CN108549256B - 一种需求响应数字物理混合仿真方法和系统 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种需求响应数字物理混合仿真方法和系统，包括：从预先设定的控件中选择满足仿真需求的控件，并基于仿真需求对所述控件进行配置，搭建仿真需求响应系统；基于仿真需求和搭建的仿真需求响应系统进行仿真推演；基于仿真推演结果对仿真需求的响应效果进行评估。该方法和系统通过搭建仿真需求响应系统，进行需求响应仿真推演并对推演结果进行评估，可实现自动需求响应业务的仿真以及供用电系统仿真。同时基于半实物仿真技术，可用实际设备或物理仿真设备在参与需求响应业务模拟实施过程中的响应效果，对仿真系统中相关方案、计划、策略等的可行性进一步校验。

Description

一种需求响应数字物理混合仿真方法和系统

技术领域

本发明属于电力技术领域，具体涉及一种需求响应数字物理混合仿真方法和系统。

背景技术

新一轮电改的实施加快了电力需求侧管理的发展，而需求响应(demandresponse，DR)是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，是电力需求侧管理的重要技术手段。其发展对需求侧资源优化配置、消纳新能源、实现削峰填谷具有极大的促进作用。但由于当前存在需求响应机制无法满足多元化市场需求、需求响应资源单一、需求响应项目缺少验证优化手段以及缺乏开展需求响应相关业务技术培训手段等问题，因此目前亟需开展自动需求仿真相关技术的研究、研发自动需求响应仿真系统。通过仿真手段可对需求响应机制进行效果评析、验证多元化需求响应响应调控策略以及开展自动需求响应技术人员的培训工作，从而有助于促进需求响应行业的发展、扩大需求响应市场、扩展新型电力市场业务以及优化整合需求侧资源、消纳新能源，提高电网有序稳定运行能力。

但目前电力系统自动需求响应仿真技术的研究多为基于不同的优化目标如用户消费最低、用户舒适度最高等设计多种需求响应控制策略以及通过单纯的软件仿真进行验证，或者单纯地针对某一类需求响应资源如供热通风与空气调节HVAC或电动汽车做调控潜力与策略的研究；并没有与实际的用户用电终端相连接来验证具体的需求响应实施效果，也不能够模拟电力需求响应系统中自动需求响应业务实施过程以及过程中用户所处的供电区域内相应的电力潮流变化等情况。

发明内容

为克服上述现有技术缺乏用于验证实际用户用电设备终端参与需求响应后实际使用效果的仿真系统的不足，本发明提出一种需求响应数字物理混合仿真方法和系统。该方法和系统可实现自动需求响应业务以及供用电系统仿真，同时基于半实物仿真技术，可用实际设备或物理仿真设备在参与需求响应业务模拟实施过程中的响应效果，对仿真系统中相关方案、计划、策略等的可行性进一步校验。

实现上述目的所采用的解决方案为：

一种需求响应数字物理混合仿真方法，其改进之处在于：

从预先设定的控件中选择满足仿真需求的控件，并基于所述仿真需求对所述控件进行配置，搭建仿真需求响应系统；

基于所述仿真需求和所述搭建的仿真需求响应系统进行仿真推演；

基于仿真推演结果对所述仿真需求的响应效果进行评估。

本发明提供的第一优选技术方案，其改进之处在于，所述仿真需求包括：新建类型和修改已有类型。

本发明提供的第二优选技术方案，其改进之处在于，所述基于新建类型对所述控件进行配置，搭建仿真需求响应系统包括：

新建仿真需求响应系统；

在所述新建的仿真需求系统中按照仿真需求添加预先设定的通信类控件、参与角色类控件和需求响应资源设备控件构建通信网络图层；

在所述构建了通信网络图层的新建的仿真需求响应系统中对应所述通信网络图层，添加预先设定的线路控件、变压器控件、断路器控件、母线控件和需求响应资源设备控件构建电气网络图层；

根据所述仿真需求对所述通信网络图层和电气网络图层中的控件进行配置。

本发明提供的第三优选技术方案，其改进之处在于，所述基于修改已有类型和预先设定的控件搭建仿真需求响应系统包括：

在已有的仿真需求响应系统中，基于预先设定的通信类控件、参与角色类控件和需求响应资源设备控件，根据仿真需求进行修改，更新通信网络图层；

在所述更新了网络图层的已有的仿真实验需求响应系统中，基于预先设定的线路控件、变压器控件、断路器控件、母线控件和需求响应资源设备控件，对相应的电气网络图层进行修改；

根据所述仿真需求对所述通信网络图层和电气网络图层中的控件进行配置。

本发明提供的第四优选技术方案，其改进之处在于，所述基于所述仿真需求和所述搭建的仿真需求响应系统进行仿真推演，包括：

基于需求响应服务商的仿真需求和所述搭建的仿真需求响应系统进行仿真推演、基于需求响应聚合商的仿真需求和所述搭建的仿真需求响应系统进行仿真推演、基于电力用户的仿真需求和所述搭建的仿真需求响应系统进行仿真推演以及基于电力用户的仿真需求和所述搭建的仿真需求响应系统并结合需求响应资源设备或物理仿真设备进行半实物仿真推演。

本发明提供的第五优选技术方案，其改进之处在于，所述基于电力用户的仿真需求和所述搭建的仿真需求响应系统并结合需求响应资源设备或物理仿真设备进行半实物仿真推演，包括：

电力用户获取需求响应事件信息；

所述电力用户通过所述仿真需求响应系统将所述需求响应事件信息发送到连接至所述仿真需求响应系统的需求响应资源设备或物理仿真设备；

根据所述需求响应事件信息，所述电力用户基于所述需求响应的资源设备或物理仿真设备进行需求响应，获取仿真推演结果；

其中，所述需求响应事件信息由所述电力用户的上级需求响应服务商或需求响应聚合商基于管辖的电力用户的仿真需求制定。

本发明提供的第六优选技术方案，其改进之处在于，所述电力用户通过所述仿真需求响应系统将所述需求响应事件信息发送到连接至所述仿真需求响应系统的需求响应资源设备或物理仿真设备，包括：

所述电力用户通过所述仿真需求响应系统的通信网络图层，从通信网络图层中的半实物接口将所述需求响应事件信息发送到连接至所述半实物接口的需求响应资源设备或物理仿真设备；

其中，所述半实物接口属于所述通信网络图层中的通信类控件。

本发明提供的第七优选技术方案，其改进之处在于，所述电力用户基于所述需求响应的资源设备或物理仿真设备进行需求响应，包括：

需求响应资源设备自动参与需求响应和由所述电力用户决定需求响应资源设备是否参与需求响应。

本发明提供的第八优选技术方案，其改进之处在于，所述电力用户基于所述需求响应的资源设备或物理仿真设备进行需求响应之前，还包括：

所述电力用户将执行所述需求响应事件信息的方案通过所述仿真需求响应系统的通信网络图层发送给上级需求响应服务商或需求响应聚合商，以获取所述上级需求响应服务商或需求响应聚合商的确认信息；

其中，所述上级需求响应服务商或需求响应聚合商在所述通信网络图层中根据所述参与角色类控件设置。

本发明提供的第九优选技术方案，其改进之处在于，所述基于仿真推演结果对需求响应效果进行评估，包括：

基于仿真推演结果，分别针对需求响应服务商、需求响应聚合商和电力用户对需求响应效果进行需求响应方案、需求响应计划和需求响应策略的可行性的评估。

本发明提供的第十优选技术方案，其改进之处在于，所述基于仿真推演结果，针对需求响应服务商对需求响应效果进行需求响应方案、需求响应计划和需求响应策略的可行性的评估，包括：

根据仿真推演结果计算所述需求响应服务商管辖的用户的总的需求响应基线负荷、在需求响应执行过程中的实际负荷，以及应该向参与需求响应的用户兑现的经济利益；

通过基线负荷与实际负荷的差值计算通过组织实施需求响应所实现的节约电力或消纳可再生能源电量；

当所述需求响应服务商通过节约电力或消纳可再生能源电量获取的收益大于应该向参与需求响应的用户兑现的经济利益时，判断需求响应方案、需求响应计划和需求响应策略可行。

本发明提供的第十一优选技术方案，其改进之处在于，所述基于仿真推演结果，针对需求响应聚合商对需求响应效果进行需求响应方案、需求响应计划和需求响应策略的可行性的评估，包括：

根据仿真推演结果所述需求响应聚合商管辖的用户的总的需求响应基线负荷、在需求响应执行过程中的实际负荷，以及从上级需求响应服务商获得的经济利益和应该向参与需求响应用户兑现的经济利益；

通过所述基线负荷与实际负荷的差值计算通过组织实施需求响应所实现的节约电力或消纳可再生能源电量；

当所述需求响应聚合商从上级需求响应服务商获得的经济利益大于应该向参与需求响应用户兑现的经济利益时，判断需求响应方案、需求响应计划和需求响应策略可行。

本发明提供的第十二优选技术方案，其改进之处在于，所述基于仿真推演结果，针对电力用户对需求响应效果进行需求响应方案、需求响应计划和需求响应策略的可行性的评估，包括：

根据仿真推演结果计算所述电力用户参与需求响应的成本和获得的经济效益；

当所述电力用户参与需求响应获得的经济效益大于参与需求响应的成本时，判断需求响应方案、需求响应计划和需求响应策略可行。

一种需求响应数字物理混合仿真系统，其改进之处在于，包括基础功能模块和高级功能模块；

所述基础功能模块，用于从预先设定的控件中选择满足仿真需求的控件，并基于所述仿真需求对所述控件进行配置，搭建仿真需求响应系统；

所述高级功能模块，用于基于所述仿真需求和所述搭建的需求响应系统进行仿真推演，并基于仿真推演结果对需求响应效果进行评估。

本发明提供的第十三优选技术方案，其改进之处在于，所述基础功能模块包括查找试验单元和新建试验单元；

所述查找试验单元用于根据仿真需求查找现有的仿真需求响应系统；

所述新建试验单元用于当不存在与仿真需求相适应的仿真需求响应系统时，新建需求响应系统。

本发明提供的第十四优选技术方案，其改进之处在于，所述高级功能模块包括计划实施单元和效果计算单元；

所述计划实施单元用于基于所述仿真需求和所述搭建的需求响应系统进行仿真推演；

所述效果计算单元用于基于仿真推演结果对需求响应效果进行评估，基于评估结果校验需求响应方案、需求响应计划和需求响应策略的可行性。

与最接近的现有技术相比，本发明具有的有益效果如下：

1)本发明提供的需求响应数字物理混合仿真方法和系统通过搭建仿真需求响应系统，进行需求响应仿真推演并对推演结果进行评估，可实现自动需求响应业务的仿真以及供用电系统仿真。

2)本发明提供的需求响应数字物理混合仿真方法和系统基于半实物仿真技术，可用实际设备或物理仿真设备在参与需求响应业务模拟实施过程中的响应效果，对仿真系统中相关方案、计划、策略等的可行性进一步校验。

3)本发明提供的需求响应数字物理混合仿真方法和系统可为需求响应服务商、需求响应聚合商和电力用户等不同参与角色提供需求响应业务模拟组织实施、模拟参与、实施效果模拟评估等服务，支撑需求响应实施机构开展需求响应业务仿真推演、人员实训等工作。

4)本发明提供的需求响应数字物理混合仿真方法和系统可为从事需求响应科研工作的高校、科研机构等提供一款系统性的仿真试验工具。

附图说明

图1为本发明提供的一种需求响应数字物理混合仿真方法流程示意图；

图2为本发明提供的一种需求响应数字物理混合仿真方法中电气图层示意图；

图3为本发明提供的一种需求响应数字物理混合仿真方法中通信网络图层示意图；

图4为本发明提供的一种需求响应数字物理混合仿真方法中初始化流程示意图；

图5为本发明提供的一种需求响应数字物理混合仿真方法中需求响应服务商仿真推演流程示意图；

图6为本发明提供的一种需求响应数字物理混合仿真方法中需求响应聚合商仿真推演流程示意图；

图7为本发明提供的一种需求响应数字物理混合仿真方法中电力用户仿真推演流程示意图；

图8为本发明提供的一种需求响应数字物理混合仿真方法的半实物仿真中电力用户仿真推演流程示意图；

图9为本发明提供的一种需求响应数字物理混合仿真系统结构示意图；

图10为本发明提供的一种需求响应数字物理混合仿真系统详细结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的具体实施方式做进一步的详细说明。

本发明的目的在于提供一种需求响应数字物理混合仿真系统。该方法和系统可实现需求响应业务以及供用电系统仿真，同时基于半实物仿真技术，可用实际设备或物理仿真设备在参与需求响应业务模拟实施过程中的响应效果，对仿真系统中相关方案、计划、策略等的可行性进一步校验。

供用电系统仿真旨在完成在需求响应业务下，特别是调峰、可再生资源消纳场景下对需求响应业务实施后配电网潮流的变化情况、需求响应资源设备的功率吸收和放出等情况的分析任务；

自动需求响应业务仿真旨在完成针对不同参与角色设计仿真流程、构建自动需求响应试验、按照电力需求响应业务的实际运行流程模拟需求响应业务实施以及对需求响应效果进行评估等任务。

实施例1：

一种需求响应数字物理混合仿真方法如图1所示，包括：

步骤1：从预先设定的控件中选择满足仿真需求的控件，并基于仿真需求对所述控件进行配置，搭建仿真需求响应系统；

步骤2：基于仿真需求和搭建的仿真需求响应系统进行仿真推演；

步骤3：基于仿真推演结果对仿真需求的响应效果进行评估。

步骤1即仿真初始化，步骤2即仿真推演，步骤3即需求响应效果。

下面将针对仿真初始化、仿真推演和需求响应效果评估这三个具体流程进行说明。

仿真初始化：主要做需求响应业务仿真的准备工作，也称作仿真想定编辑状态。该状态中，仿真系统的用户即需求响应参与者通过调用不同类型的预设控件，搭建适合自身仿真需求的需求响应系统，具体包括通信网络图层的构建、电气网络图层的构建和评估指标的选择与设置，其中通信网络图层主要包括通信类控件、参与角色类控件和需求响应资源设备控件等；电气网络图层主要包括线路控件、变压器控件、断路器控件、母线控件和需求响应资源设备控件等。

电气图层如图2所示，包括供电侧和需求侧，供电侧通过变压器连接外部电源，还包括断路器；需求侧连接各电力用户即工业用户、商业用户和/或居民用户的各需求响应资源设备，包括：分布式电源、储能设备、水泵、风机、空调机组、照明负荷、电热水器、电冰箱和其他负荷等。

需求响应网络图层如图3所示，包括多个层级。顶层为需求响应DR服务系统。DR服务系统连接第二层的一个或多个DR聚合系统。用户能量管理系统、自动需求响应终端和接口位于需求响应网络图层的第三层，分别连接至DR聚合系统；其中需求响应网络图层中的接口即为半实物接口。用户能量管理系统以用户为单位管理底层的需求响应资源设备，自动需求响应终端直接管理底层的需求响应资源设备。需求管理资源设备包括：中央空调、电热锅炉、蓄电池、燃气发电机、电冰箱、电热水器和洗衣机等设备。

可通过建立新的仿真需求响应系统和打开已有的仿真需求响应系统两种类型进行仿真初始化工作，仿真初始化流程，以及各个环节内容，如图4所示。

通过建立新的仿真需求响应系统进行仿真初始化的具体的工作流程如下所述：

步骤1-1a：新建仿真需求响应系统；

步骤1-2a：添加通信控件；

步骤1-3a：添加参与角色控件；

步骤1-4a：添加需求响应资源设备控件；

步骤1-5a：生成通信网络图层；

步骤1-6a：添加与通信网络图层对应的电气网络图层控件；

步骤1-7a：生成电气网络图层；

步骤1-8：仿真需求响应系统参数配置；

步骤1-9:保存仿真需求响应系统试验。

通过打开已有仿真试验进行仿真初始化的具体的工作流程如下所述：

步骤1-1b：打开已有仿真需求响应系统；

步骤1-2b：增减通信控件；

步骤1-3b：增减参与角色控件；

步骤1-4b：增减需求响应资源设备控件；

步骤1-5b：更新通信网络图层；

步骤1-6b：增减与通信网络图层对应的电气网络图层控件；

步骤1-7b：更新电气网络图层；

步骤1-8：仿真需求响应系统参数配置；

步骤1-9:仿真需求响应系统仿真试验。

其中，仿真需求响应系统参数配置环节，主要针对与仿真相关的需求响应业务场景、需求响应项目、需求响应计划、需求响应事件、用户用能行为、需求响应资源设备参与需求响应策略和需求响应资源设备属性参数等七类信息对控件的参数进行配置。配置过程分为手工配置过程与自动配置过程。手工配置过程只针对每次试验中的1个需求响应服务商、3-5个需求响应聚合商、2-3个工业用户、2-3个商业用户和2-3个居民用户，对其他参与角色，通过自动配置完成。

下面将主要介绍手动配置过程的配置流程：

步骤1-8-1：需求响应业务场景配置：利用系统提供的需求响应业务场景模型，构建支撑需求响应业务发生的场景，如电网企业营销部门发出的电网削峰需求、可再生能源消纳需求等。

步骤1-8-2：需求响应项目配置：需求响应项目由需求响应服务商、需求响应聚合商两类角色建立，面向参与需求响应的电力用户进行发布。(1)对于需求响应服务商：利用系统提供的需求响应项目模型，为仿真试验中唯一的需求响应服务商构建满足其利益诉求的需求响应项目，包括基于电价的项目、基于激励的项目两类；(2)对于需求响应聚合商：一次仿真试验中可以有多个需求响应聚合商，针对不同需求响应聚合商的利益诉求，由各个需求响应聚合商自行选择是否沿用上级需求响应服务商的需求响应项目；针对选择不沿用的需求响应聚合商，系统能够为其提供需求响应项目模型，供其建立满足自身利益诉求的需求响应项目，包括基于电价的项目、基于激励的项目两类。

步骤1-8-3：需求响应计划配置：(1)对于需求响应服务商：针对特定的需求响应业务场景，由需求响应服务商基于系统提供的需求响应计划模型，建立需求响应计划并发起，该需求响应计划将按照执行流程发送至下级各个需求响应聚合商，以及直接所辖的各个电力用户。(2)对于需求响应聚合商：需求响应聚合商根据接收的来自上级需求响应服务商的需求响应计划，结合自身的需求响应项目，基于系统提供的需求响应计划模型进一步制定满足自身利益诉求的需求响应计划，发送至所辖的各个电力用户。

步骤1-8-4：需求响应事件配置：根据需求响应项目要求或特定需求响应计划执行要求，需求响应服务商面向需求响应聚合商，需求响应服务商、需求响应聚合商面向他们所辖的电力用户，以需求响应事件的形式发布相关信息，如电价信息、激励信息等。本系统提供需求响应事件模型，支撑需求响应服务商、需求响应聚合商在特定需求响应项目或需求响应计划中生成需求响应事件，面向下级用户进行发布。

步骤1-8-5：用户用能行为配置：用户用能行为直接影响需求响应资源设备在参与需求响应过程中的响应能力，本系统提供用户用能行为模型，通过用户用能行为模型对用户用能行为对用户所辖需求响应资源设备响应能力的影响按时间维度进行量化。

步骤1-8-6：需求响应资源设备参与需求响应策略配置：本系统提供需求响应策略模型，结合不同需求响应资源设备的调控模式，支撑需求响应资源设备按照上级需求响应事件要求进行自动响应。

步骤1-8-7：需求响应资源设备属性参数配置：本系统提供典型需求侧设备的需求响应信息模型，对需求响应资源设备的属性信息、响应参数进行配置。

仿真推演：仿真需求响应系统根据设定好的需求响应业务触发条件以及前一个步骤中配置好的参数，按照电力需求响应业务的实际运行流程模拟需求响应业务实施。在需求响应业务模拟实施过程中，通信网络内部各个控件间进行信息传递，电气网络内部也随着需求响应业务模拟实施过程进行相应的潮流计算与分析。

由于不同角色的关注重点不同，不同仿真试验所辖的用户范围也不同，所以针对需求响应服务商用户、需求响应聚合商用户和电力用户，分别设计了仿真推演流程。其中，电力用户包括工业用户、商业用户和个人用户。

(1)对于需求响应服务商用户，其主要仿真推演流程如图5所示，具体的工作流程如下所述：

步骤2-1-1：DR服务商等待需求响应实施需求；

步骤2-1-2：DR服务商根据所辖需求响应资源库分析当前可用需求响应资源；

步骤2-1-3：DR服务商根据已有的需求响应项目类型，制定满足自身利益需求的需求响应计划；

步骤2-1-4：DR服务商以需求响应事件形式，向所辖需求响应聚合商用户、直连的电力用户发送DR计划信息；

步骤2-1-5：等待需求响应聚合商用户反馈，等待直连电力用户反馈；

步骤2-1-6：根据接收的需求响应聚合商用户反馈信息、电力用户反馈信息，统计当前响应容量；

步骤2-1-7：判断是否已到达计划实施时间，若是则转入步骤2-1-8，否则转入步骤2-1-9：

步骤2-1-8：DR服务商确认参与DR用户名单并发送确认信息至参与DR用户，结束推演过程；

步骤2-1-9：判断响应量是否满足电网需求，若是则转入步骤2-1-8，否则转入步骤2-1-10；

步骤2-1-10:向未响应的需求响应聚合商以及电力用户发送相关计划信息并返回步骤2-1-5。

(2)对于需求响应聚合商用户，其主要仿真推演流程如图6所示，具体的工作流程如下所述：

步骤2-2-1：DR聚合商等待上级需求响应服务商的DR计划；

步骤2-2-2：DR聚合商根据所辖需求响应资源库分析当前可用需求响应资源；

步骤2-2-3：DR聚合商根据已有的需求响应项目类型制定满足自身利益需求的需求响应计划；

步骤2-2-4：DR聚合商以需求响应事件形式向所辖直连电力用户发送相关计划信息；

步骤2-2-5：等待直连电力用户反馈；

步骤2-2-6：根据接收的电力用户反馈信息，统计当前响应容量；

步骤2-2-7：判断是否已到上级DR服务商规定的反馈截止时间，若是，转入步骤2-2-8，否则转入步骤2-2-9；

步骤2-2-8：向上级DR服务商反馈响应容量，转入步骤2-2-11；

步骤2-2-9：判断响应量是否满足上级DR服务商DR计划要求，若是，转入步骤2-2-8，否则转入步骤2-2-10；

步骤2-2-10：向未反馈的电力用户发送相关计划信息并返回步骤2-2-5。

步骤2-2-11：等待上级DR服务商的确认信息；

步骤2-2-12：按上级DR服务商要求，组织实施需求响应，结束推演过程。

(3)对于电力用户，即工业用户、商业用户和/或居民用户，其主要仿真推演流程如图7所示，具体的工作流程如下所述：

步骤2-3-1：接受需求响应事件信息；

步骤2-3-2：判断所辖DR资源设备是否全部自动参与响应，若是，转入步骤2-3-3；否则，转入步骤2-3-4；

步骤2-3-3：自动执行需求响应方案并告知用户参与方案，结束推演过程；

步骤2-3-4：判断参与DR资源设备是否支持自动DR，若是，转入步骤2-3-5，否则转入步骤2-3-7；

步骤2-3-5：生成自动参与DR的方案；

步骤2-3-6：向所属电力用户推送其所辖DR资源设备参与DR的方案；

步骤2-3-7：电力用户决定DR资源设备是否参与DR，若是则转入步骤2-3-8，否则结束推演过程；

步骤2-3-8：电力用户根据自身用能需求选择参与DR的DR资源设备并向上级DR服务商或DR聚合商反馈，结束推演过程。

需求响应效果评估：本系统针对参与需求响应的三类角色，利用仿真试验平台提供的需求响应效果评估模型，计算与需求响应服务商用户、需求响应聚合商用户、电力用户这三类角色相关的需求响应效果。下面将详细说明本系统为这三类角色提供的需求响应效果评价内容：

针对需求响应服务商，需求响应效果评估流程包括：

步骤3-1-1：高级功能模块根据推演结果计算需求响应服务商管辖的用户及用户所属需求响应资源在每一次需求响应计划中的参与效果，包括：用户参与数量、响应达标用户数量和响应达标的需求响应资源设备容量，其中需求响应服务商管辖的用户包括需求响应聚合商和电力用户；

步骤3-1-2：计算需求响应服务商管辖的用户的总的需求响应基线负荷，以及在需求响应执行过程中的实际负荷，通过基线负荷与实际负荷的差值计算通过组织实施需求响应所实现的节约电力或消纳可再生能源电量；

步骤3-1-3：结合需求响应服务商的需求响应项目，计算应该向参与需求响应用户兑现的经济利益。

步骤3-1-4：当需求响应服务商通过节约电力或消纳可再生能源电量获取的收益大于应该向参与需求响应的用户兑现的经济利益时，判断需求响应方案、需求响应计划和需求响应策略可行。

针对需求响应聚合商，需求响应效果评估流程包括：

步骤3-2-1：高级功能模块根据推演结果计算需求响应聚合商管辖的用户及用户所属需求响应资源设备在每一次需求响应计划中的参与效果，包括：用户参与数量、响应达标用户数量和响应达标的需求响应资源设备容量，其中需求响应聚合商管辖的用户包括电力用户；

步骤3-2-2：计算需求响应聚合商管辖的用户的总的需求响应基线负荷，以及在需求响应执行过程中的实际负荷，通过基线负荷与实际负荷的差值计算通过组织实施需求响应所实现的节约电力或消纳可再生能源电量；

步骤3-2-3：结合需求响应聚合商的需求响应项目，计算应该向参与需求响应用户兑现的经济利益；

步骤3-3-4：计算从上级需求响应服务商获得的经济利益；

步骤3-3-5：当需求响应聚合商从上级需求响应服务商获得的经济利益大于应该向参与需求响应用户兑现的经济利益时，判断需求响应方案、需求响应计划和需求响应策略可行。

针对电力用户，需求响应效果评估流程包括：

步骤3-3-1：高级功能模块根据推演结果计算电力用户每次参与需求响应过程中的实际负荷与基线负荷，通过基线负荷与实际负荷的差值计算通过组织实施需求响应所实现的节约电力或消纳可再生能源电量；

步骤3-3-2：计算参与需求响应可获得的经济效益；

步骤3-3-3：计算参与需求响应的成本；

步骤3-3-4：当电力用户参与需求响应获得的经济效益大于参与需求响应的成本时，判断需求响应方案、需求响应计划和需求响应策略可行。

其中，电力用户包括工业用户、商业用户和居民用户。

实施例3：

本发明半实物仿真的具体实现如下：

半实物仿真与软件仿真类似主要有三大工作状态，包括仿真初始化状态、仿真推演状态、需求响应效果评估状态，仿真系统的整体运行流程如图5所示，具体的工作流程与实施例一中的一致，这里不再重复叙述；而半实物仿真工作流程与软件仿真工作流程的区别为，软件仿真工作流程中，所有的数据信息均通过虚拟通信网络进行交互，而半实物仿真工作流程中，到达需求响应资源设备的需求响应事件信息或具体的调控信息等需要传递给外界的真实需求响应资源设备或物理仿真设备，并在仿真试验平台的通信网络、电气网络中(以更显著、醒目的方式)体现对应的需求响应资源设备控件。综上所述，半实物仿真的中电力用户的仿真推演流程与软件仿真中的仿真推演流程不同，其主要仿真推演流程如图8所示，具体的工作流程如下所述：

步骤2-4-1：接受需求响应事件信息；

步骤2-4-2：判断所辖DR资源设备是否全部自动参与响应，若是，则转入步骤2-4-3，否则，转入步骤2-4-4；

步骤2-4-3：生成自动需求响应方案并告知用户参与方案，转入步骤2-4-9；

步骤2-4-4：则判断参与DR资源设备是否支持自动DR，若是，转入步骤2-4-5，否则转入2-4-7；

步骤2-4-5：生成自动参与DR的方案；

步骤2-4-6：向所属电力用户推送其所辖DR资源设备参与DR的方案；

步骤2-4-7：电力用户决定DR资源设备是否参与DR，若是，转入步骤2-4-8，否则结束推演过程；

步骤2-4-8：电力用户根据自身用能需求选择参与DR的DR资源设备；

步骤2-4-9：通过半实物接口将需求响应方案即需求响应事件信息或具体的调控信息等发送给相应参与DR的外界的真实需求响应资源设备或物理仿真设备；

步骤2-4-10：外界的真实需求响应资源设备或物理仿真设备通过半实物接口将需求响应方案反馈信息发送给电力用户；

步骤2-4-11：向上级DR服务商或DR聚合商反馈；

步骤2-4-12：等待上级DR服务商或DR聚合商确认反馈信息；

步骤2-4-13：按DR计划执行需求响应，结束推演过程。

实施例2：

本发明提供的半实物仿真方法的具体实现如下：

半实物仿真与软件仿真类似主要有三大步骤，包括仿真初始化、仿真推演和需求响应效果评估，仿真方法的整体流程如图1所示，与实施例1中整体流程的一致，这里不再重复叙述；而半实物仿真工作流程与软件仿真工作流程的区别为，软件仿真工作流程中，所有的数据信息均通过虚拟通信网络进行交互，而半实物仿真工作流程中，到达需求响应资源设备的需求响应事件信息或具体的调控信息等需要传递给外界的真实需求响应资源设备或物理仿真设备，并在仿真试验平台的通信网络和电气网络中体现对应的需求响应资源设备控件。综上所述，半实物仿真的中电力用户的仿真推演流程与软件仿真中的仿真推演流程不同，其主要工作流程如图10所示，具体的工作流程如下所述：

步骤2-4-1：电力用户接受需求响应事件信息；

步骤2-4-2：电力用户判断所辖DR资源设备是否全部自动参与响应，若是，则转入步骤2-4-3，否则，转入步骤2-4-4；

步骤2-4-3：生成自动需求响应方案并告知用户参与方案，转入步骤2-4-9；

步骤2-4-4：则判断参与DR资源设备是否支持自动DR，若是，转入步骤2-4-5，否则转入2-4-7；

步骤2-4-5：生成自动参与DR的方案；

步骤2-4-6：向所属电力用户推送其所辖DR资源设备参与DR的方案；

步骤2-4-7：电力用户决定DR资源设备是否参与DR，若是，转入步骤2-4-8，否则结束推演过程；

步骤2-4-8：电力用户根据自身用能需求选择参与DR的DR资源设备；

步骤2-4-9：通过半实物接口将需求响应方案即需求响应事件信息或具体的调控信息等发送给相应参与DR的外界的真实需求响应资源设备或物理仿真设备；

步骤2-4-10：外界的真实需求响应资源设备或物理仿真设备通过半实物接口将需求响应方案反馈信息发送给电力用户；

步骤2-4-11：向上级DR服务商或DR聚合商反馈；

步骤2-4-12：等待上级DR服务商或DR聚合商确认反馈信息；

步骤2-4-13：按DR计划执行需求响应，结束推演过程。

实施例3：

本发明提供的一种需求响应数字物理混合仿真系统结构示意图如图9所示，包括：基础功能模块和与基础功能模块通信的高级功能模块；

基础功能模块，用于从预先设定的控件中选择满足仿真需求的控件，并基于仿真需求对控件进行配置，搭建仿真需求响应系统；

高级功能模块，用于基于仿真需求和搭建的需求响应系统进行仿真推演，并基于仿真推演结果对需求响应效果进行评估。

基础功能模块于支撑仿真实例中仿真场景的搭建、需求响应业务的运行和需求响应实施效果计算的电气图层以及需求响应网络图层，并管理接入仿真系统的实际设备或物理仿真设备；

高级功能模块针对不同的需求响应参与者提供需求响应业务实施的全流程仿真模拟的功能并对需求响应效果进行评估；

其中，需求响应参与者包括需求响应服务商、需求响应聚合商和电力用户，电力用户包括工业用户、商业用户和/或居民用户。

具体的，一种需求响应数字物理混合仿真系统详细结构示意图如图10所示。

该仿真系统主要包括基础功能模块和高级功能模块。基础功能模块用于建立实际存在的与需求响应相关的物理设备及参与角色的模型，并建立与实际需求响应网络相对应的虚拟映射网络；高级功能模块主要在虚拟映射网络基础上完成对需求响应业务实施的全流程的仿真模拟并对对需求响应效果进行评估。两功能模块相互配合使用以支撑不同用户完成自动需求响应的模拟仿真，实现自动需求响应业务以及供用电系统仿真，同时基于半实物仿真技术，可用实际设备或物理仿真设备在参与需求响应业务模拟实施过程中的响应效果，对仿真系统中相关方案、计划和策略等的可行性进一步校验。

基础功能模块用于建立用于支撑仿真实例中仿真场景的搭建、需求响应业务的运行和需求响应实施效果计算的电气图层以及需求响应网络图层，以支撑不同仿真实例中仿真场景的搭建、需求响应业务的运行、需求响应实施效果计算。

基础功能模块包括新建试验单元、查找试验单元、数字模型管理单元、物理设备管理单元、接口管理单元和进入试验单元。

其中，新建试验单元用于构建新仿真需求响应系统所用的电气图层以及需求响应网络图层；构建网络图层包括创建和增补资源设备模型、通信类模型、角色类模型以及接口类模型，可从不同模型中选择所需设备，完成网络拓扑图的构建；构建电气图层就是创建及管理供配电系统图形模型和数据模型，为系统运行仿真提供数据模型和结果图形化展示的接线图，完成图元拖拽创建、图元连接自动生成拓扑、设备图模复制、粘贴、删除操作、图元布局、设备属性设置、设备属性展示和图模导出等操作，并用于显示电力相关属性。

查找试验单元用于对已有的试验进行查找，并将具体的信息显示出来，包括试验名称、创建日期、创建人、运行次数和模拟地区等。

数字模型管理单元用于管理数字模型的信息，对数字模型的属性进行添加、修改和删除，并支持需求响应参与者根据自身的情况定义符合要求的新的数字模型；其中，数字模型包括通信模型、资源设备模型、需求响应角色模型、需求响应项目模型、用户行为模型、需求响应计划模型、需求响应响应事件模型和需求响应策略模型。

物理设备管理单元用于显示所有需求响应参与者的实际需求响应资源设备的情况，选择某一设备时可以显示出该设备的详细信息。

接口管理单元用于管理半实物接口和数据导入接口。其中通过数据导入接口可自动地向仿真平台导入一些外部数据，以节省人力；通过半实物接口与实际物理设备或实际物理仿真设备交互信息，一方面仿真平台可采集上述物理设备的数据，另一方面可以下达控制指令至上述物理，通过上述功能实现对仿真软件进行模型校正与对仿真平台中DR实际实施效果的验证。

数字模型管理单元、物理设备管理单元和接口管理单元支撑新建仿真需求响应系统功能的实现，为其提供构建电气图层以及需求响应网络的模型。

进入试验单元用于选择进入与需求响应参与者相应类型的管理界面进入试验，以进入高级功能模块，实现对需求响应业务实施的全流程仿真模拟。

高级功能模块针对需求响应服务商、聚合商用户和电力用户分别设计了不同的功能单元，其中电力用户包括工业、商业和居民用户。需求响应服务商-聚合商用户单元用于为需求响应服务商和/或需求响应聚合商提供需求响应业务实施的全流程仿真模拟的功能；工业-商业-居民用户单元用于为工业用户、商业用户和/或居民用户提供需求响应业务实施的全流程仿真模拟的功能。

需求响应服务商-聚合商用户单元包括：第一用户管理子单元、第一资源管理子单元、项目管理子单元、计划管理子单元、计划实施子单元和效果计算子单元。

第一用户管理子单元用于显示第一用户基本信息和需求响应能力，即第一用户的签约用户、参与用户、响应能力和历史响应次数，并用于对签约用户的基本信息进行查找、修改和删除，还用于增添新的第一用户以模拟需求响应用户注册过程；其中第一用户包括需求响应服务商和需求响应聚合商；其中，需求响应服务商的签约用户包括与需求响应服务商签约的需求响应聚合商、工业用户、商业用户和居民用户，需求响应聚合商的签约用户包括与需求响应聚合商签约的工业用户、商业用户和居民用户。

第一资源管理子单元用于显示第一用户管理范围内需求响应资源设备的详细信息，可通过查找找到想了解的需求响应资源设备的信息，并对需求响应资源设备的信息进行添加、修改和删除，提供对需求响应资源组织流程的模拟仿真功能。

项目管理子单元用于显示需求响应项目的信息，可通过查找找出想要的项目，并在其下方显示出相应项目的详细信息，可对项目属性进行新建、修改和删除等操作，提供对需求响应项目管理流程的模拟仿真功能。

计划管理子单元用于对需求响应计划进行操作，可对已有计划进行查询，并显示出所有计划列表，同时也可以新建计划并实施，提供对需求响应计划管理流程的模拟仿真功能。

计划实施子单元用于显示历史计划及历史计划对应的第一用户的信息和第一用户新建试验时完成的网络图，展示具体需求响应事件的动态实施过程，也就是说可以显示出DR事件执行过程中的信息流的流动和计划下达与应答的过程，提供对需求响应计划实施流程的模拟仿真功能。

效果计算子单元用于针对第一用户辖区内所有签约用户，通过基线负荷与签约用户参与需求响应的实际负荷曲线的差值完成节约电力计算和消纳电量的计算，并显示相应的数据分析图，提供对需求响应效果的静态展示。

工业-商业-居民用户单元包括：第二用户管理子单元、第二资源管理子单元、响应管理子单元、信息查询子单元和响应效果管理子单元。

第二用户管理子单元用于显示第二用户的信息、各用电设备用电情况及历史响应情况，其中，第二用户包括工业用户、商业用户和居民用户。

第二资源管理子单元用于显示第二用户所有的需求响应资源设备的参数及属性，并对第二用户所有的需求响应资源设备的参数及属性执行新建、修改和删除，并且根据需要添加/删除需求响应资源设备。

响应管理子单元用于对第二用户参与的需求响应项目进行查询，并将项目的信息及参与项目的需求响应资源设备显示出来。

信息查询子单元用于显示详细的第二用户的个人信息及用电情况，并查询第二用户的物理需求响应资源设备的基本信息。

响应效果管理子单元用于对第二用户的响应效果进行计算并进行相应的数据分析。

本领域内的技术人员应明白，本申请的实施例可提供为方法、系统、或计算机程序产品。因此，本申请可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本申请可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质(包括但不限于磁盘存储器、CD-ROM、光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。

本申请是参照根据本申请实施例的方法、设备(系统)、和计算机程序产品的流程图和/或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流程和/或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。

这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。

这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上，使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。

最后应当说明的是:以上实施例仅用于说明本申请的技术方案而非对其保护范围的限制,尽管参照上述实施例对本申请进行了详细的说明,所属领域的普通技术人员应当理解:本领域技术人员阅读本申请后依然可对申请的具体实施方式进行种种变更、修改或者等同替换，但这些变更、修改或者等同替换，均在申请待批的权利要求保护范围之内。

Claims (9)

1.一种需求响应数字物理混合仿真方法，其特征在于：

从预先设定的控件中选择满足仿真需求的控件，并基于所述仿真需求对所述控件进行配置，搭建仿真需求响应系统；

基于所述仿真需求和所述搭建的仿真需求响应系统进行仿真推演；

基于仿真推演结果对所述仿真需求的响应效果进行评估；

所述仿真需求包括：新建类型和修改已有类型；

所述基于新建类型对所述控件进行配置，搭建仿真需求响应系统包括：

新建仿真需求响应系统；

在所述新建的仿真需求系统中按照仿真需求添加预先设定的通信类控件、参与角色类控件和需求响应资源设备控件构建通信网络图层；

在所述构建了通信网络图层的新建的仿真需求响应系统中对应所述通信网络图层，添加预先设定的线路控件、变压器控件、断路器控件、母线控件和需求响应资源设备控件构建电气网络图层；

根据所述仿真需求对所述通信网络图层和电气网络图层中的控件进行配置；

所述基于修改已有类型和预先设定的控件搭建仿真需求响应系统包括：

在已有的仿真需求响应系统中，基于预先设定的通信类控件、参与角色类控件和需求响应资源设备控件，根据仿真需求进行修改，更新通信网络图层；

在所述更新了通信网络图层的已有的仿真实验需求响应系统中，基于预先设定的线路控件、变压器控件、断路器控件、母线控件和需求响应资源设备控件，对相应的电气网络图层进行修改；

根据所述仿真需求对所述通信网络图层和电气网络图层中的控件进行配置；

所述基于所述仿真需求和所述搭建的仿真需求响应系统进行仿真推演，包括：

基于需求响应服务商的仿真需求和所述搭建的仿真需求响应系统进行仿真推演、基于需求响应聚合商的仿真需求和所述搭建的仿真需求响应系统进行仿真推演、基于电力用户的仿真需求和所述搭建的仿真需求响应系统进行仿真推演以及基于电力用户的仿真需求和所述搭建的仿真需求响应系统并结合需求响应资源设备或物理仿真设备进行半实物仿真推演；

所述基于电力用户的仿真需求和所述搭建的仿真需求响应系统并结合需求响应资源设备或物理仿真设备进行半实物仿真推演，包括：

电力用户获取需求响应事件信息；

所述电力用户通过所述仿真需求响应系统将所述需求响应事件信息发送到连接至所述仿真需求响应系统的需求响应资源设备或物理仿真设备；

根据所述需求响应事件信息，所述电力用户基于所述需求响应的资源设备或物理仿真设备进行需求响应，获取仿真推演结果；

其中，所述需求响应事件信息由所述电力用户的上级需求响应服务商或需求响应聚合商基于管辖的电力用户的仿真需求制定。

2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述电力用户通过所述仿真需求响应系统将所述需求响应事件信息发送到连接至所述仿真需求响应系统的需求响应资源设备或物理仿真设备，包括：

所述电力用户通过所述仿真需求响应系统的通信网络图层，从通信网络图层中的半实物接口将所述需求响应事件信息发送到连接至所述半实物接口的需求响应资源设备或物理仿真设备；

其中，所述半实物接口属于所述通信网络图层中的通信类控件。

3.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述电力用户基于所述需求响应的资源设备或物理仿真设备进行需求响应，包括：

需求响应资源设备自动参与需求响应和由所述电力用户决定需求响应资源设备是否参与需求响应。

4.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述电力用户基于所述需求响应的资源设备或物理仿真设备进行需求响应之前，还包括：

所述电力用户将执行所述需求响应事件信息的方案通过所述仿真需求响应系统的通信网络图层发送给上级需求响应服务商或需求响应聚合商，以获取所述上级需求响应服务商或需求响应聚合商的确认信息；

其中，所述上级需求响应服务商或需求响应聚合商在所述通信网络图层中根据参与角色类控件设置。

5.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述基于仿真推演结果对需求响应效果进行评估，包括：

基于仿真推演结果，分别针对需求响应服务商、需求响应聚合商和电力用户对需求响应效果进行需求响应方案、需求响应计划和需求响应策略的可行性的评估。

6.如权利要求5所述的方法，其特征在于，所述基于仿真推演结果，针对需求响应服务商对需求响应效果进行需求响应方案、需求响应计划和需求响应策略的可行性的评估，包括：

根据仿真推演结果计算所述需求响应服务商管辖的用户的总的需求响应基线负荷、在需求响应执行过程中的实际负荷，以及应该向参与需求响应的用户兑现的经济利益；

通过基线负荷与实际负荷的差值计算通过组织实施需求响应所实现的节约电力或消纳可再生能源电量；

当所述需求响应服务商通过节约电力或消纳可再生能源电量获取的收益大于应该向参与需求响应的用户兑现的经济利益时，判断需求响应方案、需求响应计划和需求响应策略可行。

7.如权利要求5所述的方法，其特征在于，所述基于仿真推演结果，针对需求响应聚合商对需求响应效果进行需求响应方案、需求响应计划和需求响应策略的可行性的评估，包括：

根据仿真推演结果计算所述需求响应聚合商管辖的用户的总的需求响应基线负荷、在需求响应执行过程中的实际负荷，以及从上级需求响应服务商获得的经济利益和应该向参与需求响应用户兑现的经济利益；

通过所述基线负荷与实际负荷的差值计算通过组织实施需求响应所实现的节约电力或消纳可再生能源电量；

当所述需求响应聚合商从上级需求响应服务商获得的经济利益大于应该向参与需求响应用户兑现的经济利益时，判断需求响应方案、需求响应计划和需求响应策略可行。

8.如权利要求5所述的方法，其特征在于，所述基于仿真推演结果，针对电力用户对需求响应效果进行需求响应方案、需求响应计划和需求响应策略的可行性的评估，包括：

根据仿真推演结果计算所述电力用户参与需求响应的成本和获得的经济效益；

当所述电力用户参与需求响应获得的经济效益大于参与需求响应的成本时，判断需求响应方案、需求响应计划和需求响应策略可行。

9.一种需求响应数字物理混合仿真系统，其特征在于，包括基础功能模块和高级功能模块；

所述基础功能模块，用于从预先设定的控件中选择满足仿真需求的控件，并基于所述仿真需求对所述控件进行配置，搭建仿真需求响应系统；

所述高级功能模块，用于基于所述仿真需求和所述搭建的需求响应系统进行仿真推演，并基于仿真推演结果对需求响应效果进行评估；

所述基础功能模块包括查找试验单元和新建试验单元；

所述查找试验单元用于根据仿真需求查找现有的仿真需求响应系统；

所述新建试验单元用于当不存在与仿真需求相适应的仿真需求响应系统时，新建需求响应系统；

所述高级功能模块包括计划实施单元和效果计算单元；

所述计划实施单元用于基于所述仿真需求和所述搭建的需求响应系统进行仿真推演；

所述效果计算单元用于基于仿真推演结果对需求响应效果进行评估，基于评估结果校验需求响应方案、需求响应计划和需求响应策略的可行性；

所述新建试验单元具体用于：新建仿真需求响应系统；

在所述新建的仿真需求系统中按照仿真需求添加预先设定的通信类控件、参与角色类控件和需求响应资源设备控件构建通信网络图层；

在所述构建了通信网络图层的新建的仿真需求响应系统中对应所述通信网络图层，添加预先设定的线路控件、变压器控件、断路器控件、母线控件和需求响应资源设备控件构建电气网络图层；

根据所述仿真需求对所述通信网络图层和电气网络图层中的控件进行配置；

所述计划实施单元具体用于：

基于需求响应服务商的仿真需求和所述搭建的仿真需求响应系统进行仿真推演、基于需求响应聚合商的仿真需求和所述搭建的仿真需求响应系统进行仿真推演、基于电力用户的仿真需求和所述搭建的仿真需求响应系统进行仿真推演以及基于电力用户的仿真需求和所述搭建的仿真需求响应系统并结合需求响应资源设备或物理仿真设备进行半实物仿真推演；

所述基于电力用户的仿真需求和所述搭建的仿真需求响应系统并结合需求响应资源设备或物理仿真设备进行半实物仿真推演，包括：

电力用户获取需求响应事件信息；

所述电力用户通过所述仿真需求响应系统将所述需求响应事件信息发送到连接至所述仿真需求响应系统的需求响应资源设备或物理仿真设备；

根据所述需求响应事件信息，所述电力用户基于所述需求响应的资源设备或物理仿真设备进行需求响应，获取仿真推演结果；

其中，所述需求响应事件信息由所述电力用户的上级需求响应服务商或需求响应聚合商基于管辖的电力用户的仿真需求制定。

Images