一种港口内船舶供电系统参与需求响应的控制系统及方法

摘要

本发明涉及智能用电技术领域，尤其涉及一种港口内船舶供电系统参与需求响应的控制系统及方法，更具体地说是一种港口内船舶供电系统参加电力需求响应的控制系统及方法。是由船舶通过总线与集控室主机相连接，将船舶目前电池的所剩用量以及停港和预计离岗时间相关信息传递给集控室主机；集控室主机根据由监测单元所传输的信息，做出合理指令，对船舶供电系统的电路进行控制。船舶供电系统里集控室主机通过电力线与电力系统需求响应主站进行信息交互。本发明确保电力需求响应事件能够安全、有效的传输，同时利用现有的船舶供电系统的监测系统，更加高效、经济的实现船舶供电系统参与需求响应。

说明书

技术领域

本发明涉及智能用电技术领域，尤其涉及一种港口内船舶供电系统参与需求响应 的控制系统及方法，更具体地说是一种港口内船舶供电系统参加电力需求响应的控制系统 及方法。

背景技术

进入21世纪，随着科技的进步和经济的发展，全球对电力能源的需求量也逐年递 增，而且电力缺口有逐渐增大的趋势。电力负荷峰谷差进一步增大，各地对能源需求的增长 远超电力生产能力的增长，供需双方的矛盾日益加深，同时很多新的问题一一出现，如煤炭 资源紧张，电力需求量快速增长引起的电网容量不足及环境污染等。这些问题导致了在电 力需求高峰时候频繁的功率限制和停电。传统应对方法如高峰时部分区域拉闸限电和启动 备用发电机组不仅会增加发电的成本，给人民日常生活带来不便同时还会造成环境污染。

与传统方法相比，需求响应(DemandResponse，DR)具有反应迅速、成本小及保护 环境等优点。更能使电力系统的运行的经济性和安全性得到进一步的提高。通过不同的激 励引导用户在系统用电高峰或者系统稳定性受到威胁时减少用电负荷，在用电低谷时段增 加用电，从而保护电力系统供电可靠性并提高系统的资源利用率。长远来看还可以减少电 厂及输电线路的投资压力，并且提高服务质量，更进一步的带来节能减排和降低环境污染 的社会效益。而对于用户来讲需求响应项目会使供需价格趋于稳定，规避了价格转移的风 险，并且是需求响应带来的环境效益的直接受益者。

为了提高电能利用效率，促进电力资源优化配置，保障用电秩序，国家发改委根据 《中华人民共和国电力法》、《中华人民共和国节约能源法》、《电力供应与使用条例》等法律 法规，制定《电力需求侧管理办法》。

智能电网通过需求侧管理提高终端响应能力，即电网依靠信息智能控制技术，将 需求侧管理融入到智能电网系统的构建上，通过调度需求侧资源，实现信息和电能的智能 交互，才可能从根本上解决电力系统的安全性和可持续发展等难题。

随着我国港口贸易的不断发展和港口船舶数量的日益增多，随之而来的是港口船 舶消耗电能的与日俱增。如何实现港口内船舶供电系统根据电网事件信息调整对港口内船 舶的充电与断电，这将对我国电网的节能运行、削峰填谷具有重大的意义。

发明内容

为了解决上述现有技术中存在的问题，本发明提出了一种港口内船舶供电系统参 与需求响应的控制系统及方法，该方法基于港口内船舶供电系统中集控室主机获取、解析 电网需求响应主站事件信息，分析船舶目前的用电状况，形成命令控制船舶供电系统电路 对船舶的电池进行充电或者断电，最后主机将各个船舶参与电力需求响应的结果发送至需 求响应主站。结构简单、工作可靠、易于推广，方便各个港口使用。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：

一种港口内船舶供电系统参与需求响应的控制系统，是由船舶通过总线与集控室主机 相连接，将船舶目前电池的所剩用量以及停港和预计离岗时间相关信息传递给集控室主 机；集控室主机根据由监测单元所传输的信息，做出合理指令，对船舶供电系统的电路进行 控制。

一种港口内船舶供电系统参与需求响应的控制方法，包括以下步骤：

步骤S301：船舶供电系统参与电力需求响应前需要对船舶供电系统中集控室的主机进 行注册，集控室中的主机通过互联网连接电网需求响应主站，将该主机MAC地址以及其它所 需信息发送给需求响应主站，需求响应主站接收MAC地址和所需信息后存入信息库，并为该 船舶供电系统创建新的电力需求响应档案；

步骤S302：船舶供电系统中集控室的主机通过Internet连接需求响应主站并进行信息 交互，发送MAC地址或其它信息，请求接收需求响应信息，需求响应主站在信息库中查询该 船舶供电系统档案，向该集控室主机发送验证成功消息；有新的电力需求响应信息后，需求 响应主站将电力需求响应信息推送至该集控室主机；

步骤S303：集控室主机从需求响应主站中接收并解析电力需求响应信息，该信息报告 电网的标准时间，电力需求响应事件下的电价以及电网负荷信息；该集控室主机从而实现 船舶供电系统时间与电网标准时间同步，来确定电力需求响应事件的起始、结束时间；同 时，该集控室主机通过数据总线获得关于各个监测单元中船舶所停靠、离港的时间以及它 们当前的电量的信息，判断出每个监测单元中的船舶是否具有参与电力需求响应的条件， 并合理的生成各个监测单元中的船舶参与电力需求响应事件的时间表；船舶供电系统中的 集控室主机根据所生成的各个监控单元里船舶的电力需求响应事件时间表对船舶的充电 与断电控制；

步骤S304：当各个监控单元里船舶在完成电力需求响应事件或者执行电力需求响应事 件中中断，供电系统中集控室主机统计出各个船舶参与电力需求响应事件执行的结果，并 将汇总的结果传送至需求响应主站；

步骤S305：需求响应主站将参与电力需求响应事件信息记入档案，并将此次参与电力 需求响应事件所转移或消减的电能数反馈至集控室系统主站，港口工作人员以此依据减少 船舶使用港口的综合费用。

所述的控制方具体操作流程包括：

步骤S401：主机接收并分析需求响应事件时间表，确保与电网标准时间同步，并判断当 前时间电价状况；

步骤S402：

（1）若当前时间电网电价为低价时段，则进行步骤S403：集控室主机控制船舶供电系统 电路对船舶电池的进行不间断充电；

（2）若当前时间电网电价为高价时段，则进行步骤S404：集控室查询各个船舶电池用量 进程，预估电池充电时间和船舶的剩余停港时间；步骤S405：结合需求响应事件时间表，分 析当前船舶电池的剩余电量以及船舶剩余的停港时间：a.若船舶的预计充电时间小于船舶 的剩余充电时间，则进行步骤S406：集控室主机控制船舶供电系统电路对船舶的电池进行 供电；b.若分析结果显示，船舶的预计充电时间大于船舶的剩余充电时间，则进行步骤 S409：集控室主机控制船舶供电系统对船舶电池进行不间断充电；

步骤S407：进行本次DR事件响应信息处理，分析本次DR事件是否结束：若本次DR事件结 束，则进行步骤S408；若本次DR事件未结束，则重复步骤S401循环控制流程。

所述需求响应主站的注册流程包括：对船舶供电系统进行注册，船舶供电系统内 的安装在集控室主机连接主站，将船舶供电系统身份信息发送给主站，主站接收信息后存 入信息库，并为该船舶供电系统创建新的档案。

所述需求响应主站，向集控室主机推送电力需求响应信息流程包括：集控室主机 连接主站，发送船舶供电系统身份信息，请求接收需求响应信息，主站在信息库中查询该船 舶供电系统档案，向该船舶供电系统发送验证成功消息；有新的电力需求响应信息后，主站 将该电力需求响应信息推送至该集控室主机；需求响应事件结束后，集控室主机将DR事件 执行结果传送至主站。

所述需求响应主站的退出流程包括：船舶供电系统完成电力需求响应事件后，向 主站发送结果，主站将该船舶供电系统参与此次电力需求响应事件信息记入档案，并将参 与此次电力需求响应事件所转移或消减的电能数反馈至用户，作为相关部门对用户奖励的 依据，断开连接。

所述该相关信息还包括当前船舶电池所剩电量，船舶电池容量，电池充电电压和 电流以及船舶电池充电的功率，船舶进港时间以及离港时间。

本发明的优点及有益效果是：

（1）船舶供电系统里集控室主机通过电力线与电力系统需求响应主站进行信息交互。 本发明根据船舶供电系统本身所具有的结构，集控室主机通过电力线电力系统需求响应主 站进行信息交互，确保了电力需求响应事件能够安全、有效的传输，同时利用现有的船舶供 电系统的监测系统，更加高效、经济的实现船舶供电系统参与需求响应。

（2）船舶供电系统根据电力需求响应信息形成供电系统电路控制命令。船舶供电 系统里集控室主机在收到电力需求响应信息的时候之后，通过对各个船舶的状态进行监 控，形成了一个合理，有效的控制船舶供电电路的命令。该方案在船舶停港期间，促使了船 舶在充电过程中参加电力需求响应，也使需求响应主站发布的电力需求响应事件信息引导 各个船舶用电行为，辅助电网实现需求侧管理，提升电网可靠性。

（3)本发明同时也形成了港口内船舶供电系统在需求响应主站注册流程和需求响 应主站向港口内船舶供电系统推送电力需求响应信息流程以及需求响应退出流程。该流程 船舶供电系统与电力需求响应主站建立了合理、有效的连接方式，为电力需求响应事件的 传输提供了有力的保障。

附图说明

图1是船舶供电检测系统的总体框架图；

图2是船舶供电监测系统与电力需求主站的通信框图；

图3是港口内船舶供电系统参加电力需求响应的方法图；

图4是港口内船舶供电系统参与电力需求响应的流程图；

图5是港口内船舶供电系统在需求响应主站注册流程图；

图6是需求响应主站向集控室主机推送电力需求响应信息流程图；

图7是需求响应退出流程图。

具体实施方式

本发明是一种港口内船舶供电系统参与需求响应的控制系统及方法，下面结合附 图，对本发明的具体实施步骤作详细说明。应该强调的是，下述说明仅仅是示例性的，而不 是为了限制本发明的范围及其应用。

本发明一种港口内船舶供电系统参与需求响应的控制系统如图1所示，图1是船舶 供电检测系统的总体框架图。图1说明了一般船舶供电状态都在集控室里显示出来，船舶通 过总线与集控室主机相连接，将船舶目前电池的所剩用量以及停港和预计离岗时间等相关 信息传递给集控室主机；该相关信息包括当前船舶电池所剩电量，船舶电池容量，电池充电 电压和电流以及船舶电池充电的功率，船舶进港时间以及离港时间。集控室主机根据由监 测单元所传输的信息，做出合理指令，对船舶供电系统的电路进行控制。

图2是船舶供电监测系统与电力需求主站的通信框图，说明船舶供电系统中集控 室主机上通过电力线与需求响应主站进行信息交互。

图3是港口内船舶供电系统参加电力需求响应的方法图。

步骤详细说明：

步骤S301：船舶供电系统参与电力需求响应前需要对船舶供电系统中集控室的主机进 行注册，集控室中的主机通过互联网连接电网需求响应主站，将该主机MAC地址以及其它所 需信息发送给需求响应主站，需求响应主站接收MAC地址和所需信息后存入信息库，并为该 船舶供电系统创建新的电力需求响应档案。

步骤S302：船舶供电系统中集控室的主机通过Internet连接需求响应主站并进行 信息交互，发送MAC地址或其它信息，请求接收需求响应信息，需求响应主站在信息库中查 询该船舶供电系统档案，向该集控室主机发送验证成功消息；有新的电力需求响应信息后， 需求响应主站将电力需求响应信息推送至该集控室主机。

步骤S303：集控室主机从需求响应主站中接收并解析电力需求响应信息，该信息 报告电网的标准时间，电力需求响应事件下的电价以及电网负荷等信息。该集控室主机从 而实现船舶供电系统时间与电网标准时间同步，来确定电力需求响应事件的起始、结束时 间。同时，该集控室主机通过数据总线获得关于各个监测单元中船舶所停靠、离港的时间以 及它们当前的电量的信息，判断出每个监测单元中的船舶是否具有参与电力需求响应的条 件，并合理的生成各个监测单元中的船舶参与电力需求响应事件的时间表。船舶供电系统 中的集控室主机根据所生成的各个监控单元里船舶的电力需求响应事件时间表对船舶的 充电与断电控制。

步骤S304：当各个监控单元里船舶在完成电力需求响应事件或者执行电力需求响 应事件中中断，供电系统中集控室主机统计出各个船舶参与电力需求响应事件执行的结 果，并将汇总的结果传送至需求响应主站。

步骤S305：需求响应主站将参与电力需求响应事件信息记入档案，并将此次参与 电力需求响应事件所转移或消减的电能数反馈至集控室系统主站，港口工作人员以此依据 减少船舶使用港口的综合费用。

图4是港口内船舶供电系统参与电力需求响应的流程图。

步骤S401：主机接收并分析需求响应事件时间表，确保与电网标准时间同步，并判 断当前时间电价状况。

步骤S402：

1.若当前时间电网电价为低价时段，则进行步骤S403：集控室主机控制船舶供电系统 电路对船舶电池的进行不间断充电

2.若当前时间电网电价为高价时段，则进行步骤S404：集控室查询各个船舶电池用量 进程，预估电池充电时间和船舶的剩余停港时间；步骤S405：结合需求响应事件时间表，分 析当前船舶电池的剩余电量以及船舶剩余的停港时间：a.若船舶的预计充电时间小于船舶 的剩余充电时间，则进行步骤S406：集控室主机控制船舶供电系统电路对船舶的电池进行 供电；b.若分析结果显示，船舶的预计充电时间大于船舶的剩余充电时间，则进行步骤 S409：集控室主机控制船舶供电系统对船舶电池进行不间断充电。

步骤S407：进行本次DR事件响应信息处理，分析本次DR事件是否结束：若本次DR事 件结束，则进行步骤S408；若本次DR事件未结束，则重复步骤S401循环控制流程。

图5是船舶供电系统在需求响应主站注册流程图。对船舶供电系统进行注册，船舶 供电系统内的安装在集控室主机连接主站，将船舶供电系统身份信息发送给主站，主站接 收信息后存入信息库，并为该船舶供电系统创建新的档案。

图6是需求响应主站向集控室主机推送电力需求响应信息流程图。集控室主机连 接主站，发送船舶供电系统身份信息，请求接收需求响应信息，主站在信息库中查询该船舶 供电系统档案，向该船舶供电系统发送验证成功消息；有新的电力需求响应信息后，主站将 该电力需求响应信息推送至该集控室主机。需求响应事件结束后，集控室主机将DR事件执 行结果传送至主站。

图7是需求响应退出流程图。船舶供电系统完成电力需求响应事件后，向主站发送 结果，主站将该船舶供电系统参与此次电力需求响应事件信息记入档案，并将参与此次电 力需求响应事件所转移或消减的电能数反馈至用户，作为相关部门对用户奖励的依据，断 开连接。

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此， 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，可轻易想到的变化或替换， 都应该涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求的保护范 围为准。