CN102097801B - 电网系统和基于电网系统的用电管理方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种电网系统，包括传统电网、控制器、插座、分布式能源供电设备、用电设备、存储设备等，所述分布式能源供电设备与插座电连接，所述插座中设置有继电器和继电器控制板，所述控制器用于根据传统电网的供电情况生成功率输出供应曲线，根据分布式能源供电设备的产能参数生成产能统计模型，根据用电设备的电气参数生成用电统计模型，对以上各种曲线、模型进行拟合校正，生成切换控制信号，向插座发送切换控制信号；所述继电器控制板用于接收控制器发送的切换控制信号，控制继电器进行切换操作。此外还提供了一种基于此电网系统的用电管理方法。该电网系统能充分利用分布式能源供电设备的产能，达到节省用电，降低用电成本的目的。

Description

电网系统和基于电网系统的用电管理方法

【技术领域】

本发明涉及一种电网系统和基于电网系统的用电管理方法。

【背景技术】

当今世界对于传统能源的消耗日益提高，对于环境造成的压力也越来越大，能源价格的也越来越高。电力系统作为世界经济发展的支柱系统，与人类的日常生活息息相关，随着传统能源危机的日益严重，传统电网成本日益提高。同时传统电网缺乏有效的自主控制系统，不能对用户用电进行及时的反馈并采取有效节省用电及降低用电成本的措施。

【发明内容】

有鉴于此，有必要针对采用传统电网供电不能有效节省用电和降低用电成本的问题，提供一种可以有效节省用电和降低用电成本的电网系统。

另外，还有必要提供一种基于该电网系统的用电管理方法。

一种电网系统，包括传统电网、插座、用电设备，所述传统电网和用电设备分别与插座电连接，其特征在于：还包括控制器和分布式能源供电设备，所述分布式能源供电设备与插座电连接，所述插座中设置有继电器和继电器控制板，所述控制器用于根据传统电网的供电情况生成功率输出供应曲线，根据分布式能源供电设备的产能参数生成产能统计模型，根据用电设备的电气参数生成用电统计模型，对以上各种曲线、模型进行拟合校正，生成切换控制信号，向插座发送切换控制信号；所述继电器控制板用于接收控制器发送的切换控制信号，控制继电器进行切换操作。

优选的，传统电网、分布式能源供电设备、插座、用电设备通过有线通信或无线通信的方式与控制器进行通信。

优选的，该系统还包括用户界面，用户界面用于实现控制器与用户的无障碍交互，控制器还用于接收用户通过用户界面输入的用户自定义的用电设备组合。

优选的，该系统还包括存储设备，所述存储设备用于与插座电连接，所述存储设备用于存储或者转化电能。

一种基于电网系统的用电管理方法，包括：

初始化电网系统的控制系统；

生成功率输出供应曲线、产能统计模型、用电统计模型；

对以上各种曲线、模型进行拟合校正；

接受用户自定义的用电设备组合；

生成切换控制信号；

执行切换操作。

优选的，该电网系统生成切换控制信号包括：

统计用电设备的用电需求；

判断分布式能源供电设备的供电需求是否满足用电设备的用电需求；

如果是，则生成采用分布式能源供电设备供电的切换控制信号；

如果否，则生成采用传统电网供电的切换控制信号。

优选的，该电网系统还会判断充电条件是否满足，如果是，则为储能设备充电。

优选的，该电网系统判断充电条件是否满足是判断传统电网供电电费是否便宜或判断分布式能源供电设备的电能是否过剩。

上述电网系统结合了传统电网和分布式能源供电设备，能根据具体情况来确定是采用传统电网还是分布式能源供电设备进行供电，即具有自主调控功能。上述电网系统能充分利用分布式能源供电设备的产能，达到节省用电，降低用电成本的目的。

【附图说明】

图1是电网系统的示意图。

图2是基于电网系统的用电管理方法的流程图。

图3是生成切换控制信号的流程图。

【具体实施方式】

图1是电网系统的示意图。电网系统包括控制器100、传统电网110、分布式能源供电设备120、插座130、用电设备140、存储设备150、用户界面160。在图1中，实线表示电信号的传输路径，虚线表示控制信号的传输路径。

控制器100根据传统电网110的供电情况生成功率输出供应曲线，根据分布式能源供电设备120的产能参数生成产能统计模型，根据用电设备140的电气参数生成用电统计模型，对以上各种曲线、模型进行拟合校正，接收用户通过用户界面160输入的自定义的用电器组合，生成切换控制信号，向插座130发送切换控制信号。控制器100的核心是中央处理器。用电设备140与控制器100可以通过无线通信方式进行通信。

用户界面160实现控制器100与用户的无障碍交互。为用户提供用电设备140的用电情况实时显示，使用户对家庭中的电力接口分布情况具有直观的认识；提供用户可编辑功能，用户可以对家中的用电安排进行规划，在分布式能源供电设备120的一个产能周期(如一天)内，用户只需要将准备在该周期内使用的用电设备140安排到该周期计划内即可，对于其何时进行操作使用，则由控制器100的判决系统根据分布式能源供电设备120的产能情况进行自动控制。

插座130中设置有继电器和继电器控制板，继电器控制板用于接收控制器100发送的切换控制信号，控制继电器进行切换操作。

图2是基于电网系统的用电管理方法的流程图，基于电网系统的用电管理方法包括以下步骤：

S201：初始化电网系统的控制系统。

S202：生成功率输出供应曲线。

控制器100通过无线或者有线网络、电力线载波等形式从传统电网110下载本区域的历史供电数据，并生成功率输出供应曲线。

S203：生成产能统计模型。

控制器100可以通过调整标准的模型或者通用的模型来获得自家的产能统计模型，产能统计模型也可以由分布式能源供电设备120的供应商提供。

S204：生成用电统计模型。

对用电设备140用带有无线传输及测量功能的转换插座进行设置，用户在电网系统安装好后，控制器100自动收集所有插座130上的电能接入情况，并显示在用户界面160上，同时根据预设的通用电器模型，生成针对该用电设备140的用电统计模型。

S205：对以上各种曲线、模型进行拟合校正。

控制器100基于实时数据对以上各种曲线、模型进行拟合校正。

S206：接收用户自定义的用电设备组合。

用户通过用户界面160可以很方便的根据某一天的实际情况添加当天需要运行的用电设备140，自定义每天需要的用电设备组合。同时用户还可以通过网络方式登录该控制系统，对用电设备的用电情况进行临时的修改或者安排。

S207：生成切换控制信号。

控制器100根据用户自定义的用电器组合，基于以上各种拟合校正的曲线、模型，以时间为参考量，对实时收集的3方数据进行比较，对分布式能源供电设备120的产能进行预测，生成切换控制信号。

切换控制信号可以是采用分布式能源供电设备供电的切换控制信号或采用传统电网供电的切换控制信号，即决定是采用传统电网110还是采用分布式能源供电设备120进行供电。由于所有用电设备140的用电情况都是实时传送到控制器100上，因此在较短的时间间隔内，如15分钟，可以认为其用电需求是不变的，在控制器100中就可以根据分布式能源供电设备120在此时及以后间隔内的产能情况自适应的切换用电设备140的用电接入。图3是生成切换控制信号的流程图，生成切换控制信号的流程具体包括以下步骤：

S301：统计用电设备的用电需求。

以时间为参考，控制器100统计某时刻各用电设备140的用电需求，计算、统计某时刻后的时间间隔(如15分钟)内的总用电需求。

S302：判断分布式能源供电设备的供电能力是否满足用电设备的用电需求；如果是，则执行S331，如果否，则执行S332。

控制器100以时间为参考，对实时生成的功率输出供应曲线、产能统计模型以及用电统计模型进行比较，在传统电网110或者分布式能源供电设备120都满足用电设备140的用电需求时，对分布式能源供电设备120的产能进行预测，如果在一定的间隔时间内(例如15分钟)，分布式能源供电设备120的最低产能可以满足用电设备140的用电需求，则表示分布式能源供电设备120的供电能力满足用电设备140的用电需求。接着持续对分布式能源供电设备120的产能进行预测。如果在间隔时间内分布式能源供电设备120的产能不能够满足用电设备140的用电需求，则表示分布式能源供电设备120的供电能力不满足用电设备140的用电需求。

S331：生成采用分布式能源供电设备供电的切换控制信号。

S332：生成采用传统电网供电的切换控制信号。

S208：执行切换操作。

控制器100向插座130发送切换控制信号，插座130的继电器控制板接收到切换控制信号后，控制继电器进行切换操作。

S209：判断充电条件是否满足，如果是，则执行S210，如果否，则执行S207。

如果是采用传统电网110供电，判断充电条件是否满足即判断传统电网110供电电费是否便宜。

如果是采用分布式能源供电设备120供电，判断充电条件是否满足即判断分布式能源供电设备120的电能是否过剩。

S210：为储能设备充电。

用电设备140在某段时间内都有一个基本的用电需求量，诸如电冰箱、监控设备等用电器，此类设备的用电需求可视为家庭内部每天的最低用电量，根据分布式能源供电设备120的产能情况，首先满足该类用电器的用电需求，在此基础之上寻找分布式能源供电设备120的覆盖范围，在其产能旺盛的时候安排对其他用电器供电，如蓄电池、热水器等具有能量转化功能的用电器进行转化存储。

对实时收集的3方数据进行比较和决策过程中是基于以下四条原则：分布式能源供电设备的最大量使用原则；继电器切换频率最低原则；不断电设备、存储设备和具有能量转化功能的设备优先使用原则；用户干预最小化原则。

分布式能源供电设备最大量使用原则：以时间为参考，统计某时刻各用电器的用电需求，计算、预计某时刻后的时间间隔(例如15分钟)内的总用电需求，并根据用电器的数量进行能量需求的排列组合；同时预测分布式能源供电设备在该时间间隔内的产能情况，得出该间隔内的产能最大量和最小量，参考最小供应量反馈能够在间隔时间内满足最大的用电器使用数量，由控制器针对满足条件的用电器产生相应的控制指令，传送至继电器控制板实现对该用电器的供电切换。该原则在实施时还要依据继电器切换频率最低原则进行。

继电器切换频率最低原则：由于继电器的频繁切换会对用电器的使用效率及寿命产生重要影响，因此在设备的运行过程中需要尽量保证其不断电，也就是不对继电器进行切换。保证此原则的前提是对用电器在某种状态下的用电情况进行评估和预测。在遵循此原则的前提下，需要系统对某个时刻有用电需求的用电器进行统计，并对其用电量进行统计，进而进行排列组合得出各种总用电量的用电器组合方式，然后在此基础上检测分布式能源供电设备一天内的产能，采用统计加预测的方式，当在某一段时间其最低产能能够满足有需求用电器的用电量时，控制器输出控制指令，控制继电器进行供电切换。若有其他需求用电器未能在该时刻得到满足，则重复上述过程，继续对产能进行监视。在整个产能周期都无法满足需求的情况下，根据用户设定的最后时间限制，选择采用传统电网完成工作。保证各种用电器在运行情况下的不断电条件。

不断电设备、存储设备和具有能量转化功能的设备优先原则：每个家庭都有一个基本的用电需求量，诸如电冰箱、监控设备等用电器，此类用电器的用电需求可视为家庭内部的每天的最低用电量。根据分布式能源供电设备的产能情况，首先满足该类设备的用电需求，在此基础上寻找分布式能源的覆盖范围，在其产能旺盛的时候安排对其他设备的供电，诸如用户可安排在某天需要洗衣服、安排空调提前开启等操作，可以根据分布式能源供电设备最大量使用原则，由控制器根据产能情况对需要供电的用电器进行排列组合，选择在产能高峰期能够使这些用电器运行完毕，保证其在过程中不必进行供电切换。对于剩余电量可以采用对存储设备(如蓄电池)进行充电预存，或者对能够实现能量转化的设备(如热水器)进行转化存储。

用户干预最小化原则：用户只需要对某一天的运行模式进行设定，添加用电需求，而不用去对用电器的运行进行具体的安排。主要是针对分布式能源供电设备由于天气等外部环境影响而产生的不同，比如晴天、阴天等；其次要根据用户的用电需求进行设定，比如工作日、周末等；另外还可以对临时需要在某天运行的用电器进行安排，设定某一天要用到哪些用电器，而至于什么时候，采用何种供电，则由控制器根据实际情况进行安排。用户还可以通过网络或者通讯技术登录到控制器上对临时用电需求进行安排，诸如提前打开空调、提前加热热水器等。

Claims (7)

1.一种电网系统，包括传统电网、插座、用电设备，所述传统电网和用电设备分别与插座电连接，其特征在于：还包括控制器和分布式能源供电设备，所述分布式能源供电设备与插座电连接，所述插座中设置有继电器和继电器控制板，所述传统电网、分布式能源供电设备、插座、用电设备通过有线通信或无线通信的方式与控制器进行通信；所述控制器用于根据传统电网的供电情况生成功率输出供应曲线，根据分布式能源供电设备的产能参数生成产能统计模型，根据用电设备的电气参数生成用电统计模型，对以上各种曲线、模型进行拟合校正，生成切换控制信号，向插座发送切换控制信号；所述继电器控制板用于接收控制器发送的切换控制信号，控制继电器进行切换操作。

2.如权利要求1所述的电网系统，其特征在于：还包括用户界面，所述用户界面用于实现控制器与用户的无障碍交互，所述控制器还用于接收用户通过用户界面输入的用户自定义的用电设备组合。

3.如权利要求1或2所述的电网系统，其特征在于：还包括存储设备，所述存储设备用于与插座电连接，所述存储设备用于存储或者转化电能。

4.一种基于电网系统的用电管理方法，包括：

初始化电网系统的控制系统；

生成功率输出供应曲线、产能统计模型、用电统计模型；

对以上各种曲线、模型进行拟合校正；

接受用户自定义的用电设备组合；

生成切换控制信号；

执行切换操作。

5.如权利要求4所述的基于电网系统的用电管理方法，其特征在于：所述生成切换控制信号包括：

统计用电设备的用电需求；

判断分布式能源供电设备的供电需求是否满足用电设备的用电需求；

如果是，则生成采用分布式能源供电设备供电的切换控制信号；

如果否，则生成采用传统电网供电的切换控制信号。

6.如权利要求4所述的基于电网系统的用电管理方法，其特征在于：还包括：判断充电条件是否满足，如果是，则为储能设备充电。

7.如权利要求6所述的基于电网系统的用电管理方法，其特征在于：所述判断充电条件是否满足是判断传统电网供电电费是否便宜或判断分布式能源供电设备的电能是否过剩。

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