(一)技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于電力系統(tǒng)能源互聯(lián)網(wǎng)領(lǐng)域，尤其是一種包括電、氣、熱三種能源形式的能源路由器。
(二)
背景技術(shù)：
：
隨著人類社會的進步，對于能源的需求量也越來越大。但是，傳統(tǒng)化石能源的使用面臨著巨大的問題。以太陽能和風(fēng)能為代表的新能源的出現(xiàn)，為未來解決能源問題提供了思路。能源互聯(lián)網(wǎng)是利用互聯(lián)網(wǎng)思維的一種能源網(wǎng)絡(luò)，分布式電能、天然氣、熱能都可以通過能源互聯(lián)網(wǎng)進行傳輸和利用。在利用不同形式的能源時，能源路由器可以根據(jù)不同形式的能源的特點，通過自動控制，實現(xiàn)能源利用效率的最大化。在電力電子、高速數(shù)字通信和分布控制技術(shù)的支撐下,建立具有智慧功能的革命性電網(wǎng)構(gòu)架吸納大量分布式能源.通過綜合控制能源的生產(chǎn)、傳輸和消費各環(huán)節(jié),實現(xiàn)能源的高效利用和對可再生能源的兼容。能源路由器中的freedm系統(tǒng)是多技術(shù)融合的產(chǎn)物,固態(tài)變壓器為實現(xiàn)與信息網(wǎng)絡(luò)融合奠定了基礎(chǔ),市場經(jīng)濟模型考慮加快了市場化步伐.其中,固態(tài)變壓器實現(xiàn)four-quadron功率流控制,使得分布電站變得即插即用,并同時保證電網(wǎng)中用戶儲能及負載的增加不會相互影響；系統(tǒng)設(shè)計激勵策略確保綠色能源的最大化利用,大幅提升整個系統(tǒng)的能源利用率
但是，對于這一種新型的能源形式，目前并沒有一種設(shè)備可以做到對多種能源和信息的有效傳輸和管理。之前提出的能源路由器，只是把新能源發(fā)電這一種形式的能源納入其中，這和微網(wǎng)的結(jié)構(gòu)非常相似，還不能構(gòu)成能源互聯(lián)網(wǎng)。
(三)
技術(shù)實現(xiàn)要素：
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本發(fā)明的目的在于提供一種包括電、氣、熱三種形式的能源路由器的設(shè)計，它由能量監(jiān)控與管理系統(tǒng)、信息交換與管理系統(tǒng)和用戶界面與接口系統(tǒng)三部分組成，可以在能量控制器的自動控制下綜合利用電能、天然氣、熱能三種形式的能源，采用以太網(wǎng)絡(luò)、4g兩種網(wǎng)絡(luò)連接方式，實現(xiàn)信息的實時傳輸處理、不同設(shè)備間的聯(lián)網(wǎng)運行和遠程控制，并且采用開放接口， 支持用戶根據(jù)自身需要進行功能定制。
本發(fā)明的技術(shù)方案：一種包括電、氣、熱三種形式的能源路由器，其特征在于它包括能量監(jiān)控與管理系統(tǒng)、信息交換與管理系統(tǒng)和用戶界面與接口系統(tǒng)；其中，所述能量監(jiān)控與管理系統(tǒng)、信息交換與管理系統(tǒng)和用戶界面與接口系統(tǒng)之間兩兩之間呈雙向連接。
所述能量監(jiān)控與管理系統(tǒng)、信息交換與管理系統(tǒng)和用戶界面與接口系統(tǒng)之間兩兩之間通過uart通用異步收發(fā)傳輸器實現(xiàn)雙向信息傳遞；所述信息交換與管理系統(tǒng)由信息交換單元、智能控制中心和遠程控制及安全保護單元組成；所述用戶界面與接口系統(tǒng)，其界面顯示的信息包括登陸界面、能量管理信息、安全管理信息、優(yōu)化界面、接口信息五個部分。
所述智能控制中心采用intel82547ei芯片進行信號的處理；所述智能控制中心收集的能量控制器、可再生能源發(fā)電管理單元、儲能管理單元、天然氣管理單元和熱能管理單元的控制及通信信號，通過光纖和4g網(wǎng)絡(luò)匯總到信息交換單元；所述信息交換單元作為用戶界面與接口系統(tǒng)的信息源并通過光纖和4g網(wǎng)絡(luò)與能源互聯(lián)網(wǎng)中的其他能源路由器進行信息交換。
所述能量監(jiān)控與管理系統(tǒng)是由能量控制器、可再生能源發(fā)電管理單元、儲能管理單元、天然氣管理單元和熱能管理單元構(gòu)成；所述可再生能源發(fā)電管理單元、儲能管理單元、天然氣管理單元和熱能管理單元分別采集對應(yīng)的能源形式的信息，將信息傳輸?shù)侥芰靠刂破鬟M行信息的匯總和計算；所述可再生能源發(fā)電管理單元、儲能管理單元、天然氣管理單元和熱能管理單元與能量控制器的信息傳輸通過光纖或4g無線傳輸方式實現(xiàn)。
所述能量控制器的輸入端采集的信號包括可再生能源發(fā)電單元的風(fēng)力及太陽能發(fā)出的電量信號、儲能管理單元的電量信號、天然氣管理單元的天然氣流量、壓力及價格信號、熱能單元的熱水的流量、溫度及壓力信號；所述能量控制器采用aqua單片四通道m(xù)ac控制芯片；由ypt—600能量監(jiān)測網(wǎng)關(guān)進行安全防護。
所述信息交換與管理系統(tǒng)所收集的全部信息，通過電阻式可觸摸屏同用戶進行交流，并且預(yù)留ethernet,adhoc,ccn,sdn的信息網(wǎng)絡(luò)接口,以便于未來能源路由器的聯(lián)網(wǎng)運行和新設(shè)備接入。
所述可再生能源發(fā)電管理單元、儲能管理單元、天然氣管理單元和熱能管理單元四個單元的輸出信號分別進入能量控制器和智能控制中心，其 中能量控制器進行能源潮流的計算和控制，智能控制中心進行整個系統(tǒng)的通信和控制，這兩個控制系統(tǒng)都與遠程控制及安全保護系統(tǒng)進行雙向信號溝通。
一種包括電、氣、熱三種形式的能源路由器的控制方法，其特征在于它包括以下步驟：
(1)信息交換單元獲得的實際系統(tǒng)需求信號及用戶通過用戶界面管理與接口系統(tǒng)輸入的需求信號即負荷信號在智能控制中心的控制下傳輸?shù)侥芰靠刂破鳎?/p>
(2)信息交換單元根據(jù)獲得的天氣信號預(yù)測可再生能源單元的發(fā)電能力，其信號一并傳輸?shù)侥芰靠刂破鳎?/p>
(3)能量控制器根據(jù)負荷信號及可再生能源發(fā)電單元的發(fā)電能力的大小預(yù)測信號，綜合計算電、氣、熱最優(yōu)潮流，以此生成日前調(diào)度計劃即各單元優(yōu)化目標(biāo)及調(diào)度周期；
(4)能量控制器計算所得的各單元優(yōu)化目標(biāo)及調(diào)度周期信號在智能控制中心的控制下傳輸?shù)娇稍偕茉窗l(fā)電管理單元、儲能管理單元、天然氣管理單元和熱能管理單元，以此控制各發(fā)電單元的狀態(tài)；
(5)信息交換單元根據(jù)小時級預(yù)測數(shù)據(jù)和采集的各單元數(shù)據(jù)，更新各單元狀態(tài)分布；
(6)能量控制器根據(jù)日前調(diào)度計劃中給定的聯(lián)絡(luò)線功率和短期的預(yù)測結(jié)果，在邊界條件的限制下，生成對于天然氣發(fā)電單元產(chǎn)生熱能的調(diào)節(jié)信號和對于熱負荷的控制信號；
(7)上述天然氣發(fā)電單元產(chǎn)生熱能的調(diào)節(jié)信號和對于熱負荷的控制信號再返回到能量控制器更新計算數(shù)據(jù)；
(8)能量控制器計算能量調(diào)度數(shù)據(jù)，智能控制中心將能量控制器計算所得的調(diào)度數(shù)據(jù)傳輸?shù)礁鲉卧⒖刂聘鲉卧臓顟B(tài)。
本發(fā)明的工作原理：
本案所涉及的一種包括電、氣、熱三種形式的能源路由器，采用兩層結(jié)構(gòu)的設(shè)計，上層結(jié)構(gòu)通過信息采集系統(tǒng)采集到各傳感器的參數(shù)后交由能量控制中心進行能源的調(diào)度。采用的日間調(diào)度算法，可以精確地管理三種不同形式的能源。下層采用兩種信息傳輸通道，保證信息可以快速完整的在不同路由器之間傳遞，使得能源路由器可以聯(lián)網(wǎng)運行，從而形成統(tǒng)一的 能源網(wǎng)絡(luò)。
本發(fā)明的優(yōu)越性：①融合電能、天然氣、熱能三種不同形式的能源，實現(xiàn)能源的合理流動，能源利用率高；②優(yōu)先使用可再生能源產(chǎn)生的電能，減少化石能源的使用；③利用以太網(wǎng)、4g兩種形式的網(wǎng)絡(luò)進行信息的交換，實現(xiàn)信息的實時交流和系統(tǒng)的遠程控制；④利用新型日間控制算法，實現(xiàn)能量的精確控制；⑤采用開放接口設(shè)計，允許用戶根據(jù)自身需要對功能進行個性化定制。
(四)附圖說明：
圖1為本發(fā)明所涉一種包括電、氣、熱三種能源形式的能源路由器的整體結(jié)構(gòu)圖。
圖2為本發(fā)明所涉一種包括電、氣、熱三種能源形式的能源路由器中的能源控制器分層調(diào)度策略的控制實現(xiàn)原理圖。
(五)具體實施方式：
實施例：一種包括電、氣、熱三種形式的能源路由器(見圖1)，其特征在于它包括能量監(jiān)控與管理系統(tǒng)、信息交換與管理系統(tǒng)和用戶界面與接口系統(tǒng)；其中，所述能量監(jiān)控與管理系統(tǒng)、信息交換與管理系統(tǒng)和用戶界面與接口系統(tǒng)之間兩兩之間呈雙向連接。
所述能量監(jiān)控與管理系統(tǒng)、信息交換與管理系統(tǒng)和用戶界面與接口系統(tǒng)之間兩兩之間通過通用異步收發(fā)傳輸器(uart)實現(xiàn)雙向信息傳遞(見圖1)；所述信息交換與管理系統(tǒng)由信息交換單元、智能控制中心和遠程控制及安全保護單元組成；所述用戶界面與接口系統(tǒng)，其界面顯示的信息包括登陸界面、能量管理信息、安全管理信息、優(yōu)化界面、接口信息五個部分。
所述智能控制中心采用intel82547ei芯片進行信號的處理；所述智能控制中心收集的能量控制器、可再生能源發(fā)電管理單元、儲能管理單元、天然氣管理單元和熱能管理單元的控制及通信信號，通過光纖和4g網(wǎng)絡(luò)匯總到信息交換單元；所述信息交換單元作為用戶界面與接口系統(tǒng)的信息源并通過光纖和4g網(wǎng)絡(luò)與能源互聯(lián)網(wǎng)中的其他能源路由器進行信息交換。
所述能量監(jiān)控與管理系統(tǒng)是由能量控制器、可再生能源發(fā)電管理單元、儲能管理單元、天然氣管理單元和熱能管理單元構(gòu)成；所述可再生能源發(fā)電管理單元、儲能管理單元、天然氣管理單元和熱能管理單元分別采集對 應(yīng)的能源形式的信息，將信息傳輸?shù)侥芰靠刂破鬟M行信息的匯總和計算；所述可再生能源發(fā)電管理單元、儲能管理單元、天然氣管理單元和熱能管理單元與能量控制器的信息傳輸通過光纖或4g無線傳輸方式實現(xiàn)。
所述能量控制器的輸入端采集的信號包括可再生能源發(fā)電單元的風(fēng)力及太陽能發(fā)出的電量信號、儲能管理單元的電量信號、天然氣管理單元的天然氣流量、壓力及價格信號、熱能單元的熱水的流量、溫度及壓力信號；所述能量控制器采用aqua單片四通道m(xù)ac控制芯片；由ypt—600能量監(jiān)測網(wǎng)關(guān)進行安全防護。
所述信息交換與管理系統(tǒng)所收集的全部信息，通過電阻式可觸摸屏同用戶進行交流，并且預(yù)留ethernet,adhoc,ccn,sdn的信息網(wǎng)絡(luò)接口,以便于未來能源路由器的聯(lián)網(wǎng)運行和新設(shè)備接入。
所述可再生能源發(fā)電管理單元、儲能管理單元、天然氣管理單元和熱能管理單元四個單元的輸出信號分別進入能量控制器和智能控制中心，其中能量控制器進行能源潮流的計算和控制，智能控制中心進行整個系統(tǒng)的通信和控制，這兩個控制系統(tǒng)都與遠程控制及安全保護系統(tǒng)進行雙向信號溝通。
一種包括電、氣、熱三種形式的能源路由器的控制方法，其特征在于它包括以下步驟(見圖2)：
(1)信息交換單元獲得的實際系統(tǒng)需求信號及用戶通過用戶界面管理與接口系統(tǒng)輸入的需求信號即負荷信號在智能控制中心的控制下傳輸?shù)侥芰靠刂破鳎?/p>
(2)信息交換單元根據(jù)獲得的天氣信號預(yù)測可再生能源單元的發(fā)電能力，其信號一并傳輸?shù)侥芰靠刂破鳎?/p>
(3)能量控制器根據(jù)負荷信號及可再生能源發(fā)電單元的發(fā)電能力的大小預(yù)測信號，綜合計算電、氣、熱最優(yōu)潮流，以此生成日前調(diào)度計劃即各單元優(yōu)化目標(biāo)及調(diào)度周期；
(4)能量控制器計算所得的各單元優(yōu)化目標(biāo)及調(diào)度周期信號在智能控制中心的控制下傳輸?shù)娇稍偕茉窗l(fā)電管理單元、儲能管理單元、天然氣管理單元和熱能管理單元，以此控制各發(fā)電單元的狀態(tài)；
(5)信息交換單元根據(jù)小時級預(yù)測數(shù)據(jù)和采集的各單元數(shù)據(jù)，更新各單元狀態(tài)分布；
(6)能量控制器根據(jù)日前調(diào)度計劃中給定的聯(lián)絡(luò)線功率和短期的預(yù)測結(jié)果，在邊界條件的限制下，生成對于天然氣發(fā)電單元產(chǎn)生熱能的調(diào)節(jié)信號和對于熱負荷的控制信號；
(7)上述天然氣發(fā)電單元產(chǎn)生熱能的調(diào)節(jié)信號和對于熱負荷的控制信號再返回到能量控制器更新計算數(shù)據(jù)；
(8)能量控制器計算能量調(diào)度數(shù)據(jù)，智能控制中心將能量控制器計算所得的調(diào)度數(shù)據(jù)傳輸?shù)礁鲉卧⒖刂聘鲉卧臓顟B(tài)。