CN102299513A - 用户级混合电力智能配电系统与方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及电力输入输出和调控技术领域，具体涉及一种用户级混合电力智能配电系统与方法和技术。采用嵌入式管理控制系统模块、电力监测电路模块、蓄电池管控电路、保护电路及调控开关组电路、系统总线电路以及AD/DA电路、电参数监测电路、温感监测电路、充电电路、放电电路、放电器接口和蓄电池组、输出端口组、输入端口组组成该系统。在不影响传统供电体系的前提下，提供一种嫁接在现有供电系统之上的用户级混合用电控制系统与用电模式，使用户能够主动、自由采用清洁能源又能有效在用户级调配传统用电并获取最大投资效益。

Description

用户级混合电力智能配电系统与方法
技术领域
本发明涉及电力输入输出和调控技术领域，具体涉及一种用户级混合电力智能配电系统与方法。
技术背景
清洁能源现生成为全球的焦点，如何利用好清洁能源也是摆在全人类面前的一个重要课题。从供电层面：太阳能发电、风电、水电等各种清洁能源已经开始被广泛推广和采用。但是，目前从电力供应方面去看，多有穿新鞋走老路的影子，就是从发电到储电，再到并网供电，也就是从生产到销售再到用户的传统发电大厂之路。不过由于由多种类型构成的分布式电源(EDR)，都有一个明显的特点，就是电能输出不连续或不稳定；如太阳能和风能发电受自然条件的影响，电能输出不连续也极不稳定，为解决这一问题，电厂必须在蓄电及逆变送电方面花费大量投资，而且效果也不太理想，造成不小的浪费，如何最大发挥清洁能源的投资效益，如何使不稳定的电源能满足人们使用的需要，是清洁能源有效利用的全球关注的问题。这与传统的火电能稳定输出供电有所不同，大量分布式电源(EDR)需要由众多的用电用户直接使用，而且能够与供电部门供应输入的电力混合使用，这就需要在不影响传统供电体系的前提下，提供一种嫁接在现有供电系统之上的用户级混合用电智能控制系统与用电模式。
从用户层面看，传统电力供电模式是电力公司统筹和主导，用户几乎没有参与的机会，不论是电的定价，还是电力调配，都由电力公司集中管理支配。现有技术路线和技术方案就是电厂→电网→电表(用户)，最新技术就是采用智能电表采集用户用电信息，同时也向用户传达阶梯电价的指导信息极为有限地与用户沟通信息，但，仍然摆脱不了由电力公司主导用户的传统模式，用户始终不能主动参与和自由调控自己的用户模式。特别是阻碍了分布式电源在用户级的采用。用户如何参与传统用电与分布式电源应用的融合，已经成为目前清洁能源应用推广到千家万户的一个重大技术课题。
为此，全球科学家都在研讨，引入智能电网的新模式。特别是美国，目前，美国多个州已开始设计智能电网系统，国际上电子产业和信息产业龙头都已投入智能电网业务。据美国能源部中国办公室的官员2009年6月介绍，美国科罗拉多州的波尔得市是美国第一个智能电网城市。每户家庭都安排了智能电表，人们可以很直观地了解当时的电价，从而把一些事情，比如洗衣服、烫衣服等安排在电价低的时间段。电表还可以帮助人们优先使用风电和太阳能等清洁能源。同时，变电站可以收集到每家每户的用电情况。一旦有问题出现，可以重新配备电力。该智能电网技术的特征主要是，每户家庭都安排了智能电表，人们可以很直观地了解当时的电价并调整用电计划，调整用电计划。
但是，这只是智能电网的一个初级的实践，仍然是建在电厂→电网→电表用户的传统模式上。所以，很难让用户参与和加入清洁用电的自由主动投资和使用分布式电源(EDR)行列，要解决这一缺陷，使广大民众能主动参与和普及清洁用电，就必须要有一种新的供电和用电的新模式、新技术、新系统。在此，本发明提出了一种用户级混合电力智能配电系统与方法。
发明内容
本发明的目的，就是为此提出一种用户级混合电力智能配电系统与方法。使用户能够主动、自主采用清洁能源又能有效在用户级调配传统用电并获取最大投资效益。同时，也可以为电力公司和其他清洁能源的投资者提供一种积极有效的多能源混合电力用电的盈利模式，为清洁能源的推广提供一种能激励用户参与并多方受益的技术方案。
本发明设计了一种用户级混合电力智能配电系统与方法，其特征是采用嵌入式管理控制系统模块、电力监测电路模块、蓄电池管控电路、保护电路及调控开关组电路、系统总线电路以及AD/DA电路、电参数监测电路、温感监测电路、充电电路、放电电路、放电器接口、逆变电路、系统电源和蓄电池组、输出端口组、输入端口组组成用户系统。其特征是系统的管理控制方法为由嵌入式管理控制系统模块根据软件模块预置或键盘或通信的参量数据信息，比较不同输入电力的使用成本，调控电力输入和输出的配电，并根据电力监测电路模块监测的传感数据信息自动对存储器的参量数据信息进行动态修正和更新，并生成电力调配指令。
为了实现混合电力的智能配电，所述用户级混合电力智能配电系统与方法，其特征在于系统的管理控制方法是，设定的参量数据信息至少包括：分时段用电量、分时段发电量、蓄电量、额定用电量以及电力公司的阶梯电价与相应时段五种参量数据并按周期存于存储器中作为比照参量数据，由嵌入式管理控制系统模块以每天的每个时段为周期，根据电力监测电路模块实时监测的相应数据信息进行处理，动态生成当天该时段当前参量数据，并与该时段比照参量数据进行比对，实时生成电力调配指令并通过系统总线电路调控蓄电池管控电路和保护电路及调控开关组电路执行该电力调配指令；在该时段周期结束时，根据本监测周期实时监测的当前参量数据与比照参量数据相比的变化趋势，生成新的该时段周期的比照参量数据，存于存储器中作为下一次使用的比照参量数据。
本发明所述用户级混合电力智能配电系统与方法，特征还在于系统自动运行软件模块，按清洁用电、低价用电，高价用电的优先次序由嵌入式管理控制系统模块进行评测和调控。通过蓄电池管控电路保护电路及调控开关组电路调控电力输入，电力输出以及蓄电和放电，实现最佳智能配电和用电。
为了合理配备和集成用户级混合电力智能配电系统，本发明所述用户级混合电力智能配电系统与方法，其用户接入的太阳能发电或其他清洁电力的电量及蓄电池的容量设置与用户用电量特别是各时段用电量相关，其特征在于用户级混合电力智能配电系统的配备和集成的原则方法是更多满足下列条件：
①清洁电力的发电电量+蓄电量+低价时段电量≥额定电量；
②清洁电力的发电电量+低价时段电量≥日平均总用电量；
③清洁电力发电时段发电量+蓄电量≥清洁电力发电时段用电量；
④清洁电力的发电电量≥1/3蓄电量；
⑤蓄电池充电时间≤低价时段电量的供电时间；
系统运行时，自动根据用户实际用电的动态数据对用户进行个性化调配和优化并提示用户调整用户级混合电力智能配电系统的配备和集成。
本发明所述用户级混合电力智能配电系统与方法，其嵌入式管理控制系统模块的特征是由微处理器、软件模块、存储器、时钟电路、电源供应电路、系统总线驱动电路与接口、I/O驱动电路、总线以及显示电路、键盘电路、通信电路与接口组成，并通过系统总线驱动电路与接口与嵌入式管理控制系统模块、电力监测电路模块、蓄电池管控电路和保护电路及调控开关组电路相连，并以异步通信方式实时接收电力监测电路模块发送的监测数据信息。
本发明所述用户级混合电力智能配电系统与方法，其电力监测电路模块的特征是设有电参数和温度参数信息采集传感器电路与接口。其保护电路及调控开关组电路的特征是设有针对过压、过流、短路现象的保护电路及防雷和防电涌保护电路。
利用本发明所述用户级混合电力智能配电系统与方法，可以实现全新的供电和用电的新模式、新技术、新系统。解决了很难让用户参与和加入清洁用电的自由主动投资和使用分布式电源(EDR)的缺陷，使传统用电与分布式电源应用的有效融合，让用户能够主动、自由采用清洁能源又能有效在用户级调配传统用电并获取最大投资效益。还可以为电力公司和其他清洁能源的投资者提供一种积极有效的多能源混合电力用电的盈利模式，实现在清洁能源的推广过程中既能激励用户参又可以多方受益。
附图说明
图1构成用户级混合电力智能配电系统的原理框图；
图2嵌入式管理控制系统模块的框图；
图3一个用户级混合电力智能配电系统的系统集成示意图。
具体实施方式
作为实施例子，结合附图对用户级混合电力智能配电系统给予说明，但是，本发明的技术与方案不限于本实施例子给出的内容。
图1给出了构成用户级混合电力智能配电系统的原理框图。如图1所示，本发明的用户级混合电力智能配电系统采用嵌入式管理控制系统模块(11)、电力监测电路模块(12)、蓄电池管控电路(13)、保护电路及调控开关组电路(14)、系统总线电路(15)以及AD/DA电路(21)、电参数监测电路(22)、温感监测电路(23)、充电电路(31)、放电电路(32)、放电器接口(33)、逆变电路(34)、系统电源(35)和蓄电池组(41)、输出端口组(42)、输入端口组(43)组成用户级混合电力智能配电系统。其特征是系统的管理控制方法为由嵌入式管理控制系统模块(11)根据软件模块(102)预置或键盘(172)或通信(173)的参量数据信息，比较不同输入电力使用成本，调控电力输入和输出的配电，并根据电力监测电路模块(12)监测数据信息自动对存储器(103)的参量数据信息进行动态修正和更新，并生成电力调配指令。
图2给出了采用嵌入式管理控制系统模块的框图。如图2所示，嵌入式管理控制系统模块(11)由微处理器(101)、软件模块(102)、存储器(103)、时钟电路(104)、电源供应电路(105)、系统总线驱动电路与接口(106)、I/O驱动电路(107)、总线(108)以及显示电路(171)、键盘电路(172)、通信电路与接口(173)组成，并通过系统总线驱动电路与接口(106)与嵌入式管理控制系统模块(11)、电力监测电路模块(12)、蓄电池管控电路(13)和保护电路及调控开关组电路(14)相连，并以异步通信方式实时接收电力监测电路模块(12)发送的监测数据信息。
在嵌入式管理控制系统模块(11)中，设定的参量数据信息至少包括：分时段用电量、分时段发电量、蓄电量、额定用电量以及电力公司的阶梯电价与相应时段五种参量数据并按周期存于存储器(103)中作为比照参量数据，由嵌入式管理控制系统模块(11)以每天的每个时段为周期，根据电力监测电路模块(12)实时监测的相应数据信息进行处理，动态生成当天该时段当前参量数据，并与该时段比照参量数据进行比对，实时生成电力调配指令并通过系统总线电路(15)调控蓄电池管控电路(13)和保护电路及调控开关组电路(14)执行该电力调配指令；在该时段周期结束时，根据本监测周期实时监测的当前参量数据与比照参量数据相比的变化趋势，生成新的该时段周期的比照参量数据。
图3给出了一个用户级混合电力智能配电系统的系统集成示意图。系统各功能部件的连接关系与系统组成如图3所示，包括管控子系统(301)含有嵌入式管理控制系统模块(11)、输入端口组(43)及系统总线电路(15)以及保护电路和可电控开关组，还包括显示、键盘及通信部件；监测子系统(302)含有电力监测电路模块(12)、AD/DA电路(21)、电参数监测电路(22)、温感监测电路(23)、传感电路与接口以及系统总线电路(15)的连接电路与接口；充电子系统(303)含有充电电路(31)、系统总线电路(15)的连接电路与接口以及可电控开关组；逆变与放电子系统(304)含有逆变电路(34)、放电电路(32)、放电器接口(33)以及系统总线电路(15)的连接电路与接口和可电控开关组；保护电路及调控子系统(305)含有保护电路及调控开关组电路(14)、系统总线电路(15)的连接电路以及输出端口组(42)；蓄电池子系统(306)含有两组及以上的蓄电池组，一组为用户供电时，另外一组可以进行充电；每组蓄电池由多个单体蓄电池组成，每个蓄电池单体均与充电子系统(303)和逆变与放电子系统(304)相连，可以独立进行充电和放电，受控于充电电路(31)和放电电路(32)及逆变电路(34)。在本例子中清洁能源选择用太阳能发电供电，与传统电力供应的市电构成混合电力供电。即：太阳能电力(311)，市电接入(312)；为用户提供的电力通过放电输出(351)，直流输出(352)，交流输出(353)完成。
本发明所述用户级混合电力智能配电系统与方法，其系统的配备和集成与用户接入的太阳能发电或其他清洁电力的电量及蓄电池的容量设置和用户的用电量特别是各时段用电量相关，本例按如下的原则方法尽量更多满足下列条件：
①清洁电力的发电电量+蓄电量+低价时段电量≥额定电量；
②清洁电力的发电电量+低价时段电量≥日平均总用电量；
③清洁电力发电时段发电量+蓄电量≥清洁电力发电时段用电量；
④清洁电力的发电电量≥1/3蓄电量；
⑤蓄电池充电时间≤低价时段电量的供电时间；。
本例系统的电参数采集传感器和温度参数信息采集传感器分别设置在可电控开关组的内侧(与电力输入、输出接口连接处为可电控开关的外侧)；系统还设有针对过压、过流、短路现象的保护电路及防雷和防电涌保护电路并设置在可电控开关组与电力输入、输出接口连接的线路之间。
系统安装运行后，系统自动运行软件模块(102)按清洁用电、低价用电，高价用电的优先次序由嵌入式管理控制系统模块(11)进行评测和调控。通过蓄电池管控电路(13)保护电路及调控开关组电路(14)调控电力输入，电力输出以及蓄电和放电，实现最佳智能配电和用电。
随着系统使用自动根据用户实际用电的动态数据进行统计和处理，可以对用户进行个性化调配和优化并提示用户调整用户级混合电力智能配电系统的集成配备。
上述，说明了用户级混合电力智能配电系统的构成与方法的示例，下面就上述系统的具体应用给予进一步举例说明。
应用实例及说明一：
用户级混合电力智能配电系统用于家庭时，将现有的家用电表的市电输出端与本系统的市电输入端相连接，太阳能发电的电力输出端与本系统清洁能源电力输入端相连接；再将用电器接入本系统的电力输出端即可运行了。对于家庭应用系统来说，全天均有可能用电，运营状况可分为：
1.太阳能可以发电时
①用电器用电，系统根据连接及用电需求传感信号，自动连通直流直供或蓄电池直供，或蓄电逆变后供电。太阳能供电大于用电需求时，多余电力用于蓄电池充电或进行放电；当太阳能供电小于用电器需求时，不足部分利用蓄电池供电(直供或逆变后供电)，再不足时，可用市电(直供或转换为直流供电)。
②用电器停止用电，太阳能可以发电时，先充蓄电池，充满后，自动进行放电输出。
2.太阳能不能发电
在用电器用电时，太阳能不足或不能发电时，系统可以自动根据时段的相应阶梯电价比较和判断选用蓄电池供电或低价时段的市电来供电；在夜间低峰电价时，为蓄电池补充一定比例电力，可根据近一阶段用电参数统计，预测，决定充电量。
应用实例及说明二：
机关、学校，以白天为主或延至傍晚为多。按要求接入系统，运营状况为：
1.太阳能供电
系统以天为周期，统计分析一天的用电时间发布、太阳能电力或与蓄电池一起供电，采取直供或逆变后供电；当太阳能供电大于用电时，多余电力为备用蓄电池组进行充电，预测并控制到晚间下班时或到相应阶梯电价的低峰价供电时；对于用完蓄电的蓄电池，在夜间用相应阶梯电价的低峰电价的市电进行充电，或根据统计数据预测，可用第二天上午太阳能供电进行充电。
2.太阳能不供电时
是否先用蓄电供电，系统会自动根据阶段电价进行调控，将蓄电池电力用在相应阶梯电价高电价时段的用电，在相应阶梯电价的低电价时段进行充电，使得用电成本最省
3.根据电力公司通知，本系统可以用作停电时，应急用电。

Claims (8)

1.用户级混合电力智能配电系统与方法，采用嵌入式管理控制系统模块(11)、电力监测电路模块(12)、蓄电池管控电路(13)、保护电路及调控开关组电路(14)、系统总线电路(15)以及AD/DA电路(21)、电参数监测电路(22)、温感监测电路(23)、充电电路(31)、放电电路(32)、放电器接口(33)、逆变电路(34)、系统电源(35)和蓄电池组(41)、输出端口组(42)、输入端口组(43)组成系统。其特征是系统的管理控制是由嵌入式管理控制系统模块(11)根据软件模块(102)预置或键盘(172)或通信(173)的参量数据信息，比较不同输入电力的使用成本，调控电力输入和输出的配电，并根据电力监测电路模块(12)监测的传感数据信息自动对存储器(103)的参量数据信息进行动态修正和更新，实时生成电力调配指令。
2.权利要求1所述用户级混合电力智能配电系统与方法，其特征在于系统的管理控制方法是，设定的参量数据信息至少包括：分时段用电量、分时段发电量、蓄电量、额定用电量以及电力公司的阶梯电价与相应时段五种参量数据并按周期存于存储器(103)中作为比照参量数据，由嵌入式管理控制系统模块(11)以每天的每个时段为周期，根据电力监测电路模块(12)实时监测的相应数据信息进行处理，动态生成当天该时段当前参量数据，并与该时段比照参量数据进行比对，实时生成电力调配指令并通过系统总线电路(15)调控蓄电池管控电路(13)和保护电路及调控开关组电路(14)执行该电力调配指令；在该时段周期结束时，根据本监测周期实时监测的当前参量数据与比照参量数据相比的变化趋势，生成新的该时段周期的新的比照参量数据，存于存储器(103)中作为下一次使用的比照参量数据。
3.权利要求1所述用户级混合电力智能配电系统与方法，特征还在于系统自动运行软件模块(102)，按清洁用电、低价用电，高价用电的优先次序，由嵌入式管理控制系统模块(11)进行评测和调控。通过蓄电池管控电路(13)保护电路及调控开关组电路(14)调控电力输入，电力输出以及蓄电和放电，实现最佳智能配电和用电。
4.权利要求1所述用户级混合电力智能配电系统与方法，其用户接入的太阳能发电或其他清洁电力的电量及蓄电池的容量设置与用户用电量特别是各时段用电量相关，其特征在于用户级混合电力智能配电系统的配备和集成的原则方法是更多满足下列条件：
①清洁电力的发电电量+蓄电量+低价时段电量≥额定电量；
②清洁电力的发电电量+低价时段电量≥日平均总用电量；
③清洁电力发电时段发电量+蓄电量≥清洁电力发电时段用电量；
④清洁电力的发电电量≥1/3蓄电量；
⑤蓄电池充电时间≤低价时段电量的供电时间；
系统运行时，自动根据用户实际用电的动态数据对用户进行个性化调配和优化并提示用户调整用户级混合电力智能配电系统的配备和集成。
5.权利要求1所述用户级混合电力智能配电系统与方法，其嵌入式管理控制系统模块(11)的特征是由微处理器(101)、软件模块(102)、存储器(103)、时钟电路(104)、电源供应电路(105)、系统总线驱动电路与接口(106)、I/O驱动电路(107)、总线(108)以及显示电路(171)、键盘电路(172)、通信电路与接口(173)组成，并通过系统总线驱动电路与接口(106)与嵌入式管理控制系统模块(11)、电力监测电路模块(12)、蓄电池管控电路(13)和保护电路及调控开关组电路(14)相连，并以异步通信方式实时接收电力监测电路模块(12)发送的监测数据信息。
6.权利要求1所述用户级混合电力智能配电系统与方法，其蓄电池组(41)的特征是设有两组及以上的蓄电池组，一组为用户供电时，另外一组可以进行充电；每组蓄电池由多个单体蓄电池组成，每个蓄电池单体均可独立进行充电和放电，受控于充电电路(31)和放电电路(32)。
7.权利要求1所述用户级混合电力智能配电系统与方法，其电力监测电路模块(12)的特征是设有电参数和温度参数信息采集传感器电路与接口。
8.权利要求1所述用户级混合电力智能配电系统与方法，其保护电路及调控开关组电路(14)的特征是设有针对过压、过流、短路现象的保护电路及防雷和防电涌保护电路。
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