CN116316641A - 一种实现用户间电能共享系统及控制方法 - Google Patents

一种实现用户间电能共享系统及控制方法 Download PDF

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Abstract

本发明属于电力电量测控技术领域，具体为一种实现用户间电能共享系统及控制方法，包括电能共享控制器、开关装置、发电装置、电能管理设备和上位机；所述发电装置、电能管理设备安装在用户侧，电能共享控制器、电能管理设备与上位机连接，发电装置、用户的所有用电设备与电能管理设备连接，用户通过电能管理设备与电能共享控制器连接。其优点在于，本发明可以提高用户之间的电能共享率，从而提高绿色电能的利用效率，也为更合理地利用绿色能源发电提供了新的方法。

Description

一种实现用户间电能共享系统及控制方法
技术领域
本发明属于电力电量测控技术领域，具体为一种实现用户间电能共享系统及控制方法。
背景技术
近年来，绿色小型发电装置，例如光伏发电板和小型风力发电机，在国内外越来越普及，普通用户，也就是传统的耗电型用户，安装了这类装置后就转变为“产消型用户”，也就是既生产又消耗电能的用户。这里的“用户”可以是一栋建筑，例如一座独立别墅；也可以是一栋建筑的一部分，例如联排别墅的其中一户。产消型用户可以在其发电量超过其用电需求时，将剩余的电能以出售、出借、无偿赠与等形式传输给同一个配电网或微电网（也称微网）内一定范围内的其他普通用户和产消型用户使用，这就是用户间电能共享模式，也称作点对点（Peer-to-Peer，即P2P）、户对户、端对端电能共享模式。在电力市场面向用户侧改革的背景下，这种新型模式提高了绿色能源的利用率，也能充分调动用户参与绿色能源发展的积极性，有利于推动我国绿色能源的推广和普及，也是实现“碳中和”的有效方法。传统的集中供电模式中，电能是自上而下单向传输到用户的（见图1），没有充分利用绿色能源。
发明内容
基于上述问题，本申请提供了一种可以将产消型用户、普通用户进行互连，并控制电能向着指定的目的地传输的设备和相关控制方法，以此可以实现用户间电能共享网络。其技术方案为：
一种实现用户间电能共享系统，包括电能共享控制器、开关装置、发电装置、电能管理设备和上位机；所述发电装置、电能管理设备安装在用户电路上，电能共享控制器、电能管理设备与上位机通信连接，发电装置、用户的所有用电设备与电能管理设备连接，用户通过电能管理设备与电能共享控制器连接；
电能共享控制器通过其不同的端口与不同用户的电能管理设备连接，并且通过设置开关装置将电能共享控制器的端口在电能共享控制器内部两两相连，电能共享控制器控制开关装置的断开与闭合；
用户分为耗电型用户和产消型用户，耗电型用户为电能消耗者，产消型用户为电能生产者和消耗者；产消型用户生产的电能除了自己使用外还可以为耗电型用户提供电能；每个耗电型用户至少与一个产消型用户通过电能共享控制器连接；
耗电型用户的电能管理设备用于检测与其连接的耗电型用户的电力使用情况，并将信息发送至上位机；
产消型用户的电能管理设备用于检测与其连接的产消型用户的电力使用情况，以及与产消型用户连接的发电装置生产电能情况，并将信息发送至上位机；
所述上位机用于耗电型用户和产消型用户之间电能的调配。
进一步的，两个所述电能共享控制器至少一条电缆相连；当两个电能共享控制器之间一条电缆相连，在同一时刻或者时间段内，只能单向传输电能，即一个用户从其他用户那里获取电能的同时不能够向其他用户传输电能；当用两条或多条电缆相连时，在同一时刻或者时间段内，两个电能共享控制器之间可以双向传输电能。
进一步的，在电能共享控制器的内部，用电缆将所有端口两两相连，任意两个端口之间用单条电缆相连，电缆上设置开关装置，假设电能共享控制器上有n个端口，就用
Figure SMS_1
条电缆进行互连。
进一步的，共享电能的用户之间可以经由一个或者多个电能共享控制器传输电能，形成电能共享网络。
进一步的，用户间电能共享网络中，从一个有多余电能可以输出的产消型用户u a的电能管理设备向另一个需要电能输入的用户u b传输电能，且a ≠ b，步骤如下：
步骤S10：查找从u a向u b的输电路径，u b可以是产消型用户，也可以是耗电型用户；
步骤S20：判断输电路径是否存在；如果存在，执行步骤S30；否则，执行步骤S60；
步骤S30：对输电路径上的每一个电能共享控制器，发送包含状态矩阵集合的控制指令；
步骤S40：输电路径上的每一个电能共享控制器执行收到的控制指令，根据控制指令中的状态矩阵闭合、打开相应的内部线路，使整个输电路径连通；
步骤S50：u a的电能管理设备开始向u b传输电能；
步骤S60：结束。
进一步的，构建用户间电能共享网络，
假设电能共享控制器对外有n个端口，n为整数且n≥2，每个端口对应一个端口号；在电能共享控制器内部，连接这些端口的线路的通、断状态就组成了一个n×n的状态矩阵S；s ij∈S表示连接端口i和端口j的线路的开关状态(i∈[1,n]，j∈[1,n]，i≠j），且s ij=s ji，i≠j，s ij的取值为0或1，即s ij∈{0,1}；
当s ij=0时，连接端口i和端口j的线路处于断路状态；
当s ij=1时，连接端口i和端口j的线路处于通路状态；
当i=j时，s ij=0，即端口无法和自身相连，由此得到状态矩阵S如下：
Figure SMS_2
；
设区域内有k个用户组成用户集合U={u 1,u 2,u 3,…,u k}，有m个电能共享控制器组成集合D={d 1,d 2,d 3,…,d m}，每个电能共享控制器d i的不同端口标记为（p 1， p 2，…， p n），d i的端口组成的集合为Pdi={d i·p 1,d i·p 2,…,d i·p n}，则U和D连接在一起构成一个用户间电能共享网络；D在t时刻收到状态矩阵集合
Figure SMS_3
，则d i∈D根据对应的
Figure SMS_4
设置t时刻控制器内部连接所有端口的线路的通、断状态，并在一个固定的时间区间Δt内维持该状态，即状态维持到t+Δt时刻；在t+Δt时刻，D会收到新的状态矩阵集合。
进一步的，步骤S10中，查找用户间电能共享网络中从一个产消型用户u a向另一个用户u b传输电能的输电路径的步骤如下：
初始时：与u a相连的电能共享控制器为d i，其端口为d i·p a，输电路径记为L，则此时L={u a,d i·p a}，将d i记为d x，即d x←d i，从步骤S11开始执行；
步骤S11：d x查询自己所有的端口，检测是否有端口与u b相连；
步骤S12：如果d x有端口与u b相连，将连接u b的端口d x·p b加入到L中，即L←L+d x·p b，转到步骤S16开始执行；否则，执行步骤S13；
步骤S13：如果有与d x相连的电能共享控制器，执行步骤S14；否则，转到步骤S15开始执行；
步骤S14：对与d x相连的每一个电能共享控制器d j执行以下操作：
如果连接d x与d j的电缆可用，将d x与d j相连的端口d x·p dj以及d j与d x相连的端口d j·p dx依次加入到L中，即L←L+d x·p dj+d j·p dx，将d j记为d x，即d x←d j，转到步骤S11开始执行；否则，转到步骤S15开始执行；
步骤S15：当前没有u a到u b的输电路径，转到步骤S17开始执行；
步骤S16：得到u a到u b的输电路径L，由u a向u b输送电能；
步骤S17：结束。
进一步的，步骤S16中，如果u a到u b有多个输电路径，则选择一个“最优路径”用来传输电能；“最优路径”为电缆总长度最短的路径或者包含电能共享控制器最少的路径；如果无法判断哪个输电路径是“最优路径”，则随机选择一个路径。
进一步的，步骤S40中，电能共享控制器d y有n个端口，其收到控制指令中的状态矩阵Sy后，控制内部线路通、断状态的步骤如下：
步骤S41：将d y的端口按照端口号的升序进行排序，记i为第一个端口号，即i←1；
步骤S42：端口号i与它后续的所有端口号分别组成二元组，形成一个二元组集合Q，即Q←{(i,i+1),(i,i+2),(i,i+3),…,(i,n)}，其中i+x表示排在端口i之后的第x个端口的端口号；
步骤S43：令j=i+x，将Q中的二元组作为下标，查看Sy中对应的s ij的值是否为“1”；
如果s ij的值为“1”，将d y内部(i,j)对应的线路，也就是端口i和端口j相连的线路，设置为“通路”状态；
否则，将d y内部(i,j)对应的线路设置为“断路”状态；
步骤S44：取下一个端口号，记作i，即i←i+1，判断此时的i是否是最后一个端口号，即i是否等于端口数n；
如果i不是最后一个端口号，即i不等于n，转到步骤S42开始执行；否则，转到步骤S45开始执行；
步骤S45：结束。
与现有技术相比，本申请有益效果如下：
1.本发明可以将产消型用户、耗电型用户进行互连，形成网状电能共享系统，并控制电能向着指定的目的地传输，以此可以实现不同用户间电能传输，提高用户之间的电能共享率。
附图说明
图1为传统的集中供电模式中电能自上而下单向传输到用户的示例。
图2为电能共享控制器通过电缆将用户们互连，并通过控制电流流向实现指定用户之间传输电能的示例。
图3为电能共享控制器内部设计示意图，以具有4个端口的电能共享控制器为例。
图4为具有4个端口的电能共享控制器通过控制其内部相应线路的通、断状态，实现电流从连接端口1的用户A传输到连接端口3的用户B。
图5为用户间电能共享网络的示例图。
图6为具体实施方式中电能共享控制器d 1 内部线路的状态以及电流的流向。
图7为具体实施方式中电能共享控制器d 2 内部线路的状态以及电流的流向。
图8为具体实施方式中电能共享控制器d 3 内部线路的状态以及电流的流向。
图9为具体实施方式中电能共享控制器d 4 内部线路的状态以及电流的流向。
具体实施方式
下面将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，都属于本发明保护的范围。
图2所示，一种实现用户间电能共享系统，包括电能共享控制器、开关装置、发电装置、电能管理设备和上位机；所述发电装置、电能管理设备安装在用户侧，电能共享控制器、电能管理设备与上位机连接，发电装置、用户的所有用电设备与电能管理设备连接，用户通过电能管理设备与电能共享控制器连接；
电能共享控制器通过其不同的端口与不同用户的电能管理设备通过电缆连接，电能共享控制器通过其不同的端口与不同用户的电能管理设备连接，并且通过设置开关装置将电能共享控制器的端口在电能共享控制器内部两两相连，电能共享控制器控制开关装置的断开与闭合；
用户分为耗电型用户和产消型用户，耗电型用户为电能消耗者，产消型用户为电能生产者和消耗者；产消型用户生产的电能通过其安装的电能管理设备为耗电型用户提供电能；每个耗电型用户至少与一个产消型用户通过电能共享控制器连接；
耗电型用户的电能管理设备用于检测与其连接的耗电型用户的电力使用情况，并将信息发送至上位机；
产消型用户的电能管理设备用于检测与其连接的产消型用户的电力使用情况，以及与产消型用户连接的发电装置生产电能情况，并将信息发送至上位机；
所述上位机用于耗电型用户和产消型用户之间电能的调配。
电能共享控制器，具有多个（2个以上，包含2个）端口（Port），一个端口可以通过电缆与一个用户的电能管理设备或者另一个电能共享控制器的一个端口以“一对一”的形式相连接。一个用户的电能管理设备可以连接多个电能共享控制器，但不能连接同一个电能共享控制器的多个端口。由此将配电网或微电网内一定区域（不一定是整个配电网或微电网）中的用户或者部分用户互连，构成一个用户间电能共享网络。用户的电能管理设备和电能共享控制器之间用单条电缆相连，在同一时刻或者时间段内，只能单向传输电能。也就是说，一个用户从其他用户那里获取电能的同时不能够向其他用户传输电能。这符合电缆传输电能的物理特性和生活常识。两个电能共享控制器之间可以用单条电缆相连，也可以用两条或多条电缆相连，视实际应用时的情况而定。用两条或多条电缆相连时，在同一时刻或者时间段内，两个电能共享控制器之间可以双向传输电能。每一个电能共享控制器记录与自己相连的所有用户和电能共享控制器。
在用户间电能共享网络中，所有的电能共享控制器可以采用统一的一种控制模式。比如，集中控制模式——网络中有一个控制中心，统一给所有的电能共享控制器发送控制指令和数据；分布式控制模式——网络中没有控制中心，每个电能共享控制器实行自主控制，或者每个电能共享控制器由一个独立的上位机控制等。此外，还可以采用混合两种或者多重控制模式。在用户间电能共享网络中，所有设备（电能共享控制器、控制中心、上位机等）之间可以由有线、无线、有线无线相结合的通信网络互联，进行指令、数据等的传输。
在用户间电能共享网络中，共享电能的用户们可以经由一个或者多个电能共享控制器传输电能。电能共享控制器的内部（包含端口），可以传输直流电（DC），也可以传输交流电（AC），但直流电和交流电不能同时、混合传输。如果有需要的话，可以在电能共享控制器的外部（端口以外）安装交直流转换装置（例如逆变器）来实现用户间电能共享网络中一定范围内的交直流混合传输。在用户间电能共享网络中，可以安装控制电压升降的装置（例如直流—直流变换器、变压器等），在电能传输的过程中根据情况适当地提升或者降低传输电压，以便增加传输距离、降低传输损耗。
在电能共享控制器的内部，用电缆将所有端口两两相连，任意两个端口之间用单条电线相连，电缆上设置了可以通过软件程序控制线路通、断的可编程开关装置（见图3），例如可编程的继电器、断路器、接触器、可控硅等。由此可得，n个端口就用
Figure SMS_5
条电缆进行互连，任意两个端口之间在同一时刻或者时间段内，只能单向传输电能。例如，使端口i和端口j之间的线路连通，当电能由端口i向端口j传输时，端口j无法再向端口i传输电能。可以对端口数n进行限制，使其不会过大（例如规定n≤10），这样电能共享控制器的内部线路的数量就不会过大。由此可以避免内部线路过多导致电能共享控制器的结构过于复杂、容易出现故障、生产成本过高等问题。通过控制这些线路的通、断，可以控制电能共享控制器内部的电流流向。以图4为例，用户A连接电能共享控制器的端口1，用户B连接端口3，当A要传输电能给B时，可以使电能共享控制器内部连接端口1和端口3的线路处于通路状态，就可以实现电能由指定的用户A传输给指定的用户B。
一种实现用户间电能共享的控制方法，步骤如下：
步骤S00：构建用户间电能共享网络：
电能共享控制器对外有n个端口，n为整数且n≥2，每个端口对应一个端口号。端口号可以是数字或者编号、字母、数字和字母的组合、字符串等其他形式。下面以n个端口对应数字端口号{1,2,…,n}为例。在控制器内部，连接这些端口的线路的通、断状态就组成了一个n×n的状态矩阵S。s ij∈S表示连接端口i和端口j的线路的开关状态(i∈[1,n]，j∈[1,n]，i≠j），且s ij=s ji（i≠j）。s ij的取值为0或1，即s ij∈{0,1}。当s ij=0时，连接端口i和端口j的线路处于断路状态；当s ij=1时，连接端口i和端口j的线路处于通路状态。当i=j时，s ij=0，即端口无法和自身相连。由此得到状态矩阵S如下：
Figure SMS_6
；
设区域内有k个用户组成用户集合U={u 1,u 2,u 3,…,u k}，有m个电能共享控制器组成集合D={d 1,d 2,d 3,…,d m}，每个电能共享控制器d i的不同端口标记为（p 1， p 2，…， p n），d i的端口组成的集合为Pdi={d i·p 1,d i·p 2,…,d i·p n}，则U和D连接在一起构成一个用户间电能共享网络。D在t时刻收到状态矩阵集合
Figure SMS_7
，则d i∈D根据对应的
Figure SMS_8
设置t时刻控制器内部连接所有端口的线路的通、断状态，并在一个固定的时间区间Δt内维持该状态，即状态维持到t+Δt时刻。在t+Δt时刻，D会收到新的状态矩阵集合。
用户间电能共享网络中，从一个有多余电能可以输出的产消型用户u a（u a的电能管理设备已经计算出其有充足的电量可以输出）向另一个需要电能输入的产消型或耗电型用户u b（a ≠ b）传输电能的步骤如下：
步骤S10：查找从u a向u b的输电路径的步骤如下：
初始时：与u a相连的电能共享控制器为d i，端口为d i·p a，输电路径记为L，则此时L={u a,d i·p a}；将d i记为d x，即d x←d i，从步骤S11开始执行。
步骤S11：d x查询自己所有的端口，看是否有端口与u b相连？
步骤S12：如果d x有端口与u b相连，将连接u b的端口d x·p b加入到L中，即L←L+d x·p b，转到步骤S16开始执行；否则，执行步骤S13。
步骤S13：如果有与d x相连的电能共享控制器，执行步骤S14；否则，转到步骤S15开始执行。
步骤S14：对与d x相连的每一个电能共享控制器d j执行以下操作：
如果连接d x与d j的电缆可用（例如未被电能传输方向相反的传输路径占用且有足够的传输容量），将d x与d j相连的端口d x·p dj以及d j与d x相连的端口d j·p dx依次加入到L中，即L←L+d x·p dj+d j·p dx，将d j记为d x，即d x←d j，转到步骤S11开始执行；否则，转到步骤S15开始执行。
步骤S15：当前没有u a到u b的输电路径，转到步骤S17开始执行。
步骤S16：得到u a到u b的输电路径L。
如果u a到u b有多个输电路径，上位机则选择一个“最优路径”用来传输电能。“最优路径”的定义可以根据实际情况而定，例如电缆总长度最短的路径或者包含电能共享控制器最少的路径等。如果无法判断哪个输电路径是“最优路径”，则可以制定一个规则（例如随机）选择一个。
步骤S17：结束。
步骤S20：判断输电路径是否存在？如果存在，执行步骤S30；否则，执行步骤S60。
步骤S30：对输电路径上的每一个电能共享控制器，上位机发送包含状态矩阵集合的控制指令。
步骤S40：输电路径上的每一个电能共享控制器执行收到的控制指令，根据控制指令中的状态矩阵闭合、打开相应的内部线路，使整个输电路径连通。
所述步骤S40中，电能共享控制器d y有n个端口，其收到控制指令中的状态矩阵Sy后，控制内部线路通、断状态的步骤如下：
步骤S41：将d y的端口按照端口号的升序（从低到高）进行排序，记i为第一个端口号，即i←1。
步骤S42：端口号i与它后续的所有端口号分别组成二元组，形成一个二元组集合Q，即Q←{(i,i+1),(i,i+2),(i,i+3),…,(i,n)}。其中i+x表示排在端口i之后的第x个端口的端口号。使用其他类型端口号（编号、字母、字符串等）的情况也适用于这个方法。
步骤S43：令j=i+x，将Q中的二元组作为下标，查看Sy中对应的s ij的值是否为“1”？
如果s ij的值为“1”，将d y内部(i,j)对应的线路，也就是端口i和端口j相连的线路，设置为“通路”状态；
否则，将d y内部(i,j)对应的线路设置为“断路”状态。
步骤S44：取下一个端口号，记作i，即i←i+1（i+1表示排在端口i之后的端口号）。判断此时的i是否是最后一个端口号，即i是否等于端口数n？
如果i不是最后一个端口号，即i不等于n，转到步骤S42开始执行；否则，转到步骤S45开始执行。
步骤S45：结束。
步骤S50：u a开始向u b传输电能。
步骤S60：结束。
请参阅图5，图中是一个以绿色发电网络内自产自用为主的用户间电能共享网络，电能共享控制器通过电缆将用户们互相连接，利用可编程继电器控制其内部相应线路的通、断。继电器通电则线路连通，继电器断电则线路断开。由此控制电能的传输方向，使电能可以在网络内指定的用户之间准确传输。本例中，用户集合U={u 1,u 2,u 3,u 4,u 5,u 6,u 7,u 8,u 9,u 10}，电能共享控制器集合D={d 1,d 2,d 3,d 4}。在tx时刻，用户1将它多余的电能传输给用户5和用户8，用户4将它多余的电能传输给用户2，用户7将它多余的电能传输给用户8。也就是要实现从u 1到u 8、u 1到u 5、u 4到u 2、u 7到u 8，即u 1→u 8、u 1→u 5、u 4→u 2、u 7→u 8，这四组用户之间的电能传输。
下面以u 1→u 8为例进行说明：当u 1要向u 8传输电能时，第一步要在上位机在网络中搜索并定位到u 8的位置。首先，电能共享控制器d 1查询自身的所有端口{d 1·p 1,d 1·p 2,d 1·p 3,d 1·p 4}是否与u 8直接相连，结果为“否”。接下来，d 1通知d 2和d 3，让它们查询自身是否与u 8直接相连，结果都为“否”。因为d 2没有连接其他的电能共享控制器，则d 2不再继续查询。d 3通知d 4查询u 8是否与其直接相连，结果为“是”，d 4·p 5与u 8直接相连。查询u 8位置的过程结束，由此得到一条从u 1到u 8的输电路径u 1 →d 1 ·p 1 →d 1 ·p 3 →d 3 ·p 1 →d 3 ·p 4 →d 4 ·p 2 →d 4 ·p 5 → u 8 ，也就是图5中电流I 1所流经的路径。d 1的端口p 1、p 3，d 3的端口p 1、p 4，d 4的端口p 2、p 5，需要使连接这3对端口的线路闭合，形成3条通路。
利用同样的方法可以得到u 1→u 5的输电路径为u 1 →d 1 ·p 1 →d 1 ·p 3 →d 3 ·p 1 →d 3 · p 2 →u 5 ，也就是电流I 4所流经的路径；u 4→u 2的输电路径为u4→d2·p4→d2·p2→d1·p4→ d1·p2→u2，也就是电流I 2所流经的路径；u 7→u 8的输电路径为u 7 →d 4 ·p 1 →d 4 ·p 5 →u 8 ，也就是电流I 3所流经的路径。d 1的端口p 1、p 3，d 1的端口p 2、p 4，d 2的端口p 2、p 4，d 3的端口p 1、p 2，d 4的端口p 1、p 5，连接这5对端口的线路需要闭合，形成5条通路。
第二步，上位机向D={d 1,d 2,d 3,d 4}发送状态矩阵集合
Figure SMS_9
，则所有状态矩阵中的数据如下：
Figure SMS_10
；
Figure SMS_11
；
状态矩阵
Figure SMS_12
也可以被与其等价的其他数据形式代替，比如矩阵的常用压缩形式之一，二元组序列。也就是用一组二元组表示一个矩阵，其中第一个二元组表示矩阵的行列数，后面的一个或几个二元组表示矩阵中数值为1的元素的下标。则/>
Figure SMS_13
中的四个状态矩阵可以表示为下面四个二元组序列：
S1 tx = {(4, 4), (1, 3), (2, 4)} tx ；
S2 tx = {(4, 4), (2, 4)} tx ；
S3 tx = {(4, 4), (1, 2), (1, 4)} tx ；
S4 tx = {(5, 5), (1, 5), (2, 5)} tx ；
第三步，{d 1, d 2, d 3, d 4}根据
Figure SMS_14
中的数据将对应的内部线路进行闭合和断开操作。如果s ij=1，将内部连接端口i和端口j的线路上的继电器通电，使线路闭合，也就形成了通路；如果s ij=0，将连接端口i和端口j的线路上的继电器断电，使线路断开，也就形成了断路。电能共享控制器{d 1,d 2,d 3,d 4}内部线路的状态如图6-9所示。
最后，u 1开始向u 8和u 5传输电能，u 4开始向u 2传输电能，u 7开始向u 8传输电能。tx时刻利用电能共享控制器实现用户之间电能传输的全过程结束。
以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种实现用户间电能共享系统，其特征在于，包括电能共享控制器、开关装置、发电装置、电能管理设备和上位机；所述发电装置、电能管理设备安装在用户电路上，电能共享控制器、电能管理设备与上位机通信连接，发电装置、用户的所有用电设备与电能管理设备连接，用户通过电能管理设备与电能共享控制器连接；
电能共享控制器通过其不同的端口与不同用户的电能管理设备连接，并且通过设置开关装置将电能共享控制器的端口在电能共享控制器内部两两相连，电能共享控制器控制开关装置的断开与闭合；
用户分为耗电型用户和产消型用户，耗电型用户为电能消耗者，产消型用户为电能生产者和消耗者；产消型用户生产的电能除了自己使用外还可以为耗电型用户提供电能；每个耗电型用户至少与一个产消型用户通过电能共享控制器连接；
耗电型用户的电能管理设备用于检测与其连接的耗电型用户的电力使用情况，并将信息发送至上位机；
产消型用户的电能管理设备用于检测与其连接的产消型用户的电力使用情况，以及与产消型用户连接的发电装置生产电能情况，并将信息发送至上位机；
所述上位机用于耗电型用户和产消型用户之间电能的调配。
2.根据权利要求1所述的一种实现用户间电能共享系统，其特征在于，两个所述电能共享控制器至少一条电缆相连；当两个电能共享控制器之间一条电缆相连，在同一时刻或者时间段内，只能单向传输电能，即一个用户从其他用户那里获取电能的同时不能够向其他用户传输电能；当用两条或多条电缆相连时，在同一时刻或者时间段内，两个电能共享控制器之间可以双向传输电能。
3.根据权利要求1所述的一种实现用户间电能共享系统，其特征在于，在电能共享控制器的内部，用电缆将所有端口两两相连，任意两个端口之间用单条电缆相连，电缆上设置开关装置，假设电能共享控制器上有n个端口，就用
Figure QLYQS_1
条电缆进行互连。
4.根据权利要求1所述的一种实现用户间电能共享系统，其特征在于，共享电能的用户之间可以经由一个或者多个电能共享控制器传输电能，形成电能共享网络。
5.一种实现用户间电能共享的控制方法，其特征在于，用户间电能共享网络中，从一个有多余电能可以输出的产消型用户u a的电能管理设备向另一个需要电能输入的用户u b传输电能，且a ≠ b，步骤如下：
步骤S10：查找从u a向u b的输电路径，u b可以是产消型用户，也可以是耗电型用户；
步骤S20：判断输电路径是否存在；如果存在，执行步骤S30；否则，执行步骤S60；
步骤S30：对输电路径上的每一个电能共享控制器，发送包含状态矩阵集合的控制指令；
步骤S40：输电路径上的每一个电能共享控制器执行收到的控制指令，根据控制指令中的状态矩阵闭合、打开相应的内部线路，使整个输电路径连通；
步骤S50：u a的电能管理设备开始向u b传输电能；
步骤S60：结束。
6.根据权利要求5所述的一种实现用户间电能共享的控制方法，其特征在于，构建用户间电能共享网络，
假设电能共享控制器对外有n个端口，n为整数且n≥2，每个端口对应一个端口号；在电能共享控制器内部，连接这些端口的线路的通、断状态就组成了一个n×n的状态矩阵S；s ij∈S表示连接端口i和端口j的线路的开关状态，其中，i∈[1,n]，j∈[1,n]，i≠j，且s ij=s ji，i≠j，s ij的取值为0或1，即s ij∈{0,1}；
当s ij=0时，连接端口i和端口j的线路处于断路状态；
当s ij=1时，连接端口i和端口j的线路处于通路状态；
当i=j时，s ij=0，即端口无法和自身相连，由此得到状态矩阵S如下：
Figure QLYQS_2
；
设区域内有k个用户组成用户集合U={u 1,u 2,u 3,…,u k}，有m个电能共享控制器组成集合D={d 1,d 2,d 3,…,d m}，电能共享控制器d i的不同端口标记为（p 1， p 2，…， p n），d i的端口组成的集合为Pdi={d i·p 1,d i·p 2,...,d i·p n}，则U和D连接在一起构成一个用户间电能共享网络；D在t时刻收到状态矩阵集合
Figure QLYQS_3
，则d i∈D根据对应的/>
Figure QLYQS_4
设置t时刻控制器内部连接所有端口的线路的通、断状态，并在一个固定的时间区间Δt内维持该状态，即状态维持到t+Δt时刻；在t+Δt时刻，D会收到新的状态矩阵集合。
7.根据权利要求5或6任一所述的一种实现用户间电能共享的控制方法，其特征在于，
初始时：与u a相连的电能共享控制器为d i，其端口为d i·p a，输电路径记为L，则此时L={u a,d i·p a}，将d i记为d x，即d x←d i，从步骤S11开始执行；
步骤S11：d x查询自己所有的端口，检测是否有端口与u b相连；
步骤S12：如果d x有端口与u b相连，将连接u b的端口d x·p b加入到L中，即L ← L + d x·p b，转到步骤S16开始执行；否则，执行步骤S13；
步骤S13：如果有与d x相连的电能共享控制器，执行步骤S14；否则，转到步骤S15开始执行；
步骤S14：对与d x相连的每一个电能共享控制器d j执行以下操作：
如果连接d x与d j的电缆可用，将d x与d j相连的端口d x·p dj以及d j与d x相连的端口d j·p dx依次加入到L中，即L←L+d x·p dj+d j·p dx，将d j记为d x，即d x←d j，转到步骤S11开始执行；否则，转到步骤S15开始执行；
步骤S15：当前没有u a到u b的输电路径，转到步骤S17开始执行；
步骤S16：得到u a到u b的输电路径L，由u a向u b输送电能；
步骤S17：结束。
8.根据权利要求7所述的一种实现用户间电能共享的控制方法，其特征在于，步骤S16中，如果u a到u b有多个输电路径，则选择一个 “最优路径”用来传输电能；“最优路径”为电缆总长度最短的路径或者包含电能共享控制器最少的路径；如果无法判断哪个输电路径是“最优路径”，则随机选择一个路径。
9.根据权利要求5或6任一所述的一种实现用户间电能共享的控制方法，其特征在于，步骤S40中，电能共享控制器d y有n个端口，其收到控制指令中的状态矩阵Sy后，控制内部线路通、断状态的步骤如下：
步骤S41：将d y的端口按照端口号的升序进行排序，记i为第一个端口号，即i←1；
步骤S42：端口号i与它后续的所有端口号分别组成二元组，形成一个二元组集合Q，即Q←{(i,i+1),(i,i+2),(i,i+3),…,(i,n)}，其中i+x表示排在端口i之后的第x个端口的端口号；
步骤S43：令j=i+x，将Q中的二元组作为下标，查看Sy中对应的s ij的值是否为“1”；
如果s ij的值为“1”，将d y内部(i,j)对应的线路，也就是端口i和端口j相连的线路，设置为“通路”状态；
否则，将d y内部(i,j)对应的线路设置为“断路”状态；
步骤S44：取下一个端口号，记作i，即i←i+1，判断此时的i是否是最后一个端口号，即i是否等于端口数n；
如果i不是最后一个端口号，即i不等于n，转到步骤S42开始执行；否则，转到步骤S45开始执行；
步骤S45：结束。
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