CN103296751B - 可中断智能供电需求响应系统及其控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种可中断智能供电需求响应系统及其控制方法。可中断智能供电需求响应系统包括主控终端、数据集中器和多个电能信息采集控制器，电力用户有多路用电线路，每路用电线路上各连接有一个电能信息采集控制器，多个电能信息采集控制器又分别和数据集中器相连，数据集中器通过无线或有线网络和主控终端相连。控制方法为，主控终端按照需求响应事件期望切断的负荷量和中断响应时间，结合电力用户用电负荷线路的等级分类，生成优化的可执行中断策略方案，自动实现用电线路的智能通断控制，从而实现电力用户用电负荷信息的自动采集、策略选择和控制执行。本发明操作响应快，保证重要负荷的供电，大大提高电力需求侧用电控制的可靠性和灵活性。

Description

可中断智能供电需求响应系统及其控制方法

技术领域

本发明涉及一种电力用户供电控制系统及控制方法，尤其涉及一种电力用户在进行需求响应时能够自动控制用电负荷到期望水平的可中断智能供电需求响应系统及其控制方法。

背景技术

电力需求侧的用电控制是弹性降低高峰时段负荷的有效措施，对于缓解用电高峰紧张局面具有重要意义。需求响应是电力需求侧用电控制的一种重要手段，可通过政策指令或者激励引导用户积极配合电网的调峰措施。

传统的需求响应是用户接到用电管理部门启动有序用电的通知后，需要通过人工操作才能实现部分用电负荷电源的切断。很多时候可能需要切断多个电源才能使负荷降低到期望值，人工操作响应时间慢，误操作可能性大，影响重要负荷的供电。目前市面上也有部分支持远程控制的装置可以实现电源开关的遥控操作，但是单一的执行设备缺乏一套合理的控制策略，难以实现电力用户智能供电需求响应的要求。

发明内容

本发明主要解决原有电力用户完成供电需求响应一般都是通过人工操作或遥控设备实现用电负荷电源的切断，人工操作响应时间慢，误操作可能性大，会影响重要负荷的供电，而且单一的执行设备缺乏一套合理的控制策略，难以实现电力用户智能供电需求最优化响应的技术问题；提供一种可中断智能供电需求响应系统及其控制方法，其能按照需求响应事件期望切断的负荷量和中断响应时间生成最优化的中断策略方案，自动控制用电负荷电源的通断电，操作响应快，操作可靠性高，保证重要负荷的供电，大大提高电力需求侧用电控制的可靠性和灵活性。

本发明的上述技术问题主要是通过下述技术方案得以解决的：本发明可中断智能供电需求响应系统，包括主控终端、数据集中器和多个电能信息采集控制器，电力用户有多路用电线路，每路用电线路上各连接有一个所述的电能信息采集控制器，多个电能信息采集控制器又分别和所述的数据集中器相连，数据集中器通过无线或有线网络和所述的主控终端相连。电能信息采集控制器的功能分为两部分：一是采集与之相连的用电线路用电负荷的电力信息，包括电压、电流、功率和电能等，并将信息发送给数据集中器，通过数据集中器中转，最终将信息传输至主控终端；二是作为执行机构，执行主控终端经数据集中器下发的供电需求响应中用电线路负荷电源切断和接通任务并向主控终端报告执行结果。数据集中器作为上下级信息的传输通道，负责信息的中转。主控终端负责整个供电需求响应事件的策略执行，包括接受电力用户的需求响应指令，收集来自电能信息采集控制器上传的每路用电线路负荷监测点的电力参数以及自动生成中断执行策略并下发执行命令。本系统能根据生成的中断策略方案自动控制用电线路负荷电源的通断电，操作响应快，操作可靠性高，保证重要负荷的供电，大大提高电力需求侧用电控制的可靠性。

作为优选，所述的电能信息采集控制器通过ZIGBEE通信单元或485通信单元与所述的数据集中器相连。数据集中器与下级电能信息采集控制器之间的通信支持485和ZIGBEE自组网技术，可根据电力用户现场条件灵活选择使用，提高上下级之间通信的可靠性和实时性。ZIGBEE是一种物联网的无线通信技术，其网络具有快速组网、自动配置和自动恢复特点，可容纳节点数多。数据集中器与多个电能信息采集控制器之间构成一对多的网络。与485通信方式相比，ZIGBEE通信方式不需敷设通信线，节点容纳能力强、扩展性好且能主动上报信息。

作为优选，所述的数据集中器通过以太网通信模块或GPRS通信模块与所述的主控终端相连。数据集中器与上级主控终端之间可采用以太网或GPRS移动通信网进行数据通信，可根据电力用户现场条件灵活选择组网方式。

作为优选，所述的电能信息采集控制器包括微处理单元、电能采样单元、电能计量单元、ZIGBEE通信单元、485通信单元、存储单元、继电器单元及为整个电能信息采集控制器提供工作电压的电源单元，电能采样单元的输入端连接到电力用户的用电线路上，所述的继电器单元的触发开关串联在用电线路的供电线路中，电能采样单元的输出端和电能计量单元相连，电能计量单元、ZIGBEE通信单元、485通信单元及存储单元分别和所述的微处理单元相连，所述的微处理单元的控制信号输出端和所述的继电器单元的驱动端相连，所述的ZIGBEE通信单元、485通信单元分别和所述的数据集中器相连。电能信息采集控制器集成了用电信息采集、传输和控制三种功能，由电能采样单元采集用电线路电力信息，经电能计量单元处理，完成各种计量，发送给微处理单元，再由微处理单元经ZIGBEE通信单元或485通信单元上传给数据集中器。微处理单元通过ZIGBEE通信单元或485通信单元接收上级控制指令信号，通过驱动继电器单元主动切断用电线路供电电源，将负荷控制在期望值。电能信息采集控制器和数据集中器之间支持自组网技术，避免了单一485组网方式的实时性不高、布线困难、扩展性不强的问题。ZIGBEE通信单元和485通信单元可根据电力用户现场条件灵活选择使用。

作为优选，所述的数据集中器包括微控制模块、ZIGBEE通信模块、多个485通信模块、GPRS通信模块、以太网通信模块、存储模块及为整个数据集中器提供工作电压的电源模块，ZIGBEE通信模块、多个485通信模块、GPRS通信模块、以太网通信模块和存储模块分别与所述的微控制模块相连，所述的ZIGBEE通信模块和多个485通信模块一一对应地与多个所述的电能信息采集控制器相连，所述的GPRS通信模块和以太网通信模块分别和所述的主控终端相连。电能信息采集控制器和数据集中器之间支持自组网技术，避免了单一485组网方式的实时性不高、布线困难、扩展性不强的问题。ZIGBEE通信单元和485通信单元可根据电力用户现场条件灵活选择使用。数据集中器与上级主控终端之间可采用以太网或GPRS移动通信网进行数据通信，可根据电力用户现场条件灵活选择组网方式。使用灵活，实现方便。

作为优选，所述的数据集中器包括备用电池和电源切换电路，所述的电源模块由市电供电，市电及备用电池分别经所述的电源切换电路和所述的电源模块相连。当市电发生断电时，电源切换电路会自动切换到连通备用电池，此时数据集中器由备用电池供电，确保整个系统仍能正常工作。

本发明可中断智能供电需求响应系统的控制方法为：根据电力用户用电设备的使用重要性和允许可中断时间将电力用户的用电设备分成不同等级，处于同一等级的用电设备并联在同一路用电线路上，使电力用户拥有多路不同等级的用电线路，每路用电线路安装有一个所述的电能信息采集控制器，每个电能信息采集控制器及与之相连的用电线路构成一个控制节点，按照电力用户自定义的负荷重要性对多个控制节点进行分类，分为一类、二类、……、N类，负荷的重要性依次递减，再对每个控制节点允许的可中断时间进行设定；所述的电能信息采集控制器采集其所在用电线路用电负荷的电力信息，并将电力信息发送给所述的数据集中器，数据集中器作为上下级信息的传输通道，负责信息的中转，对接收到的多路用电线路用电负荷的电力信息进行处理和汇集，再发送给位于远端的所述的主控终端；所述的主控终端收集当前各控制节点的用电负荷的电力信息，按照需求响应事件期望切断的负荷量和中断响应时间进行中断策略方案比选，最后生成需执行的中断策略方案，主控终端发送中断执行命令给所述的数据集中器，数据集中器再转发中断命令给相应的电能信息采集控制器，电能信息采集控制器经过处理发出控制信号切断其所在用电线路的供电开关；当需求响应事件期望的中断响应时间结束时，所述的主控终端发送中断取消指令给所述的数据集中器，数据集中器再转发中断取消指令给相应的电能信息采集控制器，电能信息采集控制器经过处理发出控制信号接通其所在用电线路的供电开关。本方法中，电力用户参与需求响应时，可自动优选电力用户侧用电负荷线路，实现用电设备电源的智能通断控制，并报告实施结果，从而实现电力用户用电负荷信息的自动采集、策略选择和控制执行。本方法包含了从电力用户各路用电线路负荷信息收集→供电需求响应指令的接收→中断执行策略的智能生成→执行中断的整个需求响应全过程，电力用户主动参与制定需求响应方案，避免目前电力用户被动接受有序用电方案而易影响企业生产运转的问题。需求响应执行策略综合考虑了电力用户各路用电线路负荷等级和可允许的中断时间两个因素，提高了需求相应的灵活性，可操作性强，保证了重要负荷的供电，大大提高电力需求侧用电控制的可靠性，为需求响应的市场化推广提供了条件。

作为优选，当所述的需执行的中断策略方案中需要中断两个以上的控制节点时，所述的主控终端分步下发中断执行命令给所述的数据集中器，使需执行的中断策略方案中重要性较低的控制节点先断开、重要性较高的控制节点后断开，每个控制节点断开后所属电能信息采集控制器都会发送当前负荷及控制节点通断电状态给数据集中器，报告执行结果，再由数据集中器发送给所述的主控终端；中断过的控制节点恢复通电后，所属电能信息采集控制器通过数据集中器报告执行结果给所述的主控终端。进一步确保重要性高、允许中断时间短的控制节点晚一点断电或可以不断电。通过报告执行结果，使主控终端能实时监测各控制节点的通断电状况，提高操作的可靠性。

作为优选，当需求响应事件期望的中断响应时间结束时，所述的主控终端按照最后切断的控制节点先恢复通电的原则分步发送中断取消指令给所述的数据集中器，即重要性较低的控制节点后恢复通电、重要性较高的控制节点先恢复通电。确保重要性高、允许中断时间短的控制节点能早一点恢复通电，使生产工作状态尽早恢复到正常状态，尽量减少断电所带来的不便。

本发明的有益效果是：支持自组网通信技术，提高了电能信息采集控制器和上级主控终端通信时的可靠性和实时性。执行供电需求响应时，其能按照需求响应事件期望切断的负荷量和中断响应时间，结合电力用户用电负荷线路的等级分类，生成优化的可执行中断策略方案，自动实现用电线路的智能通断控制，并报告实施结果，从而实现电力用户用电负荷信息的自动采集、策略选择和控制执行，操作响应快，操作可靠性高，保证重要负荷的供电，大大提高电力需求侧用电控制的可靠性和灵活性。

附图说明

图1是本发明可中断智能供电需求响应系统的一种系统连接结构框图。

图2是本发明可中断智能供电需求响应系统中电能信息采集控制器的一种电路原理连接结构框图。

图3是本发明可中断智能供电需求响应系统中数据集中器的一种电路原理连接结构框图。

具体实施方式

下面通过实施例，并结合附图，对本发明的技术方案作进一步具体的说明。

实施例：本实施例的可中断智能供电需求响应系统，如图1所示，包括主控终端1、数据集中器2和六个电能信息采集控制器3，电力用户有六路用电线路4，每路用电线路4上各连接有一个电能信息采集控制器3，六个电能信息采集控制器3可分别根据需要选择使用ZIGBEE通信单元或485通信单元和数据集中器2相连，数据集中器2也可根据需要选择使用以太网通信模块或GPRS通信模块和主控终端1相连，实现有线通信或无线通信。

如图2所示，电能信息采集控制器3包括微处理单元31、电能采样单元32、电能计量单元33、ZIGBEE通信单元34、485通信单元35、存储单元36、继电器单元37及为整个电能信息采集控制器提供工作电压的电源单元38，电能采样单元32的输入端连接到电力用户的用电线路4上，继电器单元37的触发开关串联在用电线路4的供电线路中，电能采样单元32的输出端和电能计量单元33相连，电能计量单元33、ZIGBEE通信单元34、485通信单元35及存储单元36分别和微处理单元31相连，微处理单元31的控制信号输出端和继电器单元37的驱动端相连。

如图3所示，数据集中器2包括微控制模块21、ZIGBEE通信模块22、五个485通信模块23、GPRS通信模块24、以太网通信模块25、存储模块26、备用电池28和电源切换电路29及为整个数据集中器提供工作电压的电源模块27，ZIGBEE通信模块22、五个485通信模块23、GPRS通信模块24、以太网通信模块25和存储模块26分别与微控制模块21相连，电源模块27由市电30供电，市电30及备用电池28分别经电源切换电路29和电源模块27相连。根据安装环境和使用条件的需要，数据集中器2和电能信息采集控制器3之间可选择使用ZIGBEE通信方式或485通信方式，本实施例中，数据集中器2的ZIGBEE通信模块22和一个电能信息采集控制器3的ZIGBEE通信单元34无线相连，数据集中器2的五个485通信模块23分别通过485通信电缆和其余五个电能信息采集控制器3的485通信单元35相连。根据安装环境和使用条件的需要，数据集中器2和主控终端1之间可选择使用GPRS无线网络通信方式或以太网有线网络通信方式。本实施例中，数据集中器2既有GPRS通信模块24又有以太网通信模块25，若选择走GPRS无线网络通信方式，则数据集中器2通过GPRS通信模块24和主控终端1无线相连；若走以太网有线网络通信方式，则数据集中器2通过以太网通信模块25和主控终端1有线相连。

上述可中断智能供电需求响应系统的控制方法为，根据电力用户用电设备的使用重要性和允许可中断时间将电力用户的用电设备分成不同等级，处于同一等级的用电设备并联在同一路用电线路4上，使电力用户拥有多路不同等级的用电线路4，每路用电线路4安装有一个电能信息采集控制器3，每个电能信息采集控制器3及与之相连的用电线路4构成一个控制节点，按照电力用户自定义的负荷重要性对多个控制节点进行分类，分为一类、二类、三类、四类、五类和六类（当生产条件改变时，允许电力用户自行进行参数修改），负荷的重要性依次递减，再对每个控制节点允许的可中断时间进行设定。例如六类负荷控制节点为可以随时中断的部分照明，可中断时间为48小时；五类负荷控制节点为允许暂时中断的空调设备，可中断时间为24小时；依次类推；其中一类负荷控制节点重要性最大，为不可中断的用电线路。电能信息采集控制器3采集其所在用电线路4用电负荷的电力信息（包括电压、电流、功率和电能等），并将电力信息以ZIGBEE通信方式或485通信方式发送给数据集中器2，数据集中器2作为上下级信息的传输通道，负责信息的中转，对接收到的多路用电线路4用电负荷的电力信息进行处理和汇集，再通过GPRS无线网络或以太网有线网络发送给位于远端的主控终端1；主控终端1收集当前各控制节点的用电负荷的电力信息，按照需求响应事件期望切断的负荷量和中断响应时间进行中断策略方案比选，通过主控终端操作人员的选择和确认（如果电力用户不满意当前中断策略方案，可再进行选择和确认），最后生成最优化的需执行的中断策略方案，当需执行的中断策略方案中需要中断两个以上的控制节点时，主控终端1按控制节点的重要性从低到高依次分步下发中断执行命令给数据集中器2，数据集中器2再转发中断命令给相应的电能信息采集控制器3，电能信息采集控制器3经过处理发出控制信号给继电器单元37，驱动继电器触发开关跳闸，切断其所在用电线路4的供电开关，使需执行的中断策略方案中重要性较低的控制节点先断开、重要性较高的控制节点后断开，保证首先切断的是重要性程度最低、可允许中断时间最长的控制节点，每个控制节点断开后所属电能信息采集控制器3都会发送当前负荷及控制节点通断电状态给数据集中器2，报告执行结果，再由数据集中器2发送给主控终端1；当需求响应事件期望的中断响应时间结束时，主控终端1按照最后切断的控制节点先恢复通电的原则分步发送中断取消指令，即重要性较高的控制节点先恢复通电、重要性较低的控制节点后恢复通电，中断取消指令通过主控终端操作人员选择和确认，经数据集中器2转发中断取消指令给相应的电能信息采集控制器3，电能信息采集控制器3经过处理发出控制信号给继电器单元，驱动继电器触发开关合闸，接通其所在用电线路的供电开关，使用电线路恢复供电。中断过的控制节点恢复通电后，所属电能信息采集控制器3通过数据集中器2报告执行结果给主控终端1。

Claims (3)

1.一种可中断智能供电需求响应系统的控制方法，其特征在于可中断智能供电需求响应系统包括主控终端（1）、数据集中器（2）和多个电能信息采集控制器（3），电力用户有多路用电线路（4），每路用电线路（4）上各连接有一个所述的电能信息采集控制器（3），多个电能信息采集控制器（3）又分别通过ZIGBEE通信单元或485通信单元和所述的数据集中器（2）相连，数据集中器（2）通过以太网通信模块或GPRS通信模块和所述的主控终端（1）相连；可中断智能供电需求响应系统的控制方法为：根据电力用户用电设备的使用重要性和允许可中断时间将电力用户的用电设备分成不同等级，处于同一等级的用电设备并联在同一路用电线路（4）上，使电力用户拥有多路不同等级的用电线路（4），每路用电线路（4）安装有一个所述的电能信息采集控制器（3），每个电能信息采集控制器（3）及与之相连的用电线路（4）构成一个控制节点，按照电力用户自定义的负荷重要性对多个控制节点进行分类，分为一类、二类、……、N类，负荷的重要性依次递减，再对每个控制节点允许的可中断时间进行设定；所述的电能信息采集控制器（3）采集其所在用电线路（4）用电负荷的电力信息，并将电力信息发送给所述的数据集中器（2），数据集中器（2）作为上下级信息的传输通道，负责信息的中转，对接收到的多路用电线路（4）用电负荷的电力信息进行处理和汇集，再发送给位于远端的所述的主控终端（1）；所述的主控终端（1）收集当前各控制节点的用电负荷的电力信息，按照需求响应事件期望切断的负荷量和中断响应时间进行中断策略方案比选，最后生成需执行的中断策略方案，主控终端（1）发送中断执行命令给所述的数据集中器（2），数据集中器（2）再转发中断命令给相应的电能信息采集控制器（3），电能信息采集控制器（3）经过处理发出控制信号切断其所在用电线路（4）的供电开关；当需求响应事件期望的中断响应时间结束时，所述的主控终端（1）发送中断取消指令给所述的数据集中器（2），数据集中器（2）再转发中断取消指令给相应的电能信息采集控制器（3），电能信息采集控制器（3）经过处理发出控制信号接通其所在用电线路（4）的供电开关。

2.根据权利要求1所述的可中断智能供电需求响应系统的控制方法，其特征在于当所述的需执行的中断策略方案中需要中断两个以上的控制节点时，所述的主控终端（1）分步下发中断执行命令给所述的数据集中器（2），使需执行的中断策略方案中重要性较低的控制节点先断开、重要性较高的控制节点后断开，每个控制节点断开后所属电能信息采集控制器（3）都会发送当前负荷及控制节点通断电状态给数据集中器（2），报告执行结果，再由数据集中器（2）发送给所述的主控终端（1）；中断过的控制节点恢复通电后，所属电能信息采集控制器（3）通过数据集中器（2）报告执行结果给所述的主控终端（1）。

3.根据权利要求1或2所述的可中断智能供电需求响应系统的控制方法，其特征在于当需求响应事件期望的中断响应时间结束时，所述的主控终端（1）按照最后切断的控制节点先恢复通电的原则分步发送中断取消指令给所述的数据集中器（2），即重要性较低的控制节点后恢复通电、重要性较高的控制节点先恢复通电。