电网友好交互的楼宇能源柔性管理系统及方法与流程

本发明涉及楼宇能源领域，尤其是一种电网友好交互的楼宇能源柔性管理系统及方法。

背景技术：

1、当前在楼宇上安装光伏成为全国以及全球的重要节能降碳手段，大型楼宇由多种能源系统为楼宇进行耦合供能，楼宇光伏和楼宇能源系统共同构成楼宇能源微网。

2、随着新能源为主体的新型电力系统的发展，动态经济性和供电稳定性成为电力用户面临的新问题。世界上多个国家开始实施动态实时电价，用来调节电力市场供需动态平衡，如澳大利亚等，与我国执行的基于各省发布的稳定性峰谷电价不同，实时电价是在电力市场条件下，根据电力的瞬时供需平衡以及电力系统的安全运行，在给定时段(半小时或者更短)内，结合电力的长期边际成本和短期边际成本来确定的电能价格，它反映了各时刻供应与需求的变化关系。而峰谷电价，是一种根据电网的负荷变化情况，将每天24小时划分为高峰、平段、低谷等多个时段，并对各时段分别制定不同电价水平的电价制度。因此，实时电价和峰谷电价的区别在于，实时电价在每个时段可以为在一个区间内的任何数值，而不是每个时段固定一个电价。而峰谷电价则是每个时段固定一个电价。

3、新能源出力刚性波动为电网增加了不确定性，随着极端气候现象频繁发生和地区快速发展，用电高峰时段日间限电情况成为多地需要面临的情况。建筑如何在限电时段保障电力稳定供给，提升建筑能源供给弹性和稳定性，是许多建筑正在寻求解决的难题。

4、而目前的楼宇能源微网和大电网相对独立运行，面对未来电网电价和建筑用电的双向实时波动情况下，楼宇运维人员无法仅凭经验进行实时动态调整，以确定最经济和稳定双向保障的系统运行策略。

技术实现思路

1、本发明的目的是提供一种电网友好交互的楼宇能源柔性管理系统，其能够根据实时电价、实时天气状况和实时电网需求动态调整运行策略，以实现能源的高效利用和降低用电成本。

2、本发明的另一个目的是提供一种楼宇能源柔性管理方法，其能够根据实时电价、实时天气状况和实时电网需求动态调整运行策略，以实现能源的高效利用和降低用电成本。

3、本发明提供了一种本发明的目的是提供一种电网友好交互的楼宇能源柔性管理系统，包括：一个数据获取模块、一个计算模块和一个控制模块。数据获取模块能够获取下一日的实时电价曲线和下一日的天气预报数据。计算模块与数据获取模块信号连接，并被配置为能够：在上一日，根据下一日的天气预报数据生成下一日的第一预测发电量的曲线，根据下一日的天气预报数据和其存储的楼宇的历史用电量曲线生成下一日的第一预测用电量的曲线，根据下一日的实时电价曲线和下一日的第一预测用电量的曲线生成下一日的全日预测电费曲线；在下一日的第i(i为大于0的整数)时刻，比较第一预测发电量是否大于该时刻的第一预测用电量，若判断结果为是，则执行第一储冷储热运行策略和第一蓄电运行策略，并实时调整全日预测电费曲线，若步骤判断结果为否，则执行第二蓄电运行策略和第二储冷储热运行策略，并实时调整全日预测电费曲线；以及获取第i时刻的包括实时电费的实时运行数据作为训练数据，并在第i+1时刻，继续比较第一预测发电量是否大于该时刻的第一预测用电量。控制模块与计算模块信号连接以接收计算模块做出的各个策略，并能够控制楼宇的蓄电系统和储冷储热系统的运行。

4、该电网友好交互的楼宇能源柔性管理系统，结合下一日的实时电价曲线、天气预报数据和楼宇的历史用电量曲线，能够在上一日预测下一日的发电量和用电量，并在下一日运行过程中实时动态调整运行策略以实现能源高效利用和降低用电成本，为楼宇能源管理提供准确的参考。

5、在电网友好交互的楼宇能源柔性管理系统的再一种示意性实施方式中，计算模块被配置为还能够：在上一日，根据下一日的天气预报数据生成下一日的第一预测发电量的曲线，根据下一日的天气预报数据和其存储的楼宇的历史用电量曲线生成下一日的第一预测用电量的曲线，根据下一日的实时电价曲线和下一日的第一预测用电量的曲线生成下一日的全日预测电费曲线；在下一日的第i时刻，预测第i+1时刻的第二预测发电量和第二预测用电量，比较第i+1时刻的第二预测发电量和该时刻的第一预测发电量，并比较第i+1时刻的第二预测用电量和该时刻的第一预测用电量，若第二预测发电量和第一预测发电量之间以及第二预测用电量和第一预测用电量之间的偏差均在预设偏差接受域内，则比较第i时刻的第一预测发电量是否大于该时刻的第一预测用电量，若判断结果为是，则执行第一储冷储热运行策略和第一蓄电运行策略，并实时调整全日预测电费曲线，若判断结果为否，则执行第二蓄电运行策略和第二储冷储热运行策略，并实时调整全日预测电费曲线；若第二预测发电量和第一预测发电量之间的偏差以及第二预测用电量和第一预测用电量之间的偏差中的至少一个超出预设偏差接受域，则触发预警提示，抛弃第一预测发电量的曲线和第一预测用电量的曲线，并根据当日剩余时间的天气预报数据重新生成第一预测发电量的曲线和第一预测用电量的曲线，并重新预测第i+1时刻的第二预测发电量和第二预测用电量，以及，获取第i时刻的包括实时电费的实时运行数据作为训练数据，并在第i+1时刻，继续预测第i+2时刻的第二预测发电量和第二预测用电量。

6、该楼宇能源柔性管理系统能够在下一日的每个时刻再次预测下一时刻的发电量和用电量，并以此预测值与上一日预测的同一时刻的发电量和用电量进行对比，以动态优化储能运行策略，有助于减少能源浪费并适应电网需求的变化。通过设置预设偏差接受域，能够在两次预测数据偏差较大时及时触发预警提示，确保能源管理决策的准确性和可靠性，保证能源管理策略的持续优化和电费成本的最小化。

7、在电网友好交互的楼宇能源柔性管理系统的另一种示意性实施方式中，计算模块被配置为在：获取第i时刻的包括实时电费的实时运行数据作为训练数据，并在第i+1时刻，继续预测第i+2时刻的第二预测发电量和第二预测用电量中，能够：在第i时刻，比较第i-1时刻的实时发电量和该时刻的第二预测发电量以及第i-1时刻的实时用电量和该时刻的第二预测用电量之间的差值是否在预设偏差接受域内，若判断结果为是，则将第i-1时刻的实时发电量和实时用电量输入计算模块的训练集以供训练，并在第i+1时刻，继续预测第i+2时刻的第二预测发电量和第二预测用电量，若判断结果为否，则触发预警提示，将第i-1时刻的实时发电量和实时用电量输入计算模块的训练集以供训练，根据当日剩余时间的天气预报数据重新生成第一发电量曲线和第一用电量曲线，并重新预测第i+1时刻的第二预测发电量和第二预测用电量。

8、该楼宇能源柔性管理系统能够将每个时刻实时发电量和实时用电量数据与上一时刻预测的该时刻的发电量和用电量作对比以校核该时刻的预测值，并完成对计算模块的实时训练，不断提高预测的准确性，从而优化能源使用。预设偏差接受域的应用确保其在面对预测误差时能够及时调整，减少因预测不准确导致的能源浪费和成本增加。自学习能力使其能够适应不断变化的环境和使用模式，确保长期运行中的能效最大化。

9、在电网友好交互的楼宇能源柔性管理系统的另一种示意性实施方式中，第一储冷储热运行策略为：在下一日的第i时刻，第一预测发电量大于第一预测用电量时，储冷储热系统满负荷运行，制备冷水和/或热水进行储冷和/或储热，其中：制备的冷水和/或热水的量由式(1)所示的公式计算：

10、q冷水和/或热水＝min(qcapa，qneed)      式(1)

11、其中，qcapa为储冷储热系统的最大容量；qneed为超发电量结束时刻至下一超发电量开始时刻，楼宇所需的冷量和/或热量。

12、通过实施第一储冷储热运行策略，系统能够在预测到发电量大于用电量时自动调整储冷储热系统的运行，确保能源的高效利用，减少能源浪费。该策略利用数学公式精确计算所需的冷水和/或热水量，提高储冷储热系统的运行精度，从而优化能源管理效率。

13、在电网友好交互的楼宇能源柔性管理系统的另一种示意性实施方式中，第i时刻的第二预测用电量根据式(2)所示的公式计算：

14、e用电量,i＝(qbase+qinner×cperson)/ηiplv,sys      式(2)

15、其中，e用电量，i为第i时刻的第二预测用电量；qbase为建筑基础用能，主要为建筑供暖空调能耗；qinner为建筑内部功能用能，包括照明、电梯、生活热水、插座及其他功能用能，是一个设计参考值；cperson为人员使用系数，根据历史人员负荷表得到；ηiplv,sys为实时系统能效。

16、第二预测用电量的计算公式考虑多个影响因素，使得预测更加全面和精确，提高能源分配的灵活性和响应性，有助于实现更细致的能源管理、更高的能源节约和成本效益。

17、在电网友好交互的楼宇能源柔性管理系统的另一种示意性实施方式中，第一蓄电运行策略具体为：当储冷储热系统的储能达到式(1)的计算值时，光伏系统仍有超发的光伏电量，则蓄电系统开始充电直至实时发电量小于等于实时用电量；若蓄电系统充满电后，实时发电量仍大于实时用电量，则将楼宇通过光伏供电后的剩余电量并入电网。

18、第一蓄电运行策略允许在储冷储热系统达到设定储能值后，进一步利用光伏系统的超发电量进行蓄电，提高能源的综合利用率。该策略能够确保储冷储热量的最佳化，避免能源的过度储存或不足，保障楼宇的能源供应安全。在蓄电系统充满电后，剩余电量可以并入电网，为电网提供额外的电力资源，增加能源系统的灵活性和对外供电能力。

19、在电网友好交互的楼宇能源柔性管理系统的另一种示意性实施方式中，第二蓄电运行策略具体为：判断下一日是否存在限电时段，限电时段为用电高峰时段电网停电的时段，楼宇能源柔性管理系统设置有保障用电模式，在保障用电模式下，楼宇能源柔性管理系统在生成下一日的第一预测发电量的曲线和第一预测用电量的曲线时计算下一日的保障用电量，保障用电量为在限电时段内，蓄电系统保障楼宇生产生活所需的用电量；若判断下一日存在限电时段，则判断下一日的第i时刻保障用电量是否大于楼宇应急电量，楼宇应急电量为在限电时段内楼宇的用电量；若下一日的第i时刻保障用电量大于楼宇应急电量，则在限电时段以及限电时段的前后时段，利用保障用电量为楼宇供电；在非限电时段，保障用电量、市电和光伏电量为楼宇供电，若下一日的第i时刻保障用电量不大于楼宇应急电量，则在限电时段中，利用蓄电系统为楼宇供电，或在非限电时段，向用户发出是否利用市电对蓄电系统进行充电的提醒；若下一日不存在限电时段，则关闭蓄电系统的保障用电量限制功能，使蓄电系统的全部电量用于光伏发电存储及楼宇的峰值电价供电。

20、第二蓄电运行策略通过预测限电时段并计算保障用电量，确保在电网高峰时段楼宇的正常运作，提高楼宇能源系统的可靠性。该策略在限电时段及前后利用保障用电量供电，减少对电网的依赖，降低楼宇运营成本。在非限电时段，楼宇能源柔性管理系统能够提醒用户选择合适的充电时机，增强用户对能源管理的控制能力，提升能源使用的灵活性。

21、在电网友好交互的楼宇能源柔性管理系统的另一种示意性实施方式中，第二储冷储热运行策略具体为：当光伏发电量大于楼宇用电量，优先启动蓄电系统充电；若蓄电系统充满后，光伏电量仍有超发，则储冷储热系统满负荷运转进行，直至光伏电量不再超发，或储冷储热量满足前一日计算的下一日的需求量；若储冷储热量满足前一日计算的下一日的需求量后，实时发电量仍大于实时用电量，则剩余电量并入电网。

22、第二储冷储热运行策略优先考虑蓄电系统的充电，确保电能的有效存储，为楼宇能源供应提供稳定的后备电力。在蓄电系统充满后，系统自动转为储冷储热运转，充分利用超发的光伏电量，提高能源的利用效率。该策略通过计算确保储冷储热量满足需求后，将剩余电量并入电网，有助于平衡电网负荷，同时为楼宇带来经济效益。

23、在电网友好交互的楼宇能源柔性管理系统的另一种示意性实施方式中，楼宇能源柔性管理系统还包括一个与计算模块信号连接的黑启动保障装置，其包括：一个逻辑控制模块和一个切换模块。逻辑控制模块能够监测电网状态，在限电时段开始时，发出自动将市电供电模式切换至蓄电系统供电模式的控制命令，以及在限电时段结束时，发出自动将蓄电系统供电模式切换至市电供电系统供电模式的控制命令。切换模块能够接收并执行逻辑控制模块的控制命令。

24、黑启动保障装置确保在限电时段楼宇的不间断供电，提高楼宇能源系统的自动化水平。该装置能够在限电时段结束后自动恢复市电供电，减少人工干预，提高楼宇能源管理的效率和便捷性，并为楼宇在电网不稳定或紧急情况下提供额外的保障，增强楼宇能源系统的韧性和安全性。

25、在电网友好交互的楼宇能源柔性管理系统的另一种示意性实施方式中，还包括一个用户界面模块和一个信息传输模块。用户界面模块与计算模块信号连接，具有一个数据可视化界面，能够用于用户常规系统启停操作，提示用户当前运行模式，以及当出现可优化运行策略，当前策略需要改变时，提示新的运行策略，请用户选择。信息传输模块与数据获取模块和计算模块信号连接，并能够搭建楼宇内设备的局域网以及连接楼宇与外网网络。

26、借此便于用户能够轻松识别系统状态和潜在的优化策略，提高操作便利性和系统的可管理性，利于引导用户做出更为经济和高效的能源管理决策，有助于降低能源成本并提高楼宇的能源使用效率，并确保楼宇内设备之间以及楼宇与外部网络的高效通信。

27、本发明还提供一种楼宇能源柔性管理方法，包括下列步骤：启动上述电网友好交互的楼宇能源柔性管理系统；获取下一日的实时电价曲线和下一日的天气预报数据；在上一日，根据下一日的天气预报数据生成下一日的第一预测发电量的曲线，根据下一日的天气预报数据和其存储的楼宇的历史用电量曲线生成下一日的第一预测用电量的曲线，根据下一日的实时电价曲线和下一日的第一预测用电量的曲线生成下一日的全日预测电费曲线；以及在下一日的第i时刻，比较第一预测发电量是否大于该时刻的第一预测用电量，若判断结果为是，则执行第一储冷储热运行策略和第一蓄电运行策略，并实时调整全日预测电费曲线，若判断结果为否，则执行第二蓄电运行策略和第二储冷储热运行策略，并实时调整全日预测电费曲线；获取第i时刻的包括实时电费的实时运行数据作为训练数据，并在第i+1时刻，继续比较第一预测发电量是否大于该时刻的第一预测用电量。

28、该楼宇能源柔性管理方法，通过获取下一日的实时电价曲线、天气预报数据和楼宇的历史用电量曲线，来预测下一日的发电量和用电量，并在下一日运行过程中实时动态调整运行策略以实现能源高效利用和降低用电成本，为楼宇能源管理提供准确的参考。