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在能源领域，随着风、光、充、储的发展，促使能源管理系统综合运用嵌入式计算技术、边缘计算技术、物联网通信技术、能源优化协调控制技术、能量转换存储技术，将风力、光伏等间隙性可再生能源与储能系统、各类可控负载的友好互动，实现能源的稳定、高效、经济利用。一种多能物联协调控制装置，在能源管理系统中作为区域级“协管员”，在区域范围内承担场景进程推进的细粒度任务。
1系统结构
多能物联协调控制终端的系统结构如下图1所示.基于分布式插件架构，主要的功能插件包含：AI插件、L/O插件、通信插件、逻辑控制插件、远程管控插件。
AI插件实现模拟量信号采集。AI插件采集协调控制终端覆盖的区域电网与上级电网公共连接点的电压、电流、频率等工频信号量，实时测量区域电网的总的有功、无功负荷。
L/O插件实现开关量的采集和控制。I/O插件采集各个分布支路及并网支路的开关位置信息，作为区域电网及多能物联管控中区域控制的辅助依据。区域性电网内部系统在发生故障时，协调控制终端执行电网异常响应控制逻辑，通过I/O插件自动断开PCC处的控制器开关切除分布式电源，停止供电并对供电系统进行故障维护和检修，防止了停电区域范围的扩大，保证了配电网安全、稳定地正常运行：当上级电网侧线路发生短路故障或者停电时，协调控制终端迅速检测到孤岛，在上级电网线路自动重合闸之前切断PCC处的开关。在上级电网故障消除和恢复供电，或重点区域性电网故障消除后，根据多能物联管控平台下达的指令，通过L/O插件控制重新并网或恢复供电。
通信插件实现与区域电网内各层设备通信以进行信息交互和数据共享。通信插件设计HPLC高速电力载波通信接口，与多能物联通信终端连接：提供以太网口及光纤通信接口，可以经过交换机与区域内的设备实现以太网通信。通信插件核心是物联网通信技术，通过ModBus-RTU、HPLC高速电力载波等通信协议，协调控制终端借此实现对各类电力设备的通信和控制。
逻辑控制插件负责完成实时性的控制策略及控制算法的处理。逻辑控制插件对采集的工频信号量进行幅值、相位处理及分析，精准控制区域电网内开关实现设备的投切;对区域内负荷进行分析，可实现区域负荷的预测及削峰填谷;根据多能物联管控平台下发的交换功率，按预定策略调节可再生能源发电出力、调节储能充放电，最大化可再生能源利用并提高各储能电池的一致性。
远程管控插件接受多能物联管控平台的直接管控，完成本辖区各类设备的协调控制。远程管控插件运行适用于不同场景的APP（如实时交易APP、智能计量APP等），完成包括负荷管理、预测预警、费控管理等功能。
2功能描述
2.1数据采集功能
根据国家标准《电网监控系统技术规范》关于在数据采集和信号处理中对量测工程项目的技术要求，多能物联协调控制终端采集配电网侧、区域电网母线的工频信号量，得到电压电流的基波實时值，由FFT计算可获得各次谐波值，通过软件算法，可进一步计算得到有功功率、无功功率、功率因数等基础电气量，以及负序电压、零序电压、零序电流等用于保护的电气量，以及电压正负偏差、电压不平衡度等与电能质量密切相关的数据，并由硬件电路测得频率量。对于分布电源侧、储能侧、分级负荷侧的量测数据主要通过通信的方式从各支路的测控装置中获取。
2.2远程管理功能
多能物联协调控制终端的远程管控插件.基于Linux操作系统、ESDK开放平台、5G、物联网Agent等技术，搭建边缘计算环境。协调控制终端可基于边缘计算环境从多能物联管控平台下载、更新、卸载各类应用APP，实现装置运行控制策略的远程管控。
2.3智能计量功能
多能物联协调控制终端计量统APP，能够通过自动测量和分析读取区域性电网中的电、热、气、水等能源的平均消耗量和生产量，形成一个实时的用户资料，合理地管理计量数据，并将计量结果发送到有关各方，以此作为多能物联管控平台电源需求侧的信息来源。对于每一个用户来说，所有的测量数据均可以通过每一个用户的室内网在一台电脑上进行显示。因此，用户可以直观地查看自己正在消费或生产的电能以及相应的费用等信息，从而对其进行合理调整和控制。
2.4能源交易功能
多能物联管控平台根据电源运行参数、市场数据、终端采集的区域电网数据和智能计量数据，对各个电源进行控制，参与电力市场交易。协调控制终端实时交易APP响应多能物联管控平台的各种控制指令，执行对应的控制策略实现不同的业务运营。针能源交易业务，协调控制终端下辖的区域电网，可以作为一个整体参与多能物联管控平台的分级管理。管控平台可以根据对配电网的经济运营分析、需求侧管理分析等，给各区域协调控制终端下发交换功率确定值，从而实现整个配电网的最优运营。协调控制终端按管控平台下发的交换功率确定值，适当地控制区域分布式发电输出功率、储能系统充放电功率等，在保障区域电网内部的经济安全和正常运行条件的必要前提下按规定交换功率运行。
2.5调峰调频功能
针对虚拟电厂调峰、调频业务，多能物联协调控制终端，调节区域电网的出力提供给电力平衡市场。平时协调控制终端接收多能物联管控平台的综合出力分配，调节区域电网的储能形成备用，获取备用费补偿;当电网过载时，协调控制终端可以在几分钟内调整区域电网出力，控制区域电网中储能系统完成调频功能，并获得额外的调频服务费。
3应用场景
3.1小区电动汽车有序充电
小区电动汽车有序充电需要实现两个控制目标：第一，提高设备利用率，减少区域变压器装机容量建设：第二，以峰谷电费差，利用价格杠杆引导用户有序用电。
小区电动汽车大规模的充电需求.要求小区配电具有较大的容量。但老旧居民小区的配电容量有限，由于线路和规划原因，扩容困难：新建居民小区的配电容量基于经济性也不能无限增加。多能物联协调控制终端通过实时监测居民小区内的负荷状态，调拨闲置负荷提供给充电设备：在负荷紧张的情况下，建立充电队列：在其他设备负荷降低的情况下，安排充电设备有序充电;在闲置负荷不满足其他设备负荷需求的情况下，降低充电设备功率或退出充电，如果充电设备未按要求降低功率或退出充电，切断其电源输入，保障居民正常生活的使用负荷。通过协调控制终端的优化控制，平衡峰谷负荷，减少无序充电对电网的冲击，并减少居民小区配电容量的不必要增加。 多能物联协调控制终端，在对区域电网进行分时和电价的时段划分基础上，根据各个区域电网预测负荷波动的情况，小范围地划分了充电和分时的电价区间，使得各个区域电网的负荷波动情况和充电分时的电价区间划分基本完全相符。协调控制终端充分利用有线和无线通信进行信息交互，将电动汽车的有序充电策略与所在小区的用电负荷相结合，并在峰谷电价的驱动下实现电动汽车的有序充电控制，从而保障电动汽车与电网的有序互动。不需要通過配电设备的扩容来满足充电负荷的增长，而是通过信息系统及电价机制的管理控制来实现电动汽车负荷的有序充电，能够充分实现用户与电网的互动。协调控制终端在实施过程中能够利用峰谷时刻的电价调节灵活实现电动汽车充电负荷与住宅小区负荷特性多样性的有序管理，从而实现充电成本的最优及整体负荷的峰谷差最小的有序充电控制。
多能物联协调控制终端.对住宅小区电动汽车的有序充电控制以对充电桩的监控数据为基础.结合配电网的实时运行数据进行有序充电控制。首先，协调控制终端会进行充电信息交互，即充电起、止时间及充电电流的需求信息获取：然后，结合区域电网及多能物联管控平台下发的负荷控制计划，按照优化的有序充电控制策略制订接入车辆的充电计划：最后，协调控制终端执行有序充电的控制，包括调整小区的分布电源出力、可控负荷的调节等，并将充电计划下传到充电桩。
3.2工商企业园区备用电源及峰谷套利
对于大型的工商企业和园区，由于现行的两部制电价，供电部门都会以变压器容量或最大需用电量作为主要计算依据，每月固定地收取一定的基本电价。这些大型企业园区可以采用多能物联协调控制终端，控制储能系统对容量费用进行管理，即在用电低谷时储能，在高峰时释放，实现了在不影响正常运营的情况下，降低最高用电功率，从而有效降低容量费用。多能物联协调控制终端，通过协调企业园区内部的分布式电源及其储能装置，在电价较低的谷期利用分布式储能设备存储电能，在用电高峰期将已存储的电能投入使用，避免直接大规模使用电网的高价电能，如此可以有效地降低企业园区使用电力的成本，从而实现峰谷电价的套利。
3.3电网辅助服务及需求侧响应
多能物联协调控制终端，应用通信及高级量测技术获取需求侧信息，可以通过双向智能化的用电以实现负荷的调度方案的最优化，为电力系统提供响应的调峰、调频以及备用服务。协调控制终端控制区域电网层面的需求侧响应，主要是通过对区域内可调节负荷资源、储能电池容量进行控制来实现。譬如，协调控制终端可以协调区域电网的户用使用的储能电池来应用于需求侧响应，用户可在电网的负荷较小时段利用电池充电，当电网负荷较大的时候将电池用于供电，这样就能够大大降低电网负荷，达到节约电力成本的效果。通常情况下这样的电池，包括户用光伏储能电池和家用电动汽车电池。在零售层次的需求侧响应项目，可以包含有动态电价项目、电量回购项目和可调节负荷资源。多能物联管控平台通过协调控制终端管控覆盖的区域电网，把零散的容量聚集成一座虚拟电厂，对于区域电网内部的可调节负荷和储能容量进行统一管理，由系统运营机构组织招标和合同设计，由消费者与系统运营机构签订合同，为系统运营机构管理系统和市场稳定风险。在某些时间段采用变动的动态价格去匹配批发市场价格，如实时定价、关键峰荷定价等。电价确定性成分越多，则其中包含的风险收益成分越多，确定性成分越少，则风险收益成分越少。协调控制终端通过信息通信技术详细的区域电网用户及容量信息，提供给多能物联管控平台制订详细的定价策略，从而最大化电价收益。
3.4电网现货交易
电力现货市场包括日前市场和实时市场.采用全电量申报、集中优化出清的方式开展，通过集中优化计算，得到机组开机组合、分时发电出力曲线以及分时现货市场价格。现货市场更能还原电力商品属性，交易起点就是现货，现货有时序价格和位置信号，而价格分析和预测还是现货交易不可缺少的重要环节，没有对价格的判断，就无法制定交易策略。
多能物联管控平台通过综合覆盖范围内电网（可视为一个虚拟电厂）及配电网的负荷、价格信息，经算法分析得出区域电网发电出力曲线、现货交易价格曲线，下发到多能物联协调控制终端。协调控制终端可以运行对应的控制策略实现区域电网分布电源、储能及可控负荷调节控制，满足上级电网的出力要求，同时使电能商品效益最大化。
4结语
本文介绍了一种多能物联协调控制终端装置，其充分利用了边缘计算技术及物联网通信等技术，一方面接收现场各电力设备发送过来的实时数据，对数据进行实时处理和存储，并将处理结果上传至能量管控平台;另一方面，接收能量管控平台下发的调度调节指令，并分解、转发给各多能物联终端执行。希望通过本装置的不同场景设计，探索一种在能源互联领域的终端控制解决方案。
1系统结构
多能物联协调控制终端的系统结构如下图1所示.基于分布式插件架构，主要的功能插件包含：AI插件、L/O插件、通信插件、逻辑控制插件、远程管控插件。
AI插件实现模拟量信号采集。AI插件采集协调控制终端覆盖的区域电网与上级电网公共连接点的电压、电流、频率等工频信号量，实时测量区域电网的总的有功、无功负荷。
L/O插件实现开关量的采集和控制。I/O插件采集各个分布支路及并网支路的开关位置信息，作为区域电网及多能物联管控中区域控制的辅助依据。区域性电网内部系统在发生故障时，协调控制终端执行电网异常响应控制逻辑，通过I/O插件自动断开PCC处的控制器开关切除分布式电源，停止供电并对供电系统进行故障维护和检修，防止了停电区域范围的扩大，保证了配电网安全、稳定地正常运行：当上级电网侧线路发生短路故障或者停电时，协调控制终端迅速检测到孤岛，在上级电网线路自动重合闸之前切断PCC处的开关。在上级电网故障消除和恢复供电，或重点区域性电网故障消除后，根据多能物联管控平台下达的指令，通过L/O插件控制重新并网或恢复供电。
通信插件实现与区域电网内各层设备通信以进行信息交互和数据共享。通信插件设计HPLC高速电力载波通信接口，与多能物联通信终端连接：提供以太网口及光纤通信接口，可以经过交换机与区域内的设备实现以太网通信。通信插件核心是物联网通信技术，通过ModBus-RTU、HPLC高速电力载波等通信协议，协调控制终端借此实现对各类电力设备的通信和控制。
逻辑控制插件负责完成实时性的控制策略及控制算法的处理。逻辑控制插件对采集的工频信号量进行幅值、相位处理及分析，精准控制区域电网内开关实现设备的投切;对区域内负荷进行分析，可实现区域负荷的预测及削峰填谷;根据多能物联管控平台下发的交换功率，按预定策略调节可再生能源发电出力、调节储能充放电，最大化可再生能源利用并提高各储能电池的一致性。
远程管控插件接受多能物联管控平台的直接管控，完成本辖区各类设备的协调控制。远程管控插件运行适用于不同场景的APP（如实时交易APP、智能计量APP等），完成包括负荷管理、预测预警、费控管理等功能。
2功能描述
2.1数据采集功能
根据国家标准《电网监控系统技术规范》关于在数据采集和信号处理中对量测工程项目的技术要求，多能物联协调控制终端采集配电网侧、区域电网母线的工频信号量，得到电压电流的基波實时值，由FFT计算可获得各次谐波值，通过软件算法，可进一步计算得到有功功率、无功功率、功率因数等基础电气量，以及负序电压、零序电压、零序电流等用于保护的电气量，以及电压正负偏差、电压不平衡度等与电能质量密切相关的数据，并由硬件电路测得频率量。对于分布电源侧、储能侧、分级负荷侧的量测数据主要通过通信的方式从各支路的测控装置中获取。
2.2远程管理功能
多能物联协调控制终端的远程管控插件.基于Linux操作系统、ESDK开放平台、5G、物联网Agent等技术，搭建边缘计算环境。协调控制终端可基于边缘计算环境从多能物联管控平台下载、更新、卸载各类应用APP，实现装置运行控制策略的远程管控。
2.3智能计量功能
多能物联协调控制终端计量统APP，能够通过自动测量和分析读取区域性电网中的电、热、气、水等能源的平均消耗量和生产量，形成一个实时的用户资料，合理地管理计量数据，并将计量结果发送到有关各方，以此作为多能物联管控平台电源需求侧的信息来源。对于每一个用户来说，所有的测量数据均可以通过每一个用户的室内网在一台电脑上进行显示。因此，用户可以直观地查看自己正在消费或生产的电能以及相应的费用等信息，从而对其进行合理调整和控制。
2.4能源交易功能
多能物联管控平台根据电源运行参数、市场数据、终端采集的区域电网数据和智能计量数据，对各个电源进行控制，参与电力市场交易。协调控制终端实时交易APP响应多能物联管控平台的各种控制指令，执行对应的控制策略实现不同的业务运营。针能源交易业务，协调控制终端下辖的区域电网，可以作为一个整体参与多能物联管控平台的分级管理。管控平台可以根据对配电网的经济运营分析、需求侧管理分析等，给各区域协调控制终端下发交换功率确定值，从而实现整个配电网的最优运营。协调控制终端按管控平台下发的交换功率确定值，适当地控制区域分布式发电输出功率、储能系统充放电功率等，在保障区域电网内部的经济安全和正常运行条件的必要前提下按规定交换功率运行。
2.5调峰调频功能
针对虚拟电厂调峰、调频业务，多能物联协调控制终端，调节区域电网的出力提供给电力平衡市场。平时协调控制终端接收多能物联管控平台的综合出力分配，调节区域电网的储能形成备用，获取备用费补偿;当电网过载时，协调控制终端可以在几分钟内调整区域电网出力，控制区域电网中储能系统完成调频功能，并获得额外的调频服务费。
3应用场景
3.1小区电动汽车有序充电
小区电动汽车有序充电需要实现两个控制目标：第一，提高设备利用率，减少区域变压器装机容量建设：第二，以峰谷电费差，利用价格杠杆引导用户有序用电。
小区电动汽车大规模的充电需求.要求小区配电具有较大的容量。但老旧居民小区的配电容量有限，由于线路和规划原因，扩容困难：新建居民小区的配电容量基于经济性也不能无限增加。多能物联协调控制终端通过实时监测居民小区内的负荷状态，调拨闲置负荷提供给充电设备：在负荷紧张的情况下，建立充电队列：在其他设备负荷降低的情况下，安排充电设备有序充电;在闲置负荷不满足其他设备负荷需求的情况下，降低充电设备功率或退出充电，如果充电设备未按要求降低功率或退出充电，切断其电源输入，保障居民正常生活的使用负荷。通过协调控制终端的优化控制，平衡峰谷负荷，减少无序充电对电网的冲击，并减少居民小区配电容量的不必要增加。 多能物联协调控制终端，在对区域电网进行分时和电价的时段划分基础上，根据各个区域电网预测负荷波动的情况，小范围地划分了充电和分时的电价区间，使得各个区域电网的负荷波动情况和充电分时的电价区间划分基本完全相符。协调控制终端充分利用有线和无线通信进行信息交互，将电动汽车的有序充电策略与所在小区的用电负荷相结合，并在峰谷电价的驱动下实现电动汽车的有序充电控制，从而保障电动汽车与电网的有序互动。不需要通過配电设备的扩容来满足充电负荷的增长，而是通过信息系统及电价机制的管理控制来实现电动汽车负荷的有序充电，能够充分实现用户与电网的互动。协调控制终端在实施过程中能够利用峰谷时刻的电价调节灵活实现电动汽车充电负荷与住宅小区负荷特性多样性的有序管理，从而实现充电成本的最优及整体负荷的峰谷差最小的有序充电控制。
多能物联协调控制终端.对住宅小区电动汽车的有序充电控制以对充电桩的监控数据为基础.结合配电网的实时运行数据进行有序充电控制。首先，协调控制终端会进行充电信息交互，即充电起、止时间及充电电流的需求信息获取：然后，结合区域电网及多能物联管控平台下发的负荷控制计划，按照优化的有序充电控制策略制订接入车辆的充电计划：最后，协调控制终端执行有序充电的控制，包括调整小区的分布电源出力、可控负荷的调节等，并将充电计划下传到充电桩。
3.2工商企业园区备用电源及峰谷套利
对于大型的工商企业和园区，由于现行的两部制电价，供电部门都会以变压器容量或最大需用电量作为主要计算依据，每月固定地收取一定的基本电价。这些大型企业园区可以采用多能物联协调控制终端，控制储能系统对容量费用进行管理，即在用电低谷时储能，在高峰时释放，实现了在不影响正常运营的情况下，降低最高用电功率，从而有效降低容量费用。多能物联协调控制终端，通过协调企业园区内部的分布式电源及其储能装置，在电价较低的谷期利用分布式储能设备存储电能，在用电高峰期将已存储的电能投入使用，避免直接大规模使用电网的高价电能，如此可以有效地降低企业园区使用电力的成本，从而实现峰谷电价的套利。
3.3电网辅助服务及需求侧响应
多能物联协调控制终端，应用通信及高级量测技术获取需求侧信息，可以通过双向智能化的用电以实现负荷的调度方案的最优化，为电力系统提供响应的调峰、调频以及备用服务。协调控制终端控制区域电网层面的需求侧响应，主要是通过对区域内可调节负荷资源、储能电池容量进行控制来实现。譬如，协调控制终端可以协调区域电网的户用使用的储能电池来应用于需求侧响应，用户可在电网的负荷较小时段利用电池充电，当电网负荷较大的时候将电池用于供电，这样就能够大大降低电网负荷，达到节约电力成本的效果。通常情况下这样的电池，包括户用光伏储能电池和家用电动汽车电池。在零售层次的需求侧响应项目，可以包含有动态电价项目、电量回购项目和可调节负荷资源。多能物联管控平台通过协调控制终端管控覆盖的区域电网，把零散的容量聚集成一座虚拟电厂，对于区域电网内部的可调节负荷和储能容量进行统一管理，由系统运营机构组织招标和合同设计，由消费者与系统运营机构签订合同，为系统运营机构管理系统和市场稳定风险。在某些时间段采用变动的动态价格去匹配批发市场价格，如实时定价、关键峰荷定价等。电价确定性成分越多，则其中包含的风险收益成分越多，确定性成分越少，则风险收益成分越少。协调控制终端通过信息通信技术详细的区域电网用户及容量信息，提供给多能物联管控平台制订详细的定价策略，从而最大化电价收益。
3.4电网现货交易
电力现货市场包括日前市场和实时市场.采用全电量申报、集中优化出清的方式开展，通过集中优化计算，得到机组开机组合、分时发电出力曲线以及分时现货市场价格。现货市场更能还原电力商品属性，交易起点就是现货，现货有时序价格和位置信号，而价格分析和预测还是现货交易不可缺少的重要环节，没有对价格的判断，就无法制定交易策略。
多能物联管控平台通过综合覆盖范围内电网（可视为一个虚拟电厂）及配电网的负荷、价格信息，经算法分析得出区域电网发电出力曲线、现货交易价格曲线，下发到多能物联协调控制终端。协调控制终端可以运行对应的控制策略实现区域电网分布电源、储能及可控负荷调节控制，满足上级电网的出力要求，同时使电能商品效益最大化。
4结语
本文介绍了一种多能物联协调控制终端装置，其充分利用了边缘计算技术及物联网通信等技术，一方面接收现场各电力设备发送过来的实时数据，对数据进行实时处理和存储，并将处理结果上传至能量管控平台;另一方面，接收能量管控平台下发的调度调节指令，并分解、转发给各多能物联终端执行。希望通过本装置的不同场景设计，探索一种在能源互联领域的终端控制解决方案。