本發(fā)明涉及節(jié)能減碳控制，具體為基于scada的能源設備節(jié)能減碳控制系統(tǒng)及方法。

背景技術：

1、隨著全球能源需求的不斷增長及環(huán)境保護壓力的日益增加，節(jié)能減碳已經(jīng)成為各國政府和企業(yè)的重要目標。能源設備作為能源生產(chǎn)和消費的核心，其能效和碳排放狀況直接影響著節(jié)能減碳效果。因此，如何實時監(jiān)控能源設備的能效和碳排放量，評估其節(jié)能減碳效果，并采取相應的優(yōu)化措施，已成為能源管理領域亟待解決的技術問題。scada系統(tǒng)作為一種自動化控制和監(jiān)控系統(tǒng)，廣泛應用于能源生產(chǎn)、輸送和消費領域。scada系統(tǒng)通過對能源設備進行實時數(shù)據(jù)采集、傳輸和分析，能夠提供精確的設備運行狀態(tài)監(jiān)控。然而，現(xiàn)有的scada系統(tǒng)多側重于設備的狀態(tài)監(jiān)控與操作控制，對于能效監(jiān)控與碳排放量的計算和管理尚缺乏專門的功能模塊，導致其在節(jié)能減碳方面的應用潛力未能得到充分挖掘。

2、因此，如何在scada系統(tǒng)中集成能效監(jiān)控與碳排放管理，實時跟蹤設備運行的能效和碳排放情況，并根據(jù)監(jiān)測數(shù)據(jù)進行關聯(lián)分析，已成為提升能源管理系統(tǒng)效率、實現(xiàn)節(jié)能減碳目標的關鍵技術難題?，F(xiàn)有技術中雖然也有基于數(shù)據(jù)分析的能效管理方案，但這些方案大多數(shù)并未結合實時的設備運行數(shù)據(jù)與碳排放信息，缺乏動態(tài)調整和精細化管理功能。

技術實現(xiàn)思路

1、本發(fā)明的目的在于提供基于scada的能源設備節(jié)能減碳控制系統(tǒng)及方法，以解決上述背景技術中提出的問題。

2、為了解決上述技術問題，本發(fā)明提供如下技術方案：

3、基于scada的能源設備節(jié)能減碳控制方法，包括以下步驟：

4、步驟s100.從數(shù)據(jù)庫中獲取能源設備的歷史運行數(shù)據(jù)，對歷史運行數(shù)據(jù)進行分析，從歷史運行數(shù)據(jù)中提取設備能效特征向量，并根據(jù)設備能效特征向量對能源設備進行能效評估，從而得到歷史能效評估指數(shù)；

5、步驟s200.從數(shù)據(jù)庫中獲取能源設備的歷史碳排放數(shù)據(jù)，基于歷史碳排放數(shù)據(jù)進行碳排放趨勢分析；根據(jù)碳排放趨勢分析結果，提取設備碳排放特征向量，并根據(jù)設備碳排放特征向量計算歷史碳排放評估指數(shù)；

6、步驟s300.將能源設備的歷史運行數(shù)據(jù)與歷史碳排放數(shù)據(jù)按照時間順序進行對應，將對應的歷史能效評估指數(shù)和歷史碳排放評估指數(shù)進行關聯(lián)分析，從而得到能源設備節(jié)能減碳控制策略；

7、步驟s400.配置scada系統(tǒng)的分布式數(shù)據(jù)采集終端，采集并分析能源設備的實時運行數(shù)據(jù)和實時碳排放數(shù)據(jù)，得到對應的實時能效評估指數(shù)和實時碳排放評估指數(shù)；將實時能效評估指數(shù)和實時碳排放評估指數(shù)與歷史能效評估指數(shù)和歷史碳排放評估指數(shù)進行分析，并根據(jù)分析結果匹配對應的能源設備節(jié)能減碳控制策略。

8、進一步的，步驟s100包括：

9、s101.從數(shù)據(jù)庫中獲取能源設備的歷史運行數(shù)據(jù)，對歷史運行數(shù)據(jù)進行進行預處理，并將歷史運行數(shù)據(jù)按照預設周期進行劃分，從而將歷史運行數(shù)據(jù)劃分為若干個數(shù)據(jù)段，并根據(jù)劃分結果構建歷史運行數(shù)據(jù)集a，且a＝{a1,a2,...,an}，其中a1表示第1個預設周期對應的歷史運行數(shù)據(jù)段，a2表示第2個預設周期對應的歷史運行數(shù)據(jù)段，以此類推，an表示第n個預設周期對應的歷史運行數(shù)據(jù)段，且n表示歷史運行數(shù)據(jù)段的數(shù)量；針對歷史運行數(shù)據(jù)集a中的每個元素，獲取能源設備在預設周期內(nèi)的負載l(t)和效率η(t)對應的時間序列數(shù)據(jù)，根據(jù)負載l(t)和效率η(t)對應的時間序列數(shù)據(jù)進行負載與效率的關系擬合，從而得到負載率-效率曲線ηload(t)；

10、s102.針對歷史運行數(shù)據(jù)集a中的每個元素，計算能源設備在預設周期內(nèi)的設備啟停能耗增量pstart-stop，且其中pon(t)表示能源設備啟動時的功率，pbase表示能源設備在待機狀態(tài)下的功率，t0表示能源設備從待機狀態(tài)或關機狀態(tài)開始啟動時的時間點，t1表示能源設備完全啟動并穩(wěn)定運行的時刻；計算能源設備在預設周期內(nèi)的工況切換的能耗增量δemode，且其中，p(t)表示能源設備在切換過程中實時的功率，tm和tm+1分別表示能源設備的工況切換的起始時刻和結束時刻；計算能源設備在預設周期內(nèi)的穩(wěn)態(tài)時長tstabilize，且tstabilize＝tstabilize_end-tstabilize_start，其中tstabilize_start表示能源設備開始穩(wěn)定的時間刻，tstabilize_end表示設備穩(wěn)定狀態(tài)保持到一個穩(wěn)定范圍的時刻；

11、s103.匯總歷史運行數(shù)據(jù)集a中的每個元素對應的負載率-效率曲線的動態(tài)擬合值ηload(t)、設備啟停能耗增量pstart-stop、能耗增量δemode以及穩(wěn)態(tài)時長tstabilize，并進行歸一化處理，并分別求負載率-效率曲線的動態(tài)擬合值ηload(t)、設備啟停能耗增量pstart-stop、能耗增量δemode以及穩(wěn)態(tài)時長tstabilize在預設周期內(nèi)的均值，從而構建相應的設備能效特征向量e，且e＝(η,p,δe,t)；根據(jù)每個元素的設備能效特征向量e，計算對應的歷史能效評估指數(shù)heei，且heei＝w1·η-w2·p-w3·δe+w4·t，其中w1、w2、w3以及w4表示設備能效特征向量e對應特征的權重，且w1+w2+w3+w4＝1。

12、進一步的，步驟s200包括：

13、s201.從數(shù)據(jù)庫中獲取能源設備的歷史碳排放數(shù)據(jù)，對歷史碳排放數(shù)據(jù)進行預處理，并將預處理后的歷史碳排放數(shù)據(jù)按照歷史運行數(shù)據(jù)對應的預設周期進行劃分，從而構建歷史碳排放數(shù)據(jù)集b，且b＝{b1,b2,...,bn}，其中，b1表示第1個預設周期對應的歷史碳排放數(shù)據(jù)段，b2表示第2個預設周期對應的歷史碳排放數(shù)據(jù)段，以此類推，bn表示第1個預設周期對應的歷史碳排放數(shù)據(jù)段；針對歷史碳排放數(shù)據(jù)集b中的每個元素，采用回歸分析方法，構建碳排放數(shù)據(jù)的趨勢模型，且趨勢模型表達式為：ctrend(t)＝β0+β1t+β2t2+...；其中β0，β1，β2，...為回歸系數(shù)，t表示時間變量；通過傅里葉變換，在頻域內(nèi)分析周期性的碳排放波動，且對應的計算公式為：其中，f表示頻率，c(t)表示對應元素的時間序列數(shù)據(jù)，m表示數(shù)據(jù)點的總數(shù)；

14、s202.根據(jù)趨勢模型與周期性波動分析結果，提取能源設備的碳排放特征，且碳排放特征為歷史碳排放數(shù)據(jù)的趨勢特征和周期性特征，對能源設備的的碳排放特征進行歸一化；根據(jù)歸一化后的碳排放特征構建設備碳排放特征向量c，且c＝[c1,c2]，其中c1表示對應元素的歷史碳排放數(shù)據(jù)的趨勢特征，c2表示對應元素的歷史碳排放數(shù)據(jù)的周期性特征；根據(jù)每個元素對應的設備碳排放特征向量c，計算對應的歷史碳排放評估指數(shù)hcei，且hcei＝α1×c1+α2×c2，其中，α1和α2分別表示趨勢特征和周期性特征的權重系數(shù)，且α1+α2＝1。

15、進一步的，步驟s300包括：

16、s301.將能源設備的歷史運行數(shù)據(jù)集a與歷史碳排放數(shù)據(jù)集b中每個元素，按照時間順序進行一對一對應，即ai和bi對應，且i取1到n；根據(jù)歷史運行數(shù)據(jù)集a與歷史碳排放數(shù)據(jù)集b中元素的對應關系，獲取對應的歷史能效評估指數(shù)heei和歷史碳排放評估指數(shù)hcei，從而組成關聯(lián)數(shù)據(jù)對d，且d＝(heei,hcei)；匯總所有的關聯(lián)數(shù)據(jù)對d，構建一個包含能效和碳排放的多目標優(yōu)化模型，目標函數(shù)為：objective＝k1×heei-k2×hcei，其中k1和k2分別表示能效和碳排放的權重，且k1+k2＝1；

17、s302.根據(jù)多目標優(yōu)化模型，得到所有的關聯(lián)數(shù)據(jù)對d對應的目標值objective，根據(jù)預設目標閾值r，和對應的能效評估閾值eei和碳排放評估閾值cei，篩選出滿足以下條件的關聯(lián)數(shù)據(jù)對d，且條件為：objective＞r且heei＞eei且hcei＜cei；根據(jù)篩選得到的關聯(lián)數(shù)據(jù)對d，分別在相應的歷史運行數(shù)據(jù)和歷史碳排放數(shù)據(jù)中找到相應的能源設備節(jié)能減碳控制策略，且關聯(lián)數(shù)據(jù)對d與能源設備節(jié)能減碳控制策略是一對一的對應關系。

18、進一步的，步驟s400包括：

19、s401.配置scada系統(tǒng)的分布式數(shù)據(jù)采集終端，采集能源設備的實時運行數(shù)據(jù)和實時碳排放數(shù)據(jù)，將實時運行數(shù)據(jù)和實時碳排放數(shù)據(jù)按照歷史運行數(shù)據(jù)和歷史碳排放數(shù)據(jù)的分析方式進行分析，從而得到實時能效評估指數(shù)reei和實時碳排放評估指數(shù)rcei，并構成實時關聯(lián)數(shù)據(jù)對rd，且rd＝(reei,rcei)；將實時關聯(lián)數(shù)據(jù)對rd中的實時能效評估指數(shù)reei和實時碳排放評估指數(shù)rcei，依次與關聯(lián)數(shù)據(jù)對d中的歷史能效評估指數(shù)heei和歷史碳排放評估指數(shù)hcei進行差值計算，篩選出兩者差值之和最小的關聯(lián)數(shù)據(jù)對d為匹配結果；

20、s402.若匹配結果唯一，則將匹配結果對應的能源設備節(jié)能減碳控制策略作為當前能源設備實時節(jié)能減碳控制策略；若匹配結果不唯一，則獲取所有能源設備節(jié)能減碳控制策略，按照對應的目標值從大到小的順序進行排列，從而得到當前能源設備實時節(jié)能減碳控制策略列表。

21、基于scada的能源設備節(jié)能減碳控制系統(tǒng)，包括：歷史數(shù)據(jù)采集與分析模塊、關聯(lián)分析與優(yōu)化模型模塊、實時數(shù)據(jù)采集與分析模塊以及控制策略匹配模塊；

22、歷史數(shù)據(jù)采集與分析模塊從數(shù)據(jù)庫中獲取能源設備的歷史運行數(shù)據(jù)，對歷史運行數(shù)據(jù)進行分析，從歷史運行數(shù)據(jù)中提取設備能效特征向量，并根據(jù)設備能效特征向量對能源設備進行能效評估，從而得到歷史能效評估指數(shù)；從數(shù)據(jù)庫中獲取能源設備的歷史碳排放數(shù)據(jù)，基于歷史碳排放數(shù)據(jù)進行碳排放趨勢分析；根據(jù)碳排放趨勢分析結果，提取設備碳排放特征向量，并根據(jù)設備碳排放特征向量計算歷史碳排放評估指數(shù)；

23、關聯(lián)分析與優(yōu)化模型模塊將能源設備的歷史運行數(shù)據(jù)與歷史碳排放數(shù)據(jù)按照時間順序進行對應，將對應的歷史能效評估指數(shù)和歷史碳排放評估指數(shù)進行關聯(lián)分析，從而得到能源設備節(jié)能減碳控制策略；

24、實時數(shù)據(jù)采集與分析模塊配置scada系統(tǒng)的分布式數(shù)據(jù)采集終端，采集并分析能源設備的實時運行數(shù)據(jù)和實時碳排放數(shù)據(jù)，得到對應的實時能效評估指數(shù)和實時碳排放評估指數(shù)；

25、控制策略匹配模塊將實時能效評估指數(shù)和實時碳排放評估指數(shù)與歷史能效評估指數(shù)和歷史碳排放評估指數(shù)進行分析，并根據(jù)分析結果匹配對應的能源設備節(jié)能減碳控制策略。

26、進一步的，歷史數(shù)據(jù)采集與分析模塊包括歷史數(shù)據(jù)獲取單元和歷史數(shù)據(jù)分析單元；

27、歷史數(shù)據(jù)獲取單元從數(shù)據(jù)庫中獲取能源設備的歷史運行數(shù)據(jù)和歷史碳排放數(shù)據(jù)，對歷史運行數(shù)據(jù)和歷史碳排放數(shù)據(jù)分別進行預處理，并構建歷史運行數(shù)據(jù)集和歷史碳排放數(shù)據(jù)集；歷史數(shù)據(jù)分析單元基于歷史運行數(shù)據(jù)集和歷史碳排放數(shù)據(jù)集，進行特征提取并構建設備能效特征向量和設備碳排放特征向量，并根據(jù)設備能效特征向量和設備碳排放特征向量得到相應的歷史能效評估指數(shù)和歷史碳排放評估指數(shù)。

28、進一步的，關聯(lián)分析與優(yōu)化模型模塊包括關聯(lián)分析單元以及優(yōu)化模型構建單元；

29、關聯(lián)分析單元將能源設備的歷史運行數(shù)據(jù)與歷史碳排放數(shù)據(jù)按照時間順序進行對應，從而得到相應的關聯(lián)數(shù)據(jù)對；優(yōu)化模型構建單元基于關聯(lián)數(shù)據(jù)對構建多目標優(yōu)化模型。

30、進一步的，實時數(shù)據(jù)采集與分析模塊包括實時數(shù)據(jù)采集單元和實時數(shù)據(jù)分析單元；

31、實時數(shù)據(jù)采集單元配置scada系統(tǒng)的分布式數(shù)據(jù)采集終端，采集并分析能源設備的實時運行數(shù)據(jù)和實時碳排放數(shù)據(jù)；實時數(shù)據(jù)分析單元將實時運行數(shù)據(jù)和實時碳排放數(shù)據(jù)，按照歷史運行數(shù)據(jù)和歷史碳排放數(shù)據(jù)的分析方式進行分析，得到對應的實時能效評估指數(shù)和實時碳排放評估指數(shù)。

32、與現(xiàn)有技術相比，本發(fā)明的有益效果是：通過集成能效監(jiān)控和碳排放管理，不僅能夠實時監(jiān)測能源設備的能效狀況，還能實時跟蹤其碳排放情況；結合歷史數(shù)據(jù)與實時數(shù)據(jù)的分析，能夠提供精準的能效評估與碳排放評估，從而全面提升能源設備的節(jié)能減碳效果。通過歷史數(shù)據(jù)與實時數(shù)據(jù)的多維度分析，結合能效與碳排放的關聯(lián)，構建了多目標優(yōu)化模型；該優(yōu)化模型能夠根據(jù)不同的評估指數(shù)(如heei和hcei)，在動態(tài)變化的環(huán)境下調整能源設備的運行策略，確保在最大化能效的同時有效降低碳排放，實現(xiàn)節(jié)能減碳目標的精細化管理。與現(xiàn)有技術中靜態(tài)的管理方法不同，本發(fā)明采用了實時能效評估和碳排放評估指數(shù)，結合設備運行狀態(tài)進行動態(tài)調整；通過scada系統(tǒng)的實時數(shù)據(jù)采集終端，能夠在設備運行過程中實時反饋能效和碳排放評估結果，快速響應變化，確保節(jié)能減碳措施的及時有效實施。本發(fā)明不僅依賴于實時數(shù)據(jù)，還通過歷史數(shù)據(jù)的趨勢分析與周期性波動分析，深入挖掘設備運行中的潛在優(yōu)化空間；通過構建歷史能效與碳排放的評估指數(shù)，能夠對設備的長周期運行情況進行預判和優(yōu)化，避免單純依賴實時數(shù)據(jù)可能忽視的潛在問題。通過多目標優(yōu)化模型和關聯(lián)分析，本發(fā)明能夠精確篩選出與設備當前運行狀態(tài)最匹配的節(jié)能減碳控制策略；通過與歷史數(shù)據(jù)的關聯(lián)，確保策略選擇的準確性，并能夠應對設備狀態(tài)變化時的實時調整，進一步提升節(jié)能減碳的效果。