1 概述

隨著我國(guó)風(fēng)電、光伏并網(wǎng)機(jī)組越來越多，以及需求側(cè)市場(chǎng)的開放，由第三方以電力聚合的方式同時(shí)參與發(fā)電側(cè)與需求側(cè)電力管理和服務(wù)的角色便油然而生。電力聚合管理和服務(wù)是在新形勢(shì)下對(duì)傳統(tǒng)電網(wǎng)調(diào)度和銷售模式的一種有效補(bǔ)充，將使具有很大隨機(jī)特性的新能源發(fā)電和用戶用電更加有序化，電網(wǎng)峰谷波動(dòng)減小，電網(wǎng)更加穩(wěn)定，經(jīng)濟(jì)社會(huì)效益巨大。

iPS電力聚合云智決策支撐系統(tǒng)（以下簡(jiǎn)稱iPS系統(tǒng)）是一套由1臺(tái)交易監(jiān)控及用戶管理計(jì)算機(jī)，1臺(tái)工程師站、1或數(shù)臺(tái)分布式輔助決策計(jì)算機(jī)，1臺(tái)4G服務(wù)器，多個(gè)4G數(shù)據(jù)終端，以及數(shù)量不等的裝有專用APP軟件的用戶智能手機(jī)構(gòu)成的，具有交易輔助決策、電量自動(dòng)分配協(xié)調(diào)、盈虧實(shí)時(shí)監(jiān)控統(tǒng)計(jì)等功能的計(jì)算機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)。

監(jiān)視計(jì)算機(jī)可通過屏幕、鼠標(biāo)、鍵盤等人機(jī)交互界面，以圖表、地理分布圖、電量交易曲線、盈虧圖等形式，實(shí)時(shí)顯示用電量、聚合量?jī)r(jià)、毛利潤(rùn)等，自動(dòng)生成日?qǐng)?bào)表、月報(bào)表。

交易輔助決策通過決策可視化軟件組態(tài)的方式實(shí)現(xiàn)，可視化組態(tài)軟件包括數(shù)學(xué)運(yùn)算算法塊、選擇算法塊、比較算法塊、偏差控制算法塊等，交易輔助決策邏輯以實(shí)時(shí)最大毛利潤(rùn)為目標(biāo)，以實(shí)際聚合量?jī)r(jià)為變量，自動(dòng)計(jì)算實(shí)時(shí)毛利潤(rùn)偏差，實(shí)時(shí)指導(dǎo)聚合電量。發(fā)電量和用電量數(shù)據(jù)通過4G終端實(shí)時(shí)上傳，實(shí)現(xiàn)了聚合用戶的最佳決策和控制。

云數(shù)據(jù)終端和4G服務(wù)器是發(fā)電量、用電量等實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)通過4G電信網(wǎng)絡(luò)傳送數(shù)據(jù)的通道，也是用戶智能手機(jī)APP信息交換的通道。用戶智能手機(jī)APP既能接收云平臺(tái)發(fā)布的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)，也可向云平臺(tái)提供除電量以外的非實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)，如，供電用戶可發(fā)布儲(chǔ)備功率，用電用戶可發(fā)布需求功率等，為聚合決策計(jì)算機(jī)提供決策依據(jù)。

接入系統(tǒng)的合同用戶有兩個(gè)接口，一個(gè)為調(diào)度接口，另一個(gè)為聚合負(fù)荷接口，即本系統(tǒng)提供的4G用戶終端，4G用戶終端設(shè)有2路開關(guān)量輸入（DI），1路模擬量（4~20mA）輸出，DI用于發(fā)電側(cè)調(diào)度AGC跟蹤狀態(tài)指示。當(dāng)用于運(yùn)行于調(diào)度AGC跟蹤時(shí)，按調(diào)度AGC指令運(yùn)行，此模式為調(diào)度模式（AGC優(yōu)先模式），按聚合模式運(yùn)行時(shí)，負(fù)荷按合同約定模式協(xié)同運(yùn)行。

系統(tǒng)設(shè)計(jì)依據(jù)：

1）電力負(fù)荷聚合服務(wù)商需求響應(yīng)系統(tǒng)技術(shù)規(guī)范 DL/T 1759-2017

2）工業(yè)園區(qū)電力需求響應(yīng)技術(shù)規(guī)范    T/CEC 133-2017

2系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

iPS系統(tǒng)是三層結(jié)構(gòu)，兩級(jí)網(wǎng)絡(luò)構(gòu)成的分布式計(jì)算機(jī)系統(tǒng)。頂層設(shè)備有監(jiān)視計(jì)算機(jī)，電力交易接口及合同管理計(jì)算機(jī)，4G數(shù)據(jù)服務(wù)器，工程師編決策編程及維護(hù)計(jì)算機(jī)，以及網(wǎng)絡(luò)防火墻等。中間層設(shè)備為數(shù)個(gè)決策計(jì)算機(jī)，底層為用戶終端（GPRS數(shù)據(jù) + APP手機(jī)）。頂層設(shè)備與中間層決策機(jī)之間的連接網(wǎng)絡(luò)為TCP/IP網(wǎng)絡(luò)，決策機(jī)與底層設(shè)備之間的連接為GPRS，GPRS服務(wù)器連接公共網(wǎng)絡(luò)，提供GPRS轉(zhuǎn)接服務(wù)。結(jié)構(gòu)如圖1所示：

圖1 iPS系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖

圖2 iPS一體化監(jiān)控及決策支撐工控機(jī)

圖3 iPS用戶4G終端

2軟件結(jié)構(gòu)

1）調(diào)度接口機(jī)軟件

該機(jī)外型為1U機(jī)架安裝，內(nèi)嵌實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)和嵌入式應(yīng)軟件，提供可配置的多種接口和協(xié)議。可配置通訊接口如下：

接口通信規(guī)約可配置，配置界面如下：

2）4G數(shù)據(jù)服務(wù)器及電力交易接口站軟件

工作站與外網(wǎng)連接，經(jīng)防火墻隔離，系統(tǒng)采用Windows 操作系統(tǒng)，內(nèi)嵌5G云中繼數(shù)據(jù)服務(wù)軟件，工作模式為Server/Client模式。電力交易訪問接口軟件為嵌入軟件，以客戶（Client）模式訪問當(dāng)?shù)仉娏灰紫到y(tǒng)。接口訪問協(xié)議為https。

3）工程師站軟件

工程師工作站采用Windows 操作系統(tǒng)，包括如下軟件：

①系統(tǒng)管理：是一個(gè)始終運(yùn)行的程序，負(fù)責(zé)對(duì)下位決策控制站實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)的采集、分類、存儲(chǔ)，收集下位及上位各站的啟停狀態(tài)，并通過共享內(nèi)存供其他程序使用。它還有用戶管理、啟動(dòng)其他程序、對(duì)決策控制站操作及系統(tǒng)對(duì)時(shí)功能。

②系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫(kù)組態(tài)：完成對(duì)系統(tǒng)中決策控制站的配置、模塊配置和所有數(shù)據(jù)點(diǎn)的配置，及相關(guān)的修改、查詢功能，還具有在線查詢數(shù)據(jù)點(diǎn)的當(dāng)前值和狀態(tài)值的功能。

③ 決策邏輯組態(tài)：以算法塊為基礎(chǔ)，通過圖形組態(tài)方式，完成對(duì)系統(tǒng)中決策控制站的模擬量控制功能和邏輯控制功能組態(tài)及相關(guān)的修改，還具有在線調(diào)試功能。

④圖形組態(tài)：用來繪制監(jiān)控畫面。它為用戶提供了各種基本繪圖工具，如直線、矩形、圓角矩形、橢圓、扇形、多邊形、折線、文字、位圖、3D圖形等，所有圖形均可定義動(dòng)態(tài)屬性。還提供動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)點(diǎn)連接工具，如模擬量點(diǎn)、開關(guān)量點(diǎn)、棒圖、指針、實(shí)時(shí)曲線、XY曲線、報(bào)警等。同時(shí)可以組態(tài)人與系統(tǒng)交互的按鈕和熱點(diǎn)。

⑤監(jiān)控：用GRAPHIC.EXE繪制的監(jiān)控畫面通過它顯示出來，操作員通過彩色動(dòng)態(tài)畫面，可以進(jìn)行生產(chǎn)過程的監(jiān)視、操作。

⑥趨勢(shì)曲線：趨勢(shì)曲線包括實(shí)時(shí)趨勢(shì)曲線和歷史趨勢(shì)曲線。趨勢(shì)曲線程序是多文檔程序，每個(gè)文檔包含一個(gè)趨勢(shì)組，并保存成單獨(dú)的文件。實(shí)時(shí)趨勢(shì)中的趨勢(shì)點(diǎn)從系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫(kù)中讀取數(shù)據(jù)點(diǎn)信息，接收實(shí)時(shí)廣播數(shù)據(jù)，實(shí)時(shí)顯示數(shù)據(jù)點(diǎn)的變化趨勢(shì)，實(shí)時(shí)趨勢(shì)能夠取得所需的當(dāng)前數(shù)分鐘前的歷史數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)歷史與實(shí)時(shí)的無縫對(duì)接；歷史趨勢(shì)從歷史數(shù)據(jù)庫(kù)里讀取數(shù)據(jù)點(diǎn)信息，并從歷史庫(kù)數(shù)據(jù)文件里讀取數(shù)據(jù)，顯示指定時(shí)間區(qū)間的變化趨勢(shì)。

⑦報(bào)警：報(bào)警包括實(shí)時(shí)報(bào)警列表和歷史報(bào)警查詢兩項(xiàng)。實(shí)時(shí)報(bào)警的功能是將實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)中的報(bào)警點(diǎn)顯示在報(bào)警欄中并發(fā)出聲音信號(hào)。歷史報(bào)警設(shè)定查看歷史報(bào)警的起始和終止時(shí)間，將歷史報(bào)警文件中位于起始終止時(shí)間之間的報(bào)警顯示在報(bào)警欄中。

⑧歷史數(shù)據(jù)記錄：在iPS系統(tǒng)中，所有系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫(kù)中的點(diǎn)存儲(chǔ)在歷史數(shù)據(jù)中，采用新的壓縮技術(shù)，實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)與歷史數(shù)據(jù)庫(kù)等同，實(shí)現(xiàn)了實(shí)時(shí)趨勢(shì)顯示和歷史趨勢(shì)顯示的無縫對(duì)接。

⑨統(tǒng)計(jì)報(bào)表：這個(gè)軟件在歷史記錄站運(yùn)行，可以生成生產(chǎn)過程各種參數(shù)、性能指標(biāo)、運(yùn)行狀況的報(bào)表。

①系統(tǒng)及數(shù)據(jù)庫(kù)組態(tài)軟件

系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫(kù)組態(tài)軟件完成對(duì)系統(tǒng)中站的配置、模塊配置和所有數(shù)據(jù)點(diǎn)的配置，及相關(guān)的修改、查詢功能，還具有在線查詢數(shù)據(jù)點(diǎn)的當(dāng)前值和狀態(tài)值的功能。  

②操作監(jiān)控軟件

GRAPHIC軟件用來繪制操作員站的監(jiān)控畫面。它為用戶提供了各種基本繪圖工具，如直線、矩形、圓角矩形、橢圓、扇形、多邊形、折線、三維圖形、文字、位圖。還提供動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)點(diǎn)連接工具，如模擬量點(diǎn)、開關(guān)量點(diǎn)、棒圖、指針、實(shí)時(shí)曲線、XY曲線、報(bào)警?？梢酝ㄟ^鼠標(biāo)簡(jiǎn)便的繪制操作員監(jiān)控畫面。各基本圖元都有動(dòng)態(tài)屬性連接，可以根據(jù)連接的動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)點(diǎn)改變顏色，閃爍，隱藏，移動(dòng)。它提供的按鈕和熱點(diǎn)工具實(shí)現(xiàn)了人和計(jì)算機(jī)之間的便捷交流，按鈕和熱點(diǎn)的功能可以定義為切換畫面、彈出窗口、下發(fā)操作命令等。它還提供了豐富的編輯功能，使工作效率大大提高。下圖為示例畫面：

4）用戶智能手機(jī)監(jiān)控軟件

智能手機(jī)監(jiān)控APP支持安卓手機(jī)操作系統(tǒng)。下圖為某線路狀態(tài)監(jiān)視畫面。

5）交易監(jiān)控及用戶管理站

操作系統(tǒng)為Windows10，采用瀏覽器方式監(jiān)視。系統(tǒng)功能分為三級(jí)菜單，如下圖所示：

交易管理主菜單：

交易盈虧圖：

交易量曲線：