一种基于PLC的零碳园区及工厂综合能源管控方法及系统与流程

本申请涉及零碳园区及工厂综合能源管控、工业自动化控制，特别是涉及一种基于plc（programmable logic controller，可编程逻辑控制器）的零碳园区及工厂综合能源管控方法及系统。

背景技术：

1、产业园区、工业工厂作为社会能源消耗与温室气体排放的核心主体，其绿色低碳转型是实现低碳目标的核心抓手。零碳园区、零碳工厂通过全生命周期融入碳中和理念，依托可再生能源利用、能效提升、碳排放闭环管控，实现区域碳排放自我平衡，是当前产业绿色升级的核心发展方向。

2、现有零碳园区及工厂综合能源管控技术历经三个发展阶段，形成三类主流方案：第一类为单一系统独立管控方案，各能源、能耗、碳排放系统独立运行，数据不互通、管控割裂，仅能实现基础监测控制；第二类为能碳一体化集中监控方案，通过上位机软件平台整合能源与碳排放数据，实现集中可视化监控，是当前行业主流方案；第三类为前沿能碳协同闭环管控探索方案，旨在实现零碳目标与能源调度联动，但目前尚无成熟落地方案，存在定制化程度高、网络依赖性强、协同能力不足等问题。

3、现有最接近的主流技术采用“设备层-平台层-应用层”三层中心化架构，依托上位机ems（energy management system，能量管理系统）、能碳管理平台完成数据运算、调度决策与指令下发，存在诸多核心缺陷：一是核心控制逻辑全部部署于上位机平台，完全依赖通讯网络与云端设备，断网、上位机宕机即失控，系统可靠性差；二是核心控制硬件为厂商专属定制，封闭性强、兼容性差，建设与运维成本极高，用户无自主定制权限；三是能碳管控仅为数据层面整合，碳排放核算为事后统计，无法以零碳指标约束能源调度，未实现深度闭环；四是管控场景仅覆盖电力、基础负荷系统，未覆盖水、气、暖等公共能源系统，存在碳排放管控盲区；五是控制链路长、通讯延迟高，无法满足工业级毫秒级实时控制需求。

4、针对上述相关技术的缺陷，亟需一种本地化、高可靠、全场景、可定制、低成本的零碳园区综合能源管控方案。

技术实现思路

1、本申请的目的是提供一种基于plc的零碳园区及工厂综合能源管控方法及系统，可实现零碳园区全场景能源协同管控、碳排放实时闭环管理、系统灵活扩展与自主定制，降低零碳转型成本，提升系统运行安全性与稳定性。

2、为实现上述目的，本申请提供了如下方案。

3、第一方面，本申请提供了一种基于plc的零碳园区及工厂综合能源管控系统，所述基于plc的零碳园区及工厂综合能源管控系统采用现场设备层、本地控制层、远程监控层三层去中心化管控架构；

4、所述本地控制层配置工业级plc，所述plc为系统唯一的实时控制与决策核心，碳排放核算、能源优化调度、多系统协同控制、故障联动保护的全部核心控制逻辑均本地化部署于所述plc内部；

5、所述现场设备层通过硬接线、工业总线与所述plc直连，用于采集零碳园区及工厂全场景能源、碳排放、设备工况、安全监测数据，并执行所述plc下发的控制指令；

6、所述远程监控层，用于对现场设备层和本地控制层的数据进行可视化展示，网络中断或远程监控层设备宕机时，所述plc可独立完成全流程闭环管控；

7、所述plc内置有：

8、实时数据采集与预处理单元，用于循环采集并预处理所述现场设备层上传的全维度数据；全维度数据包括能耗数据、燃料消耗数据和可再生能源发电量数据；

9、碳排放在线核算单元，用于基于实时采集的能耗数据、燃料消耗数据和可再生能源发电量数据，本地实时核算零碳核心指标；

10、多能源协同优化调度单元，用于以所述零碳核心指标为约束条件，本地循环运算生成最优能源调度策略；

11、全场景多系统协同控制单元，用于将最优能源调度策略转换为控制指令，下发至所述现场设备层的各执行终端，实现微电网、供水、供气、供暖、照明及通风系统的跨系统协同控制。

12、第二方面，本申请提供了一种基于plc的零碳园区及工厂综合能源管控方法，应用于第一方面所述的基于plc的零碳园区及工厂综合能源管控系统，所述基于plc的零碳园区及工厂综合能源管控方法包括：

13、循环采集并预处理所述现场设备层上传的全维度数据；全维度数据包括能耗数据、燃料消耗数据和可再生能源发电量数据；

14、基于实时采集的能耗数据、燃料消耗数据和可再生能源发电量数据，本地实时核算零碳核心指标；

15、以所述零碳核心指标为约束条件，本地循环运算生成最优能源调度策略；

16、将最优能源调度策略转换为控制指令，下发至现场设备层的各执行终端，实现微电网、供水、供气、供暖、照明及通风系统的跨系统协同控制

17、根据本申请提供的具体实施例，本申请具有了以下技术效果：

18、本申请提供了一种基于plc的零碳园区及工厂综合能源管控方法及系统，以工业级plc为唯一核心控制单元，重构了“现场设备层-本地控制层-远程监控层”的三层去中心化管控架构，将相关技术中集中部署于上位机平台的碳排放核算、能源优化调度、多系统协同控制等所有核心控制逻辑，全部本地化部署于plc中实现；远程监控层仅承担可视化展示、参数配置、数据归档功能，不参与任何实时控制，从根源上解决相关技术网络依赖性强、成本高、能碳管控不闭环、多系统协同差、实时性不足等核心问题，实现了零碳园区全场景能源协同管控、碳排放实时闭环管理、系统灵活扩展与自主定制，降低零碳转型成本，提升系统运行安全性与稳定性。

1.一种基于plc的零碳园区及工厂综合能源管控系统，其特征在于，所述基于plc的零碳园区及工厂综合能源管控系统采用现场设备层、本地控制层、远程监控层三层去中心化管控架构；

2.根据权利要求1所述的基于plc的零碳园区及工厂综合能源管控系统，其特征在于，所述现场设备层包括以下功能单元：

3.根据权利要求1所述的基于plc的零碳园区及工厂综合能源管控系统，其特征在于，所述碳排放在线核算单元内置碳排放核算模型，实时核算的零碳核心指标包括碳排放强度、累计碳排放量、可再生能源消纳率和绿电占比；

4.根据权利要求1所述的基于plc的零碳园区及工厂综合能源管控系统，其特征在于，所述多能源协同优化调度单元内置以碳排放强度最小化、可再生能源消纳率最大化及运行成本最低化为核心目标的多目标优化调度算法，多目标优化调度算法的目标函数为：

5.根据权利要求1所述的基于plc的零碳园区及工厂综合能源管控系统，其特征在于，所述plc还内置有全维度故障联动保护单元；全维度故障联动保护单元，用于实时监测故障信号、报警信号及碳排放超标信号，在异常工况下执行联锁保护动作。

6.根据权利要求5所述的基于plc的零碳园区及工厂综合能源管控系统，其特征在于，所述全维度故障联动保护单元内置以下核心联动保护逻辑：

7.根据权利要求6所述的基于plc的零碳园区及工厂综合能源管控系统，其特征在于，所述全维度故障联动保护单元中，根据故障严重程度将不同故障类型的联锁保护逻辑程序配置于不同优先级的中断程序中；

8.根据权利要求1所述的基于plc的零碳园区及工厂综合能源管控系统，其特征在于，多能源协同优化调度单元内置以下核心调度逻辑：

9.根据权利要求1所述的基于plc的零碳园区及工厂综合能源管控系统，其特征在于，所述plc还内置有数据交互与断电保持单元；数据交互与断电保持单元，用于与所述远程监控层进行数据交互，并对设置参数及运行数据进行断电保持。

10.一种基于plc的零碳园区及工厂综合能源管控方法，应用于权利要求1-9任一项所述的基于plc的零碳园区及工厂综合能源管控系统，所述基于plc的零碳园区及工厂综合能源管控方法包括：