一种热力用户参与需求响应的控制系统及方法

技术领域

本发明涉及热力系统参与电力需求响应技术领域，尤指一种热力用户参与需求响应的控制系统及方法。

背景技术

随着节能减排政策的推广，风电、光伏等新能源发电得到大力发展，而风电规模急剧增大在北方地区供暖季带来的“风热冲突”日益严重，造成大量的弃风。

为了消纳弃风电量，目前在风电富足地区推行蓄热电锅炉等电采暖方式。在实际工程中，供热公司多采用高于居民热负荷需求的供热方式，控制方式粗糙，造成资源的浪费。同时根据人体热舒适性，不同人群对室内热舒适的要求不一样，且在短时间内室内供热负荷降低，人体不会感觉到不适。

综上来看，亟需一种可以对供热负荷进行调节控制的技术方案，以通过热负荷的精细化控制来满足用户舒适度。

发明内容

针对现有技术存在不足，本发明提出了一种热力用户参与需求响应的控制系统及方法，能够对不同用户室内的供热负荷进行精细化控制，在满足用户舒适度要求下，用户侧热负荷可以作为响应资源参与电力系统的需求响应。

在本发明实施例的第一方面，提出了一种热力用户参与需求响应的控制系统，该系统包括：用户侧响应终端、控制器及用户侧需求响应管理平台；其中，

所述用户侧响应终端用于监测室内参数并上传至相应的控制器；

所述用户侧需求响应管理平台用于获取次日气象参数及用户通过移动终端申报的次日响应信息，并将所述次日气象参数及次日响应信息下发至控制器；

所述控制器用于根据所述室内参数、次日气象参数及次日响应信息对所辖用户进行响应潜力计算，并统计总潜力值上报至用户侧需求响应管理平台；

所述用户侧需求响应管理平台汇总全部控制器上报的总潜力值，将汇总结果上报至调度系统，由调度系统依据次日系统调用需求制定响应计划并下发至用户侧需求响应管理平台；

所述用户侧需求响应管理平台对接收到的响应计划进行任务分解，将任务指令下发至控制器；

所述控制器根据用户侧需求响应管理平台下发的任务指令，对任务进行分解，确定参与用户与响应量，在次日向所辖用户侧响应终端下发控制命令实施响应；

所述用户侧响应终端根据接收的控制指令通过控制阀门开度进行供热量调节，并将实时监测数据上传至控制器；

所述控制器将监测数据上传至用户侧需求响应管理平台，由用户侧需求响应管理平台进行交易结算，并将交易结算结果下发给用户。

在本发明实施例的第一方面，提出了一种热力用户参与需求响应的控制方法，该方法包括：

监测室内参数；

获取次日气象参数及用户通过移动终端申报的次日响应信息；

根据所述室内参数、次日气象参数及次日响应信息对所辖用户进行响应潜力计算，并统计总潜力值；

汇总所述总潜力值，将汇总结果上报至调度系统，由调度系统依据次日系统调用需求制定响应计划；

根据所述响应计划进行任务分解得到任务指令；

根据所述任务指令对任务进行分解，确定参与用户与响应量，在次日下发控制命令实施响应；

根据所述控制指令通过控制阀门开度进行供热量调节，并将实时监测数据上传；

根据所述监测数据进行交易结算，并将交易结算结果下发给用户。

在本发明实施例的第三方面，提出了一种计算机设备，包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时实现热力用户参与需求响应的控制方法。

在本发明实施例的第四方面，提出了一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现热力用户参与需求响应的控制方法。

本发明提出的热力用户参与需求响应的控制系统及方法通过监测室内参数、用户申报次日响应信息及次日气象参数进行响应潜力计算，基于潜力值执行响应计划，并对响应计划的任务进行分解，从而对不同用户室内的供热负荷进行精细化控制，能够为实际工程提供理论和数据依据，有助于准确控制各个时段的单个用户室内的供热负荷，针对于蓄热电锅炉供热区域用户，在满足人体热舒适需求的前提下使热力用户可利用热负荷资源参与电力需求响应。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本申请的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。

图1是本发明一实施例的热力用户参与需求响应的控制系统架构示意图。

图2是本发明示例性的应用场景示意图。

图3是本发明一具体实施例的热力用户参与需求响应的控制系统的详细结构示意图。

图4是本发明一具体实施例的用户侧响应终端的架构示意图。

图5是本发明一具体实施例的控制器的架构示意图。

图6是本发明一具体实施例的网络结构示意图。

图7是本发明一具体实施例的需求响应潜力求解流程示意图。

图8是本发明一具体实施例的参与响应用户筛选流程示意图。

图9是本发明一具体实施例的用户侧需求响应管理平台的架构示意图。

图10是本发明一实施例的热力用户参与需求响应的控制方法流程示意图。

图11是本发明一实施例的计算机设备结构示意图。

具体实施方式

下面将参考若干示例性实施方式来描述本发明的原理和精神。应当理解，给出这些实施方式仅仅是为了使本领域技术人员能够更好地理解进而实现本发明，而并非以任何方式限制本发明的范围。相反，提供这些实施方式是为了使本公开更加透彻和完整，并且能够将本公开的范围完整地传达给本领域的技术人员。

本领域技术人员知道，本发明的实施方式可以实现为一种系统、装置、设备、方法或计算机程序产品。因此，本公开可以具体实现为以下形式，即：完全的硬件、完全的软件(包括固件、驻留软件、微代码等)，或者硬件和软件结合的形式。

根据本发明的实施方式，提出了一种热力用户参与需求响应的控制方法及系统。

下面参考本发明的若干代表性实施方式，详细阐释本发明的原理和精神。

图1是本发明一实施例的热力用户参与需求响应的控制系统架构示意图。如图1所示，该系统包括：用户侧响应终端110、控制器120及用户侧需求响应管理平台130；其中，

所述用户侧响应终端110用于监测室内参数并上传至相应的控制器120；

所述用户侧需求响应管理平台130用于获取次日气象参数及用户通过移动终端申报的次日响应信息，并将所述次日气象参数及次日响应信息下发至控制器120；

所述控制器120用于根据所述室内参数、次日气象参数及次日响应信息对所辖用户进行响应潜力计算，并统计总潜力值上报至用户侧需求响应管理平台130；

所述用户侧需求响应管理平台130汇总全部控制器120上报的总潜力值，将汇总结果上报至调度系统，由调度系统依据次日系统调用需求制定响应计划并下发至用户侧需求响应管理平台130；

所述用户侧需求响应管理平台130对接收到的响应计划进行任务分解，将任务指令下发至控制器120；

所述控制器120根据用户侧需求响应管理平台130下发的任务指令，对任务进行分解，确定参与用户与响应量，在次日向所辖用户侧响应终端110下发控制命令实施响应；

所述用户侧响应终端110根据接收的控制指令通过控制阀门开度进行供热量调节，并将实时监测数据上传至控制器120；

所述控制器120将监测数据上传至用户侧需求响应管理平台130，由用户侧需求响应管理平台130进行交易结算，并将交易结算结果下发给用户。

在一实施例中，所述用户侧响应终端110监测的室内参数至少包括：室内温度和室内管道中流量温差。

在一实施例中，所述用户侧需求响应管理平台130移动终端还用于：向移动终端发送邀约，由用户设置次日参与响应的时段及室内环境的最低要求。

在一实施例中，所述控制器120进行响应潜力计算时，计算公式为：

其中，δQ

在一实施例中，所述用户侧需求响应管理平台130还用于：根据每个控制器120对应的潜力占比，对接收到的响应计划进行任务分解，将分解后的任务指令下发至控制器120；

在一实施例中，所述控制器120还用于：根据用户侧需求响应管理平台130下发的任务指令，以参与用户总数最少为目标进行响应用户的筛选，根据筛选的响应用户对任务的分解。

在一实施例中，用户侧需求响应管理平台130在交易结算完成后，将交易结算结果下发给用户的移动终端。

利用该热力用户参与需求响应的控制系统，能够为实际工程提供理论和数据的支持，有助于准确控制各个时段的单个用户室内的供热负荷，针对于蓄热电锅炉供热区域用户，在满足人体热舒适需求的前提下使热力用户可利用热负荷资源参与电力需求响应。

应当注意，尽管在上文详细描述中提及了热力用户参与需求响应的控制系统的若干模块，但是这种划分仅仅是示例性的并非强制性的。实际上，根据本发明的实施方式，上文描述的两个或更多模块的特征和功能可以在一个模块中具体化。反之，上文描述的一个模块的特征和功能可以进一步划分为由多个模块来具体化。

为了对上述热力用户参与需求响应的控制系统进行更为清楚的解释，下面结合一个具体的实施例来进行说明。

参考图2，为本发明示例性的应用场景示意图。如图2所示，该系统由用户侧响应终端、控制器和用户侧需求响应管理平台构成。

其中，用户侧响应终端位于用户室内供热管道入口处，每个控制器位于楼道内负责接收一个供热支路所供用户室内的用户侧响应终端的数据信号，并对其进行控制指令的下达，用户侧响应终端和控制器之间可以通过R485线进行连接。

各个控制器与用户侧需求响应管理平台之间可以通过无线4G/5G通信连接，保持信息交互，同时还与用户的移动终端之间存在信息交互，控制器将所辖用户响应潜力进行分析并上报用户侧需求响应管理平台，用户侧需求响应管理平台依据上级调度指令进行任务分解，把响应计划下发至各个控制器，控制器将任务进行进一步分解后，下发至各个用户侧响应终端，进而控制每个房间的供热量。

进一步的，参考图3，为热力用户参与需求响应的控制系统的详细结构示意图。如图3所示，用户侧响应终端110由监控模块、通讯模块及控制模块构成；控制器120由计算模块，通讯模块及存储模块构成；用户侧需求响应管理平台130由计算模块、通讯模块、交互模块、存储模块及交易模块构成。

接下来，参考图4至图9对本发明示例性实施方式的热力用户参与需求响应的控制系统进行详细介绍。

以下所使用的术语“模块”或者“单元”，可以是实现预定功能的软件和/或硬件的组合。尽管以下实施例所描述的装置较佳地以软件来实现，但是硬件，或者软件和硬件的组合的实现也是可能并被构想的。

1、用户侧响应终端：

参考图4，为用户侧响应终端的架构示意图。如图4所示，用户侧响应终端110包括：监控模块111、通讯模块112和控制模块113。其中，

监控模块111：

监控模块111用于监测各个用户时刻t室内温度T

通讯模块112：

通讯模块112为用户侧响应终端110与控制器120进行信息交互区域，用户侧响应终端110将监测到的室内温度T

控制模块113：

通讯模块112将接收到的控制指令传递给控制模块113，控制模块113根据控制指令对室内供热管道内流量进行调控，达到对室内供热量的调整效果。

2、控制器：

参考图5，为控制器的架构示意图。如图5所示，控制器120包括：通讯模块121、计算模块122和存储模块123。其中，

通讯模块121：

通讯模块121分为“与下级用户侧响应终端信息交互”和“与用户侧需求响应管理平台信息交互”两部分：

接收终端上传的检测采集数据，同时对终端下发调节控制指令；

接收平台下发的天气及用户需求参数，向平台上传所辖用户的总调节潜力，接收平台下达的调节计划。

计算模块122：

计算模块122中包含神经网络模型、舒适度模型、供热模型、需求响应潜力和响应计划任务分解计算五部分，以下对这五部分进行详细说明：

2.1、神经网络模型：

考虑到不同用户其房屋结构导热系数、窗墙比等参数各不相同，需对每个用户进行精细化控制，根据通讯模块接收来的自于平台下发的时刻t室外温度T

其中，Q

建立三层结构的神经网络模型：

输入层：输入与待预测质量流量有关的变量，本专利为室外温度、室外风速、室外风向、室外空气湿度和室内温度，节点数为5；

输出层：以用户i的所需供热量作为输出，节点数为1；

隐层：本专利在选取隐层神经元个数的问题上参照了以下的经验公式；

其中，n为输入层神经元个数；m为神经元输出层个数；a为[1，10]之间的常数。此处a为[4，13]，由于隐层神经元个数过多，会加大网络计算量并容易产生过度拟合问题；神经元个数过少，则会影响网络性能，达不到预期效果，基于此本专利选择隐层神经元个数为7。

参考图6，为网络结构示意图。如图6所示，网络可以选用Sigmoid作为隐层的激励函数。

神经网络模型始终取最近的数据进行训练，例如以10天每天24小时的数据进行训练，则需对10天的数据滚动更新，以便神经网络模型参数的修正。

2.2、舒适度模型：

丹麦学者P.Q.Fanger教授根据人体的热感觉将PMV分为表1中七个等级，其中PMV＝0的状态是最理想的热舒适环境。

表1PMV指标

由于该指标受多种因素影响，计算十分复杂，工程上常忽略空气流速及空气湿度等影响，对其进行简化处理，计算公式如下

其中，M

IS07730推荐PMV的取值应该在-0.5和0.5之间，但考虑到每个人的冷热喜好程度不同，不同的用户可根据自身对冷热的喜好以便确定需求响应潜力。

2.3、供热模型：

采用蓄热电锅炉进行供暖时，二次侧采用热网，单户用户调节室内供热温度时通过调节供回水管道中的流量来进行。用户所需供热量和流量之间的关系为：

Q

其中，c为供热管道内热水的比热容。

2.4、需求响应潜力：

用户i时刻t的负荷需求响应潜力为此时常规供热量和所需最少供热量之间的差值，即：

其中，δQ

基于上述过程，用户i时刻t所需求响应潜力的求解流程可以参考图7所示。

2.5、响应计划任务分解：

考虑到控制器下辖终端数量较多，对任务进行分解时以调用的终端数量最少为目标，即

其中，x

为实现目标需对时刻t所有用户的潜力从大到小进行排序，可以按图8所示流程进行参与用户的筛选。

存储模块123：

存储模块123将通讯模块122接收的来自于终端的监测数据和来自平台下发的参数数据进行储存，以便计算模块调用历史数据对神经网络模型进行滚动更新。

3、用户侧需求响应管理平台：

参考图9，为用户侧需求响应管理平台的架构示意图。如图9所示，用户侧需求响应管理平台130包括交易模块131、交互模块132、计算模块133、通讯模块134和存储模块135。其中，

交易模块131：

交易模块131包括用户注册、合同管理和交易结算功能。

用户注册为参与响应用户在平台上进行注册，每个参与用户具有一个单独的账号，为便于信息归类用户账号形式可为XXX(控制器编号)-YYY(每个控制器所辖的用户编号)。

合同管理为参与用户根据日前分配到的响应计划在平台上签订电子合同，并在次日按合同计划进行响应。

交易结算为用户在次日参与响应后按其实际参与量进行交易结算。

交互模块132：

交互模块132用于通过移动APP或微信公众号方式，实现用户与平台的线上互动。

其中，移动提供开放的账号注册功能，参与需求响应的用户在线进行用户注册，发起管理业务申请，平台接受到业务申请后，开展受理及后续签约等项目管理功能。

另外，面向签约用户，平台向签约用户推送参与调控请求信息，为方便用户及时操作，负荷聚合商于每天的中午12:00和下午18:00对用户发送两次对次日需求响应邀约短信，用户在线确认是否参与并设置其次日参与时段，以截止到晚上22:00所设置数据为基准。考虑到部分人对温度值比较敏感，部分人对冷热度比较敏感，设置界面为适应不同人群的操作习惯可分为两种，两种界面可自行切换。

第一种是时间段和舒适度值，例如“时间段09:00-17:00，舒适度-1”，其中舒适度为-3～3，间隔值为0.5；

第二种为时间段和温度值，例如“时间段12:00-17:00，温度23”，其中Tem为18～32，间隔值为0.5。

例如，用户A第二天09:00-17:00在公司上班，这个时间段对室内温度没什么要求，其他时段最低可接受微凉的状态，希望17:00到家时可以达到自己想要的温度状态，则可在界面上设置“时间段00:00-09:00，舒适度-1；时间段09:00-16:00舒适度-3；时间段16:00-24:00，舒适度-1”，此时是考虑到为了使用户A在17:00能达到所希望室内状态，提前一小时对房间进行加热。

用户B为老人第二天全天在家，白天10:00-16:00温度可以低一些22℃即可，其他时段温度高一些，在26℃左右为宜，则可在界面设置“时间段00:00-10:00，温度26；时间段10:00-16:00，温度22；时间段16:00-24:00，温度26”。

计算模块133：

计算模块133用于对调度下的任务指令进行分解，将调度功率分解至各控制器，分解时按照上报总潜力占比进行分解，即：

其中，P

通讯模块134：

通讯模块134将交互模块132接收到的用户设置的次日需求参数下发至其对应的上级控制器，将外界输入平台的次日室外天气参数下发至各个控制器。

通讯模块134接收控制器上报的总调节潜力，并将计算模块133制定的次日响应计划下发至各控制器。

存储模块135：

存储模块135将通讯模块134来自于各控制器的总调节潜力、上级下发的响应计划、对每个控制器下发的任务指令和合同结算结果等进行存储。

在介绍了本发明示例性实施方式的系统之后，接下来，参考图10对本发明示例性实施方式的热力用户参与需求响应的控制方法进行介绍。

热力用户参与需求响应的控制方法的实施可以参见上述系统的实施，重复之处不再赘述。

基于同一发明构思，本发明还提出了一种热力用户参与需求响应的控制方法，如图10所示，该系统包括：

步骤S101，监测室内参数；

步骤S102，获取次日气象参数及用户通过移动终端申报的次日响应信息；

步骤S103，根据所述室内参数、次日气象参数及次日响应信息对所辖用户进行响应潜力计算，并统计总潜力值；

步骤S104，汇总所述总潜力值，将汇总结果上报至调度系统，由调度系统依据次日系统调用需求制定响应计划；

步骤S105，根据所述响应计划进行任务分解得到任务指令；

步骤S106，根据所述任务指令对任务进行分解，确定参与用户与响应量，在次日下发控制命令实施响应；

步骤S107，根据所述控制指令通过控制阀门开度进行供热量调节，并将实时监测数据上传；

步骤S108，根据所述监测数据进行交易结算，并将交易结算结果下发给用户。

需要说明的是，尽管在上述实施例及附图中以特定顺序描述了本发明方法的操作，但是，这并非要求或者暗示必须按照该特定顺序来执行这些操作，或是必须执行全部所示的操作才能实现期望的结果。附加地或备选地，可以省略某些步骤，将多个步骤合并为一个步骤执行，和/或将一个步骤分解为多个步骤执行。

基于前述发明构思，如图11所示，本发明还提出了一种计算机设备1100，包括存储器1110、处理器1120及存储在存储器1110上并可在处理器1120上运行的计算机程序1130，所述处理器1120执行所述计算机程序1130时实现前述热力用户参与需求响应的控制方法。

基于前述发明构思，本发明提出了一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现前述热力用户参与需求响应的控制方法。

本发明提出的热力用户参与需求响应的控制系统及方法通过监测室内参数、用户申报次日响应信息及次日气象参数进行响应潜力计算，基于潜力值执行响应计划，并对响应计划的任务进行分解，从而对不同用户室内的供热负荷进行精细化控制，能够为实际工程提供理论和数据依据，有助于准确控制各个时段的单个用户室内的供热负荷，针对于蓄热电锅炉供热区域用户，在满足人体热舒适需求的前提下使热力用户可利用热负荷资源参与电力需求响应。

本领域内的技术人员应明白，本发明的实施例可提供为方法、系统、或计算机程序产品。因此，本发明可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本发明可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质(包括但不限于磁盘存储器、CD-ROM、光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。

本发明是参照根据本发明实施例的方法和计算机程序产品的流程图和/或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流程和/或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。

这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。

这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上，使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。

最后应说明的是：以上所述实施例，仅为本发明的具体实施方式，用以说明本发明的技术方案，而非对其限制，本发明的保护范围并不局限于此，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，其依然可以对前述实施例所记载的技术方案进行修改或可轻易想到变化，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改、变化或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明实施例技术方案的精神和范围，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应所述以权利要求的保护范围为准。