一種電能替代設備的監控裝置和監控裝置的應用裝置的製作方法

2023-06-22 04:09:41

本發明涉及需求響應技術，具體涉及一種電能替代設備的監控裝置和監控裝置的應用裝置。

背景技術：

近幾年，中國大氣汙染形勢嚴峻，大量散燒煤、燃油消費是造成嚴重霧霾的主要因素之一。與此同時，隨著科技的發展，人們的用電需求也在與日俱增，局部區域電網頻頻出現用電高峰，用電緊張的現象。因此，創新能源消費理念，構建與能源發展方式轉變和能源戰略轉型相適應的綠色能源消費模式，成為政府和能源企業面臨的重大課題。

在全國上下推動節能減排與新能源消納工作的大背景下，電能替代作為一種新的能源消費理念應運而生，它是在終端能源消費環節中，實現以電代煤、以電代油。由於電能具有清潔、安全、便捷等優勢，實施電能替代對於推動能源消費革命、落實國家能源戰略、促進能源清潔化發展意義重大。無論從發展趨勢、現實要求還是從技術條件分析，以電能替代為主要方向推進終端能源替代，符合中國基本國情。此外，電能替代與需求響應相結合將進一步擴大電力消費，緩解中國部分地區當前面臨的電力消納與系統調峰問題。

目前，中國的電能替代還處於初步發展階段，大多數電能替代設備也僅僅是具備了電能替代的基本功能，不能為客戶提供實時電價信息，不利於調動用戶的積極性使他們主動參與到電能替代與需求響應中，同時設備也無法自主分析與執行需求響應伺服器下達的指令。

技術實現要素：

針對電能替代設備集中使用對配電網帶來的衝擊、電能替代設備沒有單獨計量用電、電能替代設備無法自動參與需求響應等問題，本發明提供一種電能替代設備的監控裝置和監控裝置的應用裝置，能夠實現電能替代設備啟動時序管理、電能替代設備用電測量統計、電能替代設備參與自動需求響應。且本發明提供的技術方案有利於延緩電能替代推廣過程中配電設施增容改造投資增速；有利於完善電能替代推廣工作的實施機制與商業模式，推動電能替代工作的可持續性；有利於提升電力系統運行效率並促進可再生能源消納。

為了實現上述發明目的，本發明採取如下技術方案：

本發明提供一種電能替代設備的監控裝置，包括微處理器模塊、接口模塊、測量模塊、通信模塊、控制模塊和策略模塊；

所述測量模塊用於測量電能替代設備的電工參數，並將電工參數傳輸給微處理器模塊，所述接口模塊用於將來自於採集設備的運行參數傳輸給微處理器模塊，所述通信模塊用於將來自於負荷聚合商需求響應系統主站的事件信息或電價信息傳輸給微處理器模塊，所述微處理器模塊用於對電工參數和運行參數進行處理，同時通過調用策略模塊對事件信息或電價信息進行處理，進而下發控制命令給控制模塊，所述控制模塊用於將控制命令轉換為控制信號，並將控制信號通過接口模塊傳輸給電能替代設備，實現對電能替代設備的監控。

所述策略模塊用於存儲啟動管理策略模塊、電量監測策略模塊、需求響應策略模塊和需求響應調控模塊。

所述啟動管理策略模塊包括：

接收單元，用於接收啟動命令；

第一獲取單元，用於獲取啟動命令並生成啟動需求，同時獲取測量模塊測量的電工參數和接口模塊採集的運行參數並生成啟動負荷；

第一上報單元，用於將啟動需求和啟動負荷上報給負荷聚合商需求響應系統主站，所述負荷聚合商需求響應系統主站判斷設備側配電變壓器是否超載，若配電變壓器未超載，下發啟動命令遠程啟動電能替代設備；若配電變壓器超載，則將電能替代設備列入啟動排隊序列，同時自動生成排隊倒計時，並通知用戶排隊倒計時時間，當倒計時時間結束，則重新判斷配電變壓器是否超載。

所述電量監測策略模塊包括：

第二獲取單元，用於獲取測量模塊測量的電工參數；

調用單元，用於調用微處理器模塊對電工參數進行處理，並得到電能替代設備的電量參數，所述電量參數存儲於存儲模塊；

第二上報單元，用於通過通信模塊將電量參數上報給負荷聚合商需求響應系統主站，所述負荷聚合商需求響應系統主站按周期生成電費帳單，並將電費帳單發送用戶。

所述需求響應策略模塊包括：

需求響應事件分析單元，用於解析事件信息，確定削減尖峰負荷的開始時間、結束時間和削減量，以及消納可再生能源電量需求的開始時間、結束時間和消納量；

電價分析單元，用於解析電價信息，進而確定電力價格；

調控模式分析單元，用於根據事件信息或電價信息進行智能決策，確定電能替代設備支持的調控模式和調控模式對應的響應參數，所述響應參數包括最大響應時間、響應速度和響應量；

調控經濟性分析單元，用於根據調控模式和調控模式對應的響應參數，並結合電價信息、事件信息對應的激勵信息以及設定的調控成本，分析用戶與需求響應的經濟性；

需求響應使能單元，用於驅動監控裝置處於登入狀態或退出狀態：

所述監控裝置處於登入狀態時，其自動參與需求響應，若調控經濟性分析單元輸出的經濟性指標在經濟性許可範圍內，則需求響應使能單元允許微處理器模塊輸出控制命令；否則不允許微處理器模塊輸出控制命令，同時，所述監控裝置向負荷聚合商需求響應系統主站回復不參與需求響應的信息；

所述監控裝置處於退出狀態時，其不接收事件信息或電價信息，不自動參與需求響應。

所述需求響應調控模塊包括：

第三獲取單元，用於獲取通信模塊接收的事件信息或電價信息；

分析單元，用於分析事件信息或電價信息，進而根據事件信息或電價信息生成控制命令，由微處理器模塊調用控制模塊將控制命令轉換為控制信號，並由接口模塊將控制信號發送給電能替代設備。

所述監控裝置還包括存儲模塊；

所述存儲模塊用於存儲負荷聚合商需求響應系統主站下發的事件信息或電價信息，並對電工參數和運行參數進行存儲。

所述監控裝置還包括安全模塊；

所述安全模塊對來自於負荷聚合商需求響應系統主站的事件信息或電價信息進行身份認證，同時對控制模塊發送的控制信號進行加密和籤名。

所述採集設備包括第一採集設備和第二採集設備；

所述運行參數包括熱工參數和狀態參數；

所述第一採集設備用於採集熱工參數，所述第二採集設備用於採集狀態參數。

所述接口模塊包括rs485、rs232或rj45；

所述rs485、rs232或rj45均用於將來自於採集設備的運行參數傳輸給微處理器模塊。

所述通信模塊支持熱插拔；

所述通信模塊根據有/無線通信協議，並通過有/無線通信方式實現負荷聚合商需求響應系統主站與微處理器之間的通信。

本發明還提供一種監控裝置的應用裝置，包括負荷聚合商需求響應系統主站、用戶能量管理系統、控制系統和電能替代設備；所述控制系統包括繼電保護裝置、主控板和監控裝置；

所述負荷聚合商需求響應系統主站下發事件信息或電價信息給用戶能量管理系統，所述用戶能量管理系統接收事件信息或電價信息，並將來自於負荷聚合商需求響應系統主站的事件信息或電價信息，以及來自於用戶的啟動命令發送給監控裝置，所述監控裝置根據來自於負荷聚合商需求響應系統主站的事件信息或電價信息，以及來自於用戶的啟動命令得到控制信號，並將控制信號發送給主控板，所述主控板將控制信號發送給電能替代設備，並將動作信號發送給繼電保護裝置，所述繼電保護裝置根據動作信號控制開關動作。

本發明還提供另一種監控裝置的應用裝置，包括負荷聚合商需求響應系統主站、控制系統和電能替代設備；所述控制系統包括繼電保護裝置、主控板和監控裝置；

所述負荷聚合商需求響應系統主站下發事件信息或電價信息給給監控裝置，所述監控裝置根據事件信息或電價信息得到控制信號，並將控制信號發送給主控板，所述主控板將控制信號發送給電能替代設備，並將動作信號發送給繼電保護裝置，所述繼電保護裝置根據動作信號控制開關動作。

與最接近的現有技術相比，本發明提供的技術方案具有以下有益效果：

1)本發明提供的電能替代設備的監控裝置包括微處理器模塊、接口模塊、測量模塊、通信模塊、控制模塊和策略模塊；測量模塊主要用於測量電能替代設備的電工參數，並將電工參數傳輸給微處理器模塊；接口模塊主要用於將來自於採集設備的運行參數傳輸給微處理器模塊；通信模塊主要用於將來自於負荷聚合商需求響應系統主站的事件信息或電價信息傳輸給微處理器模塊；微處理器模塊主要用於對電工參數和運行參數進行處理，同時通過調用策略模塊對事件信息或電價信息進行處理，進而下發控制命令給控制模塊；控制模塊主要用於將控制命令轉換為控制信號，並將控制信號通過接口模塊傳輸給電能替代設備，最終實現對電能替代設備的監控；

2)本發明提供的技術方案能夠防止電能替代設備隨意啟動帶來短時尖峰用電負荷並造成所在供電區域配電變壓器過載，也能夠避免由於配變過載引起的低電壓使電能替代設備無法正常啟動現象；

3)本發明提供的技術方案能能夠對電能替代設備用電量單獨計量計費，避免用戶惡意侵佔政府補貼現象，保障國家電能替代戰略的可持續實施。

4)本發明提供的技術方案能能夠支撐電能替代設備自動參與需求響應，配合電網進行削峰填谷，促進可再生能源消納，提高能源利用率並提升電力系統運行效率。

附圖說明

圖1是本發明實施例1中電能代替設備的監控裝置結構圖；

圖2是本發明實施例1中啟動管理策略模塊結構圖；

圖3是本發明實施例1中電量監測策略模塊結構圖；

圖4是本發明實施例1中需求響應策略模塊結構圖；

圖5是本發明實施例1中需求響應調控模塊結構圖；

圖6是本發明實施例2中監控裝置的應用裝置結構圖；

圖7是本發明實施例3中監控裝置的應用裝置結構圖。

具體實施方式

下面結合附圖對本發明作進一步詳細說明。

實施例1

本發明實施例1提供一種電能替代設備的監控裝置，該適用於電能替代設備的監控裝置結構圖如圖1，其具體包括微處理器模塊、接口模塊、測量模塊、通信模塊、控制模塊和策略模塊；上述模塊的功能如下：

上述的測量模塊主要用於測量電能替代設備的電工參數，並將電工參數傳輸給微處理器模塊；

上述的接口模塊主要用於將來自於採集設備的運行參數傳輸給微處理器模塊；

上述的通信模塊主要用於將來自於負荷聚合商需求響應系統主站的事件信息或電價信息傳輸給微處理器模塊；

上述的微處理器模塊主要用於對電工參數和運行參數進行處理，同時通過調用策略模塊對事件信息或電價信息進行處理，進而下發控制命令給控制模塊；

上述的控制模塊主要用於將控制命令轉換為控制信號，並將控制信號通過接口模塊傳輸給電能替代設備，實現對電能替代設備的監控。

具體的，上述的策略模塊主要用於存儲啟動管理策略模塊、電量監測策略模塊、需求響應策略模塊和需求響應調控模塊，能夠本地或遠程更新模型的相關參數。下面分別介紹策略模塊中的四個模塊的功能：

(1)上述的啟動管理策略模塊用於實現電能替代設備啟動管理功能，能夠結合實際電網情況，對電能替代設備實施合理的、柔性的負荷調節控制，控制設備按時序進行啟動，以避免衝擊過大導致設備無法啟動。啟動管理策略模塊的結構圖如圖2所示，其具體包括接收單元、第一獲取單元和第一上報單元，下面分別介紹這三個單元的功能：

其中的接收單元，主要用於接收啟動命令；

其中的第一獲取單元，主要用於獲取啟動命令並生成啟動需求，同時獲取測量模塊測量的電工參數和接口模塊採集的運行參數並生成啟動負荷；

其中的第一上報單元，主要用於將啟動需求和啟動負荷上報給負荷聚合商需求響應系統主站，負荷聚合商需求響應系統主站判斷設備側配電變壓器是否超載，具體分為以下兩種情況：

1)若配電變壓器未超載，下發啟動命令遠程啟動電能替代設備；

2)若配電變壓器超載，則將電能替代設備列入啟動排隊序列，同時自動生成排隊倒計時，並通知用戶排隊倒計時時間，當倒計時時間結束，則重新判斷配電變壓器是否超載。

(2)上述的電量監測策略模塊用於支撐電能替代設備用電量測算，以計算真實的補貼電量，從而維護電能替代穩定可持續發展。電量監測策略模塊的結構圖如圖3所示，電量監測策略模塊具體包括第二獲取單元、調用單元和第二上報單元，下面分別介紹這三個單元的功能：

其中的第二獲取單元，主要用於獲取測量模塊測量的電工參數；

其中的調用單元，主要用於調用微處理器模塊對電工參數進行處理，並得到電能替代設備的電量參數，所述電量參數存儲於存儲模塊；

其中的第二上報單元，主要用於通過通信模塊將電量參數上報給負荷聚合商需求響應系統主站，所述負荷聚合商需求響應系統主站按周期生成電費帳單，並將電費帳單發送用戶。

(3)上述的需求響應策略模塊可根據需求響應事件或電價信息，自動生成針對電能替代設備的控制命令。需求響應策略模塊結構圖如圖4所示，需求響應策略模塊具體包括需求響應事件分析單元、電價分析單元、調控模式分析單元、調控經濟性分析單元以及需求響應使能單元，下面分別介紹這幾個單元的功能：

其中的需求響應事件分析單元，主要用於解析事件信息，確定削減尖峰負荷的開始時間、結束時間和削減量，以及消納可再生能源電量需求的開始時間、結束時間和消納量；

其中的電價分析單元，主要用於解析電價信息，進而確定電力價格；

其中的調控模式分析單元，主要用於根據事件信息或電價信息進行智能決策，確定電能替代設備支持的調控模式和調控模式對應的響應參數，所述響應參數包括最大響應時間、響應速度和響應量；

其中的調控經濟性分析單元，主要用於根據調控模式和調控模式對應的響應參數，並結合電價信息、事件信息對應的激勵信息以及設定的調控成本，分析用戶與需求響應的經濟性；

其中的需求響應使能單元，主要用於驅動監控裝置處於登入狀態或退出狀態，下面分別詳細介紹上述兩種狀態：

1)監控裝置處於登入狀態時，其自動參與需求響應，若調控經濟性分析單元輸出的經濟性指標在經濟性許可範圍內，則需求響應使能單元允許微處理器模塊輸出控制命令；否則不允許微處理器模塊輸出控制命令，同時，所述監控裝置向負荷聚合商需求響應系統主站回復不參與需求響應的信息；

2)監控裝置處於退出狀態時，其不接收事件信息或電價信息，不自動參與需求響應。

(4)上述的需求響應調控模塊用於需求響應調控功能時，該方法能夠結合客戶需求，對電能替代設備實施合理的、柔性的負荷調節控制，以滿足用戶需求以及負荷聚合商需求響應系統主站要求。需求響應調控模塊的結構圖如圖5所示，其具體包括第三獲取單元和分析單元，下面介紹這兩個單元的功能：

其中的第三獲取單元，主要用於獲取通信模塊接收的事件信息或電價信息；

其中的分析單元，主要用於分析事件信息或電價信息，進而根據事件信息或電價信息生成控制命令，由微處理器模塊調用控制模塊將控制命令轉換為控制信號，並由接口模塊將控制信號發送給電能替代設備。

本發明實施例1提供的適用於電能替代設備的監控裝置還可以包括存儲模塊，該存儲模塊主要用於存儲負荷聚合商需求響應系統主站下發的事件信息或電價信息，並對電工參數和運行參數進行存儲。

另外，本發明實施例1提供的適用於電能替代設備的監控裝置還可以包括安全模塊，該安全模塊對來自於負荷聚合商需求響應系統主站的事件信息或電價信息進行身份認證，同時對控制模塊發送的控制信號進行加密和籤名。

上述的接口模塊包括rs485、rs232或rj45，rs485、rs232或rj45均用於將來自於採集設備的運行參數傳輸給微處理器模塊。

上述的來自於採集設備的運行參數包括熱工參數和狀態參數，其中的採集設備包括第一採集設備和第二採集設備；第一採集設備用於採集熱工參數，所述第二採集設備用於採集狀態參數。

上述的通信模塊支持熱插拔，且通信模塊根據有/無線通信協議，並通過有/無線通信方式實現負荷聚合商需求響應系統主站與微處理器之間的通信。

本發明實施例1中的電能替代設備可以是電加熱裝置、電製冷裝置或電動機設備等。

實施例2

本發明實施例2提供一種監控裝置的應用裝置，其結構圖如圖6所示，包括負荷聚合商需求響應系統主站、用戶能量管理系統、控制系統和電能替代設備；控制系統包括繼電保護裝置、主控板和監控裝置；下面分別介紹上述負荷聚合商需求響應系統主站、用戶能量管理系統、電能替代設備、繼電保護裝置、主控板和監控裝置的功能：

上述的負荷聚合商需求響應系統主站用於下發事件信息或電價信息給用戶能量管理系統；用戶能量管理系統用於接收事件信息或電價信息，並將來自於負荷聚合商需求響應系統主站的事件信息或電價信息，以及來自於用戶的啟動命令發送給監控裝置；上述的監控裝置用於根據來自於負荷聚合商需求響應系統主站的事件信息或電價信息，以及來自於用戶的啟動命令得到控制信號，並將控制信號發送給主控板；上述的主控板用於將控制信號發送給電能替代設備，並將動作信號發送給繼電保護裝置；上述的繼電保護裝置用於根據動作信號控制開關動作。

本發明實施例2中的電能替代設備可以是電加熱裝置、電製冷裝置或電動機設備等。

實施例3

本發明實施例3還提供另一種監控裝置的應用裝置，其結構圖如圖7所示，包括負荷聚合商需求響應系統主站、控制系統和電能替代設備；控制系統包括繼電保護裝置、主控板和監控裝置；下面分別介紹負荷聚合商需求響應系統主站、電能替代設備、繼電保護裝置、主控板和監控裝置的功能：

上述的負荷聚合商需求響應系統主站用於下發事件信息或電價信息給給監控裝置；上述的監控裝置用於根據事件信息或電價信息得到控制信號，並將控制信號發送給主控板；上述的主控板用於將控制信號發送給電能替代設備，並將動作信號發送給繼電保護裝置；上述的繼電保護裝置用於根據動作信號控制開關動作。

本發明實施例3中的電能替代設備可以是電加熱裝置、電製冷裝置或電動機設備等。

最後應當說明的是：以上實施例僅用以說明本發明的技術方案而非對其限制，所屬領域的普通技術人員參照上述實施例依然可以對本發明的具體實施方式進行修改或者等同替換，這些未脫離本發明精神和範圍的任何修改或者等同替換，均在申請待批的本發明的權利要求保護範圍之內。