一种智能电力负荷控制系统及控制方法与流程

本发明属于电力系统领域，尤其涉及一种电力负荷自动调控装置。

背景技术：

电力用户的用电负荷不可控制性，会给用户和供电企业造成不必要的经济损失。在用电高峰时段，用户多台设备同时投入使用，整体的用电量就很多，由于高峰时段电价很高，用户需要为此付出高昂的电费。另一方面，供电企业往往要为满足高峰时额外的几个兆瓦的电力容量，加装发电机。而这些发电机可能一年就运行几百个小时，其它时间只有闲置。这些设备的投资和闲置时间是对电力资源的一种浪费。随着智能电网技术的发展，电网对电力需求侧响应和控制的要求逐步提高，电网希望用户可以参与电网的调峰等操作，以保证电网的安全、稳定和经济运行。随着电力市场化后，电价是随着用电的时段变化而变化，合理的分配和控制负荷，可以帮助用户节省电费。

可控电力负荷是短时间断电不会对用户生产和生活造成影响的负荷。总的分有两类：1.电阻性的电热负荷，如电热水器，电暖气等；2.以电为动力的制冷负荷，如空调，制冷机组等。由于空气和水的温度变化缓慢，所以短时停电不会对用户造成很大的影响。电热和制冷负荷往往也是造成冬季和夏季负荷高峰的主要原因。

现有技术对电热水器和电暖气的控制比较多，主要是在电热水器和电暖气终端装设可控的断路器和接触器，在电力系统或用户需要减负荷时将其切断，15分钟或30分钟后再恢复供电。因此，现有技术存在以下缺点：只是对单一负荷进行控制，比如电加热器、电热水器、电暖气或空调等；对负荷用断路器和接触器控制，属于开或者关的状态，断电时间较长；断路器和接触器开关时不能实现过零切投，对电网冲击大；现有负荷控制属于单向控制，电力企业发送断电命令到负荷端，不能实现双向信息交流；没有实现单用户最优化负荷管理；负荷切断后，重新投入后没有很好的规划，对电网冲击大；没有对负荷进行具体的定位；对制冷和电热负荷没有进行温度控制。

技术实现要素：

发明目的：为了解决现有技术存在的问题，在用电高峰时可以减少或限制总用电负荷，节约能源，降低用电成本，本发明提供一种智能电力负荷控制系统。

本发明的另一目的是提供一种智能电力负荷控制方法。

技术方案：(参考最终的权利要求书)

有益效果：本发明提供一种智能电力负荷控制系统及控制方法，

(1)对于用户而言：

a.智能电力负荷控制系统可以帮助用户有效的管理其电热负荷和制冷负荷。在不影响用户使用的情况下(保证加热最低温度和制冷最高温度)，控制电热负荷和制冷负荷的功率输出，保证用户在用电高峰时，最大负荷不超出预先设定的最大值，这样就减少了用户在高峰时段的电费支出。

b.智能电力负荷控制系统可以帮助用户在不增加进线容量的情况下，增加一定量的用电设备，而不必要去支付进线扩容的费用。

c.智能电力负荷控制系统可以帮助用户参与供电企业的需求侧控制，在负荷高峰时，根据供电企业的需要减少相应的负荷，以保证电网的稳定。同时也可以参与其它相关的需求侧控制。并且通过此获得供电企业的经济补偿。

(2)对于供电企业而言：

a.智能电力负荷控制系统可以提供给供电企业实时的用户信息，比如，用户位置、目前用电总量和可控负荷总量等。通过这些信息，供电企业可以掌握用户负荷情况，了解多少负荷可以用于调控。在用电高峰，电网负荷压力很大的时候，可以向一定量的用户发送减负荷指令，从而减小电网的压力以保证电网的稳定。

b.智能电力负荷控制系统可以提供给供电企业用户历史用电信息。供电企业可以根据这些信息进行精确的负荷预测。

c.有效的负荷控制可以帮助电力企业在高峰时段减少调峰机组的运行，以节省企业的运营费用。

附图说明

图1为智能电力负荷控制系统的示意图；

图2为智能控制器的示意图；

图3为电热负荷终端控制器的示意图；

图4为制冷负荷终端控制器的示意图；

图5为主进线测量模块的示意图；

图6为智能电力负荷控制系统的信号流图；

图7为多个智能电力负荷控制系统连接智能电网云的示意图；

图8为智能电力负荷控制方法的流程图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步说明。

如图1和图6所示，1是母线，2是电流互感器，3是断路器，主进线分为多个分支，主进线及各分支均有断路器控制通断。智能电力负荷控制系统，包括智能控制器、电热负荷终端控制器、制冷负荷终端控制器、主进线测量模块；所述主进线测量模块安装在主进线上，用于测量主进线的电压和电流，计算功率值；如图3，电热负荷终端控制器安装在电热负荷进线开关与电热负荷之间，包括内置的电流互感器和电力电子开关，内置的电流互感器测量通过的电流值，用于判断电热负荷是否工作，以及计算电热负荷的耗电量；第一温度传感器和电热负荷终端控制器连接，用于对电热负荷所加热的环境温度进行测量。如图4，对于制冷负荷，接有电力变频器，制冷负荷终端控制器安装在电力变频器的进线处，包括内置的电流互感器、变频控制模块，用于检测电力变频器进线的电流和电压，计算功率值；第二温度传感器用于测量制冷负荷所制冷的环境温度；如图5，主进线测量模块、电热负荷终端控制器及制冷负荷终端控制器用于将各电压、电流及功率值传送至智能控制器；如图2，智能控制器用于计算功率控制值，并发送控制信号；电热负荷终端控制器及制冷负荷终端控制器用于接收所述控制信号，分别控制电力电子开关和变频器控制模块，电力电子开关用于控制电热负荷的运行和停止，变频器控制模块用于控制变频器的输出功率、运行和停止。

智能控制器包括微控制单元、通讯模块、人机交互界面；电热负荷终端控制器、制冷负荷终端控制器、主进线测量模块均包括各自的通讯模块，电热负荷终端控制器、制冷负荷终端控制器、主进线测量模块的通讯模块均与智能控制器的通讯模块相连接，用于信号的相互传输。人机交互界面可以方便工作人员查阅系统运行状态。

如图7所示，还包括智能电网云，多个智能电力负荷控制系统的通讯模块与智能电网云之间进行信号传输，方便供电企业等随时查看各智能电力负荷控制系统的状态以及电力负荷运行情况，此外，智能电网云中还接入了能源管理系统和配电网管理系统，便于供电企业更好的管理控制电力网络。

智能控制器、电热负荷终端控制器、制冷负荷终端控制器、主进线测量模块中均包括数据存储模块，所述数据存储模块用于存储日期时间、电压值、电流值及功率值等数据。其中，主进线测量模块将获得的电压值、电流值、有功功率值、无功功率值及谐波值等相关数据存储在其存储模块中。

以下分别介绍各个模块的组成部分：

如图2，智能控制器包括电源模块、实时时钟、数据存储模块、微处理器、人机交互界面、通讯模块、通讯接口、天线。电源模块用于将低压交流电转换成5v、3v等直流电。实时时钟是带有精度较高的晶体振荡器为电子系统提供精确的时间基准的集成电路。数据存储模块是用于数据保存的存储芯片，例如eeprom，flashmemory等。微处理器(mcu)是把中央处理器(centralprocessunit；cpu)的频率与规格做适当缩减，并将内存(memory)、计数器(timer)、usb、a/d转换、uart、plc、dma等周边接口，甚至lcd驱动电路都整合在单一芯片上，形成芯片级的计算机，为不同的应用场合做不同组合控制。人机交互界面是人与计算机之间进行各种符号和动作的双向信息交换的平台，主要硬件是显示屏，键盘或者触摸屏等。通讯模块是用于通讯协议处理的cpu或dsp内核电路组成的芯片。它用于通讯协议的传输和不同协议的转换，支持rs-485，modebus，lonwork,gprs，zigbee,wifi等通讯协议。通讯接口是根据于不同通讯协议所产生的物理接口。天线用于接受和发送无线信号。

如图3，电热负荷终端控制器包括交流电源、电流互感器、电力电子开关、驱动模块、温度传感器、测量模块。交流电源为单相或三相交流电源。电流互感器是依据电磁感应原理将一次侧大电流转换成二次侧小电流来测量的仪器。电力电子开关是用电力电子器件实现电路通断的运行单元,至少包括一个可控的电力电子驱动器件，如晶闸管、晶体管、场效应管、可控硅等。驱动模块是用于控制电力电子开关导通和关断的电路或芯片，并具有保护功能。温度传感器是能感受温度并转换成可用输出信号的传感器。测量模块即为模数转换模块,将模拟信号变成数字信号,便于数字设备处理。将模拟的电流量、电压量和温度值转换成微控制单元可以识别的数字信号。

如图4，制冷负荷终端控制器中的变频器控制模块，包括a/d、d/a转换电路和数字信号转换电路，读取电力变频器的模拟和数字输出信号，并输出控制变频器的数字和模拟信号。

如图5，主进线测量模块中的a/d转换电路用于模数转换,将模拟信号变成数字信号,便于数字设备处理，将模拟的电流量和电压量转换成微控制单元可以识别的数字信号。

智能电力负荷控制方法，包括以下步骤：

(1)智能控制器预先设定系统最大输入功率pmax、控制周期t、加热最小环境温度及制冷最大环境温度；

其中，最大输入功率的设定方法为：最大输入功率由用户根据历史同期月最大输入总功率和可控制负荷总数进行预设值，预设值可以是最大输入总功率减去可控制负荷总数的40％-50％；智能控制器通过通讯模块将实时的系统输入总功率和可控制负荷总数发送到智能电网云上，所述可控制负荷总数为各冷热负荷的可控制冷热负荷功率之和，当电网处于负荷高峰时，供电企业发送减负荷的信号给智能控制器，智能控制器根据实时的系统输入总功率和功率控制值，重新设定系统最大输入功率；供电企业取消减负荷的信号后，智能控制器恢复之前的设定，并将减负荷的数量和时间通过智能电网云发送给供电企业。

(2)将冷热负荷分为第一优先级、第二优先级和第三优先级，并分别设定每个优先级的最小输出功率；

(3)进入一个控制周期，依次对第一优先级、第二优先级、第三优先级的冷热负荷进行检测；主进线测量模块、电热负荷终端控制器、制冷负荷终端控制器分别测量主进线、各冷热负荷进线的电流和电压，并根据主进线的电流和电压计算此时系统输入总功率，根据各冷热负荷进线的电流和电压计算此时各冷热负荷的输出功率，并将电流、电压和功率量传输至智能控制器；

(4)智能控制器接收电流、电压及功率量后，将此时系统输入总功率和所述最大输入功率相减得到功率控制值，将此时各冷热负荷的输出功率和冷热负荷所属优先级对应的最小输出功率相减得到可控制冷热负荷功率；

(5)智能控制器根据可控制冷热负荷功率及冷热负荷所属优先级，运用线性规划或非线性规划等优化算法得到各冷热负荷需要减少的功率数；优先级代表每个冷热负荷的重要性，不重要的可以多减，重要的需要少减。

(6)智能控制器发送控制信号给各冷热负荷相对应的电热负荷终端控制器和/或制冷负荷终端控制器，控制信号包括接通或关断冷热负荷，若电热负荷终端控制器接收到控制信号，则电热负荷终端控制器在控制周期内通过控制电力电子开关控制电热负荷的运行或停止；若制冷负荷终端控制器接收到控制信号，则制冷负荷终端控制器在控制周期内通过变频器控制模块控制变频器的输出功率、运行或停止；

其中，智能控制器发送控制信号给电热负荷终端控制器和/或制冷负荷终端控制器，控制信号还包括运行或停止的时间及时长。电热负荷终端控制器控制电力电子开关的控制方法根据实际情况采取相位控制、分配式零电位控制和时间比例可调式零位控制等。

(7)温度控制器检测电热负荷所加热的环境温度和制冷负荷所制冷的环境温度，将测得到环境温度分别与设定的加热最小环境温度和制冷最大环境温度进行比较，若测得电热负荷所加热的环境温度低于加热最小环境温度或测得制冷负荷所制冷的环境温度高于设定的制冷最大环境温度，则该冷热负荷的优先级会设定为第一优先级；

(8)一个控制周期的时间结束，进入下一个控制周期，重复步骤(3)到(6)。

在步骤(7)中，若测得电热负荷所加热的环境温度低于加热最小环境温度或测得制冷负荷所制冷的环境温度高于设定的制冷最大环境温度，则该冷热负荷的优先级会设定为第一优先级，在下个控制周期t中该负荷的输出功率就会加大。如果在控制周期t内，发生系统输出功率pr大于设定的最大输入功率pmax，所有被控制的冷热负荷首先都会降到其所属优先级的最小输出功率，之后智能控制器根据系统情况进行重新计算，以确定新的功率控制值。