CN114124946A - 一种基于容器的网荷协同用能控制系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于容器的网荷协同用能控制系统，通过Docker创建在国网芯定制的Linux系统中的Container来实现。对网荷协同用能控制系统对应的应用程序进行分类，对应每一类在边缘计算平台上生成一个容器，应用程序在特定的环境先进行编译和调试，使用appSignTool工具进行打包之后放入对应的容器。本发明基于安装于容器中的各APP可以实现网荷协同控制，同时本发明增加了信息传输的安全性和不同环境下的软件的兼容性，并具备很好的可扩展和定制化的特点。

Description

一种基于容器的网荷协同用能控制系统

技术领域

本发明属于用能控制技术领域，具体涉及一种基于容器的网荷协同用能控制系统。

背景技术

目前国内外关于智能家居、光伏设备、电动汽车有序充电等智慧用能产品的研究取得了一定成果，但没有充分结合台区内的多种能源设备，缺少对台区能源设备优化调度的研究应用，不能最大限度发挥台区内能源设施的潜力。目前的台区智能终端尚不具备台区能源本地自治、优化策略处理、台区负荷识别等功能，无法满足智慧能源服务灵活多变的业务技术要求，不具备开展大规模应用推广的技术条件。

台区负荷调控尤其是家庭负荷调控管理是未来电气设备发展的必然趋势。国外在此领域已经进行了大量卓有成效的研究，但是缺乏对台区多源负荷的交互耦合影响，因此针对包括考虑家庭用户用电行为的调控潜力评估、精准调控技术，以及考虑台区光伏、储能、充电桩、家庭负荷之间的相关性和互补性的协同优化技术，均有待展开深入研究。

国内在今年也在不断加大研究力度，其中台区负荷的建模与调控，精准负荷控制、多元负荷协同优化以及行为分析依然是需要关注的问题。因此，分析台区多维度负荷可调潜力，研究分层聚合协同控制策略，在保证居民用电舒适度的前提下，提供节电措施、用能建议和更加人性化的服务是很有必要的 。

发明内容

本发明的目的在于提供一种基于容器的网荷协同用能控制系统，采用的技术方案如下：

一种基于容器的网荷协同用能控制系统，搭建于国网芯的Linux系统平台，采用Docker在所述Linux系统平台中创建容器；

所述容器用于用能控制系统与端设备进行通信，以及与云端主站进行通信；用于进行负荷识别和进行网荷协同控制；以及用于营销业务管理和配电业务管理。

进一步的，所述用能控制系统为边设备，其下挂接端设备；所述端设备为多元负荷的相关实时数据采集器。

进一步的，所述容器包括主机容器、基础容器、边缘计算容器、营销业务容器和配电业务容器；

所述主机容器中安装：

抄表调度APP，用于与端设备进行通信，获取端设备中的实时的抄表数据；

无线管理APP，用于与云端主站进行通信；

系统管理APP，用于对基础类APP的接入和通讯进行控制；

心跳管理APP，用于维护所有APP稳定在线；

所述基础容器中安装：

数据中心APP，用于本地和实时的数据存储和读取；

本地通信管理APP，用于对边设备中硬件设备进行通信管理；

所述边缘计算容器中安装：

采集任务调度管理APP，用于采集端设备中的实时的抄表数据；

回路监测APP，用于根据采集的数据进行回路检测；

电能质量分析APP，用于根据采集的数据进行电能质量分析；

台区状态管理APP，用于对台区参数进行描述和控制；

负荷识别APP，用于对负荷进行识别及分析；

所述营销业务容器中安装：

低压集抄APP，用于低压用户在营销业务中采集端设备中的实时的抄表数据；

电动汽车有序充电APP，用于对电动汽车充电进行管理和控制；

分布式能源管理APP，用于对分布式能源进行管理和控制；

企业能效管理APP，用于能效管理；

所述配电业务容器中安装：

台区智能监测APP，用于对台区总体参数进行控制；

所述主机容器和基础容器中的APP属于基础类APP；边缘计算容器、营销业务容器和配电业务容器中的APP均属于高级类APP。

进一步的，各容器间通过msoquitto端口进行通信。

进一步的，各APP间基于MQTT协议进行通信。

进一步的，使用appSignTool工具对应用程序进行打包，将打包的tar程序放入对应的容器中形成对应的APP。

进一步的，所述用能控制系统还配置RS485和HPLC模块；

所述RS485和HPLC模块用于建立用能控制系统与端设备的通信信道。

进一步的，所述负荷识别APP用于对采集的电能量数据曲线进行分析，基于多源异构、数据驱动和可调负荷标签对台区侧居民用户负荷结构进行分解以及形成典型用能行为精准画像。

进一步的，

对台区侧居民用户负荷中的典型可调负荷进行统计和估算，评估负荷可调潜力；所述典型可调负荷是指，设备负荷降低甚至是断电对用户无影响的设备；

对台区侧居民用户负荷中的柔性负荷，首先判断是否存在台区的总功率短缺，若存在则将柔性负荷的用电时间由现在的高峰期移至低谷的时间段；所述柔性负荷是指存在典型负荷峰谷的设备；

根据对典型可调负荷和柔性负荷的分析，对设备进行断电或者转移用电时间段，实现网荷协同。

本发明的有益效果为：

本发明提供一种基于容器的网荷协同用能控制系统，通过Docker创建在国网芯定制的Linux系统中的Container来实现，很好的增加了信息传输的安全性和不同环境下的软件的兼容性，并具备很好的可扩展和定制化的特点。本发明基于安装于容器中的各APP可以实现网荷协同控制。

附图说明

图1为本发明提供的基于容器的网荷协同用能控制系统结构示意图。

具体实施方式

下面对本发明作进一步描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本发明的技术方案，而不能以此来限制本发明的保护范围。

本发明实施例提供一种基于容器的网荷协同用能控制系统，网荷协同主要依赖于台区的多维度负荷可调潜力分析和分层聚合协同控制策略。容器化环境主要是通过Docker创建在国网芯定制的Linux系统中的Container来实现的。

用能控制系统如图1所示，主要由模块化硬件平台、Container和边缘计算框架以及协同业务场景中的应用程序几大部分组成。其中模块化硬件平台主要提供了4G、RS485、宽带电力载波（broadband power line carrier，以下简称HPLC）、负荷模块拓展等功能。

本发明实施例中，用能控制系统基于国网芯研发的硬件平台，具备芯片自主化的能力，在其上构建专属的Linux系统具备了专用系统的一系列优点（以下将此定制化的linux系统称为边缘计算平台）。在硬件平台上组建模组化硬件，可以针对不同场景下的用能系统进行定制化服务，以期望于实现资源的有效利用。

其中，模组化硬件主要包括：RS485、HPLC、负荷识别模块、无线模块、遥信遥测模块、控制模块几种类型。 RS485和HPLC用于为端设备信息传递提供信道；负荷识别模块用于根据边设备提供的电压电流等一系列参数曲线分析负荷类型；无线模块为支持4G通讯的对上模块；遥信遥测模块是支持后期遥信遥测修改设备参数的硬件支持；控制模块是负责产生控制信号的模块。

本发明实施例中，用能控制系统依赖的硬件平台在边缘网络中属于边设备，其下挂接的多元负荷的相关实时数据采集器是端设备。边设备就是边缘节点中的边缘计算设备的载体，在电力物联网中起到了初步处理下层端设备数据以及回应云端的主站的报文的能力。边设备由于定制化需求，还具备边缘计算软件的充分解耦能力，并将各个不同的功能进行模块化处理。

本发明实施例中，模组化硬件对应的应用程序也是利用Docker技术搭建的容器环境进行安装的，并且基于解耦的目的，将其中的软件主要分成二大类：基础类APP和高级APP。这些APP之间的交互均使用了适合边缘系统的分发制MQTT协议。其中，MQTT协议是在边设备中嵌入mosquitto服务器以达到众多APP相互交互的目的，该协议的使用更加的高效迅速。

本发明实施例中，基于Docker技术搭建的容器化环境主要分为五个大类的容器：主机、基础容器、边缘计算容器、营销业务容器和配电业务容器。每个容器中安装对应的功能的APP。容器间利用开放的msoquitto端口来进行通信。其中主机容器和基础容器中的软件属于基础类APP，其他容器中的APP均属于高级类APP。以下对每个容器的APP进行列叙。

其中，主机容器中的APP主要包括：

抄表调度APP，主要负责利用RS485和HPLC信道与端设备进行通信，获取端设备中的实时的抄表数据；

无线管理APP，提供4G通信功能，用于对上（云端主站）通信；

系统管理APP，用于对基础类APP的接入和通讯进行控制；

心跳管理APP，负责维护边设备所有APP稳定在线，如果APP掉线则对其进行唤醒。

基础容器中的APP主要包括：

数据中心APP，负责所有的APP的本地和实时的数据存储和读取，

本地通信管理APP，负责对边设备扩展的硬件模块进行管理，映射出相关设备。

边缘计算容器中的APP主要包括：

采集任务调度管理APP，用于替代抄表调度APP进行抄表；

回路监测APP，负责根据采集的数据进行回路检测；

电能质量分析APP，负责根据采集的数据进行电能质量分析；

台区状态管理APP，用于对台区场景的所有参数进行整体上的描述和控制；

负荷识别APP，用于在需要负荷识别的场景中对负荷进行识别以及对负荷数据进行分析。

营销业务容器中的APP主要包括：

低压集抄APP，普通低压用户的营销业务的抄表APP；

专变采集APP，对比低压集抄增加了大用户的一些控制功能；

电动汽车有序充电APP，用于对电动汽车充电进行管理和控制；

分布式能源管理APP，用于对分布式能源进行管理和控制；

企业能效管理APP，针对特定企业用户特定要求开发的能效管理APP。

配电业务容器中的APP主要是台区智能监测APP，针对配电业务开发的针对台区总体参数控制的APP。

营销业务容器和配电业务容器中的APP不同场景有不同的选择，总是选择对应场景中的APP作为主要的业务处理APP。

所有的APP均使用Docker技术打包成tar软件之后在硬件平台创建的容器中运行，很好的增加了信息传输的安全性和不同环境下的软件的兼容性，并具备很好的可扩展和定制化的特点。

容器化程序部署过程具体为，

首先是对模组化硬件对应的应用程序进行分类，具体可以分为五大类，对应每一类在用能控制系统的边缘计算平台上生成一个容器。应用程序在特定的环境先进行编译和调试，之后将应用程序和依赖的lib分别放入bin和lib文件夹中。使用appSignTool工具对APP进行打包：-f指定app可执行程序的路径，-b指定名称，-l指定库的路径，-v指定版本号，-o指定生成的tar文件的名称。之后将打包的tar程序放入边缘计算平台中，使用appm检查对应的容器是否生成，如果没有就创建对应的容器，之后将tar置入，之后重启系统由安全加固系统自动安装并执行。

本发明实施例中，实现网荷协同的用能控制具体流程如下：

首先边缘计算容器中的负荷识别APP对HPLC采集的电能量数据曲线进行分析，基于多源异构、数据驱动、可调负荷标签等手段来实现台区侧居民用户负荷结构分解和典型用能行为精准画像。之后业务APP依据此画像和分解的负荷结构进行以下的动作：

对负荷中的典型可调负荷（在一些特认场景下，某一些设备降低甚至是断电对用户而言感知不大，这类负荷被称为典型可调负荷，例如商场的中央空调机组，中午关闭其中的一两个机组对温度的影响不大）进行统计和估算，生成可调负荷潜力的评估模型。

对负荷中的柔性可调负荷（即指某些存在典型负荷峰谷的设备，比如充电桩，在下班的时候负荷是高峰，白天则是低谷），首先判断是否存在台区的总功率短缺，若存在则将柔性负荷的用电时间由现在的高峰期移至低谷的时间段。

在具体分析用户的负荷画像之后，并在适当的时间点对适当设备进行断电或者转移用电时间段，以达到网荷协同的目的。并且在此的基础上形成负荷的短期预测方法（通过考虑各类负荷的调控特性和时序特征，建立包括日前调控计划预排、日内计划修正和实时调度的方法来对负荷的未来变化进行一定的预判和控制），生成目前的调控目标曲线，在考虑负荷的调控特性和时序特征的情况下稳定电网的用能稳定。

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：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其限制，尽管参照上述实施例对本发明进行了详细的说明，所属领域的普通技术人员应当理解：依然可以对本发明的具体实施方式进行修改或者等同替换，而未脱离本发明精神和范围的任何修改或者等同替换，其均应涵盖在本发明的权利要求保护范围之内。

Claims (9)

1.一种基于容器的网荷协同用能控制系统，其特征在于，搭建于国网芯的Linux系统平台，采用Docker在所述Linux系统平台中创建容器；

所述容器用于用能控制系统与端设备进行通信，以及与云端主站进行通信；用于进行负荷识别和进行网荷协同控制；以及用于营销业务管理和配电业务管理。

2.根据权利要求1所述的一种基于容器的网荷协同用能控制系统，其特征在于，所述用能控制系统为边设备，其下挂接端设备；所述端设备为多元负荷的相关实时数据采集器。

3.根据权利要求1所述的一种基于容器的网荷协同用能控制系统，其特征在于，所述容器包括主机容器、基础容器、边缘计算容器、营销业务容器和配电业务容器；

所述主机容器中安装：

抄表调度APP，用于与端设备进行通信，获取端设备中的实时的抄表数据；

无线管理APP，用于与云端主站进行通信；

系统管理APP，用于对基础类APP的接入和通讯进行控制；

心跳管理APP，用于维护所有APP稳定在线；

所述基础容器中安装：

数据中心APP，用于本地和实时的数据存储和读取；

本地通信管理APP，用于对边设备中硬件设备进行通信管理；

所述边缘计算容器中安装：

采集任务调度管理APP，用于采集端设备中的实时的抄表数据；

回路监测APP，用于根据采集的数据进行回路检测；

电能质量分析APP，用于根据采集的数据进行电能质量分析；

台区状态管理APP，用于对台区参数进行描述和控制；

负荷识别APP，用于对负荷进行识别及分析；

所述营销业务容器中安装：

低压集抄APP，用于低压用户在营销业务中采集端设备中的实时的抄表数据；

电动汽车有序充电APP，用于对电动汽车充电进行管理和控制；

分布式能源管理APP，用于对分布式能源进行管理和控制；

企业能效管理APP，用于能效管理；

所述配电业务容器中安装：

台区智能监测APP，用于对台区总体参数进行控制；

所述主机容器和基础容器中的APP属于基础类APP；边缘计算容器、营销业务容器和配电业务容器中的APP均属于高级类APP。

4.根据权利要求3所述的一种基于容器的网荷协同用能控制系统，其特征在于，各容器间通过msoquitto端口进行通信。

5.根据权利要求3所述的一种基于容器的网荷协同用能控制系统，其特征在于，各APP间基于MQTT协议进行通信。

6.根据权利要求3所述的一种基于容器的网荷协同用能控制系统，其特征在于，使用appSignTool工具对应用程序进行打包，将打包的tar程序放入对应的容器中形成对应的APP。

7.根据权利要求1所述的一种基于容器的网荷协同用能控制系统，其特征在于，所述用能控制系统还配置RS485和HPLC模块；

所述RS485和HPLC模块用于建立用能控制系统与端设备的通信信道。

8.根据权利要求3所述的一种基于容器的网荷协同用能控制系统，其特征在于，所述负荷识别APP用于对采集的电能量数据曲线进行分析，基于多源异构、数据驱动和可调负荷标签对台区侧居民用户负荷结构进行分解以及形成典型用能行为精准画像。

9.根据权利要求8所述的一种基于容器的网荷协同用能控制系统，其特征在于，

对台区侧居民用户负荷中的典型可调负荷进行统计和估算，评估负荷可调潜力；所述典型可调负荷是指，设备负荷降低甚至是断电对用户无影响的设备；

对台区侧居民用户负荷中的柔性负荷，首先判断是否存在台区的总功率短缺，若存在则将柔性负荷的用电时间由现在的高峰期移至低谷的时间段；所述柔性负荷是指存在典型负荷峰谷的设备；

根据对典型可调负荷和柔性负荷的分析，对设备进行断电或者转移用电时间段，实现网荷协同。

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