物联技术在需求侧资源灵活接入的研究进展与应用展望.docx

《物联技术在需求侧资源灵活接入的研究进展与应用展望.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《物联技术在需求侧资源灵活接入的研究进展与应用展望.docx（14页珍藏版）》请在优知文库上搜索。

1、摘要：近年来随着海量需求侧资源接入电网，海量数据与庞大计算量使得需求侧资源与电网的互动难以通过集中式实现。为应对该问题，需求侧资源管控也从集中式向分布式演变。在分布式管理模式下，需求侧资源以负荷聚合商所聚合成的负荷集群的方式与电网互动。因此，需求侧资源需要具有灵活接入不同负荷聚合商的能力，这对需求侧物联技术支撑提出了新的要求。以需求侧资源去中心化管理为背景，明确了需求侧资源灵活接入在物联架构中的体现，总结了物联技术在需求侧资源灵活接入中的进展，并对其发展前景进行了展望。关键词：需求侧响应；负荷聚合商；去中心化；灵活接入；物联技术引言电网的稳定运行依托于电力生产与电力消费的实时耦合。对于传统电网

2、而言，发电侧利用负荷预测技术并结合量测数据实时控制发电机组的启停，从而保证电网中电力生产与消费的动态平衡。然而随着需求侧储能、电动汽车、智能家电等可控负荷的引入，电力生产和使用的界限逐渐模糊，需求侧用户也具备了参与电网调度的能力。此类有能力以不同形式与电网互动的资源，统称为需求侧资源。近年来，随着大量需求侧资源灵活接入电网，需求侧响应控制模型的复杂度与不确定性大大提高，系统内部信息交互量与计算规模也随之增加，这给实施集中式控制的需求侧响应带来了极大挑战。2027年，平健等人提出了去中心化的能量交易与需求侧资源管理机制，有助于应对广域需求侧资源所带来的海量数据聚合压力。但是在去中心化的管理模式中

3、，需求侧资源接入的通用性与灵活性受到了广泛关注。本文以需求侧资源去中心化管理为背景，明确了需求侧资源灵活接入在物联架构中的体现，总结了3种物联技术在需求侧资源灵活接入中的进展，并对其发展前景进行了展望。集中式需求侧控制架构2025年，AKnSSkeikki与SkakabBahram/提出了综合需求响应(integrateddaa八HHeSP。八sc,/PR)的概念。在IDR的实施过程中，需求侧资源参照电力市场、碳市场等能源市场的价格信号，结合自身需求对用电行为进行调整与优化。就需求侧资源本身而言，资源所有者可以参与长期容量市场和日前批发市场的交易并从中获益。而就电网而言，需求侧资源与电网的互动

4、有助于协助电网提高电力系统的稳定性、提升电网可再生能源消纳能力、削减负荷峰谷波动、延缓电网的建设投资。可见，对需求侧资源进行有效利用可以实现电网与用户的双赢。需求侧资源参与电网调度并非“即插即用1.而是需要借助信息流的接入实现对其用电行为的集中式控制。需求侧资源通过与之配对的高级计量基础设施(也称智能电表)(advMcedinfrastructure,AMI),分级接入信息网。在用户与电网互动的过程中，控制子站采集所辖区域内所有需求侧资源的计量与监测数据，结合负荷预测与PR信号实现对需求侧资源用电的计划与控制。这种集中控制是借助如图1所示的需求侧资源集中控制架构实现的。图1需求侧资源集中控制架

5、构Fig.，Centralizeddeiad-sideresourcecontrolarchitecture在该架构中，信息网呈现固定的分层树状结构。所有用户需求侧资源运行数据经子站汇总到总站进行集中处理。总站通过树状信息网对所有需求侧资源实现集中控制。需求侧灵活接入24集中式控制架构的局限性随着大量需求侧资源灵活接入电网，/DR模型的复杂度与不确定性大大提高，系统内部信息交互量与计算规模也随之增加，出现了优化运行结果生成缓慢甚至不收敛的现象。在需求侧资源集中式控制的现状之下，（PR难以维持低时延下稳定运行。因此，随着需求侧资源数量激增，需求侧资源的管理也从集中式管理模式向分布式演变，去中心化

6、的能量市场也应运而生。在分布式的管理模式中，用户参与响应更取决于局部市场与用户偏好，系统集中发布的指令或直接控制对响应的影响将会逐渐弱化。相比于传统的能源市场通常由少数大型能源供应商控制，分散化的能量市场通过技术和政策的支持，鼓励更多的参与者加入市场并以更加分散、灵活的方式管理和交易能源。在分散化的能量市场中，需求侧资源不再接受集中式控制，而是通过控制总站所辖区域内的多个负荷聚合商实现整合，以形成规模化的负荷集群，从而提供更大的市场交易能力和灵活性。然而，在集中式控制架构中，信息网的树状结构是固定的。需求侧资源所隶属的子站、分站也都是固定的。这使得需求侧资源不具有灵活形成负荷集群的能力，从而限

7、制了其在去中心化的能量市场中与电网参与互动的能力。22需求侧灵活接入的特点为实现需求侧资源的灵活接入，需求侧架构需在传统集中式控制架构基础上实现连接结构的软化解耦，以确保树状结构的可调整性，从而赋予需求侧资源拥有灵活形成负荷集群的能力。然后，在子站层引入多个负荷聚合商，实现主站权限部分下放及需求侧资源分布式管理。需求侧信息架构的硬连接与软连接如图2所示。国Z1曾检除检检科6检f逢热中投制基除作作f除4回回WsJ，田或凰定做昔“厚I罩J-I,连按“扁IIIIX12玲3冷Ci5科6各7回5检回性回；：；-.wm布宸黄竹suu令图2需求侧信息架构的硬连接与软连接Fig.2Hardawd.softCo

8、ianectioiaofdemandsidemformatnarchitecture相较于依赖硬连接的需求侧集中式控制架构，软连接架构的推广对于电网侧与用户侧都拥有重要意义。首先，对于用户而言，在传统集中式控制架构中，用户同电网运营方事先签订需求响应协议，响应形式单-O而软连接与负荷聚合商的引入给予了用户根据偏好选择不同响应方案的权利，无形中提升了用户参与条件的意愿。其次，软连接提升了需求侧资源聚合的灵活性，充分发挥需求侧资源边际成本低，反应时间短的优势，使得需求侧资源能够更灵活地匹配区域用电缺口，平抑可再生能源波动，并在电力市场拥有更大获利空间。然而，需求侧信息架构连接的软化对物联技术支持提

9、出了更高的要求。需求侧物联技术进展3.1 第五代通信技术（5夕）电力系统中，电力可控设备间的互联互通程度决定了电力系统的稳定运行与抗风险能力。对输电网而言，高压线路已经普及了光纤通信，实现了沿线电力设备间的互联互通。相较输电网，配电网的电力设备深入到千家万户，呈现出有可控设备数量众多，连接结构复杂多变的特点。考虑到建设成本等因素，在配电网系统中实现光纤覆盖几乎是不可能的。目前，配电网末端海量电力设备并未实现完全的互联互通，这对需求侧资源参与电网互动造成了极大的阻碍。近年来，SG技术取得了长足的进步并已经实现规模商用。首先，SG技术属于无线物联技术，相较于光纤通信等有线物联技术，不存在信息网络受

10、制于有线连接结构的问题，为海量需求侧资源的低成本灵活接入提供了极大便利。其次，SG技术的高容量特性可以实现海量设备的接入，每平方千米范围最多可以支持oo万个终端，可以充分支持区域内所有的需求侧资源实现灵活接入。除高容量特性外，相较于4G、3。技术，SG技术也具有高速率、低时延的特点。SC1通信在峰值速率、区域速率和边缘速率这3个指标相较于4G技术都有明显优势。其区域速率（系统同时支持总速率）是4G技术的约1倍。SG技术致力于借助通信网络实现万物高速灵活互联，这与实现大量需求侧资源灵活接入与管理的需求不谋而合。需求侧资源的有效管理依赖于QR模型的反馈调节机制。量测数据的采集汇总与控制指令的分级下

11、发是完成反馈调节的2个重要步骤。而SG技术的引入对于这2个步骤都有着显著地提升。现阶段，智能电表已在需求侧实现普及，然而受制于数据量的压力，大量智能电表仅上传当日用电量，这对于QR模型几乎没有意义。大量细颗粒度的量测数据被舍弃，这使得量测数据的实效性大幅降低，实时控制的精准性也受到较大影响。早在20世纪70年代，非侵入式辨识技术就被学者提出。然而由于其所需的功率量测数据颗粒度较细，传统的物联技术无法支撑数据采集而导致至今尚未投产。对于SC1技术而已，其高速率高容量特性能够充分打破该技术壁垒，使得大量需求侧资源细粒度量测数据的采集成为可能。对于控制指令的分级下发，传统(PR致力于实现长时间尺度内

12、需求侧负荷的削峰填谷，而随可再生能源渗透率增加，具有较高实效性的短时间尺度IPR调频也变得不可或缺。这对海量需求侧资源的实时控制的信息时延提出了要求，SG通信的端到端时延小于IOhS,能够很好支持秒级的调频需求。3.2 标准化的通信接口与协议标准化的接口与协议是支撑需求侧资源灵活接入并参与IDR的根本。在需求侧资源参与响应的推广试点中，由于缺少统一标准与规范，各(DR设备制造商所生产的AMf终端等产品存在接口不一、通信协议多样的问题，造成了电网与需求侧资源的互联互通受到影响。为了使接口与协议互相兼容，项目过程中的开发量也大幅增加。非标准化的接口与通信协议导致需求侧资源接入受限，也阻碍了QR业务

13、的规模化发展。对此，美国劳伦斯伯克利国家实验室需求响应研究中心于2。夕年发布了开放式自动需求响应规约OPeHADRIQ(OPe八automateddewadresponse)f并在2。22年发布了OPe八ADR2Q版本，对初版内容进行了适当修饰。该架构对AMr系统内元件的接口与通信协议进行了标准化规约，并已在加利福尼亚州开展了大量实践并积累了丰富的经验。澳大利亚也于2014年基于居民可控资源负荷颁布了AS/ZZS4755系列规约。该规定明确了家用空调、家用热水器、电动车家用充电桩等硬件接口及通信协议指令，并同时确定了家用电器需求响应等级并进行了标注。在后续的试点中，该规约为需求侧资源带来了良好

14、兼容性，确保了其灵活接入的能力。中国同样也致力于推进需求响应产品接口与通信协议的统一化。2014年8月，SAC/TC549全国智能电网用户接口标准化技术委员会在北京成立。该委员会主要负责IDR、能效管理等智能用电服务领域国家标准制修订工作。自委员会成立以来已颁布3个国标，另有电力需求响应系统安全防护规范正在起草中。该委员会共有4个工作组，其中第二工作组主要关注IPR相关领域标准的制定。该工作组牵头建立了国内首套包括IDR系统、终端、接口、测评、与管理要求的标准，并提出了电力需求响应标准体系。该标准正文共7章，包括范围、规范性引用文件、术语和定义、信息交换一般原则和要求、信息模型、信息交换服务和

15、信息交换机制；该标准还有附录4章，分别为需求响应信息交互典型场景、JSON语法、HTTP封装与JSON报文示例、缩略语。该标准第S章与第6章中对应的JSoN代码、HITP接口、消息队列遥测传输等协议都在附录中提供了示例，为正文进行了具象化补充与解释说明，更为IPR产品的生产厂商提供了标准模版。3.3 边缘计算技术随着需求响应技术的推广，配电网末端接入的需求侧资源数量急剧增长，导致集中式控制架构内部信息交互量与运算负担呈几何倍数增长。同时，大量的需求侧资源接入在信息网边缘形成了巨量数据流，对信息网形成了较大压力。需求侧资源带宽配置普遍不高，如果通道被大量冗杂数据挤占，甚至会影响到QR的数据采集与

16、指令下发，给配电网的运行带来极大的不稳定性。为应对该问题，边缘计算技术（edgeCoMP力.八g）应运而生。边缘计算技术是指将计算资源和数据处理能力分布到离用户设备更近的边缘节点上，以降低云端计算压力与数据链路平均长度，从而使系统更好地支持大量需求侧资源的灵活接入。图3为应用于需求侧资源管理的云边协同架构。Fig.3Cloud-edgecollaborativearchitectureappliedto4。MaNi-Sideresource应用于需求侧资源管理的云边协同架构分为云、管、边、端4层。该结构中，区域内需求侧资源组成了终端层。该层所有量测数据通过边缘算力完成数据汇总、清洗、处理、分析，再将其输出结果通过子站同步到云端总站。总站借助云管边端结构实现