CN205509496U - 一种基于自动需求响应的商业楼宇用电负荷管理装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种基于自动需求响应的商业楼宇用电负荷管理装置，包括控制器模块、远程通信模块、环境监测模块、电能数据采集模块、现场通信模块、控制输出模块、人机操作模块、数据存储模块、电源模块；环境监测模块和远程通信模块分别将环境参数和响应信号传递到控制器模块，由其启动响应事件，并通过控制输出模块对用电设备实施电源开关或负荷调节量控制；电能参数采集模块记录下用电设备在响应过程中的电能参数，对响应的负荷量进行统计。本实用新型能够自动判断需执行的需求响应级别，实现对用电设备的负荷精确控制，及时对需求响应过程参数进行记录，可为自动需求响应在我国的推广提供重要技术支持。

Description

一种基于自动需求响应的商业楼宇用电负荷管理装置

技术领域

本实用新型属电力需求侧管理技术领域，具体地，涉及一种基于自动需求响应的商业楼宇用电负荷管理装置。

背景技术

需求响应(demand response，DR)是电力需求侧管理的重要技术手段，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。自动需求响应是智能电网的核心技术功能之一，其不依赖于任何的人工操作，可以大大提高需求响应的时效性、可靠性、灵活性和成本效益。自动需求响应颠覆了传统的需求响应认识，将需求响应的主要功能从优化电能配置拓展到了向系统提供实时辅助服务，真正将需求响应纳入实时调度范畴。

商业楼宇主要包括大型的商场、超市、写字楼和酒店等，商业楼宇中的负荷主要为空调、热水器、照明等。据统计，我国商业楼宇中央空调负荷占楼宇总负荷的40％左右，并且这些负荷主要集中在夏季用电高峰期的数百小时内，其负荷的快速增长和集中使用对电网安全和电力平稳运行产生较大影响。如果单纯依靠增加装机容量来满足短暂的尖峰用电，需要付出巨大的投资，同时导致设备利用率较低，能源的使用效率和整体经济性不高。因此通过自动需求响应在用电高峰期降低商业楼宇中央空调负荷，能够起到削减电网尖峰负荷、减少发电设备投资，提高电网供电安全性的重要作用。

目前，美国的劳伦斯伯克利国家实验室的需求响应研究中心已开发出支持自动需求响应的低成本通信架构——开放式自动需求响应通信规约(open automated demand response communications specification，OpenADR)，并且开展了一系列有关自动需求响应的研究和试点工程。在我国，对于自动需求响应的研究还处于起步阶段，缺少相关的技术支撑。在未来商业楼宇参与电力自动需求响应的过程中，亟需要一种能够自动响应调度指令，并能够依据现场环境现状对楼宇用电负荷进行管理的终端装置。

实用新型内容

本实用新型的目的是克服现有技术存在的不足，提供一种能够实现自动需求响应的商业楼宇用电负荷管理装置，以使用户能够在电力市场下主动参与需求侧的调度，为电力系统提供辅助服务，提升电力系统的调峰调频能力，支持可再生能源的消纳，减少常规电厂的建设投入。

为解决上述技术问题，本实用新型所采用的技术方案是：一种基于自动需求响应的商业楼宇用电负荷管理装置，包括控制器模块、远程通信模块、环境监测模块、电能数据采集模块、现场通信模块、控制输出模块、人机操作模块、数据存储模块、电源模块；

所述远程通信模块、环境监测模块、电能数据采集模块、现场通信模块、控制输出模块、人机操作模块、数据存储模块分别同所述控制器模块连接；所述电源模块分别通过电气线路同上述的远程通信模块、环境监测模块、电能数据采集模块、现场通信模块、控制输出模块、人机操作模块、存储模块及控制器模块相连接。

所述控制器模块主要有CPU基本电路、输入输出控制电路、通信接口电路等组成，负责完成人体感知舒适度参数的设置、响应级别的设置、数据的运算、需求响应的启动控制、通信控制、开关量或调节量输出控制等。。

所述远程通信模块包括以太网模块、GPRS模块、3G模块，上述模块可依据商业楼宇的通信条件进行配置；所述远程通信模块通过规定的标准协议同上一级需求侧响应管理平台进行通信。

所述环境监测模块包括温度传感器、湿度传感器及环境数据处理模块；所述的环境数据处理模块实时计算周围环境的温度、湿度，同人体的感知舒适度进行比较。

所述电能数据采集模块包括电压传感器、电流传感器及电能数据处理模块；所述电压传感器采集用电设备的电源相/线电压；所述电流传感器采集用电设备的相电流；所述电能数据处理模块计算用电设备的实时功率、用电量。

所述现场通信模块包括RS485接口、RS232接口、USB接口，上述接口可以依据具体需求进行配置；所述RS485接口用于现场设备间的通信；所述RS232用于装置的现场通讯管理；所述USB接口用于数据的存取。

所述控制输出模块包括继电器触点输出模块、无级调节输出模块；所述继电器触点输出模块用于输出开关量，执行用电设备的开通和闭合操作；所述无级调节输出模块用于输出连续模拟量，执行用电设备的逐步调节。

所述人机操作模块包括面板操作模块、显示模块；所述面板操作模块用于对装置的系统设定和数据查阅；所述显示模块可根据设定显示用电设备的功率、电压、电流等电参数，需求响应的基线负荷、响应减少负荷量等。

所述数据存储模块用于存储实时和历史数据，能够在停电情况下保持数据不丢失。

本实用新型与现有技术相比具有的有益效果是：

(1)本实用新型基于自动需求响应的商业楼宇负荷管理装置，通过电能数据采集模块实时计算用电设备的用电功率，通过环境监测模块实时采集环境参数，并对比人类对舒适度的感知参数，然后根据控制模块中设定好的控制策略或上一级需求侧响应调度部门发布的响应事件或价格激励信号启动相对应的响应级别，以实现对用电设备的用电实时控制，可以参与电力系统的调峰调频，减少备用机组的建设成本，缓解高峰时段的供电紧张局面。

(2)本实用新型基于自动需求响应的商业楼宇负荷管理装置，通过对环境数据的监测及分析，可以对用电设设备实施精确自动控制，避免人为操作的盲目性和不准确性。

(3)本实用新型基于自动需求响应的商业楼宇负荷管理装置，通过对电能数据的采集及计算分析，可以使用户和需求响应管理部门准确掌握需求响应执行前的用户用电负荷基线及响应过程中的负荷削减量，有利于激励措施的执行。

附图说明

图1为本实用新型的结构组成示意图。

具体实施方式

下面结合实施例及附图对本实用新型作进一步详细的描述，但本实用新型的实施方式不限于此。

如图1所示，一种基于自动需求响应的商业楼宇用电负荷管理装置，包括控制器模块1、远程通信模块2、环境监测模块3、电能数据采集模块4、现场通信模块5、控制输出模块6、数据存储模块7、人机操作模块8、电源模块9。

所述控制器模块1主要由DSP或者ARM微处器组成，控制器模块1中包含通信接口电路、输入输出控制电路、存储电路、电源电路，并包含串行时钟电路；所述控制器模块1同人机操作模块8、远程通信模块2、现场通信模块5及数据存储模块7进行双向数据的发送和接收。

所述远程通信模块2可以配置以太网模块、GPRS模块、3G模块，上述模块可依据商业楼宇的通信条件进行配置，在具备有线网络通信的条件下可以只配置以太网模块，在有线网络不具备的条件下可以采用GPRS模块或3G模块；所述远程通信模块2通过规定的标准协议，如通信规约OpenADR同上一级需求侧响应调度部门进行通信。

所述环境监测模块3至少包括温度传感器、湿度传感器及环境数据处理模块；所述的温度和湿度传感器优选探头内嵌式的传感器；环境数据处理模块依据监测到的数据实时同人体的感知舒适度进行分析比较，并将结果发送到控制器模块1。

所述电能数据采集模块4包括电压传感器、电流传感器及电能数据处理模块；所述电压传感器和电流传感器选用的参数精度需满足电量计量要求；所述电能数据处理模块4计算用电设备的实时功率、用电量，并将数据保存到数据存储器模块9。

所述现场通信模块5包括RS485接口、RS232接口、USB接口，上述接口可以依据具体需求进行配置；所述RS485接口用于现场设备间的通信；所述RS232用于装置的现场通讯管理；所述USB接口用于数据的存取。

所述控制输出模块6包括继电器触点输出模块、无级调节输出模块；所述继电器触点输出模块用于输出开关量，执行用电设备的开通和闭合操作；所述无级调节输出模块用于输出连续模拟量，执行用电设备的逐步调节。

所述人机操作模块8包括面板操作模块、显示模块；所述面板操作模块用于对装置的系统设定和数据查阅；所述显示模块可根据设定显示用电设备的功率、电压、电流等电参数、需求响应的基线负荷、响应减少负荷量等。

所述数据存储模块7主要由存储器及周围电路组成；所述数据存储模块7主要存储用电设备的用电数据、环境数据及控制器模块发出的指令信号；存储器容量要求至少具备能够保存数据一个月，并在装置停电情况下保持不丢失。

本实例的工作过程：上述各个部件实质上组成一个基于自动需求响应的商业楼宇用电负荷管理装置，其通过电能数据采集模块4及环境监测模块3实时采集用电设备的电参数和环境参数，并利用环境参数与人类对环境的感知舒适度参数进行比较，根据控制器模块1中设定好的控制策略或由远程通信模块2接收到的上一级需求侧响应管理平台发出的指令启动对应的响应级别；控制器模块1发出的响应指令通过控制输出模块6传递到用电设备，对用电设备实施开关或无级调节控制；电能参数采集模块4记录下用电设备在启动需求响应前的用电负荷数据，并在响应结束后统计用电设备的负荷减少量和节省电量，及时将需求响应数据发送给上一级管理平台，同时将数据保存在数据存储模块7；操作人员可以通过人机操作模块8对负荷管理装置的内置参数进行自主设置，并可由现场通信模块5提取负荷管理装置保存的历史数据和软件功能更新及同其它现场设备的通信。

本实用新型的优点：本装置可以依据上一级需求响应平台信号或者环境情况自动启动需求响应事件，并自动判断执行的需求响应级别和能够减少的负荷量，从而实现对用电设备的用电功率实时控制，具备了参与电力系统的调峰调频能力，起到减少备用机组的建设成本，缓解高峰时段的供电紧张局面的重要作用；通过对环境数据的监测及分析，可以对用电设设备实施精确自动控制，避免人为操作的盲目性和不准确性；通过对电能数据的采集及计算分析，可以使用户和需求响应管理部门准确掌握需求响应执行前的用户用电负荷基线及响应过程中的负荷削减量，有利于激励措施的执行。

最后应当说明的是，以上内容仅用以说明本实用新型的技术方案，而非对本实用新型保护范围的限制，本领域的普通技术人员对本实用新型的技术方案进行的简单修改或者等同替换，均不脱离本实用新型技术方案的实质和范围。

Claims (6)

1.一种基于自动需求响应的商业楼宇用电负荷管理装置，其特征在于：包括控制器模块、远程通信模块、环境监测模块、电能数据采集模块、现场通信模块、控制输出模块、人机操作模块、数据存储模块、电源模块；

所述远程通信模块、环境监测模块、电能数据采集模块、现场通信模块、控制输出模块、人机操作模块、数据存储模块分别同所述控制器模块连接；所述电源模块分别通过电气线路同上述的远程通信模块、环境监测模块、电能数据采集模块、现场通信模块、控制输出模块、人机操作模块、数据存储模块及控制器模块相连。

2.根据权利要求1所述的一种基于自动需求响应的商业楼宇用电负荷管理装置，其特征在于：所述控制器模块主要有CPU基本电路、输入输出控制电路、通信接口电路组成，负责完成人体感知舒适度参数的设置、响应级别的设置、数据的运算、需求响应的启动控制、通信控制、开关量或调节量输出控制等。

3.根据权利要求1所述的一种基于自动需求响应的商业楼宇用电负荷管理装置，其特征在于：所述远程通信模块包括以太网模块、GPRS模块、3G模块，上述模块可依据商业楼宇的通信条件进行配置；所述远程通信模块通过规定的标准协议同上一级需求侧响应管理平台进行通信。

4.根据权利要求1所述的一种基于自动需求响应的商业楼宇用电负荷管理装置，其特征在于：所述环境监测模块包括温度传感器、湿度传感器及环境数据处理模块；所述的环境数据处理模块实时计算周围环境的温度、湿度，同人体的感知舒适度进行比较。

5.根据权利要求1所述的一种基于自动需求响应的商业楼宇用电负荷管理装置，其特征在于：所述电能数据采集模块包括电压传感器、电流传感器及电能数据处理模块；所述电压传感器采集用电设备的电源相/线电压；所述电流传感器采集用电设备的相电流；所述电能数据处理模块计算用电设备的实时功率、用电负荷。

6.根据权利要求1所述的一种基于自动需求响应的商业楼宇用电负荷管理装置，其特征在于：所述控制输出模块包括继电器触点输出模块、无级调节输出模块；所述继电器触点输出模块用于输出开关量，执行用电设备电源的开通和闭合操作；所述无级调节输出模块用于输出连续模拟量，执行用电设备的逐步调节。