CN108092264A - 一种面向大规模柔性负荷资源的调控系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种面向大规模柔性负荷的资源调控系统。通过建立柔性负荷资源调控平台，包括聚合商柔性负荷调控平台、负荷调控终端、辅助计量仪表及系统应用方式，则可以根据工商业用户的实际供需情况和调控能力，进行协商性、有计划的负荷削减，在负荷削减的同时保障其刚性用电需求不受影响，同时辅以经济上的激励措施，提高工商业用户主动配合调控的积极性。

Description

一种面向大规模柔性负荷资源的调控系统

技术领域

本发明涉及一种调控系统，更具体地说，涉及一种面向大规模柔性负荷的资源调控系统。

背景技术

随着社会经济的发展，人们对于电力的需求越来越大，电力供应矛盾愈加突出。企业和居民的耗电量在一天24小时内变化很大，为了应付一天中的高峰需求，供电厂必须按高峰时间的需求来设计生产规模或供电能力，而其中一部分设备在非高峰时间内是停转闲置的。为了引导合理有序用电，已经采取了峰谷电价政策，来鼓励错峰用电。峰谷电价可在一定程度上达到错峰效果，但仍存在需求过于旺盛或供给侧故障等情况，需要通过拉闸限电等措施来调节供需矛盾。

电力柔性负荷是指可通过主动参与电网运行控制，能够与电网进行能量互动，具有柔性特征的负荷。负荷柔性表现为在一定时间段内灵活可变。空调是典型的柔性荷，在夏季负荷高峰期时，空调负荷在电网中已占尖峰负荷的30%-40%，并呈现逐年上升的趋势。另一方面，空调具有两个重要特征：1）空调与所属的房间构成了具有热储存能力的系统，一定意义上相当于蓄电池等储能设备；2）人体有一定舒适度范围，在此范围内空调负荷的功率也随之有了调节的空间。这两点是空调负荷参与双向互动的前提条件。

发明内容

为解决上述现有技术中的不足，本发明的目的是提供一种面向大规模柔性负荷的资源调控系统，实现大规模柔性负荷在需求响应系统中的应用，提高了响应速度，确保消纳执行。

为实现以上目的，本发明采用如下技术方案：

本发明的目的在于提供一种面向大规模柔性负荷的资源调控系统。该调控系统包含聚合商柔性负荷调控平台、负荷调控终端、辅助计量仪表及系统应用方式。

所述的聚合商柔性负荷调控平台通过实时接收电网调度系统的数据，实时接收各用户侧空调系统的负荷数据，根据所获得的数据进行数据建模、智能运算从而得到计算结果以及控制指令，以指导用户侧空调系统的运行。其功能包括基础数据采集、数据模型建立、数据监测、协商调度、数据分析、经济分析、报警管理、报表管理、能效管理等。

所述的基础数据采集功能是指在平台建模和制定控制指令之前对用户数据进行采集，包括用户的建筑信息（面积、窗强比、保温材料、空调形式、开机规律等）、用户所在城市的气候特点、电价方案等信息。

所述的数据模型建立功能是指平台根据用户的基础信息、天气情况，以及历史运行数据对典型的中央空调系统建立模型，可以估算出用户的冷负荷并进而估算出用户的用电需求。当进入负荷调控期时，可根据上级负荷调控指令来计算每个用户的调控能力，并可提前进行适当的储能准备。

所述的数据监测功能是指平台实时收集各用户的中央空调系统的运行情况，包括用电情况、空调开机情况、负荷率情况，并以图表等形式进行展示。

所述的协商调度功能是指平台收到上级负荷消减指令后，根据所掌握的用户负荷特点，根据模型计算各用户的消减能力，并通过网络、网站、App等形式向用户端发起消减协商。根据用户的默认设置或实时响应情况，来制定消减计划。

所述的数据分析功能是指平台对历史负荷曲线、预测负荷曲线、实际负荷曲线、消减情况、计划执行情况、用户消减能力等数据进行分析。

所述的经济分析功能是指平台根据消纳的负荷功率，对各用户执行情况进行分析，并形成收益分配方案。

所述的报警管理功能是指平台在负荷消减计划执行期间，如果用户负荷消减量不达标或不能消减，则发出报警信息，并及时进行信息回馈和新计划的制定、执行。

所述的报表管理功能是指平台根据报告报表模板选定具体参数实现报告报表的快速生成，生成的报告报表可直接存入系统，便于以后查看，并可自定义名称。报告报表可以进行“预览”、“搜索”、“下载”、“删除”等管理操作。报表支持导出和直接打印。

所述的能效管理功能是指平台根据冷机用电功率和制冷量，可以计算出冷机的COP。如果同时计量冷冻水泵、冷却水泵的用电量，则可以计算出冷冻水输送系数、冷却水输送系数和冷站效率。通过与行业标准进行对标，可以判断其效率高低。

所述的负荷调控终端由数据采集模块、通信模块、安全模块、时钟模块、存储模块、数据传输模块、接口模块七个部分组成，安装于用户的中央空调冷冻站中，通过现场总线、干接点等方式与冷机、冷冻泵、冷却泵、冷却塔进行通讯，也可通过冷站群控系统进行通讯。

所述的数据采集模块通过现场总线采集冷站设备的运行参数，如冷机及水泵、冷却塔的启停状态；冷机的电流、功率、功率因数、用电量等；还包括冷机的进水温度、回水温度、流量等。

所述的通信模块通过移动运营商的无线网络（如GPRS、3G4G等）、也可通过用户本地的网络，与平台建立实时在线的网络连接。终端与平台进行双向通讯，一方面上报中央空调的各项参数，一方面接收平台下发的指令。同时，与平台的通讯经过专门的加密和校验，以确保数据不被篡改和窃听。

所述的安全模块设计有软件、硬件双重看门狗，可以确保终端无人值守长期运行。

所述的时钟模块有精确的时钟芯片，并与平台进行校时，以确保任务执行的实时性。

所述的存储模块具有本地存储和运算单元，可以存储数据、存储任务，接受到任务后，即便临时网络终端，仍然能按计划执行调控任务，并记录调控结果。

所述的数据传输模块具有数据断点续传功能，可以将网络中断时的数据自动存储下来，并及时上传到平台，以确保结算信息的完整性。

所述的接口模块具有多个RS232、RS485接口，具有强大的现场设备连接能力。并可通过扩展模块进行开关量和模拟量的输入输出。

所述的辅助计量仪表是指为了解用户现场冷站的各项设备的运行状态，需通过辅助计量仪表对设备进行参数计量、采集、上传和计算。包括多功能电表、超声波流量计和高精度温度传感器。

所述的多功能电表可计量冷机的功率、电流、功率因数、有功电量等

所述的超声波流量计可计量流经冷机的冷冻水流量，并进而计算冷机制冷量，进一步计算冷机的运行效率COP；

所述的高精度温度传感器可计量冷机冷冻水的进水温度和回水温度，精度0.1摄氏度。

所述的系统应用方式包括冷机周期性暂停控制、调节出水温度和冷机台数调节三种模式，通过上述三种模式可在满足用户刚性需求的前提下降低能耗，实现需求响应。

所述的冷机周期性暂停控制模式通过对制冷主机施以周期性暂停，利用房间的蓄冷、管道内的水热容进行供冷，在室内温度恶化前重新开启冷机。对目前围护结构保温做的较好、体量较大的公共建筑通常停15min，开启45min。冷机停机时，可同时关停对应的水泵。

所述的调节出水温度模式根据卡诺循环理论，冷机效率与出水温度成反比，提高冷冻水出水温度1℃，冷机COP约可提升2-4%，则能耗可降低2-4%。如果提高4℃，则COP可提高12%左右。同时由于出水温度提高，冷机的负荷也将降低，两个因素综合起来可以降低能耗30%以上。

所述的冷机台数调节模式通过调节系统中冷机台数，在满足用户刚性需求的前提下降低能耗。

与现有技术相比，本发明所达到的有益效果：

（1）提高响应速度，确保消纳执行

传统的消纳任务执行过程中，依靠人工方式与工商业用户去沟通消纳能力，消纳任务的执行同样依靠人工执行。建立柔性负荷资源调控平台，可以实时收集用户信息，了解用户消减能力，接到消减任务时，可以自动与用户沟通，及时完成供需的配对；消减任务的执行由自动化设备完成，及时、准确、可计量、有反馈，避免了人为调控的不足。

（2）响应国家节能减排号召，推动节能服务业务发展，

在用户的中央空调系统中安装调控终端的同时，通过对用户的系统运行效率的分析和诊断，与行业标准进行对标，可指导用户主动提高效率来节能降耗。是响应国家节能减排号召、助力生态文明建设的实际行动。

（3）打造一流技术平台，引领商业模式发展

目前国内还缺少统一的、综合性成熟的调控系统，通过建立柔性负荷调控平台，为聚合商、用户提供带来示范效应。系统的建设，紧密围绕电力需求侧管理目标责任考核工作、国家节能减排工作等具体需求，能够在同行业中起到示范引领作用。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为系统物理架构；

图2为负荷调控终端；

图3为系统实施流程图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将对本发明的技术方案进行详细的描述。显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所得到的所有其它实施方式，都属于本发明所保护的范围。

图1是系统物理架构。该系统由主站、需求响应终端以及支撑主站与需求响应终端通信的公共互联网构成。其中主站可通过系统接口，级联其他需求响应聚合商的需求响应聚合系统；需求响应终端既可以直接连接用户中央空调系统，也可以与楼宇用户能量管理系统连接，从而间接实现与用户中央空调系统信息交互。

系统除了物理架构外，还包括应用架构、逻辑架构和安全架构。

应用架构针对电网公司或其下属单位作为需求响应聚合商组织实施需求响应业务的实际需求，建立调控平台，收集工商业用户信息、接收上级需求响应管理主站调控指令，与工商业用户进行响应能力配对，并通过需求响应终端与中央空调系统交互，执行消减任务；同时，为工商业用户中央空调系统提供能效管理服务。

逻辑架构包含3层：

1）数据层：用于各项业务处理的业务数据以及统计分析逻辑数据，为应用层提供数据服务。

2）应用层：主要完成系统业务相关的应用组件，包括支撑工具和业务应用。主要包括：系统功能组件、系统管理组件、任务调度组件、业务处理调度组件、前端控制组件、功能执行组件、业务功能组件、通用服务组件等。

3）展现层：表现层采用B/S（浏览器/服务器）体系架构，采用Jquery、Vue、Echart等主流技术实现,支持IE 11以上版本对WEB应用服务器的访问。

安全架构方面，通过系统安全、数据安全两个方面进行用户权限控制、工作流控制，保证系统正常稳定运行。在业务应用环境层次从身份管理、身份认证、访问控制、安全审计、数据保护等方面进行设计，具备完善的权限控制机制以保证系统的可靠运行。

图2是负荷调控终端，由数据采集模块、通信模块、安全模块、时钟模块、存储模块、数据传输模块、接口模块七个部分组成，安装于用户的中央空调冷冻站中，通过现场总线、干接点等方式与冷机、冷冻泵、冷却泵、冷却塔进行通讯，也可通过冷站群控系统进行通讯。

图3是系统实施流程图，在设备安装完毕后，开始进行系统调试工作。在与其它专业发生接触时，需甲方统一协调。主要工作步骤有：

（1）硬件调试：

a. 对各种传感器校验；

b. 对各种仪表用手动、电动模拟工作校验；

c. 对需求响应终端进行通电测试；

d. 对机房设备通电测试。

（2）现场调试：

a. 对需求响应终端进行现场调试；

b. 电源工作正常；

c. 接收各种传感器信号正常；

d. 软件工作正常，包括编程、历史报告、报警、实时监测等；保证独立工作；正常，写出明确报告，无误后进行下一步。

（3）系统联调：

a. 整个系统通电调试，全部通讯无误；

b. 所有动态图形，动态参数监测无误；

c. 所有遥测功能正常；

d. 软件各项软件工作正常；

e. 各种需后期编制的图形，程序编制完成调试成功。

（4）系统集成功能调试：

a.现场设备安装质量检查

b.现场设备性能测试；

c.实时性能测试；

d.维护功能检测；

e.可靠性测试。

以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。

Claims (7)

1.一种面向大规模柔性负荷资源的调控系统，其特征在于，该调控系统包括聚合商柔性负荷调控平台、负荷调控终端、辅助计量仪表及系统应用方式；

所述聚合商柔性负荷调控平台，通过实时接收电网调度系统的数据，实时接收各用户侧空调系统的负荷数据，根据所获得的数据进行数据建模、智能运算从而得到计算结果以及控制指令，以指导用户侧空调系统的运行；其包括基础数据采集、数据模型建立、数据监测、协商调度、数据分析、经济分析、报警管理、报表管理、能效管理；

所述负荷调控终端，由数据采集模块、通信模块、安全模块、时钟模块、存储模块、数据传输模块、接口模块七个部分组成，安装于用户的中央空调冷冻站中，通过现场总线、干接点等方式与冷机、冷冻泵、冷却泵、冷却塔进行通讯，也可通过冷站群控系统进行通讯；

所述辅助计量仪表，用于了解用户现场冷站的各项设备的运行状态，需通过辅助计量仪表对设备进行参数计量、采集、上传和计算；包括多功能电表、超声波流量计和高精度温度传感器；

所述系统应用方式，用于通过冷机周期性暂停控制、调节出水温度和冷机台数调节三种模式，可在满足用户刚性需求的前提下降低能耗，实现需求响应。

2.如权利要求1中所述的一种面向大规模柔性负荷资源的调控系统，其特征在于：

所述基础数据采集，用于平台建模和制定控制指令，包括用户的建筑信息、用户所在城市的气候特点和电价方案信息的采集；

所述数据模型建立，根据用户的基础信息、天气情况，以及历史运行数据对典型的中央空调系统建立模型，可以估算出用户的冷负荷并进而估算出用户的用电需求；当进入负荷调控期时，可根据上级负荷调控指令来计算每个用户的调控能力，并可提前进行适当的储能准备；

所述数据监测功能，平台实时收集各用户的中央空调系统的运行情况，包括用电情况、空调开机情况、负荷率情况，并以图表形式进行展示；

所述协商调度，平台收到上级负荷消减指令后，根据所掌握的用户负荷特点，根据模型计算各用户的消减能力，并通过网络、网站、App等形式向用户端发起消减协商；根据用户的默认设置或实时响应情况，来制定消减计划；

所述数据分析，平台对历史负荷曲线、预测负荷曲线、实际负荷曲线、消减情况、计划执行情况、用户消减能力数据进行分析；

所述经济分析功能，平台根据消纳的负荷功率，对各用户执行情况进行分析，并形成收益分配方案；

所述报警管理，平台在负荷消减计划执行期间，如果用户负荷消减量不达标或不能消减，则发出报警信息，并及时进行信息回馈和新计划的制定、执行；

所述报表管理，平台根据报告报表模板选定具体参数实现报告报表的快速生成，生成的报告报表可直接存入系统，便于以后查看，并可自定义名称；报告报表可以进行预览、搜索、下载、删除管理操作，报表支持导出和直接打印；

所述能效管理功能，平台根据冷机用电功率和制冷量，可以计算出冷机的COP，如果同时计量冷冻水泵、冷却水泵的用电量，则可以计算出冷冻水输送系数、冷却水输送系数和冷站效率，通过与行业标准进行对标，可以判断其效率高低。

3.如权利要求1中所述的一种面向大规模柔性负荷资源的调控系统，其特征在于：

所述数据采集模块，通过现场总线采集冷站设备的运行参数，冷机及水泵、冷却塔的启停状态；冷机的电流、功率、功率因数、用电量；还包括冷机的进水温度、回水温度、流量；

所述通信模块，过移动运营商的无线网络、也可通过用户本地的网络，与平台建立实时在线的网络连接，终端与平台进行双向通讯，一方面上报中央空调的各项参数，一方面接收平台下发的指令，同时，与平台的通讯经过专门的加密和校验，以确保数据不被篡改和窃听；

所述安全模块，设计有软件、硬件双重看门狗，可以确保终端无人值守长期运行；

所述时钟模块，设计有精确的时钟芯片，并与平台进行校时，以确保任务执行的实时性；

所述存储模块，具有本地存储和运算单元，可以存储数据、存储任务，接受到任务后，即便临时网络终端，仍然能按计划执行调控任务，并记录调控结果；

所述数据传输模块，具有数据断点续传功能，可以将网络中断时的数据自动存储下来，并及时上传到平台，以确保结算信息的完整性；

所述接口模块，具有多个RS232、RS485接口，具有强大的现场设备连接能力，并可通过扩展模块进行开关量和模拟量的输入输出。

4.如权利要求1中所述的一种面向大规模柔性负荷资源的调控系统，其特征在于：

所述多功能电表，可计量冷机的功率、电流、功率因数、有功电量；

所述超声波流量计，其可计量流经冷机的冷冻水流量，并进而计算冷机制冷量，进一步计算冷机的运行效率COP；

所述高精度温度传感器，可计量冷机冷冻水的进水温度和回水温度，精度0.1摄氏度。

5.如权利要求1中所述的一种面向大规模柔性负荷资源的调控系统，其特征在于：

所述冷机周期性暂停控制模式，通过对制冷主机施以周期性暂停，利用房间的蓄冷、管道内的水热容进行供冷，在室内温度恶化前重新开启冷机；对目前围护结构保温做的较好、体量较大的公共建筑通常停15min，开启45min；冷机停机时，可同时关停对应的水泵。

6.如权利要求1中所述的一种面向大规模柔性负荷资源的调控系统，其特征在于：

所述调节出水温度模式，根据卡诺循环理论，冷机效率与出水温度成反比，提高冷冻水出水温度1℃，冷机COP约可提升2-4%，则能耗可降低2-4%；如果提高4℃，则COP可提高12%左右；同时由于出水温度提高，冷机的负荷也将降低，两个因素综合起来可以降低能耗30%以上。

7.如权利要求1中所述的一种面向大规模柔性负荷资源的调控系统，其特征在于：

所述冷机台数调节模式，通过调节系统中冷机台数，在满足用户刚性需求的前提下降低能耗。