CN105356604B - 用户侧需求响应方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种用户侧需求响应方法，总控模块采集外接设备的用电信息、运行参数和环境状态信息，并实时缓存和记录所采集的数据；总控模块根据远端主站需求，将所采集到的对应数据信息传输给主站；总控模块接收主站需求能力分析的查询指令，并做响应能力分析；总控模块根据当前采集到的设备用电信息、运行参数和环境状态信息结合预制策略专家库确定一条策略进行柔性控制，即总控模块通过设备接入接口向外接设备发出所选定的控制指令。本发明可实现实时需求响应信号下的用户侧空调负荷柔性调控，完成电网下达的需求响应信号实现负荷控制或削峰的需求，大大降低了外接设备的能耗。
Description
技术领域
本发明涉及电力能效监控技术领域，具体涉及用户侧需求响应方法。
背景技术
在当前用户侧综合电气系统中，大部份电气设备都相对独立的运行，按照用户设定的既定方案手动开启或关闭相关设备；少部份接入智能控制系统的应用场合，也只能部分控制相应设备的启停，并没有真正的通过专业的分析得出合理并完整的自动化用电管理方案。在这种情况下，就出现了相对较高的能效浪费，这不仅会使用户产生用电成本浪费，还与当前国家大力提倡的节能降耗背道而驰，使应该得到能源利用的地方没有得到合理的能源分配，而已经得到充分能源供及的地方又产生了过度的能源消耗，没有让能源体现出其最大生产效能。
发明内容
本发明的目的就在于为了解决上述问题而提供一种用户侧需求响应方法。
本发明通过以下技术方案来实现上述目的：
一种用户侧需求响应方法，包括以下步骤：
A1：数据采集、缓存与记录，总控模块通过设备接入接口采集外接设备的用电信息、运行参数和环境状态信息，并实时缓存和记录所采集的数据；
A2：远端需求服务，根据远端主站需求，总控模块将所采集到的对应数据信息通过数据加解密模块加密，然后通过远程通讯接口传输给主站；
A3：响应能力分析，总控模块接收主站需求能力分析的查询指令，总控模块根据当前采集到的设备用电信息、运行参数和环境状态信息结合预制策略专家库做响应能力分析；
A4：柔性策略响应，总控模块根据当前采集到的设备用电信息、运行参数和环境状态信息结合预制策略专家库确定一条策略进行柔性控制，即总控模块通过设备接入接口向外接设备发出所选定的控制指令。
进一步地，所述设备接入接口包括串行通讯接口、网络通讯接口和本地IO接口。
进一步地，所述远程通讯接口包括网络通讯接口和GPRS通讯接口。
进一步地，所述预制策略专家库是在工程实施过程中由专业能效工程师根据客户的设备特性以及能耗特性做出的多种预制控制策略的集合体。
进一步地，对外接设备的数据采集流程包括以下步骤：
B1：调用设备接入模块构建数据采集指令；
B2：调用对应设备接入接口并向外接设备下发指令；
B3：调用对应通讯接收设备响应报文，如果收到设备响应，则跳转至步骤B4，如果没有收到设备响应，则跳转至步骤B5；
B4：通过设备接入模块解析响应的数据，并保存数据到实时库；
B5：向数据采集模块返回采集出错信息。
进一步地，所述远端需求服务的处理流程包括以下步骤：
C1：等待主站查询指令，如果收到查询指令，则继续执行步骤C2，如果没有收到查询指令，则跳转至步骤C3；
C2：根据查询指令从实时数据库和历史数据库调取数据信息，然后跳转至步骤C4；
C3：汇总上次输送后的变位数据；
C4：通过数据加解密模块将数据加密，并调用对应的远程通讯接口向主站发送加密后的数据。
进一步地，所述柔性策略响应包括策略匹配与构建、作业执行、响应结束与恢复三个响应过程。
更进一步地，所述策略匹配与构建包括以下步骤：
D1：需求响应信号下发，如果终端不响应，则本次需求响应过程结束，如果终端响应，则继续执行以下步骤；
D2：终端响应接收信息；
D3：根据接收的负荷控制信息和设备运行的工况逐一筛选策略，如果能够完全匹配一条策略，则直接跳转至步骤D4，如果所有的策略都不能完全匹配接收的负荷控制信息和设备运行工况，则选中默认的缺省策略后继续步骤D4；
D4：构建需求响应策略；
D5：构建作业列表，并根据作业列表进行作业调度。
更进一步地，所述作业执行包括以下步骤：
E1：操作前检查，如果检查失败，则跳转至步骤E3，如果检查成功，则继续执行以下步骤；
E2：执行操作；
E3：时间延迟；
E4：操作后检查，如果检测失败且有重试次数，则跳转至步骤E1，如果检查失败且无重试次数，继续执行步骤E5，如果检查成功则跳转至步骤E6；
E5：如果有失败跳转指令，则执行此指令，如果没有则结束；
E6：如果有成功跳转指令，则执行此指令，如果没有，则结束。
更进一步地，所述响应结束与恢复包括以下步骤：
F1：如果需求响应时段结束或有需求响应取消命令，则均取消需求响应指示灯；
F2：构建恢复作业；
F3：恢复作业调度。
本发明的有益效果在于：
本发明可自主感知用户侧需求响应能力，动态获取当前设备的完整工况、能耗及环境信息，智能匹配预制策略中相应负荷控制策略，自动执行策略内的各项控制指令，实现实时需求响应信号下的用户侧空调负荷柔性调控，完成电网下达的需求响应信号实现负荷控制或削峰的需求，大大降低了外接设备的能耗。
附图说明
图1是本发明的设备模块及应用拓扑图；
图2是本发明对外接设备的数据采集流程图；
图3是本发明远端需求服务的处理流程图；
图4是本发明策略匹配与构建的流程图；
图5是本发明作业执行的流程图；
图6是本发明响应结束与恢复的流程图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步说明：
如图1所示，本发明包括以下步骤：
A1：数据采集、缓存与记录，总控模块通过设备接入接口采集外接设备的用电信息、运行参数和环境状态信息，并实时缓存和记录所采集的数据；
A2：远端需求服务，根据远端主站需求，总控模块将所采集到的对应数据信息通过数据加解密模块加密，然后通过远程通讯接口传输给主站；
A3：响应能力分析，总控模块接收主站需求能力分析的查询指令，总控模块根据当前采集到的设备用电信息、运行参数和环境状态信息结合预制策略专家库做响应能力分析；
A4：柔性策略响应，总控模块根据当前采集到的设备用电信息、运行参数和环境状态信息结合预制策略专家库确定一条策略进行柔性控制，即总控模块通过设备接入接口向外接设备发出所选定的控制指令。
在本专利中，设备接入接口包括串行通讯接口、网络通讯接口和本地IO接口。远程通讯接口包括网络通讯接口和GPRS通讯接口。预制策略专家库是在工程实施过程中由专业能效工程师根据客户的设备特性以及能耗特性做出的多种预制控制策略的集合体。
如图2所示，步骤A1中对外接设备的数据采集流程包括以下步骤：
B1：调用设备接入模块构建数据采集指令；
B2：调用对应设备接入接口并向外接设备下发指令；
B3：调用对应通讯接收设备响应报文，如果收到设备响应，则跳转至步骤B4，如果没有收到设备响应，则跳转至步骤B5；
B4：通过设备接入模块解析响应的数据，并保存数据到实时库；
B5：向数据采集模块返回采集出错信息。
设备启动后的数据采集根据预先定义的规则定时通过设备接入接口定时发送采集指令，采集时调用通讯模块(根据接入方式，自动调用串行通讯模块、网络通讯模块和本地IO模块中的一种)向设备下发指令并接收设备的响应数据。接收到的数据经过采集模块对数据进行译码之后发送到实时数据缓存与记录模块存入实时库与历史库中。采集模块可支持包括Modbus-tcp、Modbus-rtu与Modbus-ascii、Dlt645-1997、Dlt645-2007、Bacnet-ip、Bacnet-ethernet、Bacnet-mstp、PPI、MPI协议类型的接入，这是后续实现柔性控制的基础条件。
如图3所示，步骤A2中远端需求服务的处理流程包括以下步骤：
C1：等待主站查询指令，如果收到查询指令，则继续执行步骤C2，如果没有收到查询指令，则跳转至步骤C3；
C2：根据查询指令从实时数据库和历史数据库调取数据信息，然后跳转至步骤C4；
C3：汇总上次输送后的变位数据；
C4：通过数据加解密模块将数据加密，并调用对应的远程通讯接口向主站发送加密后的数据。
远端需求服务模块启动后一直监听远端主站的查询指令，在收到查询指令时按照查询指令的要求，解析命令并根据命令从终端实时库/历史库查询需要的信息上传到远端服略器，这些数据包括用户侧的设备信息、设备的工作状态、总体能耗水平、环境参量等。所有上传信息都经过加解密模块进行数据加密(加密密钥在初始化阶段与主站协商得到)，加密完成后通过远程通讯接口(根据配置选择网络通讯模块和GPRS通讯模块中的一种)将加密后符合电网规范的密文数据将发送至远端主站，作为主站需求响应指令下发和执行效果评估的依据。远端需求服务模块支持GDW376、IEC104、OPENADR、XML等多种电力规范的通迅规约。
步骤A3中的响应能力分析。当主站根据电网需求及获取到的用户侧信息需要进行需求响应控制调节电网负荷时，可不断的通过远端通迅接口下发加密的用户侧响应能力查询指令获取用户侧的响应能力(负荷下降能力)。在柔性策略模块接收该指令并识别转发到响应能力分析模块，响应能力分析模块接收指令则根据当前的实时设备工况、能耗水平、环境参量等动态参量与预制的策略专家库实现智能匹配，快速完成可执行策略的匹配，并将可执行策略每一项的负荷控制能力作为响应能力分析的结果回传给柔性策略模块发送到远端主站供其选择性使用。主站接收到用户侧的响应能力后，在电网负荷调控时主站则根据最后一次获得的响应能力分析结果综合计算并分配每一个参与用户的负荷限定额度，并将生成的需求响应指令实时传送到每一个参与用户。
步骤A4中的柔性策略响应。柔性策略模块监听需求响应主站的需求响应指令。当接收到主站下发指令后，首先确认用户是否参与该次需求响应控制，如果用户不参与侧直接回复拒绝信号给远端主站，由主站使用后备用户参与调控。当用户参与响应时，柔性策略模块根据下发的负荷限定需求，再次转发到响应能力分析模块将该指令动态匹配当前工况，按照下限接近的原则从预制策略专家库中选择最适当的策略通知柔性控制模块执行需求响应控制。柔性控制执行时，首先柔性响应控制模块根据响选中的策略立即构建主控制作业列表和轮控作业列表，并在开始执行前1～5分钟记录用户侧各个设备的当前工作模式和运行参数。接着，在开始执行后柔性响应控制模块不断按照系统时间扫描检查执行每一条作业。在执行作业时柔性响应控制模块会将作业中各条指令解码并发送到设备控制模块，设备控制模块接到设备控制指令时将指令根据系统配置使用设备接入接口发送到具体的设备，实时控制设备运行模式或工作参数。最后，在各个作业执行完成或接到调控取消信号时，柔性响应控制模块调入策略指定的恢复作业执行之前记录的设备工况和运行参数的恢复完成整个需求响应的控制。
柔性策略响应包括策略匹配与构建、作业执行、响应结束与恢复三个响应过程。
如图4所示，策略匹配与构建包括以下步骤：
D1：需求响应信号下发，如果终端不响应，则本次需求响应过程结束，如果终端响应，则继续执行以下步骤；
D2：终端响应接收信息；
D3：根据接收的负荷控制信息和设备运行的工况逐一筛选策略，如果能够完全匹配一条策略，则直接跳转至步骤D4，如果所有的策略都不能完全匹配接收的负荷控制信息和设备运行工况，则选中默认的缺省策略后继续步骤D4；
D4：构建需求响应策略；
D5：构建作业列表，并根据作业列表进行作业调度。
需求响应信号下达后，终端根据实际情况回答是否参加本次需求响应。由于每天的工况不同，终端必须通过通迅接口实时获取当前工况，根据当前设备工况来构建策略，匹配完成后在下达的需求响应时段内执行策略控制设备完成负荷限额需求。
如图5所示，作业执行包括以下步骤：
E1：操作前检查，如果检查失败，则跳转至步骤E3，如果检查成功，则继续执行以下步骤；
E2：执行操作；
E3：时间延迟；
E4：操作后检查，如果检测失败且有重试次数，则跳转至步骤E1，如果检查失败且无重试次数，继续执行步骤E5，如果检查成功则跳转至步骤E6；
E5：如果有失败跳转指令，则执行此指令，如果没有则结束；
E6：如果有成功跳转指令，则执行此指令，如果没有，则结束。
在构建需求响应策略后，将会构建作业列表，并有调度机制定时执行作业指令，同时为保证负荷下降达到指定效果，将会启动轮控机制来保障执行结果。其中轮控分为四轮，每轮有各自的执行倒计时，在倒计时结束后的轮控作业指令将会按照指定时间循环执行，确保负荷下降达到指定标准。整个作业执行是一个循环过程，首先执行第一条作业中的设备操作指令，执行完成后依据执行结果选择下一步的指令执行，直到所有指令执行结束并返回最终结果。
如图6所示，响应结束与恢复包括以下步骤：
F1：如果需求响应时段结束或有需求响应取消命令，则均取消需求响应指示灯；
F2：构建恢复作业；
F3：恢复作业调度。
在需求响应时段结束或者在接收取消指令后，将会取消需求响应信号，并构建恢复作业，将设备参数调整至需求响应开始前的数值，从而恢复设备正常运行。
本发明所述用户侧需求响应方法，基于电力需求响应理论，利用嵌入式技术结合智能柔性控制方式实现用户侧电力需求响应下用户负荷限定。需求响应终端通过与需求侧主站、用户侧用能设备共同构建整个需求响应调度(调控)系统；终端实时采集、汇聚用户侧设备的各种数据，在执行需求响应调控时，准确接收主站下发的需求响应信号，实时分析用户侧设备的响应能力，快速匹配并调用用能设备执行控制策略，实现需求响应能力约定的柔性负荷调控，完成电网削峰、负荷平移，改善电网运行质量和效率。
以上仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围内。
Claims (9)
1.一种用户侧需求响应方法，其特征在于，包括以下步骤：
A1：数据采集、缓存与记录，总控模块通过设备接入接口采集外接设备的用电信息、运行参数和环境状态信息，并实时缓存和记录所采集的数据；
A2：远端需求服务，根据远端主站需求，总控模块将所采集到的对应数据信息通过数据加解密模块加密，然后通过远程通讯接口传输给主站；
A3：响应能力分析，总控模块接收主站需求能力分析的查询指令，总控模块根据当前采集到的设备用电信息、运行参数和环境状态信息结合预制策略专家库做响应能力分析；
A4：柔性策略响应，总控模块根据当前采集到的设备用电信息、运行参数和环境状态信息结合预制策略专家库确定一条策略进行柔性控制，即总控模块通过设备接入接口向外接设备发出所选定的控制指令；
对外接设备的数据采集流程包括以下步骤：
B1：调用设备接入模块构建数据采集指令；
B2：调用对应设备接入接口并向外接设备下发指令；
B3：调用对应通讯接收设备响应报文，如果收到设备响应，则跳转至步骤B4，如果没有收到设备响应，则跳转至步骤B5；
B4：通过设备接入模块解析响应的数据，并保存数据到实时库；
B5：向数据采集模块返回采集出错信息。
2.根据权利要求1所述的用户侧需求响应方法，其特征在于：所述设备接入接口包括串行通讯接口、网络通讯接口和本地IO接口。
3.根据权利要求1所述的用户侧需求响应方法，其特征在于：所述远程通讯接口包括网络通讯接口和GPRS通讯接口。
4.根据权利要求1所述的用户侧需求响应方法，其特征在于：所述预制策略专家库是在工程实施过程中由专业能效工程师根据客户的设备特性以及能耗特性做出的多种预制控制策略的集合体。
5.根据权利要求1所述的用户侧需求响应方法，其特征在于，所述远端需求服务的处理流程包括以下步骤：
C1：等待主站查询指令，如果收到查询指令，则继续执行步骤C2，如果没有收到查询指令，则跳转至步骤C3；
C2：根据查询指令从实时数据库和历史数据库调取数据信息，然后跳转至步骤C4；
C3：汇总上次输送后的变位数据；
C4：通过数据加解密模块将数据加密，并调用对应的远程通讯接口向主站发送加密后的数据。
6.根据权利要求1所述的用户侧需求响应方法，其特征在于：所述柔性策略响应包括策略匹配与构建、作业执行、响应结束与恢复三个响应过程。
7.根据权利要求6所述的用户侧需求响应方法，其特征在于，所述策略匹配与构建包括以下步骤：
D1：需求响应信号下发，如果终端不响应，则本次需求响应过程结束，如果终端响应，则继续执行以下步骤；
D2：终端响应接收信息；
D3：根据接收的负荷控制信息和设备运行的工况逐一筛选策略，如果能够完全匹配一条策略，则直接跳转至步骤D4，如果所有的策略都不能完全匹配接收的负荷控制信息和设备运行工况，则选中默认的缺省策略后继续步骤D4；
D4：构建需求响应策略；
D5：构建作业列表，并根据作业列表进行作业调度。
8.根据权利要求6所述的用户侧需求响应方法，其特征在于，所述作业执行包括以下步骤：
E1：操作前检查，如果检查失败，则跳转至步骤E3，如果检查成功，则继续执行以下步骤；
E2：执行操作；
E3：时间延迟；
E4：操作后检查，如果检测失败且有重试次数，则跳转至步骤E1，如果检查失败且无重试次数，继续执行步骤E5，如果检查成功则跳转至步骤E6；
E5：如果有失败跳转指令，则执行此指令，如果没有，则结束；
E6：如果有成功跳转指令，则执行此指令，如果没有，则结束。
9.根据权利要求6所述的用户侧需求响应方法，其特征在于，所述响应结束与恢复包括以下步骤：
F1：如果需求响应时段结束或有需求响应取消命令，则均取消需求响应指示灯；
F2：构建恢复作业；
F3：恢复作业调度。
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