CN102103362B

CN102103362B - 微电网系统和基于微电网系统的模糊控制方法

Info

Publication number: CN102103362B
Application number: CN2009101890349A
Authority: CN
Inventors: 刘学智; 李磊
Original assignee: Shenzhen Institute of Advanced Technology of CAS
Current assignee: Shenzhen Institute of Advanced Technology of CAS
Priority date: 2009-12-17
Filing date: 2009-12-17
Publication date: 2012-11-14
Anticipated expiration: 2029-12-17
Also published as: CN102103362A

Abstract

本发明涉及一种微电网系统和基于微电网系统的模糊控制方法，所述微电网系统包括模糊控制系统、分布式能源供电设备、用电器；所述模糊控制系统用于采集传统电网的电价信息和分布式能源供电设备的功率信息，采用模糊控制方法管理用电器。所述微电网系统通过采用模糊控制方法实现了用户用电消费满意度和减少负荷高峰两者之间的最优折中，避开了用电高峰，既减轻了微电网系统的负担，又节省用电开支，进而缓解了用电供需矛盾。

Description

微电网系统和基于微电网系统的模糊控制方法

【技术领域】

本发明涉及一种微电网系统和基于微电网系统的模糊控制方法。

【背景技术】

目前，随着世界能源的日益短缺，企业的快速发展和居民用电器的增多，传统电网出现了很大的供需矛盾。电能使用过程中，集中消费电能的时段形成用电负荷高峰，电能消费很少的时段形成用电负荷低谷。一般来说，用来保证用电负荷高峰的机组容量利用率仅占全年机组总运行小时数的大约1-2％，这样就导致供电设备投资增加，利用率却降低，使得供电成本不断增加。经统计，用电负荷高峰中居民用电占了将近20-25％的因素，由于人们的生活习性为白天工作夜晚休息，从而又导致传统电网的用电负荷高峰与用电负荷低谷的差距日益增加，而目前还没有一种较好的电能管理方案来解决上述问题。

【发明内容】

有鉴于此，有必要针对传统电网的用电负荷高峰与用电负荷低谷的差距日益增加的问题，提供一种既能减轻传统电网系统的负担，又节省用电开支的微电网系统。

同时有必要提供一种基于微电网系统的模糊控制方法。

一种微电网系统，包括模糊控制系统、分布式能源供电设备、用电器；所述模糊控制系统用于采集传统电网的电价信息和分布式能源供电设备的功率信息，采用模糊控制方法管理用电器；所述模糊控制系统包括信息采集模块、模糊量化处理模块、模糊推理模块、解模糊化模块、输出模块；所述信息采集模块用于采集传统电网的电价信息和分布式能源供电设备的功率信息；所述模糊量化处理模块将传统电网的电价信息和分布式能源供电设备的功率信息转换成模糊量；所述模糊推理模块根据有经验的操作人员或专家的操作经验所制定的模糊规则库对输入的模糊量进行模糊推理，计算出模糊控制信号；所述解模糊化模块将模糊控制信号转变成数字化控制信号；所述输出模块用于输出数字化控制信号。

优选的，还包括用户界面，所述用户界面用于显示用电器的工作状态，供用户选择合适的模式及进行偏好设置。

优选的，所述用户界面具有超省、经济以及舒适三种模式。

优选的，所述用户界面与个人电脑或者手机连接。

优选的，所述模糊控制系统与用电器之间通过无线通信技术进行通信。

优选的，所述模糊控制系统还用于采集天气信息，根据以往的运行记录，对下一时段传统电网的电价和分布式能源的发电状况进行预测。

一种基于微电网系统的模糊控制方法，包括：采集传统电网的电价信息和分布式能源供电设备的功率信息；将传统电网的电价信息和分布式能源供电设备的功率信息转换成模糊量；根据有经验的操作人员或专家的操作经验所制定的模糊规则库对输入的模糊量进行模糊推理，计算出模糊控制信号；将模糊控制信号转变成数字化控制信号；输出数字化控制信号。。

优选的，还包括采集用户的偏好设置和天气信息。

上述微电网系统及基于微电网系统的模糊控制方法通过采用模糊控制的方法实现了用户用电消费满意度和减少负荷高峰两者之间的最优折中，避开了用电高峰，既减轻了传统电网系统的负担，又节省用电开支，进而缓解了用电供需矛盾。

【附图说明】

图1是微电网系统的示意图。

图2是模糊控制系统的示意图。

图3是基于微电网系统的模糊控制方法的流程图。

图4是传统电网的电价的隶属函数示意图。

图5是分布式能源供电设备的功率的隶属函数示意图。

图6是用电器运行状态的隶属函数示意图。

图7是模糊推理规则的示意图。

图8是模糊推理结果的三维示意图。

图9是模糊推理结果的交互操作图。

【具体实施方式】

下面结合附图，通过对本发明的具体实施方式详细描述，将使本发明的技术方案及其他有益效果显而易见。

图1是微电网系统的示意图。微电网系统10包括模糊控制系统100、分布式能源供电设备120、用户界面130、用电器140。

用户可以通过用户界面130查看用电器140的工作状态，在舒适度与电价经济性之间进行权衡，选择合适的模式，进行偏好设置。

模糊控制系统100用于采集传统电网110的电价、分布式能源供电设备120的功率信息以及用户界面130的用户偏好设置，采用模糊控制方法对用电器140进行智能化管理。模糊控制系统100可以是可编程控制器，与用电器140之间可采用无线通讯技术，对用电器140进行远程控制。

图2是模糊控制系统的示意图。模糊控制系统100包括信息采集模块101、模糊量化处理模块102、模糊推理模块103、解模糊化模块104、输出模块105。

信息采集模块101采集用户的偏好设置、传统电网110的电价以及分布式能源供电设备120的功率信息。

模糊量化处理模块102根据模糊隶属函数(Membership Function)将传统电网110的电价信息和分布式能源供电设备120的功率信息转换成知识库和模糊推理模块103可以理解和操作的模糊量。

模糊推理模块103根据有经验的操作人员或专家的操作经验所制定的模糊规则库对输入的模糊量进行模糊推理(或决策)，计算出模糊控制信号，然后结合用户偏好设置得出模糊推理结果。

解模糊化模块104将不能直接用来控制被控对象的模糊控制信号重新变成一个可以直接用来控制被控对象的精确的数字化控制信号。

输出模块105输出精确的数字化控制信号。

图3是基于微电网系统的模糊控制方法的流程图，基于微电网系统的模糊控制方法包括如下步骤：

S101：采集信息。

采集的信息包括用户的偏好设置、传统电网110的电价、分布式能源供电设备120的功率信息、天气信息等等。信息采集模块101通过有线或无线通信的方式获取传统电网100的实时电价或分时电价信息，通过功率测量装置获取分布式能源供电设备120的功率信息，此外，信息采集模块101还可以采集天气信息，根据以往的运行记录，对下一时段传统电网110的电价和分布式能源供电设备120的发电状况进行预测。

S102：模糊化处理。

模糊量化处理模块102根据模糊隶属函数将传统电网110的电价信息和分布式能源供电设备120的功率信息转换成知识库和模糊推理模块103可以理解和操作的模糊量。

S103：模糊推理。

模糊推理模块103根据有经验的操作人员或专家的操作经验所制定的模糊规则库对输入的模糊量进行模糊推理(或决策)，计算出模糊控制信号，然后结合用户偏好设置得出模糊推理结果，该模糊推理结果与模糊控制系统100从用电器140采集到的经模糊化处理的用电器状态反馈量进行比较，如果两者一致则保持用电器状态，不进行任何操作。若不一致，则进行解模糊化处理。

S104：解模糊化处理。

解模糊化模块104将不能直接用来控制被控对象的模糊量(即模糊隶属函数)重新变成一个可以直接用来控制被控对象的精确的数字化控制信号。

S105：输出控制信号。

输出模块105将解模糊化模块104产生的控制信号输出到模糊控制系统100。

模糊控制系统100把接收到的控制信号传输至用电器140的接收模块，接收模块执行指令，从而改变用电器140的工作状态，使用电器执行用户的偏好设置，实现对用电器的智能控制和管理。

在高峰时段，系统在维持用户可接受的舒适满意度内使用电器耗电最少，并在可调节用电器的最大允许延时范围内将其调至离峰时段，此称为负载转移(load shifting)，即将尖峰负载转移至离峰使用，以提高供电设备使用率。如果许多家庭将可调节的用电器都安排到低电价时段，可能形成新的负荷高峰时段，所以模糊控制系统将在用户要求的时段内做随机安排。

下面具体说明如何对用电器进行分类。

用电器可以分为三类：I类电器、II类电器、III类电器。

I类电器又称为可调节用电器，即可通过调节温度、亮度等来改变用电器的需求功率，如空调、加热器、风扇、冰箱、灯具等。

II类电器又称为可延时用电器，即用电器的使用时间可以向后延时，只要在规定的某个时间段内运行完成即可，如洗衣机、洗碗机、干衣机等。对于II类电器，用户可以把需要这些电器处理的物品早早放进去，等待自动控制的指令来开启运行。

III类电器：除了I、II类之外的电器，如电视、计算机等。这些用电器不能反复起停，因此一般不允许短时间内多次间断开启，必须连续使用一段时间。

下面具体说明用户界面所具有的模式。

用户界面具有超省、经济以及舒适三种模式，每个模式有如下参数：传统电网电价、分布式能源供电设备功率、温度允许偏差、灯的最小亮度、热水器的最小性能以及洗衣机、烘干机和洗碗机等II类电器的最大允许延时。用户可以通过个人电脑或者手机登录该界面进行模式选择和参数的偏好设置。

下面具体说明隶属函数。

图4是传统电网的电价的隶属函数示意图。传统电网的电价分为高、中、低三个模式，其划分范围可根据实际情况作更改。

图5是分布式能源供电设备的功率的隶属函数示意图。分布式能源供电设备的功率分为强、中、弱三个模式，其划分范围可根据实际情况作更改。

图6是用电器运行状态的隶属函数示意图。用电器运行状态分为超省、经济、舒适三种模式，其划分范围可根据实际情况作更改。具体到不同的用电器，可以根据用户满意度的大小将I类电器中空调和风扇的运行状态分为最佳、偏热、更热三个模式；加热器分为最佳、偏冷、更冷三个模式；灯具分为最佳、偏暗、更暗三个模式。II类电器分为即时运行和延时运行两个状态，记为即时和延时，没有隶属函数，是精确的状态。若有蓄电池也将其分为充电、保持、放电三个状态，记为+、o、-。蓄电池的可选状态是考虑到该微电网系统中太阳能供电设备是否接入微电网系统，若已接入则微电网系统不需要蓄电池。

下面具体说明模糊推理过程。

图7是模糊推理规则的示意图。若电价低、太阳能发电能力强则各用电器调至舒适状态，反之则调至用户接受范围内的省电状态，依此类推，此规则也可根据实际情况作更改。

图8是模糊推理结果的三维示意图，图9是模糊推理结果的交互操作图。系统根据定义好的输入与输出变量的隶属函数并结合模糊推理规则，进行模糊推理，得出模糊推理结果，并绘制模糊推理结果三维示意图和模糊推理结果的交互操作图。

上述基于微电网系统的模糊控制方法是利用模糊控制手段，对用电器进行模糊控制，在用户用电消费满意度和减少负荷高峰两者之间实施最优折中方案，对用电器进行智能化管理，既可以降低用电费用又减轻了电网系统的负担，缓解了电力供需矛盾。

以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims

1.一种微电网系统，其特征在于：包括模糊控制系统、分布式能源供电设备、用电器；所述模糊控制系统用于采集传统电网的电价信息和分布式能源供电设备的功率信息，采用模糊控制方法管理用电器；所述模糊控制系统包括信息采集模块、模糊量化处理模块、模糊推理模块、解模糊化模块、输出模块；

所述信息采集模块用于采集传统电网的电价信息和分布式能源供电设备的功率信息；

所述模糊量化处理模块将传统电网的电价信息和分布式能源供电设备的功率信息转换成模糊量；

所述模糊推理模块根据有经验的操作人员或专家的操作经验所制定的模糊规则库对输入的模糊量进行模糊推理，计算出模糊控制信号；

所述解模糊化模块将模糊控制信号转变成数字化控制信号；

所述输出模块用于输出数字化控制信号。

2.根据权利要求1所述的微电网系统，其特征在于：还包括用户界面，所述用户界面用于显示用电器的工作状态，供用户选择合适的模式及进行偏好设置。

3.根据权利要求2所述的微电网系统，其特征在于：所述用户界面具有超省、经济以及舒适三种模式。

4.根据权利要求2所述的微电网系统，其特征在于：所述用户界面与个人电脑或者手机连接。

5.根据权利要求1所述的微电网系统，其特征在于：所述模糊控制系统与用电器之间通过无线通信技术进行通信。

6.根据权利要求1所述的微电网系统，其特征在于：所述模糊控制系统还用于采集天气信息，根据以往的运行记录，对下一时段传统电网的电价和分布式能源的发电状况进行预测。

7.一种基于微电网系统的模糊控制方法，包括：

采集传统电网的电价信息和分布式能源供电设备的功率信息；

将传统电网的电价信息和分布式能源供电设备的功率信息转换成模糊量；

根据有经验的操作人员或专家的操作经验所制定的模糊规则库对输入的模糊量进行模糊推理，计算出模糊控制信号；

将模糊控制信号转变成数字化控制信号；

输出数字化控制信号。

8.根据权利要求7所述的基于微电网系统的模糊控制方法，其特征在于：还包括采集用户的偏好设置和天气信息。