CN115940204B - 一种小区电力能源管理系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及电能管理领域，具体涉及一种小区电力能源管理系统。一种小区电力能源管理系统，包括微电网模块、电网接入模块、用户侧用电监测模块、用户侧用电功率获取模块、固定时段确认模块、数据库和功率分配模块。本发明通过根据小区用户的用电习惯，生成用户侧用电对应的固定时段和基本时段，并且对某一时间段内所有处在固定时段的用户侧进行功率分配，无需对所有的用户侧进行计算分析，提升功率分配效率；并且当出现异常情况，例如有一个用户侧在基本时段进行了高峰用电，此时通过蓄电池单元进行调控，便不会对整个小区的供电调控造成影响，保证了小区整体的供电稳定。

Description

一种小区电力能源管理系统

技术领域

本发明涉及电能管理领域，更具体的说，它涉及一种小区电力能源管理系统。

背景技术

随着目前社会对节约能源的不断重视，再生资源也就成了炙手可热的领域，人们希望通过对再生资源的利用来实现能源的节约，但是由于再生资源发电功率受环境影响很大，直接录入电网会对电网的稳定性造成极大影响，所以现在小区内部一般会采用微电网进行供电，但是一样的原因，微电网供电的功率也是不稳定的，直接对用户进行供电，需要根据所有用户的供电输入功率进行计算，由于用户的用电习惯不同，所以计算效率是比较低的。

发明内容

本发明提供一种小区电力能源管理系统，通过根据小区用户的用电习惯，生成用户侧用电对应的固定时段和基本时段，并且对某一时间段内所有处在固定时段的用户侧进行功率分配，无需对所有的用户侧进行计算分析，提升功率分配效率。

一种小区电力能源管理系统，包括：

微电网模块，用于对小区内部进行供能；

电网接入模块，用于通过电网对小区直接进行供电；

用户侧用电监测模块，用于判断对应用户侧是否正在用电；

用户侧用电功率获取模块，用于监测对应用户侧的用电功率；

固定时段确认模块，用于根据用户侧的用电功率确定固定时段，具体方式为：将用户侧用电功率大于等于预设阈值的时间段记为固定时段，将用户侧用电功率小于预设阈值的时间段记为基本时段；

平均功率计算模块，用于计算对应用户侧的不同固定时段内的用电功率平均值；

数据库，用于对每一个用户侧生成唯一用户编码，建立用户编码、对应固定时段和在固定时段的用电功率平均值的映射；

功率分配模块，用于对用户侧进行功率分配。

作为本发明的一个优选，微电网模块包括：

柴油机单元，用于通过柴油机发电进行供能；

光伏发电单元，用于将太阳能转化为电能进行供能；

风力发电单元，用于通过风力发电进行供能；

生物能发电单元，通过将生物质能转化为电能进行供能；

运动发电单元，用于将用户运动产生的机械能转化为电能进行供能；

蓄电池单元，用于存储柴油机单元、光伏发电单元、风力发电单元、生物能发电单元、运动发电单元供电时多余的电能，并对用户侧进行供能。

作为本发明的一个优选，功率分配模块进行功率分配具体包括如下步骤：

S1：获取当前时间段H，时间段H的时长为10min；

S2：令k＝1，k用于记录选择的用户编码；

S3：选择数据库中第k个用户编码，获取其对应的固定时段T，判断时间段H和固定时段T是否有重合的部分，若是时间段H和固定时段T有重合的部分，进入S4；若是时间段H和固定时段T无重合的部分，进入S5；

S4：将对应的用户编码存入集合δ中，进入S6；

S5：将对应的用户编码存入集合ε中，进入S6；

S6：并将k+1赋值给k，判断“k≤K”是否成立，其中K为数据库中用户编码总数；若是“k≤K”成立，回到S3；若是“k≤K”不成立，进入S7；

S7：获取集合δ，并计算当前时间段的用电输出总功率P1，

其中i为集合δ的元素编号，I为集合δ内元素的总个数，m_i为集合δ内部第i个元素在固定时段的用电功率平均值；获取集合ε，通过微电网模块内部的蓄电池单元对所有在集合ε内部的用户编码对应的用户侧进行供电；

S8：获取微电网模块的供电输出功率P2，判断“P1≤P2”是否成立；若是“P1≤P2”成立，进入S9；若是“P1≤P2”不成立，进入S10；

S9：直接通过微电网模块对小区进行供电，并且以多余的供电功率对蓄电池单元进行供电；

S10：接入电网辅助微电网模块对小区进行供电。

作为本发明的一个优选，还包括：

自适应调节模块，用于根据用户侧实际的用电功率对输入用户侧的供电功率进行自适应调节；

电能回收模块，在输入用户侧的供电功率的自适应调节中对多余的电能进行回收存储，辅助自适应调节模块对输入用户侧的供电功率进行自适应调节。

作为本发明的一个优选，对输入用户侧的供电功率进行自适应调节具体包括如下步骤：判断输入到用户侧的供电入户主线路的供电功率和用户侧实际的用电功率的大小关系，若是输入到用户侧的供电入户主线路的供电功率大于用户侧实际的用电功率，通过自适应调节模块调节输入用户侧的供电功率与用户侧实际的用电功率一致，并且将以多余的供电功率对电能回收模块进行充电；若是输入到用户侧的供电入户主线路的供电功率等于用户侧实际的用电功率，不对输入用户侧的供电功率进行调控；若是输入到用户侧的供电入户主线路的供电功率小于用户侧实际的用电功率，由电能回收模块输出电能，并且通过自适应调节模块对电能回收模块输出电能的输出功率进行调整，辅助对用户侧进行供电，保证输入用户侧的供电功率等于用户侧实际的用电功率。

作为本发明的一个优选，蓄电池单元包括：

普通供电蓄电池组件，用于对基本设施进行供电；

重要供电蓄电池组件，用于对小区内部的重要设施进行供电。

作为本发明的一个优选，在小区突发断电事件时，对小区内部进行供电包括如下步骤：

R1：在步骤S10中，向电网发送电网接入请求信号；

R2：持续监测来自电网的响应信号，若是在预设时间内获取到了来自电网的响应信号，预设时间默认为30s，进入S10；若是在预设时间内未获取来自电网的响应信号，进入R3；

R3：停止微电网模块对用户侧进行供电，将微电网模块内部的供能部分以预设功率对蓄电池单元进行供电；

R4：控制普通供电蓄电池组件对基本设施进行供电，并且向用户侧发送提示信息，说明电量不稳定的情况；遍历数据库，根据数据库内部的数据标记，将重要设施的用户编码提取出来，控制重要供电蓄电池组件对重要设施进行供电。

作为本发明的一个优选，电能回收模块配置为超级电容器。

本发明具有以下优点：

1、本发明通过根据小区用户的用电习惯，生成用户侧用电对应的固定时段和基本时段，并且对某一时间段内所有处在固定时段的用户侧进行功率分配，无需对所有的用户侧进行计算分析，提升功率分配效率；并且当出现异常情况，例如有一个用户侧在基本时段进行了高峰用电，此时通过蓄电池单元进行调控，便不会对整个小区的供电调控造成影响，保证了小区整体的供电稳定。

2、本发明通过在用户侧入户的主线路上设置自适应调节模块，对输入用户侧的供电功率进行调控，保证输入用户侧的供电功率等于用户侧实际的用电功率，维持用户侧的用电功率稳定。

3、本发明通过控制重要供电蓄电池组件对重要设施进行供电，保证重要设施的稳定供电，保护小区人员安全。

附图说明

图1为本发明采用的小区电力能源管理系统的结构示意图。

具体实施方式

为了使本技术领域的人员更好地理解本发明中的技术方案，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，所描述的实施例仅仅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他实施例，都应当属于本发明保护的范围。

实施例1

一种小区电力能源管理系统，如图1所示，包括微电网模块、电网接入模块、用户侧用电监测模块、用户侧用电功率获取模块、固定时段确认模块、数据库和功率分配模块；

微电网模块具体配置为柴油机单元、光伏发电单元、风力发电单元、生物能发电单元、运动发电单元和蓄电池单元，其中由光伏发电单元、风力发电单元、生物能发电单元组成微电网模快的主要供能部分，通过在小区的合适位置安装光伏发电单元、风力发电单元，实现对太阳能、风能的利用，通过生物能发电单元，例如沼气发电机，能够充分利用小区内部人员生活残余的生物质，针对于运动发电单元，本系统考虑到现代人类对于健身的需求不断扩大，健身人数也在增加，所以在小区内部设置健身房，并且通过运动发电单元将健身人群健身产生的能量转化为电能，但由于这些供能部分极易受到环境影响，所以通过柴油机单元在供能不足时提供辅助供能，满足小区内部基本的供电，当供能部分供给的电能在一个时间段内超过了小区所需的电能，那么能够供能部分供给的多余电能便通入蓄电池单元进行存储，总体而言，微电网模块实现对用户侧进行供电；

电网接入模块能够让小区内部通过电网直接进行供电，并且设置一户一表，执行抄表到户；

用户侧用电监测模块设置在每一个用户侧的供电入户主线路上，通过内置的电流传感器判断对应用户侧供电入户主线路上是否有电流通过，分析对应用户侧是否正在用电；

用户侧用电功率获取模块也是设置在每一个用户侧的供电入户主线路上，配置为功率分析仪，当用户侧用电监测模块判断对应用户侧正在用电时，用户侧用电功率获取模块自启动，并且开始监测对应用户侧的用电功率，用于后续对对应用户侧用电高峰期的时间段进行判断；

固定时段确认模块内置时钟计时器，根据用户侧用电功率获取模块的功率获取结果，将用户侧用电功率大于等于预设阈值的时间段记为固定时段，将用户侧用电功率小于预设阈值的时间段记为基本时段；

平均功率计算模块用于计算对应用户侧的不同固定时段内的用电功率平均值，用电功率平均值用于后续进行功率分配；

数据库根据用户侧对应的基本信息生成唯一用户编码，建立用户编码、对应固定时段和在固定时段的用电功率平均值的映射，通过用户编码可以找到对应用户侧的固定时段和在固定时段的用电功率平均值；

功率分配模块用于根据某一时间段内恰好处于固定时段的用户侧的用电功率平均值进行功率分配，并且和微电网模块的供电输出功率进行比较，判断电能分配；

在具体的实施例中，功率分配包括如下步骤：

S1：获取当前时间段H，时间段H的时长为10min；

S2：令k＝1，k用于记录选择的用户编码；

S3：选择数据库中第k个用户编码，获取其对应的固定时段T，判断时间段H和固定时段T是否有重合的部分，若是时间段H和固定时段T有重合的部分，说明在此时间段H内，对应的用户侧正处于用电高峰期，进入S4；若是时间段H和固定时段T无重合的部分，说明在此时间段H内，对应的用户侧并未处于用电高峰期，进入S5；

S4：将对应的用户编码存入集合δ中，进入S6；

S5：将对应的用户编码存入集合ε中，进入S6；

S6：并将k+1赋值给k，判断“k≤K”是否成立，其中K为数据库中用户编码总数，也就是小区内部所有用户的总数；若是“k≤K”成立，回到S3；若是“k≤K”不成立，进入S7；

S7：获取集合δ，并计算当前时间段的用电输出总功率P1，

其中i为集合δ的元素编号，I为集合δ内元素的总个数，m_i为集合δ内部第i个元素在固定时段的用电功率平均值；获取集合ε，通过微电网模块内部的蓄电池单元对所有在集合ε内部的用户编码对应的用户侧进行供电，此时针对于不在用电高峰期的用户侧进行供电，由于用户的主观性，我们无法保证每一个用户侧都在固定时段才进行高峰用电，当出现异常情况，例如有一个用户侧在基本时段进行了高峰用电，此时通过蓄电池单元进行调控，便不会对整个小区的供电调控造成影响，保证了小区整体的供电稳定；

S8：获取微电网模块的供电输出功率P2，判断“P1≤P2”是否成立；若是“P1≤P2”成立，说明微电网模块的供电输出功率P2高于或者等于当前时间段的用电输出总功率P1，进入S9；若是“P1≤P2”不成立，说明微电网模块的供电输出功率P2低于当前时间段的用电输出总功率P1，进入S10；

S9：直接通过微电网模块对小区进行供电，并且以多余的供电功率对蓄电池单元进行供电；

S10：接入电网辅助微电网模块对小区进行供电。

本发明通过根据小区用户的用电习惯，生成用户侧用电对应的固定时段和基本时段，并且对某一时间段内所有处在固定时段的用户侧进行功率分配，无需对所有的用户侧进行计算分析，提升功率分配效率；并且当出现异常情况，例如有一个用户侧在基本时段进行了高峰用电，此时通过蓄电池单元进行调控，便不会对整个小区的供电调控造成影响，保证了小区整体的供电稳定。

如图1所示，本系统还包括自适应调节模块和电能回收模块；

自适应调节模块设置在每一个用户侧的供电入户主线路上，配置为DC/DC交换器，接收来自微电网模块和电网的供电输入，根据用户侧实际的用电功率对输入用户侧的供电功率进行自适应调节；

电能回收模块配置为蓄电池和超级电容器，根据自适应调节模块对输入用户侧的供电功率的自适应调节对多余的电能进行回收存储，并且辅助自适应调节模块对输入用户侧的供电功率进行自适应调节；

由于上述的功率分配是默认所有用户侧在固定时段都是以用电功率平均值进行用电的，但是实际情况下，用户侧用电时的实际功率在固定时段内也是变化的，所以需要对输入用户侧的供电功率进行自适应调节，具体包括如下步骤：判断输入到用户侧的供电入户主线路的供电功率和用户侧实际的用电功率的大小关系，若是输入到用户侧的供电入户主线路的供电功率大于用户侧实际的用电功率，通过自适应调节模块调节输入用户侧的供电功率与用户侧实际的用电功率一致，并且将以多余的供电功率对电能回收模块进行充电；若是输入到用户侧的供电入户主线路的供电功率等于用户侧实际的用电功率，不对输入用户侧的供电功率进行调控；若是输入到用户侧的供电入户主线路的供电功率小于用户侧实际的用电功率，由电能回收模块输出电能，并且通过自适应调节模块对电能回收模块输出电能的输出功率进行调整，辅助对用户侧进行供电，保证输入用户侧的供电功率等于用户侧实际的用电功率；由于自适应调节模块对输入用户侧的供电功率进行自适应调节的时间较短，所以电能回收模块一般采用超级电容器。

本发明通过在用户侧入户的主线路上设置自适应调节模块，对输入用户侧的供电功率进行调控，保证输入用户侧的供电功率等于用户侧实际的用电功率，维持用户侧的用电功率稳定。

在小区突发断电事件时，考虑到小区内部有些重要设施，例如电梯等设施，微电网模块内部的蓄电池模块存储电能也是有限的，所以在断电时，考虑对重要设施进行供电，便将蓄电池单元拆分为普通供电蓄电池组件和重要供电蓄电池组件，其中普通供电蓄电池组件用于对基本设施进行供电，例如家庭电器等；重要供电蓄电池组件用于对小区内部的重要设施进行供电，例如电梯，其中重要设施的标记通过小区物业人员在数据库中对用户编码进行数据标记，通过检索用户编码对应的数据标记可以判断用户编码对应的设施是否为重要设施，在未出现断电事件时，对于重要供电蓄电池组件进行的操作只有供电，不会通过重要供电蓄电池组件对外部进行供电。

在小区突发断电事件时，对小区内部进行供电包括如下步骤：

R1：在步骤S10中，向电网发送电网接入请求信号；

R2：持续监测来自电网的响应信号，若是在预设时间内获取到了来自电网的响应信号，预设时间默认为30s，进入S10；若是在预设时间内未获取来自电网的响应信号，进入R3；

R3：由于长时间以低于用户侧所需总功率的供电功率对用户侧进行供电，会对微电网模块造成极大损坏，所以停止微电网模块对用户侧进行供电，而是将微电网模块内部的供能部分以预设功率对蓄电池单元进行供电，预设功率为一个较低的功率；

R4：控制普通供电蓄电池组件对基本设施进行供电，并且向用户侧发送提示信息，说明电量不稳定的情况；遍历数据库，根据数据库内部的数据标记，将重要设施的用户编码提取出来，控制重要供电蓄电池组件对重要设施进行供电，保证重要设施的稳定供电，保护小区人员安全。

应当理解的是，对本领域普通技术人员来说，可以根据上述说明加以改进或变换，而所有这些改进和变换都应属于本发明所附权利要求的保护范围。本说明书中未作详细描述的部分属于本领域专业技术人员公知的现有技术。

Claims (6)

1.一种小区电力能源管理系统，其特征在于，包括：

微电网模块，用于对小区内部进行供能；

电网接入模块，用于通过电网对小区直接进行供电；

用户侧用电监测模块，用于判断对应用户侧是否正在用电；

用户侧用电功率获取模块，用于监测对应用户侧的用电功率；

固定时段确认模块，用于根据用户侧的用电功率确定固定时段，具体方式为：将用户侧用电功率大于等于预设阈值的时间段记为固定时段，将用户侧用电功率小于预设阈值的时间段记为基本时段；

平均功率计算模块，用于计算对应用户侧的不同固定时段内的用电功率平均值；

数据库，用于对每一个用户侧生成唯一用户编码，建立用户编码、对应固定时段和在固定时段的用电功率平均值的映射；

功率分配模块，用于对用户侧进行功率分配；

微电网模块包括：

柴油机单元，用于通过柴油机发电进行供能；

光伏发电单元，用于将太阳能转化为电能进行供能；

风力发电单元，用于通过风力发电进行供能；

生物能发电单元，通过将生物质能转化为电能进行供能；

运动发电单元，用于将用户运动产生的机械能转化为电能进行供能；

蓄电池单元，用于存储柴油机单元、光伏发电单元、风力发电单元、生物能发电单元、运动发电单元供电时多余的电能，并对用户侧进行供能；

功率分配模块进行功率分配具体包括如下步骤：

S1：获取当前时间段H，时间段H的时长为10min；

S2：令k＝1，k用于记录选择的用户编码；

S3：选择数据库中第k个用户编码，获取其对应的固定时段T，判断时间段H和固定时段T是否有重合的部分，若是时间段H和固定时段T有重合的部分，进入S4；若是时间段H和固定时段T无重合的部分，进入S5；

S4：将对应的用户编码存入集合δ中，进入S6；

S5：将对应的用户编码存入集合ε中，进入S6；

S6：并将k+1赋值给k，判断“k≤K”是否成立，其中K为数据库中用户编码总数；若是“k≤K”成立，回到S3；若是“k≤K”不成立，进入S7；

S7：获取集合δ，并计算当前时间段的用电输出总功率P1，

其中i为集合δ的元素编号，I为集合δ内元素的总个数，m_i为集合δ内部第i个元素在固定时段的用电功率平均值；获取集合ε，通过微电网模块内部的蓄电池单元对所有在集合ε内部的用户编码对应的用户侧进行供电；

S8：获取微电网模块的供电输出功率P2，判断“P1≤P2”是否成立；若是“P1≤P2”成立，进入S9；若是“P1≤P2”不成立，进入S10；

S9：直接通过微电网模块对小区进行供电，并且以多余的供电功率对蓄电池单元进行供电；

S10：接入电网辅助微电网模块对小区进行供电。

2.根据权利要求1所述的一种小区电力能源管理系统，其特征在于，还包括：

自适应调节模块，用于根据用户侧实际的用电功率对输入用户侧的供电功率进行自适应调节；

电能回收模块，在输入用户侧的供电功率的自适应调节中对多余的电能进行回收存储，辅助自适应调节模块对输入用户侧的供电功率进行自适应调节。

3.根据权利要求2所述的一种小区电力能源管理系统，其特征在于，对输入用户侧的供电功率进行自适应调节具体包括如下步骤：判断输入到用户侧的供电入户主线路的供电功率和用户侧实际的用电功率的大小关系，若是输入到用户侧的供电入户主线路的供电功率大于用户侧实际的用电功率，通过自适应调节模块调节输入用户侧的供电功率与用户侧实际的用电功率一致，并且将以多余的供电功率对电能回收模块进行充电；若是输入到用户侧的供电入户主线路的供电功率等于用户侧实际的用电功率，不对输入用户侧的供电功率进行调控；若是输入到用户侧的供电入户主线路的供电功率小于用户侧实际的用电功率，由电能回收模块输出电能，并且通过自适应调节模块对电能回收模块输出电能的输出功率进行调整，辅助对用户侧进行供电，保证输入用户侧的供电功率等于用户侧实际的用电功率。

4.根据权利要求3所述的一种小区电力能源管理系统，其特征在于，蓄电池单元包括：

普通供电蓄电池组件，用于对基本设施进行供电；

重要供电蓄电池组件，用于对小区内部的重要设施进行供电。

5.根据权利要求4所述的一种小区电力能源管理系统，其特征在于，在小区突发断电事件时，对小区内部进行供电包括如下步骤：

R1：在步骤S10中，向电网接入模块发送电网接入请求信号；

R2：持续监测来自电网接入模块的响应信号，若是在预设时间内获取到了来自电网接入模块的响应信号，预设时间默认为30s，进入S10；若是在预设时间内未获取来自电网接入模块的响应信号，进入R3；

R3：停止微电网模块对用户侧进行供电，将微电网模块内部的供能部分以预设功率对蓄电池单元进行供电；

R4：控制普通供电蓄电池组件对基本设施进行供电，并且向用户侧发送提示信息，说明电量不稳定的情况；遍历数据库，根据数据库内部的数据标记，将重要设施的用户编码提取出来，控制重要供电蓄电池组件对重要设施进行供电。

6.根据权利要求5所述的一种小区电力能源管理系统，其特征在于，电能回收模块配置为超级电容器。

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