CN103259335B - 一种智能需求响应及需求侧优化运行系统 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种智能需求响应及需求侧优化运行系统，包括电网层、控制层、传输层、数据层、支撑层和应用层，科学合理的分层可以清晰的划分可以优化系统设计，规范流程；各层之间相对独立，每一层通过接口向上层提供服务，每一层通过接口调用下层的服务，使数据流在相邻的两层之间传递，不会出现跨层调用。分层的合理划分增强的兼容性和扩展性，降低了不同网络之间的耦合度。

Description

一种智能需求响应及需求侧优化运行系统

技术领域

本发明属于智能电网配电网技术领域，具体涉及一种智能需求响应及需求侧优化运行系统。

背景技术

随着经济社会发展，能源需求和环境成本都在加大。能源节约、高效利用及可再生能源开发、建设绿色低碳环保的生态城市成为当今各国政府面临的课题。为保障我国能源环境可持续发展，满足经济社会用电需求，国家电网公司积极转变电网发展方式建设智能电网，涉及发输变配用及调度六大环节，实现电网安全可靠、经济高效、环境友好目标，智能电网建设向着互动、高效、节能和环保方向发展。

电力生产消费存在供给等于需求的实时平衡原则，运行中存在不经济性。可再生能源并网的随机性和间歇性，也造成电网逆调峰占用电网备用容量，影响电网经济性和稳定性。将用电负荷视为与发电能力、电网传输能力一样可以动态调度的资源，从发输变配用的电网运营层级，从供电侧用电侧资源协调优化的电网结构角度，在更大的范围和区域、更细的级别和粒度上，达到网荷的互动与平衡，实现节能环保的共同目标。

随着现代通信技术、计算技术、传感测量控制技术的发展，引入到智能电网的建设和运营当中，20世纪70年代提出了需求侧管理作为调节电力供需矛盾的手段，通过制定用电计划或拉限电来操作用户负荷，忽略用户体验，降低用电舒适度，采用重点或优先的区别用电出力经济社会用电需求。

需求响应相对于需求侧管理更加重视用户互动，通过引导而不是指令，通过市场而不是管理，采用价格引导或政策激励措施实施负荷管理。通过需求响应实现网荷互动、移峰填谷、平滑可再生能源接入、平衡用电舒适度。

发明内容

为了克服上述现有技术的不足，本发明提供一种智能需求响应及需求侧优化运行系统，包括电网层、控制层、传输层、数据层、支撑层和应用层，科学合理的分层可以清晰的划分可以优化系统设计，规范流程；各层之间相对独立，每一层通过接口向上层提供服务，每一层通过接口调用下层的服务，使数据流在相邻的两层之间传递，不会出现跨层调用。分层的合理划分增强的兼容性和扩展性，降低了不同网络之间的耦合度。

为了实现上述发明目的，本发明采取如下技术方案：

提供一种智能需求响应及需求侧优化运行系统，所述系统包括电网层、控制层、传输层、数据层、支撑层和应用层；所述电网层提供电力能源给用户，且从用户侧的用户负荷获取用电信息，并将所述用电信息传输给所述控制层；所述控制层接收用电信息，并通过传输层将用电信息传输给电网主站；所述传输层接收电网主站控制策略信息，并将接收的电网主站控制策略信息下发到控制层，收集控制层的反馈信息并上传至数据层；所述数据层用存储所述系统的本地数据、历史数据、实时数据；所述支撑层依据数据层的本地数据、历史数据及实时数据，进行数据分析和仿真，为应用层提供计算支持和管理支持；所述应用层基于支撑层的分析管理引擎，为用户提供有序用电计划生成、售电策略评价和地理空间信息可视化分析。

所述电网层主要包括配电网，所述配电网由架空线路、电缆、杆塔、配电变压器、隔离开关和无功补偿电容组成，并延伸到用户侧，用户侧的用户负荷包括工业大户、商业楼宇、充换电站及智能家居。

所述控制层包括配网自动化系统、用电信息采集系统、电能质量监测系统、电网状态监控系统和高级表计量系统。

所述配网自动化系统实时控制与监视配网运行，实现远程中压断路器控制、远程负荷开关控制，且实现远程开关状态监视、告警与事件管理；

用电信息采集系统对配电变压器和终端用户的用电数据进行采集和分析，所述用电数据包括电量电费数据、有功功率模拟量数据、无功功率模拟量数据、工况数据、电能质量数据、时间记录数据和预付费信息数据；

所述电能质量监测系统监测电能质量指标，所述电能质量指标包括电压偏差、频率偏差、谐波、电压不平衡、电压波动和闪变；

所述电网状态监控系统包括开关状态接收装置，监测电网的充电与停电信息，且实现故障区域判断；

所述高级表计量系统基于电测量及现代通信，以智能电能表为核心，完成电能计量、需量测量、阶梯电价、费率、预付费、参数设置、事件记录及上报、数据存储以及电价计费。

所述传输层采用标准需求响应通信协议，通过信息内网或通信网传输电网运行信息、电价信息、策略信息和负荷执行反馈信息。

所述数据层设有数据库，存储到数据库中的数据包括历史数据、本地数据和实时数据；所述历史数据包括负荷状态数据和电网质量数据；所述本地数据包括发用电计划信息和消费用电信息；所述实时数据包括天气信息和政策信息。

所述支撑层包括数据分析模块、核心引擎模块和系统管理模块。

所述数据分析模块进行能效多维分析和负荷需求预测，获取企业园区的能耗及用电特征，进行负荷分析及趋势分析；负荷需求预测结合历史数据及未来电网及用户的内外部条件，做出用电负荷预测；

所述核心引擎模块包括能效协调优化建模引擎模块、负荷资源态势分析引擎模块和控制策略分析引擎模块；所述能效协调优化建模引擎模块通过对区域用能优化和分时用能优化进行建模分析；所述负荷资源态势分析引擎模块将用户负荷视为可以调度的资源，实现电网与负荷的统一分析与调度；所述控制策略分析引擎模块综合对比基于价格的需求响应及基于激励的需求响应，寻找优化的控制策略；

所述系统管理模块包括用户管理模块、权限管理模块和报表定制模块；所述用户管理模块增强系统的安全性和用户管理的明确性；所述权限管理模块增强系统的安全性；所述报表定制模块提供具有数据统计分析功能的分析报表。

所述应用层包括有序用电计划生成模块、需求响应计划生成与管理模块、地理空间信息可视化分析模块、需求侧响应策略评价模块和售电策略及影响评价模块。

所述有序用电计划生成模块建立在支撑层能效分析及负荷预测的基础上，制定区域及不同类型负荷分时用电计划；

所述需求响应计划生成与管理模块结合支撑层控制策略分析，提供区域需求响应策略及执行方案；

所述地理空间信息可视化分析模块能够对照地理信息、网架结构给出直观的显示和提示；

所述需求侧响应策略评价模块对需求响应计划执行情况进行评估和回馈分析，以便于策略的优化及更好的执行；

所述售电策略及影响评价模块对基于电价和基于激励制定的售电策略进行分析评估，从移峰填谷以及总电费总成本的角度分析售电策略的效益。

与现有技术相比，本发明的有益效果在于：

1.该系统从电网负荷互动的视角，将用户负荷也作为一种可调度的资源，从发输变配用的更高层级，更大的范围和区域，纵向扩展到时间维度，实现电力供需的平衡以及调度资源的优化配置。

2.智能需求响应及需求侧优化运行系统建立了调度和用户的联系，从用户负荷到电网调度的运行结构划分为六层模型，相邻层之间传递控制流与服务流。

3.电网层和控制层的先进传感测量控制技术实现了系统的感知与控制；传输层采用先进通信技术作为连接调度与用户的纽带；数据层和支撑层采用先进计算技术，是系统运行的内核与数据中心；应用层实现调度与系统的交互，提供调度与控制的接口和界面。

附图说明

图1是智能需求响应及需求侧优化运行系统结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步详细说明。

如图1，提供一种智能需求响应及需求侧优化运行系统，所述系统包括电网层、控制层、传输层、数据层、支撑层和应用层；所述电网层提供电力能源给用户，且从用户侧的用户负荷获取用电信息，并将所述用电信息传输给所述控制层；所述控制层接收用电信息，并通过传输层将用电信息传输给电网主站；所述传输层接收电网主站控制策略信息，并将接收的电网主站控制策略信息下发到控制层，收集控制层的反馈信息并上传至数据层；所述数据层用存储所述系统的本地数据、历史数据、实时数据；所述支撑层依据数据层的本地数据、历史数据及实时数据，进行数据分析和仿真，为应用层提供计算支持和管理支持；所述应用层基于支撑层的分析管理引擎，为用户提供有序用电计划生成、售电策略评价和地理空间信息可视化分析。

所述电网层主要包括配电网，所述配电网由架空线路、电缆、杆塔、配电变压器、隔离开关和无功补偿电容组成，并延伸到用户侧，用户侧的用户负荷包括工业大户、商业楼宇、充换电站及智能家居。

所述控制层包括配网自动化系统、用电信息采集系统、电能质量监测系统、电网状态监控系统和高级表计量系统。

所述配网自动化系统实时控制与监视配网运行，实现远程中压断路器控制、远程负荷开关控制，且实现远程开关状态监视、告警与事件管理；

用电信息采集系统对配电变压器和终端用户的用电数据进行采集和分析，所述用电数据包括电量电费数据、有功功率模拟量数据、无功功率模拟量数据、工况数据、电能质量数据、时间记录数据和预付费信息数据；

所述电能质量监测系统监测电能质量指标，所述电能质量指标包括电压偏差、频率偏差、谐波、电压不平衡、电压波动和闪变；

所述电网状态监控系统包括开关状态接收装置，监测电网的充电与停电信息，且实现故障区域判断；

所述高级表计量系统基于电测量及现代通信，以智能电能表为核心，完成电能计量、需量测量、阶梯电价、费率、预付费、参数设置、事件记录及上报、数据存储以及电价计费。

所述传输层采用标准需求响应通信协议，通过信息内网或通信网传输电网运行信息、电价信息、策略信息和负荷执行反馈信息。

所述数据层设有数据库，存储到数据库中的数据包括历史数据、本地数据和实时数据；所述历史数据包括负荷状态数据和电网质量数据；所述本地数据包括发用电计划信息和消费用电信息；所述实时数据包括天气信息和政策信息。

所述支撑层包括数据分析模块、核心引擎模块和系统管理模块。

所述数据分析模块进行能效多维分析和负荷需求预测，获取企业园区的能耗及用电特征，进行负荷分析及趋势分析；负荷需求预测结合历史数据及未来电网及用户的内外部条件，做出用电负荷预测；

所述核心引擎模块包括能效协调优化建模引擎模块、负荷资源态势分析引擎模块和控制策略分析引擎模块；所述能效协调优化建模引擎模块通过对区域用能优化和分时用能优化进行建模分析；所述负荷资源态势分析引擎模块将用户负荷视为可以调度的资源，实现电网与负荷的统一分析与调度；所述控制策略分析引擎模块综合对比基于价格的需求响应及基于激励的需求响应，寻找优化的控制策略；

所述系统管理模块包括用户管理模块、权限管理模块和报表定制模块；所述用户管理模块增强系统的安全性和用户管理的明确性；所述权限管理模块增强系统的安全性；所述报表定制模块提供具有数据统计分析功能的分析报表。

所述应用层包括有序用电计划生成模块、需求响应计划生成与管理模块、地理空间信息可视化分析模块、需求侧响应策略评价模块和售电策略及影响评价模块。

所述有序用电计划生成模块建立在支撑层能效分析及负荷预测的基础上，制定区域及不同类型负荷分时用电计划；

所述需求响应计划生成与管理模块结合支撑层控制策略分析，提供区域需求响应策略及执行方案；

所述地理空间信息可视化分析模块能够对照地理信息、网架结构给出直观的显示和提示；

所述需求侧响应策略评价模块对需求响应计划执行情况进行评估和回馈分析，以便于策略的优化及更好的执行；

所述售电策略及影响评价模块对基于电价和基于激励制定的售电策略进行分析评估，从移峰填谷以及总电费总成本的角度分析售电策略的效益。

该系统中，电网层、控制层、传输层、数据层、支撑层和应用层将整个智能需求响应及需求侧优化运行系统明确划分，成为有机统一而又分工明确的整体，使整个系统的建设更加规范和清晰，所述六层可以将电力调度数据网、因特网、通信网、电网联系在一起，对应不同的主体。各层之间相对独立，每一层通过接口向上层提供服务，每一层通过接口调用下层的服务，使数据流在相邻的两层之间传递，不会出现跨层调用。分层的合理划分增强的兼容性和扩展性，降低了不同网络之间的耦合度。

最后应当说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其限制，尽管参照上述实施例对本发明进行了详细的说明，所述领域的普通技术人员应当理解：依然可以对本发明的具体实施方式进行修改或者等同替换，而未脱离本发明精神和范围的任何修改或者等同替换，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims (8)

1.一种智能需求响应及需求侧优化运行系统，其特征在于：所述系统包括电网层、控制层、传输层、数据层、支撑层和应用层；所述电网层提供电力能源给用户，且从用户侧的用户负荷获取用电信息，并将所述用电信息传输给所述控制层；所述控制层接收用电信息，并通过传输层将用电信息传输给电网主站；所述传输层接收电网主站控制策略信息，并将接收的电网主站控制策略信息下发到控制层，收集控制层的反馈信息并上传至数据层；所述数据层用存储所述系统的本地数据、历史数据、实时数据；所述支撑层依据数据层的本地数据、历史数据及实时数据，进行数据分析和仿真，为应用层提供计算支持和管理支持；所述应用层基于支撑层的分析管理引擎，为用户提供有序用电计划生成、售电策略评价和地理空间信息可视化分析；

所述控制层包括配网自动化系统、用电信息采集系统、电能质量监测系统、电网状态监控系统和高级表计量系统；

所述配网自动化系统实时控制与监视配网运行，实现远程中压断路器控制、远程负荷开关控制，且实现远程开关状态监视、告警与事件管理；

用电信息采集系统对配电变压器和终端用户的用电数据进行采集和分析，所述用电数据包括电量电费数据、有功功率模拟量数据、无功功率模拟量数据、工况数据、电能质量数据、时间记录数据和预付费信息数据；

所述电能质量监测系统监测电能质量指标，所述电能质量指标包括电压偏差、频率偏差、谐波、电压不平衡、电压波动和闪变；

所述电网状态监控系统包括开关状态接收装置，监测电网的充电与停电信息，且实现故障区域判断；

所述高级表计量系统基于电测量及现代通信，以智能电能表为核心，完成电能计量、需量测量、阶梯电价、费率、预付费、参数设置、事件记录及上报、数据存储以及电价计费。

2.根据权利要求1所述的智能需求响应及需求侧优化运行系统，其特征在于：所述电网层主要包括配电网，所述配电网由架空线路、电缆、杆塔、配电变压器、隔离开关和无功补偿电容组成，并延伸到用户侧，用户侧的用户负荷包括工业大户、商业楼宇、充换电站及智能家居。

3.根据权利要求1所述的智能需求响应及需求侧优化运行系统，其特征在于：所述传输层采用标准需求响应通信协议，通过信息内网或通信网传输电网运行信息、电价信息、策略信息和负荷执行反馈信息。

4.根据权利要求1所述的智能需求响应及需求侧优化运行系统，其特征在于：所述数据层设有数据库，存储到数据库中的数据包括历史数据、本地数据和实时数据；所述历史数据包括负荷状态数据和电网质量数据；所述本地数据包括发用电计划信息和消费用电信息；所述实时数据包括天气信息和政策信息。

5.根据权利要求1所述的智能需求响应及需求侧优化运行系统，其特征在于：所述支撑层包括数据分析模块、核心引擎模块和系统管理模块。

6.根据权利要求5所述的智能需求响应及需求侧优化运行系统，其特征在于：所述数据分析模块进行能效多维分析和负荷需求预测，获取企业园区的能耗及用电特征，进行负荷分析及趋势分析；负荷需求预测结合历史数据及未来电网及用户的内外部条件，做出用电负荷预测；

所述核心引擎模块包括能效协调优化建模引擎模块、负荷资源态势分析引擎模块和控制策略分析引擎模块；所述能效协调优化建模引擎模块通过对区域用能优化和分时用能优化进行建模分析；所述负荷资源态势分析引擎模块将用户负荷视为可以调度的资源，实现电网与负荷的统一分析与调度；所述控制策略分析引擎模块综合对比基于价格的需求响应及基于激励的需求响应，寻找优化的控制策略；

所述系统管理模块包括用户管理模块、权限管理模块和报表定制模块；所述用户管理模块增强系统的安全性和用户管理的明确性；所述权限管理模块增强系统的安全性；所述报表定制模块提供具有数据统计分析功能的分析报表。

7.根据权利要求1所述的智能需求响应及需求侧优化运行系统，其特征在于：所述应用层包括有序用电计划生成模块、需求响应计划生成与管理模块、地理空间信息可视化分析模块、需求侧响应策略评价模块和售电策略及影响评价模块。

8.根据权利要求7所述的智能需求响应及需求侧优化运行系统，其特征在于：所述有序用电计划生成模块建立在支撑层能效分析及负荷预测的基础上，制定区域及不同类型负荷分时用电计划；

所述需求响应计划生成与管理模块结合支撑层控制策略分析，提供区域需求响应策略及执行方案；

所述地理空间信息可视化分析模块能够对照地理信息、网架结构给出直观的显示和提示；

所述需求侧响应策略评价模块对需求响应计划执行情况进行评估和回馈分析，以便于策略的优化及更好的执行；

所述售电策略及影响评价模块对基于电价和基于激励制定的售电策略进行分析评估，从移峰填谷以及总电费总成本的角度分析售电策略的效益。