CN102882276B - 一种基于需求响应的能效监控方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种基于需求响应的能效监控方法，实现对电力用户侧用电负荷设备电源的接通与切断控制，同时可以结合电力用户侧用电负荷设备的用能情况，对用电负荷设备内的相关控制单元进行连续开合度控制，有级、无级调节，这样提高了需求响应控制的灵活性，在不影响电力用户基本生产生活，保证用电舒适度的前提下，进行了需求响应控制。

Description

一种基于需求响应的能效监控方法

技术领域

本发明属于检测控制技术领域，具体涉及一种基于需求响应的能效监控方法。

背景技术

长期以来，人类生产生活一直依赖传统能源，对传统能源的大量、不断消耗导致了能源危机的日趋严重。世界上许多国家都在积极开发利用可再生能源，希望借助可再生能源来缓解能源危机。但是可再生能源的利用与自然环境有着密切联系，利用可再生能源进行发电时，环境变化会导致电网负荷变化，因此需要根据电网负荷的变化调整用电负荷，以保证电力系统安全。

目前，我国大部分发电系统仍然依赖传统能源的消耗，为了满足电网高峰负荷的需求，电力系统需要付出巨大的重复建设成本以响应高峰负荷，以此保证电力系统安全，但在电网低谷负荷时，这部分电能又白白浪费。利用先进手段，平抑电网负荷，降低电网高峰负荷，提高低谷负荷，对于提高能源利用效率，降低电网建设成本，具有重要意义。

国家制定实施的众多节能减排措施中，推广用电负荷设备的能效标识也是为了提高用电负荷设备的能源利用效率。很多大型建筑设施内部都有楼宇能量管理系统BEMS，用来监测建筑设施内各用电负荷设备的耗能情况，并针对具体用电负荷设备进行控制，以此降低建筑物内的能源消耗，提高能源利用效率。

负荷管理控制系统针对台区变压器，大型、中型专变用户进行负荷管理控制，可以针对以上用户进行有序用电控制。

发明内容

为了克服上述现有技术的不足，本发明提供一种基于需求响应的能效监控方法，实现对电力用户侧用电负荷设备电源的接通与切断控制，同时可以结合电力用户侧用电负荷设备的用能情况，对用电负荷设备内的相关控制单元进行连续开合度控制，有级、无级调节，这样提高了需求响应控制的灵活性，在不影响电力用户基本生产生活，保证用电舒适度的前提下，进行了需求响应控制。

为了实现上述发明目的，本发明采取如下技术方案：

一种基于需求响应的能效监控方法，所述方法包括以下步骤：

步骤1：检测电工参数和热工参数；

步骤2：生成并接收控制策略；

步骤3：收集设备能耗属性参数，并执行控制策略。

所述步骤1中，所述电工参数包括基本电工参数和电能质量参数；所述基本电工参数包括电流、电压、有功电能量和无功电能量；所述电能质量参数包括频率、功率因数、电压不平衡度、电流不平衡度、电压抖动、基波功率和谐波功率；所述热工量参数包括温度、湿度、流量、压力、噪度、辐射和CO₂浓度。

所述步骤2中，控制策略包括自控控制策略和他控控制策略；所述自控控制策略包括单一参数控制策略和联合参数控制策略，所述他控控制策略包括远程DR控制策略和电力用户DR控制策略。

所述远程DR控制策略由电力公司DR中心或者能源托管DR中心通过通信模块下发的控制策略；

电力用户DR中心综合电力系统信息、能效监控装置采集的实时监测参数和设备能耗属性参数而生产的所述电力用户DR控制策略。

所述步骤3中，设备能耗属性参数包括额定功率、额定电流和额定电压。

所述步骤3中，所述自控控制策略和他控控制策略的执行方式均包括单一控制方式和联动控制方式；所述单一控制方式仅针对电力用户侧用电负荷设备的单个控制单元进行控制；所述联动控制方式连续针对用电负荷设备的至少两个控制单元进行控制。

能效监控装置通过执行控制策略，产生控制命令，并将所述控制命令发送至电力用户侧用电负荷设备。

根据统一标准的控制协议产生所述控制命令，所述控制协议对控制命令所对应的控制动作、控制动作所对应的控制对象和参数以及参数值的属性进行统一定义，以使按照该控制协议产生的控制命令能够控制任何电力用户侧用电负荷设备；同时，所述控制协议对能效监控装置与电力用户侧用电负荷设备的通信接口也进行统一规定，以便能效监控装置与电力用户侧用电负荷设备进行连接，并进行控制命令的传输。

与现有技术相比，本发明的有益效果在于：

1.相关参数的监测既包括了电力用户侧用电负荷设备的电工参数、热工参数，同时包括了用电负荷设备所在环境的热工参数，以及设备能耗属性参数，为需求响应控制策略的制定提供了更多的依据；

2.实现对电力用户侧用电负荷设备电源的接通与切断控制，同时可以结合电力用户侧用电负荷设备的用能情况，对用电负荷设备内的相关控制单元进行连续开合度控制，有级、无级调节，这样提高了需求响应控制的灵活性，在不影响电力用户基本生产生活，保证用电舒适度的前提下，进行了需求响应控制；

3.实现了需求侧管理所需要的相关参数的监测，又能够进行需求响应控制。

附图说明

图1是基于需求响应的能效监控方法流程图；

图2是基于需求响应的能效监控方法实施例流程图；

图3是他控控制策略执行流程图；

图4是自动控制策略执行流程图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步详细说明。

如图1，一种基于需求响应的能效监控方法，所述方法包括以下步骤：

步骤1：检测电工参数和热工参数；

步骤2：生成并接收控制策略；

步骤3：收集设备能耗属性参数，并执行控制策略。

所述步骤1中，所述电工参数包括基本电工参数和电能质量参数。

所述基本电工参数包括电流、电压、有功电能量和无功电能量；所述电能质量参数包括频率、功率因数、电压不平衡度、电流不平衡度、电压抖动、基波功率和谐波功率。

所述热工量参数包括温度、湿度、流量、压力、噪度、辐射和CO₂浓度；一部分来源于电力用户侧用电负荷设备本身，另一部分来源于电力用户侧用电负荷设备所在的环境；能效监控装置的电能计量模块与热工量参数采集模块将采集的模拟量直接传送给主控制器，或者转换为数字信号后传送给主控制器，主控制器对这些信号进行处理、分析并存储相关参数的值。

如图2所示，基于需求响应的能效监控方法示意图，共包含电力公司、能源托管、通信网络、电力用户四部分。

其中电力公司部分有一些功能是可选的，它的作用是受电力用户DR中心委托进行需求侧管理，执行DR控制功能，根据相关信息生成DR控制策略。电力公司DR中心最主要的功能是通过通信网络下发电力系统信息；如果接受电力用户DR中心的委托执行DR控制功能时，需要接收电力用户DR中心上传的相关实时参数、设备能耗属性参数，综合电力系统信息、各参数生成远程DR控制策略，通过通信网络下发至电力用户DR中心；当没有电力用户DR中心的委托时，仅有一个功能，即通过通信网络下发电力系统信息。

能源托管部分整体上是可选的，即能源托管DR中心是通过接受电力用户DR中心委托进行需求侧管理，执行DR控制功能，根据相关信息生成DR控制策略。当能源托管DR中心没有接受电力用户DR中心委托时，在图2中与能源托管DR中心相关的内容是不存在的；当能源托管DR中心接受电力用户DR中心委托时，能源托管DR中心通过通信网络接收电力公司DR中心下发的电力系统信息，以及由电力用户DR中心上传的各实时参数、设备能耗属性参数，由能源托管DR中心根据电力系统信息与各参数生成远程DR控制策略，通过通信网络下发至电力用户DR中心。

通信网络部分主要负责电力用户DR中心、电力公司DR中心、能源托管DR中心三者之间的远程通信连接；

电力用户部分主要包含电力用户DR中心以及电力用户侧的需求响应能效监控装置、用电负荷设备。电力用户DR中心在不委托电力公司DR中心或能源托管DR中心执行DR控制功能时，图2中的能源托管DR中心及所有用虚线表示的部分均不存在。此时，电力用户DR中心根据电力公司DR中心下发的电力系统信息、由需求响应能效监控装置采集的相关实时参数，再就是设备能耗属性参数，综合分析，生成电力用户DR控制策略。当电力用户DR中心委托电力公司DR中心或能源托管DR中心执行DR控制功能时，将由需求响应能效监控装置采集的相关实时参数，设备能耗属性参数通过通信网络上传至由电力用户DR中心委托的DR中心，然后通过通信网络接收相应DR中心下发的远程DR控制策略，由电力用户DR中心下发至需求响应能效监控装置。

所述步骤2中，控制策略包括自控控制策略和他控控制策略；所述自控控制策略包括单一参数控制策略和联合参数控制策略，所述他控控制策略包括远程DR控制策略和电力用户DR控制策略。

所述远程DR控制策略由电力公司DR中心或者能源托管DR中心通过通信模块下发的控制策略；

电力用户DR中心综合电力系统信息、能效监控装置采集的实时监测参数和设备能耗属性参数而生产的所述电力用户DR控制策略。

他控控制策略的执行流程如图3所示，当由电力用户DR中心向能源监控装置发送电力用户DR控制策略时，能效监控装置采取定时方式（一般为15分钟）向电力用户DR中心传输存储的电工参数、热工参数，以便电力用户DR中心分析用户侧用电负荷设备的用能情况。同时，电力用户DR中心也可以根据电力用户DR控制策略的需要主动向能效监控装置召唤上述参数。电力用户DR控制策略的制定依据电力系统信息，根据电力系统信息对DR的描述，结合电力用户DR中心收集的用户侧设备能耗属性参数，实时监测的电工、热工参数，生成相应的电力用户DR控制策略，并将电力用户DR控制策略发送至能效监控装置，由能效监控装置根据接收到的电力用户DR控制策略执行控制功能。

当位于电力用户侧的能效监控装置接收远程DR控制策略时，又分为两种情形：一是由电力公司DR中心通过通信网络下发远程DR控制策略，二是由能源托管DR中心代为下发远程DR控制策略；当由电力公司DR中心下发DR控制策略时，电力公司DR中心通过通信网络接收由电力用户DR中心上传的实时电工参数、热工参数，电力用户侧设备能耗属性参数，并结合电力系统信息，产生电力公司DR控制策略，直接通过通信网络发送至电力用户DR中心，由电力用户DR中心将远程DR控制策略发送至能效监控装置。当由能源托管DR中心下发DR控制策略时，能源托管DR中心通过通信网络接收由电力用户DR中心上传的实时电工参数、热工参数，电力用户侧设备能耗属性参数，并通过通信网络接收电力公司DR中心下发的电力系统信息，根据电力系统信息及各相关参数，产生远程DR控制策略，直接通过通信网络发送至电力用户DR中心，由电力用户DR中心将远程DR控制策略发送至能效监控装置。

他控控制策略制定的目标就是为了配合各DR中心，响应DR中心的控制需求，以此达到需求响应的目的，平抑电网负荷，提高电力系统的能源利用效率。

无论是远程控制策略还是本地控制策略，都是为了实现两个目的：一是降低用户侧用电负荷设备的用电负荷；二是提高用户侧用电负荷设备的用电负荷。有关降低用电负荷的控制策略主要包括：切断用电负荷设备的电源；用电负荷设备接通电源情况下用电负荷设备的相关控制单元或者控制装置的开合程度的调节。有关提高用电负荷的控制策略主要包括：接通用电负荷设备的电源；用电负荷设备的相关控制单元或者控制装置的开合程度的调节。对用电负荷设备的相关控制单元或者控制装置的开合程度的调节主要包括：管道电动阀门的开合度调节、温控器的温度设置值的调节、风机转速控制器的设置值的调节。

如图4所示，能效监控装置在安装时，会根据与其对应的用户侧用电负荷设备，由电力用户DR中心预先设置自控控制策略，并根据自控控制策略预先设置相关参数值。能效监测装置根据采集到的相关参数，与预设的自控控制策略里的相关参数值进行比较。如果某单一参数值符合某一自控控制策略里预设的单一参数值要求时，便执行该自控控制策略，该自控控制策略也叫做单一参数控制策略；如果某几个参数值符合某一自控控制策略里预设的几个参数值中的一个或多个的要求时，便执行该自控控制策略，该自控控制策略也叫做联合参数控制策略。

自控控制策略制定的目标是保护用电负荷设备，提高用户侧用电负荷设备的能源利用效率，降低用户的能源支出。当执行单一参数控制策略时，只要有一个参数符合预设值要求，便执行该控制策略，如用户侧用电负荷设备电源回路电流值突然升高，超出预设值时，控制策略将立即执行，切断用电负荷设备的电源。当执行联合参数控制策略时，只要有某一项或者某几项参数符合预设值要求，便执行该控制策略，如果车间温度在25摄氏度，而湿度值超过90%时，空调系统需要开启除湿功能；如果车间温度在28~29摄氏度之间，而空气湿度维持在60%~70%之间时，空调系统需要在开启除湿功能同时，启动压缩机进行制冷。同一个车间为什么在湿度较大时，前者没有启动压缩机制冷而后者却启动压缩机制冷，这跟联合参数控制策略中相关参数的设定值息息相关。

基于需求响应的能效监控装置通过执行相关控制策略，产生控制命令，通过统一的方式发送至用电负荷设备。控制命令的产生应按照统一标准的控制协议，该控制协议应该对控制命令所对应的控制动作，控制动作所对应的控制对象及参数，参数值的属性进行统一定义，以使按照该控制协议产生的控制命令能够控制任何电力用户侧用电负荷设备。同时，对基于需求响应的能效监控装置与电力用户侧用电负荷设备的通信接口也进行统一规定，以便基于需求响应的能效监控装置可以与任何电力用户侧用电负荷设备进行连接，并进行控制命令的传输。当控制命令是关于温度控制时，控制命令应包含控制的对象（制冷设备、制热设备等）、温度调节值、温度调节值属性（有级调节：以一定的温度值作为单位，进行温度调节时输入调节的单位数；无级调节：以一定的百分比进行温度的调节，进行温度调节时输入调节的百分数，如将温度调高百分之二十、调低百分之三十）。当控制命令是关于阀门开合度的控制时，控制命令应包含控制的对象（阀门电动执行器）、开合度调节值、开合度调节值属性（有级调节（如阀门关闭、阀门完全开启）；无级调节：以一定的百分比进行开合度的调节，进行开合度调节时输入调节的百分数，如将阀门开度调高百分之二十、调低百分之三十）。

在自控与他控控制策略中，在执行控制策略时，可以针对用电负荷设备的单一控制单元进行控制，也可以针对用电负荷设备的多个控制单元进行控制。这就是单一控制与联动控制的区别。单一控制，比如电源的开通与切断、提高电动阀的开合程度、提高风机转速。联动控制，比如在启动压缩机并提高压缩机电动机转速的同时提高风机转速以加大送风量、提高中央空调系统回风阀门的开合程度，从而尽快的为某一场所提供降温需求；再比如在某一工作场所的温度值已降低到某控制策略的预设参数值时，便在降低压缩机电动机的转速的同时降低风机的转速与回风阀门的开合程度，以在降低能源消耗的同时保证工作场所的舒适性。

所述步骤3中，设备能耗属性参数包括额定功率、额定电流和额定电压。

所述步骤3中，所述自控控制策略和他控控制策略的执行方式均包括单一控制方式和联动控制方式；所述单一控制方式仅针对电力用户侧用电负荷设备的单个控制单元进行控制；所述联动控制方式连续针对用电负荷设备的至少两个控制单元进行控制。

能效监控装置通过执行控制策略，产生控制命令，并将所述控制命令发送至电力用户侧用电负荷设备。

根据统一标准的控制协议产生所述控制命令，所述控制协议对控制命令所对应的控制动作、控制动作所对应的控制对象和参数以及参数值的属性进行统一定义，以使按照该控制协议产生的控制命令能够控制任何电力用户侧用电负荷设备；同时，所述控制协议对能效监控装置与电力用户侧用电负荷设备的通信接口也进行统一规定，以便能效监控装置与电力用户侧用电负荷设备进行连接，并进行控制命令的传输。

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范围当中。

Claims (1)

1.一种基于需求响应的能效监控方法，其特征在于：所述方法包括以下步骤：

步骤1：检测电工参数和热工参数；

步骤2：生成并接收控制策略；

步骤3：收集设备能耗属性参数，并执行控制策略；

所述步骤1中，所述电工参数包括基本电工参数和电能质量参数；所述基本电工参数包括电流、电压、有功电能量和无功电能量；所述电能质量参数包括频率、功率因数、电压不平衡度、电流不平衡度、电压抖动、基波功率和谐波功率；所述热工参数包括温度、湿度、流量、压力、噪度、辐射和CO₂浓度；

所述步骤2中，控制策略包括自控控制策略和他控控制策略；所述自控控制策略包括单一参数控制策略和联合参数控制策略，所述他控控制策略包括远程DR控制策略和电力用户DR控制策略；

所述远程DR控制策略由电力公司DR中心或者能源托管DR中心通过通信模块下发的控制策略；

电力用户DR中心综合电力系统信息、能效监控装置采集的实时监测参数和设备能耗属性参数而生产的所述电力用户DR控制策略；

所述步骤3中，设备能耗属性参数包括额定功率、额定电流和额定电压；

所述自控控制策略和他控控制策略的执行方式均包括单一控制方式和联动控制方式；所述单一控制方式仅针对电力用户侧用电负荷设备的单个控制单元进行控制；所述联动控制方式连续针对用电负荷设备的至少两个控制单元进行控制；

能效监控装置通过执行控制策略，产生控制命令，并将所述控制命令发送至电力用户侧用电负荷设备；

根据统一标准的控制协议产生所述控制命令，所述控制协议对控制命令所对应的控制动作、控制动作所对应的控制对象和参数以及参数值的属性进行统一定义，以使按照该控制协议产生的控制命令能够控制任何电力用户侧用电负荷设备；同时，所述控制协议对能效监控装置与电力用户侧用电负荷设备的通信接口也进行统一规定，以便能效监控装置与电力用户侧用电负荷设备进行连接，并进行控制命令的传输。