本发明涉及一种海量微负荷节点快速同步控制网络和控制方法，属于信息通信、电力系统自动化技术领域。
背景技术：
随着当今世界对于能源的清洁环保和高效利用呼声越来越高，电力作为终端能源以其清洁环保、方便使用的优点得到越来越广泛应用。电力供应具有即时产、瞬时传、立即消的特点，电力的生产和消费必须同时完成，这个特点决定了电力消费方的负荷对于电力能源的清洁与高效可以起到重要的作用。目前的电力系统尚存在以下几个问题：1）加大清洁能源的占比减少对化石能源的依赖必须解决清洁能源消纳问题；2）提高电力能源在生产、输送过程中的效率，减少储存带来的损失需要解决电力供需调节的弹性问题；3）提高电力供应过程中的调峰、调频能力保障电网安全、稳定运行也必须依靠负荷的配合。虽然为了应对上述问题人们也尝试在电网中建立一定的调节能力，但无论是有效性和效率都比不上电力用户侧（即电力消费方）负荷的作用。
众所周知，电力供应过程需要平衡，电力产生需要与之相应的负荷，在自然不干预的情况下负荷对于电力供应的平衡没有积极的作用，需要采取一定的利用负荷资措施。电力系统对于利用负荷资源来平衡电力供应过程的技术研究由来已久，到目前为止已经开发了负荷控制和需求侧响应等应用负荷资源的技术，但是这些技术都是从电力产生者的角度出发看待负荷资源，始终未能很好的解决负荷资源利用与保障用户用电权、避免影响用户用电的矛盾。如何有效解决这个矛盾是一个问题。其实用户的负荷并不都是刚性的没有调整余地的“铁板一块”，例如电热水器就可以调整用电加热的时间，空调短时间的停运也不会对室温有太大的影响，用户可以接受一些适当的用电行为改变，可以腾出一些负荷兼顾用电和电力平衡，而这种改变对于提高电力供应的效率来说非常有意义。
但问题是如何将这些海量的零散负荷资源整合起来与负荷需求同步起来适时投放只有解决这个问题负荷才能对电力供应的平衡产生积极作用。为此，申请人提出了通过组建海量微负荷网利用负荷资源的解决方案，该方案可参考申请号为cn2017104468029、名称为“电力用户侧负荷资源共享的海量微负荷管控平台及方法”的专利申请。概括来说，海量微负荷网是一个连接所有与负荷相关的对象的共享网络平台，这些对象具体包括电力用户、用电器、发电厂、电网、电力代理商、调度机构、监管机构等，通过这样一个平台拥有负荷的电力用户可以主动共享其空闲的负荷资源，其他负荷资源的需求方可以利用这些共享资源，通过共享实现对负荷资源的利用。
为了实现通过共享实现对负荷资源的利用这一目标，人们需要组建一个超级大的具有海量节点的网络，面对海量节点的网络人们必须解决许多技术难题，其中一个主要的难题是如何对广泛分布、数量巨大的海量负荷资源实现快速控制，具体来说有以下几点：一是共享的负荷资源具有单体微小、总体数量巨大、地域分布分散、行为各自为政的特点，需要占用负荷资源的需求方不止一个也可能随时发生变化，因此控制网络必须面对一个接收控制方（负荷资源提供方）具有海量数量、微小单体分布广泛、运行状态可能随时随地发生变化，，发起控制方（负荷资源需求方）也会随时发生变化的环境，在分布、分散、随时变化的条件下要求达到多对多分组的控制效果，需要解决动态汇总和分组控制的问题；二是实施快速同步负荷控制，电力供应具有即时产、瞬时传、立即消的特点，电力需求响应控制要求快速，汇总微小单体的分组控制也需要同步齐整才能产生规模效应，通常要求亚秒级别、数十毫秒级别的控制时延和同步水平；三是成本因素，组建海量节点控制网络成本因素是关键。
技术实现要素：
本发明要解决技术问题是：针对上述技术难点提供一种面向海量微负荷节点环境的、低成本的、动态自适应的、快速同步分发控制指令的安全控制网络以及控制方法。
为了解决上述技术问题，本发明提出的技术方案之一是：一种海量微负荷节点快速同步控制网络，包括控制服务中心、发起控制终端、接收控制终端、控制指令发布广播网和控制管理信息交互网；所述控制服务中心分别与发起控制终端、接收控制终端通过控制管理信息交互网链接，所述控制服务中心还通过控制指令发布广播网链接接收控制终端；所述接收控制终端位于每个负荷节点之内并用于接收并执行控制指令，所述发起控制终端位于负荷需求方并用于根据负荷需求发出启动控制指令；其中所述负荷需求方是指需要占用负荷资源的节点，所述负荷节点是指用于提供负荷资源的节点；所述控制服务中心用于通过控制管理信息交互网接收所述发起控制终端发出的启动控制指令，并通过控制指令发布广播网根据预设的负荷控制方案向接收控制终端同步分发控制指令；所述控制指令发布广播网采用数字广播网，所述控制服务中心将控制指令调制到数字广播信息中向接收控制终端同步广播。
本发明中所述负荷需求方包括发电厂、电网、电力代理商和调度机构等；所述负荷节点包括电力用户所属各种用电器、储能设备和微小电网系统等。所述控制管理信息交互网可以采用公共互联网、移动互联网、专用通信网、物联网中的一种或者几种的组合。
为了解决上述技术问题，本发明提出的技术方案之二是：一种海量微负荷节点快速同步控制方法，应用上述技术方案之一的控制网络，所述控制服务中心通过控制管理信息交互网收集所述控制发起端的负荷需求信息和控制接收端的负荷资源信息，并根据收集到的负荷需求信息和负荷资源信息预设负荷控制方案，所述控制服务中心通过控制管理信息交互网接收所述发起控制终端发出的启动控制指令，然后通过控制指令发布广播网向接收控制终端同步分发该控制指令，所述接收控制终端根据所述负荷控制方案执行该控制指令。
本发明带来的有益效果是：为了通过共享实现对负荷资源的利用，实现对广泛分布、数量巨大的海量负荷资源快速控制，本发明提出了一种面向海量微负荷节点环境的低成本的快速同步安全控制网络和控制方法，本发明利用现有成熟的公共网络资源（公共数字广播网络、互联网基础设施）以适应海量负荷节点的应用环境，最大限度的降低网络的成本。本发明中所述控制服务中心通过控制管理信息交互网收集负荷需求和负荷资源信息，并通过控制指令发布广播网向海量的接收控制终端同步分发控制指令，在极短的时间内将控制指令同时传递到广域分布的海量节点，其中在广域覆盖的条件下还能够保证亚秒、数十毫秒级别的控制时延和同步。
电力供应具有即时产、瞬时传、立即消的特点，电力需求响应控制要求快速，汇总微小单体的分组控制需要同步齐整才能产生规模效应，通常要求亚秒级别、数十毫秒级别的时延和同步水平，这样对海量节点实施快速同步负荷控制是全新的挑战，其主要困难是负荷控制指令的快速和同步传递。目前的互联网和物联网技术以及相应的基础设施都难于满足广域覆盖海量节点的条件下亚秒、数十毫秒级别的时延和同步，即使利用公共移动通信网络要保证在广域覆盖海量节点的条件下达到严格的时延和同步要求也十分困难。本发明通过对目前各种通信技术的分析发现利用广播通信技术可以更好的满足广域覆盖和快速同步控制指令的传递要求，通过一次性的广播控制指令可以做到在广播域范围内同步覆盖所有节点，即忽略传播时间的条件下指令可以同时达到所有节点，尤其是空域的无线广播传播时间非常短完全可以忽略；因此利用无线广播通信技术可以满足在广域覆盖海量节点的条件下快速、同步传递控制指令的要求。
另外，本发明针对的是一个海量负荷的共享平台，资源共享的主体们变化是常态，这里包括用户、资源、需求的变化以及数量和性质的变化等。这些变化都会导致事先预设的负荷需求和负荷资源的匹配出现偏差，如何弥补变化导致的偏差是一个问题。本发明采用了迭代优化控制方案的方法，通过实时采集变化的数据不断调整控制方案以自动适应各种变化情况。
因此，上述技术方案之一的进一步改进是：所述发起控制终端还用于采集所述负荷需求方的负荷需求变更信息，所述接收控制终端还用于采集负荷节点的负荷资源状态信息；所述控制服务中心还用于通过控制管理信息交互网接收所述负荷需求变更信息和负荷资源状态信息，根据所述负荷需求变更信息和负荷资源状态信息实时调整负荷控制方案达到负荷资源与负荷需求匹配，并根据调整后的负荷控制方案向接收控制终端同步分发控制指令。
需要说明的是，本发明中调整控制方案达到负荷资源与负荷需求匹配，可以采用现有的匹配方法进行实施，不再赘述。
相应地，上述技术方案之二的进一步改进是：所述发起控制终端采集所述负荷需求方的负荷需求变更信息，所述接收控制终端采集负荷节点的负荷资源状态信息；所述控制服务中心通过控制管理信息交互网接收所述负荷需求变更信息和负荷资源状态信息，根据所述负荷需求变更信息和负荷资源状态信息实时调整负荷控制方案达到负荷资源与负荷需求的动态匹配，并将调整后的负荷控制方案发送至接收控制终端和发起控制终端。
上述技术方案之二的再进一步改进是：调整后的负荷控制方案包括调整后的负荷节点控制方案和调整后的发起控制方案；所述控制服务中心将调整后的发起控制方案通过控制管理信息交互网发送至发起控制终端，同时将调整后的负荷节点控制方案通过控制管理信息交互网发送至接收控制终端从而为后续的控制做准备；当所述发起控制终端根据调整后的发起控制方案发出启动控制指令时，所述控制服务中心通过控制指令发布广播网向接收控制终端广播该控制指令，所述接收控制终端根据调整后的负荷节点控制方案执行该控制指令。
因为本发明所述的环境中每个负荷节点的情况不同，对同一广播控制指令，节点之间有分布差别控制需要，另外由于负荷状态和控制要求会发生变化，同一节点不同时段的控制行为也会有分时差别控制需要，。仅仅依靠广播发布控制指令的方法无法同时实现分布差别控制和分时差别控制。本发明通过收集负荷变化信息事先调整控制方案，然后将调整后的控制方案发送至发起控制终端和接收控制终端作为控制做准备，一旦控制发生，网络中的各个部分根据控制方案有差别的执行广播控制指令达到差别控制的目的，从而实现同一个控制指令在每个接收控制终端中可以产生分布差别控制和分时差别控制的效果。
上述技术方案之二的更进一步改进是：所述控制服务中心制定的负荷控制方案将海量的负荷节点上的负荷资源集成并划分成多个不同的分组，每一个分组集成了多个负荷节点的负荷资源并能汇总形成匹配一个负荷资源需求的负荷资源总量；在运行过程中，所述控制服务中心根据所述负荷需求变更信息和负荷资源状态信息动态调整负荷资源总量发生变化的分组来调整负荷控制方案以维持负荷资源与需求之间的匹配。因为负荷具有单体微小、总体数量巨大、地域分布分散、行为各自为政的特点，负荷资源需求方不止一个而且也可能发生变化，因此控制网络必须面对一个接收控制方（负荷资源提供方）海量数量、微小单体分布广泛、运行状态会随时随地变化，发起控制方（负荷资源需求方）也会随时发生变化的环境，在分布、分散、随时变化的条件下要求达到多对多分组的控制效果。通过上述改进可以解决动态汇总和分组控制的问题，即只对发生变化的分组进行动态调整，从而实现对控制源、受控节点的无差别全覆盖和有区别分组覆盖，可以同时实现多分组的分布控制，可以随时随地动态调整分组和控制方案。
附图说明
下面结合附图对本发明作进一步说明。
图1是本发明实施例一的结构示意图。
具体实施方式
实施例一
本实施例涉及一种海量微负荷节点快速同步控制网络，如图1所示，包括控制服务中心、发起控制终端、接收控制终端、控制指令发布广播网和控制管理信息交互网；所述控制服务中心分别与发起控制终端、接收控制终端通过控制管理信息交互网链接，所述控制服务中心还通过控制指令发布广播网链接接收控制终端；所述接收控制终端位于每个负荷节点之内并用于接收并执行控制指令，所述发起控制终端位于负荷需求方并用于根据负荷需求发出启动控制指令；其中所述负荷需求方是指需要占用负荷资源的节点，所述负荷节点是指用于提供负荷资源的节点；所述控制服务中心用于通过控制管理信息交互网接收所述发起控制终端发出的启动控制指令，并通过控制指令发布广播网根据预设的负荷控制方案向接收控制终端同步分发控制指令；所述控制指令发布广播网采用数字广播网，所述控制服务中心将控制指令调制到数字广播信息中向接收控制终端同步广播。
据申请人了解，目前可以利用的无线广播通信网包括专用无线广播网和公共广播网；一般专用无线广播网受限于国家政策和频率资源限制只能小范围区域覆盖，面对广域覆盖海量节点的要求组建专用广播网成本很高。公共广播网尤其是目前广泛应用的音频和视频公共广播网（例如，调频广播）可以做到全域覆盖，不仅基础设施完备而且单位区域覆盖成本和终端成本都非常低，是一种理想的通信方式。目前全球已经开始广泛应用公共无线数字音频、视频广播技术，数字化的广播网具有高速、宽带的特点，并设计了专门的数据业务通道承载数据广播业务。
国际数字音频广播网（dab）1980年代诞生于欧洲，挪威1995年开始部署，从2017年1月起全国的所有国家性和部分地区性fm电台都将切到dab。在我国自主知识产权的数字音频广播体系cdr经过多年的研究已经达到国际先进水平。产业化方面已经有多家厂商生产包括音频编码器、复用器、激励器、发射机的cdr设备。cdr在国家的中央无线覆盖工程中得到应用，调频频段数字音频广播使用各地现有中央一套频率资源进行数字化改造。cdr开展新的数据业务包括：交通路况信息发布，城市基础信息服务等。cdr作为数字广播网，其数据广播业务具有高速、宽带的特点，因此可以满足本发明广域覆盖海量节点的条件下快速、同步传递控制指令的要求。
本实施例通过数字广播网同步分发控制指令可以对广泛分布、数量巨大的海量负荷资源实现快速控制，以适应电力供应所有的具有即时产、瞬时传、立即消的特点，电力需求响应控制快速、同步齐整才能产生规模效应，通常要求亚秒级别、数十毫秒级别的时延和同步水平。同时，通过数字广播网组建海量节点控制网络还有效降低了成本。
本实施例中所述负荷需求方包括发电厂、电网、电力代理商和调度机构等；所述负荷节点包括电力用户所属各种用电器、储能设备和微小电网系统等。所述控制管理信息交互网可采用公共互联网、移动互联网、专用通信网、物联网中的一种或者几种的组合。
本实施例还包括一种应用上述控制网络的海量微负荷节点快速同步控制方法，该方法为：所述控制服务中心通过控制管理信息交互网收集所述控制发起端的负荷需求信息和控制接收端的负荷资源信息，并根据收集到的负荷需求信息和负荷资源信息预设负荷控制方案，所述控制服务中心通过控制管理信息交互网接收所述发起控制终端发出的启动控制指令，然后通过控制指令发布广播网向接收控制终端同步分发该控制指令，所述接收控制终端根据所述负荷控制方案执行该控制指令。
其中，所述控制服务中心根据收集到的负荷需求信息和负荷资源信息制定负荷控制方案主要是为了满足负荷需求信息和负荷资源信息的等耗匹配，而对资源进行匹配为现有技术，可参考相关文献，采用多种现有方法实现，不再赘述。
实施例二
本实施例是在实施例一基础上的改进，其中海量微负荷节点快速同步控制网络的改进是：所述发起控制终端还用于采集所述负荷需求方的负荷需求变更信息，所述接收控制终端还用于采集负荷节点的负荷资源状态信息；所述控制服务中心还用于通过控制管理信息交互网接收所述负荷需求变更信息和负荷资源状态信息，根据所述负荷需求变更信息和负荷资源状态信息实时调整负荷控制方案达到负荷资源与负荷需求匹配，并根据调整后的负荷控制方案向接收控制终端同步分发控制指令。
相应地，本实施例对海量微负荷节点快速同步控制方法的改进是：所述发起控制终端采集所述负荷需求方的负荷需求变更信息，所述接收控制终端采集负荷节点的负荷资源状态信息；所述控制服务中心通过控制管理信息交互网接收所述负荷需求变更信息和负荷资源状态信息，根据所述负荷需求变更信息和负荷资源状态信息实时调整负荷控制方案达到负荷资源与负荷需求的动态等耗匹配，并将调整后的负荷控制方案发送至接收控制终端和发起控制终端。
虽然利用控制指令广播网可以解决广域覆盖海量节点快速、同步传递控制的问题，但完全依靠广播无法实现在负荷资源分布分散、供需随时变化的条件下达到多对多分组的分布差别控制和分时差别控制效果，尤其是面对负荷节点的动态变化的情况。虽然广播控制指令可以实现一定的分组控制能力，但当分组的动态变化和节点动态进出分组的情况下要求分布差别控制和分时差别控制单独通过广播指令无法实现，必须有其他的解决方案。
因此，本实施例的控制方法还可以作以下改进：调整后的负荷控制方案包括调整后的负荷节点控制方案和调整后的发起控制方案；所述控制服务中心将调整后的发起控制方案通过控制管理信息交互网发送至发起控制终端，同时将调整后的负荷节点控制方案通过控制管理信息交互网发送至接收控制终端从而为后续的控制做准备；当所述发起控制终端根据调整后的发起控制方案发出启动控制指令时，所述控制服务中心通过控制指令发布广播网向接收控制终端广播该控制指令，所述接收控制终端根据调整后的负荷节点控制方案执行该控制指令。
本实施例的控制方法还可以作进一步的改进：所述控制服务中心制定的负荷控制方案可以将海量的负荷节点上的负荷资源集成并划分成多个不同的分组，每一个分组集成了包括多个负荷节点的负荷资源并能汇总形成匹配一个负荷资源需求的负荷资源总量。在运行过程中一旦负荷情况发生变化所述控制服务中心根据所述负荷需求变更信息和负荷资源状态信息动态调整负荷控制方案来维持负荷资源与需求的匹配以应对变化。
本实施例中优化调整控制方案的本质就是优化多各负荷节点的分组，每一个分组精确对应一个负荷资源需求，在需要占用负荷资源时负荷需求方通过控制发起端根据控制方案发出启动控制指令，经由快速同步控制指令发布广播网络分发该指令，负荷节点侧的控制接收端根据控制方案选择接收控制指令。这种由需求方控制占用负荷方案的方式能够通过及时、准确地实现需求侧响应并达到精确的资源高效利用。该方案能够同时满足一般情况和紧急情况的需求侧响应控制要求，用一套网络系统同时实现需求侧响应和源网荷互动的应用。
本实施例采用了通过控制管理信息交互网迭代优化控制方案的方法；首先在海量的负荷节点和控制服务中心之间建立控制管理信息交互网用来收集控制发起端的变更控制要求信息和控制接收端的负荷资源实时运行状态信息；其次控制服务中心根据收集到的信息计算出优化控制方案并通过控制管理信息交互网发布到相关的控制发起端和控制接收端，控制发起端根据控制方案发出启动控制指令，再经过控制指令发布广播网广播分发，控制接收端根据控制方案选择接收控制指令；在整个系统运行过程中上述优化控制方案不断循环迭代，自动适应负荷需求变更和负荷资源状态变化，通过迭代使得优化控制方案跟踪变化达到最优，按照该优化控制方案实现的控制完全可以满足分组动态变化和节点动态进出分组的要求，非常适合应用于单体微小、总体数量巨大、地域分布分散、行为各自为政的海量微负荷场景。
本发明不局限于上述实施例所述的具体技术方案，除上述实施例外，本发明还可以有其他实施方式。凡采用等同替换形成的技术方案，均为本发明要求的保护范围。