面向居民智能用电的边缘计算协同架构研究

随着电力系统的快速发展和智能家电的普及,面向居民智能用电的能源互联基于家庭应用环境,重新定义了智能用电系统各终端的功能以及终端之间广泛的互联互通与智能协同内涵。该文为常见的用户侧智能用电相关系统提出了一种边缘计算协同控制架构,可以解决多个大功率负荷同时工作导致负荷过载的问题。在边缘计算参考架构的基础上,分析了居民智能用电协同架构,不同智能用电终端各自的云平台通过统一接口连接入云协同平台,将终端边缘计算的数据信息传入云协同平台,再根据家电优先级排序,由该平台统一控制家电的开关,达到避免负荷功率过载的目的。并提出了基于层次分析法的家电优先级排序思路,对比了分布式协同与集中式协同架构。边缘计算协同架构通过设备边缘计算、协同控制中心的运维管理及云平台的智能协同,分析并处理庞杂的家电负荷数据,优化居民智能用电的运行模式,保障智能家电系统平稳高效运行。     

自动需求响应信息交换接口设计

自动需求响应信息交换接口是连接参加自动需求响应的用户自动化系统、电网公司的需求响应服务系统及第三方的聚合服务系统的实体。接口能实现需求响应各系统间的信息交换功能,是自动需求响应的关键技术之一。从需求响应业务分析出发,设计了接口的体系架构、层次模型和接口功能,通过接口的功能层、信息层和通信层实体间的密切配合,合理映射到物理网络后可进行高效、灵活、方便、安全的需求响应信息交换,对实现需求响应的自动化具有重要意义。     

居民负荷交互控制装置研究与设计

为了推动居民用户需求响应业务的发展,从技术上支撑相关家电设备厂商完成电力需求响应型家电的生产和改造,研究并设计了一种应用于居民电器设备的接口装置。概述了装置的硬件架构、软件架构,完成了硬件方案设计与软件功能设计;在直接负荷控制、可中断负荷控制、自动需求响应等需求响应项目应用场景下,介绍了装置的应用方法。实验验证,装置能够在不增加现有家电生产成本前提下,扩展家电的需求响应功能,实现居民用户与电网企业双向互动并自动参与需求响应的目标。     

考虑IEC标准的用户侧电力物联网体系架构研究

用户侧的负荷设备及负荷管理系统如何接入到泛在电力物联网（ Internet of Things， IoT)平台是当前电力物联网建设亟需解决的问题之一。文章在分析用户侧负荷设备物联网系统、抄表系统的组成架构基础上，参照国际电工委员会等标准组织发布的智能电网标准及物联网标准，提出了用户侧电力物联网的体系架构，该架构支持用户侧负荷聚合系统、用户能源管理系统及用户负荷自动控制系统与泛在电力物联网的融合，并以需求响应业务为例介绍了电网互动业务在用户侧电力物联网环境中的执行过程。文章同时提出了用户侧物联网信息交换接口的标准化需求，以满足电网运行及需求侧管理过程中信息交换的需要。     

基于OpenADR扩展的错峰业务仿真平台设计

由于不同开发商所开发的系统存在技术差异以及相关标准的缺失,导致我国现有需求响应(demand response,DR)系统无法有效互联互通,不利于需求响应项目的推广。该文基于OpenADR 2.0协议的标准框架,扩展了可用于支撑错峰业务的信息接口、业务交互流程以及事件处理机制。依托SAC/TC549以及国际标准化思路,对参与错峰业务主体的角色、定位以及仿真功能需求进行了分析,从参与错峰调度过程中所需的数据信息模型、调度策略、用户动态响应特性等方面出发,完成了错峰业务仿真平台的设计。此外,该仿真平台还提供了外部半实物接口,可以实现与DR动态交互相关的标准验证及业务性能测试,给未来标准制定、政策实行提供数据支撑。     

居民侧智能用电泛在感知技术与多元精准服务研究

文章以泛在电力物联网技术为基础,探索面向低压居民客户的智慧能源服务新模式,以提升客户体验和用能服务水平为目标,实现居民客户与电网的友好互动。综合运用物联网、大数据、云计算、移动互联网和人工智能等新一代信息通信技术,构建集泛在感知终端、智慧服务云平台和多样化用能服务于一体的智能用电生态体系,利用家庭能源路由器技术提升居民侧边缘智能水平,对居民用能大数据进行深度挖掘,开展基于用户画像的智慧家居、用能优化、新能源接入、能源交易、电力积分、需求响应互动等精准服务,形成电网公司、政府、家电厂商、互联网公司多方共建共赢的生态模式。     

电力需求响应管理平台互操作接口设计

电力需求响应管理服务系统是电力需求响应系统功能架构中的主站系统,为需求响应聚合系统和需求响应终端提供组织和管理功能,这需要提供电力需求响应信息互操作接口。从应用场景和软件架构方面设计了基于国内电力行业标准DL/T 1867—2018《电力需求响应信息交换规范》功能一致性的电力需求响应管理服务系统互操作接口。应用场景方面,设计了完整的测试流程以及注册、报告、事件、加入/退出的互操作用例;软件架构方面,采用微服务的架构设计风格,设计了Http接口组件、参与者管理组件、事件管理组件以及数据管理组件。设计方案可以应用于国内需求响应试点以及自动需求响应控制应用场景中。     

基于动态家电优先级的智能家电管理控制方案

本文利用需求响应(demand response, DR)技术,在满足用电要求的前提下,针对居民用户提出一种在DR下用于管理高功耗家用电器的智能家居管理控制方案。该方案通过建立家电优先级评价指标,以电价信息、家电传感器信息、断电时间等作为输入量利用模糊控制器对各家电优先级进行合理评估,以动态优先级控制实现DR时段用户功耗低于一定水平并兼顾用户舒适性和用电成本。分析了不同时段、不同家电负荷在改善负荷曲线中的作用,仿真结果验证了所提控制方案在DR时段控制的有效性。     

基于智能电网用户侧海量数据的业务系统研究

近年来关于智能电网用户侧海量数据相关的技术及其在电力行业中的应用已有较多研究,但是缺乏对于用户侧数据基础架构及业务应用模式的系统研究。基于对用户侧数据的特征分析,论文从用户侧海量数据的技术架构以及未来承载电力海量数据关键技术出发开展了相关研究。建立了面向电力业务体系的海量数据平台,并设计了智能电网用户侧海量数据技术架构。最后,以优化节点电价为例,利用数据挖掘技术对用户侧海量数据在需求响应(DR)决策中的应用制定了DR辅助决策流程,对未来智能电网海量数据的研究和应用提供了理论依据及技术支撑。     

基于工业互联网云平台的智能用电互动模式研究

在当前能源互联网和工业互联网快速发展的背景下,电力用户越来越多的参与到实际的用电服务中,迫切需要进一步提升电网与用户双向互动服务能力。以工业互联网云平台为依托,本文提出了智能用电互动模式通用架构。从互动对象各方需求出发,梳理了智能电网与用户用电互动需求具体内容,提出了五个互动对象及其之间的互动模式。在此基础上,提出了基于工业互联网云平台的互动技术架构,并具体介绍了智能用电的互动模式应用场景,以期为进一步的电力用户与电网企业的互动提供理论基础。     

需求响应业务系统数据分析模型及应用

结合国内智能电网用户接口标准化现状,分析了用电侧的数据标准体系。在IEC PC 118的基础上扩展了支撑需求响应(demand response,DR)业务的信息交换接口及信息模型,以支撑DR执行效果的大数据评估方法的实现。从行业类属维度、时间维度、响应维度等方面分析了DR业务动态运行指标,通过在传统的数据关联分析方法中引入知识挖掘(knowledge discovery in database,KDD),构建了不同置信区间下的弱关联分析,为了降低系统的计算开销,在分析过程中采用剪枝技术以提高运算性能。最后,结合典型用能企业的负荷模型,对所提出的方法进行了验证,并实现了DR系统执行效果的潜在关键性因素分析,为未来智能电网用户侧能源管理、配网调度、第三方能源聚合商管理提供必要的技术支撑。     

基于电力需求响应的智能家电管理控制方案

运用智能电力需求响应(DR)技术,有效整合用户侧电网响应潜力以提升电网运行的安全性、稳定性和经济性值得深入研究。以居民用户为例,利用智能电网双向交互能力,提出了智能家电管理(HAM)系统及其控制方案。建立了不同家电的控制模型,并根据家电运行特点提出了家电舒适度指数的概念。在满足DR用电要求并尽量满足用户舒适度的前提下,根据家电实时状态在线计算其动态优先级,并按照优先级顺序执行负荷控制决策。分析了不同家电参与DR后,对改善电网负荷曲线的作用。从电力公司与用户两方面分析了所提控制方案的控制效果。仿真结果验证了智能家电控制方案的合理性。     

基于云平台的风电场断路器在线监测系统设计

提出了一种基于云平台的风电场断路器在线监测系统,介绍了其架构、组成及设计方案。将整个监控系统网络分成两层,利用Zigbee无线通信技术把风电场内的所有断路器组成内部测控网,利用云平台和3G-DTU将Zigbee测控网接入互联网,用户根据自己的实际需求,通过云平台开发各种适合自身需求的在线监控系统。该方案解决了风电场断路器实现无线组网测控的实际工程化问题,安装方便,成本低廉。     

居民用户需求响应业务模型研究

为适应居民用户需求响应业务的新变化,规范业务场景描述,结合国内外在居民用户需求响应方面的发展现状,分析居民用户的需求响应潜力,梳理了新形势下的居民用户需求响应资源,对需求响应业务进行重新划分,提出卖方响应和买方响应的概念,并描述了业务功能模块与业务架构。设计了一种基于统一建模语言(unified modeling language,UML)的居民用户需求响应业务建模方法,并结合卖方响应业务给出了具体的建模示例。     

基于区块链的负荷聚合商及居民用户多方共治交易模式

居民用户以负荷聚合商为中介参与需求响应,在交易中往往不具有话语权和选择权,由此产生信息不透明、第三方权力过大等信任问题;同时,居民用户因信息获取能力差以及负荷实时控制能力弱,难以在聚合响应中享受平等决策权、知情权和话语权。因此,基于区块链技术设计负荷聚合商及居民用户多方共治交易模式,针对包含3类柔性负荷的居民用户及聚合商的区块链节点,以自治共享为基本原则建立区块链节点模型和配置方法;基于负荷聚合商及居民用户节点间的聚合响应新模式,构建了基于聚合商非合作博弈、居民用户间演化博弈及聚合商与居民用户间主从博弈的激励机制,设计了激励相容的智能合约算法和区块数据结构,并提出响应标识因数和激励理性系数来评估所提交易模式的有效性;最后,经算例仿真验证表明,所提交易模式在保证各交易节点效用的基础上,可确保聚合服务高效可信,有利于唤醒海量需求侧沉睡资源。     

电力海绵城市系统研究与应用

传统运行模式下,电网在安全性、经济性、消纳区外可再生能源等方面存在瓶颈。同时,由于信息孤岛效应的存在,用户侧电力资源闲置浪费和电力商品属性单一的问题突出。基于"互联网+智慧能源"的理念,从组织架构、技术架构、生态架构等方面系统阐述了电力海绵城市系统的设计思路,并提出了8大应用创新。基于上述设计理念,开发了城市用电侧电力统一管理平台,并上线运行。电力海绵城市系统是实现"需求弹性,供需协同"与"区内平衡,广域协同"的网约电平台,属于能源互联网新模式和新业态的创新实践。     

基于分时电价的智能家电控制方案

为利用需求响应(demand response,DR)技术削减配电小区峰谷负荷差,改善负荷曲线,提出一种基于分时电价的智能家电管理控制方案。首先,针对各家电设备运行规律不同的特点,抽象出3种家电负荷类型,并建立对应类型的控制模型及DR策略;其次,按照分时时段对分时电价信息进行模糊化处理,得到电价优先级,针对DR事件(需求响应最大限制负荷、需求响应时间、可中断负荷时长等),引入DR控制规则和预调度机制;最后,对控制调度队列中家电的调度顺序进行切换和实施控制,以实现峰谷负荷的均衡。通过仿真算例对比分析了预调度与正常DR调度对电网负荷的均衡效果和经济效益,结果表明,控制方案能减少用户的整体费用支出和缓解电网负荷,因而是可行且合理的。     

智能用电背景下考虑用户满意度的居民需求侧响应调控策略

需求侧响应(demand response,DR)资源是未来能源电力系统中重要的可调控资源。在能源互联网以及智能电网背景下,通过智能能量管理系统(smart energy management system,SEMS)合理地调控用户侧的需求侧响应资源,是实现供需双侧互动以及电力系统协同互联的重要手段。首先,基于SEMS系统架构,对用户用电设备进行分类建模,在考虑用户用电满意度的条件下,以用户用电成本以及系统负荷波动最小为目标,构建两阶段的用户需求侧响应资源调控策略模型;其次,通过分布式的需求侧响应资源调控机制对用户用电行为进行优化,最大程度上保护用户的用电信息隐私;最后,进行算例仿真,在实时电价条件下,分析上述需求侧响应调控策略对用户用电行为的影响,结果表明上述两阶段的需求侧资源调控模型能够进一步优化用户的用电行为。     

新一代电力市场交易平台架构探讨

新一轮电力体制改革要求电力供应由传统的计划方式向市场交易模式逐步转变,面对复杂的市场变化,对电力交易技术支持系统提出了新的要求。对"现货+中长期"市场联合运营、面向互联网的高并发访问、标准化的市场模型、外部系统信息交换与交易安全保障等重点需求进行了分析,提出了适应中国电力市场特色的四大应用业务架构,以及基于"混合云"的两级市场协调运作的平台架构体系,最后对系统建设需要解决的关键技术问题进行了探讨。     

PLC通信应用于居民需求响应业务的适用性分析

基于目前需求响应技术受限于需求侧信息通信水平的背景,首先分析了应用于居民用户的电力线载波通信的工作原理、拓扑结构、应用场景、网络模式等问题,然后研究了不同类别的居民用户需求响应业务对通信系统的指标需求,并给出了指标需求的具体数据,最后通过大量实验数据验证了电力线载波通信应用于居民用户需求响应业务的可行性,同时指出了电力线载波通信应用的不足之处。