CN207939203U - 基于新能源和市电供电的家庭负荷接入控制装置 - Google Patents

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Abstract

本实用新型公开了一种基于新能源和市电供电的家庭负荷接入控制装置。该控制装置按照负荷的自身特性以及运行时负荷对电源的要求，将家用负荷分为四类，针对每一类负荷设计一个电源选择控制器，各个电源选择控制器之间通过无线方式进行通信。本实用新型通过对家庭负荷进行分类控制，并且针对不同的负荷给出最优化的接入控制方式，使得家庭电网中新能源发出的电能在家庭范围内尽可能的消纳使用，减少了向配电网回馈电能，从而最大限度地减少了新能源电能中的谐波、电压波动等造成的配电网电能质量下降等问题。

Description

基于新能源和市电供电的家庭负荷接入控制装置
技术领域
本实用新型涉及一种基于新能源和市电供电的家庭负荷接入控制装置。
背景技术
随着新能源发电技术的快速发展，越来越多的风、光等新能源接入到家庭供电系统中，与此同时，家庭中使用的负荷如冰箱、空调、电视、电脑、电热水器等的种类变得越来越多，由于这些负荷的特性差异很大，其运行时对电源的要求和影响也不相同。
目前的研究主要集中在如何将新能源接入到家庭微电网中，使新能源电源与市电电源共同向家庭负荷供电，然而很少从家庭负荷侧考虑。如果能够通过合适的分类控制装置，达到既能高效利用新能源发出的电能，又尽可能减少新能源电能中的谐波、电压波动等造成配电网电能质量下降的问题，将会大大地提高家庭电网的供电可靠性。
实用新型内容
本实用新型的目的在于提出一种基于新能源和市电供电的家庭负荷接入控制装置，以同时兼顾新能源电能的利用效率以及新能源电能对配电网电能质量造成的影响。
本实用新型为了实现上述目的，采用如下技术方案：
基于新能源和市电供电的家庭负荷接入控制装置，包括多个结构相同的电源选择控制器，每个电源选择控制器的输出端连接有一类负荷；
各个电源选择控制器的输入端同时接入到新能源供电线和市电供电线上；
每个电源选择控制器包括一个电信号采集单元、一个数据处理单元、一个开关选择单元以及一个无线通信单元；其中：
开关选择单元，被配置为用于将新能源电能或市电电能接入并为相应的负荷供电；
电信号采集单元，被配置为用于采集市电电能或新能源电能供电时的负荷数据信息；
无线通信单元，被配置为用于实现不同电源选择控制器之间的无线通信；
该开关选择单元、电信号采集单元以及无线通信单元均与数据处理单元连接；
其中，各类负荷是按照负荷的自身特性以及运行时负荷对电源的要求进行划分的。
优选地，所述开关选择单元包括一个一号开关和一个二号开关；其中：
一号开关，被配置为用于将市电电能接入并为相应的负荷进行供电；
二号开关，被配置为用于将新能源电能接入并为相应的负荷进行供电；
数据处理单元分别与一号开关、二号开关连接，且一号开关和二号开关的开关状态相反。
优选地，所述电源选择控制器还包括与数据处理单元连接的键盘和显示器。
本实用新型具有如下优点：
本实用新型按照负荷的自身特性以及运行时负荷对电源的要求将家用负荷分为四类，针对每一类负荷设计一个电源选择控制器，各个电源选择控制器之间通过无线方式进行通信。本实用新型通过对家庭负荷进行分类控制，并且针对不同的负荷给出最优化的接入控制方式，使得家庭电网中新能源发出的电能在家庭范围内尽可能的消纳使用，减少了向配电网回馈电能，最大限度地减少了新能源电能中的谐波、电压波动等造成的配电网电能质量下降等问题。
附图说明
图1为本实用新型中基于新能源和市电供电的家庭负荷接入控制装置的结构框图；
图2为本实用新型中电源控制器的结构框图。
具体实施方式
下面结合附图以及具体实施方式对本实用新型作进一步详细说明：
如图1所示，基于新能源和市电供电的家庭负荷接入控制装置，包括多个结构相同的电源选择控制器，每个电源选择控制器的输出端连接有一类负荷。
各个电源选择控制器的输入端同时接入到新能源供电线和市电供电线上。此种设计，可以保证每个电源选择控制器均可以选择新能源电能接入或者市电供电接入。
电源选择控制器的数量与负荷的类数相同，二者实现了一对一控制。
在本实施例中，按照负荷的自身特性以及运行时负荷对电源的要求，可以将家庭负荷划分为四类，分别为A类、B类、C类和D类。其中；
A类负荷为对电源的供电质量要求高以及不经常使用的家庭负荷，供电质量要求高的负荷例如可以是电脑和打印机等，不经常使用的家庭负荷例如可以是电吹风等。
B类负荷为需要长时间运行的家庭负荷，例如可以是照明灯具等。
C类负荷为电热水器类的家庭负荷。
D类负荷为待机时负荷较小但运行时负荷较大的家庭负荷，例如冰箱、空调和洗衣机。
通过将家庭负荷按照上述原则进行分类，便于实现对各类家庭符合的精细化控制，在兼顾家庭负荷对电能质量要求的前提下，最大程度的在家庭范围内充分利用新能源电能，以此，减小新能源电能中的谐波、电压波动等造成配电网电能质量下降的问题。
为了与各类负荷相适应，本实施例中的电源选择控制器数量为四个，分别定义为一号、二号、三号和四号电源选择控制器。
其中，一号电源选择控制器连接有A类负载；二号电源选择控制器连接有B类负载；三号电源选择控制器连接有C类负载；四号电源选择控制器连接有D类负载。
如此设计，实现了各个电源选择控制器对相应类负荷的一对一控制。
另外，本实施例中各个电源选择控制器之间通过无线方式进行组网通信，以便实现各类负荷在新能源和市电供电接入时的联动，从而保证了最优化接入分配。
如图2所示，每个电源选择控制器包括一个电信号采集单元、一个数据处理单元、一个开关选择单元以及一个无线通信单元。其中：
开关选择单元，被配置为用于将新能源电能或市电电能接入并为相应的负荷供电。
具体的，该开关选择单元包括一个一号开关和一个二号开关；其中：
一号开关，被配置为用于将市电电能接入并为相应的负荷进行供电。
二号开关，被配置为用于将新能源电能接入并为相应的负荷进行供电。
数据处理单元分别与一号开关、二号开关连接，且一号开关和二号开关的开关状态相反。通过数据处理单元控制一号开关和二号开关，使得新能源电能和市电电能只能择一接入。
电信号采集单元，被配置为用于采集市电电能或新能源电能供电时的负荷数据信息，该负荷数据信息包括电能接入类型以及当前负荷的功率等信息。
此处的电信号，例如可以为电压信号，当然也可以为电流信号。
无线通信单元，被配置为用于实现不同电源选择控制器之间的无线通信，使得各个电源选择控制组成一个分布式家庭供电控制网络，从而实现联动控制。
本实施例中的无线通信单元例如可以是Zigbee网络等。
该开关选择单元、电信号采集单元以及无线通信单元均与数据处理单元连接。电能接入的选择、负荷数据信息的采集以及无线通信连接均是由数据处理单元控制的。
当然，电源选择控制器还包括与所述数据处理单元连接的键盘和显示器。键盘以及显示器可用于用户向控制器输入运行指令或查询信息。
本实用新型中各个电源选择控制器的联动过程为：
每个电源选择控制器的数据处理单元将从电信号采集单元、用户从键盘输入以及其他电源选择控制器处获得的数据信息处理后，一方面用于电源的切换控制及监测保护；另一方面，通过无线通信单元传递给同一个控制局域网中的其他控制器。
此外，本实施例还提出了一种基于新能源和市电供电的家庭负荷接入控制方法，其采用上述基于新能源和市电供电的家庭负荷接入控制装置。
基于新能源和市电供电的家庭负荷接入控制方法，包括如下步骤：
s1.按照负荷的自身特性以及运行时负荷对电源的要求对家庭负荷进行划分，通过划分，将家庭负荷分为四类，分别为A类、B类、C类和D类；其中；
A类负荷为对电源的供电质量要求高以及不经常使用的家庭负荷；
B类负荷为需要长时间运行的家庭负荷；
C类负荷为电热水器类的家庭负荷；
D类负荷为待机时负荷较小但运行时负荷较大的家庭负荷。
电源选择控制器有四个，分别定义为一号、二号、三号和四号电源选择控制器；
其中，一号电源选择控制器连接有A类负载；二号电源选择控制器连接有B类负载；三号电源选择控制器连接有C类负载；四号电源选择控制器连接有D类负载。
各个电源选择控制器之间通过无线方式进行组网通信。
s2.各类负荷在投入运行时，按照下述步骤选择接入新能源电能或市电电能：
s2.1.根据各个电源选择控制器中电信号采集单元采集的负荷数据信息，计算出当前新能源电能的输出功率，将该当前新能源电能的输出功率记为Pnew；
定义新能源电能的最大允许输出功率为Pnewmax，定义A类负荷的功率为PA，定义B类负荷的功率为PB，定义C类负荷的功率为PC，定义D类负荷的功率为PD。
其中，此处的D类负荷的功率是指D类负荷在运行时的功率(待机功率可忽略)。
s2.2.若A类负荷要投入运行，一号电源选择控制器首先判断是否有市电电能接入：
如果有市电电能接入，则优先接入市电电能；
如果没有市电电能接入，则判断Pnew+PA是否小于等于Pnewmax：
若满足条件，则一号电源选择控制器将新能源电源接入为A类负荷供电；
若不满足条件，则通过无线网络将信息传递至三号电源选择控制器和四号电源选择控制器，通过将已经接入新能源的C、D类负荷按照顺序依次断开，直到满足条件为止，此时，一号电源选择控制器将新能源电能接入为A类负荷供电。
s2.3.若B类负荷要投入运行，二号电源选择控制器首先判断新能源电源是否正常：
如果新能源电能不正常，则二号电源选择控制器将B类负荷接入市电电能；
如果新能源电能正常，则判断Pnew+PB是否小于等于Pnewmax：
若满足条件，则二号电源选择控制器将B类负荷接入新能源电源；
若不满足条件，则通过无线网络将信息传递至三号电源选择控制器和四号电源选择控制器，通过将已经接入新能源的C、D类负荷按照顺序依次断开，直到满足条件为止，此时，二号电源选择控制器将新能源电能接入为B类负荷供电。
s2.4.若C类负荷要投入运行，三号电源选择控制器首先与四号电源选择控制器联动，并判断是否有D类负荷接入到新能源电能中：
若有D类负荷且满足Pnew-PD+PC≤Pnewmax，则在D类负荷处于待机状态时将C类负荷接入到新能源电源投入运行，当D类负荷处于运行状态时将C类负荷从新能源电源断开；
若新能源电能中没有D类负荷，则判断Pnew+PC是否小于等于Pnewmax：
如果满足条件，则三号电源选择控制器将C类负荷接入新能源电能；
如果不满足条件，则三号电源选择控制器将C类负荷接入市电电能。
s2.5.若D类负荷要投入运行，四号电源选择控制器判断Pnew+PD是否小于等于Pnewmax：
若满足条件，则四号电源选择控制器将D类负荷接入新能源电能；
若不满足条件，则四号电源选择控制器将D类负荷接入市电电能。
本实用新型通过对家庭负荷进行分类控制，并且针对不同的负荷给出最优化的接入控制方式，使得家庭电网中新能源发出的电能在家庭范围内尽可能的消纳使用，减少了向配电网回馈电能，减少了新能源电能中的谐波、电压波动等造成的配电网电能质量下降等问题。
当然，以上说明仅仅为本实用新型的较佳实施例，本实用新型并不限于列举上述实施例，应当说明的是，任何熟悉本领域的技术人员在本说明书的教导下，所做出的所有等同替代、明显变形形式，均落在本说明书的实质范围之内，理应受到本实用新型的保护。

Claims (3)

1.基于新能源和市电供电的家庭负荷接入控制装置，其特征在于，包括多个结构相同的电源选择控制器，每个电源选择控制器的输出端连接有一类负荷；
各个电源选择控制器的输入端同时接入到新能源供电线和市电供电线上；
每个电源选择控制器包括一个电信号采集单元、一个数据处理单元、一个开关选择单元以及一个无线通信单元；其中：
开关选择单元，被配置为用于将新能源电能或市电电能接入并为相应的负荷供电；
电信号采集单元，被配置为用于采集市电电能或新能源电能供电时的负荷数据信息；
无线通信单元，被配置为用于实现不同电源选择控制器之间的无线通信；
该开关选择单元、电信号采集单元以及无线通信单元均与数据处理单元连接；
其中，各类负荷是按照负荷的自身特性以及运行时负荷对电源的要求进行划分的。
2.根据权利要求1所述的基于新能源和市电供电的家庭负荷接入控制装置，其特征在于，所述开关选择单元包括一个一号开关和一个二号开关；其中：
一号开关，被配置为用于将市电电能接入并为相应的负荷进行供电；
二号开关，被配置为用于将新能源电能接入并为相应的负荷进行供电；
数据处理单元分别与一号开关、二号开关连接，且一号开关和二号开关的开关状态相反。
3.根据权利要求1或2所述的基于新能源和市电供电的家庭负荷接入控制装置，其特征在于，所述电源选择控制器还包括与数据处理单元连接的键盘和显示器。
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