CN114629130A - 一种基于用电指数信息的电网自动调节方法及系统 - Google Patents

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Abstract

一种基于用电指数信息的电网自动调节方法及调节系统，调度端实时预测电网内新能源发电出力、负荷、火电机组出力；调度端根据步骤1预测的新能源出力、火力发电最小出力值和最大出力值，以及负荷预测值，计算电网用电指数信息；调度端在设定时间后，发布至电网内的所有居民用户端的智能联网开关控制单元；所述智能联网开关控制单元根据所接收到的电网用电指数信息实时控制家庭用电设备的投入或退出，从而电网功率平衡调节，有效促进电网功率平衡调节，增加电网调节范围和新能源消纳能力。

Description

一种基于用电指数信息的电网自动调节方法及系统
技术领域
本发明属于电力系统调控技术领域，具体涉及一种基于调度端发布电网运行信息的电网自动调节方法和自动调节系统。特别涉及在电网调度控制中心，依据电网负荷及新能源出力短时预测信息，实时发布用电价格指数信息并自动调节社会可调节、可中断负荷。
背景技术
在以新能源为主体的新型电力系统中，由于新能源出力的波动性、随机性等问题长期持续存在。随着新能源更高比例接入，电网频率、电压调节能力进一步下降，新能源高比例消纳与电网安全稳定运行矛盾日益加剧，主要表现在以下方面：①新能源最大出力时，电网难以全额消纳，最小出力时，电网电力电量缺口大；②目前，主要依靠一定装机容量的火电机组增加或减少出力的调峰方式，电网功率调节范围有限，难以更大范围提供新能源消纳空间；③高比例新能源接入的新型电力系统，电力电量与负荷平衡矛盾更加突出，对发电出力与负荷平衡提出了新的要求。
当前，对新源能出力预测开展了很多研究。如CN201911111802.9,基于时间步长计算新能源功率预测值，基于出力状态范围进行历史相似处理状态数据挖掘，得到与新能源处理预测值对应的多个历史预测功率，基于历史预测功率以及历史预测功率与实际功率的关联，预测新能源出力的概率。CN201510287857.0，公开了一种基于特征建模的新能源发电量预测方法，积累新能源发电量数值、发电影响因素历史数值；将积累数值转化为特征向量，并作为输入用于特征模型处理系统中，利用特征建模对数据信息的压缩，通过最小二乘法计算出特征模型中各个特征项系数；经过处理得到发电量的预测值。CN201710737170.1，则公开了光伏电站开机容量预测方法及系统，首先根据预测日天气预报和样本日历史气象数据选取相似日，然后根据相似日各逆变器启停事件发生的时间进行概率统计得到预测日各逆变器启停事件概率分布以及太阳辐射强度对应开机率的概率分布；最后根据各逆变器的启停状态及容量计算预测日光伏电站的开机容量。
同样，现有技术对于负荷预测，同样开展了很多研究工作，例如CN201911031216.3公开了一种居民用户细粒度用电行为的分项负荷预测方法。CN202010322604.3公开了一种种基于通用分布的负荷预测方法及预测系统，以实现电力系统短期负荷功率预测。CN201811574439.X则公开了一种雷电气候下电力负荷区域协调预测方法，能够提高雷电气候下的短期负荷预测精度，从而提升发电计划安排的效率，并促进电力系统安全、稳定、经济地运行。CN202110126254.8公开了一种电动汽车停车充电的负荷预测方法，能够基于不同的应用场景预测24小时内的电动汽车充电负荷曲线，从而为电网提供有效的参考。
可见，无论是对于新能源出力的预测，还是对于包括电动汽车等新形态在内的负荷预测，技术都比较成熟。新能源出力以及负荷预测技术的发展，一定程度上为新能源的消纳方案提供了较好的实现基础。但随着电网中新能源比例的提高，电力电量与负荷平衡矛盾更加突出，对发电出力与负荷平衡提出了更高的要求。现有技术方案中，尚未出现利用用户侧全社会共同参与电网负荷平衡的解决方案。
发明内容
针对上述问题，本发明提供了一种基于调度端发布电网运行信息的新型电力系统全社会共同参与电网自动调节的方法，该方法基于电网调度端新能源发电出力、负荷等预测信息，以向全社会发布社会用电价格指数信息方式，吸引、指导、调节全社会用电负荷，达到全社会共同参与调节电网发电出力与负荷功率平衡问题，增加电网负荷深度调节能力，促进电网新能源消纳能力进一步提升。
本发明具体采用以下技术方案。
一种基于用电指数信息的电网自动调节方法，其特征在于，所述电网自动调节方法包括以下步骤：
步骤1：调度端实时预测电网内新能源发电出力、负荷、火电机组出力；
步骤2：调度端根据步骤1预测的新能源出力PX、火力发电最小出力为PS和负荷预测值PL，计算电网用电指数信息
Figure BDA0003562832310000021
步骤3：调度端将N个小时候后的电网用电指数信息发布至电网内的所有居民用户端的智能联网开关控制单元；
步骤4：所述智能联网开关控制单元根据所接收到的电网用电指数信息实时控制家庭用电设备的投入或退出。
本发明进一步包括以下优选方案。
在步骤2中，根据新能源出力预测值PX、火力发电最小出力预测值PS和负荷预测值PL，计算2个小时后的电网用电指数信息
Figure BDA0003562832310000031
在步骤3中，将2个小时后的电网用电指数信息Pindex发布至电网中所有居民用户端的智能联网开关控制单元。
所述智能联网开关控制单元与居民用户中的家用电器智能开关相连，用于控制家用电器智能开关的开合。
所述家用电器包括空调、加热器、电动汽车家用充电桩、照明设备、电热水器、家用储能设备。
在步骤4中，当PX+PS>1.3PL时，所述智能联网开关控制单元控制空调、加热器、照明设备开关自动闭合，控制已经接入电动汽车家用充电桩的电动汽车充电，控制已经接入充电电路中的家用储能设备开关闭合进行充电；
在步骤4中，当0.85PL≤PX+PS≤1.3PL，所述智能联网开关控制单元维持当前用电设备的开关状态，不进行自动控制；
在步骤4中，当PX+PS<0.85PL，所述智能联网开关控制单元控制空调、加热器、照明设备开关自动断开，控制已经接入电动汽车家用充电桩并且荷电率超过80％的电动汽车通过充电桩向电网馈电，控制荷电率超过80％的家用储能设备向电网馈电。
在步骤4中，当智能联网开关控制单元自动控制家庭用电设备的开关断开或闭合后，用户可根据实际需求手动操作改变家庭用电设备的开关状态。
所述电网自动调节方法还进一步包括步骤5，
步骤5：根据电网新能源机组出力与负荷运行信息实施不同的峰谷实时电价ms:
当0.85PL≤PX+PS时，实时电价为：
Figure BDA0003562832310000032
当PX+PS<0.85PL并且PX+Pm≥0.7PL时，实时电价为：
Figure BDA0003562832310000041
Figure BDA0003562832310000042
PX+Pm<0.7PL时，实时电价为：
Figure BDA0003562832310000043
其中，m为电网基础电价，Pm为火力发电最大出力值。
本申请还同时公开了一种基于前述电网自动调节方法的电网自动调节系统，包括新能源发电出力预测模块、负荷预测模块、火力发电预测模块、电网用电指数信息计算及发布模块、智能联网开关控制单元；其特征在于：
所述新能源发电出力预测模块、负荷预测模块、火力发电预测模块分别预测未来设定时间段内的电网中新能源发电出力值、负荷值以及火力发电最小出力值；
所述电网用电指数信息计算及发布模块根据新能源发电出力预测模块、负荷预测模块、火力发电预测模块获取的预测值，计算2个小时后的电网用电指数信息，并将其发布至电网中所有居民用户端的智能联网开关控制单元；
所述智能联网开关控制单元根据电网用电指数信息自动控制用户家庭可中断负荷的开关的断开与闭合。
进一步优选地，
所述智能联网开关控制单元与居民用户中的家用电器智能开关相连，用于控制家用电器智能开关的开合；所述家用电器包括空调、加热器、电动汽车家用充电桩、照明设备、电热水器、家用储能设备。
相对于现有技术，本发明具有以下有益的技术效果：
在电网新能源出力较小，负荷大于发电能力时，提前发布用电价格上调信息，并根据用电价格指数信息，可通过居民家中与调度端联网的电网运行信息接收与用户负荷信息收集模块短时自动关闭如空调、加热、照明等可中断的社会用电负荷，打开储能设施联网开关并向电网释放电能，解决电网在新能源出力不足时的功率平衡调节难题，增加电网可调节范围。在电网新能源出力较大，负荷小于电网发电能力时，提前发布用电价格下调信息，同时可通过居民家中与调度端联网的电网运行信息接收模块短时自动打开如空调、加热、照明、储能等可中断的社会用电负荷，共同参与电网平衡调节，增加新能源消纳能力。通过全社会共同参与电网实时平衡调节，进一步增加电网灵活调节范围，一方面解决高比例新能源接入后，电力系统频率、电压调节能力下降后的新能源电力全额消纳及电网发电功率和用电功率快速平衡问题，另一方面精确指导全民经济绿色用电，为实施碳达峰、碳中和奠定社会基础。
附图说明
图1为本发明基于用电指数信息的电网自动调节方法流程示意图；
图2为本发明电网自动调节系统的结构示意图。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述。本申请所描述的实施例仅仅是本发明一部分的实施例，而不是全部实施例。基于本发明精神，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的有所其它实施例，都属于本发明的保护范围。
如附图1所示，本发明公开了一种基于用电指数信息的电网自动调节方法，其特征在于，所述电网自动调节方法包括以下步骤：
步骤1：调度端实时预测电网内新能源发电出力、负荷、火电机组出力；
步骤2：调度端根据步骤1预测的新能源出力PX、火力发电最小出力为PS和负荷预测值PL，计算电网用电指数信息
Figure BDA0003562832310000051
本发明设计基于调度端新能源发电出力、负荷、火电机组出力三者关系用电指数计算模型。具体为：令预测新能源出力为PX,火力发电最小出力为PS，火力发电最大出力为Pm，负荷预测值为PL。
设计电网用电指数信息
Figure BDA0003562832310000052
的计算模型，并将电网用电指数信息作为发布信息基础。
步骤3：调度端将N个小时候后的电网用电指数信息发布至电网内的所有居民用户端的智能联网开关控制单元；
本发明优选将2个小时候的电网用电指数信息Pindex发布至电网中所有居民用户端的智能联网开关控制单元。
所述智能联网开关控制单元与居民用户中的家用电器智能开关相连，用于控制家用电器智能开关的开合。
所述家用电器包括空调、加热器、电动汽车家用充电桩、照明设备、电热水器、家用储能设备。
步骤4：所述智能联网开关控制单元根据所接收到的电网用电指数信息实时控制家庭用电设备的投入或退出。
在步骤4中，本发明采用以下优选方案：
当PX+PS>1.3PL时，所述智能联网开关控制单元控制空调、加热器、照明设备开关自动闭合，控制已经接入电动汽车家用充电桩的电动汽车充电，控制已经接入充电电路中的家用储能设备开关闭合进行充电。
当0.85PL≤PX+PS≤1.3PL，所述智能联网开关控制单元维持当前用电设备的开关状态，不进行自动控制。
当PX+PS<0.85PL时，所述智能联网开关控制单元控制空调、加热器、照明设备开关自动断开，控制已经接入电动汽车家用充电桩并且荷电率超过80％的电动汽车通过充电桩向电网馈电，控制荷电率超过80％的家用储能设备向电网馈电。
本发明还优选进一步包括步骤5：根据电网新能源机组出力与负荷运行信息实施不同的峰谷实时电价ms:
5.1 0.85PL≤PX+PS时，实时电价为：
Figure BDA0003562832310000061
具体分析如下：
当PX+PS>1.3PL时，根据实时电价计算模型，此时实时电价
Figure BDA0003562832310000062
实时电价明显低于电网基础电价，并且随着新能源发电出力越多，电网实时电价越是便宜。
当0.85PL≤PX+PS≤1.3PL，根据实时电价计算模型，此时实时电价
Figure BDA0003562832310000063
电价基本维持当前水平，有利于电网功率维持平衡。
5.2当PX+PS<0.85PL并且PX+Pm≥0.7PL时，实时电价为：
Figure BDA0003562832310000071
5.3当PX+Pm<0.7PL时，实时电价为：
Figure BDA0003562832310000072
可见，实时电价
Figure BDA0003562832310000073
随着电力电量缺口增加，实时电价价格越高，鼓励用户减少用电，促进电网功率平衡。
其中，m为电网基础电价，Pm为火力发电最大出力值。
需要说明的是，当智能联网开关控制单元自动控制家庭用电设备的开关断开或闭合后，用户可根据实际需求手动操作改变家庭用电设备的开关状态。
如图2所示，本申请还同时公开了一种基于前述电网自动调节方法的电网自动调节系统，包括新能源发电出力预测模块、负荷预测模块、火力发电预测模块、电网用电指数信息计算及发布模块、智能联网开关控制单元。
所述新能源发电出力预测模块、负荷预测模块、火力发电预测模块分别预测未来设定时间段内的电网中新能源发电出力值、负荷值以及火力发电最小出力值；
所述电网用电指数信息计算及发布模块根据新能源发电出力预测模块、负荷预测模块、火力发电预测模块获取的预测值，计算2个小时后的电网用电指数信息，并将其发布至电网中所有居民用户端的智能联网开关控制单元；所述智能联网开关控制单元根据电网用电指数信息自动控制用户家庭可中断负荷的开关的断开与闭合。所述智能联网开关控制单元与居民用户中的家用电器智能开关相连，用于控制家用电器智能开关的开合；所述家用电器包括空调、加热器、电动汽车家用充电桩、照明设备、电热水器、家用储能设备。
为了鼓励居民参与电网自动调节的积极性，本发明还可以在上述技术方案的基础上，进一步做以下优化。
(1)设计基于调度端新能源发电出力、负荷、火电机组出力三者关系的用电价格模型。具体为：
根据电网新能源机组出力与负荷运行信息实施不同的峰谷实时电价ms:
0.85PL≤PX+PS时，实时电价为：
Figure BDA0003562832310000081
具体分析如下：
当PX+PS>1.3PL时，根据实时电价计算模型，此时实时电价
Figure BDA0003562832310000082
实时电价明显低于电网基础电价，并且随着新能源发电出力越多，电网实时电价越是便宜。
当0.85PL≤PX+PS≤1.3PL，此时实时电价为：
Figure BDA0003562832310000083
电价基本维持当前水平，有利于电网功率维持平衡。实时电价变化幅度较小，全社会用电负荷参与调节功率平衡意愿较低，同时从电网侧看，需要维持当前发电和负荷水平，更加有利于电力系统稳定。
当PX+PS<0.85PL并且PX+Pm≥0.7PL时，实时电价为：
Figure BDA0003562832310000084
Figure BDA0003562832310000085
当PX+Pm<0.7PL时，实时电价为：
Figure BDA0003562832310000086
可见，实时电价
Figure BDA0003562832310000087
随着电力电量缺口增加，实时电价价格越高，鼓励用户减少用电，促进电网功率平衡。用户发现电网价格较高时，会考虑关闭部分用电设备，此时负荷下降，实现电网发电功率与负荷实时快速调节目的。
其中，PX为新能源处理预测值、PS为火力发电最小出力值、PL为负荷预测值、m为电网基础电价，Pm为火力发电最大出力值。
(2)基于调度端的新能源发电出力与负荷的提前2小时全社会用电指数信息发布系统：
电网调度端通过收集电网新能源出力预测信息、火力发电机组调峰能力信息、全社会用电负荷信息，通过计算新能源出力+最低火电机组出力与负荷之间的关系，确定用电价格指数信息。具体为：PX+PS>1.3PL时时，说明在未来2小时内将会有新能源大发情况，如果不进行电网调节干预，根据当前负荷水平，会出现新能源被迫弃电。此时可向全社会发布未来2小时内的用电指数信息，电力电量富裕，用电价格将会下降信息，鼓励如空调、加热等可中断民用负荷积极投入运行。
当0.85PL≤PX+PS≤1.3PL或者当PX+PS<0.85PL并且PX+Pm≥0.7PL时时，说明在未来2小时内新能源出力情况稳定，向社会发布用电指数将会维持不变的信息：用电价格将维持当前水平不变。此时鼓励或自动维持民用负荷在当前状态。
当PX+Pm<0.7PL时时，说明在未来2小时内将会有新能源出力大幅下降情况，如果不进行电网调节干预，根据当前负荷水平，会出现发电出力严重小于用电负荷情况。此时可向全社会发布未来2小时内的用电指数信息：发电出力严重不足，用电价格将会提高，鼓励如空调、加热等可中断民用负荷退出运行。
(3)基于调度端新能源发电出力与负荷关系的全社会用电负荷共同参与电网功率自动平衡的自动控制系统：
民用家庭中各种不同用电设备装设智能联网控制开关，该智能联网控制开关具备接收远方电网调度发送的实时用电指数信息功能。同时可以自动根据电网运行信息控制民用负荷工作情况。具体为：令实时新能源出力为PSX,火力发电最小出力为PSS，最大出力为PSm，负荷为PSL。
当PSX+PSS>1.3PSL时，新能源大发，电力富裕，电价比较低的情况下，智能开关可以自动打开空调、加热、电动汽车冲电、照明等可随时中断负荷，加大电量短时消费，防止新能源弃电。
当0.85PSL≤PSX+PSS≤1.3PSL时，电力不存在缺口，智能开关可根据用电指数信息维持当前负荷工作。
PSX+PSm<0.7PSL，电力供应存在较大缺口，智能开关可以根据调度端发布的电力电量缺口具体情况，实时关闭部分可中断负荷，只保留部分不能中断负荷工作。短时减少用电负荷，参与电网功率平衡调节，有效促进电网功率平衡调节，增加电网调节范围和新能源消纳能力。
在调度端根据新能源发电出力、火电机组出力、全社会用电负荷三者之间的关系，实时发布电网运行信息给民用接入互联网的网络型智能开关，网络型智能开关根据接收到的用电指数信息，根据自身设定的投退定值自动控制家庭负荷工作和停止。
应用实例
设某电网当前实时新能源出力1200万千瓦，火电机组最小出力2000万千瓦，火电最大出力4000万千瓦，负荷3500万千瓦。
当预计未来2小时，新能源出力将达到2500万千瓦。设电网基础电价0.5元/度，根据本发明技术，因0.85*3500＜2000+2500＝4500＜1.3*3500，计算未来2小时内实时电价为0.5元/度，此时可发布用电指数信息为：电网电力电量平衡正常，不存在电力缺口与新能源弃电风险，用户电价将维持当前水平不变，因用电价格无变化，用户无改变负荷意愿，同时负荷侧联网智能开关根据用电价格指数信息，自动维持当前负荷投入情况，电网功率平衡维持当前水平。
当预计未来2小时，新能源出力将达到3500万千瓦时。设电网基础电价0.5元/度，根据本发明技术，因2000+3500＝5500＞1.3*3500，计算未来2小时内实时电价为：0.318元/度，此时可发布用电指数信息为：电网新能源电力富裕，用电价格将会降至0.318元/度，用户用电意愿加强，充电汽车、储能、空调、加热等可中断负荷积极投入运行，同时负荷侧联网智能开关根据用电价格指数信息，自动投入可控负荷，有效解决新能源大发时的消纳问题。
当预计未来2小时，新能源出力将达到300万千瓦时，但用电负荷将增加至5500万千瓦。设电网基础电价0.5元/度，根据本发明技术，因4000+300＝4300＜0.85*5500，计算未来2小时内实时电价为：0.639元/度，此时可发布用电指数信息为：电网电力电量存在较大缺口，用电价格将会提升至0.639元/度，用户用电意愿减少，充电汽车、储能、空调、加热等可中断负荷关闭运行，同时负荷侧联网智能开关根据用电价格指数信息，自动退出可控负荷，有效解决新能源小发时的电网功率平衡问题。
最后应当说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其限制，尽管参照上述实施例对本发明进行了详细的说明，所属领域的普通技术人员应当理解：依然可以对本发明的具体实施方式进行修改或者等同替换，而未脱离本发明精神和范围的任何修改或者等同替换，其均应涵盖在本发明的权利要求保护范围之内。

Claims (10)

1.一种基于用电指数信息的电网自动调节方法，其特征在于，所述电网自动调节方法包括以下步骤：
步骤1：调度端实时预测电网内新能源发电出力、负荷、火电机组出力；
步骤2：调度端根据步骤1预测的新能源出力PX、火力发电最小出力为PS和负荷预测值PL，计算电网用电指数信息
Figure FDA0003562832300000011
步骤3：调度端将N个小时候后的电网用电指数信息发布至电网内的所有居民用户端的智能联网开关控制单元；
步骤4：所述智能联网开关控制单元根据所接收到的电网用电指数信息实时控制家庭用电设备的投入或退出。
2.根据权利要求1所述的基于用电指数信息的电网自动调节方法，其特征在于：
在步骤2中，根据新能源出力预测值PX、火力发电最小出力预测值PS和负荷预测值PL，计算2个小时后的电网用电指数信息
Figure FDA0003562832300000012
3.根据权利要求1所述的基于用电指数信息的电网自动调节方法，其特征在于：
在步骤3中，将2个小时后的电网用电指数信息Pindex发布至电网中所有居民用户端的智能联网开关控制单元。
4.根据权利要求3所述的基于用电指数信息的电网自动调节方法，其特征在于：
所述智能联网开关控制单元与居民用户中的家用电器智能开关相连，用于控制家用电器智能开关的开合。
5.根据权利要求1或4所述的基于用电指数信息的电网自动调节方法，其特征在于：
所述家用电器包括空调、加热器、电动汽车家用充电桩、照明设备、电热水器、家用储能设备。
6.根据权利要求5所述的基于用电指数信息的电网自动调节方法，其特征在于：
在步骤4中，当PX+PS>1.3PL时，所述智能联网开关控制单元控制空调、加热器、照明设备开关自动闭合，控制已经接入电动汽车家用充电桩的电动汽车充电，控制已经接入充电电路中的家用储能设备开关闭合进行充电；
在步骤4中，当0.85PL≤PX+PS≤1.3PL，所述智能联网开关控制单元维持当前用电设备的开关状态，不进行自动控制；
在步骤4中，当PX+PS<0.85PL，所述智能联网开关控制单元控制空调、加热器、照明设备开关自动断开，控制已经接入电动汽车家用充电桩并且荷电率超过80％的电动汽车通过充电桩向电网馈电，控制荷电率超过80％的家用储能设备向电网馈电。
7.根据权利要求1或6所述的基于用电指数信息的电网自动调节方法，其特征在于：
在步骤4中，当智能联网开关控制单元自动控制家庭用电设备的开关断开或闭合后，用户可根据实际需求手动操作改变家庭用电设备的开关状态。
8.根据权利要求1或6所述的基于用电指数信息的电网自动调节方法，其特征在于：所述电网自动调节方法还进一步包括步骤5，
步骤5：根据电网新能源机组出力与负荷运行信息实施不同的峰谷实时电价ms:
当0.85PL≤PX+PS时，实时电价为：
Figure FDA0003562832300000021
当PX+PS<0.85PL并且PX+Pm≥0.7PL时，实时电价为：
Figure FDA0003562832300000022
PX+Pm<0.7PL时，实时电价为：
Figure FDA0003562832300000023
其中，m为电网基础电价，Pm为火力发电最大出力值。
9.一种基于权利要求1-8任一项权利要求所述电网自动调节方法的电网自动调节系统，包括新能源发电出力预测模块、负荷预测模块、火力发电预测模块、电网用电指数信息计算及发布模块、智能联网开关控制单元；其特征在于：
所述新能源发电出力预测模块、负荷预测模块、火力发电预测模块分别预测未来设定时间段内的电网中新能源发电出力值、负荷值以及火力发电最小出力值；
所述电网用电指数信息计算及发布模块根据新能源发电出力预测模块、负荷预测模块、火力发电预测模块获取的预测值，计算2个小时后的电网用电指数信息，并将其发布至电网中所有居民用户端的智能联网开关控制单元；
所述智能联网开关控制单元根据电网用电指数信息自动控制用户家庭可中断负荷的开关的断开与闭合。
10.根据权利要求9所述的电网自动调节系统，其特征在于：
所述智能联网开关控制单元与居民用户中的家用电器智能开关相连，用于控制家用电器智能开关的开合；所述家用电器包括空调、加热器、电动汽车家用充电桩、照明设备、电热水器、家用储能设备。
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