CN207368748U - 需求侧能源互联系统、能源互联控制系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种需求侧能源互联系统、能源互联控制系统，系统包括：第一级区域单元、第二级区域单元以及第三级区域单元，第一级区域单元包括连接于第一电网链路的第一级能源路由器、第一级用电设备、第一级储能设备，第二级区域单元包括连接于第二电网链路的第二级能源路由器、第二级储能设备，第三级区域单元包括连接于电网干路的第三级能源路由器、第三级储能设备、新能源发电设备，第一电网链路通过第一级能源路由器连接于第二电网链路，第二电网链路通过第二级能源路由器连接于电网干路，每一级能源路由器对应的区域单元可进行孤岛运行或联网运行，实现网络自治。本实用新型提高需求侧能源互联系统的智能化控制。

Description

需求侧能源互联系统、能源互联控制系统

技术领域

本实用新型涉及微网能源控制技术领域，具体而言，涉及一种需求侧能源互联系统、能源互联控制系统。

背景技术

现在正处于以可再生能源和互联网为表征的第三次工业革命中。分布式可再生能源结合互联网技术正在彻底变革整个社会的能源使用方式。整个能源网络涵盖发、输、储、配、变、送、用(需求侧)七部分。在需求侧(用)又可以构成微网，由于分布式发电的接入，微网又是整个能源网络的一个缩影，也涵盖了前述七部分。

需求侧能源信息互联网络是新兴的发展领域，正处于开拓期，很多文献虽有提及，但都是概论，主要关注于主网，而极少关注于需求侧的实现。也有一些需求侧系统的实现方案，但是智能化程度不高。

针对相关技术需求侧能源信息互联系统智能化较差的问题，目前尚未提出有效地解决方案。

实用新型内容

本实用新型提供了一种需求侧能源互联系统、能源互联控制系统，以至少解决现有技术中需求侧能源信息互联系统智能化较差的问题。

为解决上述技术问题，根据本公开实施例的一个方面，本实用新型提供了一种需求侧能源互联系统，包括第一级区域单元、第二级区域单元以及第三级区域单元，第一级区域单元从属第二级区域单元，第二级区域单元从属第三级区域单元，第一级区域单元包括连接于第一电网链路的第一级能源路由器、第一级用电设备、第一级储能设备，第二级区域单元包括连接于第二电网链路的第二级能源路由器、第二级储能设备，第三级区域单元包括连接于电网干路的第三级能源路由器、第三级储能设备、新能源发电设备，第一电网链路通过第一级能源路由器连接于第二电网链路，第二电网链路通过第二级能源路由器连接于电网干路，电网干路用于通过第三级能源路由器与公共能源互联网连接，其中，每一级能源路由器根据本级区域单元内的能源使用情况和策略、同级区域单元之间的能源使用情况和策略、从属上下级之间的能源使用情况和策略对本级区域单元的最优能源流动方向、最优流动时间进行规划，每一级能源路由器及其对应的区域单元可进行孤岛运行或联网运行，并实现网络自治。

进一步地，每一级能源路由器及其对应的区域单元可进行孤岛运行或联网运行，并实现网络自治，包括以下至少之一：自我需求管理、自我故障检测，自我诊断、故障信息宣告、自我孤岛运行或联网运行。

进一步地，第一级区域单元还包括第一级计算中心，第三级区域单元还包括第二级计算中心，第一级计算中心用于分析本级区域单元内的数据并进行云计算、大数据分析、数据挖掘、机器学习、人工智能技术处理，第二级计算中心整合第一级计算中心的数据进行云计算、大数据分析、数据挖掘、机器学习、人工智能技术处理。

进一步地，第三级区域单元还包括：互联网气象服务模块，用于提供历史、实时、预测的气象数据至计算中心；本地气象站模块，用于提供本地实时气象数据至计算中心；时空数据终端模块，用于提供授时和经纬度信息至计算中心。

进一步地，每级计算中心用于分析本级区域单元内的数据包括：用电数据、状态数据、使用人的行为数据、数据的时空特征、气象数据、公共能源互联网模型数据。

进一步地，第三级区域单元还包括区域交易中心和公共能源交易中心，分别用于实现电能使用者和使用者之间、电能使用者和生产者之间的电能交易，第一级区域单元还包括用户控制中心和账本模块，用于通过区域交易中心进行电能交易控制及数据记录。

进一步地，储能设备为集群储能设备。

进一步地，新能源发电设备为即插即用式设备，新能源发电设备包括以下之一：光伏发电设备、风力发电设备、地热发电设备。

根据本公开实施例的另一方面，提供了一种能源互联控制系统，包括：上述的需求侧能源互联系统，以及公共能源系统，其中，需求侧能源互联系统作为整体与公共能源系统进行交互。

进一步地，需求侧能源互联系统作为整体与公共能源系统进行交互，包括：需求侧能源互联系统作为执行主体来公共能源系统的调整和控制需求进行响应，以及，需求侧能源互联系统作为需求主体对公共能源系统发出订阅需求。

在本实用新型中，提供了一种具体结构的需求侧能源互联系统，该需求侧能量信息互联系统将需求侧作为一个整体进行管理，需求侧的能量信息互联，提高需求侧能源互联系统的智能化控制，具有巨大的经济和社会效益。

附图说明

图1是根据本实用新型实施例的需求侧能源互联系统的一种可选的结构示意图。

具体实施方式

这里将详细地对示例性实施例进行说明，其示例表示在附图中。下面的描述涉及附图时，除非另有表示，不同附图中的相同数字表示相同或相似的要素。以下示例性实施例中所描述的实施方式并不代表与本实用新型相一致的所有实施方式。相反，它们仅是与如所附权利要求书中所详述的、本实用新型的一些方面相一致的装置和方法的例子。

实施例1

下面结合附图对本实用新型提供的需求侧能源互联系统进行说明。

图1示出本实用新型实施例的需求侧能源互联系统的一种可选的结构示意图，其中，需求侧能源互联系统包括第一级区域单元、第二级区域单元以及第三级区域单元，第一级区域单元从属第二级区域单元，第二级区域单元从属第三级区域单元，第一级区域单元包括连接于第一电网链路的第一级能源路由器、第一级用电设备、第一级储能设备，第二级区域单元包括连接于第二电网链路的第二级能源路由器、第二级储能设备，第三级区域单元包括连接于电网干路的第三级能源路由器、第三级储能设备、新能源发电设备，第一电网链路通过第一级能源路由器连接于第二电网链路，第二电网链路通过第二级能源路由器连接于电网干路，电网干路用于通过第三级能源路由器与公共能源互联网连接，其中，每一级能源路由器根据本级区域单元内的能源使用情况和策略、同级区域单元之间的能源使用情况和策略、从属上下级之间的能源使用情况和策略对本级区域单元的最优能源流动方向、最优流动时间进行规划，每一级能源路由器及其对应的区域单元可进行孤岛运行或联网运行，并实现网络自治。优选地，第一级区域单元、第二级区域单元、第三级区域单元可以分别对应家庭、楼宇、小区等单元，其对应的能源路由器分别为家庭能源路由器、楼宇能源路由器、区域级能源路由器。

上述系统结构为分层的自治和自愈的主干结合总线式/星状/双环网络结构。可以分为小区、楼宇、家庭等多层。底层以家庭为单位，家庭汇集至楼宇；中间层以楼宇为单位，楼宇汇集为小区；顶层位小区。每一层的每个单位由能源路由器对外连接。主干为楼宇之间的能量信息汇集链路。然后小区经由主干级别的能源路由器连接至公共能源互联网。

其中，每一级能源路由器及其对应的区域单元可进行孤岛运行或联网运行，并实现网络自治，包括以下至少之一：自我需求管理、自我故障检测，自我诊断、故障信息宣告、自我孤岛运行或联网运行。也就是说，每个能源路由器及其下所管辖的网络自治，自我需求管理；自我故障检测，自我诊断，故障信息宣告；自我离线成孤岛运行或联网。这样也可快速故障定位，快速调整并恢复能源信息网络的稳定状态。

在一个实施方式中，第一级区域单元还包括第一级计算中心，第三级区域单元还包括第二级计算中心，第一级计算中心用于分析本级区域单元内的数据并进行云计算、大数据分析、数据挖掘、机器学习、人工智能技术处理，第二级计算中心整合第一级计算中心的数据进行云计算、大数据分析、数据挖掘、机器学习、人工智能技术处理。第三级区域单元还包括：互联网气象服务模块，用于提供历史、实时、预测的气象数据至计算中心；本地气象站模块，用于提供本地实时气象数据至计算中心；时空数据终端模块，用于提供授时和经纬度信息至计算中心。每级计算中心用于分析本级区域单元内的数据包括：用电数据、状态数据、使用人的行为数据、数据的时空特征、气象数据、公共能源互联网模型数据。

具体地，参见图1，星云计算和分布式协同智能。不同于普通的云计算，在原来的环境中分布着众多小的计算中心(星计算中心)来进行局部的大数据分析和处理，为局部智能提供服务；而这些局部的小中心协同工作，连接成大的云计算环境。这样将单一集中的云计算环境演化为分布式(卫星计算中心、行星计算中心、恒星计算中心)、无中心的、协同的类似星云一样的计算环境。

每层的每个组成单元都可以拥有一个星计算中心，也可以多个拥有一个星计算中心群协同工作，运用机器学习和深度学习、人工智能等技术来管理需求。

每个星计算中心的处理自己的数据来提供单位区域内智能。用户能源信息数据带有时空信息，采用全球卫星定位系统等来提供数据的时空属性，同时由互联网结合星计算中心的气象信息形成气象信息历史和趋势。

星计算中心分析用户的使用习惯，结合时空信息、气象信息等，优化单位区域内的能源利用效率，并提前预测或调控，故障定位或并离网等。

多个相邻的星计算中心协同构成群体智能。星计算中心之间平等、共享、开放，一起智能运维整个区域的，从而构成星云计算。

用户能源信息数据指每台用电设备含路由设备的U、I、P、Q和瞬时变化值等数据。

在一个实施方式中，第三级区域单元还包括区域交易中心和公共能源交易中心，分别用于实现电能使用者和使用者之间、电能使用者和生产者之间的电能交易，第一级区域单元还包括用户控制中心和账本模块，用于通过区域交易中心进行电能交易控制及数据记录。

具体来说，需求侧的区域能源交易结合公共能源互联网的能源交易。

按照就近使用的原则，在需求侧自我管理的区域内，区域能源交易中心为整个管辖区域内以家庭为单位的能源交易提供平台。每个家庭用户可以在区域能源交易中心与其它用户进行用户之间的能源交易，包括能源现货及期货交易。

按照余电上网的原则，区域交易中心又可以作为所管辖的区域的代理(虚拟能源公司或客户)参与公共的能源交易，在公开市场内与其它区域交易中心之间进行能源的现货及期货交易。

在区域交易中心内部采用分布式账本，使用区块链技术来保证交易的安全进行。无需统一的结算中心。

优选地，储能设备为集群储能设备，具体地，采用冗余分布式集群储能，由公用和户用组成储能网络。能量路由器决策储存能源的输出方向(自用或是向外输出)。由小容量的储能装置构成储能集群，多个集群分布在整个区域范围内，且靠近最频繁使用的地点分布。这样可以避免单一的大容量储能装置所带来的不经济性，避免集中储能所带来的单点故障问题，能提高快速反应时间和性能。

其中，新能源发电设备为即插即用式设备，新能源发电设备包括以下之一：光伏发电设备、风力发电设备、地热发电设备。

具体实现时，可再生能源通过AC/DC或DC/DC等装置转换为统一规格的直流，须满足相应电压等级及精度，频率及精度等约定。可再生能源接入涵盖户用和公用。

在一个实施例中，还提供了一种能源互联控制系统，包括需求侧能源互联系统以及公共能源系统，其中，需求侧能源互联系统作为整体与公共能源系统进行交互，需求侧能源互联系统作为执行主体来公共能源系统的调整和控制需求进行响应，以及，需求侧能源互联系统作为需求主体对公共能源系统发出订阅需求。其中，需求侧通过能量路由器来进行物理能量的通路，而由星计算中心和主网进行协商来进行需求管理。

下面对附图1示出的系统进行具体说明，以便更好的理解本申请：

在图1中，

001：用电设备(会采集其用电信息)。

002：户用储能。

003：发电设备(如光伏，风电)

004：家庭控制中心(如家庭网关)

005：账本(分布式账本)

006：家庭级能量路由器

007：卫星计算中心(负责一家或几家，或楼宇的数据计算和智能)

008：楼宇级能量路由器

009：分布式储能集群

010：区域能源交易中心

011：行星计算中心(负责改区域的数据计算和智能)

012：互联网气象服务(提供历史、实时、预测气象数据)

013：本地气象站(提供本地实时气象数据)

014：时空数据终端(提供授时和经纬度信息)

015：区域级能量路由器

016：公共能源信息互联网

017：恒星计算中心(公共能源信息互联网)

018：公共能源交易中心

上述016、017和018非需求侧系统组成部分；而是公共能源信息互联网组成部分。

从三个角度来看本系统。

第一个角度：从网络拓扑机构来看，本系统由家庭、楼宇、小区三层构成，根据情况，也可以从三层扩展成多层；比如工厂的产线、车间、分厂、公司等等。总的来说是一个分层的结构。每层的各组成单元之间既可以是总线式，也可以是星状连接，还可以是双环连接。每层的各组成单元、各层之间通过能量路由器进行连接。

第二个角度：从设备来看，本系统包括需求侧的发、输、储、配、变、用、控制中心、星计算中心、分布式记账交易、时空信息和气象信息系统。

第三个角度：从公共能源信息互联网来看，本系统构成其用户侧(需求侧)。

系统构成的分层的自治和自愈结构。每层的每个组成单元自治，自主管理内部的能源使用(发、储，用)。内部设备即插即用，无需预先集中配置。设备之间平等、共享、协同实现整个单元的自治。

每个单元的能源路由器是双向的。其可以根据本单元的能源使用情况和策略、单元之间的能源使用情况和策略、上下层之间的能源使用情况和策略来自主决定本单元的最优能源流动方向、最优流动时间规划。能源路由器除了路由能源之外，还起到安全隔离和自治区域分割的功能。

星计算中心主要目的是提供所管辖单位的智能。相当于单位的大脑。其综合运用云计算、大数据分析、数据挖掘、机器学习、人工智能等技术。

可以一个家庭配置一个星计算中心，也可以多个家庭配置一个星计算中心。这是根据星计算中心可供使用的资源、每个家庭需要的计算能力、控制或相应的实时性要求来权衡的。星计算中心需要根据所应用的需求侧的规模和性能要求来确定部署方式。

星计算中心用于分析所管辖单位数据，提供人工智能，帮助其它设备实现智能。星计算中心运用机器学习、深度学习等工具和方法来对数据进行处理，进行增强学习，不断提升所管辖单位的智能行为。

所分析的数据包括各设备的用电数据、状态数据；使用人的行为数据；数据的时空特征；气象数据；需求侧网络各单位行为状态数据；公网行为模型数据等。这些数据又涵盖历史数据、实时数据和趋势预测数据等。时空数据终端提供需求侧的时间基准和空间位置信息，时空终端采用全球卫星定位系统终端。本地气象站提供本地的气象信息，多个本地气象站联合起来构成需求侧气象场信息；结合公众气象服务器数据，提高需求侧气象信息的时间精度和准确度。

同时，星计算中心可以相互通讯，从而构成集群智能，形成整个需求侧的全景智能，协同完成需求侧的能源信息的最优化运营。

将智能与控制分离出来，各个单位的控制中心、能量路由器与星计算中心通讯从而实现单位智能。这样，各司其职，协同完成工作。

需求侧的星计算中心可以与公共能源信息互联网的云计算中心协同，将自己的行为模型分享给公网的云计算中心，同时获取公网的行为模型，二者之间协调行动。

可再生的分布式发电设备以统一的能源规格接入需求侧能源信息互联系统。分布式发电设备的能量品质需满足互联系统的要求(包括电压等级及偏差、频率及偏差，调整恢复时间等)，并能响应需求侧的控制和信息请求(主动故障检测及状态信息通告，主动/被动离网或并网，能源和功率调剂等)。

其它需求侧的输、储、配、变、用设备或系统的要求也遵循上述同样的要求。

可再生的分布式发电设备包括户用的、区域公用的。这些产生的电能最好能就近存储和吸纳。分布式储能可以起到足够的缓冲作用。统一的集中式储能存在单点故障，并且集中式总会存在规模的最优上限(超过这个上限，性价比会急剧下降；这可以用计算机的大型主机和刀片式服务器来类比)。分布式储能集群(小而多，相当于刀片式服务器集群)即可以满足储能要求，又可以提高反应时间，能更快速地稳定电网，更有效地提高电网质量。另外，分布式储能集群可以冗余部署，进一步提高电网运行的安全性，因为某一集群的失效对电网的冲击是有限的，而且由于冗余的存在，备份集群可以立即替代。

分布式储能集群可以多种多样，因地制宜。可以是电池组；可以是制氢；可以是飞轮等等；各种储能集群统一构成需求侧的储能系统。同时集群可替代，可升级，投资可控。

分布式可再生能源的即插即用带来了能量的大量生产，每个单位都可以是电能使用者，同时也可以是电能生产者。每个单位可以表现为纯电能消耗者、短时间电能生产者、长期电能生产者的角色之一。

无论是短时间或长期电能生产者，从经济效益和低碳生活的角度来看，所产生的电能都需要消纳。一般采用就地消纳，余电上网的原则。

就地消纳就产生了市场行为，而生产的电能需要在需求侧内部进行消化从而驱动了交易的产生。区域交易中心则是适应了这种需求。在区域交易中心，电能使用者和生产者之间可以挂牌交易。既可以以现货，也可以以期货的方式相互交易。区域交易中心提供交易信息并撮合交易，但是不对交易进行结算。区域交易中心以区块链作为技术支持，每个交易者都持有分布式账本，相互之间进行结算。无需统一的结算中心的参与，更好地保证交易的便捷性和机密性。

余电上网就产生了需求侧作为一个整体与公网进行交易的需求。需求侧的区域交易中心则可以代表需求侧成为虚拟的售卖电实体，与公网进行现货或远期交易。同样采用区块链作为底层技术支撑。

需求侧能源信息互联系统作为一个自治整体经由区域级能量路由器接入公共能源信息互联网。

需求侧的通讯可以采用PLC；也可以是局部PLC结合主干有线；还可以是无线通讯，比如4G/5G；各种IOT通讯技术，比如NB-IOT

大量分布式可再生能源的接入最终导致的结果是能量的富裕、能量的廉价。在目前看来，需求侧能源信息互联系统虽是用户端，但是自由度有限，需要响应公网的各种需求，包括错峰用电、移峰填谷等。另外，能量富裕是最终的结果，那么需求侧能源信息互联系统还可以代表需求侧对公网预约各种服务，向公网服务商提出自己的用能服务，这包括瞬时用量，预约用量，不同的电能品质要求，不同时段的用电需求，指定的电能生产商，总之因自己需要用电(拥有用电的自由度)。通过在需求侧能量信息互联系统和公共能量信息互联网之间服务网关来实现。服务网关实现双方的服务规约和调用原语，双方通过约定的规范以规定的方式来发布自己的需求。契约达成后，服务网关通过二者之间的能量路由器实现具体的功能。服务网关的服务规约和调用原语可以以WebAPI的方式实现，使用PKI、区块链等来确认交易信息。

通过该系统，需求侧作为一个智能主体，自治管理需求侧的发、输、储、配、变、用系统，并与公共能源信息互联网平等、共享、协同交互，补完了能源信息互联网的最后一块拼图。

上述系统可以应用智能工厂，将家庭/楼宇/小区与产线/车间/分厂/公司对应。

上述系统可以由基础的三层扩展为多层结构。

上述系统可以应用各种社区和社会组织，而不仅是小区。诸如学校，医院等，不一一列举。

以上不同角色的系统，随着控制设备资源的强大，可以逐渐集成到一起。比如，随着AI芯片技术的发展，星计算的部分功能可以迁移至设备的控制系统上。

从以上描述中可以看出，在本实用新型的上述各个实施方式中，提供了一种具体结构的需求侧能源互联系统，该需求侧能量信息互联系统将需求侧作为一个整体进行管理，需求侧的能量信息互联，提高需求侧能源互联系统的智能化控制，具有巨大的经济和社会效益。

本领域技术人员在考虑说明书及实践这里公开的实用新型后，将容易想到本实用新型的其它实施方案。本申请旨在涵盖本实用新型的任何变型、用途或者适应性变化，这些变型、用途或者适应性变化遵循本实用新型的一般性原理并包括本实用新型未实用新型的本技术领域中的公知常识或惯用技术手段。说明书和实施例仅被视为示例性的，本实用新型的真正范围和精神由下面的权利要求指出。

应当理解的是，本实用新型并不局限于上面已经描述并在附图中示出的精确结构，并且可以在不脱离其范围进行各种修改和改变。本实用新型的范围仅由所附的权利要求来限制。

Claims (10)

1.一种需求侧能源互联系统，其特征在于，所述需求侧能源互联系统包括第一级区域单元、第二级区域单元以及第三级区域单元，所述第一级区域单元从属所述第二级区域单元，所述第二级区域单元从属所述第三级区域单元，所述第一级区域单元包括连接于第一电网链路的第一级能源路由器、第一级用电设备、第一级储能设备，所述第二级区域单元包括连接于第二电网链路的第二级能源路由器、第二级储能设备，所述第三级区域单元包括连接于电网干路的第三级能源路由器、第三级储能设备、新能源发电设备，所述第一电网链路通过所述第一级能源路由器连接于所述第二电网链路，所述第二电网链路通过所述第二级能源路由器连接于所述电网干路，所述电网干路用于通过所述第三级能源路由器与公共能源互联网连接，其中，每一级所述能源路由器根据本级区域单元内的能源使用情况和策略、同级区域单元之间的能源使用情况和策略、从属上下级之间的能源使用情况和策略对本级区域单元的最优能源流动方向、最优流动时间进行规划，每一级所述能源路由器及其对应的区域单元可进行孤岛运行或联网运行，并实现网络自治。

2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述每一级所述能源路由器及其对应的区域单元可进行孤岛运行或联网运行，并实现网络自治，包括以下至少之一：自我需求管理、自我故障检测，自我诊断、故障信息宣告、自我孤岛运行或联网运行。

3.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述第一级区域单元还包括第一级计算中心，所述第三级区域单元还包括第二级计算中心，所述第一级计算中心用于分析本级区域单元内的数据并进行云计算、大数据分析、数据挖掘、机器学习、人工智能技术处理，所述第二级计算中心整合所述第一级计算中心的数据进行云计算、大数据分析、数据挖掘、机器学习、人工智能技术处理。

4.根据权利要求3所述的系统，其特征在于，所述第三级区域单元还包括：互联网气象服务模块，用于提供历史、实时、预测的气象数据至计算中心；本地气象站模块，用于提供本地实时气象数据至计算中心；时空数据终端模块，用于提供授时和经纬度信息至计算中心。

5.根据权利要求3所述的系统，其特征在于，所述每级计算中心用于分析本级区域单元内的数据包括：用电数据、状态数据、使用人的行为数据、数据的时空特征、气象数据、公共能源互联网模型数据。

6.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述第三级区域单元还包括区域交易中心和公共能源交易中心，分别用于实现电能使用者和使用者之间、电能使用者和生产者之间的电能交易，所述第一级区域单元还包括用户控制中心和账本模块，用于通过所述区域交易中心进行电能交易控制及数据记录。

7.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述储能设备为集群储能设备。

8.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述新能源发电设备为即插即用式设备，所述新能源发电设备包括以下之一：光伏发电设备、风力发电设备、地热发电设备。

9.一种能源互联控制系统，其特征在于，包括：如权利要求1-8任一项所述的需求侧能源互联系统，以及公共能源系统，其中，所述需求侧能源互联系统作为整体与所述公共能源系统进行交互。

10.根据权利要求9所述的能源互联控制系统，其特征在于，所述需求侧能源互联系统作为整体与所述公共能源系统进行交互，包括：所述需求侧能源互联系统作为执行主体来所述公共能源系统的调整和控制需求进行响应，以及，所述需求侧能源互联系统作为需求主体对公共能源系统发出订阅需求。