本发明属于能源技术与互联网技术的融合技术领域，特别是涉及一种提高能源利用效率的能源互联网构建方法。
背景技术：
近年来，随着全球经济总量和规模日益加大，全球面临的能源资源瓶颈和生态失衡日趋严重。促进清洁能源消纳、提高能源利用效率，对实现能源的可持续发展具有重要的意义。
能源互联网以“互联网+”为理念提供开放共享、多元化的能源综合服务业务，以坚强智能电网为基础框架，为清洁能源在区域大规模开发、配置、利用提供基础平台，其内涵就是“互联网+智能电网+清洁能源”。依托能源互联网技术，结合多能源互补特性，可有效促进清洁能源的消纳，提高能源的使用效率。
对于能源互联网体系架构，目前仍缺少成熟的构建方案，本发明仿照物理信息系统提出一种物理网、信息网和应用平台三层体系构架。
技术实现要素：
为了解决上述问题，本发明的目的在于提供一种提高能源利用效率的能源互联网构建方法。
为了达到上述目的，本发明提供的提高能源利用效率的能源互联网构建方法包括按顺序进行的下列步骤：
步骤1)构建能源互联网架构物理网：
所述物理网包括能源生产设备、能源传输设备和能源消费设备；
步骤2)构建能源互联网架构信息网：
所述信息网包括信息采集模块和信息存储模块；
步骤3)构建能源互联网架构应用平台：
所述应用平台包括协调优化平台、互动服务平台。
在步骤1)中，所述的构建能源互联网架构物理网的方法包括下列步骤：
步骤1.1)构建能源生产设备网络，根据区域风力资源现状和可用面积，配置风电机组；根据区域太阳能资源现状和可用面积，配置光伏机组；根据区域冷/热负荷需求，配置冷热电三联供机机组和地源热泵机组；
步骤1.2)构建能源传输设备网络，以配电网为基础，综合考虑区域道路交通规划、管线利用空间、管线需求、施工场地条件因素，建设电网、气网、燃气管网；
步骤1.3)构建能源消费设备网络，结合能源生产设备特性，配置溴化锂机组供冷/热设备；配置电动汽车充换电设施网络，满足电动汽车充换电需求；改造照明、给水、电梯系统，促进节能降损。
在步骤2)中，所述的构建能源互联网架构信息网的方法包括下列步骤：
步骤2.1)信息采集模块通过webservice规范化接口，从数据采集终端接入系统设备各类信息；所述信息包括能源生产设备和能源生产设备实时运行状态信息、业务数据、环境数据、现场视频；
步骤2.2)信息存储模块接受并整合信息采集模块的信息，存储整合后的信息，以供应用平台调用。
在步骤3)中，所述的构建能源互联网架构应用平台的方法包括下列步骤：
步骤3.1)构建协调优化服务平台，利用大数据方法对用户各环节能源效能问题进行分析，为用户提供切实可行的能效管理方案，进行节能减排与能源精细化管理，挖掘节能潜力，降低能耗，提升能源利用效率，提高经济效益；
步骤3.2)构建互动服务平台，通过需求侧互动响应，利用需求侧资源调节用能行为、促进清洁能源的消纳，实现能源的优化利用，提高能源使用效率。
在步骤3.1)中，所述的构建协调优化服务平台的方法包括下列步骤：
步骤3.1.1)集成能效数据，能效数据包括客户所属行业的对标数据、客户现场采集的各种用能数据、供能企业提供的内部营销数据、重点能耗设备档案管理数据；
步骤3.1.2)评估客户节能潜力，通过系统的指标体系对客户进行能耗统计、同期对比、横向对比，得出用户能效水平等级；再通过客户节能潜力评估模型进行模型，分析评估用户的节能潜力，进而帮助客户定制能效目标；
步骤3.1.3)提出节能方案，基于用户节能潜力评估模型的推理结果，产生候选节能方案，通过节能收益、成本、环境影响、风险等多方面指标建立用户节能方案优化模型，为低能效水平的客户评估候选节能方案提供最优节能评估和建议，并判定节能方案对客户的收益；
步骤3.1.4)建立能效监控平台，能效监控平台能为用户展现实时和历史数据，监视用户现场用能系统运行状况，实时统计单位各个部分能耗及费率；及时发现故障，实时状态报警、超限报警；实时评估用户能效目标的完成情况，进而实现供能企业与客户之间智能化双向互动。
在步骤3.2)中，所述的构建互动服务平台的方法包括下列步骤：
步骤3.2.1)基于系统运行周期内运行成本最小的目标，由系统运行周期内运行成本最小的目标函数，确定提高能源利用效率的系统运行方式；其中，系统的运行成本包括风电、光伏等可再生能源发电设备的运行成本、系统需求侧管理成本、与上级电网电能交换的成本和cchp机组运行成本；
步骤3.2.2)在满足用户用能需求、保证系统安全可靠运行的基础上，确定系统运行约束条件，包括可再生能源机组出力约束、cchp机组出力约束、负荷供需平衡约束和与上级电网电能交换约束；
步骤3.2.3)构建互动服务界面，其中，界面包括冷负荷、热负荷、电负荷调控模块，用户可在相应模块选择负荷可转移的时间段和功率；
(1)冷负荷调控模块包括空调冷负荷调控；
(2)热负荷调控模块包括采暖热负荷调控、生活热水热负荷调控；
(3)电负荷调控模块包括动力负荷调控、照明负荷调控。
在步骤3.2.1)中，所述的系统的需求侧管理成本为：
系统的需求侧管理成本为因发生负荷的转移而向用户补偿的费用，用ctl表示，其表达式为：
式中，ρk表示第k类可转移负荷的单位补偿费用，dk(t,t')表示从t时段转向t'时段的第k类负荷的量，n表示可转移负荷的种类，t表示系统运行周期；
所述的与上级电网的电能交换成本为：
系统与上级电网的电能交换成本，包括向上级电网购电的费用和向上级电网售电的费用，用ctrade表示，其表达式为：
式中，cbuy(i)、csell(i)分别表示第i时段向上级电网购电和售电的价格，pbuy(i)、psell(i)分别表示第i时段向上级电网购电和售电的功率；
所述的cchp机组的运行成本为：
cchp机组的运行成本包括机组内燃机消耗的天然气费用和机组余热锅炉补燃消耗的天然气费用，用cgas表示，其表达式为：
式中，cgas(i)表示第i时段的天然气价格，f(i)表示i时段cchp机组内燃机消耗的天然气量，f'(i)表示i时段cchp机组余热锅炉需补充的天然气量；
所述的运行周期内运行成本最小的目标函数为：
运行周期内运行成本最小的目标函数为：
minc＝ctrade+cgas+ctl
式中，c表示运行周期内系统的运行总成本，ctrade表示与上级电网的电能交换成本，cgas表示cchp机组的运行成本，cgas表示需求侧管理成本。
在步骤3.2.2)中，所述的可再生能源机组出力约束如下：
可再生能源机组出力不能越过机组出力的上下限，该约束为：
pjmin≤pj(i)≤pjmax
式中，pjmax、pjmin表示第j个可再生能源机组出力上、下限，pj(i)表示第j个可再生能源机组第i时段的出力约束。
所述的cchp机组出力约束如下：
cchp机组的出力不能越过机组出力的上下限，该约束为：
plmin≤pl(i)≤plmax
式中，plmin、plmax表示第j个cchp机组出力上、下限，pl(i)表示第j个cchp机组的出力约束。
所述的与上级电网电能交换约束如下：
与上级电网的电能交换不能越过上级电网的功率上下限，该约束为：
pgrid,min≤pbuy(i)，psell(i)≤pgrid,max
式中，pbuy(i)、psell(i)分别表示系统向上级电网购电和售电的功率，pgrid,min、pgrid,max分别为电网功率的上下限。
所述的负荷供需平衡约束如下：
负荷供需平衡约束包括电供需平衡、热供需平衡和冷供需平衡，其中电供需平衡约束为：
式中，eload(i)表示园区总的电负荷，peh(i)表示电制热的功率，pec(i)表示电制冷的功率，
式中，
式中，
本发明提供的提高能源利用效率的能源互联网构建方法，在物理网层面配置了风电机组、光伏电站、冷热电三联供机组和地源热泵机组等能源生产设备及溴化锂机组等供冷/热设备，对照明、给水、电梯等系统进行了节能改造，实现了能源的梯级利用和节能降损。在信息网层面，依托智能物联网技术对能源的生产、传输和消费状态进行全方位的监测和监控，实现了减少人力、降低成本、提高能效的目标。在应用平台层面，利用多能源供应系统之间的互补特性，在满足用户用能需求的基础上，协调优化冷、热、电、气等能源的供应，促进清洁能源的消纳，提高能源利用效率。
附图说明
图1为为提高能源利用效率的能源互联网架构原理示意图。
具体实施方式
本发明的目的在于构建一种能源互联网架构，通过利用多种能源供应系统之间的互补特性，协调优化冷、热、电、气的供应，达到提高能源利用效率的目的。
下面结合附图和具体实施例对本发明提供的提高能源利用效率的能源互联网构建方法进行详细说明。
如图1所示，本发明提供的提高能源利用效率的能源互联网构建方法包括按顺序进行的下列步骤：
步骤1)构建能源互联网架构物理网：
所述物理网包括能源生产设备、能源传输设备和能源消费设备；通过电网、燃气管网在内的能源传输设备，将风电机组、光伏电站、冷热电三联供和地源热泵等能源生产设备和能源消费设备互联；通过对不同功能系统之间的协调优化，实现能源的梯级利用，提高能源的使用效率；
步骤2)构建能源互联网架构信息网：
所述信息网包括信息采集模块和信息存储模块；信息采集模块设置用于与现场信息采集终端连接的接口；信息存储模块设置用于将信息导入其他平台的扩展接口；
步骤3)构建能源互联网架构应用平台：
所述应用平台包括协调优化平台、互动服务平台；通过调用分析信息网信息存储模块数据，结合不同能源供应系统之间的互补特性，对冷、热、电等能源的供应进行优化协调，提高能源的使用效率。
在步骤1)中，所述的构建能源互联网架构物理网的方法包括下列步骤：
步骤1.1)构建能源生产设备网络，根据区域风力资源现状和可以用面积，配置风电机组；根据区域太阳能资源现状和可以用面积，配置光伏机组；根据区域冷/热负荷需求，配置冷热电三联供机机组和地源热泵机组；
步骤1.2)构建能源传输设备网络，以配电网为基础，综合考虑区域道路交通规划、管线利用空间、管线需求、施工场地条件等因素，建设电网、气网、燃气管网；
步骤1.3)构建能源消费设备网络，结合能源生产设备特性，配置溴化锂机组等供冷/热设备，充分利用余热资源；配置电动汽车充换电设施网络，满足电动汽车充换电需求；改造照明、给水、电梯等系统，促进节能降损。
在步骤2)中，所述的构建能源互联网架构信息网的方法包括下列步骤：
步骤2.1)信息采集模块通过webservice等规范化接口，从数据采集终端接入系统设备各类信息；所述信息包括能源生产设备和能源生产设备实时运行状态信息、业务数据、环境数据、现场视频等；
步骤2.2)信息存储模块接受并整合信息采集模块的信息，存储整合后的信息，以供应用平台调用。
在步骤3)中，所述的构建能源互联网架构应用平台的方法包括下列步骤：
步骤3.1)构建协调优化服务平台，利用大数据方法对用户各环节能源效能问题进行分析，为用户提供切实可行的能效管理方案，进行节能减排与能源精细化管理，挖掘节能潜力，降低能耗，提升能源利用效率，提高经济效益；
步骤3.2)构建互动服务平台，通过需求侧互动响应，利用需求侧资源调节用能行为、促进清洁能源的消纳，实现能源的优化利用，提高能源使用效率。
在步骤3.1)中，所述的构建协调优化服务平台的方法包括下列步骤：
步骤3.1.1)集成能效数据，能效数据包括客户所属行业的对标数据、客户现场采集的各种用能数据、供能企业提供的内部营销数据、重点能耗设备档案管理数据；
步骤3.1.2)评估客户节能潜力，通过系统的指标体系对客户进行能耗统计、同期对比、横向对比，得出用户能效水平等级；再通过客户节能潜力评估模型进行模型，分析评估用户的节能潜力，进而帮助客户定制能效目标；
步骤3.1.3)提出节能方案，基于用户节能潜力评估模型的推理结果，产生候选节能方案，通过节能收益、成本、环境影响、风险等多方面指标建立用户节能方案优化模型，为低能效水平的客户评估候选节能方案提供最优节能评估和建议，并判定节能方案对客户的收益；
步骤3.1.4)建立能效监控平台，能效监控平台能为用户展现实时和历史数据，监视用户现场用能系统运行状况，实时统计单位各个部分能耗及费率；及时发现故障，实时状态报警、超限报警；实时评估用户能效目标的完成情况，进而实现供能企业与客户之间智能化双向互动。
在步骤3.2)中，所述的构建互动服务平台的方法包括下列步骤：
步骤3.2.1)基于系统运行周期内运行成本最小的目标，由系统运行周期内运行成本最小的目标函数，确定提高能源利用效率的系统运行方式；其中，系统的运行成本可以包括风电、光伏等可再生能源发电设备的运行成本、系统需求侧管理成本、与上级电网电能交换的成本和cchp机组运行成本；由于风电、光伏等可再生分布式电源运行成本低，所以在运行成本计算中忽略不计，因此也可以保证风电、光伏等可再生能源的高效利用；引入需求侧管理成本，通过调节需求侧资源，可以达到“削峰填谷”的目的，保证系统的高效运行；
步骤3.2.2)在满足用户用能需求、保证系统安全可靠运行的基础上，确定系统运行约束条件，包括可再生能源机组出力约束、cchp机组出力约束、负荷供需平衡约束和与上级电网电能交换约束；
步骤3.2.3)构建互动服务界面，其中，界面包括冷负荷、热负荷、电负荷调控模块，用户可在相应模块选择负荷可转移的时间段和功率；
(1)冷负荷调控模块包括空调冷负荷调控；
(2)热负荷调控模块包括采暖热负荷调控、生活热水热负荷调控；
(3)电负荷调控模块包括动力负荷调控、照明负荷调控。
在步骤3.2.1)中，所述的系统的需求侧管理成本为：
系统的需求侧管理成本为因发生负荷的转移而向用户补偿的费用，用ctl表示，其表达式为：
式中，ρk表示第k类可转移负荷的单位补偿费用，dk(t,t')表示从t时段转向t'时段的第k类负荷的量，n表示可转移负荷的种类，t表示系统运行周期。
在步骤3.2.1)中，所述的与上级电网的电能交换成本为：
系统与上级电网的电能交换成本，包括向上级电网购电的费用和向上级电网售电的费用，用ctrade表示，其表达式为：
式中，cbuy(i)、csell(i)分别表示第i时段向上级电网购电和售电的价格，pbuy(i)、psell(i)分别表示第i时段向上级电网购电和售电的功率。
在步骤3.2.1)中，所述的cchp机组的运行成本为：
(3)cchp机组的运行成本包括机组内燃机消耗的天然气费用和机组余热锅炉补燃消耗的天然气费用，用cgas表示，其表达式为：
式中，cgas(i)表示第i时段的天然气价格，f(i)表示i时段cchp机组内燃机消耗的天然气量，f'(i)表示i时段cchp机组余热锅炉需补充的天然气量。
在步骤3.2.1)中，所述的运行周期内运行成本最小的目标函数为：
运行周期内运行成本最小的目标函数为：
minc＝ctrade+cgas+ctl
式中，c表示运行周期内系统的运行总成本，ctrade表示与上级电网的电能交换成本，cgas表示cchp机组的运行成本，cgas表示需求侧管理成本。
在步骤3.2.2)中，所述的可再生能源机组出力约束如下：
可再生能源机组出力不能越过机组出力的上下限，该约束为：
pjmin≤pj(i)≤pjmax
式中，pjmax、pjmin表示第j个可再生能源机组出力上、下限，pj(i)表示第j个可再生能源机组第i时段的出力约束。
在步骤3.2.2)中，所述的cchp机组出力约束如下：
cchp机组的出力不能越过机组出力的上下限，该约束为：
plmin≤pl(i)≤plmax
式中，plmin、plmax表示第j个cchp机组出力上、下限，pl(i)表示第j个cchp机组的出力约束。
在步骤3.2.2)中，所述的与上级电网电能交换约束如下：
与上级电网的电能交换不能越过上级电网的功率上下限，该约束为：
pgrid,min≤pbuy(i)，psell(i)≤pgrid,max
式中，pbuy(i)、psell(i)分别表示系统向上级电网购电和售电的功率，pgrid,min、pgrid,max分别为电网功率的上下限。
在步骤3.2.2)中，所述的负荷供需平衡约束如下：
负荷供需平衡约束包括电供需平衡、热供需平衡和冷供需平衡，其中电供需平衡约束为：
式中，eload(i)表示园区总的电负荷，peh(i)表示电制热的功率，pec(i)表示电制冷的功率，
式中，
式中，