CN207459740U - 一种用于能源互联网的需求响应系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种用于能源互联网的需求响应系统，在设备层用电需求侧设置需求响应补偿装置，需求响应调控终端根据调控需求向需求响应用电设备和需求响应补偿装置发送调节指令；需求响应补偿装置用于根据调节指令进行充电或放电，以在用电设备执行用电调节期间向电网补偿电网目标调节和用电设备实际调节之间的能量差。采用本实用新型的技术方案，通过在设备层用电需求侧设置需求响应补偿装置并参与电网调控补偿，从而让具备调节能力但调节时间上不满足要求的用电设备能够参与到能源互联网的自动需求响应体系中，使得能够参与自动需求响应的设备选择范围大为拓宽，也使能源互联网的调控能力得到增强。

Description

一种用于能源互联网的需求响应系统

技术领域

本发明涉及能源互联网技术领域，尤其涉及一种用于能源互联网的需求响应系统。

背景技术

能源互联网是一种互联网与能源生产、传输、存储、消费以及能源市场深度融合的能源产业发展新形态，具有设备智能、多能协同、信息对称、供需分散、系统扁平、交易开放等主要特征。能源互联网是推动我国能源革命的重要战略支撑，对提高可再生能源比重，促进化石能源清洁高效利用，提升能源综合效率，推动能源市场开放和产业升级，形成新的经济增长点，提升能源国际合作水平具有重要意义。

用户侧自动需求响应是能源互联网的重要组成部分。它主要是对工商业用户进行柔性负荷调控，使其主动参与电网削峰填谷，并平衡可再生能源发电产生的波动。对工商业用户和居民用户进行柔性负荷调控，实现自动需求响应，可以充分发挥需求侧互动资源在削峰填谷、平衡间歇性可再生能源带给电网的波动上的作用。采用市场化机制，建设以负荷集成商模式的自动需求响应系统，通过部署自动需求响应主站及终端，开展电力用户工业非核心生产附属设备，如电机、风机、泵等用电设备的柔性改造及通信系统建设，采集用户用能数据，为电力用户提供个性化的电能监测、分析和诊断等服务；数据挖掘、调控政策分析，实现电力负荷参与电网削峰填谷，实现多种分布式能源资源的互联互通和灵活性调配交易。但是，很多工业设备具备调节能力，但无法在短时间内迅速完成负荷降低。为了保证生产，这些耗能设备的调节过程可能从数分钟至几十分钟不等；而电网调节的信号需要在数秒至几十秒内作出反馈。按照现有技术，这样的设备是不符合自动需求响应能源互联网改造的条件。工商业用户的此类设备无法享受需求响应的补贴费用，虚拟电厂的运营方的调控能力也受到很大影响。

故，针对目前现有技术中存在的上述缺陷，实有必要进行研究，以提供一种方案，解决现有技术中存在的缺陷。

发明内容

有鉴于此，确有必要提供一种用于能源互联网的需求响应系统，通过在设备层用电需求侧设置需求响应补偿装置并参与电网调控补偿，从而让具备调节能力但调节时间上不满足要求的用电设备能够参与到能源互联网的自动需求响应体系中。

为了克服现有技术的缺陷，本发明的技术方案如下：

一种用于能源互联网的需求响应系统，采用四层结构，包括需求响应用电设备、用于控制多个需求响应用电设备用电需求的需求响应调控终端以及通过网络层远程控制多个需求响应调控终端的虚拟电厂运营平台，在设备层用电需求侧设置至少一个需求响应补偿装置，需求响应调控终端根据调控需求向需求响应用电设备和需求响应补偿装置发送调节指令；需求响应用电设备根据调节指令执行用电调节，所述需求响应补偿装置用于根据调节指令进行充电或放电，以在用电设备执行用电调节期间向电网补偿电网目标调节和用电设备实际调节之间的能量差；

所述需求响应补偿装置包括双向变流器(PCS)、电池管理单元(BMS)、储能电池组、控制单元、检测计量单元和通信单元，其中，所述双向变流器用于能量变换；所述电池管理单元用于检测电池组每组单体的电流、电压、温度信息，并将数据发送给控制单元，同时在充/放电时保证每组单体均流、均压；所述检测计量单元用于检测用电设备的实时电压、电流、功率等参数并计量电量；所述通信单元用于接收需求响应调控终端的调节指令或向其发送数据；所述控制单元汇总各种数据信息，决定系统的工作模式即工作功率。

优选地，多个所述需求响应补偿装置之间通过通信单元级联组网，协同向电网进行能力补偿。

本发明通过在设备层用电需求侧设置需求响应补偿装置参与电网调控补偿，从而让具备调节能力但调节时间上不满足要求的用电设备能够参与到能源互联网的自动需求响应体系中。这使得能够参与自动需求响应的设备选择范围大为拓宽，也使能源互联网的调控能力得到增强。

附图说明

图1为本发明用于能源互联网的需求响应系统总体架构示意图。

图2为本发明中需求响应补偿装置的结构示意图。

如下具体实施例将结合上述附图进一步说明本发明。

具体实施方式

以下将结合附图对本发明提供的技术方案作进一步说明。

现有技术中，参与能源互联网的用户，如果用电设备接受运营服务商下达的需求响应信号控制，在规定时间内实现了负荷控制或削峰的需求，那么运营服务商需要支付用户相应的费用。同时，减少的能源费用也是收益的一部分。这是自动需求响应能够采用合同能源管理的前提。

但是与空调、热泵、照明或家用电器不同，很多工业设备无法在短时间内迅速完成负荷降低，突然的调节可能对生产流程产生严重影响。为了保证生产，这些耗能设备的调节过程可能从数分钟至几十分钟不等；而电网调节的信号需要在数秒至几十秒内作出反馈。按照常规，这样的设备是不符合自动需求响应改造的条件。工商业用户的此类设备无法享受需求响应的补贴费用，虚拟电厂的运营方的调控能力也受到很大影响。

本发明就是针对这类应用场合，让具备调节能力，但调节时间上不满足要求的耗能设备参与到能源互联网的自动需求响应体系中。用补偿装置来填补电网调节和设备调节之间的时间差异所产生的能量差。在需求响应用电设备完成调节之前，由补偿装置提供缺口能量。在这期间，补偿装置处于短时间大功率放电状态，其功率等于运营方要求的调节值和设备实时能耗值之差。当设备完成调节或接收到运营方发送的终止信号，补偿设备停止向电网放电，进入反向小功率充电状态；也可以在谷电时段，进行大功率快速充电，以降低总体能源费用。

参见图1，所示为本发明用于能源互联网的需求响应系统总体架构示意图，需求响应补偿装置与虚拟电厂综合运营服务平台的集成采用四层体系架构，分别为设备层、量测层、网络层和主站层，主要功能如下：

(1)设备层

由用户侧可调节设备和需求响应补偿装置构成。前者包括电动机系统、风机系统、泵系统等。

(2)量测层

由自动需求响应调控终端、非侵入量测装置和各种智能表计组成，负责补偿装置和用户侧设备信息的采集、远程控制命令的传输以及和主站的通信。

(3)网络层

网络层由4G通信设备、数据加密设备和交换机等设备构成，是安装在用户侧的自动需求响应终端和非侵入量测装置与主站系统通信的枢纽。

(4)主站层

主站层由前置采集设备、数据库服务器和应用服务器组成，负责对补偿装置和用户设备进行数据收集、处理、分析和存储，同时向需求响应调控终端下发控制命令。

由图1可知，本发明在设备层用电需求侧设置至少一个需求响应补偿装置，需求响应调控终端根据调控需求向需求响应用电设备和需求响应补偿装置发送调节指令；需求响应用电设备根据调节指令执行用电调节，所述需求响应补偿装置用于根据调节指令进行充电或放电，以在用电设备执行用电调节期间向电网补偿电网目标调节和用电设备实际调节之间的能量差。

本发明涉及的补偿装置可以数台并联，接入需求响应耗能设备一侧的交流母线；以满足不同功率的要求。各台补偿装置间自动组网，接受需求响应调控终端的指令，根据每台补偿装置内储能单元的余量，决定各自的放电量或充电量。在区域能源总体宽裕的时段，如风能或光能比较充裕，总负荷不高的春秋季，补偿装置也可以按峰谷电储能电站的模式工作，以充分利用设备，让收益最大化。

参见图2，所示为本发明中需求响应补偿装置的结构示意图，需求响应补偿装置包括双向变流器(PCS)、电池管理单元(BMS)、储能电池组、控制单元、检测计量单元和通信单元，其中，PCS负责能量变换，既可以电池向电网送电，也可以电网向电池充电。BMS负责检测电池组每组单体的电流、电压、温度等关键信息，并将数据发送给控制单元，同时在充/放电时保证每组单体均流、均压。储能电池组必须是低容量、高放电倍率的动力型电池，以锂离子电池为主。一般储能容量选择在满功率放电20～30分钟。检测计量单元作用是检测耗能设备的实时电压、电流、功率等参数，同时计量电量。通信单元负责接收、发送数据给需求响应调控终端，并与其他补偿装置组网通信。控制单元汇总各种数据信息，决定系统的工作模式、功率大小等参数。

采用本发明设计的需求响应补偿装置，能够工作在不同的工作模式，以适用各种不同的应用场合。

1、补偿模式

当需求响应调控终端接受到主站系统发出的启动命令时，耗能设备和补偿装置同时启动。首先检测计量单元记录当前时刻的耗能设备功率，控制单元根据主站指令的削减值和完成响应的时间，计算出当前时刻PCS的补偿功率，并开始向交流母线放电。在耗能设备逐步调节的过程中，PCS的补偿功率也相应作出调整。当设备完成调节，或到达完成时间，或接收到主站发送的终止信号时，补偿设备停止放电。

2、整流模式

补偿模式结束后，便进入整流模式。此时PCS从交流母线取电，向储能电池充电。根据主站的计划，可以有两种整流模式。如主站决定在未来8小时内可能安排容量调控，则补偿系统使用1/4C～1/6C充电；如主站在未来8小时内不安排容量调控，则补偿系统根据时间，在峰电时段选择使用1/15～1/20C充电，在谷电时段使用1C～1/4C充电。

3、后备模式

若配电网突发故障，补偿装置可快速识别并切换到后备模式。此时首先确认自动切断装置已断开交流母线，之后PCS进行DC/AC逆变，向该接入点的需求响应用电设备放电，同时向其发出降功率调节信号。待电网恢复正常后，退出后备模式，并重新接入交流母线。如储能电池组已消耗90％以上，电网仍未恢复时，则向该接入点的需求响应用电设备发出软关机信号，避免突然断电造成更大损失。

4、储能模式

在区域能源总体宽裕的时段，主站系统发送指令可使补偿装置工作在储能电站模式。此时，补偿装置可做为一个小型储能电站使用。根据主站的短期的风光与负荷预测，可以合理提前计划安排整个厂区全天24小时的各微电源的发电计划，负荷用电计划，储能充放电计划，使发电计划与用电需求达到总体上的平衡。补偿装置可以安排在负荷用电量小，电价低时充电；在负荷用电量大，电价高时放电。实现谷电峰用，降低用电成本。补偿系统具体的充电时间、充电功率、放电时间、放电功率均由主站统筹决定。

5、通讯方式

为实现主站对用户用电设备进行自动需求响应控制、运行监测等目的，主站需要通过自动需求响应终端，与补偿装置和用户主要用电设备进行实时的信息通讯，传输调节指令、实时采集设备运行状态、环境参量和用能情况。通讯方式主要包含以下几类：

现场实时数据上送：支持通过DLT645、MODBUS、OPC和BACnet协议采集设备用能和运行状态，并统一转为IEC60870-5-104远传规约，遥信量变位实时上送，遥测量变位定时上送，满足实时监测和召测可调的要求。

需求响应指令下达：需求响应控制指令，采用兼容GDW376.1通讯协议，可以和用电信息采集系统无缝对接。

控制指令转发：终端根据预置的控制策略，将需求响应指令转译为对设备的控制指令，并可通过MODBUS协议，与设备控制器通讯。也可以通过OPC或者BACnet与BAS系统通讯，再通过BAS系统控制设备状态。

采用上述技术方案，本发明通过在设备层用电需求侧设置需求响应补偿装置参与电网调控补偿，从而让具备调节能力但调节时间上不满足要求的用电设备能够参与到能源互联网的自动需求响应体系中。这使得能够参与自动需求响应的设备选择范围大为拓宽，也使能源互联网的调控能力得到增强。

以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以对本发明进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本发明权利要求的保护范围内。

对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (2)

1.一种用于能源互联网的需求响应系统，采用四层结构，包括需求响应用电设备、用于控制多个需求响应用电设备用电需求的需求响应调控终端以及通过网络层远程控制多个需求响应调控终端的虚拟电厂运营平台，其特征在于，在设备层用电需求侧设置至少一个需求响应补偿装置，需求响应调控终端根据调控需求向需求响应用电设备和需求响应补偿装置发送调节指令；需求响应用电设备根据调节指令执行用电调节，所述需求响应补偿装置用于根据调节指令进行充电或放电，以在用电设备执行用电调节期间向电网补偿电网目标调节和用电设备实际调节之间的能量差；

所述需求响应补偿装置包括双向变流器(PCS)、电池管理单元(BMS)、储能电池组、控制单元、检测计量单元和通信单元，其中，所述双向变流器用于能量变换；所述电池管理单元用于检测电池组每组单体的电流、电压、温度信息，并将数据发送给控制单元，同时在充/放电时保证每组单体均流、均压；所述检测计量单元用于检测用电设备的实时电压、电流、功率等参数并计量电量；所述通信单元用于接收需求响应调控终端的调节指令或向其发送数据；所述控制单元汇总各种数据信息，决定系统的工作模式即工作功率。

2.根据权利要求1所述的用于能源互联网的需求响应系统，其特征在于，多个所述需求响应补偿装置之间通过通信单元级联组网，协同向电网进行能力补偿。