CN107359635A - 一种基于电力系统峰谷时段的家庭电能管理系统及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种基于电力系统峰谷时段的家庭电能管理系统及方法，其技术特点在于：包括电网、互联接口、家庭用电管理系统、家庭用电控制系统、发电系统、储能系统和用电负荷。本发明通过分布式电源接入配电网的互联接口进行电力用户与电力系统的互动，能够实时响应电力需求侧管理的需要，实现用户负荷在峰谷各时段合理供电及向电网反向供电。
Description
技术领域
本发明属于电力电网技术领域，尤其涉及一种基于电力系统峰谷时段的家庭电能管理系统及方法。
背景技术
随着智能电网的发展，电力需求侧管理应用逐步向中小电力用户推广。
通过检索发现如下三件专利：(1)一种新型家庭能量管理系统的智能控制算法(申请号CN201310586819.6)，主要针对居民用户中大功率家电负荷进行DR控制，并对户用分布式电源的供能模式进行选择，充分考虑用户对家电的舒适度范围设定，并根据家电当前工作状态提出了舒适度越限指标的概念，并据此计算所有家电的动态优先级，根据优先级执行控制决策，实现了控制的全自动化，提高了用户参与DR的主动性。
(2)一种用于家庭能量管理系统的智能控制算法(申请号：CN201310397464.6)，主要实现居民用户中，大功率用电负荷的DR控制，HEM系统用于居民用户中，针对大功率家电负荷，自动实施需求侧响应(DR)控制，执行算法前，首先由用户设定被控负荷的优先级及舒适度范围，然后HEM系统接收电力公司的用电限制及DR时间要求信号，通过比较用户实际用电量与用电限制，执行控制算法，做出控制决策，实现DR的自动控制，该算法充分考虑了用户的舒适度及家电的优先级，同时实现了家庭用电管理的全自动化。
(3)一种家庭能量管理系统(申请号：CN201310397349.9)。该系统包括家电管理控制系统，所述家电管理控制系统是家庭中所有大功率用电器的管理及决策控制单元，其包括运行相应控制算法的PC机或处理器；在大功率家电负荷与家电管理控制系统之间，为实现需求侧响应管理，还设置有家电接口单元，实现大功率家电的功率数据采集、与家电管理控制系统通信及本地负荷状态控制；本发明主要针对居民用户中大功率家电负荷进行DR控制，且在充分考虑用户舒适度及负荷优先级的前提下，实现了控制的全自动化。
虽然上述三件已公开的发明专利都实现了家庭用电管理的全自动化，但都缺乏通过分布式电源接入配电网的互联接口进行电力用户与电力系统的互动，不能实时响应电力需求侧管理的需要，解决用户负荷在峰谷各时段合理供电及向电网反向供电的问题。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种基于电力系统峰谷时段的家庭电能管理系统及方法，解决目前公知的家庭电能管理系统缺乏通过分布式电源接入配电网的互联接口进行电力用户与电力系统的互动，不能实时响应电力需求侧管理的需要，及用户负荷在峰谷各时段合理供电及向电网反向供电的技术问题。
本发明解决其技术问题是采取以下技术方案实现的：
一种基于电力系统峰谷时段的家庭电能管理系统，包括电网、互联接口、家庭用电管理系统、家庭用电控制系统、发电系统、储能系统和用电负荷；
所述电网通过互联接口与家庭用电控制系统相连接，该家庭用电控制系统用于采集电力系统用电信息和双向智能表历史数据；
所述家庭用电控制系统与家庭用电管理系统相连接，该家庭用电管理系统用于接收所述家庭用电控制系统上传的电力系统用电信息及双向智能表历史数据，实现家庭电能的管理、查询、统计、分析、预测功能并根据电力系统用电信息及双向智能表历史数据制定家庭电能用电策略；
该家庭用电控制系统的输入端还与发电系统相连接，该发电系统采用风力发电或太阳能光伏发电的发电方式向用电负荷供电和电网反向供电；
该家庭用电控制系统还与储能系统相连接，该储能系统用于通过吸纳发电系统的剩余电能和在电网用电谷段充电，并在电网用电峰段向用电负荷供电和电网反向供电，调节电网峰谷电量；
该家庭用电控制系统的输入端还与用电负荷相连接，该用电负荷用于接收家庭用电控制系统根据电力系统峰谷时段选择的供电源。
而且，所述家庭用电控制系统通过USB接口与家庭用电管理系统相接。
而且，所述家庭用电控制系统通过载波通信模块采集互联接口输出的电力系统用电信息和双向智能表历史数据。
一种基于电力系统峰谷时段的家庭电能管理系统及方法，包括如下步骤：
步骤301：将系统初始化并自检；
步骤302：系统自检存在故障转步骤303，否则转步骤304；
步骤303：报警、系统旁路；
步骤304：控制系统读取电力系统用电信息及双向智能电表数据；
步骤305：数据上传所述家庭用电管理系统并统计、分析、制定家庭电能控制策略；
步骤306：家庭用电控制系统执行家庭电能控制策略；
步骤307：判断是用电峰段时间转步骤308，否则转步骤310；
步骤308：用电负荷由储能系统供电、根据控制策略剩余电能向电网反向供电P＝(Pc-Py)×K；
上式中，P为反向供电电能，Pc储能系统目前电能，Py为预测家庭该用电时段的用电负荷，K为储能系统裕度；
步骤309：判断用电峰段时间结束转步骤310，否则转步骤308；
步骤310：判断是用电平段时间转步骤311，否则转步骤313；
步骤311：下一用电时段为峰段，用电负荷由电网供电，储能系统充电，下一用电时段为谷段，用电负荷耗尽储能系统电量后转电网供电；
步骤312：判断用电平段时间结束转步骤313，否则转步骤311；
步骤313：判断是用电谷段时间转步骤314，否则转步骤316；
步骤314：用电负荷由电网供电，储能系统充电；
步骤315：判断用电谷段时间结束转步骤316，否则转步骤314；
步骤316：每日24点转步骤301，否则转步骤307。
本发明的优点和积极效果是：
1、本发明的家庭电能管理系统通过分布式电源接入配电网的互联接口进行电力用户与电力系统的互动，能够实时响应电力需求侧管理的需要，实现用户负荷在峰谷各时段合理供电及向电网反向供电。
2、本发明的家庭用电控制系统采用控制算法在电力系统用电峰段使用分布式电源和储能电源向用电负荷供电，剩余电能向电网反向供电；在电力系统用电谷段使用电网向用电负荷供电并给储能电源充电，减少峰段用电量，提高谷段用电量，提高电网的经济运行效率。
3、本发明基于电力系统峰谷时段的家庭电能管理系统方法通过家庭用电管理系统计算预测家庭不同用电时段的用电负荷和储能系统裕度使家庭用电控制系统在电力系统峰谷时段合理调配用电负荷的供电源，使用电负荷在不同时段选用电网、发电系统、储能系统供电，减少峰段用电量，提高谷段用电量；另外，通过发电系统和储能系统在电力系统用电峰段时间的反向供电，从而减少了电网运行的峰谷负荷差，提高电网的经济运行效率，实现电力需求侧管理在家庭侧的延伸及节能降耗的目的。
4、本发明通过家庭用电控制系统接收的家庭用电管理系统的控制参数，选择确定在峰谷时段用电负荷的供电源及向电网反向供电控制，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是本发明实施例中基于电力系统峰谷时段的家庭电能管理系统结构示意图；
图2是本发明实施例提供的互联接口结构示意图；
图3是本发明实施例提供的基于电力系统峰谷时段的家庭电能管理系统方法流程图。
具体实施方式
以下结合附图对本发明实施例作进一步详述：
一种基于电力系统峰谷时段的家庭电能管理系统，如图1所示，包括电网、互联接口、家庭用电管理系统、家庭用电控制系统、发电系统、储能系统和用电负荷；
所述电网通过互联接口与家庭用电控制系统相连接，该家庭用电控制系统用于采集电力系统用电信息和双向智能表历史数据；
所述家庭用电控制系统与家庭用电管理系统相连接，该家庭用电管理系统用于接收所述家庭用电控制系统上传的电力系统用电信息及双向智能表历史数据，实现家庭电能的管理、查询、统计、分析、预测功能并根据电力系统用电信息及双向智能表历史数据制定家庭电能用电策略；
该家庭用电控制系统的输入端还与发电系统相连接，该发电系统采用风力发电或太阳能光伏发电的发电方式向用电负荷供电和电网反向供电；
该家庭用电控制系统还与储能系统相连接，该储能系统用于通过吸纳发电系统的剩余电能和在电网用电谷段充电，并在电网用电峰段向用电负荷供电和电网反向供电，调节电网峰谷电量；
该家庭用电控制系统的输入端还与用电负荷相连接，该用电负荷用于接收家庭用电控制系统根据电力系统峰谷时段选择的供电源。
在本实施例中，所述家庭用电控制系统通过USB接口与家庭用电管理系统相接。
在本实施例中，所述家庭用电控制系统通过载波通信模块采集互联接口输出的电力系统用电信息和双向智能表历史数据。
下面分别对本发明的一种基于电力系统峰谷时段的家庭电能管理系统的各个组成部分的作用进行详细说明：
(1)电网通过互联接口与家庭用电控制系统相连接，并通过该家庭用电控制系统分别与家庭用电管理系统、发电系统、储能系统和用电负荷相连接，用于编写完整的控制程序，实现家庭电能的错峰管理控制和分布式电源的接入控制及电力供需互动；所述电力供需互动是指电网与电力用户的双向供电。
(2)家庭用电控制系统通过互联接口与电网连接，用于接收电力系统用电信息及双向智能表历史数据上传家庭用电管理系统；与发电系统、储能系统、用电负荷连接，用于电力系统峰谷时段用电负荷供电选择及向电网反向供电控制策略。
所述电力系统峰谷时段用电负荷供电选择及向电网反向供电控制策略是指：家庭用电控制系统采用控制算法在电力系统用电峰段使用分布式电源和储能电源向用电负荷供电，剩余电能向电网反向供电；在电力系统用电谷段使用电网向用电负荷供电并给储能电源充电，减少峰段用电量，提高谷段用电量，提高电网的经济运行效率。
(3)如图2所示，互联接口的两端与电网和家庭用电控制系统连接，分布式电源接入配电网的互联接口：通过单个设备或多个设备的组合，包括同步电机、感应电机、变流器的互联部分，和系统控制、稳定控制、元件级及系统级保护、自动化通信、同期和计量等装置，实现电网与电力用户的双向供电。
(4)家庭用电管理系统通过USB接口与家庭用电控制系统连接，接收家庭用电控制系统上传的电力系统用电信息及双向智能表历史数据，实现家庭电能的管理、查询、统计、分析、预测功能并根据电力系统用电信息及双向智能表历史数据制定家庭电能用电策略。
具体地说，家庭用电管理系统通过USB接口实时接收家庭用电控制系统上传的负荷用电数据、电力系统峰谷时段用电信息和各时段用电负荷供电源状态、向电网反向供电数据，编写数据库管理软件用于实现家庭电能的管理、查询、统计、分析、预测功能。
(5)发电系统的输出端与家庭用电控制系统连接，可采用风力发电、太阳能光伏发电等发电方式向用电负荷供电和电网反向供电；
(6)储能系统与家庭用电控制系统连接，采用特斯拉电力墙作为家庭储能系统，通过吸纳发电系统的剩余电能和在电网用电谷段充电，在电网用电峰段向用电负荷供电和电网反向供电，调节电网峰谷电量；
(7)用电负荷，与家庭用电控制系统连接，用于接收家庭用电控制系统根据电力系统峰谷时段优选的供电源。
本发明的工作原理是：
本发明的家庭用电控制系统通过载波通信模块接收互联接口转发的电力系统峰谷时段等用电参数、负荷用电数据，和各时段用电负荷供电源状态、向电网反向供电数据，通过USB接口上传家庭用电管理系统，并接收家庭用电管理系统下发的控制参数，通过编写控制软件使家庭用电控制系统在电力系统峰谷时段合理调配用电负荷的供电源，使用电负荷在不同时段选用电网、发电系统、储能系统供电，减少峰段用电量，提高谷段用电量；另外，通过发电系统和储能系统在电力系统用电峰段时间的反向供电，从而减少了电网运行的峰谷负荷差，提高电网的经济运行效率，实现电力需求侧管理在家庭侧的延伸及节能降耗的目的。
一种基于电力系统峰谷时段的家庭电能管理系统及方法,如图3所示，包括如下步骤：
步骤301：将系统初始化并自检；
步骤302：系统自检存在故障转303，否则转304；
步骤303：报警、系统旁路；
步骤304：控制系统读取电力系统用电信息及双向智能电表数据；
步骤305：数据上传所述家庭用电管理系统并统计、分析、制定家庭电能控制策略；
步骤306：家庭用电控制系统执行家庭电能控制策略；
步骤307：判断是用电峰段时间转308，否则转310；
步骤308：用电负荷由储能系统供电、根据控制策略剩余电能向电网反向供电P＝(Pc-Py)×K；
上式中，P为反向供电电能，Pc储能系统目前电能，Py为预测家庭该用电时段的用电负荷，K为储能系统裕度；
步骤309：判断用电峰段时间结束转310，否则转308；
步骤310：判断是用电平段时间转311，否则转313；
步骤311：下一用电时段为峰段，用电负荷由电网供电，储能系统充电，下一用电时段为谷段，用电负荷耗尽储能系统电量后转电网供电；
步骤312：判断用电平段时间结束转313，否则转311；
步骤313：判断是用电谷段时间转314，否则转316；
步骤314：用电负荷由电网供电，储能系统充电；
步骤315：判断用电谷段时间结束转316，否则转314；
步骤316：每日24点转301，否则转307。
通过家庭用电管理系统计算预测家庭不同用电时段的用电负荷和储能系统裕度使家庭用电控制系统在电力系统峰谷时段合理调配用电负荷的供电源，使用电负荷在不同时段选用电网、发电系统、储能系统供电，减少峰段用电量，提高谷段用电量；另外，通过发电系统和储能系统在电力系统用电峰段时间的反向供电。
需要强调的是，本发明所述的实施例是说明性的，而不是限定性的，因此本发明包括并不限于具体实施方式中所述的实施例，凡是由本领域技术人员根据本发明的技术方案得出的其他实施方式，同样属于本发明保护的范围。
Claims (4)
1.一种基于电力系统峰谷时段的家庭电能管理系统，其特征在于：包括电网、互联接口、家庭用电管理系统、家庭用电控制系统、发电系统、储能系统和用电负荷；
所述电网通过互联接口与家庭用电控制系统相连接，该家庭用电控制系统用于采集电力系统用电信息和双向智能表历史数据；
所述家庭用电控制系统与家庭用电管理系统相连接，该家庭用电管理系统用于接收所述家庭用电控制系统上传的电力系统用电信息及双向智能表历史数据，实现家庭电能的管理、查询、统计、分析、预测功能并根据电力系统用电信息及双向智能表历史数据制定家庭电能用电策略；
该家庭用电控制系统的输入端还与发电系统相连接，该发电系统采用风力发电或太阳能光伏发电的发电方式向用电负荷供电和电网反向供电；
该家庭用电控制系统还与储能系统相连接，该储能系统用于通过吸纳发电系统的剩余电能和在电网用电谷段充电，并在电网用电峰段向用电负荷供电和电网反向供电，调节电网峰谷电量；
该家庭用电控制系统的输入端还与用电负荷相连接，该用电负荷用于接收家庭用电控制系统根据电力系统峰谷时段选择的供电源。
2.根据权利要求1所述的一种基于电力系统峰谷时段的家庭电能管理系统，其特征在于：所述家庭用电控制系统通过USB接口与家庭用电管理系统相接。
3.根据权利要求1或2所述的一种基于电力系统峰谷时段的家庭电能管理系统，其特征在于：所述家庭用电控制系统通过载波通信模块采集互联接口输出的电力系统用电信息和双向智能表历史数据。
4.一种如权利要求1至3所述的一种基于电力系统峰谷时段的家庭电能管理系统的管理方法，包括如下步骤：
步骤301：将系统初始化并自检；
步骤302：系统自检存在故障转步骤303，否则转步骤304；
步骤303：报警、系统旁路；
步骤304：控制系统读取电力系统用电信息及双向智能电表数据；
步骤305：数据上传所述家庭用电管理系统并统计、分析、制定家庭电能控制策略；
步骤306：家庭用电控制系统执行家庭电能控制策略；
步骤307：判断是用电峰段时间转步骤308，否则转步骤310；
步骤308：用电负荷由储能系统供电、根据控制策略剩余电能向电网反向供电P＝(Pc-Py)×K；
上式中，P为反向供电电能，Pc储能系统目前电能，Py为预测家庭该用电时段的用电负荷，K为储能系统裕度；
步骤309：判断用电峰段时间结束转步骤310，否则转步骤308；
步骤310：判断是用电平段时间转步骤311，否则转步骤313；
步骤311：下一用电时段为峰段，用电负荷由电网供电，储能系统充电，下一用电时段为谷段，用电负荷耗尽储能系统电量后转电网供电；
步骤312：判断用电平段时间结束转步骤313，否则转步骤311；
步骤313：判断是用电谷段时间转步骤314，否则转步骤316；
步骤314：用电负荷由电网供电，储能系统充电；
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