一种户用智能能源管理方法、装置、系统及控制器与流程

本发明涉及新能源技术领域，特别涉及一种户用智能能源管理方法、装置、系统及控制器。

背景技术：

随着新能源的普及，如图1所示，越来越多的人家在自家的屋顶安装了能源生产单元(发电设备)，比如光伏发电设备(pvpower)或者风力发电设备(windpower)，其能源生产具有很大的随机性，可控性差，与现有电网的协调工作难的问题，这个问题也随着新能源的普及而越来越尖锐；同时，随着人们生活水平的日益提高，家中的用电设备(户用用电设备，householdappliances)也越来越多，特别是新能源汽车(newenergyvehicle)充电，这对能源供给的稳定性和质量要求也越来越高。那么当前越来越多，随机性大的能源生产单元、能源消耗单元以及能源供给单元之间的矛盾的对能源系统(smartenergysystem)的管理带来的越来越高的要求。

现有技术中，如图2所示，随着某一区域，新能源生产单元的装机量增多，电网消纳能力不足，导致必须强行关停部分或全部新能源生产单元，这就导致了能源生产单元的极大浪费；如图3和图4所示，大多数家庭，电能消耗主要集中在晚上，而对于大部分新能源生产单元来说，它的不确定性，往往无法满足电能消耗的实时需求；并且随着新能源汽车充电需求的大，无序充电，会极大增加电网负荷。

因此，如何能够提供为用户提供更为合理的能源管理，尽量的利用当前的新能源，减小对电网负荷的影响，提高用户体验，是现今急需解决的问题。

技术实现要素：

本发明的目的是提供一种户用智能能源管理方法、装置、系统及控制器，以利用收集到的供电信息和用电信息，通过数学建模，将控制目标最大化，最优化，为用户提供更为合理的能源管理，提高用户体验。

为解决上述技术问题，本发明提供一种户用智能能源管理方法，包括：

以当前时刻为基准，获取之后预设时间段内的供电信息、用电信息和预设控制目标；其中，所述供电信息包括电网供电信息、发电设备供电信息和储能设备电量信息；所述用电信息包括户用用电设备用电信息和电网卖电信息；

根据所述供电信息和所述用电信息，生成所述预设控制目标对应的数学模型；其中，所述数学模型的边界条件为所述户用用电设备用电信息对应的电力供应功率基线；

利用所述数学模型，计算得到所述预设控制目标对应的控制策略；

根据所述控制策略，控制发电设备、储能设备、户用用电设备和功率变换设备，为所述户用用电设备、所述储能设备和/或电网供电。

可选的，所述预设控制目标为最少电力费用。

可选的，所述利用所述数学模型，计算得到所述预设控制目标对应的控制策略，包括：

利用所述数学模型，计算得到之后所述预设时间段内花费电力费用最少的所述控制策略。

可选的，所述发电设备包括光伏发电设备和风力发电设备时，所述获取之后预设时间段内的供电信息、用电信息和预设控制目标，包括：

根据之后所述预设时间段内的天气信息，生成所述发电设备供电信息；其中，所述天气信息包括光照强度信息和风力信息。

可选的，所述根据所述供电信息和所述用电信息，生成所述预设控制目标对应的数学模型，包括：

根据所述用电信息中的所述户用用电设备用电信息，生成之后所述预设时间段内的所述户用用电设备的负荷曲线，并将所述负荷曲线作为所述电力供应功率基线；其中，所述户用用电设备用电信息包括每个所述户用用电设备的供电需求信息和用户使用时间信息。

可选的，所述户用用电设备包括具有双向充放电功能的新能源汽车时，所述供电信息还包括新能源汽车电量信息，所述户用用电设备用电信息包括新能源汽车用电信息。

本发明还提供了一种户用智能能源管理装置，包括：

获取模块，用于以当前时刻为基准，获取之后预设时间段内的供电信息、用电信息和预设控制目标；其中，所述供电信息包括电网供电信息、发电设备供电信息和储能设备电量信息；所述用电信息包括户用用电设备用电信息和电网卖电信息；

生成模块，用于根据所述供电信息和所述用电信息，生成所述预设控制目标对应的数学模型；其中，所述数学模型的边界条件为所述户用用电设备用电信息对应的电力供应功率基线；

计算模块，用于利用所述数学模型，计算得到所述预设控制目标对应的控制策略；

控制模块，用于根据所述策略控制，控制发电设备、储能设备、户用用电设备和功率变换设备，为户用用电设备、所述储能设备和/或电网供电。

本发明还提供了一种控制器，包括：

存储器，用于存储计算机程序；

处理器，用于执行所述计算机程序时实现如上述任一项所述的户用智能能源管理方法的步骤。

此外，本发明还提供了一种户用智能能源管理系统，包括：发电设备、储能设备、户用用电设备、功率变换设备和如上一项所述的控制器。

可选的，所述户用用电设备包括具有双向充放电功能的新能源汽车。

本发明所提供的一种户用智能能源管理方法，包括：以当前时刻为基准，获取之后预设时间段内的供电信息、用电信息和预设控制目标；其中，供电信息包括电网供电信息、发电设备供电信息和储能设备电量信息；用电信息包括户用用电设备用电信息和电网卖电信息；根据供电信息和用电信息，生成预设控制目标对应的数学模型；其中，数学模型的边界条件为户用用电设备用电信息对应的电力供应功率基线；利用数学模型，计算得到预设控制目标对应的控制策略；根据控制策略，控制发电设备、储能设备、户用用电设备和功率变换设备，为户用用电设备、储能设备和/或电网供电；

可见，本发明中利用收集到的当前时刻之后预设时间段内的供电信息和用电信息，通过数学建模，可以自动获取预设控制目标对应的控制策略，从而可以通过控制策略的执行为用户提供更为合理的能源管理，提高了用户体验，并且可以尽量避免新能源生产的浪费，合理安排并网和储能，错峰用电和充电，配合电网削峰填谷，减小对电网负荷的影响。此外，本发明还提供了一种户用智能能源管理装置、系统及控制器，同样具有上述有益效果。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图获得其他的附图。

图1为现有技术中的能源管理系统的结构示意图；

图2为现有技术中的家庭日用电负荷曲线的示意图；

图3为现有技术中的家庭光伏发电设备功率曲线的示意图；

图4为本发明实施例所提供的一种户用智能能源管理方法的流程图；

图5为本发明实施例所提供的一种能源管理系统的结构示意图；

图6为本发明实施例所提供的一种户用智能能源管理装置的结构框图。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，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。

请参考图4，图4为本发明实施例所提供的一种户用智能能源管理方法的流程图。该方法可以包括：

步骤101：以当前时刻为基准，获取之后预设时间段内的供电信息、用电信息和预设控制目标；其中，供电信息包括电网供电信息、发电设备供电信息和储能设备电量信息；用电信息包括户用用电设备用电信息和电网卖电信息。

需要说明的是，本步骤中的供电信息可以为当前时刻之后的预设时间段内能够通过功率变换设备为用户家中使用的户用用电设备供电的设备的供电情况信息，对于本步骤中的供电信息的具体类型，可以由设计人员根据实用场景和用户需求自行设置，如功率变换设备分别可以将电网、发电设备(新能源发电设备)和储能设备(如锂电池)的输出转换并对户用用电设备供电时，供电信息可以包括电网供电信息、发电设备供电信息和储能设备电量信息；功率变换设备还可以将户用用电设备中具有双向充放电功能的新能源汽车的输出转换并对其他户用用电设备(如洗衣机和扫地机器人等户用电器)供电时，供电信息还可以包括新能源汽车电量信息。本实施例对此不做任何限制。

具体的，对于本步骤中的供电信息的具体内容，可以由设计人员根据实用场景和用户需求自行设置，如上述电网供电信息可以包括电网在之后预设时间段内的供电情况信息(如供电计划和电网负荷曲线等)和供电价格信息；上述发电设备供电信息可以为发电设备在之后预设时间段内的发电情况信息；上述储能设备电量信息可以为储能设备当前的电量信息，即储能设备能够供电的电量信息；上述新能源汽车电量信息可以为新能源汽车当前的电量信息(剩余电量信息)，即新能源汽车能够供电的电量信息。只要控制器可以利用供电信息确定能够为户用用电设备供电的设备的具体供电情况，本实施例对此不做任何限制。

对应的，对于本步骤中控制器获取供电信息的具体方式，可以由设计人员自行设置，如控制器可以直接通过网络和本地通讯等通讯接口接收供电信息，也可以利用采集的原始数据信息生成供电信息，如发电设备包括光伏发电设备和风力发电设备时，控制器可以通过采集的之后预设时间段内的光照强度信息和风力信息等天气信息，利用预设算法或预设匹配规则，得到之后预设时间段内在该天气情况下光伏发电设备和风力发电设备的供电信息(发电设备供电信息)，即本步骤可以包括：根据之后预设时间段内的天气信息，生成发电设备供电信息的步骤；其中，天气信息包括光照强度信息和风力信息。控制器还可以根据电网之前的电网负荷曲线，对应生成电网在之后预设时间段内电网负荷曲线(供电情况信息)，如之后预设时间段为周四0点到24点时，控制器可以直接将上周周四0点到24点实际的电网负荷曲线作为之后预设时间段内的电网负荷曲线。只要控制器可以获取供电信息，本实施例对此不做任何限制。

其中，本步骤中的用电信息可以为当前时刻之后的预设时间段内能够通过功率变换设备为得到供电的设备的用电情况信息，对于本步骤中的用电信息的具体类型，可以由设计人员根据实用场景和用户需求自行设置，如功率变换设备可以将供电输出到户用用电设备和电网时，用电信息可以包括户用用电设备用电信息和电网卖电信息；功率变换设备也可以将供电输出到储能设备，用电信息可以包括储能设备用电信息，如储能设备没有特别的电量需求时，用电信息也可以不包括储能设备用电信息，直接使用供电信息中的储能设备电量信息确定储能设备的电量。本实施例对此不做任何限制。

具体的，对于本步骤中的用电信息的具体内容，可以由设计人员根据实用场景和用户需求自行设置，如上述户用用电设备用电信息可以包括每个户用用电设备在之后预设时间段内的供电需求信息和用户使用时间信息，即控制器可以根据供电需求信息确定户用用电设备所需使用的电量情况，并根据用户使用时间信息确定最晚完成供电的时间，例如用户可以在早上出门前在洗衣机上设定洗衣计划(如洗衣加烘干)，控制器可以根据洗衣机的洗衣计划和用户设置或自身生成的最晚完成时间(如晚上回家前)，得到洗衣机的供电需求信息和用户使用时间信息；上述电网卖电信息可以包括卖电价格信息和卖电情况信息(如卖电计划和电网负荷曲线等)。只要控制器可以利用用电信息确定接收供电的设备的具体用电情况，本实施例对此不做任何限制。

对应的，对于本步骤中控制器获取用电信息的具体方式，可以由设计人员自行设置，如控制器可以直接通过网络和本地通讯等通讯接口接收用电信息，也可以利用采集的原始数据信息生成用电信息，如控制器可以根据接收的洗衣机的洗衣计划，利用预设算法或预设匹配规则，得到之后预设时间段内洗衣机的供电需求信息和用户使用时间信息。只要控制器可以获取用电信息，本实施例对此不做任何限制。

需要说明的是，本步骤中的预设控制目标可以为控制器在之后预设时间段内对控制对象(如发电设备、储能设备、户用用电设备和功率变换设备等)进行控制所要达到的控制目标。对于本步骤中的预设控制目标的具体获取方式和内容，可以由设计人员或用户自行设置，如控制器可以直接使用预先设置的一个控制目标，如保证用户经济最大化的最少电力费用(预设控制目标)；也可以根据用户的选择确定预设控制目标，如图5所示，用户可以在控制界面(interface)中从多个预设控制目标(如用户电费最少的最少电力费用、最快满足用户电力需求的最快电力供应和最多使用新能源的最节能环保)中选择一个预设控制目标。只要控制器可以获取预设控制目标，本实施例对此不做任何限制。

可以理解的是，本步骤的目的可以为控制器通过获取之后预设时间段内的供电信息、用电信息和预设控制目标，可以确定当前时刻以后的预设时间段内需要进行控制的控制对象和电网的用电与供电情况和控制目标。对于控制器的具体设备类型可以由设计人员自行设置，如控制器可以为本地的处理器(如控制芯片)和存储器组成的设备，也可以为云端的服务器。本实施例对此不做任何限制。

步骤102：根据供电信息和用电信息，生成预设控制目标对应的数学模型；其中，数学模型的边界条件为户用用电设备用电信息对应的电力供应功率基线。

可以理解的是，本步骤的目的可以为控制器利用上一步骤中获取的供电信息和用电信息，建立预设控制目标对应的数学模型，并且将户用用电设备用电信息对应的电力供应功率基线作为该数学模型的边界条件，以使控制器可以通过该数学模型的计算，在满足之后预设时间段内所有的户用用电设备的用电需求的基础上，得到符合预设控制目标的控制策略。

对应的，对于本步骤中的户用用电设备用电信息对应的电力供应功率基线的具体内容，可以由设计人员自行设置，如电力供应功率基线可以为控制器根据户用用电设备用电信息生成的之后预设时间段内的户用用电设备的负荷曲线，也就是说，通过将之后预设时间段内的户用用电设备的负荷曲线作为数学模型的边界条件，使利用数学模型计算得到的控制策略执行过程中，之后预设时间段内任何一个时刻的电力供应(电网+发电设备+储能设备)的功率均在此负荷曲线对应点之上。即本步骤中还可以包括控制器根据用电信息中的户用用电设备用电信息，生成之后预设时间段内的负荷曲线，并将负荷曲线作为电力供应功率基线的步骤；其中，户用用电设备用电信息包括每个户用用电设备的供电需求信息和用户使用时间信息。本实施例对此不做任何限制。

具体的，对于本步骤中预设控制目标对应的数学模型的具体内容和生成方式，可以由设计人员自行设置，如预设控制目标为最少电力费用时，控制器可以根据供电信息和用电信息，建立电力费用最少方程式(数学模型)：cost-power＝f(x1,x2,x3,…,xn)，其中x1,x2,x3,…,xn分别为供电信息和用电信息中的各项信息。只要控制器可以根据供电信息和用电信息，生成预设控制目标对应的数学模型，本实施例对此不做任何限制。

步骤103：利用数学模型，计算得到预设控制目标对应的控制策略。

可以理解的是，本步骤的目的可以为利用数学模型进行数据计算，得到预设控制目标对应的控制策略，如更为符合预设控制目标的控制策略或最符合预设控制目标的控制策略。

具体的，对于本步骤中利用数学模型，计算得到预设控制目标对应的控制策略的具体方式，可以由设计人员自行设置，如控制器可以利用数学模型进行多组数据的计算，通过最终结果的对比，得到更为符合预设控制目标的控制策略；也可以利用数学模型，通过数据的极值计算得到最预设控制目标的控制策略，如预设控制目标为电力费用最少时，本步骤中控制器可以利用数学模型(如上述电力费用最少方程式)，计算得到之后预设时间段内花费电力费用最少的控制策略，以在满足之后预设时间段内所有的户用用电设备的用电需求的基础上，使用户花费最少的电费。本实施例对此不做任何限制。

步骤104：根据控制策略，控制发电设备、储能设备、户用用电设备和功率变换设备，为户用用电设备、储能设备和/或电网供电。

可以理解的是，本步骤的目的可以为控制器在之后预设时间内，执行控制策略控制发电设备、储能设备、户用用电设备和功率变换设备，为户用用电设备、储能设备和/或电网供电，以实现对应的预设控制目标，从而为用户提供更为合理的能源管理，提高了用户体验，并且可以尽量避免新能源生产的浪费，合理安排并网和储能，错峰用电和充电，配合电网削峰填谷，减小对电网负荷的影响。

具体的，发电设备包括光伏发电设备和风力发电设备，户用用电设备包括具有双向充放电功能的新能源汽车和其他的户用电器时，如图5所示，控制器(controller)可以执行控制策略，控制光伏发电设备(pvpower)、风力发电设备(windpower)、储能设备(battery)、户用电器(householdappliances)、新能源汽车(newenergyvehicle)、具备ac/dc(交流转直流)、dc/dc(直流转直流)和dc/ac(直流转交流)功能的功率变换设备(powerconverter)，利用电网(grid)、光伏发电设备、风力发电设备、储能设备和/或新能源汽车的输出，通过功率变换设备为户用电器、新能源汽车和/或电网供电。

需要说明的是，本步骤还可以包括判断步骤101中获取的供电信息、用电信息和预设控制目标是否发生变化的步骤。若发生变化，则可以返回步骤101，重新获取当前时刻之后的预设时间段内供电信息、用电信息和预设控制目标，获取新的控制策略；也可以获取所处的之前预设时间段内当前时刻之后的供电信息、用电信息和预设控制目标，获取新的控制策略；例如用户修改了户用用电设备的用电需求、设置了新的户用用电设备的用电需求或者发电设备供电信息发生变化(如天气信息变化)后，控制器可以对应调整预设时间段内的控制策略。

本实施例中，本发明实施例利用收集到的当前时刻之后预设时间段内的供电信息和用电信息，通过数学建模，可以自动获取预设控制目标对应的控制策略，从而可以通过控制策略的执行为用户提供更为合理的能源管理，提高了用户体验，并且可以尽量避免新能源生产的浪费，合理安排并网和储能，错峰用电和充电，配合电网削峰填谷，减小对电网负荷的影响。。

请参考图6，图6为本发明实施例所提供的一种户用智能能源管理装置的结构框图。该装置可以包括：

获取模块10，用于以当前时刻为基准，获取之后预设时间段内的供电信息、用电信息和预设控制目标；其中，供电信息包括电网供电信息、发电设备供电信息和储能设备电量信息；用电信息包括户用用电设备用电信息和电网卖电信息；

生成模块20，用于根据供电信息和用电信息，生成预设控制目标对应的数学模型；其中，数学模型的边界条件为户用用电设备用电信息对应的电力供应功率基线；

计算模块30，用于利用数学模型，计算得到预设控制目标对应的控制策略；

控制模块40，用于根据策略控制，控制发电设备、储能设备、户用用电设备和功率变换设备，为户用用电设备、储能设备和/或电网供电。

本实施例中，本发明实施例利用获取模块10收集到的当前时刻之后预设时间段内的供电信息和用电信息，通过生成模块20的数学建模，使计算模块30可以自动获取预设控制目标对应的控制策略，从而可以通过控制模块40对控制策略的执行为用户提供更为合理的能源管理，提高了用户体验，并且可以尽量避免新能源生产的浪费，合理安排并网和储能，错峰用电和充电，配合电网削峰填谷，减小对电网负荷的影响。

本发明实施例还提供了一种控制器，包括：存储器，用于存储计算机程序；处理器，用于执行计算机程序时实现如上述实施例所提供的户用智能能源管理方法的步骤。

此外，本发明还提供了一种户用智能能源管理系统，包括：发电设备、储能设备、户用用电设备、功率变换设备和如上一实施例所提供的控制器。

其中，户用用电设备可以包括具有双向充放电功能的新能源汽车。

具体的，如图5所示，功率变换设备可以与发电设备(光伏发电设备和风力发电设备)单向连接，用于接收发电设备的供电输出；与储能设备、新能源汽车和电网双向连接，使电能可以双向流动；可以与其他的户用用电设备(户用电器)单向连接，用于进行供电输出。控制器可以与发电设备、储能设备、户用用电设备和功率变换设备连接，实现控制策略的执行。

说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。对于实施例公开的装置、系统及控制器而言，由于其与实施例公开的方法相对应，所以描述的比较简单，相关之处参见方法部分说明即可。

专业人员还可以进一步意识到，结合本文中所公开的实施例描述的各示例的单元及算法步骤，能够以电子硬件、计算机软件或者二者的结合来实现，为了清楚地说明硬件和软件的可互换性，在上述说明中已经按照功能一般性地描述了各示例的组成及步骤。这些功能究竟以硬件还是软件方式来执行，取决于技术方案的特定应用和设计约束条件。专业技术人员可以对每个特定的应用来使用不同方法来实现所描述的功能，但是这种实现不应认为超出本发明的范围。

结合本文中所公开的实施例描述的方法或算法的步骤可以直接用硬件、处理器执行的软件模块，或者二者的结合来实施。软件模块可以置于随机存储器(ram)、内存、只读存储器(rom)、电可编程rom、电可擦除可编程rom、寄存器、硬盘、可移动磁盘、cd-rom、或技术领域内所公知的任意其它形式的存储介质中。

以上对本发明所提供的一种户用智能能源管理方法、装置、系统及控制器进行了详细介绍。本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以对本发明进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本发明权利要求的保护范围内。