CN103269070B - 一种自动需求响应系统和自动需求响应方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种自动需求响应系统和自动需求响应方法，本发明的系统包括EDR控制器、多协议通信网关、DR客户端和DRAS；EDR控制器通过多协议通信网关与DR客户端连接，DR客户端与DRAS连接；本发明中由EDR控制器采集每个用电负荷设备、分布式能源和储能设备的电力数据，并将电力数据通过DR客户端传送给DRAS。DRAS将DR中心制定的电价信息和需求响应事件发送给DR客户端，由DR客户端制定控制策略，EDR控制器根据控制策略，对每个用电负荷设备、分布式能源和储能设备的运行状态和运行模式进行控制。本发明具有能够实时准确的平衡电网负荷、减少新能源并网对电网的冲击以及提高电网的稳定性的优点。

Description

一种自动需求响应系统和自动需求响应方法

技术领域

本发明属于智能电网技术领域，特别涉及一种自动需求响应系统和自动需求响应方法。

背景技术

电力是当今世界各国的主要能源形式。近年来，随着经济的快速发展，能源危机的日益严峻，节能降耗已成为一个世界性主题。我国电力需求面临的问题主要如下：（1）分布式新能源并网问题：预计到2020年，新能源的发电量将达到1.5亿kW，由于新能源发电具有波动性和间歇性，并网后对电网的冲击很大，要求电网侧增加系统备用，才维持电能的正常供应；（2）高峰负荷大，但运行时间短的问题：我国高峰负荷特性表现为：95%以上的高峰负荷一年的运行时间不到100小时，导致了为应对高峰负荷所增加的发电机组运行效率过低，造成严重的电能源及成本浪费。（3）我国电力具有巨大的节能潜力。据发改委预测，如果我国有效的实施电力需求管理办法，达到节省5％的用电及降低5％的高峰负荷，到2020年可减少电力装机1亿kW左右，超过5个三峡工程的装机容量。

解决以上问题，最行之有效的方法就是实施用电自动需求响应(DR，DemandResponse)。自动需求响应不存在任何的人工介入，通过接受价格或激励信号触发预编程好的需求响应策略，当用户不愿接受这种响应策略时也可以选择退出。自动需求响应能够减少系统备用，避免高峰机组的投入，并提高设备的运行效率；对新能源的并网，实施自动需求响应能够自动维持电网的稳定，促进新能源的消纳，并能够实现节能减排，保护环境。

在DR技术领域，我国也开展了数年的研究，早期从智能电网、需求侧管理(DSM)入手，发展到目前开始着眼于自动需求响应技术的探索和研究，并取得了一定的成绩，形成了需求响应中的直接负荷控制策略、需求响应与先进计量体系的协调发展策略、智能电网下计及用户侧互动的发电日前调度计划模型等等一系列的探索研究成果。

在公告号为CN102738801A的中国发明专利申请公开了一种电力需求响应方法和响应系统，该申请的需求响应方法包括：用于将电力部分接口与供电系统进行连接的步骤，用于通过电力部分接口向供电系统获取供电信息的步骤，用于根据供电信息对全电网的用电需求进行分析的步骤，用于根据用电需求的分析对社区的供电信息和用电需求进行分析的步骤，用于生成调度方案的步骤，用于根据调度方案通过需求响应装置进行执行的步骤。相对应的系统包括电力部分接口装置、用电需求分析装置、社区分析装置、需求调度装置和需求响应装置，该申请根据供电系统的供电信息，生成调度方案，实现对用电负荷设备的调度，以达到平衡电网负荷的目的。但是该申请需求响应系统只是针对重点用户、重点负荷类型的用电负荷设备数据采集信息和负载特性精细化分析，不能对每个用电负荷设备用电、分布式能源的发电和储能设备的储能情况等进行采集。因此供电系统不能实时精确掌握电力用户的用电情况、发电情况以及储能情况，不能做到实时准确的平衡电网负荷。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的缺点与不足，提供一种能够实时准确的平衡电网负荷、减少新能源并网对电网的冲击以及提高电网的稳定性的自动需求响应系统。

本发明的另一目的在于，提供一种基于上述自动需求响应系统的自动需求响应方法。

为了达到上述第一个目的，本发明采用以下技术方案实现：一种自动需求响应系统，包括EDR控制器（Equipment Demand Response Controller，设备需求响应控制器）、多协议通信网关、DR客户端（Demand Response Client，需求响应客户端）和DRAS（Demand Response Automation Server，需求响应自动服务器）；所述EDR控制器通过多协议通信网关与DR客户端连接，所述DR客户端与DRAS连接；

EDR控制器：用于采集用电负荷设备、分布式能源和储能设备的电力数据，并将采集到的电力数据通过多协议通信网关发送给DR客户端；执行DR客户端下达的控制策略，产生相应的控制信号，并将控制信号发送给用电负荷设备、分布式能源及储能设备；

DR客户端：用于统计用电负荷设备、分布式能源以及储能设备的电力数据；并将统计结果发送给DRAS；接收DRAS发送的电价信息以及调度信息，制定相应的需求响应控制策略；

DRAS：用于接收DR客户端发送的统计数据，对全网电力数据进行融合、计算和分析处理，并将处理结果反馈给DR中心。

优选的，所述EDR控制器与多协议通信网关无线连接；DR客户端通过以太网分别与多协议通信网关和DRAS连接；所述多协议通信网关支持Modbus、BACnet、M-Bus和LonWorks总线协议，支持以太网、RS232、RS485和USB接口。

优选的，所述EDR控制器包括HAVC（HeatingVentilating and AirConditioning，暖通空调）无线恒温控制器、电动汽车充放电控制器、加热设备控制器、普通电器控制器、阀门电动控制器和分布式电源控制器。

优选的，所述DRAS包括数据采集模块、能量管理模块、用户信息系统模块、需求响应模块和用电负荷调度模块；

数据采集模块：采集各个DR客户端发送的用电负荷设备的用电数据、分布式能源的发电数据和储能设备的储能数据，向能源管理模块和用户系统模块提供电网中各个区域的实时信息。

能量管理模块：根据数据采集模块提供的用电负荷设备用电数据、分布式能源发电数据和储能设备的储能数据，执行全网用电预测、分布式能源和电厂发电预测。

用户信息系统模块：管理DR项目的合同信息、合同价格、DR计划的参与性以及电力用户参与DR事件的起止时间；

需求响应模块：包括电价信息发布模块和需求响应事件信息发布模块，将能量管理模块和用户信息系统模块提供的信息反馈给DR中心，接收DR中心发布的电价信息和需求响应事件。

用电负荷调度模块：根据需求响应模块提供的电价信息和需求响应事件产生调度信息，并将电价信息和调度信息发送给DR客户端。

为了达到上述第二个目的，本发明采用以下技术方案：一种自动需求响应方法，包括以下步骤：

（1）EDR控制器采集每个用电负荷设备、分布式能源和储存设备的电力数据；并将其采集到的电力数据通过多协议通信网关传送给DR客户端；

（2）DR客户端统计各社区或工业区中用电负荷设备、分布式能源和储能设备的电力数据，并将统计结果发送给DRAS；

（3）DRAS对全网的电力数据进行融合、统计和分析处理，并将处理结果反馈给DR中心；

（4）DR中心根据其接收到的来自DRAS的处理结果，制定电价信息和发布需求响应事件，并将电价信息和需求响应事件发送给DRAS；

（5）DRAS接收到电价信息和需求响应事件后，根据电价信息和需求响应事件产生调度信息；并将电价信息和调度信息发送给DR客户端，DR客户端接收到电价信息和调度信息后，制定相应的DR控制策略，并将DR控制策略发送给EDR控制器；

（6）EDR控制器接收到DR控制策略后，产生相应的控制信号，并将控制信号发送给用电负荷设备、分布式能源和储能设备，控制用电负荷设备、分布式能源和储能设备的运行状态和运行模式。

优选的，所述步骤（4）中的电价信息包括分时电价、峰值电价、阶梯电价和实时电价信息，所述需求响应事件包括需求命令、电量命令、直接负荷控制激励信息和可中断负荷控制激励信息。

优选的，所述步骤（2）中DR客户端将统计结果发送给DRAS的数据采集模块；

所述步骤（3）中DRAS的能量管理模块和用户信息系统模块分别对DRAS的数据采集模块所采集到的全网电力数据和电力用户信息进行融合、统计和分析处理；并通过DRAS的需求响应模块将处理结果反馈给DR中心；

所述步骤（4）中DR中心将电价信息和需求响应事件发送给DRAS的需求响应模块；

所述步骤（5）中DRAS的需求响应模块将电价信息和需求响应事件发送给DRAS的用电负荷调度模块，DRAS的用电负荷调度模块根据电价信息和需求响应事件产生调度信息，并将电价信息和调度信息传输至DR客户端。

优选的，所述步骤（1）中的电力数据包括用户负荷设备用电数据、分布式能源发电数据以及储能设备的储能数据。

优选的，所述步骤（1）中EDR控制器还采集用电负荷设备的环境参数，所述环境参数包括温湿度、照度和噪声。

更进一步的，所述步骤（6）中的EDR控制器还包含电力用户自设的控制策略，EDR控制器分析用电负荷设备的用电数据和环境、分布式能源发电数据以及储能设备的储能数据参数，与其自身预设的参数进行比较，若有一个参数或几个参数达到了预设的参数要求，则执行电力用户自设的控制策略。

本发明相对于现有技术具有如下的优点及效果：

（1）本发明通过EDR控制器实时的采集每个用电负荷设备、分布式电源和储能设备的电力数据，并将电力数据通过多协议网关、DR客户端和DRAS传送到DR中心，由DR中心制定电价信息和需求响应事件，DR客户端根据电价信息和需求响应事件制定相应的DR控制策略，EDR控制器根据DR控制策略对每个用电负荷设备、分布式电源和储能设备运行状态和运行模式进行实时的控制。由于本发明自动需求响应系统是针对每个用电负荷设备、分布式能源以及储能设备的电力数据进行采集的，因此能够实时精确掌握电力用户的用电情况、发电情况以及储能情况，达到实时准确的平衡电网负荷。又因为本发明可实现对分布式能源集中管理和控制，因此减少新能源并网对电网的冲击，有效提高了电网的稳定性。

（2）本发明根据电网侧DR中心发布的电价信息和需求响应事件来制定DR控制策略，通过DR控制策略控制每个用电负荷设备、分布式电源和储能设备运行状态和运行模式，在预编程的管理模式下由电网统一管理，达到优化资源组合、节约能源和改善环境等多重目的，并对分布式能源的电力数据进行挖掘、分析、加工和处理，为用户提供能源考核和节能减排的依据。

（3）本发明还可以通过EDR控制器自设的电力用户控制策略来控制用电负荷设备、分布式电源和储能设备运行状态和运行模式，实现用电负荷设备的单独管理和调度。

附图说明

图1是本发明自动需求响应系统的组成结构图。

图2是本发明DRAS工作流程图。

图3是本发明自动需求响应系统的工作流程图。

具体实施方式

下面结合实施例及附图对本发明作进一步详细的描述，但本发明的实施方式不限于此。

实施例

如图1所示，本实施例公开了一种自动需求响应系统，包括EDR控制器1、多协议通信网关2、DR客户端3和DRAS4；EDR控制器1通过多协议通信网关2与DR客户端3连接，所述DR客户端3与DRAS4连接。每个用电负荷设备、分布式能源及储能设备均连接有EDR控制器1。

EDR控制器1与多协议通信网关2无线连接，DR客户端3通过以太网分别与多协议网关2和DRAS4连接。其中多协议通信网关支持Modbus、BACnet、M-Bus、LonWorks等总线协议，支持以太网、RS232、RS485、USB等接口，可以方便的接入本地控制网络或直接连接本地计算机。

EDR控制器包括HAVC无线恒温控制器、电动汽车充放电控制器、加热设备控制器、普通电器控制器、阀门电动控制器和分布式电源控制器。本实施例的EDR控制器用于采集用电负荷设备、分布式能源和储能设备的电力数据，并将采集到的电力数据通过多协议通信网关发送给DR客户端；执行DR客户端下达的控制策略，产生相应的控制信号，然后发送给用电负荷设备、分布式能源及储能设备；其中EDR控制器具备有线和无线通信能力，满足OpenADR通信规范，EDR控制器可以通过无线或有线的方式与用电负荷设备进行通信。

DR客户端：用于统计用电负荷设备、储能设备以及分布式能源的电力数据；并将统计结果发送给DRAS；以一定的频率不断地接收DRAS发送的最新的电价信息以及调度信息，制定相应的需求响应控制策略；

DRAS：用于接收DR客户端发送的统计数据，实时对全网的电力相关数据进行融合、计算、分析等处理，并将处理的结果反馈给DR中心制定电价信息和发布需求响应事件，然后将电价信息和调度信息通过SSL（Security Socket Layer）加密传输至DR客户端。

如图2所示，DRAS包括数据采集模块、能量管理模块、用户信息系统模块、需求响应模块和用电负荷调度模块。

数据采集模块：采集各个DR客户端发送的用电负荷设备的用电数据、分布式能源的发电数据和储能设备的储能数据等电力相关数据，向能源管理模块和用户系统模块提供电网中各个区域的实时信息。

能量管理模块：根据数据采集模块提供的用电负荷设备用电数据、分布式能源发电数据和储能设备的储能数据，执行全网用电预测、分布式能源和电厂发电预测。

用户信息系统模块：管理DR项目的合同信息、合同价格、DR计划的参与性以及电力用户参与DR事件的起止时间等用户信息；

需求响应模块：包括电价信息发布模块和需求响应事件信息发布模块，将能量管理模块和用户信息系统模块提供的信息反馈给DR中心，接收DR中心发布的电价信息和需求响应事件。

用电负荷调度模块：根据需求响应模块提供的电价信息和需求响应事件产生调度信息，对全网各个区域的用电进行实时调度，并将电价信息和调度信息发送给DR客户端。

如图3所示，本实施例公开了一种自动需求响应方法，包括以下步骤：

（1）EDR控制器采集每个用电负荷设备的用电、分布式能源的发电以及储能设备的储能等相关电力数据。同时也采集每个用电负荷设备工作环境的温湿度、照度、噪声等环境参数，并将其采集到的电力数据通过多协议通信网关传送给DR客户端。其中本实施例的分布式能源为太阳能发电系统或风力发电系统，储能设备为铅酸蓄电池或充电器。

（2）DR客户端统计各社区或工业区中用电负荷设备的用电、分布式能源的发电以及储能设备的储能等相关电力数据，并将统计结果发送给DRAS的数据采集模块；

（3）DRAS的能量管理模块和用户信息系统模块分别对数据采集模块所采集到的全网电力数据和电力用户信息进行融合、统计和分析处理，并将处理结果通过需求响应模块反馈给DR中心；

（4）DR中心根据其接收到的来自DRAS的处理结果，制定电价信息和发布需求响应事件，并将电价信息和需求响应事件发送给DRAS的需求响应模块；其中电价信息包括分时电价、峰值电价、阶梯电价和实时电价信息，需求响应事件包括需求命令、电量命令、直接负荷控制激励信息和可中断负荷控制激励信息。

（5）DRAS的需求响应模块将电价信息和需求响应事件发送给DRAS的用电负荷调度模块，DRAS的用电负荷调度模块根据电价信息和需求响应事件产生调度信息，将电价信息和调度信息通过SSL加密传输至DR客户端，DR客户端实时接收电价信息和调度信息，制定相应的DR控制策略，并将DR控制策略通过多协议通信网关发送给EDR控制器。

（6）EDR控制器接收到DR控制策略后，产生相应的控制信号，并将控制信号发送给用户负荷设备、分布式能源以及储能设备，控制用户负荷设备、分布式能源以及储能设备的运行状态和运行模式。本实施例的EDR控制器中还包含电力用户自设的控制策略，EDR控制器分析用电负荷设备的用电数据和环境、分布式能源发电数据以及储能设备的储能数据参数，与其自身预设的参数进行比较，若有一个参数或几个参数达到了预设的参数要求，则执行电力用户自设的控制策略，实现控制用户负荷设备、分布式能源和储能设备的运行状态和运行模式。其中EDR控制器发送的控制命令遵循美标OpenADR的控制协议，用电负荷设备、分布式能源以及储能设备支持该控制协议。

上述实施例为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受上述实施例的限制，其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种自动需求响应系统，其特征在于，包括EDR控制器、多协议通信网关、DR客户端和DRAS；所述EDR控制器通过多协议通信网关与DR客户端连接，所述DR客户端与DRAS连接；

EDR控制器：用于采集用电负荷设备、分布式能源和储能设备的电力数据，并将采集到的电力数据通过多协议通信网关发送给DR客户端；执行DR客户端下达的控制策略，产生相应的控制信号，并将控制信号发送给用电负荷设备、分布式能源及储能设备；

DR客户端：用于统计用电负荷设备、分布式能源以及储能设备的电力数据；并将统计结果发送给DRAS；接收DRAS发送的电价信息以及调度信息，制定相应的需求响应控制策略；

DRAS：用于接收DR客户端发送的统计数据，对全网电力数据进行融合、计算和分析处理，并将处理结果反馈给DR中心；

DRAS包括数据采集模块、能量管理模块、用户信息系统模块、需求响应模块和用电负荷调度模块；

数据采集模块：采集各个DR客户端发送的用电负荷设备的用电数据、分布式能源的发电数据和储能设备的储能数据，向能源管理模块和用户系统模块提供电网中各个区域的实时信息；

能量管理模块：根据数据采集模块提供的用电负荷设备用电数据、分布式能源发电数据和储能设备的储能数据，执行全网用电预测、分布式能源和电厂发电预测；

用户信息系统模块：管理DR项目的合同信息、合同价格、DR计划的参与性以及电力用户参与DR事件的起止时间；

需求响应模块：包括电价信息发布模块和需求响应事件信息发布模块，将能量管理模块和用户信息系统模块提供的信息反馈给DR中心，接收DR中心发布的电价信息和需求响应事件；

用电负荷调度模块：根据需求响应模块提供的电价信息和需求响应事件产生调度信息，并将电价信息和调度信息发送给DR客户端。

2.根据权利要求1所述的自动需求响应系统，其特征在于，所述EDR控制器与多协议通信网关无线连接；DR客户端通过以太网分别与多协议通信网关和DRAS连接；所述多协议通信网关支持Modbus、BACnet、M-Bus和LonWorks总线协议，支持以太网、RS232、RS485和USB接口。

3.根据权利要求1所述的自动需求响应系统，其特征在于，所述EDR控制器包括HAVC无线恒温控制器、电动汽车充放电控制器、加热设备控制器、普通电器控制器、阀门电动控制器和分布式电源控制器。

4.一种基于权利要求1所述自动需求响应系统的自动需求响应方法，其特征在于，包括以下步骤：

(1)EDR控制器采集每个用电负荷设备、分布式能源和储存设备的电力数据；并将其采集到的电力数据通过多协议通信网关传送给DR客户端；

(2)DR客户端统计各社区或工业区中用电负荷设备、分布式能源和储能设备的电力数据，并将统计结果发送给DRAS；

(3)DRAS对全网的电力数据进行融合、统计和分析处理，并将处理结果反馈给DR中心；

(4)DR中心根据其接收到的来自DRAS的处理结果，制定电价信息和发布需求响应事件，并将电价信息和需求响应事件发送给DRAS；

(5)DRAS接收到电价信息和需求响应事件后，根据电价信息和需求响应事件产生调度信息；并将电价信息和调度信息发送给DR客户端，DR客户端接收到电价信息和调度信息后，制定相应的DR控制策略，并将DR控制策略发送给EDR控制器；

(6)EDR控制器接收到DR控制策略后，产生相应的控制信号，并将控制信号发送给用电负荷设备、分布式能源和储能设备，控制用电负荷设备、分布式能源和储能设备的运行状态和运行模式。

5.根据权利要求4所述的自动需求响应方法，其特征在于，所述步骤(4)中的电价信息包括分时电价、峰值电价、阶梯电价和实时电价信息，所述需求响应事件包括需求命令、电量命令、直接负荷控制激励信息和可中断负荷控制激励信息。

6.根据权利要求4所述的自动需求响应方法，其特征在于，

所述步骤(2)中DR客户端将统计结果发送给DRAS的数据采集模块；

所述步骤(3)中DRAS的能量管理模块和用户信息系统模块分别对DRAS的数据采集模块所采集到的全网电力数据和电力用户信息进行融合、统计和分析处理；并通过DRAS的需求响应模块将处理结果反馈给DR中心；

所述步骤(4)中DR中心将电价信息和需求响应事件发送给DRAS的需求响应模块；

所述步骤(5)中DRAS的需求响应模块将电价信息和需求响应事件发送给DRAS的用电负荷调度模块，DRAS的用电负荷调度根据电价信息和需求响应事件产生调度信息，并将电价信息和调度信息传输至DR客户端。

7.根据权利要求4或6所述的自动需求响应方法，其特征在于，所述步骤(1)中的电力数据包括用户负荷设备用电数据、分布式能源发电数据以及储能设备的储能数据。

8.根据权利要求4所述的自动需求响应方法，其特征在于，所述步骤(1)中EDR控制器还采集用电负荷设备的环境参数，所述环境参数包括温湿度、照度和噪声。

9.根据权利要求8所述的自动需求响应方法，其特征在于，所述步骤(6)中的EDR控制器还包含电力用户自设的控制策略，EDR控制器分析用电负荷设备的用电数据和环境、分布式能源发电数据以及储能设备的储能数据参数，与其自身预设的参数进行比较，若有一个参数或几个参数达到了预设的参数要求，则执行电力用户自设的控制策略。