的值，按照从大到小的顺序，依次确定各可参与楼宇共享控制的楼宇模块的参与优先级，并依次编号为1,2，…，M；

7)所述楼宇能量管理模块获取基于电网实时需求GD，并根据如下方法计算所需要的参与楼宇共享控制的楼宇模块的数量M’：

找到合适的整数z，使得z＜GD/ε≤z+1，此时若M＞z+1，则取M'＝z+1；若M≤z+1，则取M'＝M，并依据步骤6)所确定的能量优先级选择编号为1～M’的楼宇模块参与楼宇共享控制；

8)对于编号小于等于M’的每个楼宇子系统i，采用子系统i中的计算模块，通过如下公式，计算每个子系统i的供需系数d_i：

d_i＝f_ic+w_i(T_in-T_ijl)²-b_ic-r_ip

9)对于编号小于等于M’的每个楼宇子系统i，选取共享参数s_i的初值s_i(0)＝0及匹配度参数p_i的初值p_i(0)＝0；

10)对于编号小于等于M’的每个楼宇子系统i，采用子系统i中的计算模块，利用上一次的迭代所得信息，通过如下公式计算每个子系统i的第k次迭代所得的共享参数s_i(k)的值，并通过子系统i的信号传输模块将此值传输给参与楼宇共享的其他子系统的信号传输模块：

s_i(k)＝s_i(k-1)-β_i(d_i-s_i(k-1))-p_i(k-1)

其中β_i为分布系数，0＜β_i＜10；k为迭代次数；

11)对于编号小于等于M’的每个楼宇子系统i，采用子系统i中的计算模块，利用步骤10)中第k次迭代所得的共享参数s_i(k)及上一次的迭代所得信息，通过如下公式，计算每个子系统i第k次迭代所得的匹配度参数p_i(k)的值：

12)重复步骤10)-11)，直到每个计算模块两次迭代所得的共享参数s_i及匹配度参数p_i不超过设定阈值；

13)对于编号为1～M’楼宇共享的子系统i，基于供需系数基于共享参数s_i，若s_i＞0，则控制各参与楼宇共享的子系统i从电网购买电量|s_i|，若s_i≤0，则向电网输出电量|s_i|，从而实行楼宇共享控制。