CN104158289B - 基于智能有序用电装置的智能有序用电管理系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于智能有序用电装置的智能有序用电管理系统及方法，该系统包括台区变压器(3)、智能有序用电管理装置(1)、智能有序用电控制管理系统(2)、可控用电负荷装置(4)和移动客户端(5)；所述台区变压器(3)、可控用电负荷装置(4)通过智能有序用电管理装置(1)，经有线或无线的通讯网络方式到达智能有序用电控制管理系统(2)，智能有序用电管理装置(1)实现在用户侧对用户用电设备进行有序管理，根据台变的负载率和当前配电网负荷率，柔性自动调节用电设备有序运行。本发明提高供电设备负荷利用率，降低电网运行成本，减少电网建设投资，节省国家电网投资规模，保证电网安全可靠运行。

Description

基于智能有序用电装置的智能有序用电管理系统及方法

技术领域

本发明属于智能用电技术领域，涉及一种基于智能有序用电装置的智能有序用电管理系统及方法。

背景技术

随着国民经济的发展，人口的增加和城市化进程的推进，导致对能源需求量持续增长，给社会能源供应带来了越来越大的挑战。目前，能源供应主要是靠石化能源，而石化能源的大力开发利用，会伴随大量的温室气体排放和微小颗粒粉尘排放，造成严重的环境污染，近期我国广大地区普遍出现严重的雾霾天气，已严重的影响到人们的身体健康。同时，石化能源是不可再生能源，由于不断消耗而终将枯竭，已威胁到人类社会的可持续发展，已引发国际社会对能源安全和生态安全的普遍担忧，这对电力的发展既是机遇又是挑战。当前以智能电网为核心、以实现低碳能源为目标的新一轮世界能源革命的序幕已经拉开。

智能用电作为智能电网建设的重要组成部分，与人们的生活息息相关，影响着人们的用电习惯，将自觉节电融入生活中，将人们从粗放型的用电时代带入到集约型的用电时代，进入和谐用电的新时代。用采系统作为智能用电的基础和用户侧自动需求响应的有力执行者，国网公司自2010年全面推进用电信息采集系统建设，截至2012年底国网公司全口径用户实现采集覆盖1.25亿户，采集覆盖率达到40.45％；直供直管区域用户实现采集覆盖1.15亿户，采集覆盖率达54.76％；直供直管区域电量采集覆盖已超90％，对有序用电和需求响应也仅仅是根据电网负荷情况进行自动拉闸限电，没有真正实现用户侧自动需求响应和有序用电管理。2014年前的有序用电以人工操控为主、自动操控为辅，主要通过电量控、功率控和厂休控等方式实现大客户的有序用电管理，调节电网负荷，先错峰再削峰等方法。今后，有序用电的发展，则是基于自动需求响应的有序用电技术作为智能用电研究的重要内容，通过柔性负荷有序用电的建设可实现电网与客户实时交互响应、增强电网综合服务能力、提高用电效率、促进节能减排，提高电力设备经济运行水平和节约电力投资。基于自动需求响应的有序用电技术的研究是智能园区、电动汽车有序充电、新能源并网发电、智能小区及智能家居项目建设的关键技术，也是智能用电领域示范项目深化应用的主要体现。

通过基于自动需求响应的有序用电技术的研究，可以提高我国低压侧用户用电服务水平，为电动汽车有序充电管理提供技术支撑，为太阳能发电、风力发电等清洁新能源的接入电网提供技术手段和管理办法，为智能园区、智能小区和智能家居项目提供节能减排新举措。通过有序用电技术的研究，提高我国低压侧配用电管理水平，变被动用电为主动用电，深化用电服务品质，提高用电服务质量，错峰避谷，提高电力设备利用效率。通过本项目的研究，提高公、专变变压器经济运行效率，合理调配变压器运行负荷，提高低压侧配电变压器监控力度，提高用户侧电能质量管理水平，尤其是提高用户侧用电质量，满足用户个性化需求，提高电力设备利用效率，使早期的手动或半自动化的“有序用电”技术，向自动需求响应迈进，节省电力行业人力资源和电网投资，节约能源，为国家节能减排做出应有的贡献。通过对低压侧柔性负荷控制技术的研究，为电力能源商品化提供技术保证，为电力客户之间搭建公平、公开、透明、合理的竞价能源合同交易市场平台，在不改变总的电能供应的情况下，电力客户可以在该平台上买卖部分用电负荷，真正提高电力能源的利用效率。

目前的有序用电以人工操控为主、自动操控为辅，主要通过电量控、功率控和厂休控等方式实现大客户的有序用电管理，调节电网负荷，先错峰再削峰等方法。基于用户侧自动需求响应的产品和技术方案并未多见。

电力需求侧管理二十世纪九十年代初传入我国。在政府的倡导下，电力公司及电力用户做了大量工作。如采用拉大峰谷电价，实行可中断负荷电价等措施，引导用户调整生产运行方式，采用冰蓄冷空调，蓄热式电锅炉等。同时还采取一些激励政策及措施，推广节能灯、变频调速电动机及水泵、高效变压器等节能设备。电力需求侧管理是由政府主导，电力公司为主要实施推广单位，旨在以经济激励为主要手段，引导和刺激广大电力用户优化用电方式、提高终端用户用电效率、实现重大电力节约的节电管理。

2012年10月31日，财政部经济建设司、国家发展改革委经济运行调节局共同发布《财政部国家发展改革委关于开展电力需求侧管理城市综合试点工作的通知》(财建〔2012〕368号)。《通知》称，根据专家组意见，经研究，拟确定首批试点城市名单为：北京市、江苏省苏州市、河北省唐山市、广东省佛山市。根据《中华人民共和国电力法》、《中华人民共和国节约能源法》、《电力供应与使用条例》等法律法规，国家发改委、工信部、财政部等六部门制定《电力需求侧管理办法》。本办法已于2011年1月1日开始实施。

有序用电通过法律、行政、经济、技术等手段，加强用电管理，改变用户用电方式，采取错峰、避峰、轮休、让电、负控限电等一系列措施，避免无计划拉闸限电，规范用电秩序，将季节性、时段性电力供需矛盾给社会和企业带来的不利影响降至最低程度。在电力供需不平衡情况下，坚持限电不拉电，确保市民用电不受影响，确保重点企业生产需要，确保城市生产生活正常有序。2011年发改委制定了《有序用电管理办法》，5月1日起实施，从而明确了有序用电的政策，推动了有序用电管理措施制定和技术发展。

国家电网公司为保障有序用电方案科学、合理、可行，地方政府能源管理部门及供电企业组织专业人员深入大客户、重要客户调研用电负荷特性，结合地区国民经济增长情况，对本地区用电负荷结构进行详尽分析，对高峰用电时期电网最大用电负荷进行认真预测。根据最高负荷、缺口程度预测及电网负荷结构、特点分析，并按照国家规定，网、省电力公司对电力公平、透明、有序供应的相关要求，全面制定切合地方电网实际的详尽《分级有序用电方案》。

《分级有序用电方案》一般按出现供电缺口的不同程度分为6个等级的预案。

特急级：(紫色、电网供电负荷负荷缺口在25％以上)

I级：特别严重(红色、电网供电负荷负荷在20％～25％)

II级：严重(橙色、电网供电负荷负荷在15％～20％)

III级：较重(黄色、电网供电负荷负荷在10％～15％)

IV级：一般(蓝色、电网供电负荷负荷在5％～10％)

V级：较缓(浅蓝色、电网供电负荷负荷在5％以内)

分级有序用电方案概要：

V级预案：采取一般大用户让峰、避峰方案，加强节电宣传，关停部分城市亮化工程，按政府要求设定空调温度等，尽可能减少对企业生产、人民群众生产、生活影响。

IV级预案：在V级预案的基础上，对限制类和淘汰类的工况企业进行限产和停产，部分用户进行避峰。

III级预案：在V级、IV级预案的基础上，采取公用线路工况用户周休方案。

II级预案：在III级预案的基础上，对大用户进行计划用电(严格执行定额指标用电)。

I级预案：在II级预案的基础上，部分企业停产。

特急级预案：除居民生活、重要单位、重要场所、重点企业以及涉及国计民生的有关生产外，其他大部分工况企业停产让电。

当负荷缺口较大时(达到III级及以上)，按照有保有限的原则保障城乡居民用电、农业生产、通讯、交通、自来水、天然气(煤气)供应、医院、学校、高危客户用电以及重点单位、国家重点企业用电，限制不符合国家产业政策、高耗能、低产出企业的用电负荷。

当电力供应缺口达25％及以上时(特急级缺口)，采取首保政府、交通、医院、通讯、高危客户及居民生活用电的阶梯供电原则。严格限制不符合国家产业政策的行业用电；工业只保障待机热备用负荷；控制办公、生活空调负荷；大力宣传节约用电等措施，重点保障人民群众生活用电。

有序用电方案必须经地方政府相关部门(发改委)核实、批准后，形成书面文件下发到供电企业、发电企业、各工况用电企业、趸售电单位，予以全面、严格执行。

随着智能电网的建设，用户侧的负荷类型日趋复杂，分布式发电、储能、充电等设备开始进入用户家庭，如何协调统一这些设备的使用，避免对配电网造成的影响，成为新的挑战，因此需要对用电设备的有序运行进行研究，以进一步推动智能用电领域的技术发展。

目前的有序用电控制管理设备及系统，大都以用电信息采集系统为主，以负荷控制管理终端为核心管理设备，实现以人工操作为辅、自动操控为主，采用电量控、功率控和厂休控等控制手段实现大用户的有序用电管理，调节电网负荷，实现削峰填谷的作用。但是当前的电力网是一个刚性系统，电源的接入与退出、用电设备的接入与退出、电能量的传输等都缺乏弹性，用电与供电设备之间，用电设备与用电设备之间的信息都不能实时交互，电网动态柔性较差，解决不了同一台变下多辆电动汽车同时充电引起的电力负荷局部变动问题，解决不了基于台变的新能源发电本地消纳和并网上送的问题，解决不了夏天集中纳凉时所有空调大功率负荷运转的问题，解决不了用电高峰期所有用电设备同时启动用电的问题，解决不了老台区新增用电设备加剧用电高峰期用电负荷的问题。

发明内容

本发明的目的在于克服上述技术存在的缺陷，提供一种基于智能有序用电装置的智能有序用电管理系统及方法，避免由于充电汽车、分布式电源等用电设备类型的增加及用电负荷的剧烈变化对低压配电网造成冲击，影响配电网的可靠运行，急需在用户侧对用户用电设备进行有序管理，根据台变的负载率和当前配电网负荷率，柔性自动调节用电设备有序运行，柔性自动调节多辆电动汽车有序排队充电，柔性调节新能源发电本地消纳或是并网发电，降低由于用电设备在用电高峰期盲目接入而造成的配电网高危运行甚至崩溃的危险，降低由于配电网低谷期所有用电设备集中关闭而造成的电力能源的浪费，拉平低压配电网负荷运行曲线，提高低压配电网供电质量和供电的可靠性。若每一个台变用户侧用电负荷均能智能、柔性的根据配电网负荷曲线自动调节用电设备自动用电负荷，自然就平滑了整个配电网的用电负荷曲线，实现电网经济运行和柔性负荷控制管理，提高供电设备负荷利用率，降低电网运行成本，减少电网建设投资，节省国家电网投资规模，保证电网安全可靠运行。为电力企业实现自动需求响应和柔性负荷控制管理提供技术保障。本发明所要解决的技术问题体现在以下几个方面：

1、解决用户侧智能互动节电管理技术问题

随着智能电网和智能用电的进一步建设，开展电网与用户互动节电方面的关注越来越受到重视。在不影响电力用户正常便利用电的情况下，利用用户侧智能负荷控制管理技术，实现用户主动参与电网智能互动节电管理，达到削峰填谷、保证电力供需平衡、保障供用电安全。

2、解决居民小区大量电动汽车集中充电给台变带来的巨大负荷压力问题

随着电动汽车的进一步普及，居民小区内的电动汽车数量越来越多，电动汽车无序和集中充电，给小区的变压器带来巨大的负荷压力。在小区变压器负载允许的范围内，结合大电网负荷峰谷变化情况，利用有序用电自动控制管理技术，集成自动电价调节机制、充电需求等级和先接先充等智能控制管理原则，实现电动汽车充电有序的接入和电网低谷时段自动充电，达到削峰填谷、保证电力供需平衡、保障供用电安全。

3、解决新能源发电曲线和电力用电负荷曲线不吻合问题

随着石化能源的枯竭，可再生能源的发电越来越受到重视，利用用户侧智能有序用电控制管理技术，实现电力用户用电负荷曲线与可利用的自然能源发电曲线相吻合，构建智能电网柔性供用电系统，解决因电力供需不匹配而导致的限电拉闸或过负荷跳闸情况的发生。

4、构建基于台变的智能有序用电管理系统，为解决整个电网柔性供用电系统建设提供技术理论和实践基础

当前的电网是刚性系统，电源的接入与退出，用电设备的接入与退出，电能量的传输等都缺乏弹性，用电与供电设备之间，用电与用电设备之间的信息都不能实时交互，电网动态柔性较差。利用智能用电有序管理装置及配套的智能有序用电管理系统，构建基于台变的柔性供用电系统，并为全网柔性配用电系统的建设提供技术理论和实践基础。

其具体技术方案为：

一种基于智能有序用电装置的智能有序用电管理系统，包括台区变压器3、智能有序用电管理装置1、智能有序用电控制管理系统2、可控用电负荷装置4和移动客户端5。所述台区变压器3、可控用电负荷装置4通过智能有序用电管理装置1，经有线或无线的通讯网络方式到达智能有序用电控制管理系统2，智能有序用电管理装置1实现在用户侧对用户用电设备进行有序管理，根据台变的负载率和当前配电网负荷率，柔性自动调节用电设备有序运行；移动客户端5可为智能手机、平板电脑、第三方应用程序APP等，参与智能有序用电管理终端的决策执行，用于用户侧设备及用户侧的用电方案的推送。

所述智能有序用电装置1包括智能有序用电管理终端101和智能有序用电管理模块102。所述智能有序用电管理模块102包括电动汽车充电桩智能有序用电管理模块、空调智能有序用电管理模块、新能源发电设备智能有序用电管理模块、其它可控负荷设备智能有序用电管理模块。所述智能有序用电管理终端101用于对专变用户处实施现场负荷管理，特别是错峰、厂休、线休等有序用电实现；所述电动汽车充电桩智能有序用电管理模块用于智能园区内电动汽车充电智能有序管理；所述空调智能有序用电管理模块用于智能园区、智能家居中空调智能有序管理；所述新能源发电设备智能有序用电管理模块用于太阳能发电、风力发电等新能源发电设备提供智能有序用电管理；所述其它可控负荷设备智能有序用电管理模块用于园区内电动车、家庭其它大功率用电设备的有序用电管理。

优选地，所述通讯网络适应于各种不同的网络，包括有线网络、无线网络、手机3G网络等。通讯网络可为用采量测通讯网络，该网络由原来单纯抄表转向为智能用电双向互动、用户侧自动需求响应、分布式电源智能接入提供高速、实时和双向互动技术支持。在传统用电环境下，用采网络主要为电力公司提供各计量点的电能量数据采集，在智能用电环境下，电力客户也可根据自己的发、储、用能力参与供方主导的负荷调节，用采量测网络需要提供实时的完备的双向信息网络。即要求本地通讯网络要具备高带宽、双向互动和多业务信息支持。本地通讯网络通过有线或无线的方式和远端的智能有序用电管理系统相连，实现台变用户侧用电负荷智能、柔性的根据配电网负荷曲线自动调节用电设备用电负荷，实现电网经济运行和柔性负荷控制管理，提高供电设备负荷利用率，降低电网运行成本，保证电网安全可靠运行。

一种基于智能有序用电装置的智能有序用电管理方法，包括以下步骤：

1)智能有序用电控制管理系统生成当前电网供电指标及配电网负荷信息，通过通讯网络下发给智能有序用电管理终端；

2)智能有序用电管理终端根据台区变压器的台变负载率每30分钟计算一次负荷，根据可控用电负荷装置进行台变装机容量调节电价；

3)智能有序用电管理终端根据主网负荷、台变负荷及用户用电决策，自动生成柔性负荷控制方案及台变实时电价，其中，现场有序用电管理模块实时记录用户负荷响应执行情况、当时电价及用户负载用电信息等并及时反馈，现场进行调控负载，实时上送用户负载信息及用户用电决策信息。

4)智能有序用电管理终端计算台变下可控负荷及总占比自动生成调节系数。现场调控根据可控负荷及自动生成调节系数进行调控。

与现有技术相比，本发明的有益效果为：

本发明基于智能用电装置的智能有序用电管理系统及方法，主要解决用电与供电设备之间，用电设备与用电设备之间的信息实时交互问题，解决同一台变下多辆电动汽车同时充电引起的电力负荷局部变动问题，解决基于台变的新能源发电本地消纳和并网上送的问题，解决夏天集中纳凉时所有空调大功率负荷运转的问题，解决用电高峰期所有用电设备同时启动用电的问题，解决老台区新增用电设备加剧用电高峰期用电负荷的问题。

本发明能够避免由于充电汽车、分布式电源等用电设备类型的增加及用电负荷的剧烈变化对低压配电网造成冲击，影响配电网的可靠运行，急需在用户侧对用户用电设备进行有序管理，根据台变的负载率和当前配电网负荷率，柔性自动调节用电设备有序运行，柔性自动调节多辆电动汽车有序排队充电，柔性调节新能源发电本地消纳或是并网发电，降低由于用电设备在用电高峰期盲目接入而造成的配电网高危运行甚至崩溃的危险，降低由于配电网低谷期所有用电设备集中关闭而造成的电力能源的浪费，拉平低压配电网负荷运行曲线，提高低压配电网供电质量和供电的可靠性。

附图说明

图1是本发明基于智能有序用电装置的智能有序用电管理系统的原理图；

图2是智能有序用电装置原理图；

图3是本发明于智能有序用电装置的智能有序用电管理方法的流程图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明的技术方案作进一步详细地说明。

参见图1，一种基于智能有序用电装置的智能有序用电管理系统，包括台区变压器3、智能有序用电管理装置1、智能有序用电控制管理系统2、可控用电负荷装置4和移动客户端5。所述台区变压器3、可控用电负荷装置4通过智能有序用电管理装置1，经有线或无线的通讯网络方式到达智能有序用电控制管理系统2，智能有序用电管理装置1实现在用户侧对用户用电设备进行有序管理，根据台变的负载率和当前配电网负荷率，柔性自动调节用电设备有序运行；移动客户端5可为智能手机、平板电脑、第三方应用程序APP等，参与智能有序用电管理终端的决策执行，用于用户侧设备及用户侧的用电方案的推送。

所述智能有序用电装置1包括智能有序用电管理终端101和智能有序用电管理模块102。所述智能有序用电管理模块102包括电动汽车充电桩智能有序用电管理模块、空调智能有序用电管理模块、新能源发电设备智能有序用电管理模块、其它可控负荷设备智能有序用电管理模块。所述智能有序用电管理终端101用于对专变用户处实施现场负荷管理，特别是错峰、厂休、线休等有序用电实现；所述电动汽车充电桩智能有序用电管理模块用于智能园区内电动汽车充电智能有序管理；所述空调智能有序用电管理模块用于智能园区、智能家居中空调智能有序管理；所述新能源发电设备智能有序用电管理模块用于太阳能发电、风力发电等新能源发电设备提供智能有序用电管理；所述其它可控负荷设备智能有序用电管理模块用于园区内电动车、家庭其它大功率用电设备的有序用电管理。

通讯网络适应于各种不同的网络，包括有线网络、无线网络、手机3G网络等。通讯网络可为用采量测通讯网络，该网络要求具备高带宽、双向互动和多业务信息支持。本地通讯网络通过有线或无线的方式和远端的智能有序用电管理系统相连，实现台变用户侧用电负荷智能、柔性的根据配电网负荷曲线自动调节用电设备自动用电负荷，实现电网经济运行和柔性负荷控制管理，提高供电设备负荷利用率，降低电网运行成本，保证电网安全可靠运行。

如图3所示，一种基于智能有序用电装置的智能有序用电管理方法，包括以下步骤：

1)智能有序用电控制管理系统生成当前电网供电指标及配电网负荷信息，通过通讯网络下发给智能有序用电管理终端；

2)智能有序用电管理终端根据台区变压器的台变负载率每30分钟计算一次负荷，根据可控用电负荷装置进行台变装机容量调节电价；

3)智能有序用电管理终端根据主网负荷、台变负荷及用户用电决策，自动生成柔性负荷控制方案及台变实时电价，其中，现场有序用电管理模块实时记录用户负荷响应执行情况、当时电价及用户负载用电信息等并及时反馈，现场进行调控负载，实时上送用户负载信息及用户用电决策信息。

4)智能有序用电管理终端计算台变下可控负荷及总占比自动生成调节系数。现场调控根据可控负荷及自动生成调节系数进行调控。

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，本发明的保护范围不限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明披露的技术范围内，可显而易见地得到的技术方案的简单变化或等效替换均落入本发明的保护范围内。

Claims (2)

1.一种基于智能有序用电装置的智能有序用电管理系统，其特征在于，包括台区变压器(3)、智能有序用电管理装置(1)、智能有序用电控制管理系统(2)、可控用电负荷装置(4)和移动客户端(5)；所述台区变压器(3)、可控用电负荷装置(4)通过智能有序用电管理装置(1)，经有线或无线的通讯网络方式到达智能有序用电控制管理系统(2)，智能有序用电管理装置(1)实现在用户侧对用户用电设备进行有序管理，根据台变的负载率和当前配电网负荷率，柔性自动调节用电设备有序运行；移动客户端(5)为智能手机、平板电脑、第三方应用程序APP，参与智能有序用电管理终端的决策执行，用于用户侧设备及用户侧的用电方案的推送；

所述智能有序用电管理装置(1)包括智能有序用电管理终端(101)和智能有序用电管理模块102；所述智能有序用电管理模块102包括电动汽车充电桩智能有序用电管理模块、空调智能有序用电管理模块、新能源发电设备智能有序用电管理模块、其它可控负荷设备智能有序用电管理模块；其中，所述智能有序用电管理终端(101)用于对专变用户处实施现场负荷管理，以使错峰、厂休、线休的有序用电实现；所述电动汽车充电桩智能有序用电管理模块用于智能园区内电动汽车充电智能有序管理；所述空调智能有序用电管理模块用于智能园区、智能家居中空调智能有序管理；所述新能源发电设备智能有序用电管理模块用于太阳能发电、风力发电的新能源发电设备提供智能有序用电管理；所述其它可控负荷设备智能有序用电管理模块用于园区内电动车、家庭其它大功率用电设备的有序用电管理。

2.根据权利要求1所述的基于智能有序用电装置的智能有序用电管理系统，其特征在于，所述通讯网络适应于各种不同的网络，包括有线网络、无线网络，该通讯网络为用采量测通讯网络，要求具备高带宽、双向互动和多业务信息支持。