CN112865114B - 一种基于分时电价的负荷用电管理控制方法 - Google Patents

Abstract

一种基于分时电价的负荷用电管理控制方法，采用调度中心直接控制和用户控制相结合的控制模式，其控制方法包括：可知负荷，调度中心获知负荷的信息，控制中心不直接控制负荷的运行，可知负荷由用户直接控制；调度中心给用户运行建议，用户决定负荷运行状态并反馈给调度中心；可控负荷，调度中心获知负荷的信息，调度中心通过通讯模块向负荷发送控制信号，直接控制负荷的运行状态；可控负荷优先运行于用户直接控制模式，仅在调度中心无法保持总负荷平稳时转为调度中心直接控制模式；黑箱负荷，与调度中心没有信息交互的负荷；调度中心在总电表处读取实时功率来对其进行间接测量。本发明具有能够实现用户电费最低、能够保证实时负荷平稳等优点。

Description

一种基于分时电价的负荷用电管理控制方法

技术领域

本发明主要涉及到电力资源管理技术领域，特指一种基于分时电价的负荷用电管理控制方法。

背景技术

发电方为了满足负荷峰值时段需求，一般需要配置容量足够大的发电资源。但95％以上的高峰负荷年累计持续小时只有几十个小时，其他时段中负荷需求小于峰值，采用增加调峰发电装机来满足峰值负荷的方法会造成大部分时间里机组闲置造成浪费，资产利用率低。

为了提高发电侧资源的利用率，国家出台了分时电价机制。分时电价亦称为“峰谷电价”，指根据电网的负荷变化情况，将每天24小时划分为高峰、低谷等多个时段，对各个时段分别制定不同的电价水平。分时电价通过不同时段的差异化电价来鼓励用户改变用电习惯，引导用户合理转移用电负荷，削峰填谷，减小负荷曲线的峰谷差。

目前我国主要对生产企业实施峰谷电价，对大多数居民执行阶梯电价，但居民也可申请实施峰谷电价。阶梯电价按照用户消费的电量分段定价，用电价格随用电量增加呈阶梯状逐级递增。阶梯电价制度虽然体现了资源稀缺状况，靠着阶梯递增的电价来补偿环境损害成本，但其中心思想是“节电”，用户用电量越多，惩罚越重。这与经济发展用电量逐年递增，新能源随着科技进步发电成本逐年下降的现实是存在矛盾的。相较而言，中心思想是“节钱”的峰谷电价更具有吸引力。用户对于分时电价下负荷用电管理控制方法存在现实的需求。

目前需求侧负荷控制的研究从电网角度出发，对母线负荷曲线进行削峰填谷等优化操作。一般只将对电网负荷影响大的负荷纳入了控制，用户各类中小功率负荷缺少相应的用电管理策略。

分时电价鼓励用户改变用电习惯，用户改变自发进行，缺少达成电费最优的负荷用电管理控制策略。且低谷时段往往和休息时段重合，大量用户同时在休息前即谷时用电，会人为造成一个用电高峰，甚至导致局部地区用电负荷出现“峰谷倒挂”现象。尽管这对于整个系统而言利于避峰填谷，但会影响局部地区输变电设备的安全经济运行。参见图1，谷电开始时刻用户集中用电，导致用户根据峰谷电价调整后的负荷出现了新的用电高峰。这会影响局部地区输变电设备的安全经济运行。

用户电器种类繁多，不同种类的负荷特性不同，缺少一个整体的负荷用电控制策略。且这些电器若全采用中央直接控制方式，改造成本过大。

如中国专利CN201410480195.4提出了分时电价下家居设备优化运行方法，该方法通过对家居设备建模分类，建立了四种常见家居负荷的模型，优化设备的启停时间，降低用户用电成本。但是，这种方式仅考虑了用户自身用电成本的问题，并未能从电力整体分配和总体负荷波动的角度出发，保证电力供应整体的负荷平稳。

发明内容

本发明要解决的技术问题就在于：针对现有技术存在的技术问题，本发明提供一种实现用户电费最低、能够保证实时负荷平稳的基于分时电价的负荷用电管理控制方法。

为解决上述技术问题，本发明采用以下技术方案：

一种基于分时电价的负荷用电管理控制方法，将负荷分为可知负荷、可控负荷及黑箱负荷，采用调度中心直接控制和用户控制相结合的控制模式，其控制方法包括：

可知负荷，调度中心获知负荷的信息，控制中心不直接控制负荷的运行，可知负荷由用户直接控制；调度中心给用户运行建议，用户决定负荷运行状态并反馈给调度中心；

可控负荷，调度中心获知负荷的信息，调度中心通过通讯模块向负荷发送控制信号，直接控制负荷的运行状态；可控负荷优先运行于用户直接控制模式，仅在调度中心无法保持总负荷平稳时转为调度中心直接控制模式；

黑箱负荷，与调度中心没有信息交互的负荷；调度中心在总电表处读取实时功率来对其进行间接测量。

作为本发明的进一步改进：所述负荷的信息包括负荷功率、预计用时、需求特性和预定完成时刻。

作为本发明的进一步改进：所述负荷功率为负荷的平均功率，由负荷的历史电能记录数据得出。若负荷整个运行期间功率存在较大改变，只考虑其功率较大的那段负荷。

作为本发明的进一步改进：所述预定完成时刻要大于等于预计用时，否则预定完成时刻负荷是无法完成运行的；当预定完成时刻小于预计用时时，调度中心会将预定完成时刻设置为预计用时。

作为本发明的进一步改进：将根据负荷自身运行特性将负荷分为两类：持续负荷和非持续负荷，所述持续负荷为负荷开始运行后必须持续运行至结束，不能中途暂停；所述非持续负荷为负荷中途暂停不影响运行进度，隔一段时间后可延续运行。

作为本发明的进一步改进：在进行直接控制负荷调度的策略为：

S100：持续负荷；

计算负荷消耗的电费：

负荷接入电网时刻≤t_s≤t_s+t_i≤负荷预定完成时刻

其中t_s代表负荷开始运行时刻，t_i代表序号i的负荷运行需要用时，P代表负荷功率，S(t)代表实时电价；

计算出电费最小值min(Cost_i)对应的负荷开始运行时刻t_s，调度中心控制负荷于t_s开始运行，并记录负荷；若存在多个电费最低的开始运行时刻t_s，且t_s时刻实时负荷功率大于当前电价区间平均功率，调度中心将开始运行时刻延后至下一个电费最低运行时刻；

S200：非持续负荷；

①计算费用最优时段组合；

将负荷接入电网至预定完成时刻间的分时电价按照电价从低到高重新排列，结合负荷用电时间，得到各个分时时段用电时长；

②当前时段运行策略；

对于分时时段T_N，若T_{N_i}＝0或T_{N_i}＝T_N，代表负荷i在该时段全关或全开，无需调度。

作为本发明的进一步改进：对于只在时段T_N中一部分时段运行的可调度负荷，运行时间0<T_{N_i}<T_N，其运行调度策略如下：

a.对于当前时段内剩余运行时间大于零的负荷，若负荷剩余运行时间大于或等于当前时段剩余时间，开启负荷；

b.若负荷剩余运行时间小于当前时段剩余时间：

当实时功率小于当前时段预测平均功率时，增加运行负荷数量，直至当前实时功率到达预测平均功率；

当实时功率大于当前时段预测平均功率时，减小运行负荷数量，直至当前实时功率到达预测平均功率或剩余可控负荷数量为零。

当有负荷退出运行或新负荷接入电网时，重复步骤a和b。

作为本发明的进一步改进：所述调度中心直接控制是在实现电费最低的同时，使当前电价区间内负荷保持平稳；即：调度中心接收用户控制负荷信息，给出电费最低运行方式，并记录用户选择的负荷运行状态；调度中心计算得到各“可控负荷”电费取得最低时，各个电价区间内的运行时间，并根据实时负荷状态，统筹安排当前区间内“可控负荷”运行状态使总负荷保持平稳。

作为本发明的进一步改进：所述调度中心直接控制具体包括：

S1：日前策略；

调度中心日前根据历史负荷数据及影响因素例如历史天气数据，结合次日天气预测信息，对次日的负荷曲线进行预测，并得出各峰谷电价区间内的预测平均负荷；

S2：日内策略；

当实时功率低于该时段的预测平均负荷时，在不增加电费的前提下，增大“可控负荷”功率直至接近预测平均负荷。

作为本发明的进一步改进：所述用户控制负荷调度策略包括：

S10：用户需求信息发布；用户通过通信模块将负荷用电需求发给调度中心；

S20：计算判断费用最优时段；调度中心将用户控制负荷当做持续负荷来处理，即开启后持续运行至负荷结束，用户只需关心负荷启动时间；

S30：根据用户决定返回负荷运行设置；用户接收调度中心的负荷开始运行时刻建议后，决定是否按建议延时启动负荷，并通过通讯模块将用户反馈结果返回调度中心，调度中心记录该负荷数据。

与现有技术相比，本发明的优点在于：

1、本发明的基于分时电价的负荷用电管理控制方法，采用直接控制和用户控制相结合的控制模式，实现用户电费最低；负荷优先采用用户控制模式，保证用电安全和用电质量，并减小各个电价区间内负荷峰谷差值，实现负荷平稳运行。

2、本发明的基于分时电价的负荷用电管理控制方法，综合考虑了电网中各种负荷(可知，可控，黑箱)及相应策略，更适合实际情况，适用于各类功率负荷的用电管理策略，尤其是拥有大量中小功率负荷的居民负荷。

3、本发明的基于分时电价的负荷用电管理控制方法根据负荷特性，提出了持续和非持续负荷整体负荷用电控制策略，根据实际负荷对应的控制方法，以及负荷的运行特性，结合分时电价制度，得到实现负荷电费最低各个电价区间内的负荷运行时间。控制模式采用直接控制和用户控制相结合，通过控制每个电价区间内的负荷用电顺序来保证实时负荷的平稳，同时提高用户体验。

附图说明

图1是现有技术中峰谷倒挂示意图。

图2是本发明控制方法的原理示意图。

图3是本发明在具体应用实例中总负荷构成的示意图。

图4是本发明在具体应用实例中负荷接入电网至完成时刻的分时电价及时段的示意图。

图5是本发明在具体应用实例中持续负荷用电时间调度策略的示意图。

图6是本发明在具体应用实例中非持续负荷用电时间调度策略的示意图。

图7是本发明在具体应用实例中调度中心调度后总负荷构成的示意图。

具体实施方式

以下将结合说明书附图和具体实施例对本发明做进一步详细说明。

如图2和图3所示，本发明的一种基于分时电价的负荷用电管理控制方法，根据负荷的不同特性，将负荷分为可知负荷、可控负荷及黑箱负荷，采用调度中心直接控制和用户控制相结合的控制模式，其控制方法包括：

可知负荷，调度中心获知负荷的信息(负荷功率、预计用时、需求特性和预定完成时刻)，控制中心不直接控制负荷的运行，可知负荷由用户直接控制；调度中心给用户运行建议，用户决定负荷运行状态并反馈给调度中心。

可控负荷，调度中心获知负荷的信息(负荷功率、预计用时、需求特性和预定完成时刻)，调度中心通过通讯模块向负荷发送控制信号，直接控制负荷的运行状态。可控负荷优先运行于用户直接控制模式，仅在调度中心无法保持总负荷平稳时转为调度中心直接控制模式。

黑箱负荷，与调度中心没有信息交互的负荷。调度中心在总电表处读取实时功率来对其进行间接测量。

在具体应用实例中，所述负荷功率为负荷的平均功率，可由负荷的历史电能记录数据得出。若负荷整个运行期间功率存在较大改变，只需考虑其功率较大的那段负荷。例如蓄电池充电，前期为大功率恒流充电，后期恒压充电功率较小，可忽略恒压充电阶段功率。

在具体应用实例中，所述预定完成时刻需要大于等于预计用时，否则预定完成时刻负荷是无法完成运行的。当预定完成时刻小于预计用时时，调度中心会将预定完成时刻设置为预计用时。例如洗衣机洗衣预计用时1小时，晚上十点设置预定完成时刻十二点是可行的，设置预定完成时刻十点半无法完成，调度中心会将完成时间设置为十一点。

进一步，作为较佳的实施例中，本发明将根据负荷自身运行特性将负荷分为两类：持续负荷和非持续负荷，其中：

持续负荷：负荷开始运行后必须持续运行至结束，不能中途暂停。例如照明、微波炉等负荷。

非持续负荷：负荷中途暂停不影响运行进度，隔一段时间后可延续运行。例如蓄电池充电，洗衣机等负荷。

在上述分类之中，“可知负荷”由用户控制运行，无法通过调度中心直接控制启停。若让用户反复启停负荷过于麻烦，故用户控制负荷当做持续负荷来处理。

在具体应用实例中，调度中心控制目标为在实现电费最低的同时，使当前电价区间内负荷保持平稳。调度中心接收用户控制负荷信息，给出电费最低运行方式，并记录用户选择的负荷运行状态。调度中心计算得到各“可控负荷”电费取得最低时，各个电价区间内的运行时间，并根据实时负荷状态，统筹安排当前区间内“可控负荷”运行状态使总负荷保持平稳。具体包括：

S1：日前策略；

调度中心日前根据历史负荷数据及影响因素例如历史天气数据等，结合次日天气预测信息，对次日的负荷曲线(可知负荷、可控负荷及黑箱负荷曲线)进行预测，并得出各峰谷电价区间内的预测平均负荷。

S2：日内策略；

当实时功率低于该时段的预测平均负荷时，在不增加电费的前提下，增大“可控负荷”功率直至接近预测平均负荷。

在具体应用实例中，用户控制负荷调度策略包括：

S10：用户需求信息发布；

用户通过通信模块将负荷用电需求(负荷功率、预计用时、需求特性和预定完成时刻)发给调度中心。

S20：计算判断费用最优时段；

让用户反复启停负荷过于麻烦，故调度中心将用户控制负荷当做持续负荷来处理，即开启后持续运行至负荷结束，用户只需关心负荷启动时间。

假设负荷接入电网时刻到其预定完成时刻间，各段分时电价制度如图4所示。

电价函数为：

计算负荷消耗的电费：

负荷接入电网时刻≤t_s≤t_s+t_i≤负荷预定完成时刻

其中t_s代表负荷开始运行时刻，t_i代表序号i的负荷运行需要用时，P代表负荷功率，S(t)代表实时电价；

由于t_s取值范围已确定，故可以计算出电费最小值min(Cost_i)对应的负荷开始运行时刻t_s。若存在多个电费最低的开始运行时刻，调度中心将延时最短的负荷开始运行时刻t_s反馈给用户。

S30：根据用户决定返回负荷运行设置；

用户接收调度中心的负荷开始运行时刻建议后，决定是否按建议延时启动负荷，并通过通讯模块将用户反馈结果返回调度中心。调度中心记录该负荷数据。

当实时功率高于该时段的预测平均负荷时，在不增加电费的前提下，延迟“可知负荷”启动时刻、减小“可控负荷”功率直至接近预测平均负荷或可控负荷功率为零。

进一步，作为较佳的实施例中，参见图6和图7所示，本发明在进行直接控制负荷调度的策略为：

S100：持续负荷；

计算负荷消耗的电费：

负荷接入电网时刻≤t_s≤t_s+t_i≤负荷预定完成时刻

其中t_s代表负荷开始运行时刻，t_i代表序号i的负荷运行需要用时，P代表负荷功率，S(t)代表实时电价；

计算出电费最小值min(Cost_i)对应的负荷开始运行时刻t_s，调度中心控制负荷于t_s开始运行，并记录负荷。若存在多个电费最低的开始运行时刻t_s，且t_s时刻实时负荷功率大于当前电价区间平均功率，调度中心将开始运行时刻延后至下一个电费最低运行时刻t_s ^′。

S200：非持续负荷；

①计算费用最优时段组合；

将图4中负荷接入电网至预定完成时刻间的分时电价按照电价从低到高重新排列，结合负荷用电时间，可以得到各个分时时段用电时长。如图5所示，此处范例假设各分段电价为S₁<S₀<S₃<S₂，得到负荷在各个分时时段的用电时长最优组合分别为T_{0_i}＝T₀，T_{1_i}＝T₁，T_{2_i}＝0，T_{3_i}＝t_i-T₀-T₁。

②当前时段运行策略；

对于分时时段T_N，若T_{N_i}＝0或T_{N_i}＝T_N，代表负荷i在该时段全关或全开，无需调度。

对于只在时段T_N中一部分时段运行的可调度负荷(运行时间0<T_{N_i}<T_N)，其运行调度策略如下：

a.对于当前时段内剩余运行时间大于零的负荷，若负荷剩余运行时间大于或等于当前时段剩余时间，开启负荷；

b.若负荷剩余运行时间小于当前时段剩余时间：

当实时功率小于当前时段预测平均功率时，增加运行负荷数量，直至当前实时功率到达预测平均功率；

当实时功率大于当前时段预测平均功率时，减小运行负荷数量，直至当前实时功率到达预测平均功率或剩余可控负荷数量为零。

当有负荷退出运行或新负荷接入电网时，重复步骤a和b。

以上仅是本发明的优选实施方式，本发明的保护范围并不仅局限于上述实施例，凡属于本发明思路下的技术方案均属于本发明的保护范围。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理前提下的若干改进和润饰，应视为本发明的保护范围。

Claims (8)

1.一种基于分时电价的负荷用电管理控制方法，其特征在于，将负荷分为可知负荷、可控负荷及黑箱负荷，采用调度中心直接控制和用户控制相结合的控制模式，其控制方法包括：

可知负荷，调度中心获知负荷的信息，控制中心不直接控制负荷的运行，可知负荷由用户直接控制；调度中心给用户运行建议，用户决定负荷运行状态并反馈给调度中心；

可控负荷，调度中心获知负荷的信息，调度中心通过通讯模块向负荷发送控制信号，直接控制负荷的运行状态；可控负荷优先运行于用户直接控制模式，仅在调度中心无法保持总负荷平稳时转为调度中心直接控制模式；

黑箱负荷，与调度中心没有信息交互的负荷；调度中心在总电表处读取实时功率来对其进行间接测量；

将根据负荷自身运行特性将负荷分为两类：持续负荷和非持续负荷，所述持续负荷为负荷开始运行后必须持续运行至结束，不能中途暂停；所述非持续负荷为负荷中途暂停不影响运行进度，隔一段时间后可延续运行；

在进行直接控制负荷调度的策略为：

S100：持续负荷；

计算负荷消耗的电费：

负荷接入电网时刻≤t_s≤t_s+t_i≤负荷预定完成时刻

其中t_s代表负荷开始运行时刻，t_i代表序号i的负荷运行需要用时，P代表负荷功率，S(t)代表实时电价；

计算出电费最小值min(Cost_i)对应的负荷开始运行时刻t_s，调度中心控制负荷于t_s开始运行，并记录负荷；若存在多个电费最低的开始运行时刻t_s，且t_s时刻实时负荷功率大于当前电价区间平均功率，调度中心将开始运行时刻延后至下一个电费最低运行时刻；

S200：非持续负荷；

①计算费用最优时段组合；

将负荷接入电网至预定完成时刻间的分时电价按照电价从低到高重新排列，结合负荷用电时间，得到各个分时时段用电时长；

②当前时段运行策略；

对于分时时段T_N，若T_{N_i}＝0或T_{N_i}＝T_N，代表负荷i在该时段全关或全开，无需调度。

2.根据权利要求1所述的基于分时电价的负荷用电管理控制方法，其特征在于，所述负荷的信息包括负荷功率、预计用时、需求特性和预定完成时刻。

3.根据权利要求2所述的基于分时电价的负荷用电管理控制方法，其特征在于，所述负荷功率为负荷的平均功率，由负荷的历史电能记录数据得出；若负荷整个运行期间功率存在较大改变，只考虑其功率较大的那段负荷。

4.根据权利要求2所述的基于分时电价的负荷用电管理控制方法，其特征在于，所述预定完成时刻要大于等于预计用时，否则预定完成时刻负荷是无法完成运行的；当预定完成时刻小于预计用时时，调度中心会将预定完成时刻设置为预计用时。

5.根据权利要求1所述的基于分时电价的负荷用电管理控制方法，其特征在于，对于只在时段T_N中一部分时段运行的可调度负荷，运行时间0＜T_{N_i}＜T_N，其运行调度策略如下：

a.对于当前时段内剩余运行时间大于零的负荷，若负荷剩余运行时间大于或等于当前时段剩余时间，开启负荷；

b.若负荷剩余运行时间小于当前时段剩余时间：

当实时功率小于当前时段预测平均功率时，增加运行负荷数量，直至当前实时功率到达预测平均功率；

当实时功率大于当前时段预测平均功率时，减小运行负荷数量，直至当前实时功率到达预测平均功率或剩余可控负荷数量为零；

当有负荷退出运行或新负荷接入电网时，重复步骤a和b。

6.根据权利要求1-4中任意一项所述的基于分时电价的负荷用电管理控制方法，其特征在于，所述调度中心直接控制是在实现电费最低的同时，使当前电价区间内负荷保持平稳；即：调度中心接收用户控制负荷信息，给出电费最低运行方式，并记录用户选择的负荷运行状态；调度中心计算得到各“可控负荷”电费取得最低时，各个电价区间内的运行时间，并根据实时负荷状态，统筹安排当前区间内“可控负荷”运行状态使总负荷保持平稳。

7.根据权利要求6所述的基于分时电价的负荷用电管理控制方法，其特征在于，所述调度中心直接控具体包括：

S1：日前策略；

调度中心日前根据历史负荷数据及影响因素，结合次日天气预测信息，对次日的负荷曲线进行预测，并得出各峰谷电价区间内的预测平均负荷；

S2：日内策略；

当实时功率低于该时段的预测平均负荷时，在不增加电费的前提下，增大“可控负荷”功率直至接近预测平均负荷。

8.根据权利要求1-4中任意一项所述的基于分时电价的负荷用电管理控制方法，其特征在于，所述用户控制负荷调度策略包括：

S10：用户需求信息发布；用户通过通信模块将负荷用电需求发给调度中心；

S20：计算判断费用最优时段；调度中心将用户控制负荷当做持续负荷来处理，即开启后持续运行至负荷结束，用户只需关心负荷启动时间；

S30：根据用户决定返回负荷运行设置；用户接收调度中心的负荷开始运行时刻建议后，决定是否按建议延时启动负荷，并通过通讯模块将用户反馈结果返回调度中心，调度中心记录该负荷数据。

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