CN112085371A - 一种基于5g通信的电力需求响应系统及控制方法 - Google Patents
一种基于5g通信的电力需求响应系统及控制方法 Download PDFInfo
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Abstract
本发明公开了一种基于5G通信的电力需求响应系统及控制方法，所述系统主要包括应用管理层、数据传输层以及终端控制层；其中应用管理层包括电网公司、大数据中心以及云端服务，数据传输层包括数据云平台、5G通信网络、通信管理机以及北斗模块，终端控制层包括主动需求响应终端和用户设备；所述控制方法中的电价响应策略提出一种更加灵活的积分阶梯电价模型，通过拟合用户的实际数据及采集用户满意度等信息，更好的获取相应的电价系数，很大程度上提高了用户参与需求响应的积极性。本发明解决了当前电力需求响应系统不够完善、通信实时性不高、终端设备时间不一致及电力用户参与需求侧响应积极性不高等问题，有助于实现电网调峰任务，增加电力系统稳定性。
Description
技术领域
本发明属于智能电网信息化领域，具体涉及一种基于5G通信的电力需求响应系统及控制方法。
背景技术
随着智能电网技术的发展，用户需求侧响应替代传统直接负荷控制将成为必然趋势。但目前在我国进行的需求侧响应系统建设以及需求响应的实施过程中，仍存在较多问题。比如电网公司与用户终端通信不及时，导致用户无法获取最新的电价、激励政策；电网公司发布的电价、激励策略不具备吸引力；不同厂商生产的需求响应终端直接接入云端服务系统，导致服务器压力过大；由于通信延时，不同的设备时间不一致；用户想要云端支付必须绑定银行卡等等。因此，形成一套功能完备、满足电网公司以及终端用户要求的电力需求响应系统成为一个亟待解决的问题。
发明内容
发明目的：本发明提供一种基于5G通信的电力需求响应系统及控制方法，可以实时了解用户的电量使用情况，并可依托先进的大数据处理技术动态调整电价和激励响应策略，促进用户侧需求响应以及电力供需平衡，提高电力系统可靠性。
发明内容：本发明提出一种基于5G通信的电力需求响应系统，包括应用管理模块、数据传输模块以及终端控制模块；所述应用管理模块包括电网公司、大数据中心以及云端服务；所述数据传输模块包括数据云平台、5G通信网络、通信管理机以及北斗模块；所述终端控制模块包括主动需求响应终端和用户设备；所述大数据中心用来分析来自数据云平台的用户数据，并将计算结果传送给电网公司和云端服务；所述电网公司根据大数据中心的计算结果制定相应的电价响应策略和激励响应策略，并下发给终端控制模块。
进一步地，所述电价响应策略实现过程如下：
收集小区一个月内以0.5h为间隔的负荷数据集，通过大数据分析，构建小区的每日动态负荷时间模型：
其中，E1(t)为小区负荷用量，M1、M2为修正系数，f1(t)为负荷时变函数；
根据阶梯电价及用户响应度的问题，构建积分阶梯电价模型：
其中，Ctotal为用户需要交纳的总电费，K0、K1、K2、K3为电价系数，满足K0>K1>K2>K3，P0为电网公司当月发布的基础电价，
为用户需求响应函数，m为用户响应度，用户参与需求响应的次数越多响应度越高，未参与响应超过两次将会被扣除1积分，Euse为用户使用的电能，Scurrent为用户当前的积分值，初始值为12；
当处于用电高峰时段，电网公司发布调峰指令及相应的电价系数K0、K1、K2、K3，监测小区用户负荷一个月内的变化情况，构建小区的每日动态负荷时间模型：
其中，E2(t)为小区负荷用量，M3、M4为修正系数，f2(t)为负荷时变函数；则调峰负荷为
Ttop为峰值时间；
获取用户对于新电价体系的满意度信息，获得用户满意度与电价系数K0、K1、K2、K3的关系函数：
S＝L(K1,K2,K3,K4)+L0
其中，S为用户满意度，L(K1,K2,K3,K4)为用户满意度函数，L0为修正系数；
构建基于最大调峰负荷E(t)及最优用户满意度S的TOPSIS评价模型，通过求解模型的最优值，获取最佳的电价系数K0、K1、K2、K3。
进一步地，所述云端服务包括用户注册、电量查询、套餐选择以及支付系统。
进一步地，所述5G通信网络采用NSA和SA双重模式。
进一步地，所述主动需求响应终端包括主控模块、测量模块、控制模块、通讯模块及人机交互模块；所述主控模块完成数据处理、存储以及转发工作；所述测量模块完成对当前电网信息的采集，并将信息调节变送后传送给主控模块；所述控制模块用于接收主控模块的命令，实现对用户设备的通断控制；所述通讯模块完成终端与云端系统之间的无线信息通信；所述人机交互模块实现用户对模块当前状态信息的查看以及相应参数的设置。
本发明还提供一种基于5G通信的电力需求响应系统的控制方法，包括以下步骤：
(1)当供电系统产生电力需求时，电网公司根据实际需求情况制定相应的激励或电价响应策略，下发给大数据中心；
(2)大数据中心分析云平台上传的负荷数据并制定精细的负荷分配表，下发负荷降低指令，同时将电网公司的激励或电价响应策略共享至云端服务；
(3)用户接收到云端服务共享的策略信息后可以在手机端选择是否签约，主动需求响应终端在执行负荷调度时只会选择用户签约的设备，其他设备不会影响；
(4)大数据中心的命令信息通过5G通信网络下发至区域通信管理机，通信管理机解析指令并分发给安装在用户侧的主动需求响应终端：
(5)响应终端收到命令后会根据当前用户的签约情况关闭用户侧的用电设备，完成电网调峰的任务；
(6)区域通信管理机也会将区域用电情况信息主动上传给大数据中心，大数据中心对区域用电特征进行分析预测，并将结果传送给电网公司，辅助电网公司进行激励和电价响应策略制定，形成闭环反馈的结构。
有益效果：与现有技术相比，本发明的有益效果：1、电价响应策略提出一种更加灵活的积分阶梯电价模型，通过拟合用户的实际数据及采集用户满意度等信息，更好的获取相应的电价系数，大大提高电力用户参与需求侧响应的积极性；2、电力响应系统采用闭环反馈方式，可以根据电网以及用电负荷的实际情况动态调整，进一步增强系统的适用性和稳定性；3、电网公司与终端用户基于5G通信网络，传输速度快，彻底解决信息传输不及时、数据更新慢的问题；4、所有终端设备采用北斗模块授时，保证时间的准确统一；5、终端设备不直接连入服务器平台，而是先经过通信管理机进行规约转换和数据集中，减少服务器压力；6、云端系统支持第三方平台接入，如支付宝、微信、银联等，方便用户缴纳电费。
附图说明
图1是基于5G通信的电力需求响应系统结构示意图；
图2是主动需求响应终端的结构示意图；
图3是基于5G通信的电力需求响应方法的流程图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明做进一步详细说明。
如图1所示，本发明提供的一种基于5G通信的电力需求响应系统，包括应用管理模块、数据传输模块以及终端控制模块三部分，其中应用管理模块包括电网公司、大数据中心以及云端服务。数据传输模块包括数据云平台、5G通信网络、通信管理机以及北斗模块。终端控制模块包括主动需求响应终端和用户设备。
大数据中心用来分析来自数据云平台的用户数据，并将计算结果传送给电网公司和云端服务；电网公司根据大数据中心的计算结果制定相应的电价和激励响应策略，并下发给大数据中心；云端服务为电力用户提供方便、快捷的网络服务；数据云平台主要实现用户数据的存储和转发；5G通信网络为数据传输速度和质量提供可靠保障；通信管理机主要实现下层不同厂商设备的规约转换，分担一部分服务器的任务；北斗模块主要为通讯管理机和下层设备提供统一且准确的时间；主动需求响应终端主要实现数据上报和负荷控制的作用。
大数据中心的主要功能包括区域用电特征分析、负荷预测、最优配电策略制定以及策略利润核算等。
云端服务的主要功能包括用户注册、电量查询、套餐选择以及支付系统等。
5G通信网络采用NSA和SA双重模式，NSA模式可以依托原来的4G基站进行组网，节约组网成本；而SA模式则可以支持低时延和大容量等关键技术，提供更优质的服务。
如图2所示，主动需求响应终端主要包括主控模块、测量模块、控制模块、通讯模块及人机交互模块；其中主控模块作为整个装置的核心，完成重要数据处理、存储以及转发工作；测量模块完成对当前电网信息的采集，并将信息调节变送后传送给主控模块；控制模块用于接收主控模块的命令，实现对用户设备的通断控制；通讯模块完成终端与云端系统之间的无线信息通信；人机交互模块可实现用户对模块当前状态信息的查看以及相应参数的设置。
人机交互模块具备常规电量信息显示、异常电量信息查看、故障事件波形记录及用户参数设置等功能。
本发明还提供一种基于5G通信的电力需求响应系统的控制方法，如图3所示，当供电系统产生电力需求时，电网公司根据需求情况制定相应的激励或电价响应策略，下发给大数据中心；大数据中心根据云平台上传的负荷数据制定精细的负荷分配表，并下发负荷调度指令，同时将电网公司的激励或电价响应策略共享至云端服务；用户接收到云端服务共享的策略信息后可以在手机端选择是否签约，主动需求响应终端在执行负荷调度时只会选择用户签约的设备，其他设备不会影响；大数据中心的命令信息通过5G通信网络下发至区域通信管理机，通信管理机解析指令并分发给安装在用户侧的主动需求响应终端，响应终端收到命令后会根据当前用户的签约情况关闭用户侧的用电设备，完成电网调峰的任务；同时，区域通信管理机也会将区域用电情况信息主动上传给大数据中心，大数据中心对区域用电特征进行分析预测，并将结果传送给电网公司，辅助电网公司进行激励和电价响应策略制定，形成闭环反馈的结构。整个需求响应调度系统充分考虑到了电网公司和用户两侧的需求，依托先进的大数据处理技术和5G通信技术建立高速的双向通信网络，促进用户侧需求响应以及电力供需平衡，提高电力系统可靠性。
电价响应策略执行过程如下(以某小区为例)：
S1：收集该小区一个月内以0.5h为间隔的负荷数据集，通过大数据分析，构建小区的每日动态负荷时间模型；
其中，E1(t)为小区负荷用量，M1、M2为修正系数，f1(t)为负荷时变函数；
S2：根据我国现行的阶梯电价及考虑到用户响应度的问题，提出一种更加灵活的积分阶梯电价模型：
其中，Ctotal为用户需要交纳的总电费，K0、K1、K2、K3为电价系数，满足K0>K1>K2>K3，P0为电网公司当月发布的基础电价，
为用户需求响应函数，m为用户响应度，用户参与需求响应的次数越多响应度越高，未参与响应超过两次将会被扣除1积分，Euse为用户使用的电能，Scurrent为用户当前的积分值，初始值为12；
S3：当处于用电高峰时段，电网公司发布调峰指令及相应的电价系数K0、K1、K2、K3，监测小区用户负荷一个月内的变化情况，同样方式构建小区的每日动态负荷时间模型；
其中，E2(t)为小区负荷用量，M3、M4为修正系数，f2(t)为负荷时变函数；则调峰负荷为
Ttop为峰值时间
S4：通过电子问卷的方式尽可能多的获取用户对于新电价体系的满意度信息，获得用户满意度与电价系数K0、K1、K2、K3的关系函数：
S＝L(K1,K2,K3,K4)+L0
其中，S为用户满意度，L(K1,K2,K3,K4)为用户满意度函数，L0为修正系数；
S5：构建基于最大调峰负荷E(t)及最优用户满意度S的TOPSIS评价模型，通过求解模型的最优值，获取最佳的电价系数K0、K1、K2、K3。
上述实施例只为说明本发明的技术构思及特点，其目的在于让熟悉此项技术的人士能够了解本发明的内容并据以实施，并不能以此限制本发明的保护范围。凡根据本发明精神实质所作的等效变化或修饰，都应涵盖在本发明的保护范围之内。
Claims (6)
1.一种基于5G通信的电力需求响应系统，其特征在于，包括应用管理模块、数据传输模块以及终端控制模块；所述应用管理模块包括电网公司、大数据中心以及云端服务；所述数据传输模块包括数据云平台、5G通信网络、通信管理机以及北斗模块；所述终端控制模块包括主动需求响应终端和用户设备；所述大数据中心用来分析来自数据云平台的用户数据，并将计算结果传送给电网公司和云端服务；所述电网公司根据大数据中心的计算结果制定相应的电价响应策略和激励响应策略，并下发给终端控制模块。
2.根据权利要求1所述的基于5G通信的电力需求响应系统，其特征在于，所述电价响应策略实现过程如下：
收集小区一个月内以0.5h为间隔的负荷数据集，通过大数据分析，构建小区的每日动态负荷时间模型：
其中，E1(t)为小区负荷用量，M1、M2为修正系数，f1(t)为负荷时变函数；
根据阶梯电价及用户响应度的问题，构建积分阶梯电价模型：
其中，Ctotal为用户需要交纳的总电费，K0、K1、K2、K3为电价系数，满足K0>K1>K2>K3，P0为电网公司当月发布的基础电价，
为用户需求响应函数，m为用户响应度，用户参与需求响应的次数越多响应度越高，未参与响应超过两次将会被扣除1积分，Euse为用户使用的电能，Scurrent为用户当前的积分值，初始值为12；
当处于用电高峰时段，电网公司发布调峰指令及相应的电价系数K0、K1、K2、K3，监测小区用户负荷一个月内的变化情况，构建小区的每日动态负荷时间模型：
其中，E2(t)为小区负荷用量，M3、M4为修正系数，f2(t)为负荷时变函数；则调峰负荷为
Ttop为峰值时间；
获取用户对于新电价体系的满意度信息，获得用户满意度与电价系数K0、K1、K2、K3的关系函数：
S＝L(K1,K2,K3,K4)+L0
其中，S为用户满意度，L(K1,K2,K3,K4)为用户满意度函数，L0为修正系数；
构建基于最大调峰负荷E(t)及最优用户满意度S的TOPSIS评价模型，通过求解模型的最优值，获取最佳的电价系数K0、K1、K2、K3。
3.根据权利要求1所述的基于5G通信的电力需求响应系统，其特征在于，所述云端服务包括用户注册、电量查询、套餐选择以及支付系统。
4.根据权利要求1所述的基于5G通信的电力需求响应系统，其特征在于，所述5G通信网络采用NSA和SA双重模式。
5.根据权利要求1所述的基于5G通信的电力需求响应系统，其特征在于，所述主动需求响应终端包括主控模块、测量模块、控制模块、通讯模块及人机交互模块；所述主控模块完成数据处理、存储以及转发工作；所述测量模块完成对当前电网信息的采集，并将信息调节变送后传送给主控模块；所述控制模块用于接收主控模块的命令，实现对用户设备的通断控制；所述通讯模块完成终端与云端系统之间的无线信息通信；所述人机交互模块实现用户对模块当前状态信息的查看以及相应参数的设置。
6.采用如权利要求1至5中任一所述系统的基于5G通信的电力需求响应系统的控制方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)当供电系统产生电力需求时，电网公司根据实际需求情况制定相应的激励或电价响应策略，下发给大数据中心；
(2)大数据中心分析云平台上传的负荷数据并制定精细的负荷分配表，下发负荷降低指令，同时将电网公司的激励或电价响应策略共享至云端服务；
(3)用户接收到云端服务共享的策略信息后可以在手机端选择是否签约，主动需求响应终端在执行负荷调度时只会选择用户签约的设备，其他设备不会影响；
(4)大数据中心的命令信息通过5G通信网络下发至区域通信管理机，通信管理机解析指令并分发给安装在用户侧的主动需求响应终端：
(5)响应终端收到命令后会根据当前用户的签约情况关闭用户侧的用电设备，完成电网调峰的任务；
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| PB01 | Publication | ||
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| CB02 | Change of applicant information | ||
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| GR01 | Patent grant | ||
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