CN109120006B - 一种离网光伏系统负载管理方法及系统 - Google Patents

一种离网光伏系统负载管理方法及系统 Download PDF

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CN109120006B CN201810784486.0A CN201810784486A CN109120006B CN 109120006 B CN109120006 B CN 109120006B CN 201810784486 A CN201810784486 A CN 201810784486A CN 109120006 B CN109120006 B CN 109120006B
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Abstract

本发明公开一种离网光伏系统负载管理方法及系统。方法包括：获取太阳能光伏电池过去N天的日发电量和过去、未来N天天气的太阳辐射强度占比；根据过去N天的发电量和过去、未来N天天气的太阳辐射强度占比，确定太阳能光伏电池未来N天的日发电量；获取未来N天日发电量的权重；根据太阳能光伏电池未来N天的日发电量和对应的未来N天日发电量的权重，确定未来N天的总发电量；获取蓄电池的剩余电量；根据总发电量和剩余电量，确定预测供电量；获取不同优先级的负载N天内的平均用电量；根据预测供电量与平均用电量的大小接入不同优先级的负载。采用本发明的方法或系统能够解决用户在光伏发电不足、储能不足的情况下产生的供电不足的问题。

Description

一种离网光伏系统负载管理方法及系统
技术领域
本发明涉及光伏发电领域，特别是涉及一种离网光伏系统负载管理方法及系统。
背景技术
离网光伏系统可解决偏远山区和无电网地区的供电问题，其应用十分广泛。光伏离网系统的能量平衡需要通过蓄电池的充放电来稳定。蓄电池在光伏阵列所提供的电能高于负载需要时被当作负载使用，此时蓄电池通过光伏阵列进行充电；当光伏阵列所提供电能不足以供给负载使用时，蓄电池作为电源放电给负载供电，实现光伏离网系统的能量平衡。目前，光伏离网系统没有考虑天气情况和负载管理的问题，例如南方持续半月之久的梅雨天气，太阳能光伏阵列发电不足，因此为保证这段时期内的用电可靠性，必须合理地进行负载管理。
发明内容
本发明的目的是提供一种离网光伏系统负载管理方法及系统，最大程度上对电能进行利用，保证供电可靠性，解决用户在光伏发电不足、储能不足的情况下产生的供电不足的问题。
为实现上述目的，本发明提供了如下方案：
一种离网光伏系统负载管理方法，所述方法包括：
获取太阳能光伏电池过去N天的日发电量和过去、未来N天天气的太阳辐射强度占比；
根据所述过去N天的发电量和过去、未来N天天气的太阳辐射强度占比，确定太阳能光伏电池未来N天的日发电量；
获取未来N天日发电量的权重；
根据所述太阳能光伏电池未来N天的日发电量和对应的未来N天日发电量的权重，确定未来N天的总发电量；
获取蓄电池的剩余电量；
根据所述总发电量和所述剩余电量，确定预测供电量；
获取不同优先级的负载N天内的平均用电量；
根据所述预测供电量与所述平均用电量的大小接入不同优先级的负载。
可选的，所述太阳辐射强度占比为：晴天等于0.95，少云等于0.85，多云等于0.5，阴天等于0.2，雨天等于0.05。
可选的，所述根据所述过去N天的发电量和过去、未来N天天气的太阳辐射强度占比，确定太阳能光伏电池未来N天的日发电量，具体包括：
根据公式E1＝K1·E-1计算未来第1天的日发电量E1；
根据公式E2＝(K1-K2)·E-1+K2·E-2计算未来第2天的日发电量E2；
根据公式En＝(Kn-Kn-1)·E-1+(Kn-Kn-1)·E-2+…+(Kn-Kn-1)·E-(n-1)+Kn·E-n计算未来第N天的日发电量En；
其中，E-1～E-n为太阳能光伏电池过去N天的日发电量，E1～En为太阳能光伏电池未来N天的日发电量，
Figure BDA0001733388740000022
Figure BDA0001733388740000021
D-n～Dn过去、未来N天天气的太阳辐射强度占比，K1～Kn为常数。
可选的，所述根据所述太阳能光伏电池未来N天的日发电量和对应的未来N天日发电量的权重，确定未来N天的总发电量，具体包括：
采用W＝q1E1+q2E2+…+qn-1En-1+qnEn确定未来N天的总发电量W，其中q1～qn为未来N天内日发电量对应的权重。
可选的，所述根据所述预测供电量与所述平均用电量的大小接入不同优先级的负载，具体包括：
比较所述预测供电量和不同优先级负载的平均用电量的大小，所述负载包含三种优先级：优先级Ⅰ负载、优先级Ⅱ负载和优先级Ⅲ负载；
当E＜Qi，不接入任何负载；
当E≥Q1，接入优先级Ⅰ负载；
当E≥Q1+Q2，接入优先级Ⅰ负载和优先级Ⅱ负载；
当E≥Q1+Q2+Q3，接入全部优先级的负载。
其中，E表示所述预测供电量，Qi表示不同优先级负载的平均用电量，i＝1，2，3；Q1表示优先级Ⅰ负载的平均用电量，Q2表示优先级Ⅱ负载的平均用电量，Q3表示优先级Ⅲ负载的平均用电量。
为实现上述目的，本发明提供了如下方案：
一种离网光伏系统负载管理系统，所述系统包括：
第一获取模块，用于获取太阳能光伏电池过去N天的日发电量和过去、未来N天天气的太阳辐射强度占比；
日发电量确定模块，用于根据所述过去N天的发电量和过去、未来N天天气的太阳辐射强度占比，确定太阳能光伏电池未来N天的日发电量；
第二获取模块，用于获取未来N天日发电量的权重；
总发电量确定模块，用于根据所述太阳能光伏电池未来N天的日发电量和对应的未来N天日发电量的权重，确定未来N天的总发电量；
第三获取模块，用于获取蓄电池的剩余电量；
预测供电量确定模块，用于根据所述总发电量和所述剩余电量，确定预测供电量；
第四获取模块，用于获取不同优先级的负载N天内的平均用电量；
负载管理模块，用于根据所述预测供电量与所述平均用电量的大小接入不同优先级的负载。
可选的，所述太阳辐射强度占比为：晴天等于0.95，少云等于0.85，多云等于0.5，阴天等于0.2，雨天等于0.05。
可选的，所述日发电量确定模块，具体包括：
第1天日发电量计算单元，用于根据公式E1＝K1·E-1计算未来第1天的日发电量E1；
第2天日发电量计算单元，用于根据公式E2＝(K1-K2)·E-1+K2·E-2计算未来第2天的日发电量E2；
第N天日发电量计算单元，用于根据公式En＝(Kn-Kn-1)·E-1+(Kn-Kn-1)·E-2+…+(Kn-Kn-1)·E-(n-1)+Kn·E-n计算未来第N天的日发电量En；
其中，E-1～E-n为太阳能光伏电池过去N天的日发电量，E1～En为太阳能光伏电池未来N天的日发电量，
Figure BDA0001733388740000042
Figure BDA0001733388740000041
D-n～Dn过去、未来N天天气的太阳辐射强度占比，K1～Kn为常数。
可选的，所述总发电量确定模块，具体包括：
总发电量确定单元，用于采用W＝q1E1+q2E2+…+qn-1En-1+qnEn确定未来N天的总发电量W，其中q1～qn为未来N天内日发电量对应的权重。
可选的，所述负载包含三种优先级：优先级Ⅰ负载、优先级Ⅱ负载和优先级Ⅲ负载，所述负载管理模块，具体包括：
第一管理单元，用于当E＜Qi，不接入任何负载；
第二管理单元，用于当E≥Q1，接入优先级Ⅰ负载；
第三管理单元，用于当E≥Q1+Q2，接入优先级Ⅰ负载和优先级Ⅱ负载；
第四管理单元，用于当E≥Q1+Q2+Q3，接入全部优先级的负载。
其中，E表示所述预测供电量，Qi表示不同优先级负载的平均用电量，i＝1，2，3；Q1表示优先级Ⅰ负载的平均用电量，Q2表示优先级Ⅱ负载的平均用电量，Q3表示优先级Ⅲ负载的平均用电量。
根据本发明提供的具体实施例，本发明公开了以下技术效果：
本发明提供一种离网光伏系统负载管理方法，根据天气情况和蓄电池剩余电量对离网光伏系统负载进行管理，本发明的方法结合过去N天发电量及未来N天的天气情况，对未来N天的发电量进行预测，结合未来N天的发电量及蓄电池的剩余电量对负载进行管理。最大程度上对电能进行利用，保证供电可靠性，解决用户在光伏发电不足、储能不足的情况下产生的供电不足的问题。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明实施例离网光伏系统负载管理方法流程图；
图2为本发明实施例离网光伏系统负载管理系统结构图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。
图1为本发明实施例离网光伏系统负载管理方法流程图。如图1所示，一种离网光伏系统负载管理方法，所述方法包括：
步骤101：获取太阳能光伏电池过去N天的日发电量和过去、未来N天天气的太阳辐射强度占比；
步骤102：根据所述过去N天的发电量和过去、未来N天天气的太阳辐射强度占比，确定太阳能光伏电池未来N天的日发电量；
步骤103：获取未来N天日发电量的权重；
步骤104：根据所述太阳能光伏电池未来N天的日发电量和对应的未来N天日发电量的权重，确定未来N天的总发电量；
步骤105：获取蓄电池的剩余电量；
步骤106：根据所述总发电量和所述剩余电量，确定预测供电量；
步骤107：获取不同优先级的负载N天内的平均用电量；
步骤108：根据所述预测供电量与所述平均用电量的大小接入不同优先级的负载。
所述太阳辐射强度占比为：晴天等于0.95，少云等于0.85，多云等于0.5，阴天等于0.2，雨天等于0.05。
太阳能光伏阵列将太阳能转换成电能，为离网光伏系统提供能量来源。太阳能光伏逆变器将太阳能光伏阵列产生的直流电逆变成交流电，供实际生活中交流负载使用。太阳能充电控制器的作用是分配与电能管理，当太阳能光伏阵列所产生电能不足以驱动系统中的负载时，太阳能充电控制器会向蓄电池进行电能调度，使系统正常工作；若太阳能光伏阵列所产生的电量供给系统负载后仍有剩余，太阳能充电控制器便对蓄电池进行充电，保证系统产生的电能得到充分利用。天气信息处理模块将从气象台得知的天气预报信息，通过无线通讯的方式传输到负载管理控制器。负载管理控制器根据天气情况并结合蓄电池的剩余电量，采用负载优先级别高的优先供电策略，对各级负载进行管理。蓄电池组作为离网光伏系统的能量存储单元，由若干个蓄电池串并联而组成。为了保证系统连续可靠地供电，应当合理地选择蓄电池的容量。根据自给天数，即系统在没有任何外来能源的情况下负载仍能正常工作的天数，来确定蓄电池容量的大小。自给天数与负载对电源的要求程度及最大连续阴雨天数有关，对于负载对电源要求不是很严格的光伏系统，自给天数通常取3～5天。对于本专利中的蓄电池容量，能够供系统在没有任何外来能源的情况下负载仍能正常工作5天。
离网光伏系统日发电量与光伏阵列的转换效率、光伏阵列的面积、太阳辐照强度等有关。对于既定的光伏设备，光伏阵列的转换效率、安装角度等都是不变的，为一常数，天气与太阳辐照强度密切相关，所以天气对太阳能光伏的发电量影响很大。根据不同天气对太阳能光伏发电量的影响，把天气分为“晴朗”、“少云”、“多云”、“阴天”和“雨天”五种情况。这五种天气情况下的日照强度分别为太阳辐照强度的95％、85％、50％、20％和5％。
蓄电池的剩余电量是另一个控制量，可通过在线测量蓄电池的内阻、端电压和极化电压，预测蓄电池的剩余电量。
步骤102，具体包括：
根据公式E1＝K1·E-1计算未来第1天的日发电量E1；
根据公式E2＝(K1-K2)·E-1+K2·E-2计算未来第2天的日发电量E2；
根据公式En＝(Kn-Kn-1)·E-1+(Kn-Kn-1)·E-2+…+(Kn-Kn-1)·E-(n-1)+Kn·E-n计算未来第N天的日发电量En；
其中，E-1～E-n为太阳能光伏电池过去N天的日发电量，E1～En为太阳能光伏电池未来N天的日发电量，
Figure BDA0001733388740000072
Figure BDA0001733388740000071
D-n～Dn过去、未来N天天气的太阳辐射强度占比，K1～Kn为常数。
步骤104，具体包括：
采用W＝q1E1+q2E2+…+qn-1En-1+qnEn确定未来N天的总发电量W，其中q1～qn为未来N天内日发电量对应的权重。
根据家用负载的用电紧迫性高低进行负载优先级分类，将负载优先级分为三个等级：“Ⅰ级”、“Ⅱ级”、“Ⅲ级”，其中“Ⅰ级”的优先级别最高，“Ⅲ级”的优先级别最低，用户可根据自身情况对各级负载优先级下的负载进行设置。如：照明、电冰箱、电脑等即时用电负载的用电紧迫性高，其负载优先级设置为“Ⅰ级”；热水器、空调、洗衣机等为间歇性工作负载，其负载优先级设置为“Ⅱ级”；电动汽车蓄电池等储能类负载，其负载优先级设置为“Ⅲ级”。另外在电量十分短缺的情况下，还可在负载优先级“Ⅰ级”下对负载进行划分，如：在负载优先级“Ⅰ级”下的照明类进行划分，划分为LED灯、节能灯、白炽灯等。
步骤108，具体包括：
比较所述预测供电量和不同优先级负载的平均用电量的大小，所述负载包含三种优先级：优先级Ⅰ负载、优先级Ⅱ负载和优先级Ⅲ负载；
当E＜Qi，不接入任何负载；
当E≥Q1，接入优先级Ⅰ负载；
当E≥Q1+Q2，接入优先级Ⅰ负载和优先级Ⅱ负载；
当E≥Q1+Q2+Q3，接入全部优先级的负载。
其中，E表示所述预测供电量，Qi表示不同优先级负载的平均用电量，i＝1，2，3；Q1表示优先级Ⅰ负载的平均用电量，Q2表示优先级Ⅱ负载的平均用电量，Q3表示优先级Ⅲ负载的平均用电量。
本发明提供一种离网光伏系统负载管理方法，根据天气情况和蓄电池剩余电量对离网光伏系统负载进行管理，本发明的方法结合过去N天发电量及未来N天的天气情况，对未来N天的发电量进行预测，结合未来N天的发电量及蓄电池的剩余电量对负载进行管理。最大程度上对电能进行利用，保证供电可靠性，解决用户在光伏发电不足、储能不足的情况下产生的供电不足的问题。
图2为本发明实施例离网光伏系统负载管理系统结构图。如图2所示，一种离网光伏系统负载管理系统，所述系统包括：
第一获取模块201，用于获取太阳能光伏电池过去N天的日发电量和过去、未来N天天气的太阳辐射强度占比；
日发电量确定模块202，用于根据所述过去N天的发电量和过去、未来N天天气的太阳辐射强度占比，确定太阳能光伏电池未来N天的日发电量；
第二获取模块203，用于获取未来N天日发电量的权重；
总发电量确定模块204，用于根据所述太阳能光伏电池未来N天的日发电量和对应的未来N天日发电量的权重，确定未来N天的总发电量；
第三获取模块205，用于获取蓄电池的剩余电量；
预测供电量确定模块206，用于根据所述总发电量和所述剩余电量，确定预测供电量；
第四获取模块207，用于获取不同优先级的负载N天内的平均用电量；
负载管理模块208，用于根据所述预测供电量与所述平均用电量的大小接入不同优先级的负载。
所述太阳辐射强度占比为：晴天等于0.95，少云等于0.85，多云等于0.5，阴天等于0.2，雨天等于0.05。
所述日发电量确定模块202，具体包括：
第1天日发电量计算单元，用于根据公式E1＝K1·E-1计算未来第1天的日发电量E1；
第2天日发电量计算单元，用于根据公式E2＝(K1-K2)·E-1+K2·E-2计算未来第2天的日发电量E2；
第N天日发电量计算单元，用于根据公式En＝(Kn-Kn-1)·E-1+(Kn-Kn-1)·E-2+…+(Kn-Kn-1)·E-(n-1)+Kn·E-n计算未来第N天的日发电量En；
其中，E-1～E-n为太阳能光伏电池过去N天的日发电量，E1～En为太阳能光伏电池未来N天的日发电量，
Figure BDA0001733388740000092
Figure BDA0001733388740000091
D-n～Dn过去、未来N天天气的太阳辐射强度占比，K1～Kn为常数。
所述总发电量确定模块204，具体包括：
总发电量确定单元，用于采用W＝q1E1+q2E2+…+qn-1En-1+qnEn确定未来N天的总发电量W，其中q1～qn为未来N天内日发电量对应的权重。
所述负载包含三种优先级：优先级Ⅰ负载、优先级Ⅱ负载和优先级Ⅲ负载，所述负载管理模块208，具体包括：
第一管理单元，用于当E＜Qi，不接入任何负载；
第二管理单元，用于当E≥Q1，接入优先级Ⅰ负载；
第三管理单元，用于当E≥Q1+Q2，接入优先级Ⅰ负载和优先级Ⅱ负载；
第四管理单元，用于当E≥Q1+Q2+Q3，接入全部优先级的负载。
其中，E表示所述预测供电量，Qi表示不同优先级负载的平均用电量，i＝1，2，3；Q1表示优先级Ⅰ负载的平均用电量，Q2表示优先级Ⅱ负载的平均用电量，Q3表示优先级Ⅲ负载的平均用电量。
本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。对于实施例公开的系统而言，由于其与实施例公开的方法相对应，所以描述的比较简单，相关之处参见方法部分说明即可。
本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处。综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

Claims (8)

1.一种离网光伏系统负载管理方法，其特征在于，所述方法包括：
获取太阳能光伏电池过去N天的日发电量和过去、未来N天天气的太阳辐射强度占比；
根据所述过去N天的发电量和过去、未来N天天气的太阳辐射强度占比，确定太阳能光伏电池未来N天的日发电量，具体包括：
根据公式E1＝K1·E-1计算未来第1天的日发电量E1；
根据公式E2＝(K1-K2)·E-1+K2·E-2计算未来第2天的日发电量E2；
根据公式
En＝(Kn-Kn-1)·E-1+(Kn-Kn-1)·E-2+…+(Kn-Kn-1)·E-(n-1)+Kn·E-n计算未来第N天的日发电量En；
其中，E-1～E-n为太阳能光伏电池过去N天的日发电量，E1～En为太阳能光伏电池未来N天的日发电量，
Figure FDA0002353901280000011
D-n～Dn为过去、未来N天天气的太阳辐射强度占比，K1～Kn为常数；
获取未来N天日发电量的权重；
根据所述太阳能光伏电池未来N天的日发电量和对应的未来N天日发电量的权重，确定未来N天的总发电量；
获取蓄电池的剩余电量；
根据所述总发电量和所述剩余电量，确定预测供电量；
获取不同优先级的负载N天内的平均用电量；
根据所述预测供电量与所述平均用电量的大小接入不同优先级的负载。
2.根据权利要求1所述的离网光伏系统负载管理方法，其特征在于，所述太阳辐射强度占比为：晴天等于0.95，少云等于0.85，多云等于0.5，阴天等于0.2，雨天等于0.05。
3.根据权利要求1所述的离网光伏系统负载管理方法，其特征在于，所述根据所述太阳能光伏电池未来N天的日发电量和对应的未来N天日发电量的权重，确定未来N天的总发电量，具体包括：
采用W＝q1E1+q2E2+…+qn-1En-1+qnEn确定未来N天的总发电量W，其中q1～qn为未来N天内日发电量对应的权重。
4.根据权利要求3所述的离网光伏系统负载管理方法，其特征在于，所述根据所述预测供电量与所述平均用电量的大小接入不同优先级的负载，具体包括：
比较所述预测供电量和不同优先级负载的平均用电量的大小，所述负载包含三种优先级：优先级Ⅰ负载、优先级Ⅱ负载和优先级Ⅲ负载；
当E＜Qi，不接入任何负载；
当E≥Q1，接入优先级Ⅰ负载；
当E≥Q1+Q2，接入优先级Ⅰ负载和优先级Ⅱ负载；
当E≥Q1+Q2+Q3，接入全部优先级的负载；
其中，E表示所述预测供电量，Qi表示不同优先级负载的平均用电量，i＝1，2，3；Q1表示优先级Ⅰ负载的平均用电量，Q2表示优先级Ⅱ负载的平均用电量，Q3表示优先级Ⅲ负载的平均用电量。
5.一种离网光伏系统负载管理系统，其特征在于，所述系统包括：
第一获取模块，用于获取太阳能光伏电池过去N天的日发电量和过去、未来N天天气的太阳辐射强度占比；
日发电量确定模块，用于根据所述过去N天的发电量和过去、未来N天天气的太阳辐射强度占比，确定太阳能光伏电池未来N天的日发电量；
第二获取模块，用于获取未来N天日发电量的权重；
总发电量确定模块，用于根据所述太阳能光伏电池未来N天的日发电量和对应的未来N天日发电量的权重，确定未来N天的总发电量；
第三获取模块，用于获取蓄电池的剩余电量；
预测供电量确定模块，用于根据所述总发电量和所述剩余电量，确定预测供电量；
第四获取模块，用于获取不同优先级的负载N天内的平均用电量；
负载管理模块，用于根据所述预测供电量与所述平均用电量的大小接入不同优先级的负载；
所述日发电量确定模块，具体包括：
第1天日发电量计算单元，用于根据公式E1＝K1·E-1计算未来第1天的日发电量E1；
第2天日发电量计算单元，用于根据公式E2＝(K1-K2)·E-1+K2·E-2计算未来第2天的日发电量E2；
第N天日发电量计算单元，用于根据公式En＝(Kn-Kn-1)·E-1+(Kn-Kn-1)·E-2+…+(Kn-Kn-1)·E-(n-1)+Kn·E-n计算未来第N天的日发电量En；
其中，E-1～E-n为太阳能光伏电池过去N天的日发电量，E1～En为太阳能光伏电池未来N天的日发电量，
Figure FDA0002353901280000041
D-n～Dn为过去、未来N天天气的太阳辐射强度占比，K1～Kn为常数。
6.根据权利要求5所述的离网光伏系统负载管理系统，其特征在于，所述太阳辐射强度占比为：晴天等于0.95，少云等于0.85，多云等于0.5，阴天等于0.2，雨天等于0.05。
7.根据权利要求6所述的离网光伏系统负载管理系统，其特征在于，所述总发电量确定模块，具体包括：
总发电量确定单元，用于采用W＝q1E1+q2E2+…+qn-1En-1+qnEn确定未来N天的总发电量W，其中q1～qn为未来N天内日发电量对应的权重。
8.根据权利要求7所述的离网光伏系统负载管理系统，其特征在于，所述负载包含三种优先级：优先级Ⅰ负载、优先级Ⅱ负载和优先级Ⅲ负载，所述负载管理模块，具体包括：
第一管理单元，用于当E＜Qi，不接入任何负载；
第二管理单元，用于当E≥Q1，接入优先级Ⅰ负载；
第三管理单元，用于当E≥Q1+Q2，接入优先级Ⅰ负载和优先级Ⅱ负载；
第四管理单元，用于当E≥Q1+Q2+Q3，接入全部优先级的负载；
其中，E表示所述预测供电量，Qi表示不同优先级负载的平均用电量，i＝1，2，3；Q1表示优先级Ⅰ负载的平均用电量，Q2表示优先级Ⅱ负载的平均用电量，Q3表示优先级Ⅲ负载的平均用电量。
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