CN105116809B - 一种用户可自定义的智能微电网负荷控制系统及方法 - Google Patents
一种用户可自定义的智能微电网负荷控制系统及方法 Download PDFInfo
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Abstract
本发明公开了一种用户可自定义的智能微电网负荷控制系统，其特征在于，包括微电网中央控制器、用户负荷控制器、用户负荷管理模块、智能线路开关、不间断电源，所述微电网中央控制器通过微电网通信网络分别与所述用户负荷控制器、用户负荷管理模块相连接，所述用户负荷控制器通过所述微电网通信网络与所述智能线路开关相连接。本发明还提出一种用户可自定义的智能微电网负荷控制方法，本发明实现了用户参与的微电网负荷控制系统的构建、负荷的精细化管理，采用负荷切除的方式可灵活配置微电网能量差额，在用电紧张的情况下，可以有限的保证更多用户的需求。
Description
技术领域
本发明涉及一种用户可自定义的智能微电网负荷控制系统及方法，属于微电网负荷控制技术领域。
背景技术
微电网中的负荷控制是保证微电网全网运行安全稳定的一种手段，同时微电网负荷控制系统的智能化也对微电网的能效管理有着积极作用。微电网的能效管理的核心思路就是：在保证重要负荷的前提下，效率优先兼顾公平，同时该系统应当是开放的、用户可参与的。所谓重要负荷是指：中断供电将在政治、经济上造成重大损失的用电单位或设备；中断供电将会影响有重大政治、经济意义的用电单位的正常工作的用电单位或设备；中断供电将发生中毒、爆炸和火灾等情况的负荷等。微电网负荷控制的首要目标是保证微电网内负荷的安全、正常用电。
效率优先兼顾公平的原则是指在负荷分配上应当尽可能与用电单位或设备的能效比挂钩，其实质是发展生产力优先，鼓励用电单位节能减排，提倡环境保护和节约用电；兼顾公平含义是指能效管理中的负荷分配差距或差异要控制在合理的范围内，考虑微电网区域内老人、残疾人等特殊人群弱势群体的用电需求。
传统的电网或者配网负荷控制思路是：随时保持发电与负荷的平衡，要求调度管辖范围内的每一个部门严格按质按量完成调度任务。传统的负荷控制系统控制者是调度系统或者调度员，用户作为电能使用者不参与负荷的控制，当一个区域用电紧张时，调度只能采取保证重要负荷的情况下，区域内轮流停电，用户只能被动接受调度的安排。
发明内容
本发明的目的是克服现有技术存在的缺陷，提出一种用户可自定义的智能微电网负荷控制系统及方法，可以方便家庭或者小单位用电者，灵活的管理和配置家庭内部的用电优先级，同时可以远程的监视和管理用电安全，实现根据用电实际情况和用户自定义的负荷优先级切除优先级较低的负荷，在保证微电网安全运行的同时有限的保证更多用户的用户需求。
本发明采用如下技术方案：一种用户可自定义的智能微电网负荷控制系统，其特征在于，包括微电网中央控制器、用户负荷控制器、用户负荷管理模块、智能线路开关、不间断电源，所述微电网中央控制器通过微电网通信网络分别与所述用户负荷控制器、用户负荷管理模块相连接，所述用户负荷控制器通过所述微电网通信网络与所述智能线路开关相连接。
优选地，所述微电网中央控制器包括数据采集和处理模块、负荷集中控制策略算法模块、通信接口，所述微电网中央控制器的数据采集和处理模块用来持续同步采集公共耦合点内外侧电压、联络线电流、微电网内部馈线电流，并计算电源和负荷的有功功率；所述微电网中央控制器的负荷集中控制策略算法模块用来获得系统能量差额。
优选地，所述用户负荷控制器包括数据采集和处理模块、负荷控制策略算法模块、通信接口、WiFi通信模块，所述用户负荷控制器的数据采集和处理模块用来采集用户负荷的电流，并计算用户负荷的有功功率；所述用户负荷控制器的负荷控制策略算法模块用来根据所述微电网中央控制器下发的负荷配额和用户自定义的负荷优先级，在不超过负荷配额的情况下，关闭优先等级低的所述智能线路开关；所述用户负荷控制器的通信接口通过所述微电网通信网络与所述微电网中央控制器的通信接口相连接，所述用户负荷控制器的通信接口通过所述WiFi通信模块经局域网或公网与手机/平板电脑的通信接口相连接。
优选地，所述用户负荷管理模块包括用户认证服务器、通信接口，所述用户负荷管理模块的用户认证服务器用来进行用户登录权限认证，经过登录权限认证的用户可以进行配置负荷的优先级，定义每条线路上连接的电气负荷以及最大负荷，控制所述智能线路开关的开/合状态，所述用户负荷管理模块的通信接口通过WiFi通信模块经局域网或公网与所述用户负荷的通信接口相连接，所述用户负荷管理模块还用来存储控制用户负荷的用户名、密码、控制命令。
优选地，所述通信接口采用以太网接口或者无线Zigbee接口。
优选地，所述智能线路开关包括空气开关、继电器、数据采集和处理模块，所述继电器与所述空气开关相连接，用来自动控制空气开关的开/合；所述智能线路开关的数据采集和处理模块用来采集线路上智能家电的负荷信息。
优选地，所述智能微电网负荷控制系统还包括不间断电源、无线路由器，所述不间断电源用于在外部电源停电的情况下保证智能线路开关的继电器和无线路由器的正常工作，所述无线路由器用来为用户负荷控制器提供与外部通信的连接通道。
本发明还提出一种用户可自定义的智能微电网负荷控制系统的控制方法，其特征在于，具体包括如下步骤：
步骤SS1采用微电网中央控制器采集微电网母线的三相电压，然后转变成线电压，计算微电网母线的电源瞬时有功功率PG、负荷瞬时有功功率PL；
步骤SS2将所述步骤SS1中的电源瞬时有功功率PG、负荷瞬时有功功率PL送入比较器求差值，然后将所述差值输入到低通数字滤波器，输出联络线有功功率参考值，将所述联络线有功功率参考值减去储能系统有功功率，最后获得微电网能量差额；
步骤SS3判定步骤SS2中的微电网能量差额的正负；若差额为正的，则判定微电网内能量充足，然后降低分布式电源的发电量；若差额为负的，则判定微电网内用电紧张，然后转入步骤SS4并提高储能系统有功功率进行能耗补偿，以达到微电网用电平衡；若提高储能系统有功功率不能达到微电网用电平衡，则转入步骤SS5；
步骤SS4所述微电网中央控制器通过通信接口将所述微电网能量差额按比例分配到微电网每个所述用户负荷控制器；
步骤SS5采用切负荷方法来进行微电网能耗补偿，以达到微电网用电平衡；所述用户负荷控制器根据所述微电网中央控制器分配的负荷配额和用户自定义的负荷优先级，在不超过负荷配额的情况下，关闭优先等级低的线路开关和智能家电。
优选地，所述步骤SS1具体包括：采集微电网母线a、b、c三相与中性点之间的相电压的瞬时值Ua、Ub、Uc，然后转变成线电压Uab、Ubc、Uca；
微电网母线的电源瞬时有功功率计算方式为
上式(1)中，IaGi、IbGi、IcGi分别为第i条电源馈线a、b、c相瞬时电流；
微电网母线的负荷瞬时有功功率计算方式为
上式(2)中，IaLi、IbLi、IcLi分别为第i条负荷馈线a、b、c相瞬时电流。
优选地，所述步骤SS1还包括：每一条用户负荷瞬时有功功率的计算方式为
上式(3)中，ILi为第i条负荷瞬时电流，U’L为第i条负荷瞬时电压。
本发明所达到的有益效果：(1)实现了用户参与的微电网负荷控制系统的构建，提高电能使用者在智能电网的参与性和互动性，可以有效提高电网负荷控制的智能化；(2)实现了负荷的精细化管理，通过智能线路开关的开/合，微电网中央控制器、用户负荷控制器和用电使用者可以对家庭内单条线路，甚至是单个智能家电进行负荷优化控制；(3)采用负荷切除的方式灵活可配置，在用电紧张的情况下，可以有限的保证更多用户的需求。
附图说明
图1是本发明的一种用户可自定义的智能微电网负荷控制系统的结构连接示意图。
图2是本发明的微电网能量差额的计算框图。
图3是本发明的切负荷方法的流程图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本发明的技术方案，而不能以此来限制本发明的保护范围。
图1是本发明的一种用户可自定义的智能微电网负荷控制系统的结构连接示意图，包括微电网中央控制器、微电网通信网络、微电网母线、用户负荷控制器、智能线路开关，微电网母线通过并网逆变器分别与柴油发电机、储能电池、光伏、风电等分布式电源相连接，分布式电源构成储能系统，PCC点即为公共耦合点，是微电网与大电网的连接点。
本发明提出一种用户可自定义的智能微电网负荷控制系统，其特征在于，包括微电网中央控制器、用户负荷控制器、用户负荷管理模块、智能线路开关、不间断电源，所述微电网中央控制器通过微电网通信网络分别与所述用户负荷控制器、用户负荷管理模块相连接，所述用户负荷控制器通过所述微电网通信网络与所述智能线路开关相连接。
所述微电网中央控制器包括数据采集和处理模块、负荷集中控制策略算法模块、通信接口，所述微电网中央控制器的数据采集和处理模块用来持续同步采集公共耦合点内外侧电压、联络线电流、微电网内部馈线电流，并计算电源和负荷的有功功率；所述微电网中央控制器的负荷集中控制策略算法模块用来获得系统能量差额。
所述用户负荷控制器包括数据采集和处理模块、负荷控制策略算法模块、通信接口、WiFi通信模块，所述用户负荷控制器的数据采集和处理模块用来采集用户负荷的电流，并计算用户负荷的有功功率；所述用户负荷控制器的负荷控制策略算法模块用来根据所述微电网中央控制器下发的负荷配额和用户自定义的负荷优先级，在不超过负荷配额的情况下，关闭优先等级低的所述智能线路开关；所述用户负荷控制器的通信接口通过所述微电网通信网络与所述微电网中央控制器的通信接口相连接，所述用户负荷控制器的通信接口通过所述WiFi通信模块经局域网或公网与手机/平板电脑的通信接口相连接。
所述用户负荷管理模块包括用户认证服务器、通信接口，所述用户负荷管理模块的用户认证服务器用来进行用户登录权限认证，经过登录权限认证的用户可以进行配置负荷的优先级，定义每条线路上连接的电气负荷以及最大负荷，控制所述智能线路开关的开/合状态，所述用户负荷管理模块的通信接口通过WiFi通信模块经局域网或公网与所述用户负荷的通信接口相连接，所述用户负荷管理模块还用来存储控制用户负荷的用户名、密码、控制命令。
所述通信接口采用以太网接口或者无线Zigbee接口。
所述智能线路开关包括空气开关、继电器、数据采集和处理模块，所述继电器与所述空气开关相连接，用来自动控制空气开关的开/合；所述智能线路开关的数据采集和处理模块用来采集线路上智能家电的负荷信息。
所述智能微电网负荷控制系统还包括不间断电源、无线路由器，所述不间断电源用于在外部电源停电的情况下保证智能线路开关的继电器和无线路由器的正常工作，所述无线路由器用来为用户负荷控制器提供与外部通信的连接通道。
本发明还提出一种用户可自定义的智能微电网负荷控制系统的控制方法，其特征在于，具体包括如下步骤：
步骤SS1采用微电网中央控制器采集微电网母线的三相电压，然后转变成线电压，计算微电网母线的电源瞬时有功功率PG、负荷瞬时有功功率PL；具体包括：采集微电网母线a、b、c三相与中性点之间的相电压的瞬时值Ua、Ub、Uc，然后转变成线电压Uab、Ubc、Uca；
微电网母线的电源瞬时有功功率计算方式为
上式(1)中，IaGi、IbGi、IcGi分别为第i条电源馈线a、b、c相瞬时电流；
微电网母线的负荷瞬时有功功率计算方式为
上式(2)中，IaLi、IbLi、IcLi分别为第i条负荷馈线a、b、c相瞬时电流。
步骤SS2将所述步骤SS1中的电源瞬时有功功率PG、负荷瞬时有功功率PL送入比较器求差值，然后将所述差值输入到低通数字滤波器，输出联络线有功功率参考值，将所述联络线有功功率参考值减去储能系统有功功率，最后获得微电网能量差额，如图2所示的是本发明的微电网能量差额的计算框图；
步骤SS3判定步骤SS2中的微电网能量差额的正负；若差额为正的，则判定微电网内能量充足，然后降低分布式电源的发电量；若差额为负的，则判定微电网内用电紧张，然后转入步骤SS4并提高储能系统有功功率进行能耗补偿，以达到微电网用电平衡；若提高储能功率不能达到微电网用电平衡，则转入步骤SS5；
步骤SS4所述微电网中央控制器通过通信接口将所述微电网能量差额按比例分配到微电网每个所述用户负荷控制器；
步骤SS5采用切负荷方法来进行微电网能耗补偿，以达到微电网用电平衡；所述用户负荷控制器根据所述微电网中央控制器分配的负荷配额和用户自定义的负荷优先级，在不超过负荷配额的情况下，关闭优先等级低的线路开关和智能家电；还包括：每一条用户负荷瞬时有功功率的计算方式为
上式(3)中，ILi为第i条负荷瞬时电流，U’L为第i条负荷瞬时电压。
图3是本发明的切负荷方法的流程图，具体流程如下：首先，微电网中央控制器实时计算微电网能量差额，如果一个微电网用电紧张，那么微电网中央控制器通知用户负荷控制器切除微电网内的部分甚至是全部的负荷；微电网中央控制器负责将能量的差额评价或者按比例分配到每一个用户负荷控制器中，差额分配的原则是可以自定义配置的，如按照用电者的等级分配、参考以往的用电量按比例分配、小规模的轮流分配等；然后，用户负荷控制器在收到由微电网中央控制器发送来的差额数据后，会根据用户负荷管理软件所定义的智能家电优先级，关闭优先级低的智能家电；最后，经过延时判断后，如果此时负荷仍然超过微电网中央控制器的要求，用户负荷管理模块会通过智能开关中的继电器跳开空气开关，按照优先级从低到高的顺序，直到用户负荷达到微电网中央控制器的要求。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变形，这些改进和变形也应视为本发明的保护范围。
Claims (9)
1.一种用户可自定义的智能微电网负荷控制系统，其特征在于，包括微电网中央控制器、用户负荷控制器、用户负荷管理模块、智能线路开关、不间断电源，所述微电网中央控制器通过微电网通信网络分别与所述用户负荷控制器、用户负荷管理模块相连接，所述用户负荷控制器通过所述微电网通信网络与所述智能线路开关相连接；所述用户负荷控制器包括数据采集和处理模块、负荷控制策略算法模块、通信接口、WiFi通信模块，所述用户负荷控制器的数据采集和处理模块用来采集用户负荷的电流，并计算用户负荷的有功功率；所述用户负荷控制器的负荷控制策略算法模块用来根据所述微电网中央控制器下发的负荷配额和用户自定义的负荷优先级，在不超过负荷配额的情况下，关闭优先等级低的所述智能线路开关；所述用户负荷控制器的通信接口通过所述微电网通信网络与所述微电网中央控制器的通信接口相连接，所述用户负荷控制器的通信接口通过所述WiFi通信模块经局域网或公网与手机/平板电脑的通信接口相连接。
2.根据权利要求1所述的一种用户可自定义的智能微电网负荷控制系统，其特征在于，所述微电网中央控制器包括数据采集和处理模块、负荷集中控制策略算法模块、通信接口，所述微电网中央控制器的数据采集和处理模块用来持续同步采集公共耦合点内外侧电压、联络线电流、微电网内部馈线电流，并计算电源和负荷的有功功率；所述微电网中央控制器的负荷集中控制策略算法模块用来获得系统能量差额。
3.根据权利要求1所述的一种用户可自定义的智能微电网负荷控制系统，其特征在于，所述用户负荷管理模块包括用户认证服务器、通信接口，所述用户负荷管理模块的用户认证服务器用来进行用户登录权限认证，经过登录权限认证的用户可以进行配置负荷的优先级，定义每条线路上连接的电气负荷以及最大负荷，控制所述智能线路开关的开/合状态，所述用户负荷管理模块的通信接口通过WiFi通信模块经局域网或公网与所述用户负荷的通信接口相连接，所述用户负荷管理模块还用来存储控制用户负荷的用户名、密码、控制命令。
4.根据权利要求1或3任意一项所述的一种用户可自定义的智能微电网负荷控制系统，其特征在于，所述通信接口采用以太网接口或者无线Zigbee接口。
5.根据权利要求1所述的一种用户可自定义的智能微电网负荷控制系统，其特征在于，所述智能线路开关包括空气开关、继电器、数据采集和处理模块，所述继电器与所述空气开关相连接，用来自动控制空气开关的开/合；所述智能线路开关的数据采集和处理模块用来采集线路上智能家电的负荷信息。
6.根据权利要求1所述的一种用户可自定义的智能微电网负荷控制系统，其特征在于，所述智能微电网负荷控制系统还包括不间断电源、无线路由器，所述不间断电源用于在外部电源停电的情况下保证智能线路开关的继电器和无线路由器的正常工作，所述无线路由器用来为用户负荷控制器提供与外部通信的连接通道。
7.采用权利要求1所述的一种用户可自定义的智能微电网负荷控制系统的控制方法，其特征在于，具体包括如下步骤：
步骤SS1采用微电网中央控制器采集微电网母线的三相电压，然后转变成线电压，计算微电网母线的电源瞬时有功功率PG、负荷瞬时有功功率PL；
步骤SS2将所述步骤SS1中的电源瞬时有功功率PG、负荷瞬时有功功率PL送入比较器求差值，然后将所述差值输入到低通数字滤波器，输出联络线有功功率参考值，将所述联络线有功功率参考值减去储能系统有功功率，最后获得微电网能量差额；
步骤SS3判定步骤SS2中的微电网能量差额的正负；若差额为正的，则判定微电网内能量充足，然后降低分布式电源的发电量；若差额为负的，则判定微电网内用电紧张，然后转入步骤SS4并提高储能系统有功功率进行能耗补偿，以达到微电网用电平衡；若提高储能系统有功功率不能达到微电网用电平衡，则转入步骤SS5；
步骤SS4所述微电网中央控制器通过通信接口将所述微电网能量差额按比例分配到微电网每个所述用户负荷控制器；
步骤SS5采用切负荷方法来进行微电网能耗补偿，以达到微电网用电平衡；所述用户负荷控制器根据所述微电网中央控制器分配的负荷配额和用户自定义的负荷优先级，在不超过负荷配额的情况下，关闭优先等级低的线路开关和智能家电。
8.根据权利要求7所述的一种用户可自定义的智能微电网负荷控制系统的控制方法，其特征在于，所述步骤SS1具体包括：采集微电网母线a、b、c三相与中性点之间的相电压的瞬时值U′a、U′b、U′c，然后转变成线电压Uab、Ubc、Uca；
微电网母线的电源瞬时有功功率计算方式为
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上式(1)中，IaGi、IbGi、IcGi分别为第i条电源馈线a、b、c相瞬时电流；
微电网母线的负荷瞬时有功功率计算方式为
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上式(2)中，IaLi、IbLi、IcLi分别为第i条负荷馈线a、b、c相瞬时电流。
9.根据权利要求7所述的一种用户可自定义的智能微电网负荷控制系统的控制方法，其特征在于，所述步骤SS1还包括：每一条用户负荷瞬时有功功率的计算方式为
<mrow>
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上式(3)中，ILi为第i条负荷瞬时电流，U’L为第i条负荷瞬时电压。
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