CN110190605A - 一种基于边缘计算和空调需求响应的配电网电压调节控制系统和方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种基于边缘计算和空调需求响应的配电网电压调节控制系统和方法，包括云平台，电压监测模块，抽头控制模块，边缘计算模块，空调监测控制模块和室内温度监测模块，云平台接收边缘计算模块和电压监测模块传递的信息，进行配电网信息整合处理，根据配电网节点电压的变化，传输信号至抽头控制模块调节配电网电压，实现信息整合判断和配电网的电压调节控制；电压监测模块，监测配电网整体节点的电压，以及各配电线的电压，并通过信号传输给云平台。本发明通过边缘计算和空调需求响应，实时迅速调控配电网电压。减少了能源损耗和配电网的高效实时控制，维持了配电网的电压稳定，保障了用户侧的供电质量。

Description

一种基于边缘计算和空调需求响应的配电网电压调节控制系 统和方法
技术领域
本发明属于电压调控领域，特别涉及一种基于边缘计算和空调需求响应的配电网电压调节控制系统和方法。
背景技术
随着可再生能源的大力发展，在世界范围内，它在能源系统中所占的份额越来越大，但是可再生能源的间歇性和不稳定性让能够使电能系统维持供需平衡的操作措施的地位越来越重要。同时，以空调为代表的弹性负荷在电力消耗市场所占的份额越来越大，随着ICT的迅速发展，空调可以被远程监控和控制，而且迅速及时进行响应以调节电网电压。
云平台概念在新时代被提出后不断发展完善，云平台技术愈发趋于成熟，云平台作为一个大数据处理中心，作为数据和控制中心，可以迅速有效作出信息的处理判断，传输信号，也可以根据本身算法，迅速根据信息计算出工作需求，提高了效率和数据处理的精确性。边缘计算模型被提出后，完善了云平台技术，将云平台计算任务分布给边缘计算模块进行处理，不仅减小了云平台数据处理的压力，同时也减少了能耗，节约了能源提高了能量利用效率。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种节能高效、更适用于电网电压调节的基于边缘计算和空调需求响应的配电网电压调节控制系统和方法。
为了实现上述目的，本发明的技术方案如下：一种基于边缘计算和空调需求响应的配电网电压调节控制系统，包括云平台，电压监测模块，抽头控制模块，边缘计算模块，空调监测控制模块和室内温度监测模块；
其中，所述云平台分别与电压监测模块，抽头控制模块和边缘计算模块连接，接收边缘计算模块和电压监测模块传递的信息，进行配电网信息整合处理，根据配电网节点电压的变化，传输信号至抽头控制模块调节配电网电压，实现信息整合判断和配电网的电压调节控制；
所述电压监测模块，监测配电网整体节点的电压，以及各配电线的电压，并通过信号传输给云平台；
所述抽头控制模块，接收云平台传递的信号，实时移动抽头进行配电网整体节点的电压调控，并且将控制状态反馈至云平台；
所述边缘计算模块，接收云平台传递的有功调节需求信息、空调监测控制模块传递的可调控空调运行数量、空调运行状况监测信息和室内温度监测模块传递的室内温度信息，进行信息处理；传递控制信号给空调监测控制模块，调控空调运行状况，进行电压有功需求调节；整合有功需求信息，传输信号给云平台；
所述空调监测控制模块，接收边缘计算模块传递信号，对于空调运行状况进行实时控制，进行电压有功需求调节，对空调运行状况进行监测，传递空调运行状况信息信号给边缘计算模块。
基于上述目的，本发明还提供了一种基于边缘计算和空调需求响应的配电网电压调节控制方法，包括以下步骤：
S10，电压监测模块实时监测配电网节点电压，将电压信息传输给云平台；
S20，云平台接收电压监测模块的信息，进行电压信息的整合处理，传输给抽头控制模块，进行配电网变压器输出电压的设定，抽头控制模块传递电压控制情况信息给云平台，云平台根据电压情况，进行有功需求计算；
S30，云平台传递有功需求信息给边缘计算模块，边缘计算模块接收空调监测控制模块传递的可调控空调运行数量及空调运行状况信息和室内温度监测模块传输的室内温度信息，进行信息整合处理，再对空调组运行状况进行调控；
S40，边缘计算模块将控制信号发送给空调监测控制模块，通过空调的有功调节对配电网电压进行实时调控，同时空调监测控制模块传输空调运行状况信息给边缘计算模块，边缘计算模块进行信息整合处理，传输有功信息信号给云平台，实现电压的实时调节和控制。
优选地，所述S20中有功需求记为SV计算公式如下：
其中，|V|表示电压量，θ表示注入的有功能量的角度，P表示有功能量，Q表示无功能量，表示能量流动方程的偏导式，SVP和SVQ表示有功能量的电压量灵敏度，SδP和SδQ表示电压角灵敏度。
优选地，所述S30中对空调组运行状况进行调控公式如下：
Hgain＝HAC+Hinternal+Hsolar＝P·COP+∈A+Pincident(t)A
COP＝-θ·[TA-T0]+δ
Hloss＝KAs(TA-T0)+cAρAV(TA-T0)n
其中，CA、ρA、V分别表示空气的热容量、空气密度和房间的体积，dTA/dt表示温度在时间间隔内的变化量，HAC表示空调释放的热风或冷风，Hinternal表示设备以及人体释放的热量和Hsolar表示太阳光的热量，P和COP表示空调的功率和效率参数，∈表示室内设备和人体放热的参数，A表示房间面积，Pincident(t)是随时间变化的吸收太阳光的热量参数，TA表示房间温度、T0表示环境温度相，θ和δ是COP和[TA-T0]线性函数关系的参数，K表示热交换参数，AS表示建筑框架的表面积，n是空气交换的次数，Tset表示设定温度，Thy表示迟滞温度。
本发明的有益效果在于：本发明建立了云平台作为总控制平台，进行整体系统的控制和信息整合处理，并进行算法计算有功需求以实现进一步的空调需求响应。同时边缘计算模块接收云平台有功需求信号，调整空调组设备运行情况实现迅速快捷的需求响应。边缘计算模块更靠近用户端，更有利于用户信息的隐私性保护，信号传输实行更加迅速，能够实现更加及时有效地进行需求响应从而实现配电网的电压调节。并且调节电压任务分散到边缘计算模块，减少了能耗，更加环保。本发明配电网的电压调节迅速、能耗低，同时维护了用户侧的体验，解决了配电网电压调节单一化延迟性的问题，维护电网的稳定和安全，减少了不必要的能源损耗和电网的建设和维护成本，提高了经济效益。
附图说明
图1为本发明基于边缘计算和空调需求响应的配电网电压调节控制系统的结构示意图；
图2为本发明基于边缘计算和空调需求响应的配电网电压调节控制方法的步骤流程图。
具体实施方式
下面将结合附图，对本发明的优选实施例进行详细的描述。
参见图1，一种基于边缘计算和空调需求响应的配电网电压调节控制系统，包括云平台10，电压监测模块20，抽头控制模块30，边缘计算模块40，空调监测控制模块50和室内温度监测模块60；
其中，云平台10分别与电压监测模块20，抽头控制模块30和边缘计算模块40连接，接收边缘计算模块40和电压监测模块20传递的信息，进行配电网信息整合处理，根据配电网节点电压的变化，传输信号至抽头控制模块30调节配电网电压，实现信息整合判断和配电网的电压调节控制；
电压监测模块20，监测配电网整体节点的电压，以及各配电线的电压，并通过信号传输给云平台10；
抽头控制模块30，接收云平台10传递的信号，实时移动抽头进行配电网整体节点的电压调控，并且将控制状态反馈至云平台10；
边缘计算模块40，接收云平台10传递的有功调节需求信息、空调监测控制模块50传递的可调控空调运行数量、空调运行状况监测信息和室内温度监测模块60传递的室内温度信息，进行信息处理；传递控制信号给空调监测控制模块50，调控空调运行状况，进行电压有功需求调节；整合有功需求信息，传输信号给云平台10；
空调监测控制模块50，接收边缘计算模块40传递信号，对于空调运行状况进行实时控制，进行电压有功需求调节，对空调运行状况进行监测，传递空调运行状况信息信号给边缘计算模块40。
通过上述设置，云平台10进行整体信息处理和控制，接收配电网电压信息，传输控制信号给配电网抽头变压器(OLTC)的抽头控制模块30，进行配电网整体节点电压的调控，同时接收整体节点电压调节情况信息，并且运行算法进行有功需求计算，传输有功需求信息给边缘计算模块40，边缘计算模块40接收云平台10有功需求信息后，接收空调监测控制模块50传递的可调控空调运行数量及空调运行状况信息和室内温度监测模块60传输的室内温度信息，进行信息整合处理，通过算法计算后传递信号给空调监测控制模块50对于空调组运行状况进行调控。从而实现配电网电压整体调控。
参见图2为本发明方法实施例的步骤流程图，包括以下步骤：
S10，电压监测模块实时监测配电网节点电压，将电压信息传输给云平台；
S20，云平台接收电压监测模块的信息，进行电压信息的整合处理，传输给抽头控制模块，进行配电网变压器输出电压的设定，抽头控制模块传递电压控制情况信息给云平台，云平台根据电压情况，进行有功需求计算；
S30，云平台传递有功需求信息给边缘计算模块，边缘计算模块接收空调监测控制模块传递的可调控空调运行数量及空调运行状况信息和室内温度监测模块传输的室内温度信息，进行信息整合处理，再对空调组运行状况进行调控；
S40，边缘计算模块将控制信号发送给空调监测控制模块，通过空调的有功调节对配电网电压进行实时调控，同时空调监测控制模块传输空调运行状况信息给边缘计算模块，边缘计算模块进行信息整合处理，传输有功信息信号给云平台，实现电压的实时调节和控制。
S20中有功需求记为SV计算公式如下：
其中，|V|表示电压量，θ表示注入的有功能量的角度，P表示有功能量，Q表示无功能量，表示能量流动方程的偏导式，SVP和SVQ表示有功能量的电压量灵敏度，SδP和SδQ表示电压角灵敏度。
S30中对空调组运行状况进行调控公式如下：
Hgain＝HAC+Hinternal+Hsolar＝P·COP+∈A+Pincident(t)A
COP＝-θ·[TA-T0]+δ
Hloss＝KAS(TA-T0)+cAρAV(TA-T0)n
其中，CA、ρA、V分别表示空气的热容量、空气密度和房间的体积，dTA/dt表示温度在时间间隔内的变化量，HAC表示空调释放的热风或冷风，Hinternal表示设备以及人体释放的热量和Hsolar表示太阳光的热量，P和COP表示空调的功率和效率参数，∈表示室内设备和人体放热的参数，A表示房间面积，Pincident(t)是随时间变化的吸收太阳光的热量参数，TA表示房间温度、T0表示环境温度相，θ和δ是COP和[TA-T0]线性函数关系的参数，K表示热交换参数，AS表示建筑框架的表面积，n是空气交换的次数，Tset表示设定温度，Thy表示迟滞温度。
在具体应用实施例中，空调调控中，当HAC为正时表示制热，为负时表示制冷。以夏天降温为例，当房间温度不高于Tset-Thy时，空调处于待机状态；当房间温度大于等于Tset+Thy时，空调将进入工作状态。
最后说明的是，以上优选实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管通过上述优选实施例已经对本发明进行了详细的描述，但本领域技术人员应当理解，可以在形式上和细节上对其作出各种各样的改变，而不偏离本发明权利要求书所限定的范围。

Claims (4)

1.一种基于边缘计算和空调需求响应的配电网电压调节控制系统，其特征在于，包括云平台，电压监测模块，抽头控制模块，边缘计算模块，空调监测控制模块和室内温度监测模块；
其中，所述云平台分别与电压监测模块，抽头控制模块和边缘计算模块连接，接收边缘计算模块和电压监测模块传递的信息，进行配电网信息整合处理，根据配电网节点电压的变化，传输信号至抽头控制模块调节配电网电压，实现信息整合判断和配电网的电压调节控制；
所述电压监测模块，监测配电网整体节点的电压，以及各配电线的电压，并通过信号传输给云平台；
所述抽头控制模块，接收云平台传递的信号，实时移动抽头进行配电网整体节点的电压调控，并且将控制状态反馈至云平台；
所述边缘计算模块，接收云平台传递的有功调节需求信息、空调监测控制模块传递的可调控空调运行数量、空调运行状况监测信息和室内温度监测模块传递的室内温度信息，进行信息处理；传递控制信号给空调监测控制模块，调控空调运行状况，进行电压有功需求调节；整合有功需求信息，传输信号给云平台；
所述空调监测控制模块，接收边缘计算模块传递信号，对于空调运行状况进行实时控制，进行电压有功需求调节，对空调运行状况进行监测，传递空调运行状况信息信号给边缘计算模块。
2.一种如权利要求1所述的基于边缘计算和空调需求响应的配电网电压调节控制方法，其特征在于，包括以下步骤：
S10，电压监测模块实时监测配电网节点电压，将电压信息传输给云平台；
S20，云平台接收电压监测模块的信息，进行电压信息的整合处理，传输给抽头控制模块，进行配电网变压器输出电压的设定，抽头控制模块传递电压控制情况信息给云平台，云平台根据电压情况，进行有功需求计算；
S30，云平台传递有功需求信息给边缘计算模块，边缘计算模块接收空调监测控制模块传递的可调控空调运行数量及空调运行状况信息和室内温度监测模块传输的室内温度信息，进行信息整合处理，再对空调组运行状况进行调控；
S40，边缘计算模块将控制信号发送给空调监测控制模块，通过空调的有功调节对配电网电压进行实时调控，同时空调监测控制模块传输空调运行状况信息给边缘计算模块，边缘计算模块进行信息整合处理，传输有功信息信号给云平台，实现电压的实时调节和控制。
3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述S20中有功需求记为SV计算公式如下：
其中，|V|表示电压量，θ表示注入的有功能量的角度，P表示有功能量，Q表示无功能量，表示能量流动方程的偏导式，SVP和SVQ表示有功能量的电压量灵敏度，SδP和SδQ表示电压角灵敏度。
4.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述S30中对空调组运行状况进行调控公式如下：
Hgain＝HAC+Hinternal+Hsolar＝P·COP+∈A+Pincident(t)A
COP＝-θ·[TA-T0]+δ
Hloss＝KAs(TA-T0)+cAρAV(TA-T0)n
其中，CA、ρA、V分别表示空气的热容量、空气密度和房间的体积，dTA/dt表示温度在时间间隔内的变化量，HAC表示空调释放的热风或冷风，Hinternal表示设备以及人体释放的热量和Hsolar表示太阳光的热量，P和COP表示空调的功率和效率参数，∈表示室内设备和人体放热的参数，A表示房间面积，Pincident(t)是随时间变化的吸收太阳光的热量参数，TA表示房间温度、T0表示环境温度相，θ和δ是COP和[TA-T0]线性函数关系的参数，K表示热交换参数，AS表示建筑框架的表面积，n是空气交换的次数，Tset表示设定温度，Thy表示迟滞温度。
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