本发明涉及一种基于数据驱动模型面向需求的能耗指标动态分配方法及系统。
背景技术：
：建筑物占全球能源消耗的40％，占总二氧化碳排放量的30％，监测建筑能耗并合理制定建筑能源计划，实现建筑能源调度，可有效减少建筑能源消耗和建筑物相关温室气体排放，是建筑节能领域未来的发展方向之一。近年来，智能电网需求侧管理越来越重要，智能电网强调信息和电能的双向流通与互动，鼓励用户参与电网运行，并根据实时电价调整用电模式。建筑作为电力终端用户之一，确定建筑的能耗指标，并将用能信息反馈给智能电网，对智能电网的健康运维具有重要作用。针对建筑的能源调度问题，当前国内外在面向需求的建筑能耗指标分配方法上研究较少，大部分研究集中于能耗监测与静态预测，主要依据建筑物运维的能耗历史数据，研究建筑单体或者区域的能耗静态预测，对能耗的动态需求考虑不足，如何实现面向需求的建筑能耗指标的动态分配近年来新兴起的研究热点之一。技术实现要素：本发明为了解决上述问题，提出了一种基于数据驱动模型面向需求的能耗指标动态分配方法及系统，本发明通过构建建筑能耗限制条件下各区域(如房间等独立空间)每天能耗指标的静态分配模型，进而考虑能耗分配的实时性问题，建立能耗分配动态模型，实现各区域的能耗动态分配，能够更科学的进行能耗分配，节约能源资源。为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：一种基于数据驱动模型面向需求的能耗指标动态分配方法，包括以下步骤：(1)考虑建筑总能耗限额约束和各区域基本能耗需求约束，构建各区域的单位时间能耗指标静态分配模型；(2)将单位时间进行时间点的划分，考虑各区域各时间点的请求分配最低能耗值和能耗限额，在划分时间点进行能耗的实时动态分配，形成初步动态分配模型；(3)对初步动态分配模型进行优化求解，利用建筑模型与区域模型数据，进行能耗指标的最优化计算，得到各区域的能耗分配方案。进一步的，各区域的单位时间能耗指标静态分配模型为每个区域分配的能耗与其面积的比值的和。进一步的，建筑总能耗限额约束为建筑总能耗应小于等于建筑在单位时间内剔除必需能耗以外的限额值。进一步的，各区域基本能耗需求约束为各区域所分配的能耗需满足正常工作及基本舒适要求情况下的能耗需求，各区域所分配的能耗需满足正常工作及基本舒适要求情况下的能耗需求利用建筑大数据挖掘得到。进一步的，能耗指标静态分配模型的约束还包括《建筑能耗标准》对不同类型建筑单位能耗提出的单位面积能耗指标约束值。进一步的，能耗指标静态分配模型的约束还包括历史能耗记录，将历史能耗记录中挖掘出的能耗最大值作为能耗分配的最大参考值。进一步的，当某个区域由于额外的任务所分配的能耗指标使用完毕，需要进一步用能时，将会发出需求请求，此类事件发生时不论是否在分配的时间点，都将进行能耗指标的实时调度，将该区域该时间点以前的能耗值以及在该时间点请求分配的最低能耗值考虑进动态分配模型的约束。进一步的，采用单纯形法线性规划对构建的模型进行求解。一种基于数据驱动模型面向需求的能耗指标动态分配系统，包括数据库、能耗分配算法模块和能耗实时调度模块，其中：所述数据库，被配置为存储建筑属性信息、区域属性信息和各区域的基本能耗信息；所述能耗分配算法模块，被配置为考虑建筑总能耗限额约束和各区域基本能耗需求约束，构建各区域的单位时间能耗指标静态分配模型，将单位时间进行时间点的划分，考虑各区域各时间点的请求分配最低能耗值和能耗限额，在划分时间点进行能耗的实时动态分配，形成初步动态分配模型；所述能耗实时调度模块，被配置为利用建筑模型与区域模型的数据，进行能耗分配指标的最优化计算，输出各个房间的能耗分配数值，并以及进行能耗的实时调度。进一步的，所述能耗分配算法模块包括数据获取模块、建筑与区域模型模块和最优化算法模块，其中：所述数据获取模块，被配置为通过建筑id获取该建筑的属性信息、通过建筑id获取该建筑的所有节点id及其基本信息、通过节点id信息所对应获取各个区域的能耗限制信息；建筑与区域模型模块，被配置为构建建筑模型和位于该建筑内部的各个区域模型，建筑模型与各个区域模型提供各个参数获取的接口；最优化算法模块，被配置为存储有能耗分配算法中的约束与最优化的具体实现函数，利用建筑模型与房间模型的数据，进行能耗分配指标的最优化计算，输出各个房间的能耗分配数值。所述节点是指物联网节点，具有数据转发、区域设备管理等功能。与现有技术相比，本发明的有益效果为：1、本发明构建动态需求模型时，结合能耗静态预测，利用了过往历史数据，能够更准确的进行能耗预测与分配；2、本发明结合物联网技术，准确把握各个区域的动态能耗需求，为智能电网提供更为精确的用户侧需求的基础上，可参与智能电网的能源调度；有助于智能电网的健康运维与调度。3、本发明在构建动态需求模型时，考虑整体能耗限额、消防必须限额等地区或建筑本身限制条件，具有更强的实用性。附图说明构成本申请的一部分的说明书附图用来提供对本申请的进一步理解，本申请的示意性实施例及其说明用于解释本申请，并不构成对本申请的不当限定。图1为动态分配方法流程图。具体实施方式：下面结合附图与实施例对本发明作进一步说明。应该指出，以下详细说明都是例示性的，旨在对本申请提供进一步的说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本申请所属
技术领域：
的普通技术人员通常理解的相同含义。需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本申请的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。在本发明中，术语如“上”、“下”、“左”、“右”、“前”、“后”、“竖直”、“水平”、“侧”、“底”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，只是为了便于叙述本发明各部件或元件结构关系而确定的关系词，并非特指本发明中任一部件或元件，不能理解为对本发明的限制。本发明中，术语如“固接”、“相连”、“连接”等应做广义理解，表示可以是固定连接，也可以是一体地连接或可拆卸连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连。对于本领域的相关科研或技术人员，可以根据具体情况确定上述术语在本发明中的具体含义，不能理解为对本发明的限制。如图1所示，本发明为实现上述目的，拟采用如下技术方案。建筑物内包括多个节点，每个区域至少具有一个节点，节点是指物联网节点，具有数据转发、区域设备管理等功能，为现有技术，在此不再赘述。静态能耗分配模型的实现技术方案如下：通过建筑能耗限制条件下各房间每天能耗指标的静态分配模型的原理构建建筑静态能耗分配软件模块。该模块由三部分构成，存储建筑与房间详细信息的数据库、静态能耗分配算法模块、能耗实时调度模块。数据库部分由两个表构成，包括建筑属性表、房间属性表。明确建筑属性信息，并存储入数据库中，建筑属性信息表如下所示：明确建筑内的房间/区域的属性信息，并录入到数据库中，通过房间属性表来管理，如下所示：能耗指标静态分配模型软件模块由数据获取模块、建筑与房间模型模块、最优化算法模块三部分构成。数据获取模块包括：通过建筑id获取该建筑的属性信息、通过建筑id获取该建筑的所有节点id及其基本信息、通过节点id信息所对应获取各个房间/区域的能耗限制信息。建筑模型模块包括建筑物模型与房间模型，进行计算时，计算粒度为单座建筑的各个房间的能耗分配计划，一所建筑中建筑物本身只有一个建筑模型的实例需要运作，而房间管理则需要多个房间模型的实例。建筑模型与房间模型提供各个参数获取的接口。能耗分配最优化算法模块，算法模块中封装了能耗分配算法中的约束与最优化的具体实现函数，能耗分配最优化算法如下所示：其中：ei为节点i所在房间分配的能耗；si为节点i所在房间的面积；l为建筑某天剔除消防指示等必需能耗以外的限额；及为各房间所分配的能耗需满足正常工作及基本舒适要求情况下的能耗需求；emax为标准所要求的单位面积能耗指标约束值；为房间能耗最大值。在计算过程中，利用建筑模型与房间模型实例的数据，进行能耗指标静态分配指标的最优化计算，输出各个房间的能耗分配数值。能耗调度模块与能源系统通信，依据已分配的能耗指标值，实现各个房间的能耗指标分配。具体实现步骤如下：步骤一：输入建筑id，通过数据获取模块获取建筑id所对应的建筑整体能耗限额、消防必须限额、单位面积限额并实例化建筑模型；步骤二：查询建筑id中所有的节点id及其对应的房间面值、各个能耗约束值，实例化房间模型，并以房间id为key值运维各房间实例；步骤三：实例化最优化算法模块，利用建筑模型实例与房间模型实例中的数据，进行能耗最优计算，并输出各个房间的能耗指标分配值。步骤四：能耗实时调度模块与能源系统通信，依据已分配的能耗指标值，实现各个房间的能耗指标分配。动态能耗指标分配方法考虑实时性，是在静态指标分配方法的基础上改进的，具体实现过程如下：通过建筑能耗限制条件下各房间每天能耗指标的动态分配模型的原理构建建筑静态能耗分配软件模块。将每天24小时进行划分，在划分时间点进行能耗的实时动态分配。除此之外，当某些房间由于额外的任务所分配的能耗指标使用完毕，需要进一步用能时，将会发出需求请求，此类事件发生时不论是否在分配的时间点，系统都将进行能耗指标的实时调度。该模块由四个部分构成，存储建筑与房间详细信息的数据库、能耗实时数据计算模块、动态能耗分配算法模块、能耗实时调度模块。数据库部分由四个表构成，包括建筑属性信息表、建筑实时能耗统计数据表、房间基本属性表、房间实时能耗统计数据表。明确建筑基本属性信息，并存储入数据库中，建筑属性信息表如下所示：建筑的能耗实时能耗信息表如下所示：建筑id时间建筑已消耗能耗值明确建筑内的房间/区域的属性信息，并录入到数据库中，通过两个房间基本属性表与能耗属性表来管理，如下所示：不同房间的实时能耗表，如下所示：能耗实时计算模块计算在规定的时间点时建筑物的实时能耗、各房间已消耗的能耗值、该时刻下房间请求的最低能耗值、房间当前时刻正常工作需求的实时能耗值、当前满足基本属实需求的实时能耗值、历史能耗的最大值。在进行动态能耗分配前，进行能耗实时计算，能耗实时计算中封装有大数据分析、数据挖掘等各类数据计算与分析算法，已实现各项实时能耗的计算。能耗动态静态分配模型软件模块由数据获取模块、建筑与房间模型模块、最优化算法模块三部分构成。数据获取模块包括：通过建筑id获取该建筑的属性信息、通过建筑id获取建筑能耗的实时信息、通过建筑id获取该建筑的所有节点id及其基本信息、通过节点id获取各个房间/区域的实时能耗信息。建筑模型模块包括建筑物模型与房间模型，进行计算时，计算粒度为单座建筑的各个房间的能耗分配计划，一所建筑中建筑物本身只有一个建筑模型的实例需要运作，而房间管理则需要多个房间模型的实例。建筑模型与房间模型提供各个参数获取的接口。动态能耗分配最优化算法模块，算法模块中封装了能耗分配算法中的约束与最优化的具体实现函数，能耗分配最优化算法如下所示：假定分配任务发生在时刻t，各房间此时刻至本日结束的能耗指标为其中为该建筑时刻t以前的能耗值，及为时刻t以后满足正常工作及基本舒适要求情况下的能耗需求，拟根据建筑大数据挖掘得到，为房间i时刻t以前的能耗值，为房间i在时刻t请求分配的最低能耗值。在计算过程中，利用建筑模型与房间模型实例的数据，进行能耗指标动态分配指标的最优化计算，输出各个房间的能耗实时分配数值。能耗实时调度模块与能源系统通信，依据已分配的动态能耗指标值，实现各个房间的能耗指标分配，同时接受各个房间的动态能耗请求，向能源系统请求能耗分配。具体实现步骤如下：步骤一：计算在规定的时间点时建筑物的实时能耗、各房间已消耗的能耗值、该时刻下房间请求的最低能耗值、房间当前时刻正常工作需求的实时能耗值、当前满足基本属实需求的实时能耗值、历史能耗的最大值，并存储入数据库的建筑实时能耗表与房间实时能耗表中。步骤一：输入建筑id，通过数据获取模块获取建筑id所对应的建筑整体能耗限额、消防必须限额、单位面积限额、已消耗能耗实时数据并实例化建筑模型；步骤二：查询建筑id中所有的节点id及其对应的房间面值、各房间已消耗的能耗值、该时刻下房间请求的最低能耗值、房间当前时刻正常工作需求的实时能耗值、当前满足基本属实需求的实时能耗值、历史能耗的最大值，实例化房间模型，并以房间id为key值运维各房间实例；步骤三：实例化最优化算法模块，利用建筑模型实例与房间模型实例中的数据，进行动态能耗最优计算，并输出各个房间的实时能耗指标分配值。步骤四：能耗实时调度模块依据已分配的动态能耗指标值，分配各个房间的能耗指标，同时接受各个房间的动态能耗请求，分配请求能耗。以上所述仅为本申请的优选实施例而已，并不用于限制本申请，对于本领域的技术人员来说，本申请可以有各种更改和变化。凡在本申请的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的保护范围之内。上述虽然结合附图对本发明的具体实施方式进行了描述，但并非对本发明保护范围的限制，所属领域技术人员应该明白，在本发明的技术方案的基础上，本领域技术人员不需要付出创造性劳动即可做出的各种修改或变形仍在本发明的保护范围以内。当前第1页12