摘 要 现如今已经逐渐进入了电力供需矛盾日益突显以及能源在整体上进行规模扩张的阶段，在此阶段发展的过程当中智能电网也随之出现。毫无疑问的是电网-负荷在本质上对于整个智能电网的进步和发展起到了非常关键的作用，其受到各个领域研究人员的重视程度也在不断的提高。目前，柔性负荷已经逐渐的成为了学术研究的核心问题，通过对柔性负荷的调度以及调节可以在一定程度上对供需侧矛盾进行缓解。柔性负荷柔性调节能力的出现在宏观角度上打破了传统的负荷单向以及被动接收调节，这也在某种程度上使得负荷参数的不确定性出现了差别。 开放类型的自动需求响应通信的相关标准和规定，也可以将其称作OpenADR或者Open Auto-DR，对其进行开发和设计的时间开始于2002年的加利福尼亚大规模电力危机。本研究是以OpenADR2.0b标准协议为核心来对柔性负荷控制方法来进行分析和研究的，列举了不同类型的柔性负荷，搭建了用户侧柔性负荷调控技术实验平台同时还对OpenADR服务器以及任务处理端口进行开发和创建。 关键词：智能电网；OpenADR；柔性负荷   Abstract Nowadays, it has gradually entered the stage where the contradiction between power supply and demand is becoming increasingly prominent and the scale of energy is expanding as a whole. In the course of this stage of development, the smart grid has also emerged. There is no doubt that the grid-load plays an essential role in the progress and development of the entire smart grid, and it is constantly being emphasized by researchers in various fields. At present, flexible load has gradually become the core issue of academic research. Through the adjustment and adjustment of flexible load, the contradiction between supply and demand side can be alleviated to some extent. The emergence of flexible load flexible adjustment capability breaks the traditional load unidirectional and passive receiving adjustments from a macro perspective, which also to some extent makes the load parameter uncertainty appear different. The standards and regulations related to open-type automatic demand response communication can also be referred to as OpenADR or Open Auto-DR. The development and design of this type of automated demand response communication began in 2002 with the California large-scale power crisis. This study uses the OpenADR2.0b standard protocol as the core to analyze and study the flexible load control method. It lists different types of flexible loads, builds a user-side flexible load control technology experiment platform, and also handles OpenADR server and tasks. Ports are developed and created. Key Words：Smart grid; OpenADR; flexible load 目录 第1章 绪论 1 1.1 本文研究的目的与意义 1 1.2 OpenADR研究综述 2 1.2.1 OpenADR国外研究现状 2 1.2.2 OpenADR国内研究现状 3 1.2.3 OpenADR的应用 4 1.3 柔性负荷研究综述 5 1.3.1 柔性负荷分类 5 1.3.2 柔性负荷的调控 5 1.3.3 典型的柔性负荷 6 1.3.4 柔性负荷的控制方法 6 第2章 OpenADR基本原理 8 2.1 OpenADR的主要内容 8 2.2 OpenADR2.0文件配置 8 2.3 节点和设备类型 10 2.4 特征集 11 2.5 OpenADR的传输机制 11 2.5.1 简易HTTP 11 2.5.2 PUSH和PULL的实现 11 2.5.3 服务端点URI 12 2.5.4 HTTP响应代码 12 第3章 不同类型柔性负荷 14 3.1 含风电场与柔性负荷的电力系统调度模型 14 3.1.1 空调模型 15 3.1.2 热水器模型 16 3.1.3 冰箱模型 16 3.1.4 目标函数 17 3.1.5 约束条件 17 3.1.6 求解算法 18 3.2 算例分析 19 第4章 用户侧柔性负荷调控技术实验平台搭建 24 4.1 平台概述 24 4.2 相关指标 25 4.2.1 嵌入式工控机 25 4.2.2 三相电量采集模块 25 4.3 实验平台工作原理 26 4.4 基于QT的XML文件的发送与接收 27 4.4.1 XML文档的生成 27 4.4.2XML 文件传输平台的搭建 27 第5章 总结 29 参考文献 30 致谢 32 附录A QT代码 33 附录A1 XML发送代码 33 附录A2XML接收代码 37

第1章 绪论

1.1 本文研究的目的与意义

最近几十年中，互联网技术的使用范围越来越大，科技的进步也使得人们对电力的需求量越来越大，然而从西电东送等大型项目可以看出，我国的资源分布不均衡，这就使得各地的电力资源存在不平衡的现象，这也在一定程度上各地的经济发展水平受到影响。在现阶段，各地电力增长态势已经较之前有所缓和，但是很多地区电力供给不均衡的现象仍然制约了当地的经济发展，这就需要我们持续关注电力的局部性和阶段性供给不平衡现象，制定和实施一个切实可行的长期计划。其中，需求侧的改变是当前面临的最重要的课题。 伴随着各地经济发展水平的不断提升，对于电力需求总量也在不断加大，这就要求我国在总量有限，且分布不均的情况下，实现资源最优化分配，进而满足人们在生活和工作领域的不同需求。在此背景下，由于当今科学技术的高度发展，以及人们对传统能源利用率的降低，以及其碳排放量大、污染程度高以及引起气候变暖等一系列问题，使得人们对传统能源的利用率变低，转而着眼于清洁、低碳以及可持续利用等清洁能源。与传统资源相比，新型清洁能源大多受到外界干扰较小，可以满足用户群体的间歇性和随机性的能源需求，并且在需求规模上也有越来越大的趋势，这些都促使了人们对于清洁能源领域的探究。 在对清洁能源进行需求探究的过程中，必须注意对其电源供应稳定性的提高，也就是使用需求响应来实现电流的稳定供应，防止因为电流不稳而引起的设备损伤。传统观念认为，电源、电网以及符合三因素必须实现完全协调互补，通过有序的配合，进一步提高电力系统的稳定性和安全性，从而促进工作效率的提高。其中文献[20]立足于经济学角度，通过分析电力供应的价格因素，得出了相关需求函数，但是由于约束范围的局限性，使得该算法并没有完全反映出实际的供给状况。此外，文献[21]在家庭的角度入手，通过价格分析等一系列参数的引进，得出了实际情况下电力价格的需求与相应的电力调度模式。最后，在对文献[22]的研究后发现，该文章主要通过自动调温装置来实现电流的需求相应，进而促使上文中提及的DR算法的可行性程度提高。最后在文献[23-24]中，通过对整体电力系统进行分析，利用中断负荷和分时电价这两个变量，从而得出对于风电间歇性供应的相关需求。 在互联网技术快速发展的趋势下，其应用范围和领域也越来越广，不仅体现在生活领域，更是蔓延到工业领域。在此大环境下，智能电网作为一种具备高度信息化、自动化以及智能化的电力资源，可以满足人们日益多元化和个性化的电力需求，这也促进了相关行业的发展和规范，其中对于DR更是提出了新的要求和标准。在对智能电网进行研究和设计的过程中，作为美国最新研究成果的开放自动需求响应通信规范(Open Automated Demand Response Communications Specification, OpenADR)的发展以及取得成绩也为智能电网提供了丰富的理论基础和实践成果，进而促进了智能电网的发展，建立能源友好型社会。

1.2 OpenADR研究综述

在对智能电网进行分析的过程中，我们必须注意对以下几种技术的分析和比较，进而充分利用该项技术，进行电路系统的构思和设计，从而促进用户的使用感得到提升。其中，国外最智能的电网技术莫过于美国的自动需求响应(automated demand response，Auto-DR)，其开放式的自动需求通信规范也被其列入国家电网的先进技术行列。作为一个具备开放性、包容性以及标准化程度较高的先进科学技术，其低成本化的技术支撑和高标准的性能为今后Auto-DR 的发展打下坚实的基础，此外，该项技术对DR整体发展的安全性和可靠性也有了一定的保证，其简易的操作步骤、较低的成本需求以及高标准的产品和服务供应都吸引了大批生产商和制造商的目光，这也促进了国家节能减排以及低成本发展电网技术。

1.2.1 OpenADR国外研究现状

如何提高智能电网的技术水平以及受众群体的范围，是当今美国电力市场面对的课题之一，根据不同的需求主体，可以将DR分为以下三个层次：人工需求响应，半自动需求响应以及全自动需求响应。这三个层次的划分也使得美国电力市场在开放性和包容性的特征下，囊括了世界电力系统的大部分项目和研究。具体来看，人工需求响应主要是依靠相关管理人员对于反馈信号进行处理，而半自动相应则是通过管理人员对于控制系统进行操作，在此过程中发挥主要作用的是相关设备，最后的全自动需求相应则是在无人力控制的前提下，通过外部反馈的信号自动进行相关操作，其工作效率最高，耗时最短。 在对其进行分析时，首先要探究智能电网发展的历史轨迹，在美国首次出现用电危机时，加利福尼亚州深受其害，这也促进了国家政府部门以及电网公司和其他组织加大了对电网系统的研究和分析，力求使用新型科学技术解决用电难的问题。在以上的发展背景下，OpenADR 研究工作陆续展开，其中以劳伦斯伯克利实验室的DR研究中心为主导地位，其他研究中心配合工作，共同研究制定出解决电路系统问题的方针政策，并且在一系列的测试工作完成后，正式引入DR技术以解决美国各州各地区的用电难问题。在一系列的测试活动中， OpenADR成为美国首批16条智能电网“互操作性”(interoperability)标准之一，在很大程度上解决了美国各地区的电力资源分配问题。 与之前的电网系统相比较，OpenADR 2.0比之前的版本更具包容性和可靠性，由于其对于价格调查的全面性，因此对于美国各地区的批发和零售价都有了全面的把握，尤其是针对数据模型的建立上，更是参考了多项数据和信息，利用DR利益相关方和市场需求程度，制定相对科学的可行性方案，这也在很大程度提高了OpenADR2.0a，OpenADR 2.0b 和OpenADR 2.0c三部分的标准化程度，使得不同产品和服务的等级更加鲜明，标准更加明确，也促使了多项服务和功能效率的提高。 为了持续推动OpenADR技术的发展，美国各地区组成了专业解决智能电网系统的OpenADR联盟组织，通过各主体之间的合作、培训以及认证等方式开发出新型的技术能力，并且在已经制定好的OpenADR标准的前提下，相互监督、互相制约，共同服务于同一目标。在此联盟组织中，一共存在设备供应商(例如系统集成商或控制系统供应商)、电力企业、政府和研究机构OpenADR联盟理事会成员主要包括霍尼韦尔公司(Honeywell)、劳伦斯伯克利国家实验室(LBNL)等具有一定影响力的成员单位，不同的组织成员需要承担的责任和义务也有所区别，其中包括联盟发展整体策略的制定、运行过程中的管理和维护等不同职责范围。在存在大量成员的基础上，如今又引进了最新的成员主体，当今的总成员数量已经达到了60个。 对比美国，法国和德国也在智能电网领域投入了不同程度的研究力度，其中法国早在1996年便提出了名为Tempo的需求响应电价项目，在该议程中，电价系统被划分为蓝色日、白色日和红色日三种不同类型的电价，可以在不同的操作环境下实现不同类型的供电标准，以此来满足用户群体日益多元化和个性化的电力需求。 再来看意大利的相关公司和组织机构，在意大利，不同的电力系统经营主体在合作经营的基础上实现了名为“Energy@Home”的技术研究，最终目的也主要是满足用户群体的电力需求，在提高供电效率的基础上，实现电荷的均衡供应，避免因电路不稳而导致的设备损伤和人员伤亡。 2012年，日本政府部门对DR用例进行调查，最后确认使用OpenADR2.0作为日本自动DR标准基础。在提出该标准的随后几年，日本国家和地方性的电力系统分别针对电力供应商以及用户群体的需求，对该系统进行优化升级，其中分别在2013颁布并实施了《日本需求响应接口规范1.0》，2014年又针对这一过度性规范实施了自动DR实证试验，双重举措使得日本在严格遵守国际标准规格OpenADR2.0的基础上，最终完成了对DR结果进行收集和分析的工作。 澳大利亚于2005年成立了EL-054标准委员会，其成立的最初目的也是为了促进各项电力资源的均衡分配和使用，进而促进相关用户群体和电力供应系统的协调性和规范性。

1.2.2 OpenADR国内研究现状

在对国外智能电网系统进行分析之后，不仅可以了解到国外在针对电力供给系统设计的理论基础，同样还可以参考其实践成果，在对国外的相关理论成果进行分析之后，立足于国内的实际情况，分析国内智能电网的发展历程。随着各地电力供给不均衡现象的日趋严重，中国政府也在近几年陆续出台了一些相关的政策法规，其最终目的就是为DR实施提供理论依据和法律基础。在理论基础建成的基础上，各地也在陆续开展分时限价、尖峰电价等不同的电价设置模式，这种举措在很大程度上缓解了电力供给不均衡的现象。另外，不同省市(如安徽、浙江等）也就中断电价的实施出台了补偿政策，其不同程度的补偿措施为今后电力轮休和错高峰等行为的实施做好铺垫，使得用户提前做好心理建设，避免了因电力供应不均衡而产生的矛盾。其中各高校也纷纷在电力供应系统的完善工作中展开研究。 在对国内外智能电网领域做了深刻的研究和调查之后，我们可以看到相关C118工作组已完成了PC118标准制定技术报告初稿的编写，并且在此基础上对于国家标准的制定提出了建设性建议，同时在针对与国外电网公司合作中，继续发展了一系列智能电网DR示范与可行性项目，其相关Auto-DR系统和装置的部署有效降低了电荷不稳定对于电路系统的损伤。 尽管我国在对Auto-DR的相关领域的起步较晚，取得的成果也比国外大型电网公司和组织要少，但是其发展势头依然一片向好，其技术水平虽然还处于上升阶段，但是相比于起步阶段已经有了很大的飞跃。另外，针对于DR技术标准的制定也在一定程度上促进了相关用户群体的扩大，吸引了更多的电力用户参与到该项目中，同时在环保领域和节能领域都有所突破，牵引着国内的电力企业主动发展Auto-DR技术，进一步促进国际标准的制定和实施。 在对国内相关电力行业进行整合和发展的过程中，应参考OpenADR的制定方法，立足于产品和服务的质量标准以及安全性能，促进自动需求响应在中国的发展。

1.2.3 OpenADR的应用

（1）负荷管理装置 为了促使OpenADR能够快速发挥其在电力系统中的支撑作用，必须加大在编程中的负荷装置的数量，使其在设备安置上符合标准，进而促进自动需求响应技术的进一步发展和完善。另外，数字触屏式的恒温器可以帮助用户群体有效降低电压的负荷，防止因电压过大导致设备的损伤。 （2）智能终端通信模块 该模块的使用可以有效实现信息的及时交互，并且其使用范围可以达到从公司到家庭。除此之外，银泉公司还将该模块应用于其他供应商，提高了与各供应商之间信息交互的便利性和安全性。 （3）DR系统 霍尼韦尔公司旗下的智能电网服务供应商Akuacom建立了一套应用OpenADR的DR系统，这套系统的最终目的就是实现数据信息的即时传输以及对于操作平台的支撑。 （4）DR交易网络 Utility Integration Solutions股份有限公司(UISOL)成功地将OpenADR整合到他们的DR交易网络中，实现了双方交易效率的大幅度提升。

1.3 柔性负荷研究综述

由于当前对于柔性负荷的相关研究较少，无法对其定义做一个准确的说明，仅仅将其视作可以通过电网运行控制过程的负荷，最大的特点就是能在电路系统中实现与电网的互动，具有灵活性的特征。

1.3.1 柔性负荷分类

根据负荷本身需求弹性的不同可以将其分为不同类别，并且针对其自身特点应用到不同的行业领域，其广泛的外延使其类别的划分必须有严格的标准。 首爱，我们可以在常规情况下将其分为能量互动性分类、管理方式分类以及负荷特性分类，以下是对三种分类方式的具体说明： 1.根据其能量互动性，可以将柔性负荷分为2类:一双向互动性柔性负荷和单向柔性负荷，两者分别以汽车和需求响应的不同为例。 2.根据不同管理方式可以将柔性负荷分为可激励负荷和可中断负荷。前者是基于电价进行分类，后者是根据交易双方签订的相关协议进行分类。