刘永春 朱程燕 岳鹏 王瑞
(国电南瑞科技股份有限公司，江苏省 南京市 210016)
摘要：本聚合平台可以对负荷设备进行分类型、分客户和分区域的可调控容量聚合，并编制负荷控制预案，制定负荷控制策略，上报可调控容量并响应源网荷储综合管控系统下发的调控需求，削峰填谷，实现负荷调控及电网不同时段供需平衡的需求，同时优先保障清洁能源发电上网，提高清洁能源消纳能力。
关键词：LORA；智能插座；负荷聚合平台；源网荷储
中图分类号：TM73
项目来源：南瑞科技股份有限公司科技项目-大数据驱动的虚拟电厂精细化调控及运营技术研究
Design of Load Aggregation Platform Based on LORA Intelligent Socket
Liu Yongchun , Zhu Chengyan , Yue Peng , Wang Rui
(NARI Technology Co., Ltd. Nanjing, Jiangsu 210016)
Abstract: The aggregation platform can do adjustable capacity aggregation for load equipment by type, by customer and by region, and prepare load control plan, and develop load control strategy, and report the adjustable capacity and respond to the regulation demand issued by the integrated management and control system of the source network charge storage, and cut peak load. To realize load control and the demand for the balance between supply and demand at different times of the power grid, and at the same time, give priority to the protection of clean energy power generation and Internet, and improve the capacity of clean energy consumption.
Key words: LORA; Smart socket; Load aggregation platform; The source network charge storage
0 背景
“十三五”是江苏特高压电网大发展、大跨越的战略机遇期，随着直流送电规模的增大和单回特高压输电容量的提高[1]，华东电网呈现“强直弱交”的特征，系统调频能力下降，频率稳定问题突出[2]，针对以上问题，江苏电网已于2018年建成260万千瓦源网荷毫秒级精准负荷控制系统，作为特高压交直流电网系统保护试点工程的重要组成部分[3]，该系统实现了对大工业客户可中断负荷、燃煤电厂可中断辅机、翻水站抽水泵以及大型储能电站负荷的毫秒级精准控制[4]。但是，目前精准负荷控制主要针对工业客户，而工业客户并不是电网高尖峰负荷的主要成因，空调、电动汽车负荷的季节性、时段性特点才是电网形成高尖峰负荷的原因[5]。本系统可实现分散式空调、电热水器和电锅炉等负荷刚性切除和柔性调控，有效拓展了应急情况下配电网的可调控资源，为配电网安全运行提供保障。
1 聚合平台整体架构
在某高校校区建设1套负荷聚合平台系统，选择2632个分散式空调、1964个热水器、电开水炉和洗衣机负荷进行调控改造，通过50个LORA智能网关与4596个智能能插座通信，实现热水器最大调控功率3MW，空调最大调控负荷6.5MW，电开水炉最大调控负荷252kW和洗衣机负荷24kW，最终通过示范试点工程的实际运行效果，为国网公司、国家发改委提供需求侧管理的政策依据。
基于LORA智能插座的负荷聚合平台的总体架构如下图所示：
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图1 基于LORA智能插座的负荷聚合平台的总体架构
2 智能插座
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图2 LORA智能插座外观
具有lora无线通信传输功能，将测量的电气量上传至云平台，可通过移动端APP远程实现空调、热水器等相关电器的启停，可实现远程负荷柔性调控，远程改善空调用电状态，具有用电信息统计，故障上报、能耗监测和统计等功能。可与用户的控制系统配合，进行负荷预控、秒级控制，实现多目标、多时间尺度的互动控制。可实现远程维护，软件功能升级，后期可扩展性强。为了保证安全用电，插座可监测触头温度，防止接触不良导致的起火或烧断，提高安全性。当出现异常情况时，该终端可将异常情况上传到移动APP端和后台进行告警，及时通知用户当前异常情况。通过本终端可采集客户设备的实时电能数据，深入感知了用电情况，为科学制定供电计划提供详细的数据支持。
3 LORA智能网关
SEA5400型智能网关是国电南瑞科技股份有限公司自主研发的完全符合国网最新标准的智能型采集终端。它基于业界领先的32位ARM平台,支持多级流水线,处理能力强大；抗干扰能力和稳定性极强。
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图3 SEA5400型智能网关外观
SEA5400型智能网关综合应用了现代微电子技术、计算机技术、通讯技术，是电力负荷管理系统的配套终端产品，在电力领域中具有较高的实用价值。LORA是一种低功耗局域网无线标准，最大特点就是在同样功耗条件下比其它无线通信方式传输距离更远。智能网关用于远距离星型架构，是多信道、多调制收发、可多信道同时解调，兼具数据采集网关功能的同时，可与LORA模块组合，采用半双工透明传输机制，实现无线数据收发，它具有更高的容量，作为一个透明网桥在终端设备和数据平台间中继消息。
SEA5400型智能网关采用壁挂式结构、体积轻巧、安装方便，底壳及上盖为金属材料，防水等级IP67。软件架构如图4。
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图4 SEA5400型智能网关软件架构
3.1 数据采集
（1）连接方式：通过Lora无线连接。
（2）连接数量：单个Lora网关可连接的Lora终端标准数量为200个。
（3）采集数据种类：电流、电压、频率、功率因数、总有功功率、总无功功率、总视在功率、总有功用电量。
（4）采集周期：采集单个Lora终端数据周期平均为3秒钟。
3.2 数据管理和存储
（1）数据保存能力：停电后数据20年以上不丢失（无需使用电池）。采用了存储器备份及校验恢复技术，数据保存更可靠。
（2）存储容量：128MB。
3.3 参数设置和查询功能
（1）参数设置：提供对Lora终端管理和维护，包括Lora终端白名单配置和就地控制参数等设置功能。
（2）参数查询：提供对Lora终端的参数查询功能。
3.4 事件记录
事件记录：能对通信故障、硬件设备故障及运行过程中的各种状态改变进行记录。
3.5 本地功能
（1）本地监听：可使用便携PC机对Lora网关与Lora终端或主站的通信过程进行监听操作。
（2）Lora网关维护：可使用便携PC机或U盘进行数据下载或者升级等操作。
3.6 终端维护
（1）本地维护：可使用便携PC机进行参数设置和数据下载等操作。
（2）远程升级：支持Lora网关及Lora终端远程维护和升级。
4 聚合平台功能
楼宇智能控制系统的平台部分主要有以下几个功能：
a)展示当前管理的楼宇中插座下属用电设备使用状态（空调开关、温度等）与电气量（电压、电流、功率电量等）。
b)展示插座当前在线状态与运行状态。
c)展示网关在线与当前网络状态，可查询与网关通讯数据。
d)设置当前用电设备通断、空调的柔性控制。
e)事件界面与操作记录界面。
f)定值设置（部分定值不宜开放给当地管理人员）。
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图5 软件界面
数据展示界面应当能展示当前系统所管辖所有的楼栋，并且可以点选当前楼栋下属的各个宿舍，对每个宿舍楼可以展示当前用电电参量，包括插座所带负荷的电压、电流、频率、功率等实时数据，如图6。
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图6 负荷管理和展示界面
a)网络状态
以树形图或者节点图的形式展示当前网络中在线节点与中继状态。
b)设备使用状态
显示之前平台宿管或者其他管理人员设置过的设备开断状态、空调的参数等信息，以供管理人员参考。
c)用电设备控制
可以点选当前楼栋下属需要控制宿舍的空调柔性负载控制界面，在此界面下应可对空调的温度、风速等进行设置，对于刚性负载可以对其进行开断。
d)操作记录与事件界面
平台应可以召测下属插座发生的事件（过温、低频和过载等）和展示之前的操作记录。
5 结论
本工程在某高校建设荷聚合平台系统，通过负荷聚合平台对校园的四类负荷进行管控，采集客户设备的实时电能数据，进行客户侧可调资源的灵活控制，有效拓展了应急情况下电网的可调控资源，为大电网安全运行提供保障。同时，可以对负荷设备进行分类型、分客户和分区域的可调控容量聚合，并编制负荷控制预案，制定负荷控制策略，上报可调控容量并响应源网荷储综合管控系统下发的调控需求，实现负荷调控，提高区域电网可再生能源的消纳能力。
参考文献：
[1] 王宣元，刘敦楠，刘蓁等.泛在电力物联网下虚拟电厂运营机制及关键技术[J].电网技术，2019(9).
[2] 王金明，张卫国，朱 庆等.含风电及电动汽车虚拟电厂参与电力市场的优化调度策略.电力需求侧管理2020(1).
[3] 孙毅，刘昌利，刘迪等.面向居民用户群的多时间尺度需求响应协同策略[J/OL].电网技术：1-9[2019-09-16].
[4] 周磊，李扬，高赐威等.聚合空调负荷的温度调节方法改进及控制策略[J].中国电机工程学报:2014(34).
[5] 方燕琼，艾芊，范松丽. 虚拟电厂研究综述［J］. 供用电，2016，33（4）.