一種包括電、氣、熱三種能源形式的能源路由器的製作方法
2023-09-09 22:31:15 1
(一)技術領域：
本發明屬於電力系統能源網際網路領域，尤其是一種包括電、氣、熱三種能源形式的能源路由器。
(二)
背景技術：
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隨著人類社會的進步，對於能源的需求量也越來越大。但是，傳統化石能源的使用面臨著巨大的問題。以太陽能和風能為代表的新能源的出現，為未來解決能源問題提供了思路。能源網際網路是利用網際網路思維的一種能源網絡，分布式電能、天然氣、熱能都可以通過能源網際網路進行傳輸和利用。在利用不同形式的能源時，能源路由器可以根據不同形式的能源的特點，通過自動控制，實現能源利用效率的最大化。在電力電子、高速數字通信和分布控制技術的支撐下,建立具有智慧功能的革命性電網構架吸納大量分布式能源.通過綜合控制能源的生產、傳輸和消費各環節,實現能源的高效利用和對可再生能源的兼容。能源路由器中的freedm系統是多技術融合的產物,固態變壓器為實現與信息網絡融合奠定了基礎,市場經濟模型考慮加快了市場化步伐.其中,固態變壓器實現four-quadron功率流控制,使得分布電站變得即插即用,並同時保證電網中用戶儲能及負載的增加不會相互影響；系統設計激勵策略確保綠色能源的最大化利用,大幅提升整個系統的能源利用率
但是，對於這一種新型的能源形式，目前並沒有一種設備可以做到對多種能源和信息的有效傳輸和管理。之前提出的能源路由器，只是把新能源發電這一種形式的能源納入其中，這和微網的結構非常相似，還不能構成能源網際網路。
(三)
技術實現要素：
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本發明的目的在於提供一種包括電、氣、熱三種形式的能源路由器的設計，它由能量監控與管理系統、信息交換與管理系統和用戶界面與接口系統三部分組成，可以在能量控制器的自動控制下綜合利用電能、天然氣、熱能三種形式的能源，採用乙太網絡、4g兩種網絡連接方式，實現信息的實時傳輸處理、不同設備間的聯網運行和遠程控制，並且採用開放接口， 支持用戶根據自身需要進行功能定製。
本發明的技術方案：一種包括電、氣、熱三種形式的能源路由器，其特徵在於它包括能量監控與管理系統、信息交換與管理系統和用戶界面與接口系統；其中，所述能量監控與管理系統、信息交換與管理系統和用戶界面與接口系統之間兩兩之間呈雙向連接。
所述能量監控與管理系統、信息交換與管理系統和用戶界面與接口系統之間兩兩之間通過uart通用異步收發傳輸器實現雙向信息傳遞；所述信息交換與管理系統由信息交換單元、智能控制中心和遠程控制及安全保護單元組成；所述用戶界面與接口系統，其界面顯示的信息包括登陸界面、能量管理信息、安全管理信息、優化界面、接口信息五個部分。
所述智能控制中心採用intel82547ei晶片進行信號的處理；所述智能控制中心收集的能量控制器、可再生能源發電管理單元、儲能管理單元、天然氣管理單元和熱能管理單元的控制及通信信號，通過光纖和4g網絡匯總到信息交換單元；所述信息交換單元作為用戶界面與接口系統的信息源並通過光纖和4g網絡與能源網際網路中的其他能源路由器進行信息交換。
所述能量監控與管理系統是由能量控制器、可再生能源發電管理單元、儲能管理單元、天然氣管理單元和熱能管理單元構成；所述可再生能源發電管理單元、儲能管理單元、天然氣管理單元和熱能管理單元分別採集對應的能源形式的信息，將信息傳輸到能量控制器進行信息的匯總和計算；所述可再生能源發電管理單元、儲能管理單元、天然氣管理單元和熱能管理單元與能量控制器的信息傳輸通過光纖或4g無線傳輸方式實現。
所述能量控制器的輸入端採集的信號包括可再生能源發電單元的風力及太陽能發出的電量信號、儲能管理單元的電量信號、天然氣管理單元的天然氣流量、壓力及價格信號、熱能單元的熱水的流量、溫度及壓力信號；所述能量控制器採用aqua單片四通道mac控制晶片；由ypt—600能量監測網關進行安全防護。
所述信息交換與管理系統所收集的全部信息，通過電阻式可觸控螢幕同用戶進行交流，並且預留ethernet,adhoc,ccn,sdn的信息網絡接口,以便於未來能源路由器的聯網運行和新設備接入。
所述可再生能源發電管理單元、儲能管理單元、天然氣管理單元和熱能管理單元四個單元的輸出信號分別進入能量控制器和智能控制中心，其 中能量控制器進行能源潮流的計算和控制，智能控制中心進行整個系統的通信和控制，這兩個控制系統都與遠程控制及安全保護系統進行雙向信號溝通。
一種包括電、氣、熱三種形式的能源路由器的控制方法，其特徵在於它包括以下步驟：
(1)信息交換單元獲得的實際系統需求信號及用戶通過用戶界面管理與接口系統輸入的需求信號即負荷信號在智能控制中心的控制下傳輸到能量控制器；
(2)信息交換單元根據獲得的天氣信號預測可再生能源單元的發電能力，其信號一併傳輸到能量控制器；
(3)能量控制器根據負荷信號及可再生能源發電單元的發電能力的大小預測信號，綜合計算電、氣、熱最優潮流，以此生成日前調度計劃即各單元優化目標及調度周期；
(4)能量控制器計算所得的各單元優化目標及調度周期信號在智能控制中心的控制下傳輸到可再生能源發電管理單元、儲能管理單元、天然氣管理單元和熱能管理單元，以此控制各發電單元的狀態；
(5)信息交換單元根據小時級預測數據和採集的各單元數據，更新各單元狀態分布；
(6)能量控制器根據日前調度計劃中給定的聯絡線功率和短期的預測結果，在邊界條件的限制下，生成對於天然氣發電單元產生熱能的調節信號和對於熱負荷的控制信號；
(7)上述天然氣發電單元產生熱能的調節信號和對於熱負荷的控制信號再返回到能量控制器更新計算數據；
(8)能量控制器計算能量調度數據，智能控制中心將能量控制器計算所得的調度數據傳輸到各單元並控制各單元的狀態。
本發明的工作原理：
本案所涉及的一種包括電、氣、熱三種形式的能源路由器，採用兩層結構的設計，上層結構通過信息採集系統採集到各傳感器的參數後交由能量控制中心進行能源的調度。採用的日間調度算法，可以精確地管理三種不同形式的能源。下層採用兩種信息傳輸通道，保證信息可以快速完整的在不同路由器之間傳遞，使得能源路由器可以聯網運行，從而形成統一的 能源網絡。
本發明的優越性：①融合電能、天然氣、熱能三種不同形式的能源，實現能源的合理流動，能源利用率高；②優先使用可再生能源產生的電能，減少化石能源的使用；③利用乙太網、4g兩種形式的網絡進行信息的交換，實現信息的實時交流和系統的遠程控制；④利用新型日間控制算法，實現能量的精確控制；⑤採用開放接口設計，允許用戶根據自身需要對功能進行個性化定製。
(四)附圖說明：
圖1為本發明所涉一種包括電、氣、熱三種能源形式的能源路由器的整體結構圖。
圖2為本發明所涉一種包括電、氣、熱三種能源形式的能源路由器中的能源控制器分層調度策略的控制實現原理圖。
(五)具體實施方式：
實施例：一種包括電、氣、熱三種形式的能源路由器(見圖1)，其特徵在於它包括能量監控與管理系統、信息交換與管理系統和用戶界面與接口系統；其中，所述能量監控與管理系統、信息交換與管理系統和用戶界面與接口系統之間兩兩之間呈雙向連接。
所述能量監控與管理系統、信息交換與管理系統和用戶界面與接口系統之間兩兩之間通過通用異步收發傳輸器(uart)實現雙向信息傳遞(見圖1)；所述信息交換與管理系統由信息交換單元、智能控制中心和遠程控制及安全保護單元組成；所述用戶界面與接口系統，其界面顯示的信息包括登陸界面、能量管理信息、安全管理信息、優化界面、接口信息五個部分。
所述智能控制中心採用intel82547ei晶片進行信號的處理；所述智能控制中心收集的能量控制器、可再生能源發電管理單元、儲能管理單元、天然氣管理單元和熱能管理單元的控制及通信信號，通過光纖和4g網絡匯總到信息交換單元；所述信息交換單元作為用戶界面與接口系統的信息源並通過光纖和4g網絡與能源網際網路中的其他能源路由器進行信息交換。
所述能量監控與管理系統是由能量控制器、可再生能源發電管理單元、儲能管理單元、天然氣管理單元和熱能管理單元構成；所述可再生能源發電管理單元、儲能管理單元、天然氣管理單元和熱能管理單元分別採集對 應的能源形式的信息，將信息傳輸到能量控制器進行信息的匯總和計算；所述可再生能源發電管理單元、儲能管理單元、天然氣管理單元和熱能管理單元與能量控制器的信息傳輸通過光纖或4g無線傳輸方式實現。
所述能量控制器的輸入端採集的信號包括可再生能源發電單元的風力及太陽能發出的電量信號、儲能管理單元的電量信號、天然氣管理單元的天然氣流量、壓力及價格信號、熱能單元的熱水的流量、溫度及壓力信號；所述能量控制器採用aqua單片四通道mac控制晶片；由ypt—600能量監測網關進行安全防護。
所述信息交換與管理系統所收集的全部信息，通過電阻式可觸控螢幕同用戶進行交流，並且預留ethernet,adhoc,ccn,sdn的信息網絡接口,以便於未來能源路由器的聯網運行和新設備接入。
所述可再生能源發電管理單元、儲能管理單元、天然氣管理單元和熱能管理單元四個單元的輸出信號分別進入能量控制器和智能控制中心，其中能量控制器進行能源潮流的計算和控制，智能控制中心進行整個系統的通信和控制，這兩個控制系統都與遠程控制及安全保護系統進行雙向信號溝通。
一種包括電、氣、熱三種形式的能源路由器的控制方法，其特徵在於它包括以下步驟(見圖2)：
(1)信息交換單元獲得的實際系統需求信號及用戶通過用戶界面管理與接口系統輸入的需求信號即負荷信號在智能控制中心的控制下傳輸到能量控制器；
(2)信息交換單元根據獲得的天氣信號預測可再生能源單元的發電能力，其信號一併傳輸到能量控制器；
(3)能量控制器根據負荷信號及可再生能源發電單元的發電能力的大小預測信號，綜合計算電、氣、熱最優潮流，以此生成日前調度計劃即各單元優化目標及調度周期；
(4)能量控制器計算所得的各單元優化目標及調度周期信號在智能控制中心的控制下傳輸到可再生能源發電管理單元、儲能管理單元、天然氣管理單元和熱能管理單元，以此控制各發電單元的狀態；
(5)信息交換單元根據小時級預測數據和採集的各單元數據，更新各單元狀態分布；
(6)能量控制器根據日前調度計劃中給定的聯絡線功率和短期的預測結果，在邊界條件的限制下，生成對於天然氣發電單元產生熱能的調節信號和對於熱負荷的控制信號；
(7)上述天然氣發電單元產生熱能的調節信號和對於熱負荷的控制信號再返回到能量控制器更新計算數據；
(8)能量控制器計算能量調度數據，智能控制中心將能量控制器計算所得的調度數據傳輸到各單元並控制各單元的狀態。