能源管理系统及其控制方法与流程

1.本发明涉及能源管理技术领域，具体涉及一种能源管理系统和一种能源管理系统的控制方法。


背景技术：

2.随着电动化的普及，许多包含着各种用电设备的智能用电网络随之建立起来，而每个用电网络都有其最大的负荷功率，如果不对用电网络中各种用电设备进行能源的管理，将会面临整个用电网络运行超负荷的问题。
3.目前用电网络中所使用的能源管理方式多为主从模式，即一台主机进行能源管理策略的控制，然后将命令下发到各个从机具体实施，从而进行用电网络的能源管理，但是这种方法存在的问题是：1)如果主机损坏，那么整个能源管理系统将会彻底瘫痪，导致用电网络能源不受控；2)如果主机与从机之间通讯出现中断，那么从机将不会再接收到主机指令进行能源管理操作。


技术实现要素：

4.本发明为解决上述技术问题，提供了一种能源管理系统及其控制方法，采用无主机的管理模式，通过正常联网的能源管理模块即能够完成合理的功率分配，避免了因主机损坏而导致用电网络管理失效的问题，使得用电网络的能源实时得到可靠的控制，有效保障用电网络的正常运行。
5.本发明采用的技术方案如下：
6.一种能源管理系统，包括与多个用电设备一一对应设置的多个能源管理模块，每个所述能源管理模块包括：参数配置单元，所述参数配置单元用于获取参数配置信息；信息交互单元，所述信息交互单元用于与其他能源管理模块进行信息交互；状态判断单元，所述状态判断单元用于根据所述信息交互单元与其他能源管理模块间的交互结果判断其他能源管理模块的状态；用电设备通信单元，所述用电设备通信单元用于与对应用电设备进行通信，以获取对应用电设备的需求功率和将实际分配功率发送给对应用电设备；能源分配单元，所述能源分配单元用于根据所述参数配置信息、所述交互结果、所述其他能源管理模块的状态和所述需求功率确定所述实际分配功率。
7.所述参数配置信息包括对应用电设备的id、用电网络支持最大总功率、用电网络参与能源管理的用电设备数量、最大允许满功率输出的用电设备数量、对应用电设备是否定额输出、对应用电设备定额输出的功率、对应用电设备是否参与用电网络能源管理和对应用电设备是否进行满功率输出。
8.能源管理模块间所交互的信息包括各自对应用电设备的id、各自对应用电设备定额输出的功率、各自对应用电设备的需求功率、各自对应用电设备是否参与用电网络能源管理和状态信息，其中，所述状态信息包括对应用电设备满功率输出状态、对应用电设备定额输出状态、正常在线状态和离线状态。
9.所述能源分配单元具体用于：在所述参数配置信息中对应用电设备是定额输出时，将所述参数配置信息中对应用电设备定额输出的功率作为所述实际分配功率；在所述参数配置信息中对应用电设备是进行满功率输出时，将所述对应用电设备的需求功率作为所述实际分配功率；在所述参数配置信息中对应用电设备不是定额输出且不是进行满功率输出时，计算用电网络剩余可支配功率，并获取用电网络所有正常在线状态的用电设备的总需求功率；判断所述用电网络剩余可支配功率与所述用电网络所有正常在线状态的用电设备的总需求功率之间的大小关系；在所述用电网络所有正常在线状态的用电设备的总需求功率小于等于所述用电网络剩余可支配功率时，将所述对应用电设备的需求功率作为所述实际分配功率；在所述用电网络所有正常在线状态的用电设备的总需求功率大于所述用电网络剩余可支配功率时，将所述用电网络剩余可支配功率与所述用电网络所有正常在线状态的用电设备的总需求功率之比作为功率分配比，并将所述对应用电设备的需求功率与所述功率分配比之积作为所述实际分配功率。
10.所述能源分配单元具体用于将用电网络支持最大总功率减去用电网络所有离线状态的用电设备的总功率，再减去用电网络所有满功率输出状态的用电设备的总功率，再减去用电网络所有定额输出状态的用电设备的总功率，以得到所述用电网络剩余可支配功率。
11.所述能源分配单元还用于在所述参数配置信息中对应用电设备是进行满功率输出，且有其他能源管理模块处于离线状态时，关闭对应用电设备的满功率输出状态。
12.一种能源管理系统的控制方法，包括以下步骤：获取每个所述能源管理模块的参数配置信息并分别进行配置；控制每个所述能源管理模块与其他能源管理模块进行信息交互；获取每个所述能源管理模块根据与其他能源管理模块间的交互结果所判断出的其他能源管理模块的状态；获取每个所述能源管理模块对应用电设备的需求功率；根据每个所述能源管理模块的所述参数配置信息、每个所述能源管理模块与其他能源管理模块间的交互结果、每个所述能源管理模块所判断出的其他能源管理模块的状态和每个所述能源管理模块对应用电设备的需求功率确定每个所述能源管理模块的实际分配功率；将每个所述能源管理模块的实际分配功率发送给对应用电设备，以根据对应的所述实际分配功率控制每个所述用电设备运行。
13.确定每个所述能源管理模块的实际分配功率，具体包括：在任一能源管理模块的所述参数配置信息中对应用电设备是定额输出时，将所述参数配置信息中对应用电设备定额输出的功率作为该能源管理模块的实际分配功率；在任一能源管理模块的所述参数配置信息中对应用电设备是进行满功率输出时，将所述对应用电设备的需求功率作为该能源管理模块的实际分配功率；在任一能源管理模块的所述参数配置信息中对应用电设备不是定额输出且不是进行满功率输出时，计算用电网络剩余可支配功率，并获取用电网络所有正常在线状态的用电设备的总需求功率；判断所述用电网络剩余可支配功率与所述用电网络所有正常在线状态的用电设备的总需求功率之间的大小关系；在所述用电网络所有正常在线状态的用电设备的总需求功率小于等于所述用电网络剩余可支配功率时，将该能源管理模块对应用电设备的需求功率作为该能源管理模块的实际分配功率；在所述用电网络所有正常在线状态的用电设备的总需求功率大于所述用电网络剩余可支配功率时，将所述用电网络剩余可支配功率与所述用电网络所有正常在线状态的用电设备的总需求功率之比作
为功率分配比，并将该能源管理模块对应用电设备的需求功率与所述功率分配比之积作为该能源管理模块的实际分配功率。
14.其中，将用电网络支持最大总功率减去用电网络所有离线状态的用电设备的总功率，再减去用电网络所有满功率输出状态的用电设备的总功率，再减去用电网络所有定额输出状态的用电设备的总功率，以得到所述用电网络剩余可支配功率。
15.如果任一能源管理模块的所述参数配置信息中对应用电设备是进行满功率输出，且有其他能源管理模块处于离线状态，则关闭该能源管理模块对应用电设备的满功率输出状态。
16.本发明的有益效果：
17.通过参数配置单元获取参数配置信息，通过信息交互单元与其他能源管理模块进行信息交互，通过状态判断单元根据信息交互单元与其他能源管理模块间的交互结果判断其他能源管理模块的状态，通过用电设备通信单元获取对应用电设备的需求功率和将实际分配功率发送给对应用电设备，通过能源分配单元根据参数配置信息、交互结果、其他能源管理模块的状态和需求功率确定实际分配功率，由此，采用无主机的管理模式，通过正常联网的能源管理模块即能够完成合理的功率分配，避免了因主机损坏而导致用电网络管理失效的问题，使得用电网络的能源实时得到可靠的控制，有效保障用电网络的正常运行。
附图说明
18.图1为本发明实施例的能源管理系统的方框示意图；
19.图2为本发明实施例的能源管理模块的方框示意图；
20.图3为本发明实施例的能源管理系统的控制方法的流程图；
21.图4为本发明一个具体实施例的能源管理系统的控制方法的流程图；
22.图5为本发明一个具体实施例的确定实际分配功率的流程图。
具体实施方式
23.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，都属于本发明保护的范围。
24.如图1所示，本发明实施例的能源管理系统包括与多个用电设备一一对应设置的多个能源管理模块。其中，用电设备可以为充电桩、储能设备、家电设备等，多个用电设备构成用电网络。
25.如图2所示，每个能源管理模块包括参数配置单元10、信息交互单元20、状态判断单元30、用电设备通信单元40和能源分配单元50。其中，参数配置单元用于获取参数配置信息；信息交互单元20用于与其他能源管理模块进行信息交互；状态判断单元30用于根据信息交互单元20与其他能源管理模块间的交互结果判断其他能源管理模块的状态；用电设备通信单元40用于与对应用电设备进行通信，以获取对应用电设备的需求功率和将实际分配功率发送给对应用电设备；能源分配单元50用于根据参数配置信息、交互结果、其他能源管理模块的状态和需求功率确定实际分配功率。
26.在本发明的一个实施例中，参数配置单元10可通过有线或者无线的方式与外界进行通信，获取参数配置信息，即用电网络基本信息，并输入能源管理模块。在本发明的一个实施例中，参数配置信息可包括对应用电设备的id、用电网络支持最大总功率、用电网络参与能源管理的用电设备数量、最大允许满功率输出的用电设备数量、对应用电设备是否定额输出、对应用电设备定额输出的功率、对应用电设备是否参与用电网络能源管理和对应用电设备是否进行满功率输出等。其中，对应用电设备是否进行满功率输出的配置是否能够成功受限于用电网络中当前满功率输出设备数量以及设置的最大允许满功率设备数量，如果用电网络中当前满功率输出设备数量小于设置的最大允许满功率设备数量，则可配置成功，将本能源管理模块对应用电设备状态修改为满功率输出状态，否则不进行改变。
27.在本发明的一个实施例中，信息交互单元20可通过有线或无线的方式与其他能源管理模块中的信息交互单元进行通信连接以进行信息交互，例如可通过can总线与其他能源管理模块中的信息交互单元进行连接，每间隔预设时间，例如1s，将自身信息发送至其他能源管理模块，并接收其他能源管理模块的信息。在本发明的一个实施例中，能源管理模块间所交互的信息包括各自对应用电设备的id、各自对应用电设备定额输出的功率、各自对应用电设备的需求功率、各自对应用电设备是否参与用电网络能源管理和状态信息。其中，状态信息包括对应用电设备满功率输出状态、对应用电设备定额输出状态、正常在线状态和离线状态。其中，正常在线状态和离线状态是指当前能源管理模块是否与其他能源管理模块进行通信连接，应当理解的是，能源管理模块的正常在线状态和离线状态也即其对应的用电设备的正常在线状态和离线状态。每个能源管理模块在接收到其他能源管理模块发送的信息后，可根据对应的id将信息存储于对应的结构体数组中。
28.在本发明的一个实施例中，如果当前能源管理模块与其他任一能源管理模块间交互失败，例如在10s内未接收到该其他能源管理模块发送的信息，则状态判断单元30可判断该其他能源管理模块处于离线状态。如果交互正常，则能源管理模块间可相互发送上述各自对应用电设备的id、状态信息等信息。
29.在本发明的一个实施例中，用电设备通信单元40可通过有线或无线的方式与对应用电设备进行通信。
30.在本发明的一个实施例中，能源分配单元50具体用于：在参数配置信息中对应用电设备是定额输出时，将参数配置信息中对应用电设备定额输出的功率作为实际分配功率；在参数配置信息中对应用电设备是进行满功率输出时，将对应用电设备的需求功率作为实际分配功率；在参数配置信息中对应用电设备不是定额输出且不是进行满功率输出时，计算用电网络剩余可支配功率，并获取用电网络所有正常在线状态的用电设备的总需求功率；判断用电网络剩余可支配功率与用电网络所有正常在线状态的用电设备的总需求功率之间的大小关系；在用电网络所有正常在线状态的用电设备的总需求功率小于等于用电网络剩余可支配功率时，将对应用电设备的需求功率作为实际分配功率；在用电网络所有正常在线状态的用电设备的总需求功率大于用电网络剩余可支配功率时，将用电网络剩余可支配功率p与用电网络所有正常在线状态的用电设备的总需求功率m之比p/m作为功率分配比，并将对应用电设备的需求功率与功率分配比p/m之积作为实际分配功率。其中，能源分配单元50可将用电网络支持最大总功率减去用电网络所有离线状态的用电设备的总功率x，再减去用电网络所有满功率输出状态的用电设备的总功率y，再减去用电网络所有
定额输出状态的用电设备的总功率z，以得到用电网络剩余可支配功率p。
31.其中，用电网络所有离线状态的用电设备的总功率x可根据以下公式计算得到：
32.x＝(p
总
/n
总
)*n
离
，
33.其中，x为用电网络所有离线状态的用电设备的总功率，p
总
为设置的用电网络支持最大总功率，n
总
为用电网络参与能源管理的用电设备数量，n
离
为用电网络所有离线状态的用电设备数量。
34.可遍历结构体数组，将用电网络所有满功率输出状态的用电设备的功率相加得到用电网络所有满功率输出状态的用电设备的总功率，将用电网络所有定额输出状态的用电设备的功率相加得到用电网络所有定额输出状态的用电设备的总功率，将用电网络所有正常在线状态的用电设备的需求功率相加得到用电网络所有正常在线状态的用电设备的总需求功率。
35.进一步地，能源分配单元50还可在参数配置信息中对应用电设备是进行满功率输出，且有其他能源管理模块处于离线状态时，关闭对应用电设备的满功率输出状态，以防止用电网络超负荷。
36.根据本发明实施例的能源管理系统，通过参数配置单元获取参数配置信息，通过信息交互单元与其他能源管理模块进行信息交互，通过状态判断单元根据信息交互单元与其他能源管理模块间的交互结果判断其他能源管理模块的状态，通过用电设备通信单元获取对应用电设备的需求功率和将实际分配功率发送给对应用电设备，通过能源分配单元根据参数配置信息、交互结果、其他能源管理模块的状态和需求功率确定实际分配功率，由此，采用无主机的管理模式，通过正常联网的能源管理模块即能够完成合理的功率分配，避免了因主机损坏而导致用电网络管理失效的问题，使得用电网络的能源实时得到可靠的控制，有效保障用电网络的正常运行。
37.基于上述实施例的能源管理系统，本发明还提出一种能源管理系统的控制方法。
38.如图3所示，本发明实施例的能源管理系统的控制方法包括以下步骤：
39.s1，获取每个能源管理模块的参数配置信息并分别进行配置。
40.在本发明的一个实施例中，参数配置信息可包括对应用电设备的id、用电网络支持最大总功率、用电网络参与能源管理的用电设备数量、最大允许满功率输出的用电设备数量、对应用电设备是否定额输出、对应用电设备定额输出的功率、对应用电设备是否参与用电网络能源管理和对应用电设备是否进行满功率输出等。其中，对应用电设备是否进行满功率输出的配置是否能够成功受限于用电网络中当前满功率输出设备数量以及设置的最大允许满功率设备数量，如果用电网络中当前满功率输出设备数量小于设置的最大允许满功率设备数量，则可配置成功，将本能源管理模块对应用电设备状态修改为满功率输出状态，否则不进行改变。
41.s2，控制每个能源管理模块与其他能源管理模块进行信息交互。
42.s3，获取每个能源管理模块根据与其他能源管理模块间的交互结果所判断出的其他能源管理模块的状态。
43.在本发明的一个实施例中，能源管理模块间所交互的信息包括各自对应用电设备的id、各自对应用电设备定额输出的功率、各自对应用电设备的需求功率、各自对应用电设备是否参与用电网络能源管理和状态信息。其中，状态信息包括对应用电设备满功率输出
状态、对应用电设备定额输出状态、正常在线状态和离线状态。其中，正常在线状态和离线状态是指当前能源管理模块是否与其他能源管理模块进行通信连接，应当理解的是，能源管理模块的正常在线状态和离线状态也即其对应的用电设备的正常在线状态和离线状态。每个能源管理模块在接收到其他能源管理模块发送的信息后，可根据对应的id将信息存储于对应的结构体数组中。
44.s4，获取每个能源管理模块对应用电设备的需求功率。
45.s5，根据每个能源管理模块的参数配置信息、每个能源管理模块与其他能源管理模块间的交互结果、每个能源管理模块所判断出的其他能源管理模块的状态和每个能源管理模块对应用电设备的需求功率确定每个能源管理模块的实际分配功率。
46.具体地，可在任一能源管理模块的参数配置信息中对应用电设备是定额输出时，将参数配置信息中对应用电设备定额输出的功率作为该能源管理模块的实际分配功率。可在任一能源管理模块的参数配置信息中对应用电设备是进行满功率输出时，将对应用电设备的需求功率作为该能源管理模块的实际分配功率。可在任一能源管理模块的参数配置信息中对应用电设备不是定额输出且不是进行满功率输出时，计算用电网络剩余可支配功率，并获取用电网络所有正常在线状态的用电设备的总需求功率，然后判断用电网络剩余可支配功率与用电网络所有正常在线状态的用电设备的总需求功率之间的大小关系，在用电网络所有正常在线状态的用电设备的总需求功率小于等于用电网络剩余可支配功率时，将该能源管理模块对应用电设备的需求功率作为该能源管理模块的实际分配功率，在用电网络所有正常在线状态的用电设备的总需求功率大于用电网络剩余可支配功率时，将用电网络剩余可支配功率p与用电网络所有正常在线状态的用电设备的总需求功率m之比p/m作为功率分配比，并将该能源管理模块对应用电设备的需求功率与功率分配比p/m之积作为该能源管理模块的实际分配功率。其中，可将用电网络支持最大总功率减去用电网络所有离线状态的用电设备的总功率x，再减去用电网络所有满功率输出状态的用电设备的总功率y，再减去用电网络所有定额输出状态的用电设备的总功率z，以得到用电网络剩余可支配功率p。
47.其中，用电网络所有离线状态的用电设备的总功率x可根据以下公式计算得到：
48.x＝(p总/n总)*n离，
49.其中，x为用电网络所有离线状态的用电设备的总功率，p总为设置的用电网络支持最大总功率，n总为用电网络参与能源管理的用电设备数量，n离为用电网络所有离线状态的用电设备数量。
50.可遍历结构体数组，将用电网络所有满功率输出状态的用电设备的功率相加得到用电网络所有满功率输出状态的用电设备的总功率，将用电网络所有定额输出状态的用电设备的功率相加得到用电网络所有定额输出状态的用电设备的总功率，将用电网络所有正常在线状态的用电设备的需求功率相加得到用电网络所有正常在线状态的用电设备的总需求功率。
51.s6，将每个能源管理模块的实际分配功率发送给对应用电设备，以根据对应的实际分配功率控制每个用电设备运行。
52.进一步地，如果任一能源管理模块的参数配置信息中对应用电设备是进行满功率输出，且有其他能源管理模块处于离线状态，则关闭该能源管理模块对应用电设备的满功
率输出状态。
53.根据本发明实施例的能源管理系统的控制方法，通过获取每个能源管理模块的参数配置信息并分别进行配置，控制每个能源管理模块与其他能源管理模块进行信息交互，获取每个能源管理模块根据与其他能源管理模块间的交互结果所判断出的其他能源管理模块的状态，获取每个能源管理模块对应用电设备的需求功率，以及根据每个能源管理模块的参数配置信息、每个能源管理模块与其他能源管理模块间的交互结果、每个能源管理模块所判断出的其他能源管理模块的状态和每个能源管理模块对应用电设备的需求功率确定每个能源管理模块的实际分配功率，由此，采用无主机的管理模式，通过正常联网的能源管理模块即能够完成合理的功率分配，避免了因主机损坏而导致用电网络管理失效的问题，使得用电网络的能源实时得到可靠的控制，有效保障用电网络的正常运行。
54.在本发明的一个具体实施例中，如图4所示，对于每个能源管理模块而言，控制方法包括以下步骤：
55.s401，能源管理模块启动。
56.s402，判断参数配置单元是否接收到参数配置信息。如果是，则执行步骤s403；如果否，则执行步骤s404。
57.s403，进行参数配置。
58.s404，判断本机是否开启能源管理。即判断本能源管理模块与对应用电设备是否参与能源管理。如果是，则执行步骤s405，如果否，则返回步骤s402。
59.s405，将本机信息发送至其他能源管理模块。
60.s406，判断本机是否为定额输出。如果是，则执行步骤s407；如果否，则执行步骤s408。
61.s407，依据定额输出。
62.s408，判断是否接收到其他能源管理模块的信息。能源管理模块可不间断地查询是否接收到了其他能源管理模块的信息。如果是，则执行步骤s409；如果否，则执行步骤s411。
63.s409，存储其他能源管理模块的信息。
64.s410，获取对应用电设备的需求功率，同时向对应用电设备发送上一次所确定的实际分配功率。其中，向对应用电设备所发送的信息还可为功率分配比，由用电设备根据功率分配比自行计算实际功率。
65.s411，判断是否通信超时。例如是否超时10s。如果是，则执行步骤s412；如果否，则执行步骤s410。
66.s412，将相应能源管理模块的状态标记为离线。
67.s413，进行能源管理计算，得出本能源管理模块的功率分配比。然后返回步骤s402。
68.在本发明的一个具体实施例中，如图5所示，对于每个能源管理模块而言，确定实际分配功率的流程包括以下步骤：
69.s501，判断是否出现离线事件。离线事件包括本能源管理模块处于离线状态或其他能源管理模块处于离线状态。如果是，则执行步骤s502；如果否，则执行步骤s503。
70.s502，将本能源管理模块设置为正常在线状态。
71.s503，判断本能源管理模块对应用电设备是否进行满功率输出。如果是，则执行步骤s504；如果否，则执行步骤s505。
72.s504，将功率分配比设置为1。
73.s505，计算用电网络剩余可支配功率。
74.s506，获取用电网络所有正常在线状态的用电设备的总需求功率。
75.s507，计算功率分配比。具体计算方式可参照上述实施例，在此不再赘述。
76.在本发明的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。
77.在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必针对相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。
78.尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。