CN102969791A - 基于双向智能电表的电力***柔性负荷管理***和方法 - Google Patents
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Abstract
本发明一种基于双向智能电表的电力***柔性负荷管理***，其特征在于，包括：智能电表，与供电电网控制***互联，用于实时控制用电负荷；智能负荷设备，连接所述智能电表，并在所述智能电表的控制下调节自身的运行模式。以上述***为基础，本发明还提供了一种基于双向智能电表的电力***柔性负荷管理方法。本发明能够在不切断负荷电源的情况下，实现对负荷的快速、精确控制，尤其在电网紧急状态下，如电力供应急缺时，快速削减负荷，迅速提高负荷的消纳能力，保持***电能总体供需间的平衡，大幅提高用电的安全性、舒适性、可靠性与经济性。
Description
技术领域
本发明属于电力***技术领域，更具体地，涉及一种基于双向智能电表的电力***柔性负荷管理***和方法。
背景技术
在传统的电力***中，电力负荷总是被视作被动、刚性的***参数，为了保持***功率的平衡，在现有技术文献《考虑负荷频率刚性特征的一种新型低频减载实现方案》中提到，自动低频减载装置(UFLS)在***发生严重功率缺额时，迅速断开一定的负荷，使***达到频率高于某一允许值的功率平衡，防止***频率崩溃。
在常规电网中，断开负荷只能通过跳闸方式实现。而在智能电网中，智能电表已具备信息双向通讯能力，这就完全有可能在电网集控端对最终用户用电进行灵活控制，不但可以达到等同于跳闸切除用电负荷的效果，而且可以在电网日常运营时优化负荷分布，抑制清洁能源波动导致的干扰，明显提高电力***的经济型与鲁棒性。
现有技术文献《一种智能电网管理***》（中国专利申请号CN201110171830.7）披露了一种智能电网的综合管理方法，该方法是在某一区域内建立基于光伏发电和风力发电等可再生能源与传统电网共同供电为主，微燃机发电为补充，蓄电池储能作为调节装置，并将供电***与该区域的配电***、各个楼宇用户的用电***进行综合联网构成区域级的微型智能电网***，提高该区域供电网络的可靠性，提高整个该区域电网的智能化程度，本专利侧重于陈述智能微电网综合管理模式与结构，未提及智能用电的确切信息。
现有技术文献《智能电网中的柔性负荷》（《电力需求侧管理》2012年第3期第10页）中不再把电力***负荷当作单纯的刚性需求，而是通过电网与负荷间直接互动，使电力负荷表现出柔性，其主要的运作方式是以电价为杠杆实现对负荷的调控。这种工作模式比较单一，缺乏对负荷的把控能力，在控制精度、速度上均无法满足***要求。
现有技术文献《需求响应中的直接负荷控制策略》（《电测与仪表》2012年第3期第59页）中阐述了一种简单、实用的负荷管理手段，将一个确定考察范围的总负荷按用电特性分类，在不影响用户用电满意度的情况下，将各类用电负荷在时序上重新组合(调度)，以降低总峰荷。这种对电力负荷进行分类控制、错峰启用的方法，自身控制精度低、实时性差，无法应对电力***的突发情况。
发明内容
本发明的发明目的是：1.如何在不切断负荷电源的情况下，实现对负荷的快速、精确控制，尤其在电网紧急状态下，如电力供应急缺时，如何快速削减负荷，或是在***解列后，如何在电源侧迅速提高负荷的消纳能力；2.如何在不断电的情况下，通过对用户负荷进行快速、精确的柔性控制，在清洁电源出力发生大幅变化时，改变用电负荷的吸纳能力以实现快速同步跟踪，最终保持***电能总体供需间的平衡，从而在保持***经济性的同时，明显提高对清洁能源的吸纳能力；3.通过柔性智能负荷控制，利用现有电网结构，在不改变用户楼宇内部电力布线、不改变用户户内电力布线的前提下，实现电气的智能控制；4.在实现上述柔性智能负荷控制的同时，各智能电气同时可以兼容远方遥控模式与经济运行模式，也可以包容各类储能、柔性输电及微电网控制等技术，并实现最大范围的***优化控制，大幅提高用电的安全性、舒适性、可靠性与经济性。
为了实现上述目的，本发明是采取以下的技术方案来实现的：
一种基于双向智能电表的电力***柔性负荷管理***，其特征在于，包括：
智能电表，与供电电网控制***互联，用于实时控制用电负荷；
智能负荷设备，连接所述智能电表，并在所述智能电表的控制下调节自身的运行模式。
优选地，所述智能电表具有上行数据联络端和下行数据联络端，所述上行数据联络端用于接收来自供电电网控制***的电价数据和控制指令，并上报用电负荷实时状态；所述下行数据联络端用于向智能负荷设备下发所述电价数据和控制指令，并且读取智能负荷设备的状态信息。
进一步优选地，所述下行数据联络端连接下一层智能电表。
进一步优选地，所述智能负荷设备根据所述电价数据选择正常状态下的运行模式，并且根据下发的控制指令实时调节运行模式。
优选地，所述智能电表与广域网互联，通过广域网接收用户的远程指令，并根据所述远程指令控制所述智能负荷设备的运行模式。
优选地，所述智能电表在供电电网需要减载的情况下接收去除柔性用电负荷的控制指令，并根据该指令将与其连接的一部分智能负荷设备的供电切断或调节为低耗电的运行模式。
以上述***为基础，本发明还提供了一种基于双向智能电表的电力***柔性负荷管理方法，其特征在于，包括：
步骤1，通过连接供电电网控制***的智能电表接收电价数据和控制指令；
步骤2，根据所述电价数据和控制指令，实时控制与所述智能电表相连接的智能负荷设备的运行模式。
优选地，所述步骤2中根据所述电价数据选择智能负荷设备正常状态下的运行模式，并且根据所述控制指令实时调节其运行模式。
优选地，在供电电网需要减载的情况下，由所述智能电表接收去除柔性用电负荷的控制指令，并根据该指令将与其连接的一部分智能负荷设备的供电切断或调节为低耗电的运行模式。
优选地，由所述智能电表通过广域网接收用户的远程指令，并根据所述远程指令控制所述智能负荷设备的运行模式。
综上所述，本发明能够在不切断负荷电源的情况下，实现对负荷的快速、精确控制，尤其在电网紧急状态下，如电力供应急缺时，快速削减负荷，迅速提高负荷的消纳能力，保持***电能总体供需间的平衡，而且有效实现电气的智能控制，可以兼容遥控模式与经济运行模式，并实现最大范围的***优化控制，大幅提高用电的安全性、舒适性、可靠性与经济性。
附图说明
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是本发明实施例的***结构示意图。
具体实施方式
为了使本技术领域的人员更好地理解本发明的技术方案，并使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合实施例及实施例附图对本发明作进一步详细的说明。
图1是本发明实施例的***结构示意图。附图1中的G1、Gn是常规发电厂，G2是清洁能源发电厂，如风电场。M1、M2…Mm是本发明提供的智能电表，L1、L2…Lm是智能负荷设备。智能电表M1、M2…Mm连接供电电网的电网控制***，各智能负荷设备L1、L2…Lm分别与各自对应的智能电表M1、M2…Mm相连接，通常采用一户一表，即M1、M2…Mm中的每台智能电表连接和控制一个智能用电家庭中存在的全部智能负荷设备。C1、Cq则分别为通过广域网接入本***的用电客户。智能电表还可以连接下一层的智能电表，如图1中通过智能电表Mm连接到下一层的智能电表Mmk。
供电电网通过电网控制***与各智能电表M1、M2…Mm互联，从而向智能电表M1、M2…Mm下发电价数据和控制指令。智能电表M1、M2…Mm根据电网控制***的交互，实时控制用户的用电负荷，达到全***功率的优化和平衡。具体来说，每台智能电表具有两个数据联络端，上行数据联络端连接供电电网控制***，接收实时下达的电价数据和来自电网的控制指令，并将用户用电负荷的实时状态上报至电网控制***；下行数据联络端连接下一层的智能电表Mmk和智能负荷设备L1、L2…Lm；所述智能负荷设备L1、L2…Lm可以包括用户的智能家电或智能蓄电池组，蓄电池组可以看作是特殊的一类电气设备，其用电负荷为负值。智能电表通过下行数据联络端以读取这些设备的状态，并将来自电网的所述电价数据和控制指令下发至所述下一层的智能电表Mmk和智能负荷设备L1、L2…Lm。两个联络端可以分别组网，也可以公用同一个网络。
每个智能负荷设备L1、L2…Lm除了具备常规电气功能外，还可以接收来自智能电表M1、M2…Mm的电价数据与控制指令，从而供电电网控制***可以通过智能电表对智能负荷设备的工作状态进行自动化控制。供电电网企业可以与用电客户间签署智能用电协议，或是用户通过购买智能电器间接签署类似协议，以允许供电电网在紧急情形下控制用户的智能负荷设备L1、L2…Lm。智能负荷设备将自身运行模式分为多个档、段，对应不同的用电量。例如，智能制冷设备可分为强冷、制冷、监视、加热、快速加热5个运行模式，常规运行在制冷模式，在紧急状态下，当电网电能供应过剩时，电网通过智能电表控制智能制冷设备的运行状态使之变为强冷，以提高对电能的消耗能力，反之，当电网电力供应急缺时，电网通过智能电表控制智能制冷设备运行在监视状态，使电能消耗能力降至最低，直至电网恢复常态时，智能电气也恢复至其初始运行模式。
正常状态下，智能负荷设备L1、L2…Lm依据所接收到的所述电价数据选择适当的运行模式。在电网正常运行过程中，可以通过实时调控电价数据，促使智能负荷设备L1、L2…Lm在不明显影响客户体验的前提下调整自身功率，从而提高智能用电的经济性。例如，在电网正常运行时，由于G2处清洁能源输出能力不稳定，为了保持***电力平衡，电网控制***可以通过改变电价数据促使智能用户做出同步响应。当G2处风力充足时电价降低，此时智能电表M1、M2…Mm将当前电价数据传输给其下端的智能负荷设备L1、L2…Lm，智能负荷设备L1、L2…Lm可以择时动作，比如热水器在电价低时自动加热，一旦电价升高自动停止加热，智能蓄电池组也在电价低时自动充电，至电价高时自动转为发电状态以赚取差价。员工到达单位后，将自家电动汽车经智能电表接入电力***后再去工作，其电动汽车可以其工作期间同步赚取电力差价。
紧急情况下，供电电网控制***可以通过智能电表M1、M2…Mm下达控制指令，智能负荷设备L1、L2…Lm响应所述控制指令，改变其运行模式与相应的用电量，甚至可以通过智能电表M1、M2…Mm切断一部分智能负荷设备的供电。具体来说：
电网在正常运行时，发电量与用电量保持平衡。当***发生故障时，Gm发生出线端短路，Gm被切除致使***供电能力明显降低，由此导致***频率、电压下降，而Lm处电压下降最为明显。此时，为了避免低压减载跳闸，电网控制***迅速向智能电表M1、M2…Mm发出切除柔性用电负荷的控制指令，分别将智能电表M1、M2等所控制的第1档柔性负荷切除，比如将智能负荷设备L1、L2中的热水器停止加热、电冰箱暂停制冷。同时切除Mm所控制的全部柔性负荷，即将智能负荷设备Lm中除了照明用电外保留外，其他用电负荷均处于中止工作状态，比如将正在制冷的空调至于待机状态，如果Mm同时与其下一层的智能电表Mmk相连，智能电表Mm同时转发控制指令至Mmk，将Mmk处的柔性负荷全部中止，依此类推。如果随后G2处风场的风力突然增大，电网控制***可以将Mm所控制区域的紧急柔性用电负荷逐步恢复，以降低负荷恢复时对***造成的冲击。待故障排除或***结构优化后，***供电能力改善，电网控制***可以恢复Mm所控制范围的所有紧急柔性负荷，并最终逐步解除对各处柔性负荷的控制。
本***同时允许智能电表M1、M2…Mm与广域网互联，客户C1、Cq能够通过广域网自动控制家中设备，如：所述智能电表M1、M2…Mm通过广域网接收用户的远程指令，并根据所述远程指令控制所述智能负荷设备L1、L2…Lm的运行模式，从而用户可以在回家前先将户内温度调整到合适状态，以提高智能电气的服务范围，本功能提高了智能设备接入网络的安全性，避免误控。
基于智能电表的电力***柔性负荷管理***可以兼容远程抄表、远程智能家电控制***及微网控制等项技术，这些功能在此不做赘述。
综上所述，本发明能够在不切断负荷电源的情况下，实现对负荷的快速、精确控制，尤其在电网紧急状态下，如电力供应急缺时，快速削减负荷，迅速提高负荷的消纳能力，保持***电能总体供需间的平衡，而且有效实现电气的智能控制，可以兼容遥控模式与经济运行模式，并实现最大范围的***优化控制，大幅提高用电的安全性、舒适性、可靠性与经济性。
以上所述，仅为本发明的具体实施方式，本发明还可以应用在其它设备中；以上描述中的尺寸和数量均仅为参考性的，本领域技术人员可根据实际需要选择适当的应用尺寸，而不脱离本发明的范围。本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求所界定的保护范围为准。
Claims (10)
1.一种基于双向智能电表的电力***柔性负荷管理***，其特征在于，包括：
智能电表，与供电电网控制***互联，用于实时控制用电负荷；
智能负荷设备，连接所述智能电表，并在所述智能电表的控制下调节自身的运行模式。
2.根据权利要求1所述的***，其特征在于，所述智能电表具有上行数据联络端和下行数据联络端，所述上行数据联络端用于接收来自供电电网控制***的电价数据和控制指令，并上报用电负荷实时状态；所述下行数据联络端用于向智能负荷设备下发所述电价数据和控制指令，并且读取智能负荷设备的状态信息。
3.根据权利要求2所述的***，其特征在于，所述下行数据联络端连接下一层智能电表。
4.根据权利要求2所述的***，其特征在于，所述智能负荷设备根据所述电价数据选择正常状态下的运行模式，并且根据下发的控制指令实时调节运行模式。
5.根据权利要求1所述的***，其特征在于，所述智能电表与广域网互联，通过广域网接收用户的远程指令，并根据所述远程指令控制所述智能负荷设备的运行模式。
6.根据权利要求1所述的***，其特征在于，所述智能电表在供电电网需要减载的情况下接收去除柔性用电负荷的控制指令，并根据该指令将与其连接的一部分智能负荷设备的供电切断或调节为低耗电的运行模式。
7.一种基于双向智能电表的电力***柔性负荷管理方法，其特征在于，包括：
步骤1，通过连接供电电网控制***的智能电表接收电价数据和控制指令；
步骤2，根据所述电价数据和控制指令，实时控制与所述智能电表相连接的智能负荷设备的运行模式。
8.根据权利要求7所述的***，其特征在于，所述步骤2中根据所述电价数据选择智能负荷设备正常状态下的运行模式，并且根据所述控制指令实时调节其运行模式。
9.根据权利要求7所述的***，其特征在于，在供电电网需要减载的情况下，由所述智能电表接收去除柔性用电负荷的控制指令，并根据该指令将与其连接的一部分智能负荷设备的供电切断或调节为低耗电的运行模式。
10.根据权利要求7所述的***，其特征在于，由所述智能电表通过广域网接收用户的远程指令，并根据所述远程指令控制所述智能负荷设备的运行模式。
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