CN106972482A - 一种基于需求响应的负荷管理系统 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种基于需求响应的负荷管理系统，包括负载智能控制器、负载中央控制器、区域集中管理平台、用户终端管理平台；所述负载智能控制器采集负载的数据上传至负载中央控制器，执行开关动作命令；所述负载中央控制器接收负载智能控制器上传的数据，进行存储、运算，并与区域集中管理平台、用户终端管理平台通信；所述区域集中管理平台和用户终端管理平台都包括实时负荷监控模块、实时负荷统计模块、实时负荷等级计算模块、负荷曲线绘制和预测模块、节电管理模块；所述区域集中管理平台的节电管理模块根据后续周期的负荷值，生成节电管理方案，发送至用户终端管理平台的节电管理模块。

Description

一种基于需求响应的负荷管理系统
技术领域
本发明涉及电力负荷管理技术领域，具体涉及一种基于需求响应的负荷管理系统。
背景技术
随着能源资源的日益匮乏和人类环保意识的日益增强，人们的节电意识越来越强，同时，随着能源互联网的发展和新型电力市场的建立，用户参与用电管理的需求越来越强烈。基于需求响应的负荷管理系统就是吸纳用户参与到用电管理中来，实现用电信息的互动和实时反馈，电企和用户双向管理用电行为，通过激励鼓励用户采用最优化用电方式，从而实现用户与电网的双向互动，最终达到削峰填谷、提高能源利用率的目的。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种基于需求响应的负荷管理系统，可以吸纳用户参与到用电管理中来，实现用电信息的互动和实时反馈，电企和用户双向管理用电行为，通过激励鼓励用户采用最优化用电方式。
本发明通过以下技术方案实现：
一种基于需求响应的负荷管理系统，包括负载智能控制器、负载中央控制器、区域集中管理平台、用户终端管理平台；
所述负载智能控制器连接于用户所安装的负载，采集负载的数据上传至负载中央控制器，执行开关动作命令；
所述负载中央控制器接收负载智能控制器上传的数据，进行存储、运算，并与区域集中管理平台、用户终端管理平台通信；
所述区域集中管理平台和用户终端管理平台都包括实时负荷监控模块、实时负荷统计模块、实时负荷等级计算模块、负荷曲线绘制和预测模块、节电管理模块；所述实时负荷监控模块对负载进行识别，读取负载的数据，生成负载智能控制器的开关动作命令；所述实时负荷统计模块识别处于工作状态的负载，根据其数据计算负荷值；所述实时负荷等级计算模块根据预设的负荷等级计算规则，计算负载的负荷等级；所述负荷曲线绘制和预测模块根据近N个周期负载的负荷值及负荷等级，生成负荷等级曲线，再预测得到后续周期的负荷值；所述区域集中管理平台的节电管理模块根据后续周期的负荷值，生成节电管理方案，发送至用户终端管理平台的节电管理模块。
本发明的进一步方案是，所述负荷曲线绘制和预测模块预测后续周负荷值的方法是：
根据近N个周期的负荷等级D1、D2、......、DN-2、DN-1、DN，2≤N≤10，计算下一周期的预测负荷等级为
根据近N个周期的负荷值M1、M2、......、MN-2、MN-1、MN，2≤N≤10，计算下一周期的初步负荷值为
根据近N个周期初步负荷值M3＇、......、MN-2＇、MN-1＇、MN＇、MN+1＇，2≤N≤10，计算再下一周期的最终负荷值为
本发明的进一步方案是，所述负荷等级计算规则是将负荷值的范围划分为数个顺序编号的区间，当负载的负荷值落入某区间时，则其负荷等级为该区间的编号。
本发明的进一步方案是，所述负载智能控制器由电磁开关、电流互感器、开关驱动模块、处理模块和电源模块组成，所述电磁开关和电流互感器分别连接于负载的电源线，所述电流互感器的输出端连接处理模块的输入端，所述电磁开关通过开关驱动模块连接于处理模块的输出端，所述电源模块为处理模块供电，所述处理模块与负载中央控制器通信。
本发明的更进一步方案是，所述开关驱动模块为三极管T，所述三极管T的基极连接处理模块的一个输出端，集电极通过电阻R连接电源模块，发射极连接电磁开关的线圈一端。
本发明的更进一步方案是，所述电磁开关包括绝缘的底板、电刷、弹性导电片，以及设置于底板上的A导电片、B导电片、电刷定位槽和电磁铁，所述弹性导电片和A导电片由铁磁材料制成，所述B导电片位于A导电片一侧，所述电刷定位槽设置于A导电片和B导电片之间；所述弹性导电片一端通过磁性连接座连接于A导电片，另一端连接电刷上端，所述电刷下端位于电刷定位槽中，所述电磁铁设置于弹性导电片下方；当电磁铁的线圈得电时，吸附弹性导电片对电刷施加压力，电刷下端沿电刷定位槽滑动至与B导电片贴合，此时A导电片通过磁性连接座、弹性导电片、电刷与B导电片导通。
本发明的更进一步方案是，所述磁性连接座由两块分别设有通孔的磁铁和一个导电球组成，所述导电球被夹持在两块磁铁之间，其半径大于通孔半径和磁铁厚度，使两块磁铁之间略有间隙，且从两块磁铁外侧露出其部分表面，所述两块磁铁的外侧分别吸附于弹性导电片和A导电片，使导电球贴合弹性导电片和A导电片。
本发明的更进一步方案是，所述电刷呈V字形，其尖端向上连接于弹性导电片。
本发明的更进一步方案是，所述A导电片呈弧形，所述B导电片设置于A导电片内弧面所朝向的一侧。
本发明的更进一步方案是，所述电源模块由电压互感器、充电电池U和电容C组成，所述电压互感器初级L1连接于负载的电源线，所述电压互感器次级L2与充电电池U、电容C并联，所述充电电池U为处理模块供电。
本发明的优点在于：
一、负载中央控制器将各负载智能控制器采集到的数据汇总后分别传输至用户终端管理平台和区域集中管理平台，用户通过用户终端管理平台对自家的用电状况进行管理，电企通过区域集中管理平台对所管辖区域内的整体用电状况以及各用户的用电状况进行管控，针对各用户的用电状况生成节电管理方案供用户选择，吸纳用户参与到用电管理中来，实现用电信息的互动和实时反馈，电企和用户双向管理用电行为，通过激励鼓励用户采用最优化用电方式，达到削峰填谷、平衡负荷、增加用电设备使用寿命、降低电力企业发电成本和需求侧用电成本以及节约能源的目的；
二、负荷曲线绘制和预测模块预测后续周负荷值的方法，采用两次修正，第一段用负荷等级去平滑预测下一周期的初步负荷值，第二段计及预测误差进一步修正，预测再下一周期的最终负荷值，运算数据量少，短期预测精度高；
三、负载智能控制器通过电流互感器采集负载的数据，通过电磁开关实现对负载的启、停，处理模块进行发送数据、接收命令对电磁开关发送控制信号，安装方便，便于对负荷进行监控；
四、弹性导电片通过磁性连接座可以连接于A导电片上的任意位置，克服了传统电磁开关定点安装带来的空间限制，拆、装十分方便，便于维护；
五、由两块磁铁和一个导电球组成的磁性连接座，导电球在起到导电作用的同时还可以作为转轴使两块磁铁沿着其周向进行转动，便于调整方向，磨损小，使用寿命长，进一步提高安装的便利性；
六、V字形电刷具有较好的弹性，永久变形量较小，多次动作后仍能保持原状，使用寿命长；
七、弧形的A导电片，使磁性连接座到电刷的距离基本保持一致，进而使电磁铁对弹性导电片施加的作用力一致，确保电磁开关动作正常，而且节约安装空间；
八、通过电压互感器从负载的电源线为充电电池供电，不需要频繁更换电池，也不会因为忘记更换电池导致负载智能控制器停止工作，稳定性好、可靠性高。
附图说明
图1为本发明的系统结构框图。
图2为负载智能控制器结构示意图。
图3为实施例中处理模块与无线通信模块的电路图。
图4为电磁开关结构示意图。
图5为磁性连接座结构示意图。
具体实施方式
如图1所示的一种基于需求响应的负荷管理系统，包括负载智能控制器、负载中央控制器、区域集中管理平台、用户终端管理平台；
所述负载智能控制器连接于用户所安装的负载，采集负载的数据上传至负载中央控制器，执行开关动作命令；其结构如图2所示，由电磁开关1、电流互感器I互感、开关驱动模块、处理模块2和电源模块组成。所述处理模块2采用的是MSP430F2274型单片机，该单片机通过CC2500型无线收发模块3与负载中央控制器通信，单片机与无线收发模块的接线图如图3所示；所述电流互感器I互感连接于负载的电源线L火，其输出端连接单片机的P2.1引脚；所述电源模块由电压互感器、充电电池U和电容C组成，所述电压互感器初级L1连接于负载的电源线L火，所述电压互感器次级L2与充电电池U、电容C并联，一端连接单片机的VCC引脚，另一端接地，为单片机供电；所述开关驱动模块为三极管T，所述三极管T的基极连接单片机的P1.0引脚，集电极通过电阻R连接充电电池U，发射极连接电磁开关的线圈一端；所述电磁开关1如图4所示，包括圆形的绝缘的底板10、V字形的电刷16、弹性导电片15，以及设置于底板10上的弧形的A导电片11、B导电片12、电刷定位槽19和电磁铁(未示出)，所述A导电片11和B导电片12分别通过引入导线17、引出导线18并联于负载的电源线L火上的机械开关，所述弹性导电片15和A导电片11由铁磁材料制成，所述B导电片12设置于A导电片11内弧面所朝向的一侧，所述电刷定位槽19设置于A导电片11和B导电片12之间；所述弹性导电片15一端通过磁性连接座连接于A导电片11，另一端连接电刷16向上的尖端，所述电刷16下端位于电刷定位槽19中，所述磁性连接座如图5所示，由两块分别设有通孔131的磁铁13和一个钢制的导电球14组成，所述导电球14被夹持在两块磁铁13之间，其半径大于通孔131半径和磁铁13厚度，使两块磁铁13之间略有间隙，且从两块磁铁13外侧露出其部分表面，所述两块磁铁13的外侧分别吸附于弹性导电片15和A导电片11，所述弹性导电片15和A导电片11分别设置与导电球14表面配合的凹槽以增大接触面积，使导电球14贴合弹性导电片15和A导电片11，所述电磁铁设置于弹性导电片15下方，其线圈一端连接三极管T的发射极，另一端接地；当电磁铁的线圈得电时，吸附弹性导电片15对电刷16施加压力，电刷16下端沿电刷定位槽19滑动至与B导电片12贴合，此时A导电片11通过磁性连接座、弹性导电片15、电刷16与B导电片12导通。
所述负载中央控制器也采用MSP430F2274型单片机实现，通过CC2500型无线收发模块接收负载智能控制器上传的数据，外围电路图参考图3，进行存储、运算，并与区域集中管理平台、用户终端管理平台通信。
所述区域集中管理平台和用户终端管理平台都包括实时负荷监控模块、实时负荷统计模块、实时负荷等级计算模块、负荷曲线绘制和预测模块、节电管理模块；所述实时负荷监控模块对负载的型号、编号等进行识别，读取负载的工作状态、工作时间等数据，生成负载智能控制器的开关动作命令；所述实时负荷统计模块识别处于工作状态的负载，根据其数据计算负荷值；所述实时负荷等级计算模块根据预设的负荷等级计算规则，计算负载的负荷等级，所述负荷等级计算规则是将负荷值的范围划分为数个顺序编号的区间，当负载的负荷值落入某区间时，则其负荷等级为该区间的编号，例如：将负荷值1～50划分为5个区间，第1区间为1～10，第2区间为11～20，第3区间为21～30，第4区间为31～40，第5区间为41～50，当某负载的实测负荷值为35时，则其负荷等级为4级；所述负荷曲线绘制和预测模块根据近N个周期负载的负荷值及负荷等级，生成负荷等级曲线，再预测得到后续周期的负荷值，方法是：
根据近N个周期的负荷等级D1、D2、......、DN-2、DN-1、DN，2≤N≤10，计算下一周期的预测负荷等级为
根据近N个周期的负荷值M1、M2、......、MN-2、MN-1、MN，2≤N≤10，计算下一周期的初步负荷值为
根据近N个周期初步负荷值M3＇、......、MN-2＇、MN-1＇、MN＇、MN+1＇，2≤N≤10，计算再下一周期的最终负荷值为所述区域集中管理平台的节电管理模块根据后续周期的负荷值，生成节电管理方案，发送至用户终端管理平台的节电管理模块，供用户参考和选择。
通过以上方案，吸纳用户参与到用电管理中来，实现用电信息的互动和实时反馈，电企和用户双向管理用电行为，通过激励鼓励用户采用最优化用电方式，达到削峰填谷、平衡负荷、增加用电设备使用寿命、降低电力企业发电成本和需求侧用电成本以及节约能源的目的。

Claims (10)

1.一种基于需求响应的负荷管理系统，其特征在于：包括负载智能控制器、负载中央控制器、区域集中管理平台、用户终端管理平台；
所述负载智能控制器连接于用户所安装的负载，采集负载的数据上传至负载中央控制器，执行开关动作命令；
所述负载中央控制器接收负载智能控制器上传的数据，进行存储、运算，并与区域集中管理平台、用户终端管理平台通信；
所述区域集中管理平台和用户终端管理平台都包括实时负荷监控模块、实时负荷统计模块、实时负荷等级计算模块、负荷曲线绘制和预测模块、节电管理模块；所述实时负荷监控模块对负载进行识别，读取负载的数据，生成负载智能控制器的开关动作命令；所述实时负荷统计模块识别处于工作状态的负载，根据其数据计算负荷值；所述实时负荷等级计算模块根据预设的负荷等级计算规则，计算负载的负荷等级；所述负荷曲线绘制和预测模块根据近N个周期负载的负荷值及负荷等级，生成负荷等级曲线，再预测得到后续周期的负荷值；所述区域集中管理平台的节电管理模块根据后续周期的负荷值，生成节电管理方案，发送至用户终端管理平台的节电管理模块。
2.如权利要求1所述的一种基于需求响应的负荷管理系统，其特征在于：所述负荷曲线绘制和预测模块预测后续周负荷值的方法是：
根据近N个周期的负荷等级D1、D2、......、DN-2、DN-1、DN，2≤N≤10，计算下一周期的预测负荷等级为
根据近N个周期的负荷值M1、M2、......、MN-2、MN-1、MN，2≤N≤10，计算下一周期的初步负荷值为
根据近N个周期初步负荷值M3＇、......、MN-2＇、MN-1＇、MN＇、MN+1＇，2≤N≤10，计算再下一周期的最终负荷值为
3.如权利要求1所述的一种基于需求响应的负荷管理系统，其特征在于：所述负荷等级计算规则是将负荷值的范围划分为数个顺序编号的区间，当负载的负荷值落入某区间时，则其负荷等级为该区间的编号。
4.如权利要求1所述的一种基于需求响应的负荷管理系统，其特征在于：所述负载智能控制器由电磁开关(1)、电流互感器、开关驱动模块、处理模块(2)和电源模块组成，所述电磁开关和电流互感器分别连接于负载的电源线，所述电流互感器的输出端连接处理模块(2)的输入端，所述电磁开关通过开关驱动模块连接于处理模块(2)的输出端，所述电源模块为处理模块(2)供电，所述处理模块(2)与负载中央控制器通信。
5.如权利要求4所述的一种基于需求响应的负荷管理系统，其特征在于：所述开关驱动模块为三极管T，所述三极管T的基极连接处理模块(2)的一个输出端，集电极通过电阻R连接电源模块，发射极连接电磁开关的线圈一端。
6.如权利要求4或5所述的一种基于需求响应的负荷管理系统，其特征在于：所述电磁开关(1)包括绝缘的底板(10)、电刷(16)、弹性导电片(15)，以及设置于底板(10)上的A导电片(11)、B导电片(12)、电刷定位槽(19)和电磁铁，所述弹性导电片(15)和A导电片(11)由铁磁材料制成，所述B导电片(12)位于A导电片(11)一侧，所述电刷定位槽(19)设置于A导电片(11)和B导电片(12)之间；所述弹性导电片(15)一端通过磁性连接座连接于A导电片(11)，另一端连接电刷(16)上端，所述电刷(16)下端位于电刷定位槽(19)中，所述电磁铁设置于弹性导电片(15)下方；当电磁铁的线圈得电时，吸附弹性导电片(15)对电刷(16)施加压力，电刷(16)下端沿电刷定位槽(19)滑动至与B导电片(12)贴合，此时A导电片(11)通过磁性连接座、弹性导电片(15)、电刷(16)与B导电片(12)导通。
7.如权利要求6所述的一种基于需求响应的负荷管理系统，其特征在于：所述磁性连接座由两块分别设有通孔(131)的磁铁(13)和一个导电球(14)组成，所述导电球(14)被夹持在两块磁铁(13)之间，其半径大于通孔(131)半径和磁铁(13)厚度，使两块磁铁(13)之间略有间隙，且从两块磁铁(13)外侧露出其部分表面，所述两块磁铁(13)的外侧分别吸附于弹性导电片(15)和A导电片(11)，使导电球(14)贴合弹性导电片(15)和A导电片(11)。
8.如权利要求6所述的一种基于需求响应的负荷管理系统，其特征在于：所述电刷(16)呈V字形，其尖端向上连接于弹性导电片(15)。
9.如权利要求6所述的一种基于需求响应的负荷管理系统，其特征在于：所述A导电片(11)呈弧形，所述B导电片(12)设置于A导电片(11)内弧面所朝向的一侧。
10.如权利要求4所述的一种基于需求响应的负荷管理系统，其特征在于：所述电源模块由电压互感器、充电电池U和电容C组成，所述电压互感器初级L1连接于负载的电源线，所述电压互感器次级L2与充电电池U、电容C并联，所述充电电池U为处理模块供电。
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