CN105978022B - 实现电网用户自动需求响应的控制系统及控制方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及电网需求和负荷的控制技术，旨在提供一种实现电网用户自动需求响应的控制系统及控制方法。该系统包括需求响应服务器和用户自动需求响应终端，后者包括处理器模块、通讯模块、计量模块、负荷控制模块和/或分布式电源控制模块；处理器模块分别与通讯模块、计量模块、负荷控制模块和/或分布式电源控制模块连接。本发明的控制系统完全基于用户自动需求响应终端的自动需求响应，根据电网公司通过需求响应服务器发布的需求响应事件，自动决策是否参与需求响应时间，并对负荷和分布式电源进行控制，不需要用户的主动干预。本发明实现了需求响应的自动化，并提高了需求响应的速度，可以实现传统需求响应项目无法达到的功能。
Description
技术领域
本发明涉及电网需求和负荷的控制技术，特别是实现电网用户自动需求响应的控制系统及控制方法。更详细的说，本发明涉及基于通讯、决策算法及负荷与电源控制功能的自动需求响应智能终端，实现用户参与需求响应项目的自动化。
背景技术
需求响应(demand response，DR)是需求侧管理的重要技术手段，指用户对价格或者激励信号做出响应，并改变正常电力消费模式，从而实现用电优化和系统资源的综合优化配置。传统的需求响应项目需要用户和电网首先签订合同，然后才能按照合同实施具体的需求响应项目。而具体的需求响应项目分为价格型和激励性两种，其中价格型具有非强制性、用户接受程度高而广泛开展。但是需要用户在收到需求响应信息后，主动参与不响应，具体的参与程度由用户决定，响应的速度较慢，只能实现较长期的负荷转移，对用户的要求也较高。随着分布式电源的快速发展，由于分布式电源尤其是可再生能能源发电的分布式电源其发电随机性和波动性较大，对电网的安全和负荷波动有较大影响。为了充分发挥需求响应技术的潜力，实现可再生能能源的最大化消纳、大电网的移峰填谷以及维护电网的安全稳定运行，需要采用更加有效的需求响应手段。
需求响应分为人工需求响应、半自动需求响应和全自动需求响应三种形式。目前基本上以人工需求响应和半自动需求响应为主。最初的人工需求响应从需求响应信号的传输到对用电设备的控制都完全依赖于人工操作，响应速度慢、可靠性低、灵活性差和效率低下。半自动需求响应则需要管理人员通过集中控制系统触发需求响应程序，需求响应的效率和可靠性有所提高，但是仍然需要专业人员参与，对人力和用户要求都较高。而自动需求响应则不依赖于任何人工操作，通过接受外部信号触发用户侧需求响应程序，大大提高了需求响应的可靠性和效益。而自动需求响应则对响应的系统和智能设备有较高的要求，因此需要开发用户参与自动需求响应的自动化智能终端。
本发明设计开发了一种用户参与自动需求响应的智能控制终端，具备与需求响应通讯接口、决策算法模块以及分布式电源和负荷控制模块，是用户进行自动需求响应的关键设备，使得无需人工参与到具体需求响应过程中，大大提高需求响应的自动化程度和效果。
发明内容
本发明要解决的技术问题是，克服现有技术存在的不足，提出一种实现电网用户自动需求响应的控制系统及控制方法。
为解决技术问题，本发明的解决方案是：
提供一种实现电网用户自动需求响应的控制系统，包括用于计量与采集用户负荷的用电及发电电量的计量模块；该控制系统还包括需求响应服务器和设于各电网用户处的用户自动需求响应终端，两者通过以太网通讯方式进行连接；用户自动需求响应终端包括处理器模块、通讯模块、计量模块、负荷控制模块和/或分布式电源控制模块；处理器模块分别与通讯模块、计量模块、负荷控制模块和/或分布式电源控制模块连接；其中，
需求响应服务器，根据负荷与发电预测、电网的安全运行状况，判断是否需要启动需求响应；如果需要，则向用户自动需求响应终端发布需求响应项目；
通讯模块，用于实现用户自动需求响应终端与需求响应服务器之间的通讯；
负荷控制模块，用于控制用户端负荷的用电行为；
分布式电源控制模块，用于控制用户端分布式电源的发电行为；
处理器模块，用于需求响应的评估与决策中的计算，并通过负荷控制模块和分布式电源控制模块分别对用户负荷的用电行为和分布式电源的发电行为进行调控。
本发明中，所述处理器模块还与显示模块连接，用于显示用户端负荷或用户端分布式电源参与需求响应的成本、收益和效益的数据，以及参数设置的信息。
本发明进一步提供了一种电网用户自动需求响应的控制方法，包括以下步骤：
(1)需求响应服务器根据电网的负荷与发电预测、电网的安全运行状况，判断是否需要启动需求响应；如果需要，则向用户自动需求响应终端发布需求响应项目；
(2)用户自动需求响应终端接收到需求响应项目的信息以后，根据预设的规则对是否参与需求响应做出判断；如果参与，则反馈信息给需求响应服务器，并根据需求响应项目的要求对用户端负荷的用电行为或用户端分布式电源的发电行为控制；
(3)用户自动需求响应终端参与需求响应以后，通过计量模块测量参与需求响应后的负荷和发电数据变化，计算用户端负荷或用户端分布式电源参与需求响应的成本和收益，评估需求响应效益。
本发明中，还包括将用户端负荷或用户端分布式电源参与需求响应的成本、收益和效益的数据传送至需求响应服务器和/或连接于处理器模块的显示模块中。
本发明中，步骤(2)中所述根据预设的规则对是否参与需求响应作出判断，具体是指：
根据下述公式(1)计算参与成本C与收益B；如果收益B大于成本C，参与需求响应项目，否则不参与需求响应；
Y＝B-C (1)
B＝B1+B2+B3 (2)
C＝C1+C2+C3+C4 (3)
公式(1)-(3)中：Y为收益B与成本C的差值；B1为电费折扣或补偿收入，B2为参与需求响应使得高峰负荷降低而减少的用电费用，B3为分布式电源参与需求响应及辅助服务的收益；C1为可中断负荷或可调度负荷停电及改变负荷所产生的电力确实导致的成本，C2为用户调整用电造成的收益损失，C3为分布式电源调整造成的发电收益减少损失，C4为除C1-C3所列内容之外的成本费用。
本发明中，在用户自动需求响应终端做出判断要参与需求响应项目以后，由用户自动需求响应终端根据用户可调度负荷和可中断负荷容量，以及分布式电源的可调度容量计算参与响应的程度，并对负荷和/或分布式电源进行调度控制。
本发明中，如果用户自动需求响应终端接受到的需求响应项目为预设的紧急需求响应事件，用户自动需求响应终端则无需计算收益B和成本C，无条件地直接参与需求响应。
与现有技术相比，本发明的有益效果在于：
本发明的控制系统完全基于用户自动需求响应终端的自动需求响应，电网用户只需要在初期和电网协商条件下签订需求响应的框架协议，当协议生效后，自动需求响应终端会根据电网公司通过需求响应服务器发布的需求响应事件，自动决策是否参与需求响应时间，并对负荷和分布式电源进行控制，整个后期具体的需求响应过程不需要用户的主动干预。
.本发明实现了需求响应的自动化，并提高了需求响应的速度，可以实现传统需求响应项目无法达到的功能，如配合消纳分布式电源、电网紧急控制和参与电网辅助服务等。
附图说明
附图1自动需求响应业务流程结构图；
附图2用户自动需求响应智能控制终端结构图。
具体实施方式
首先需要说明的是，本发明涉及电网控制技术，是计算机技术在电网运行领域的一种应用。在本发明的实现过程中，会涉及到多个硬件或软件功能模块的应用。申请人认为，如在仔细阅读申请文件、准确理解本发明的实现原理和发明目的以后，在结合现有公知技术的情况下，本领域技术人员完全可以运用其掌握的硬件配置或软件编程技能实现本发明。前述硬件或软件功能模块包括但不限于：需求响应服务器、用户自动需求响应终端、处理器模块、通讯模块、计量模块、负荷控制模块、分布式电源控制模块等，凡本发明申请文件提及的均属此范畴，申请人不再一一列举。
本发明的具体实施方法如下：
实现电网用户自动需求响应的控制系统图如图1和图2所示。该控制系统包括设于电网公司的需求响应服务器和设于各电网用户处的用户自动需求响应终端，两者通过以太网通讯方式进行连接。用户自动需求响应终端包括处理器模块、通讯模块、计量模块、负荷控制模块和/或分布式电源控制模块；处理器模块分别与通讯模块、计量模块、负荷控制模块和/或分布式电源控制模块连接；其中，
需求响应服务器，根据负荷与发电预测、电网的安全运行状况，判断是否需要启动需求响应；如果需要，则向用户自动需求响应终端发布需求响应项目；
通讯模块，用于实现用户自动需求响应终端与需求响应服务器之间的通讯；
负荷控制模块，用于控制用户端负荷的用电行为；
分布式电源控制模块，用于控制用户端分布式电源的发电行为；
处理器模块，用于需求响应的评估与决策中的计算，并通过负荷控制模块和分布式电源控制模块分别对用户负荷的用电行为和分布式电源的发电行为进行调控；
计量模块用于计量与采集用户负荷的用电及发电电量；
该控制系统中，还可设置与处理器模块连接的显示模块，用于显示用户端负荷或用户端分布式电源参与需求响应的成本、收益和效益的数据，便于用户直接阅读。
基于本发明控制系统的电网用户自动需求响应的控制方法，包括以下步骤：
(1)需求响应服务器根据电网的负荷与发电预测、电网的安全运行状况，判断是否需要启动需求响应；如果需要，则向用户自动需求响应终端发布需求响应项目；
(2)用户自动需求响应终端接收到需求响应项目的信息以后，根据预设的规则对是否参与需求响应做出判断；如果参与，则反馈信息给需求响应服务器，并根据需求响应项目的要求对用户端负荷的用电行为或用户端分布式电源的发电行为控制；
(3)用户自动需求响应终端参与需求响应以后，通过计量模块测量参与需求响应后的负荷和发电数据变化，计算用户端负荷或用户端分布式电源参与需求响应的成本和收益，评估需求响应效益。
其中，步骤(2)所述根据预设的规则对是否参与需求响应做出判断，具体是指：
根据下述公式(1)计算参与成本C与收益B；如果收益B大于成本C，参与需求响应项目，否则不参与需求响应；
Y＝B-C (1)
B＝B1+B2+B3 (2)
C＝C1+C2+C3+C4 (3)
公式(1)-(3)中：Y为收益B与成本C的差值；B1为电费折扣或补偿收入，B2为参与需求响应使得高峰负荷降低而减少的用电费用，B3为分布式电源参与需求响应及辅助服务的收益；C1为可中断负荷或可调度负荷停电及改变负荷所产生的电力确实导致的成本，C2为用户调整用电造成的收益损失，C3为分布式电源调整造成的发电收益减少损失，C4为除C1-C3所列内容之外的成本费用。
在用户自动需求响应终端做出判断要参与需求响应项目以后，由用户自动需求响应终端根据用户可调度负荷和可中断负荷容量，以及分布式电源的可调度容量计算参与响应的程度，并对负荷和/或分布式电源进行调度控制。
如果用户自动需求响应终端接受到的需求响应项目为预设的紧急需求响应事件，用户自动需求响应终端则无需计算收益B和成本C，无条件地直接参与需求响应。
在参与需求响应后，可以将用户端负荷或用户端分布式电源参与需求响应的成本、收益和效益的数据传送至需求响应服务器，使电网公司能据此进行大数据统计和拟合，以利于后期发布需求响应项目时的规则调控。此外，也可以将相应数据同时显示在用户自动需求响应终端上的显示模块(如液晶屏、LED显示器等设备)中，使用户能对成本和收益有所了解。
具体实施例子：
下面以一个用户利用可中断负荷及可调度负荷参与自动需求响应的例子进行说明本发明的实施。
假设由省级电网实施自动需求响应，则由省级电网调度部门安装配置需求响应服务器，希望参与自动需求响应的用户配置用户自动需求响应终端，需求响应服务器及用户自动需求响应终端功能和模块如上述实施例子所述，两者之间通过以太网进行通讯。希望参与电网自动需求响应的用户和电网公司首先签订自动需求响应的框架协议，规定参与的范围、方式、补偿方式和实效等内容。
假设由于电网一组发电机组出现故障，需求停机检修，停机后电网供电将出现200Mw的电力缺口，用户供电需求将得不到满足，电网频率将会下降或者部分用户就会断电，而后备发电机启动需求时间，中间有1小时的间隔，无法马上补偿电力缺口，因此电网公司通过需求响应服务器发布自动需求响应需求，包括电力缺口容量、供电范围、时间、经济补偿等信息。连接在自动需求响应系统中的用户自动需求响应终端接受到该自动需求响应需求后，根据自身用电情况及可中断负荷容量和时间，假设该用户有50Kw可中断负荷，可以完全中断1小时，则根据公式(1)进行自动快速计算参与响应的效益，如果效益Y大于零，则参与响应能够获得正的收益，因此将通过用户自动需求响应终端通讯模块向需求响应服务器发出参与自动需求响应的回应，并将用户可中断负荷容量、时间等信息发送给需求响应服务器。电网公司的需求响应服务器收到该回应后综合其他参与自动需求响应用户回复的信息进行判断，该用户可中断负荷条件满足本次需求影响要求，而且目前已经收到回复的参与本次需求响应用户的总容量还未达到总缺口的200Mw，需要新的用户参与本次响应，则向该用户发送接收本次需求响应回复的应答，该用户收到该应答以后，启动本次需求响应控制，通过用户自动需求响应终端的负荷控制模块按照需求响应项目的起始时间和截止时间切断用户可中断负荷的供电。需求响应时间结束后通过负荷控制模块恢复可中断负荷的供电。最后用户自动需求响应终端将本次参与需求响应的成本、收益和效益的数据传送至需求响应服务器，作为总体需求响应效益评估的数据以及经济补偿结算的依据。
本例子只是通过用户的可中断负荷为例进行演示自动需求响应终端的工作原理和整个响应的流程，实际用户也可以是可调度负荷参与响应、也可以是分布式电源参与响应，或者是上述多种形式的混合模式参与响应，都是采用类似的原理。
Claims (2)
1.一种电网用户自动需求响应的控制方法，其特征在于，该控制方法是基于电网用户自动需求响应控制系统实现的：该控制系统包括需求响应服务器和设于各电网用户处的用户自动需求响应终端，两者通过以太网通讯方式进行连接；用户自动需求响应终端包括处理器模块、通讯模块、计量模块、负荷控制模块和分布式电源控制模块；处理器模块分别与通讯模块、计量模块、负荷控制模块和分布式电源控制模块连接；所述处理器模块还与显示模块连接，用于显示用户端负荷或用户端分布式电源参与需求响应的成本、收益和效益的数据，以及参数设置的信息；其中，
需求响应服务器，根据负荷与发电预测、电网的安全运行状况，判断是否需要启动需求响应；如果需要，则向用户自动需求响应终端发布需求响应项目；
通讯模块，用于实现用户自动需求响应终端与需求响应服务器之间的通讯；
负荷控制模块，用于控制用户端负荷的用电行为；
分布式电源控制模块，用于控制用户端分布式电源的发电行为；
处理器模块，用于需求响应的评估与决策中的计算，并通过负荷控制模块和分布式电源控制模块分别对用户负荷的用电行为和分布式电源的发电行为进行调控；
所述电网用户自动需求响应的控制方法，具体包括以下步骤：
（1）需求响应服务器根据电网的负荷与发电预测、电网的安全运行状况，判断是否需要启动需求响应；如果需要，则向用户自动需求响应终端发布需求响应项目；
（2）用户自动需求响应终端接收到需求响应项目的信息以后，根据预设的规则对是否参与需求响应做出判断；如果参与，则反馈信息给需求响应服务器，并根据需求响应项目的要求对用户端负荷的用电行为或用户端分布式电源的发电行为进行控制；
所述根据预设的规则对是否参与需求响应做出判断，具体是指：
根据下述公式（1）计算参与成本C与收益B；如果收益B大于成本C，参与需求响应项目，否则不参与需求响应；
Y=B-C （1）
B=B1+B2+B3 （2）
C=C1+C2+C3+C4 （3）
公式（1）-（3）中：Y为收益B与成本C的差值；B1为电费折扣或补偿收入，B2为参与需求响应使得高峰负荷降低而减少的用电费用，B3为分布式电源参与需求响应及辅助服务的收益；C1为可中断负荷或可调度负荷停电及改变负荷所产生的电力确实导致的成本，C2为用户调整用电造成的收益损失，C3为分布式电源调整造成的发电收益减少损失，C4为除C1-C3所列内容之外的成本费用；
（3）用户自动需求响应终端参与需求响应以后，通过计量模块测量参与需求响应后的负荷和发电数据变化，计算用户端负荷或用户端分布式电源参与需求响应的成本和收益，评估需求响应效益；并将用户端负荷或用户端分布式电源参与需求响应的成本、收益和效益的数据传送至需求响应服务器和/或连接于处理器模块的显示模块中；如果用户自动需求响应终端接受到的需求响应项目为预设的紧急需求响应事件，用户自动需求响应终端则无需计算收益B和成本C，无条件地直接参与需求响应。
2.根据权利要求1所述的控制方法，其特征在于，在用户自动需求响应终端作出判断要参与需求响应项目以后，由用户自动需求响应终端根据用户可调度负荷和可中断负荷容量，以及分布式电源的可调度容量计算参与响应的程度，并对负荷或分布式电源进行调度控制。
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