基于模式切换的碳排放管理系统的制作方法

1.本发明涉及电力系统技术领域，特别涉及基于模式切换的碳排放管理系统。


背景技术：

2.目前，电力系统中供电设备和储电设备种类繁多，对设备的调配具有操作的复杂性，尤其是在大范围展开电力调配时，电力调配存在明显的滞后和延迟，不利于对设备进行统一调配。
3.现有技术中，对电力设备的调控通常采用分发调配要求至运维人员，运维人员实地去操控电力设备按照调配要求进行调配，在切换整个供电模式时，整体设备大部分需要运维人员手动进行调配，存在不能制定和切换供电模式的问题。
4.例如，一种在中国专利文献上公开的“一种基于天气因素的分布式新能源智能配电方法”，其公告号：cn108173291a，其申请日：2017年12月29日，该发明采用人工智能模型，有效预测可再生新能源分布式电站发电量，并以此来分配并网配电的额度，但是存在不能制定和切换供电模式的问题。


技术实现要素：

5.针对现有技术不能制定和切换供电模式的不足，本发明提出了基于模式切换的碳排放管理系统，能制定和切换供电模式。
6.以下是本发明的技术方案，基于模式切换的碳排放管理系统，包括：
7.能耗监控模块，用于监控功能模块的实时能耗；
8.状态监控模块，用于监控功能模块的实时状态；
9.网络板，用于接收和转发功能模块的能耗数据和状态数据；
10.数据库，用于存储功能模块的能耗数据和状态数据；
11.数据计算模块，用于综合分析能耗数据和状态数据、匹配模式的条件和传输模式切换命令；
12.模式制定模块，用于制定模式的条件和结果；
13.模式切换模块，用于根据模式切换命令切换模式并执行模式的结果；
14.数据显示模块，用于展示数据信息。
15.本方案中，能耗监控模块监控功能模块的实时能耗，状态监控模块监控功能模块的实时状态，数据库存储功能模块的能耗数据和状态数据，模式制定模块制定模式的条件和结果，数据计算模块综合分析能耗数据和状态数据、匹配模式的条件和传输模式切换命令，模式切换模块根据模式切换命令切换模式并执行模式的结果，数据显示模块展示数据信息。能够制定和切换供电模式。
16.作为优选，功能模块包括市电模块、新能源模块、室内用电模块，室外用电模块、地源热泵模块和储能模块。
17.本方案中，市电模块用于从电网获取电量并进行供能，新能源模块包括光伏、风电
等发电设备，产生清洁能源，室内用电模块包括空调、冰箱等用电设备，室外用电模块包括充电桩、路灯等用电设备，储能模块包括电容、蓄电池、全钒液流电池、铅酸电池、锂离子电池和镍氢电池等。
18.作为优选，模式制定模块制定第一模式、第二模式、第三模式和第四模式。
19.本方案中，模式制定模块根据实际需求制定相关的模式，便于快速切换到指定模式。
20.作为优选，切换至第一模式的条件为室内用电模块用电总功率小于新能源模块输出功率和储能模块输出功率之和，切换后第一模式后，关闭市电模块的输入，使用新能源模块和储能模块对室内用电模块进行供电。
21.本方案中，第一模式当白天新能源模块产出的电量高于室内用电模块使用的电量时，富余的电能会进入储能模块，储能模块储存起来的电能用来满足阴天或者夜晚时段的用电，满足区域中室内用电模块的年用电需求。当室内用电模块用电总功率低于新能源模块输出功率和储能模块输出功率之和时，关闭市电模块的输入，使用新能源模块和储能模块进行供电。能够提高能源利用率，降低碳排放。
22.作为优选，第二模式包括第一方案、第二方案和第三方案；
23.切换至第一方案的条件为当前时间介于上午8时至夜晚22时且新能源模块输出功率小于室内用电模块用电功率，切换第一方案后，优先使用新能源模块对室内用电模块进行供电，其次使用储能模块对室内用电模块进行供电，最后使用市电模块对室内用电模块进行供电；
24.切换至第二方案的条件为当前时间介于上午8时至夜晚22时且新能源模块输出功率大于室内用电模块用电功率，切换第二方案后，新能源模块富余电量上传至市电模块；
25.切换至第三方案的条件为当前时间介于夜晚22时至次日上午8时，优先使用市电模块和新能源模块对室内用电模块进行供电，市电模块和新能源模块电力无法满足室内用电模块需求时使用储能模块对室内用电模块进行供电，新能源模块富余电量优先存储至储能模块，储能模块已满或新能源模块功率大于储能模块功率，新能源模块富余电量上传市电模块。
26.本方案中，新能源模块发出的富余电力不再进入储能模块而是直接上网，储能模块则在谷电时段(22:00-次日8:00)从大网中吸收低价的谷电用来满足新能源模块出力不足时段的用电。当前时间介于上午8时至夜晚22时，当新能源模块输出功率小于室内用电模块用电功率，室内用电模块优先使用新能源模块进行供电，其次使用储能模块进行供电，最后使用市电模块进行供电。当前时间介于上午8时至夜晚22时，当新能源模块输出功率大于室内用电模块用电功率，新能源模块富余电量则直接上传至市电模块。当前时间介于夜晚22时至次日上午8时，优先使用市电模块和新能源模块进行供电，只有市电模块和新能源模块电力无法满足时才使用储能模块进行供电，新能源模块富余部分优先存储至储能模块，储能模块已满或新能源模块功率大于储能模块功率，新能源模块产出电力才会上传市电模块。储能模块全面开放储能输入，尽量在谷电时期存储至满。能够提高能源利用率，降低碳排放。
27.作为优选，切换至第三模式的条件为市电模块的状态为故障，切换第三模式后，新能源模块对储能模块进行输入，新能源模块功率大于储能模块功率或者储能模块的状态为
已满时，新能源模块富余电量输向室内用电模块，新能源模块功率大于储能模块和室内用电模块功率之和时，新能源模块富余电量上传市电模块。
28.本方案中，储能模块保持满电浮充状态，正常情况下不参与源网荷储的协调运行。一旦市电模块发生故障停电，系统自动切换到第三模式。第三模式下，储能模块不再对外输出。开启新能源模块对储能模块进行输入。只有当新能源模块功率大于储能模块功率或者储能模块已满时，新能源模块富余功率才输向室内用电模块。另外如果新能源模块功率大于储能模块和室内用电模块功率之和，新能源模块富余功率也会上传市电模块。能够提高能源利用率，降低碳排放。
29.作为优选，切换至第四模式后，断开市电模块的连接，使用新能源模块和储能模块对室内用电模块进行供电，新能源模块富余电量存储至储能模块。
30.本方案中，新能源模块和储能模块共同提供电力输出，富余功率存储至储能模块。切断市电模块的连接，切断非必要设备的连接同时只连接重点用电设备，新能源模块和储能模块共同提供电力输出，富余功率存储至储能模块。能够提高能源利用率，降低碳排放。
31.作为优选，能耗监控模块获取燃油消耗量、燃气消耗量、新能源模块功率和总功率，数据计算模块计算二氧化碳总排放量，数据显示模块实时展示二氧化碳总排放量。
32.本方案中，新能源模块发电的能源碳排放为0，因此电耗的二氧化碳总排放量需扣除新能源模块发电对应部分。二氧化碳总排放量的表达式如下：
33.e
总
＝0.785
×
(w
总-w
新
)+0.19
×v气
+2.7
×v油
34.上式中，e
总
为二氧化碳总排放量，w
总
为总功率，w
新
为新能源模块功率，v
气
为燃气消耗量，v
油
为燃油消耗量。实时显示二氧化碳总排放量，便于根据二氧化碳总排放量作出调整和规划。
35.作为优选，状态监控模块和能耗监控模块通过网络板连接系统，网络板和系统通过串口连接并进行私有协议交互，网络板与状态监控模块和能耗监控模块通过以太网连接。
36.本方案中，系统通过私有协议接收状态监控模块和能耗监控模块传输至网络板的数据，避免状态监控模块和能耗监控模块攻击系统。
37.作为优选，通过左模块、左模块项、左运算符、判断符号、右模块、右模块项和右运算符配置模式的条件，通过供电模块、用电模块和状态配置模式的结果。
38.本方案中，根据实际需求制定相关的模式，通过模式的条件匹配对应的模式，通过模式的结果执行对应的供电方案，能制定和切换供电模式。
39.本发明的有益效果是：能制定和切换供电模式。
附图说明
40.图1本发明基于模式切换的碳排放管理系统的示意图。
41.图中1、能耗监控模块；2、状态监控模块；3、网络板；4、数据库；5、数据计算模块；6、模式制定模块；7、模式切换模块；8、数据显示模块。
具体实施方式
42.下面通过实施例，并结合附图，对本发明的技术方案作进一步具体的说明。
43.实施例：如图1所示，基于模式切换的碳排放管理系统，包括：
44.能耗监控模块1，用于监控功能模块的实时能耗；
45.状态监控模块2，用于监控功能模块的实时状态；
46.网络板3，用于接收和转发功能模块的能耗数据和状态数据；
47.数据库4，用于存储功能模块的能耗数据和状态数据；
48.数据计算模块5，用于综合分析能耗数据和状态数据、匹配模式的条件和传输模式切换命令；
49.模式制定模块6，用于制定模式的条件和结果；
50.模式切换模块7，用于根据模式切换命令切换模式并执行模式的结果；
51.数据显示模块8，用于展示数据信息。数据信息包括：状态数据、能耗数据和二氧化碳排放量数据。
52.状态监控模块2，用于实时监控市电模块、新能源模块、室内用电模块，室外用电模块、地源热泵模块、储能模块等功能模块的模块状态。
53.能耗监控模块1，用于实时监控市电模块、新能源模块、室内用电模块，室外用电模块、地源热泵模块、储能模块等功能模块的实时能耗。新能源模块，包括光伏、风电等发电设备，室内用电模块，包括空调、冰箱等用电设备，室外用电模块，包括充电桩、路灯等用电设备，储能模块，包括电容、蓄电池、全钒液流电池、铅酸电池、锂离子电池和镍氢电池等。
54.状态监控模块2和能耗监控模块1通过网络板3连接系统，网络板3和系统通过串口连接，并进行私有协议交互，网络板3与状态监控模块2和能耗监控模块1通过以太网连接。系统通过私有协议接收状态监控模块2和能耗监控模块1传输至网络板3的数据，避免状态监控模块2和能耗监控模块1攻击系统。
55.模式制定模块6制定模式的条件和结果。自定义配置条件，通过配置左模块、左模块项、左运算符、判断符号、右模块、右模块项和右运算符构成条件。左运算符或右运算符不为空时，新增一组左模块和左模块项或右模块和右模块项。例如，室内用电模块用电总功率小于新能源模块输出功率和储能模块输出功率之和的配置条件为：左模块为室内用电模块，左模块项为功率，左运算符为空，判断符号为小于，第一右模块为新能源模块，第一右模块项为功率，右运算符为加号，第二右模块为储能模块，第二右模块项为功率。自定义配置结果，通过配置供电模块、用电模块和状态构成结果。若存在多个结果，新增行按钮响应时新增一组供电模块、用电模块和状态。例如，关闭市电模块的输入，使用新能源模块和储能模块对室内用电模块进行供电的配置结果为：第一供电模块为市电模块，第一用电模块为室内用电模块，第一状态为关闭，第二供电模块为新能源模块，第二用电模块为室内用电模块，第二状态为开启，第三供电模块为储能模块，第三用电模块为室内用电模块，第三状态为开启。还可以通过判断供电模块的模块项和用电模块的模块项进行细分定制，综合上述配置方案即可实现。
56.模式制定模块6制定模式，模式包括第一模式、第二模式、第三模式和第四模式。
57.第一模式，当白天新能源模块产出的电量高于室内用电模块使用的电量时，富余的电能会进入储能模块，储能模块储存起来的电能用来满足阴天或者夜晚时段的用电，满足区域中室内用电模块的年用电需求。
58.在系统中，数据计算模块5从数据库4中获取能耗监控模块1监控的室内用电模块
用电总功率、新能源模块输出功率和储能模块输出功率，当室内用电模块用电总功率小于新能源模块输出功率和储能模块输出功率之和时，模式切换模块7切换至第一模式。切换至第一模式时，关闭市电模块的输入，使用新能源模块和储能模块进行供电。
59.当室内用电模块用电总功率w
用
低于新能源模块输出功率w
新
和储能模块输出功率w
储
之和，即w
用
＜w
新
+w
储
时，关闭市电模块的输入，使用新能源模块和储能模块进行供电。
60.总用电功率表达式如下：
61.w
用
＝w1+w2+w3+...+wn62.上式中，n为能耗设备的数量，wn为能耗设备的功率。能耗设备包含照明灯和空调等。
63.w
新
＝w
新1
+w
新2
+w
新3
+...+wm64.上式中，m为新能源自发电设备的数量，wm各个新能源自发电设备功率。新能源自发电设备包含光、风、水等发电设备。
65.w
储
＝w
储1
+w
储2
+w
储3
+...+w
l
66.上式中，l为储能设备的数量，w
l
为各个储能设备充电功率。
67.第二模式，新能源模块发出的富余电力不再进入储能模块而是直接上网，储能模块则在谷电时段(22:00-次日8:00)从大网中吸收低价的谷电用来满足新能源模块出力不足时段的用电。
68.在系统中，数据计算模块5从数据库4中获取新能源模块输出功率和室内用电模块用电功率，获取当前时间，根据当前时间、新能源模块输出功率和室内用电模块用电功率的关系制定三套执行方案。若当前时间介于上午8时至夜晚22时且新能源模块输出功率小于室内用电模块用电功率，模式切换模块7执行第一方案；若当前时间介于上午8时至夜晚22时且新能源模块输出功率大于室内用电模块用电功率，模式切换模块7执行第二方案；若当前时间介于夜晚22时至次日上午8时，模式切换模块7执行第三方案。
69.第一方案：当前时间介于上午8时至夜晚22时，当新能源模块输出功率小于室内用电模块用电功率，即w
光
＜w
用
时，室内用电模块优先使用新能源模块进行供电，其次使用储能模块进行供电，最后使用市电模块进行供电。
70.第二方案：当前时间介于上午8时至夜晚22时，当新能源模块输出功率大于室内用电模块用电功率，即w
光
＞w
用
时，新能源模块富余电量则直接上传至市电模块。
71.第三方案：当前时间介于夜晚22时至次日上午8时，优先使用市电模块和新能源模块进行供电，只有市电模块和新能源模块电力无法满足时才使用储能模块进行供电，新能源模块富余部分优先存储至储能模块，储能模块已满或新能源模块功率大于储能模块功率，新能源模块产出电力才会上传市电模块。储能模块全面开放储能输入，尽量在谷电时期存储至满。
72.第三模式，储能模块保持满电浮充状态，正常情况下不参与源网荷储的协调运行。一旦市电模块发生故障停电，系统自动切换到第三模式。第三模式下，储能模块不再对外输出。
73.在系统中，模式切换模块7从数据库4中获取状态监控模块2监控的市电模块状态，若市电模块状态为故障，模式切换模块7执行第三模式。数据计算模块5从数据库4中获取能耗监控模块1监控的新能源模块功率、储能模块功率和室内用电模块功率，获取状态监控模
块2监控的储能模块状态，若新能源模块功率大于储能模块功率或储能模块状态为已满时，新能源模块富余功率输向室内用电模块；若新能源模块功率大于储能模块和室内用电模块功率之和，新能源模块富余功率上传市电模块。
74.开启新能源模块对储能模块进行输入。只有当新能源模块功率大于储能模块功率或者储能模块已满时，新能源模块富余功率才输向室内用电模块。即w
光
＞w
储
时，新能源模块富余功率输向室内用电模块。另外如果新能源模块功率大于储能模块和室内用电模块功率之和，即w
光
＞w
储
+w
用
，新能源模块富余功率也会上传市电模块。
75.第四模式，新能源模块和储能模块共同提供电力输出，富余功率存储至储能模块。
76.在系统中，切断市电模块的连接，切断非必要设备的连接，新能源模块和储能模块共同提供电力输出，富余功率存储至储能模块，同时只连接重点用电设备。
77.总用电功耗降：w
用
＝w1+w2+w3+...+w
p
。
78.上式中，p为重点用电设备，w
p
为重点用电设备功率。
79.关闭了非必要设备，减少了非必要设备功耗，减少的功率为：
80.w
用减
＝w1+w2+w3+...+wq81.上式中，q为非必要设备，wq的功率为非必要功率。
82.数据计算模块5计算二氧化碳总排放量。在碳排放目标中，依据标准的碳强度系数来计算得出二氧化碳排放量。以电力消耗为主，碳排放方式还涉及燃气消耗、燃油消耗等。
83.在系统中，从能耗监控模块1获取燃油消耗量、燃气消耗量、新能源模块功率和总功率，根据上述算式计算得出二氧化碳总排放量，并实时展示于数据显示模块8中。
84.建立二氧化碳总排放量计算算式，表达式如下：
85.e
总
＝e
电
+e
气
+e
油
86.e
电
＝k
电
·w电
87.e
气
＝k
气
·v气
88.e
油
＝k
油
·v油
89.上式中，e
总
为二氧化碳总排放量，单位为千克，e
电
为电力二氧化碳排放量，e
气
为燃气二氧化碳排放量，e
油
为燃油二氧化碳排放量，k
电
为电耗的碳强度系数，w
电
为电耗能发电量，单位为千瓦时，k
气
为天燃气的碳强度系数，v
气
为燃气消耗量，单位为立方米，k
油
为燃油的碳强度系数，v
油
为燃油消耗量，单位为升。k
电
标准为0.785，k
气
标准为0.19，k
油
标准为2.7。
90.另外，新能源模块发电的能源碳排放为0，因此电耗的二氧化碳总排放量需扣除新能源模块发电对应部分。则综合后的表达式如下：
91.e
总
＝0.785
×
(w
总-w
新
)+0.19
×v气
+2.7
×v油
。
92.上式中，e
总
为二氧化碳总排放量，w
总
为总功率，w
新
为新能源模块功率，v
气
为燃气消耗量，v
油
为燃油消耗量。
93.系统通过实时监控所有设备模块状态，控制调配设备模块的能耗，通过网络能制定和切换供电模式，控制整体设备的运行，能够提高能源利用率，降低碳排放。

技术特征：
1.基于模式切换的碳排放管理系统，其特征在于，包括：能耗监控模块，用于监控功能模块的实时能耗；状态监控模块，用于监控功能模块的实时状态；网络板，用于接收和转发功能模块的能耗数据和状态数据；数据库，用于存储功能模块的能耗数据和状态数据；数据计算模块，用于综合分析能耗数据和状态数据、匹配模式的条件和传输模式切换命令；模式制定模块，用于制定模式的条件和结果；模式切换模块，用于根据模式切换命令切换模式并执行模式的结果；数据显示模块，用于展示数据信息。2.根据权利要求1所述的基于模式切换的碳排放管理系统，其特征在于，功能模块包括市电模块、新能源模块、室内用电模块，室外用电模块、地源热泵模块和储能模块。3.根据权利要求1所述的基于模式切换的碳排放管理系统，其特征在于，模式制定模块制定第一模式、第二模式、第三模式和第四模式。4.根据权利要求3所述的基于模式切换的碳排放管理系统，其特征在于，切换至第一模式的条件为室内用电模块用电总功率小于新能源模块输出功率和储能模块输出功率之和，切换后第一模式后，关闭市电模块的输入，使用新能源模块和储能模块对室内用电模块进行供电。5.根据权利要求3所述的基于模式切换的碳排放管理系统，其特征在于，第二模式包括第一方案、第二方案和第三方案；切换至第一方案的条件为当前时间介于上午8时至夜晚22时且新能源模块输出功率小于室内用电模块用电功率，切换第一方案后，优先使用新能源模块对室内用电模块进行供电，其次使用储能模块对室内用电模块进行供电，最后使用市电模块对室内用电模块进行供电；切换至第二方案的条件为当前时间介于上午8时至夜晚22时且新能源模块输出功率大于室内用电模块用电功率，切换第二方案后，新能源模块富余电量上传至市电模块；切换至第三方案的条件为当前时间介于夜晚22时至次日上午8时，优先使用市电模块和新能源模块对室内用电模块进行供电，市电模块和新能源模块电力无法满足室内用电模块需求时使用储能模块对室内用电模块进行供电，新能源模块富余电量优先存储至储能模块，储能模块已满或新能源模块功率大于储能模块功率，新能源模块富余电量上传市电模块。6.根据权利要求3所述的基于模式切换的碳排放管理系统，其特征在于，切换至第三模式的条件为市电模块的状态为故障，切换第三模式后，新能源模块对储能模块进行输入，新能源模块功率大于储能模块功率或者储能模块的状态为已满时，新能源模块富余电量输向室内用电模块，新能源模块功率大于储能模块和室内用电模块功率之和时，新能源模块富余电量上传市电模块。7.根据权利要求3所述的基于模式切换的碳排放管理系统，其特征在于，切换至第四模式后，断开市电模块的连接，使用新能源模块和储能模块对室内用电模块进行供电，新能源模块富余电量存储至储能模块。
8.根据权利要求1所述的基于模式切换的碳排放管理系统，其特征在于，能耗监控模块获取燃油消耗量、燃气消耗量、新能源模块功率和总功率，数据计算模块计算二氧化碳总排放量，数据显示模块实时展示二氧化碳总排放量。9.根据权利要求1或3所述的基于模式切换的碳排放管理系统，其特征在于，状态监控模块和能耗监控模块通过网络板连接系统，网络板和系统通过串口连接并进行私有协议交互，网络板与状态监控模块和能耗监控模块通过以太网连接。10.根据权利要求1或3所述的基于模式切换的碳排放管理系统，其特征在于，通过左模块、左模块项、左运算符、判断符号、右模块、右模块项和右运算符配置模式的条件，通过供电模块、用电模块和状态配置模式的结果。

技术总结
本发明公开了基于模式切换的碳排放管理系统，包括：能耗监控模块，用于监控功能模块的实时能耗；状态监控模块，用于监控功能模块的实时状态；网络板，用于接收和转发功能模块的能耗数据和状态数据；数据库，用于存储功能模块的能耗数据和状态数据；数据计算模块，用于综合分析能耗数据和状态数据、匹配模式的条件和传输模式切换命令；模式制定模块，用于制定模式的条件和结果；模式切换模块，用于根据模式切换命令切换模式并执行模式的结果；数据显示模块，用于展示数据信息。本发明的有益效果是：能制定和切换供电模式。能制定和切换供电模式。能制定和切换供电模式。


技术研发人员：林光明 潘武华 沈健 李勤超 刘一民 王立力 赵艳龙 杨勇胜 龚超
受保护的技术使用者：国网浙江省电力有限公司安吉县供电公司
技术研发日：2022.11.23
技术公布日：2023/7/20