基于楼宇集群用能调控的园区需求侧管理系统的研究与设计

基于楼宇集群用能调控的园区需求侧管理系统的研究与设计

白刚屹[1]陈辉[2]蔡文斐[3]

（1上海协同科技股份有限公司上海200333；2中国电子科技集团公司第五十八研究所江苏无锡214122；3上海协同科技股份有限公司上海200333）

摘要：为引导需求侧优化合理用能、提升管理水平、参与电网峰时需求响应，进而实现节能减排、优化用能效率，本文简述了需求侧管理系统建设的背景、意义；概述了园区智能楼宇管控系统的组成、功能；介绍了需求侧系统在用能数据监测、重点能耗设备控制、响应电网需求响应事件的功能；提出了园区需求侧管理系统的架构及各层间关联；设计了系统物理架构、功能架构，并介绍了相关的关键技术。同时，本方案已应用于某央企研究所园区需求侧管理平台，随着电改进一步推进，为园区参与所在省市需求侧响应奠定技术基础。

关键词：电力需求侧管理；楼宇用能管控；需求响应

1引言

随着我国国民经济各方面的飞速发展，我国全社会电力消费量呈上升趋势。然而我国单位国内生产总值能耗水平约为世界平均水平的2倍，是发达国家的3～11倍，“高消耗、低效益、高排放”式粗放的经济增长方式没有得到根本缓解。随着各种分布式电源和新型用电设备的日益推广以及电力用户个性化要求的提升，智能用电的理念及技术应运而生，并在我国逐渐成为研究热门。在该背景下，精准计量、智能负荷控制伴随互联网技术的发展，推动和完善了以双向互动智能高效用能为目标的需求响应技术的发展。研究用户用电行为并主动整合用户侧资源、优化用能调度已经成为时下电网发展的主题之一。需求响应（DR）技术具有响应速度快、成本低、环境污染小等诸多优势，同时还可以建立电力交易机制，以电价信号为经济杠杆，影响用户的用电行为，从而实现电网负载的削峰填谷，缓解用电紧张，维持电网稳定。

本文首先介绍了多种园区楼宇集群智能管控技术，构建了可实现的集群内部信息实时化互联、控制的能管系统，基于该技术，设计了一种园区需求侧管理系统，该系统兼具能效管理、负荷预测、需求响应功能，监控电能消耗过程，提升电力系统运行效率，进而间接提升能效。文章结合系统的层次架构及业务需求，设计了系统的层次结构、物理架构，并介绍了系统中涉及到的关键技术。

2系统概述

2.1需求侧管理平台

系统实现园区各个重点用能单位、重点用能环节、重点用能设备的能源利用状况实时在线监测系统，分期实现企业能效信息的纵向（从基层单位到企业最高管理层）和横向（各类能源生产、存储、使用的全过程，现阶段以电能为主）的“全采集、全覆盖”，提升用能管理水平，达到提高效率、节能降耗的目的[1]。

需求侧管理系统作用主要体现在以下3方面：

1、用电数据实时化、可视化：系统采集用户侧用能节点各项电量参数，利用平台统计分析模型对各电能参数进行统计分析以及采用图表等方式展示；

2、用电状态评估、诊断：通过对用电系统、设备的运行状态、用电参数、环境参数的采集、分析，通过建立数学模型，对关键节点用电状态进行评估，确定其能效水平和能耗状态；

3、响应电网需求侧响应事件，系统能够根据地市级平台需求，通过对用户用能行为统计、分析，进行预测，及时制定响应方案，并在特定模式下根据响应方案控制用户侧系统或设备。

2.2楼宇用能管控

园区办公楼宇用能主要在照明、空调系统，因此，其用能管控主要采取智慧照明控制、智慧空调控制、分布式光伏发电管理、LED节能改造等技术来实现。

智慧照明控制：通过参与楼宇前期设计，实现照明多场景模式控制、远程开关控制等功能，参照国家GB/T20965-2013《控制网络HBES技术规范——住宅和楼宇控制系统》标准，以KNX协议控制总线和DALI调光控制协议为通信标准。

智慧空调控制：通过对楼宇空调系统主机、面板以及风阀进行联动控制，实现空调系统节能，同时可以根据需求响应方案要求，适度降低空调系统负荷，即响应模式。

分布式光伏发电管理：通过园区楼顶建设分布式光伏电站，就低消纳清洁能源，降低楼宇对于大电网的依赖性，结合储能技术，为需求响应提供技术支撑[2]。

3系统架构设计

3.1系统层次架构

在对需求侧管理平台业务需求分析的基础上，充分借鉴国内外相关平台建设的经验，提出需求侧管理平台的总体。系统总体架构可概括为“六层架构、三大体系”，采用开放分层结构来实现。六层架构自下而上包括基础设施层、通信层、数据层、支撑服务层、应用层以及展示层；三大体系指的是信息安全保障体系、标准规范体系与运营管理体系。该架构是以管理机制、标准规范为保障，依托统一的互联网，基于SOA架构，整合分布在异构、多层网络环境中的智能监测设备和大量传感器，并统一数据模型，实现需求侧管理相关资源的多渠道、灵活和规范化访问，支撑和促进需求侧管理平台的建设。

图1：需求侧管理平台层次架构

3.2系统物理架构

系统物理架构自上而下分别是主站、通信网络、基础测控系统、监测对象。主站分为前置采集平台和业务应用平台，前置采集平台由通信接口机、前置采集服务器组成，完成对采集数据的前置处理；业务应用平台由应用服务器、数据服务器、工作站组成，完成数据存储及分析、信息发布。通信网络以以太网为骨架，无线公网和无线专网为补充，完成数据的上传下达。基础测控系统由监测终端和各类仪表组成，实现对各类监测对象的数据采集。[3]

3.3系统功能架构

系统主要功能为监测用户侧用能设备或系统运行状态、执行需求响应业务，同时管理档案信息数据、业务数据，以及利用门户系统提供信息服务。系统的设计着重利用平台化、模块化思想，保证系统的兼容性和可扩展性。其具体系统功能架构如图所示：

4系统关键技术

为实现系统的可靠运行，并提升系统的运行效率、执行能力以及平台效果，需要充分利用多种技术来实现，例如信息模型、情景感知、信息交互、信息安全等。

1电力用户具有用电信息量大，种类多的特性，系统需对大量电力参数、环境参数进行分析，因此，建立有效的信息模型，有利于提高用户侧用电行为判断和测评，对于系统监测用户侧用能系统运行状态具有重要意义[4]。

2情景感知技术，对于楼宇空调控制、照明控制都有重要意义，能够通过情景感知来预测用电数据和能耗发展态势，对于用电负荷高峰到来时通过能效管理和执行需求响应业务达到有效错峰或避峰有积极作用。同时，在其他用电时间，已然可以通过该技术为用户提供更为节能的用电决策。

3系统内各子系统之间、系统和电力公网之间、系统与用户之间都需要有大量交互信息，因此，充分利用Webservice、中间库等技术设计软件接口，可以提高信息交互效率。

4系统运行必须防止非法人员入侵系统、系统信息泄露等风险事件，轻则影响系统业务，重则影响用户生产生活，因此，在系统建设中需加入安全模块，实现从信息源头到系统桌面的全过程安全防护，保证系统业务安全可靠。