基于分布式电蓄热水器的调峰调频系统的制作方法

本发明涉及调峰调频应用领域，尤其涉及大量分布式电蓄热设施利用区块链技术进行电网调峰调频的应用领域。

背景技术：

近年来，随着人民生活水平的提高和电力负荷的快速增长，电网负荷峰谷差逐步增大，与此同时，随机性、波动性、不可调度性的可再生能源大规模并网，导致电网的调峰问题更加突出，也给电力调度造成一系列的困难。电力系统中电源及输配电设备均按照电网高峰负荷规划建设，但电网高峰负荷持续时间较短，导致为满足高峰负荷需求而规划建设的电力设备资产利用率较低。研究解决电网调峰问题、提高资产利用率是现阶段电网建设面临的一个重要课题。

中国的电源结构以火电为主，大多数常规火电机组能够灵活调节出力的能力不足额定容量的50％，当负荷峰谷差低于火电机组的调整范围时，需要部分小容量机组启停调峰或压火调峰，甚至需投资建设更多的机组并改进火电机组的运行方式来满足调峰需求，从而大幅增加了系统的运行成本。据统计，近年来中国电网负荷的峰谷差为38％～48％，以辽宁电网为例，2011年辽宁电网峰值负荷为22362MW，低谷负荷为12708MW，峰谷差为43.2％。调峰问题是电网运行中的基本问题。启停迅速、运行方式灵活的调峰技术符合电网调峰技术的应用需求。在电力系统常规调峰技术中，相比于火电机组，水电机组启停迅速、运行方式灵活，且调峰深度接近100％，但水电机组的建设受地理条件的限制，不能进行大规模的推广应用。

为使电网稳定可靠运行及保证相应的电能质量，需对电网运行频率进行控制。频率控制的本质为控制网内发电量与用电量的实时平衡，由一次调频、二次调频以及三次调频来实现，一次调频在维持电网频率稳定中发挥着重要作用。同时，随着风力发电、光伏发电等具有间歇性、不确定性及波动性特点的新能源发电大规模接入电网，其剧烈的功率波动或故障退出都将会对电网频率稳定产生不容忽视的影响，且其自身不具备调频能力，常规机组必须承担由此带来的调频任务。现阶段国内的调频电源主要为火电机组，然而由于其存在响应速度慢、爬坡速率低的缺点，同时其动态特性受调频死区、调频上下限及机组迟滞率等非线性因素影响，调频质量与灵活性难以满足要求甚至出现功率反调现象，这一情形在孤立运行的区域电网中表现得尤为明显。虽然水电机组调频性能优于火电机组，但由于其建设受地理条件限制，可提供的调频容量有限。

专利申请201710245281.0的中国发明专利公开了一种基于双优化的微电网面向电蓄热锅炉的优化运行管理方法，仅从供热热负荷角度分析了蓄热电锅炉参与优化微电网的运行减少弃风弃光电；

专利申请201710181805.4的中国发明专利公开了一种基于电采暖系统及其控制方法，也是仅从供热角度分析了在夜晚低谷电时段利用电蓄热锅炉蓄热降低系统运行费用的方法。

上述这两个发明都没有解决非供热季的电网调峰调频辅助服务问题，而本发明利用目前城市家庭一年四季频繁使用的洗澡热水器，并将这种分布式带蓄热的电热水器与区块链技术进行结合，从而可以实现对无数分布式电蓄热设施的智能化的管理，统一参与电网的调峰调频辅助服务，从而使得分户电蓄热设施降低运行电费或获得调峰调频辅助服务的收益。

技术实现要素：

本发明提供一种基于分布式电蓄热水器的调峰调频系统，利用调峰调频云平台控制众多分户分布式的电蓄热水器设备，从而实现众多分布式电蓄热设备响应电网的调峰调频需求。

本发明解决前述技术问题所采用的技术方案是：

一种基于分布式电蓄热水器的调峰调频系统，包括：

分户电蓄热水器设备，包括分户电蓄热水器和分户控制器，所述分户电蓄热水器与电网连接，可以将通过电加热或电热泵方式生产出来的热水进行储存，分户控制器通过有线或无线连接调峰调频控制云平台，控制分户电蓄热水器的投入或退出，实现电网调峰调频的目的；

调峰调频控制云平台，通过互联网将众多分户的热水器控制器连接起来，利用大数据、云计算、区块链或人工智能技术中的一种或几种组合，从电网调度中心接受电网的调峰调频辅助服务需求，根据需要全部或部分开启或关闭分户电蓄热水器，从而实现对电网调峰调频需求的响应。

进一步，所述的分户电蓄热水器为电加热蓄热水器或者电压缩空气源热泵蓄热水器或者其组合。

进一步，所述的电加热蓄热水器是蓄热罐与电加热管一体的电蓄热水器，或者是电加热热水器和蓄热罐分体的电蓄热水器。

进一步，所述的电压缩空气源热泵蓄热水器包括电压缩空气源热泵热水器和与之对应配置的蓄热罐。

进一步，所述蓄热罐为与电压缩空气源热水器对应配置的带电加热补热功能的蓄热罐。

优选的，所述蓄热罐的蓄热媒介为水或高温导热油，或者是相变材料或高温固体蓄热体。

进一步，所述分户控制器，具有电量计量功能，并且通过有线或无线连接调峰调频控制云平台，调峰调频控制云平台控制众多分户电蓄热水器进行电网调峰调频辅助服务获得收益，通过分户控制器计量的电量多少在不同用户间进行收益分摊。

进一步，所述分户控制器和调峰调频控制云平台可以采用区块链技术，每户参与调峰调频的耗电量信息，或调峰调频辅助服务交易信息，被不可篡改地分布式地存储在众多控制器内的区块链内，每个控制器为区块链网络中的一个节点。

进一步，所述分户控制器，通过白天和夜晚的峰谷电价差，或调峰调频优惠电价时段，通过分户控制器控制分户电蓄热水器投入或退出来获得经济的运行分户电蓄热水器。

进一步，所述区块链包括应用层、合约公识层和区块链数据层，所述的区块链数据层包括0/1调峰调频标识位、数据区块、时间戳、哈希散列、Merkle树根数据、点对点网络、密钥管理、公钥和私钥、非对称加密和验证机制中的任意一种或多种组合。

进一步，所述0/1调峰标识位指的是区块链数据层中的二进制数位；

所述二进制数位以0代表当前节点参与电网调峰服务；1代表当前节点没有参与电网调峰服务；或者所述二进制数位以0代表当前节点没有参与电网调峰服务，1代表当前节点参与电网调峰服务。

进一步，所述区块链给予每个分户唯一的ID，形成区块链网络中的一个唯一ID的节点。

进一步，所述区块链可以是公有链，也可以是私有链或联盟链，其中私有链或联盟链的全部或部分节点拥有复杂的读写、记账的权限。

本发明的基于分布式电蓄热水器的调峰调频系统具有下列优点

1.通过云平台统一调度千家万户的分布式电蓄热水器设备，可以实现一年四季的电网调峰调频需求。

2.可以降低分户电蓄热水器设备的电费消耗，通过低谷电价或参与电网调峰调频获得额外的收益，从而使得电蓄热水器设备的业主的运行费用最低。

3.区块链云平台能够联合众多的分布式电蓄热设施，为电网提供最优化的调峰调频辅助服务，而且辅助服务的交易和补偿收益均通过区块链网络在分布式蓄热电热水器设施内部进行分摊，使得分布式电蓄热设施业主获得调峰调频辅助服务收益。

4.由于电网调峰调频交易和电力交易数据被不可篡改和分布式地存储在区块链网络中，可以保证数据安全和交易的公平性。

附图说明

图1为本发明的实施例1的示意图；

图2为本发明的实施例2的示意图；

图3为区块链分层结构示意图；

图4为本发明的实施例3的示意图；

图5为本发明的实施例4的示意图；

具体实施方式

为了更进一步了解本发明的发明内容，下面将结合具体实施例对本发明作更为详细的描述，实施例只对本发明具有示例性作用，而不具有任何限制性的作用；任何本领域技术人员在本发明的基础上作出的非实质性修改，都应属于本发明保护的范围。

实施例1

本实施例提供了基于分布式电蓄热水器的调峰调频系统。如图1所示，分户电蓄热水器设备，包括分户电蓄热水器和分户控制器，所述分户电蓄热水器与电网连接，可以将通过电加热或电热泵方式生产出来的热水进行储存，分户控制器通过有线或无线连接调峰调频控制云平台，控制分户电蓄热水器的投入或退出，实现电网调峰调频的目的；

调峰调频控制云平台，通过互联网将众多分户的热水器控制器连接起来，利用大数据、云计算、区块链或人工智能技术中的一种或几种组合，从电网调度中心接受电网的调峰调频辅助服务指令，根据需要通过分户控制器全部或部分开启或关闭分户电蓄热水器，从而实现对电网调峰调频需求的响应。

具体的，在实际使用过程中，如果处于用电高峰时段时，电网调度中心向调峰调频云平台发送调峰调频指令，则调峰调频中心通过分户控制器全部或者部分关闭分户电蓄热水器，减少电蓄热水器的使用，减少用电量；此时如果用户需要洗澡或其他生活热水需求时，通过管路将蓄热罐中储存的热水通过淋浴喷头或者水龙头释放出来，供用户使用。如果处于用电低谷时段时，电网调度中心向调峰调频云平台发送调峰调频指令，则调峰调频中心通过分户控制器全部或者部分开启电蓄热水器，增加用电量，同时通过电加热或者电热泵方式加热水，并将其存储在电蓄热水器中，供用户使用。

其中，所述的分户电蓄热水器为电加热蓄热水器或者电压缩空气源热泵蓄热水器或者其组合。具体的，如图1所示，102住户、202住户中，所述的电加热蓄热水器是卧式的蓄热罐与电加热管一体电蓄热水器，如101住户中，所述的电加热蓄热水器是立式的电加热管与蓄热罐一体的电蓄热水器，如302住户中，所述的电加热蓄热水器是电加热热水器和蓄热罐分体的电蓄热水器。进一步，如201住户、301住户中，所述的电压缩空气源热泵蓄热水器包括电压缩空气源热泵热水器和与之对应配置的蓄热罐，通过电加热或电热泵方式生产出来热水并进行储存，并且分户控制器通过有线或无线连接调峰调频控制云平台，控制分户电蓄热水器的投入或退出，实现电网调峰调频的目的。通过调峰调频控制云平台统一调度千家万户的分布式电蓄热水器设备，从而可以实现一年四季的电网调峰调频需求。

优选的，与电压缩空气源热水器对应配置蓄热罐可以为带电加热补热功能的蓄热罐。

进一步，所述蓄热罐的蓄热媒介为水或高温导热油，或者是相变材料或高温固体蓄热体。

在本实施例中，所述分户控制器，具有电量计量功能，并且通过有线或无线连接调峰调频控制云平台，调峰调频控制云平台控制众多分户电蓄热热水器设施进行电网调峰调频辅助服务获得收益，通过分户控制器计量的电量多少在不同用户间进行收益分摊。

在本实施例中，所述分户控制器和调峰调频控制云平台可以采用区块链技术，每户参与调峰调频贡献的耗电量信息，或调峰调频辅助服务交易信息，被不可篡改地分布式地存储在众多控制器内的区块链内，每个控制器为区块链网络中的一个节点。

在本实施例中，所述分户控制器，通过白天和夜晚的峰谷电价差，或调峰调频优惠电价时段，通过分户控制器控制分户电蓄热水器投入或退出来获得经济的运行分户电蓄热水器。

在本实施例中，如图3所示，所述区块链包括应用层、合约公识层和区块链数据层，所述的区块链数据层包括0/1调峰调频标识位、数据区块、时间戳、哈希散列、Merkle树根数据、点对点网络、密钥管理、公钥和私钥、非对称加密和验证机制中的任意一种或多种组合。

在本实施例中，所述0/1调峰标识位指的是区块链数据层中有某一位特殊定义的二进制数位；

所述二进制数位以0代表当前节点参与电网调峰服务；1代表当前节点没有参与电网调峰服务；或者所述二进制数位以0代表当前节点没有参与电网调峰服务，1代表当前节点参与电网调峰服务。

在本实施例中，所述区块链给予每个分户唯一的ID，形成区块链网络中的一个唯一ID的节点。

在本实施例中，所述区块链可以是公有链，也可以是私有链或联盟链，其中私有链或联盟链的全部或部分节点拥有复杂的读写、记账的权限。

本发明的基于分布式电蓄热水器的调峰调频系统具有下列优点：

1.通过云平台统一调度千家万户的分布式电蓄热水器设备，可以实现一年四季的电网调峰调频需求。

2.可以降低分户电蓄热水器设备的电费消耗，通过低谷电价或参与电网调峰调频获得额外的收益，从而使得电蓄热水器设备的业主的运行费用最低。

3.区块链云平台能够联合众多的分布式电蓄热设施，为电网提供最优化的调峰调频辅助服务，而且辅助服务的交易和补偿收益均通过区块链网络在分布式蓄热电热水器设施内部进行分摊，使得分布式电蓄热设施业主获得调峰调频辅助服务收益。

4.由于电网调峰调频交易和电力交易数据被不可篡改和分布式地存储在区块链网络中，可以保证数据安全和交易的公平性。

实施例2

请参考图2，系统构成元素与实施例1基本相同，区别仅在于本实施例中的分户电蓄热水器为电加热蓄热水器。通过区块链云平台的智能控制，夜晚低谷电时段低电价蓄热，或通过电网调用进行调峰调频辅助服务。

实施例3

请参考图4，系统构成元素与实施例1基本相同，区别仅在于本实施例中的分户电蓄热水器为电压缩空气源热泵式蓄热水器。通过区块链云平台的智能控制，夜晚低谷电时段低电价蓄热，或通过电网调用进行调峰调频辅助服务。

实施例4

请参考图5，系统构成元素与实施例1基本相同，区别仅在于本实施例中的分布式电蓄热水器设备的不单满足分户用户的生活热水需求，而且可以在冬季满足用户的空间采暖服务，实施方式为电蓄热水罐中的热水通过壁挂散热器或地板采暖对室内空气进行加热。

尽管具体地参考其优选实施例来示出并描述了本发明，但本领域的技术人员可以理解，可以作出形式和细节上的各种改变而不脱离所附权利要求书中所述的本发明的范围。以上结合本发明的具体实施例做了详细描述，但并非是对本发明的限制。凡是依据本发明的技术实质对以上实施例所做的任何简单修改，均仍属于本发明技术方案的范围。