應(yīng)事件,這種響應(yīng)可以降低對一些設(shè)備的功率,也可以將信號進(jìn)一步傳輸?shù)狡渌鸙EN,這種情況下,VEN將成為新交互過程的
VTN。

本仿真系統(tǒng)的VTN為需求響應(yīng)服務(wù)平臺,VEN為需求響應(yīng)終端模塊,它們相互傳遞基于OpenADR2.0b的需求響應(yīng)和價(jià)格等信息。而供電側(cè)仿真平臺和需求響應(yīng)中心屬于供電側(cè)的系統(tǒng),服務(wù)商負(fù)責(zé)維護(hù)需求響應(yīng)服務(wù)平臺,發(fā)生需求響應(yīng)事件時(shí),通知各個(gè)參與用戶及時(shí)作出反饋和相應(yīng)措施^[17]。

3.2 用戶側(cè)仿真

在用戶側(cè),各參與用戶都有能夠接收需求響應(yīng)信息的需求響應(yīng)終端模塊,該模塊可以是一個(gè)獨(dú)立的用戶終端設(shè)備,也可以是用戶能源管理系統(tǒng)的嵌入式模塊。當(dāng)用戶接收到需求響應(yīng)或價(jià)格等信息后,按照相應(yīng)的需求響應(yīng)控制策略控制用電設(shè)備,可以實(shí)現(xiàn)電網(wǎng)削峰填谷、緩解供電緊張、提高電網(wǎng)運(yùn)行效率等功能。用戶需求側(cè)仿真系統(tǒng)總體架構(gòu)如圖2
所示。

圖2 用戶需求側(cè)仿真系統(tǒng)總體架構(gòu)Fig.2 Overall structure of demand-side simulation system for users

需求響應(yīng)的服務(wù)平臺可以根據(jù)需求響應(yīng)中心傳輸?shù)碾妰r(jià)、事件信息以及用戶的需求情況對任務(wù)進(jìn)行調(diào)整,并分配給用戶;可以將各用戶的反饋信息進(jìn)行總結(jié),形成供用戶查詢的評估結(jié)果,并實(shí)現(xiàn)需求響應(yīng)平臺與用戶之間的信息交互。

 4 用戶用能系統(tǒng)仿真

隨著用戶側(cè)智能設(shè)備的逐漸增多,用戶側(cè)設(shè)備的接入方式也從被動(dòng)參與向主動(dòng)參與變化,同時(shí),不同參與主體,還需要進(jìn)行互相協(xié)商。而當(dāng)前的仿真技術(shù)還停留在傳統(tǒng)的資源調(diào)控,仿真技術(shù)支撐薄弱。可以通過建立包含分布式電源、分散式儲能、電動(dòng)汽車、空調(diào)及電熱鍋爐等多元化資源互聯(lián)場景,模擬不同調(diào)控策略下的運(yùn)行效果,提出多元化需求側(cè)資源互聯(lián)模式下的調(diào)控策略優(yōu)化方法,可為多元化需求側(cè)資源互聯(lián)仿真與驗(yàn)證提供技術(shù)支撐,為構(gòu)建低碳環(huán)保型用能環(huán)境提供支撐。

4.1 用能設(shè)備仿真理論

需求側(cè)仿真技術(shù)主要基于系統(tǒng)仿真理論及自動(dòng)控制理論,在此基礎(chǔ)上構(gòu)建分布式電源、用戶側(cè)儲能等系統(tǒng)數(shù)字仿真模型。

系統(tǒng)仿真理論利用數(shù)學(xué)公式、邏輯公式和算法等表示系統(tǒng)實(shí)際狀態(tài)和輸入輸出的關(guān)系。當(dāng)建立數(shù)學(xué)模型比較困難時(shí),通常可以使用仿真技術(shù)。Matlab具有強(qiáng)大的圖形處理及仿真模擬等功能,可進(jìn)行仿真模塊的搭建^[18]。可利用Matlab及其動(dòng)態(tài)仿真工具Simulink對參與自動(dòng)需求響應(yīng)的實(shí)體進(jìn)行仿真模塊搭建,通過軟件對自動(dòng)需求響應(yīng)建模,建立包括需求側(cè)分布式電源、電動(dòng)汽車、分散式儲能、空調(diào)及電熱鍋爐等實(shí)體對象,并構(gòu)建合適網(wǎng)絡(luò)拓?fù)溆靡苑抡妗Ｏ到y(tǒng)仿真理論可用于需求側(cè)仿真軟件的研發(fā)和
測試。

自動(dòng)控制理論以自動(dòng)控制系統(tǒng)為研究對象,在運(yùn)動(dòng)和發(fā)展的過程中觀察系統(tǒng),揭示出相同類型或所有類型系統(tǒng)共有的規(guī)律,對控制系統(tǒng)的行為進(jìn)行數(shù)學(xué)描述,建立數(shù)學(xué)模型,在此基礎(chǔ)上對系統(tǒng)進(jìn)行分析和綜合,進(jìn)而逐步提高系統(tǒng)的自動(dòng)控制性能。自動(dòng)控制理論在需求側(cè)仿真研究中可用于需求側(cè)互聯(lián)參與主體之間通過信息交互實(shí)現(xiàn)自動(dòng)信息調(diào)整,用于需求側(cè)終端設(shè)備/系統(tǒng)模型之間的自我調(diào)控,通過信息反饋實(shí)現(xiàn)對模型的分析與控制校正,為搭建需求側(cè)典型系統(tǒng)/設(shè)備互聯(lián)平臺提供理論基礎(chǔ)。

4.2 實(shí)踐應(yīng)用

用戶側(cè)用能仿真系統(tǒng)可包含蓄冰空調(diào)半實(shí)物仿真系統(tǒng)、蓄熱電鍋爐半實(shí)物仿真系統(tǒng)、智能家居半實(shí)物仿真系統(tǒng)等一系列應(yīng)用。電力需求側(cè)管理與智能用電仿真管理平臺架構(gòu)如圖3所示。

圖3 電力需求側(cè)管理與智能用電仿真管理平臺架構(gòu)Fig.3 Power demand side management and intelligent power simulation management platform architecture

4.2.1 蓄冰空調(diào)半實(shí)物仿真系統(tǒng)

蓄冰空調(diào)半實(shí)物仿真系統(tǒng)各組成部分包括主機(jī)、水泵、風(fēng)機(jī)盤管、蓄冰系統(tǒng)等,實(shí)驗(yàn)室環(huán)境作為該空調(diào)系統(tǒng)的負(fù)荷。系統(tǒng)原理是：在用電低谷時(shí)段,啟動(dòng)壓縮機(jī)冷卻功能,將水冷卻成冰,儲存能量,在用電高峰時(shí)段使冰熔化吸熱,從而達(dá)到空調(diào)制冷的效果。蓄冰空調(diào)主要利用削峰填谷的方式將能量轉(zhuǎn)移,平衡負(fù)荷,進(jìn)而達(dá)到節(jié)約能源和經(jīng)濟(jì)成本的
目的。

蓄冷-放冷的功能可以驗(yàn)證采用蓄冷技術(shù)開展需求響應(yīng)業(yè)務(wù)的實(shí)際效果,可以實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)仿真,模擬進(jìn)出水溫度控制、與電網(wǎng)負(fù)荷互動(dòng)控制等各種調(diào)控模式,在半實(shí)物仿真系統(tǒng)上進(jìn)行實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證,達(dá)到空調(diào)優(yōu)化運(yùn)行的目的,驗(yàn)證仿真實(shí)驗(yàn)的能力。蓄冰空調(diào)半實(shí)物仿真系統(tǒng)如圖4所示。

圖4 蓄冰空調(diào)半實(shí)物仿真系統(tǒng)Fig.4 Ice-storage air conditioning hardware-in-the-loop co-simulation system

4.2.2 蓄熱電鍋爐半實(shí)物仿真系統(tǒng)

蓄熱電鍋爐利用低谷時(shí)段的電力將蓄熱體加熱到一定溫度,并且滿足低谷時(shí)段建筑物的供暖負(fù)荷,蓄熱電鍋爐的原理與蓄冰空調(diào)很類似,同樣是利用削峰填谷的思想,將用電低谷時(shí)段的電量儲存起來,在用電高峰時(shí)段釋放,既滿足了用戶的用電需求,又節(jié)約了高峰時(shí)段的電能,并且達(dá)到了避免高峰用電的目的。蓄熱電鍋爐半實(shí)物仿真系統(tǒng)響應(yīng)需求側(cè)管理與智能用電仿真平臺發(fā)出的電價(jià)信號,可以降低運(yùn)行費(fèi)用,平衡電網(wǎng)負(fù)荷,充分利用低谷電能,削峰填谷,節(jié)約電能,對環(huán)保也起到一定作用。可通過實(shí)驗(yàn)室模擬蓄熱電鍋爐削峰填谷運(yùn)行策略,測試仿真的實(shí)際運(yùn)行效果。蓄熱電鍋爐半實(shí)物仿真系統(tǒng)如圖5所示。

圖5 蓄熱電鍋爐半實(shí)物仿真系統(tǒng)Fig.5 Heat storage electric boiler hardware-in-the-loop co-simulation system

4.2.3 智能家居半實(shí)物仿真系統(tǒng)

智能家居半實(shí)物仿真系統(tǒng)主要用于住宅、建筑、家用電器等,將互聯(lián)網(wǎng)等技術(shù)應(yīng)用到家居設(shè)施中,例如空調(diào)、熱水器、洗衣機(jī)等,形成智能家居系統(tǒng),為用戶帶來舒適便捷的生活體驗(yàn),同時(shí)提高家居系統(tǒng)的自動(dòng)化水平。目前國內(nèi)外正逐步加深對智能家居的研究和應(yīng)用,并制定了一系列智能家居通信協(xié)議支撐其應(yīng)用與實(shí)踐。美國BACnet協(xié)議是一種針對智能建筑的通信協(xié)議,在規(guī)范樓宇內(nèi)空調(diào)、給排水和供配電等樓宇設(shè)備自動(dòng)控制方面均有應(yīng)用^[19]。歐洲的KNX總線協(xié)議則主要應(yīng)用于燈光照明控制、電動(dòng)窗簾控制、暖通控制和暗訪控制,可提供家庭、樓宇自動(dòng)化的解決方案,由于費(fèi)用高昂,KNX技術(shù)主要應(yīng)用于公共設(shè)施。Zigbee聯(lián)盟制定的SEP2.0標(biāo)準(zhǔn)也是一項(xiàng)智能能源應(yīng)用的規(guī)范,主要針對電表公司及用戶室內(nèi)的主要用電設(shè)備（空調(diào)、熱水器等）^[20]。

很多家電廠商的智能家電已經(jīng)投入使用,例如,美國通用電氣的Wink智能家居系統(tǒng)、蘋果公司的Homekit技術(shù)、德國西門子的“家居互聯(lián)”、韓國樂金電子的HomeChat等,國內(nèi)品牌中,美的M-Smart智慧家居系統(tǒng)、海爾的智能空調(diào)、格蘭仕的“G+”平臺,都體現(xiàn)了智能家居系統(tǒng)的應(yīng)用廣泛。

智能家居系統(tǒng)中,家電廠商為智能家電提供了云平臺,實(shí)現(xiàn)人與家電、家電與家電、家電與主站之間的通信。用戶可以通過手機(jī)APP與家電進(jìn)行互動(dòng),服務(wù)商可以通過家電云平臺的應(yīng)用程序與家電進(jìn)行互動(dòng)。家電云平臺可以為需求響應(yīng)系統(tǒng)提供數(shù)據(jù)采集與控制的方法,聚合系統(tǒng)可以將用電數(shù)據(jù)通過云平臺發(fā)送至各家電。智能家電可通過設(shè)備接口或制造商云平臺接口實(shí)現(xiàn)與電網(wǎng)的互動(dòng),但互動(dòng)需要以通信協(xié)議和信息模型為基礎(chǔ)。智能家電與智能電網(wǎng)互動(dòng)能夠促進(jìn)節(jié)能減排技術(shù)的應(yīng)用推廣,既給居民用戶帶來了便捷、可靠、經(jīng)濟(jì)的能源服務(wù),又能為家電企業(yè)、電網(wǎng)企業(yè)等帶來可觀的經(jīng)濟(jì)效益和積極的社會(huì)效益。智能家居半實(shí)物仿真系統(tǒng)示意如圖6所示。

圖6 智能家居半實(shí)物仿真系統(tǒng)示意Fig.6 Smart home hardware-in-the-loop co-simulation system

 5 結(jié)語

本文基于OpenADR協(xié)議,對智能電網(wǎng)用戶需求側(cè)的仿真進(jìn)行了研究,分析了協(xié)仿真平臺的應(yīng)用情況,介紹了用戶用能側(cè)的3個(gè)半實(shí)物仿真系統(tǒng)：蓄冰空調(diào)半實(shí)物仿真系統(tǒng)、蓄熱電鍋爐半實(shí)物仿真系統(tǒng)和智能家居半實(shí)物仿真系統(tǒng),這3種系統(tǒng)在實(shí)際生活中應(yīng)用比較廣泛,不僅可以為用戶的生活帶來便利,還可以為電力行業(yè)帶來經(jīng)濟(jì)效益。

需求響應(yīng)作為電力系統(tǒng)與用戶進(jìn)行信息交互的關(guān)鍵技術(shù)手段,對于智能電網(wǎng)的資源優(yōu)化和調(diào)控配置等方面起到舉足輕重的作用,自動(dòng)需求響應(yīng)使得供電側(cè)和用戶側(cè)之間的交互自動(dòng)完成,將成為需求響應(yīng)的發(fā)展趨勢。

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