CN105004061A - 一种电热水器错峰调参控制系统及其负荷管理的方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种电热水器错峰调参控制系统及其负荷管理的方法，设置通讯模块、单片机、显示设置模块、温度检测模块、故障报警模块、看门狗电路和输出控制模块、第一加热元件、第二加热元件；提取电力用户信息及历史负荷数据；计算电力用户年、月、周用电负荷在24个时段分布权重；根据电力用户年、月、周用电负荷在24个时段分布权重，预测电力用户日24个时段尖峰平谷用电负荷分布；将电力用户日24个尖锋谷平用电负荷预测时段作为虚拟储能控制技术的用电参数，对用电负荷进行错峰控制。本发明实现了电网削峰填谷的错峰负荷控制；使电热水器减少峰段用电量，提高了谷段用电量；减少了电网运行的峰谷负荷差，实现了节能降耗的目的。

Description

一种电热水器错峰调参控制系统及其负荷管理的方法

技术领域

本发明属于电力电网技术领域，尤其涉及一种电热水器错峰调参控制系统及其负荷管理的方法。

背景技术

随着智能电网的发展，如何提高电力用户用电设备的节能效率，研究符合电网需求侧管理要求，能够错峰控制的智能用电设备是必要的。目前公知的各种电热水器加热控制方式尚无接收电力线载波用电参数接收和用电负荷错峰控制装置发送的错峰调参用电参数，用于实现电热水器错峰调参控制，从而达到电网削峰填谷目地的系统。需求侧管理：在政府法规和政策的支持下，采取有效的激励和引导措施以及适宜的运作方式，通过发电公司、电网公司、能源服务公司、社会中介组织、产品供应商、电力用户等共同协力，提高终端用电效率和改变用电方式，在满足同样用电功能的同时减少电量消耗和电力需求，达到节约资源和保护环境，实现社会效益最好、各方受益、最低成本能源服务所进行的管理活动。削峰填谷：把一部分高峰负荷挪到低谷时段，从而减少电网运行的峰谷负荷差，实现了节约能源的目的。错峰调参：根据电力系统用电信息，通过调整智能用电负荷控制参数，降低尖、峰段用电量，提高谷段用电量的控制方式。

目前的各种电热水器加热控制方式尚无接收电力线载波用电参数接收和用电负荷错峰控制装置发送的错峰调参用电参数。

发明内容

本发明的目的在于提供一种电热水器错峰调参控制系统及其负荷管理的方法，旨在解决目前的各种电热水器加热控制方式尚无接收电力线载波用电参数接收和用电负荷错峰控制装置发送的错峰调参用电参数的问题。

本发明是这样实现的，一种电热水器负荷管理的方法，所述电热水器负荷管理的方法包括：

首先提取电力用户信息及历史负荷数据；

其次计算电力用户年用电负荷在24个时段分布权重；计算电力用户月用电负荷在24个时段分布权重；计算电力用户周用电负荷在24个时段分布权重；

再次根据电力用户年、月、周用电负荷在24个时段分布权重，预测电力用户日24个时段尖峰平谷用电负荷分布；

最后将电力用户日24个尖锋谷平用电负荷预测时段作为虚拟储能控制技术的用电参数，对用电负荷进行错峰控制。

本发明的另一目的在于提供一种电热水器错峰调参控制系统，所述电热水器错峰调参控制系统包括：

单片机，与电源模块、显示设置模块、温度检测模块、故障报警模块、通讯模块、看门狗电路、输出控制模块和第一加热元件、第二加热元件连接，用于编写完整的控制程序，实现电热水器的错峰调参控制；单片机输出100ms间隔的脉冲信号1、0给输出控制电路INA、INB，INC、IND，磁保持继电器吸合，控制电热水器第一加热元件、第二加热元件加热，单片机输出100ms间隔的脉冲信号0、1给输出控制电路INA、INB，INC、IND，磁保持继电器关断，停止电热水器第一加热元件、第二加热元件加热；

电源模块，采用三端稳压块稳压，选用低温漂稳压二极管进行二级稳压；

显示设置模块，与单片机连接，采用8155接口芯片、74ls138译码器、同相放大器7407、反相放大器75452、数码管和LED发光二级管、5K电阻、以及按键组成，用于实现电热水器错峰调参控制系统的加热温度设定和时钟设定，以及温度显示和LED发光二级管功能指示；

温度检测模块，与单片机连接，以热电偶温度传感器为核心部件用于将电热水器的实际温度转化为电压信号，经精密运算放大器OP27进行放大，放大后的电压信号经过A/D模数转换器进行高精度模数转换后，将数据送往单片机；

故障报警模块，与单片机连接，采用声光报警，由发光二极管，扬声器及驱动电路组成，用于系统故障时实现声光报警；

通讯模块，与单片机连接，采用485通信接口用于通讯接收电力线载波用电参数接收和用电负荷错峰控制装置的错峰调参用电信息；

看门狗电路，与单片机连接，用于防止系统受干扰而使程序丢失或走进死循环，造成系统死机；

输出控制模块，与单片机连接，通过两路JX03双向继电器驱动集成电路控制磁保持继电器合、断，实现电热水器第一加热元件、第二加热元件的启停控制。

进一步，所述输出控制模块采用两路JX03双向继电器驱动集成电路控制磁保持继电器合、断，实现电热水器第一加热元件、第二加热元件的启停控制。

进一步，所述显示设置模块的电路具体连接为：用8155的PA0～PA6通过同相放大器7407与4个七段数码管的7个引脚a～g连接；PA0～PA3通过同相放大器7407与4个LED发光二级管相连；8155PA口为字形口，地址为FF21H；用8155的PB0～PB4通过反相放大器75452与4个七段数码管DG0～DG3的共阴极，和4个LED发光二级管共阴极连接，8155PB口为位选口，地址为FF22H。

进一步，所述显示设置模块中的按键设置电路采用动态扫描法，用于数码管和LED发光二级管显示；平时数码显示实际测量温度和设定温度，键盘温度设定时，DG0～DG3四位七段数码管用于显示设置温度，键盘时间设定时，DG0～DG3四位七段数码管用于显示时、分。

进一步，单片机的显示设置模块中键盘扫描电路是由2根行线与4根列线组成；2根行线的左边接8155的PC口的2个引脚PC.1、PC.2，右边通过5K电阻接5V电源；4根列线通过反相器接8155B口，即位选口，地址为FF22H；在行线与列线的交叉处设置一个按键，单片机的键盘由2×4＝8按键组成。

进一步，整体功能通过主程序、温度设定处理子程序、温度检测子程序、通讯子程序、输出控制子程序配合实现；

温度设定处理子程序，主程序通过显示设置模块电路实现电力用户电热水器错峰调参控制系统的加热温度和时钟设定以及显示功能；温度检测子程序，将热电偶温度传感器为核心部件的温度测量数据进行模数转换后，再将数字化测量温度数据传给单片机进行存储与处理；通讯子程序通过通讯模块接收电力线载波用电参数接收和用电负荷错峰控制装置的错峰调参用电信息；输出控制子程序通过错峰调参用电信息和用户设定的电热水器加热温度，在尖、锋、谷、平用电时段设定不同的电热水器的启停温度，实现电热水器第一加热元件、第二加热元件的错峰启停控制功能和系统故障报警模块功能。

进一步，输出控制子程序根据故障报警模块标志，启动声光报警输出，并根据用户设定的电热水器加热温度，在尖、锋、谷、平用电时段设定不同的电热水器的启停温度，实现电热水器第一加热元件、第二加热元件的错峰启停控制功能；具体包括：

步骤一：判断有无报警标志，无报警标志转步骤五；

步骤二：判断有无消音标志，有消音标志转步骤四；

步骤三：驱动声光报警；

步骤四：驱动LED报警灯，转步骤九；

步骤五：判断有无时段转换标志，无标志转步骤八；

步骤六：计算对应时段的电热水器启停温度；

步骤七：根据实际温度和用电时段，选择加热元件；

步骤八：调用显示子程序；

步骤九：返回。

本发明提供的电热水器错峰调参控制系统及其负荷管理的方法，利用通讯模块接收电力线载波用电参数接收和用电负荷错峰控制装置发送的错峰调参用电参数，由电力用户根据自身需求设置电热水器温度控制，在不同用电峰谷时段，根据错峰调参用电参数，合理控制电热水器的周期工作时间和加热元件组合，从而实现了电网削峰填谷的错峰负荷控制，达到节能降耗的目的。本发明通过电力用户智能电表或电能计量计费管理系统获取用户信息及历史负荷数据，并结合年、月、周用电负荷在24个时段分布权重，预测电力用户日24个时段尖峰平谷用电负荷分布，实现了区域电网峰谷时段的精准预测，有利于通过虚拟储能技术，定向降低电网峰段用电量，提高电网谷段用电量，从而实现节能降耗的目的。

附图说明

图1是本发明实施例提供的电热水器错峰调参控制系统结构示意图；

图中：1、通讯模块；2、单片机；3、显示设置模块；4、温度检测模块；5、故障报警模块；6、看门狗电路；7、输出控制模块；8、第一加热元件；9、第二加热元件；10、电源模块；

图2是本发明实施例提供的显示设置模块电路图；

图3是本发明实施例提供的输出控制电路图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

下面结合附图对本发明的应用原理作详细的描述。

如图1所示，本发明实施例的电热水器错峰调参控制系统；装置硬件由单片机2、电源模块10、显示设置模块3、温度检测模块4、第一加热元件8、第二加热元件9、故障报警模块5、通讯模块1、看门狗电路6和输出控制模块7组成。

单片机2，与电源模块10、显示设置模块3、温度检测模块4及第一加热元件8、第二加热元件9、故障报警模块5、通讯模块1、看门狗电路6和输出控制模块7连接，用于编写完整的控制程序，实现电热水器错峰调参控制系统；

电源模块10，采用三端稳压块稳压，选用低温漂稳压二极管进行二级稳压；

显示设置模块3，与单片机2连接，用于实现电热水器错峰调参控制系统的加热温度设定和时钟设定，以及实际温度显示和LED发光二级管功能指示；

温度检测模块4，与单片机2连接，以热电偶温度传感器为核心部件用于电热水器的实际加热温度测量并通过模数转换芯片将测量温度的模拟信号转换为数字信号。

故障报警模块5，与单片机2连接，采用声光报警，由发光二极管，扬声器及驱动电路组成，用于系统故障时实现声光报警；

通讯模块1，与单片机2连接，用于通讯接收电力线载波用电参数接收和用电负荷错峰控制装置的错峰调参用电信息；

看门狗电路6，与单片机2连接，用于防止系统受干扰而使程序丢失或走进死循环，造成系统死机；

输出控制模块7，与单片机2连接，通过两路JX03双向继电器驱动集成电路控制磁保持继电器合、断，实现电热水器加热元件一8、加热元件二9的启停控制。

电热水器错峰调参控制系统通过通信模块接收用电参数后，其错峰调参控制方式为：

K用电参数  K参数＝K用电参数÷256

△T＝Ws电热水器设置温度－Wq电热水器启动温度

尖、峰段时间：

Wq电热水器启动温度＝Ws电热水器设置温度－△T

Wt电热水器停止温度＝Ws电热水器设置温度－K参数×△T

谷段时间：

Wq电热水器启动温度＝Ws电热水器设置温度－K参数×△T

Wt电热水器停止温度＝Ws电热水器设置温度

平段时间：

Wq电热水器启动温度＝Ws电热水器设置温度－△T

Wt电热水器停止温度＝Ws电热水器设置温度

如图2所示，本发明实施例的显示设置模块电路图。与单片机连接，显示设置模块由8155接口芯片、同相放大器7407、反相放大器75452、发光管LED、数码管、5K上拉电阻及按键连接组成，用于实现电热水器错峰调参控制系统的加热温度设定和时钟设定，以及实际温度显示和LED发光二级管功能指示。

本发明的电源模块，采用现有技术，以三端稳压块稳压，选用低温漂稳压二极管进行二级稳压；显示设置模块，与单片机连接，采用8155接口芯片、74ls138译码器、同相放大器7407、反相放大器75452、数码管和LED发光二级管、5K电阻、以及按键组成。用于实现电热水器错峰调参控制系统的加热温度设定和时钟设定，以及实际温度显示和LED发光二级管功能指示；温度检测模块，与单片机连接，以热电偶温度传感器为核心部件用于将电热水器的实际温度转化为电压信号，经精密运算放大器OP27进行放大，放大后的电压信号经过A/D模数转换器进行高精度模数转换后，将数据送往单片机；故障报警模块，与单片机连接，采用声光报警，由发光二极管，扬声器及驱动电路组成，用于系统故障时实现声光报警；通讯模块，与单片机连接，采用485通信接口用于通讯接收电力线载波用电参数接收和用电负荷错峰控制装置的错峰调参用电信息；看门狗电路，与单片机连接，本系统采用的X5045是一种集看门狗、电压监控和串行E2PROM三种功能于一体的可编程电路，用于防止系统受干扰而使程序丢失或走进死循环，造成系统死机；输出控制模块，与单片机连接，通过两路JX03双向继电器驱动集成电路控制磁保持继电器合、断，实现电热水器第一加热元件、第二加热元件的启停控制，如图3；单片机输出100ms间隔的脉冲信号1、0给输出控制电路INA、INB，INC、IND磁保持继电器吸合，控制电热水器第一加热元件、第二加热元件加热。单片机输出100ms间隔的脉冲信号0、1给输出控制电路INA、INB，INC、IND磁保持继电器关断，停止电热水器第一加热元件、第二加热元件加热。

本发明实施例的电热水器错峰调参控制系统主程序流程图。电力用户通过显示设置模块设定电热水器加热温度，系统根据通讯模块接收的错峰调参用电信息和测量温度，选择制定输出方案控制磁保持继电器的合断，通过输出控制模块控制电热水器第一加热元件、第二加热元件的启停工作周期，从而调节峰谷用电量，实现智能电网环境下的负荷能量管理；整体功能通过主程序、温度设定处理子程序、温度检测子程序、通讯子程序、输出控制子程序配合实现；

整体功能通过主程序和相关功能模块程序配合实现用电参数的接收和电热水器的错峰调参控制。温度设定处理子程序，主程序通过显示设置模块电路实现电力用户电热水器错峰调参控制系统的加热温度和时钟设定以及显示功能；温度检测子程序，对热电偶温度传感器为核心部件的温度测量数据进行模数转换后，再将数字化测量温度数据传给单片机进行存储与处理；通讯子程序通过通讯模块接收电力线载波用电参数接收和用电负荷错峰控制装置的错峰调参用电信息；输出控制子程序通过错峰调参用电信息和用户设定的电热水器加热温度，在尖、锋、谷、平用电时段设定不同的电热水器的启停温度，实现电热水器第一加热元件、第二加热元件的错峰启停控制功能和系统故障报警模块功能。

输出控制子程序。系统根据故障报警模块标志，启动声光报警输出。并根据用户设定的电热水器加热温度，在尖、锋、谷、平用电时段设定不同的电热水器的启停温度，实现电热水器第一加热元件、第二加热元件的错峰启停控制功能；具体包括：

步骤一：判断有无报警标志，无报警标志转步骤五；

步骤二：判断有无消音标志，有消音标志转步骤四；

步骤三：驱动声光报警；

步骤四：驱动LED报警灯，转步骤九；

步骤五：判断有无时段转换标志，无标志转步骤八；

步骤六：计算对应时段的电热水器启停温度；

步骤七：根据实际温度和用电时段，选择加热元件；

步骤八：调用显示子程序；

步骤九：返回。

本发明实施例的电热水器负荷控制管理方法包括：

步骤一，提取电力用户信息及历史负荷数据；

步骤二，计算电力用户年用电负荷在24个时段分布权重，其计算公式为：

步骤三，计算电力用户月用电负荷在24个时段分布权重，其计算公式为：

步骤四，计算电力用户周用电负荷在24个时段分布权重，其计算公式为：

步骤五，根据电力用户年、月、周用电负荷在24个时段分布权重，预测电力用户日24个时段尖峰平谷用电负荷分布；

步骤六，将电力用户日24个尖锋谷平用电负荷预测时段作为虚拟储能控制技术的用电参数，对用电负荷进行错峰控制。

本发明的电热水器错峰调参控制系统使电力用户能够根据电力系统下发的峰谷时段及各峰谷时段的用电参数，实现电热水器的错峰调参控制方式，从而使电力系统需求侧管理延伸到用户端，满足电网削峰填谷的目的，促进智能电网环境下的负荷能量管理。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种电热水器负荷管理的方法，其特征在于，所述电热水器负荷管理的方法包括：

首先提取电力用户信息及历史负荷数据；

其次计算电力用户年用电负荷在24个时段分布权重；计算电力用户月用电负荷在24个时段分布权重；计算电力用户周用电负荷在24个时段分布权重；

再次根据电力用户年、月、周用电负荷在24个时段分布权重，预测电力用户日24个时段尖峰平谷用电负荷分布；

最后将电力用户日24个尖锋谷平用电负荷预测时段作为虚拟储能控制技术的用电参数，对用电负荷进行错峰控制。

2.一种电热水器错峰调参控制系统，其特征在于，所述电热水器错峰调参控制系统包括：

单片机，与电源模块、显示设置模块、温度检测模块、故障报警模块、通讯模块、看门狗电路、输出控制模块和第一加热元件、第二加热元件连接，用于编写完整的控制程序，实现电热水器的错峰调参控制；单片机输出100ms间隔的脉冲信号1、0给输出控制电路INA、INB，INC、IND，磁保持继电器吸合，控制电热水器第一加热元件、第二加热元件加热，单片机输出100ms间隔的脉冲信号0、1给输出控制电路INA、INB，INC、IND，磁保持继电器关断，停止电热水器第一加热元件、第二加热元件加热；

电源模块，采用三端稳压块稳压，选用低温漂稳压二极管进行二级稳压；

显示设置模块，与单片机连接，采用8155接口芯片、74ls138译码器、同相放大器7407、反相放大器75452、数码管和LED发光二级管、5K电阻、以及按键组成，用于实现电热水器错峰调参控制系统的加热温度设定和时钟设定，以及温度显示和LED发光二级管功能指示；

温度检测模块，与单片机连接，以热电偶温度传感器为核心部件用于将电热水器的实际温度转化为电压信号，经精密运算放大器OP27进行放大，放大后的电压信号经过A/D模数转换器进行高精度模数转换后，将数据送往单片机；

故障报警模块，与单片机连接，采用声光报警，由发光二极管，扬声器及驱动电路组成，用于系统故障时实现声光报警；

通讯模块，与单片机连接，采用485通信接口用于通讯接收电力线载波用电参数接收和用电负荷错峰控制装置的错峰调参用电信息；

看门狗电路，与单片机连接，用于防止系统受干扰而使程序丢失或走进死循环，造成系统死机；

输出控制模块，与单片机连接，通过两路JX03双向继电器驱动集成电路控制磁保持继电器合、断，实现电热水器第一加热元件、第二加热元件的启停控制。

3.如权利要求2所述的电热水器错峰调参控制系统，其特征在于，所述输出控制模块采用两路JX03双向继电器驱动集成电路控制磁保持继电器合、断，实现电热水器第一加热元件、第二加热元件的启停控制。

4.如权利要求2所述的电热水器错峰调参控制系统，其特征在于，所述显示设置模块的电路具体连接为：用8155的PA0～PA6通过同相放大器7407与4个七段数码管的7个引脚a～g连接；PA0～PA3通过同相放大器7407与4个LED发光二级管相连；8155PA口为字形口，地址为FF21H；用8155的PB0～PB4通过反相放大器75452与4个七段数码管DG0～DG3的共阴极，和4个LED发光二级管共阴极连接，8155PB口为位选口，地址为FF22H。

5.如权利要求2所述的电热水器错峰调参控制系统，其特征在于，所述显示设置模块中的按键设置电路采用动态扫描法，用于数码管和LED发光二级管显示；平时数码显示实际测量温度和设定温度，键盘温度设定时，DG0～DG3四位七段数码管用于显示设置温度，键盘时间设定时，DG0～DG3四位七段数码管用于显示时、分。

6.如权利要求2所述的电热水器错峰调参控制系统，其特征在于，单片机的显示设置模块中键盘扫描电路是由2根行线与4根列线组成；2根行线的左边接8155的PC口的2个引脚PC.1、PC.2，右边通过5K电阻接5V电源；4根列线通过反相器接8155B口，即位选口，地址为FF22H；在行线与列线的交叉处设置一个按键，单片机的键盘由2×4＝8按键组成。

7.如权利要求2所述的电热水器错峰调参控制系统，其特征在于，整体功能通过主程序、温度设定处理子程序、温度检测子程序、通讯子程序、输出控制子程序配合实现；

温度设定处理子程序，主程序通过显示设置模块电路实现电力用户电热水器错峰调参控制系统的加热温度和时钟设定以及显示功能；温度检测子程序，将热电偶温度传感器为核心部件的温度测量数据进行模数转换后，再将数字化测量温度数据传给单片机进行存储与处理；通讯子程序通过通讯模块接收电力线载波用电参数接收和用电负荷错峰控制装置的错峰调参用电信息；输出控制子程序通过错峰调参用电信息和用户设定的电热水器加热温度，在尖、锋、谷、平用电时段设定不同的电热水器的启停温度，实现电热水器第一加热元件、第二加热元件的错峰启停控制功能和系统故障报警模块功能。

8.如权利要求2所述的电热水器错峰调参控制系统，其特征在于，输出控制子程序根据故障报警模块标志，启动声光报警输出，并根据用户设定的电热水器加热温度，在尖、锋、谷、平用电时段设定不同的电热水器的启停温度，实现电热水器第一加热元件、第二加热元件的错峰启停控制功能；具体包括：

步骤一：判断有无报警标志，无报警标志转步骤五；

步骤二：判断有无消音标志，有消音标志转步骤四；

步骤三：驱动声光报警；

步骤四：驱动LED报警灯，转步骤九；

步骤五：判断有无时段转换标志，无标志转步骤八；

步骤六：计算对应时段的电热水器启停温度；

步骤七：根据实际温度和用电时段，选择加热元件；

步骤八：调用显示子程序；

步骤九：返回。