應事件,這種響應可以降低對一些設備的功率,也可以將信號進一步傳輸?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為需求響應服務平臺,VEN為需求響應終端模塊,它們相互傳遞基于OpenADR2.0b的需求響應和價格等信息。而供電側仿真平臺和需求響應中心屬于供電側的系統(tǒng),服務商負責維護需求響應服務平臺,發(fā)生需求響應事件時,通知各個參與用戶及時作出反饋和相應措施^[17]。

3.2 用戶側仿真

在用戶側,各參與用戶都有能夠接收需求響應信息的需求響應終端模塊,該模塊可以是一個獨立的用戶終端設備,也可以是用戶能源管理系統(tǒng)的嵌入式模塊。當用戶接收到需求響應或價格等信息后,按照相應的需求響應控制策略控制用電設備,可以實現(xiàn)電網(wǎng)削峰填谷、緩解供電緊張、提高電網(wǎng)運行效率等功能。用戶需求側仿真系統(tǒng)總體架構如圖2
所示。

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

需求響應的服務平臺可以根據(jù)需求響應中心傳輸?shù)碾妰r、事件信息以及用戶的需求情況對任務進行調整,并分配給用戶;可以將各用戶的反饋信息進行總結,形成供用戶查詢的評估結果,并實現(xiàn)需求響應平臺與用戶之間的信息交互。

 4 用戶用能系統(tǒng)仿真

隨著用戶側智能設備的逐漸增多,用戶側設備的接入方式也從被動參與向主動參與變化,同時,不同參與主體,還需要進行互相協(xié)商。而當前的仿真技術還停留在傳統(tǒng)的資源調控,仿真技術支撐薄弱?？梢酝ㄟ^建立包含分布式電源、分散式儲能、電動汽車、空調及電熱鍋爐等多元化資源互聯(lián)場景,模擬不同調控策略下的運行效果,提出多元化需求側資源互聯(lián)模式下的調控策略優(yōu)化方法,可為多元化需求側資源互聯(lián)仿真與驗證提供技術支撐,為構建低碳環(huán)保型用能環(huán)境提供支撐。

4.1 用能設備仿真理論

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

系統(tǒng)仿真理論利用數(shù)學公式、邏輯公式和算法等表示系統(tǒng)實際狀態(tài)和輸入輸出的關系。當建立數(shù)學模型比較困難時,通常可以使用仿真技術。Matlab具有強大的圖形處理及仿真模擬等功能,可進行仿真模塊的搭建^[18]。可利用Matlab及其動態(tài)仿真工具Simulink對參與自動需求響應的實體進行仿真模塊搭建,通過軟件對自動需求響應建模,建立包括需求側分布式電源、電動汽車、分散式儲能、空調及電熱鍋爐等實體對象,并構建合適網(wǎng)絡拓撲用以仿真。系統(tǒng)仿真理論可用于需求側仿真軟件的研發(fā)和
測試。

自動控制理論以自動控制系統(tǒng)為研究對象,在運動和發(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)的行為進行數(shù)學描述,建立數(shù)學模型,在此基礎上對系統(tǒng)進行分析和綜合,進而逐步提高系統(tǒng)的自動控制性能。自動控制理論在需求側仿真研究中可用于需求側互聯(lián)參與主體之間通過信息交互實現(xiàn)自動信息調整,用于需求側終端設備/系統(tǒng)模型之間的自我調控,通過信息反饋實現(xiàn)對模型的分析與控制校正,為搭建需求側典型系統(tǒng)/設備互聯(lián)平臺提供理論基礎。

4.2 實踐應用

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

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

4.2.1 蓄冰空調半實物仿真系統(tǒng)

蓄冰空調半實物仿真系統(tǒng)各組成部分包括主機、水泵、風機盤管、蓄冰系統(tǒng)等,實驗室環(huán)境作為該空調系統(tǒng)的負荷。系統(tǒng)原理是：在用電低谷時段,啟動壓縮機冷卻功能,將水冷卻成冰,儲存能量,在用電高峰時段使冰熔化吸熱,從而達到空調制冷的效果。蓄冰空調主要利用削峰填谷的方式將能量轉移,平衡負荷,進而達到節(jié)約能源和經(jīng)濟成本的
目的。

蓄冷-放冷的功能可以驗證采用蓄冷技術開展需求響應業(yè)務的實際效果,可以實現(xiàn)系統(tǒng)仿真,模擬進出水溫度控制、與電網(wǎng)負荷互動控制等各種調控模式,在半實物仿真系統(tǒng)上進行實驗驗證,達到空調優(yōu)化運行的目的,驗證仿真實驗的能力。蓄冰空調半實物仿真系統(tǒng)如圖4所示。

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

4.2.2 蓄熱電鍋爐半實物仿真系統(tǒng)

蓄熱電鍋爐利用低谷時段的電力將蓄熱體加熱到一定溫度,并且滿足低谷時段建筑物的供暖負荷,蓄熱電鍋爐的原理與蓄冰空調很類似,同樣是利用削峰填谷的思想,將用電低谷時段的電量儲存起來,在用電高峰時段釋放,既滿足了用戶的用電需求,又節(jié)約了高峰時段的電能,并且達到了避免高峰用電的目的。蓄熱電鍋爐半實物仿真系統(tǒng)響應需求側管理與智能用電仿真平臺發(fā)出的電價信號,可以降低運行費用,平衡電網(wǎng)負荷,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?？赏ㄟ^實驗室模擬蓄熱電鍋爐削峰填谷運行策略,測試仿真的實際運行效果。蓄熱電鍋爐半實物仿真系統(tǒng)如圖5所示。

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

4.2.3 智能家居半實物仿真系統(tǒng)

智能家居半實物仿真系統(tǒng)主要用于住宅、建筑、家用電器等,將互聯(lián)網(wǎng)等技術應用到家居設施中,例如空調、熱水器、洗衣機等,形成智能家居系統(tǒng),為用戶帶來舒適便捷的生活體驗,同時提高家居系統(tǒng)的自動化水平。目前國內(nèi)外正逐步加深對智能家居的研究和應用,并制定了一系列智能家居通信協(xié)議支撐其應用與實踐。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、給排水和供配電等樓宇設備自動控制方面均有應用^[19]。歐洲的KNX總線協(xié)議則主要應用于燈光照明控制、電動窗簾控制、暖通控制和暗訪控制,可提供家庭、樓宇自動化的解決方案,由于費用高昂,KNX技術主要應用于公共設施。Zigbee聯(lián)盟制定的SEP2.0標準也是一項智能能源應用的規(guī)范,主要針對電表公司及用戶室內(nèi)的主要用電設備（空調、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、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、格蘭仕的“G+”平臺,都體現(xiàn)了智能家居系統(tǒng)的應用廣泛。

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APP與家電進行互動,服務商可以通過家電云平臺的應用程序與家電進行互動。家電云平臺可以為需求響應系統(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。智能家電可通過設備接口或制造商云平臺接口實現(xiàn)與電網(wǎng)的互動,但互動需要以通信協(xié)議和信息模型為基礎。智能家電與智能電網(wǎng)互動能夠促進節(jié)能減排技術的應用推廣,既給居民用戶帶來了便捷、可靠、經(jīng)濟的能源服務,又能為家電企業(yè)、電網(wǎng)企業(yè)等帶來可觀的經(jīng)濟效益和積極的社會效益。智能家居半實物仿真系統(tǒng)示意如圖6所示。

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

 5 結語

本文基于OpenADR協(xié)議,對智能電網(wǎng)用戶需求側的仿真進行了研究,分析了協(xié)仿真平臺的應用情況,介紹了用戶用能側的3個半實物仿真系統(tǒng)：蓄冰空調半實物仿真系統(tǒng)、蓄熱電鍋爐半實物仿真系統(tǒng)和智能家居半實物仿真系統(tǒng),這3種系統(tǒng)在實際生活中應用比較廣泛,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)濟效益。

需求響應作為電力系統(tǒng)與用戶進行信息交互的關鍵技術手段,對于智能電網(wǎng)的資源優(yōu)化和調控配置等方面起到舉足輕重的作用,自動需求響應使得供電側和用戶側之間的交互自動完成,將成為需求響應的發(fā)展趨勢。

參考文獻

[1] 趙慧穎, 劉廣一, 賈宏杰, 等. 基于精細化模型的需求側響應策略分析[J]. 電力系統(tǒng)保護與控制, 2014, 42(1): 62-69.

ZHAO Hui-ying, LIU Guang-yi, JIA Hong-jie, et al.Analysis of demand response program based on refined models[J]. Power System Protection and Control, 2014, 42(1): 62-69.

[2] 陳暉. 全球節(jié)能服務業(yè)發(fā)展狀況分析及其啟示[J]. 電力需求側管理, 2009, 11(1): 73-76.

CHEN Hui.Global energy service industry development analysis and its enlightenment[J]. Power Demand Side Management, 2009, 11(1): 73-76.

[3] PALENSKY P, DIETRICH D.Demand side management: demand response, intelligent energy systems, and smart loads[J]. IEEE Transactions on Industrial Informatics, 2011, 7(3): 381-388.

[4] ALBADI M H, El-SAADANY E F. A