CN104952003A - 一种负荷管理装置及管理方法 - Google Patents

Abstract

负荷管理装置可动态监测用户电力负荷，为电力需求侧管理提供准确、及时的电力负荷数据，根据需要通知客户并通过拉闸进行控制负荷。用来平整负荷曲线，从而达到均衡的使用电力负荷，提高电网运行的经济性、安全性，以及提高电力企业的投资效益的目的。

Description

一种负荷管理装置及管理方法

技术领域

本发明涉及一种电力负荷管理控制的技术领域，具体的来说，是一种负荷管理装置及管理方法。

背景技术

随着电力事业的发展和生产的暂时调控，我国电力供需矛盾有所缓解，电力负荷控制***的“控制”功能作用相对减弱。而由于国民经济的发展和人民生活水平的提高，对电能质量和负荷管理水平的要求却越来越高。随着电力负荷管理***的不断推进和发展，***的应用需求和功能已由单一的电力负荷监控发展成了集变电站集中抄表、大用户负荷管理、中小用户负荷采集、公用配变监测以及并网自备电厂管理等多种功能于一体。而现有的电力负荷管理控制***已无法满足供配电的需求。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明提出一种负荷管理装置及管理方法，其管理方法包括用户分类、调峰、电价补偿计算以及价格需求关系计算，管理装置包括主控单元、显示操作单元、通信单元、输入输出单元、交流采样单元、监测告警单元及开关电源等。

电力公司对智能表计获取的用户负荷数据进行聚类分析后，将用户按照不同的负荷形态进行精细化用户分类。电力公司根据不同类别的负荷形态为该类的用户提供交互方式选择，用户则按照其意愿申报相关交互方式需要的参数。电力公司在与用户协商校验用户申报参数的可行性之后将申报的互动负荷编入交互负荷备用库，作为在不同电力供应缺口下，负荷交互调用过程中的调用对象。

当用户都按照其自身负荷形态以及自身意愿编入负荷互动备用库之后，电力公司能够根据上级调度部门日前下达的电力供应缺口大小，按照一定的优化规划原则选择适宜的次日用户负荷互动计划，并引导用户实施以缓解供应缺口，削减电网调峰成本，提高供电可靠性。

在获取了用户的互动负荷信息之后，电力公司需要根据预测的缺口等级、***的调峰备用信息以及用户的交互方式对负荷交互过程进行优化建模，并寻求最优的负荷互动方案。方案的发布需要获得用户的校验与确认，方案执行之后电力公司也需要对用户的执行情况进行评价，如果存在经济补偿的情况需要按照执行情况对用户做出相应的补偿，如果没有补偿机制也需要对未按计划执行的用户进行惩罚，并反馈至互动负荷备用库中。

负荷管理的主要手段包括削峰、填谷、移峰填谷等，实现的手段因用户的能源结构不同而不同。

时段错峰指的是用户通过提前或者延后工作时段从而有效将自身用电高峰与***负荷高峰错开，起到削减电网峰值负荷的作用。

移峰填谷指的是有条件的用户安排一部分生产计划至低谷时段，多适用于全天生产的且峰谷差率较大额用户削峰类。

削峰，如可中断负荷，不再由电力公司单方向地下达限电行政指令，而是由用户申报最大承受削峰比例与可削峰时段，电力公司确认后在日前规划时对参与削峰负荷进行调用。

负荷的交互需要消纳日前预测的区域电网供应缺口，即对每一时段t都有：

其中表示***日前预测的次日最大电力供应能力，为预测的各时段***负荷大小。由于存在多种负荷交互方式，式中为几种不同交互方式下负荷变化量的总和，如下式所示，式中，分别表示用户i由时段错峰、移峰填谷、削峰分别造成的在t时段造成的负荷削减量，当负荷削减时为正值，负荷增加时为负值

电力公司在进行电价调整时，会影响负荷的需求，负荷需求的价格弹性情况如下：

式中：

—电力用户的负荷需求弹性；

p—用户的需求电价；

Q—用户的负荷需求量。

根据的大小可以将需求价格弹性分为五种：

①完全无弹性，即刚性负荷：时，表示不管价格如何变动，需求量保持不变；

②缺乏弹性：当0<<1时，表示随价格变动，引起需求量较小程度的变动；

③线性弹性：=1，表示p的任一变动，会引起Q的同等程度的变动；

④指数弹性：，表示p的任一变动，会引起Q的较大程度的变动；

⑤完全弹性：，表示p的任一变动，会引起Q的无限变动。

负荷需求的价格弹性反应出需求变化与电价变化的关联性，负荷需求会随着电价的上升而减少，而且在不同的价格水平上用户需求的弹性是不同的。

负荷根据各用户的不同类型进行支付。购电成本为：

式中

C—总购买成本；

—发电备用容量出清电价；

—购买第i个发电厂的备用容量；

—支付第j个用户的可中断补偿：

—购买第j个可中断负荷的容量；

用户为了满足其自身对电力高的可靠性要求，就必须支付高价电费。

用户在电能可靠性的花费F为：

为购电费用，为可靠性损失费用；

用户在不参加可中断负荷管理时，购电费用为购电电价与购电量的积：

为电价，e表示购买的电能；

可靠性损失费用为与购电电价相对应的供电不可用电能与单位电能的缺电损失之积：

为与对应的电能的可靠性，表示不在可中断管理条件下的单位电能损失费用。

用户在参加可中断负荷管理时，购电费用为在不参加可中断负荷时的购电费用与电力公司对用户的补偿之差：

为电力公司对用户的补偿；

可靠性损失费用为购电电价相对应的供电不可用电能与单位电能的缺电损失之积，

表示在可中断管理条件下的单位电能损失费用；在明确了电价的调节与负载需求的关系后，通过负荷管理装置来进行负载的测量、监控与控制。

负荷管理装置由主控单元、显示操作单元、通信单元、输入输出单元、交流采样单元、监测告警单元及开关电源等组成。

主控单元：完成所有的数据采集及处理、控制、数据通信、语音提示功能及协调其他智能模块的工作。

显示操作单元：用于负荷管理终端实现必要的数据、状态、信息显示输出以及键盘输入，是终端的人机界面部分。

输入输出单元：完成信号的调理及隔离、输出信号的驱动及隔离；在电力负荷管理终端具体是指遥信、遥控、脉冲、模拟量、抄表等。

通信单元：实现数据通信及语音传输，是由调制调解电路及无线基站组成，可以采用很多不同的通信方式，如GPRS、CDMA、光纤等。

交流采样单元：通过电压或者电流互感器采集实时电网交流信号，用以计算电流、电压、功率、电量、相角、周波、谐波等。

监测告警单元：对遥测数据进行分析比对，当数据异常时进行报警。

电源***：由高可靠性电源将交流输入转换为各模块所需要的直流供电，包括开关电源和线性电源两种，要求高可靠性和较高的转换效率。

主控单元是由微处理器CPU电路、存储器、时钟电路、定时器、输入输出电路、通信接口电路、语音电路等组成。主控电路是终端的心脏，所有的采集、运算、控制指令发布等工作，均曲主控单元完成。主控单元主要实现模拟量、脉冲量、遥信的采集，完成与主站的通信，实现数据计算、抄表、打印、语音、控制等功能。

交流采样单元完成对来自电流互感器、电压互感器交流信号的实时采样，计算电流、电压、功率、电量、周波、相角、谐波等数据。输入的各路交流电压和各路交流电流，经由电压、电流互感器，分别转换为小电流信号，经由放大和调理电路，再将信号送到采样保持电路，然后送入模数转换电路进行转换，最后由处理器芯片通过软件，计算出各类数据。同时，对其某相电压信号经过施密特比较器整形为方波，送入中央处理器，进行频率跟踪，来调整采样间隔，保证测量的精度。

显示操作单元用于实现数据的输入及键盘输入。显示操作单元负责管理几个主要用于项目显示选择和功能切换的面板按键。另外还控制多个LED面板指示灯，这些面板指示灯可以用于指示：运行、允许通话、控制投入等状态。

输入输出单元对输入的模拟量进行缓冲，对输入的数字量进行隔离，对抄表口进行隔离及电平转换，对输入的信号进行驱动后带预动作继电器及执行继电器。

输入输出单元具有模拟量输入接口电路、抄表接口电路、脉冲接口电路和遥信接口电路、遥控接口电路。

通信单元可以通过基站、光纤、CDMA、GPRS等公用无线通信技术，在远方主站可以对实时的采集数据、记录数据进行遥测；监测与告警是指***各监测点应能监测负荷、电能量、抄表状况、工况、电能质量等数据，当发生异常时应能产生告警并记录事件，以供相关单位或用户及时处理。报警的方式除文字、图像、声音外，还应支持短消息、Email等远程告警方式。利用终端设备的存储功能将计量曲线和保护回路曲线存在终端内，在每天设定的时间进行日数据遥测时，将数据曲线取回并进行比较分析。实时监测、表计异常告警、通讯异常告警和用户自定义告警。监控用电方计量柜、电表用电异常情况，一旦出现窃电情况，对异常情况告警，并记录发生时刻及恢复时刻。根据错峰、避峰管理需要以及大用户的用电计划，进行用电上下限额设定。当实际用电数据超过上下限额，则自动发出告警信息，并提供一定的负载控制功能(如：支持图形、文字、声音告警)，同时可根据用户设置进行告警。

负荷管理装置可动态监测用户电力负荷，为电力需求侧管理提供准确、及时的电力负荷数据，根据需要通知客户并通过拉闸进行控制负荷。用来平整负荷曲线，从而达到均衡的使用电力负荷，提高电网运行的经济性、安全性，以及提高电力企业的投资效益的目的。

附图说明

图1是本发明的负荷管理方法的负荷控制流程

图2是本发明的负荷管理装置的结构图。

具体实施方式

一种负荷管理装置及管理方法，其管理方法包括用户分类、调峰、电价补偿计算以及价格需求关系计算，管理装置包括主控单元、显示操作单元、通信单元、输入输出单元、交流采样单元、监测告警单元及开关电源等。

电力公司对智能表计获取的用户负荷数据进行聚类分析后，将用户按照不同的负荷形态进行精细化用户分类。电力公司根据不同类别的负荷形态为该类的用户提供交互方式选择，用户则按照其意愿申报相关交互方式需要的参数。电力公司在与用户协商校验用户申报参数的可行性之后将申报的互动负荷编入交互负荷备用库，作为在不同电力供应缺口下，负荷交互调用过程中的调用对象。

当用户都按照其自身负荷形态以及自身意愿编入负荷互动备用库之后，电力公司能够根据上级调度部门日前下达的电力供应缺口大小，按照一定的优化规划原则选择适宜的次日用户负荷互动计划，并引导用户实施以缓解供应缺口，削减电网调峰成本，提高供电可靠性。

在获取了用户的互动负荷信息之后，电力公司需要根据预测的缺口等级、***的调峰备用信息以及用户的交互方式对负荷交互过程进行优化建模，并寻求最优的负荷互动方案。方案的发布需要获得用户的校验与确认，方案执行之后电力公司也需要对用户的执行情况进行评价，如果存在经济补偿的情况需要按照执行情况对用户做出相应的补偿，如果没有补偿机制也需要对未按计划执行的用户进行惩罚，并反馈至互动负荷备用库中。

负荷管理的主要手段包括削峰、填谷、移峰填谷等，实现的手段因用户的能源结构不同而不同。

时段错峰指的是用户通过提前或者延后工作时段从而有效将自身用电高峰与***负荷高峰错开，起到削减电网峰值负荷的作用。

移峰填谷指的是有条件的用户安排一部分生产计划至低谷时段，多适用于全天生产的且峰谷差率较大额用户削峰类。

削峰，如可中断负荷，不再由电力公司单方向地下达限电行政指令，而是由用户申报最大承受削峰比例与可削峰时段，电力公司确认后在日前规划时对参与削峰负荷进行调用。

负荷的交互需要消纳日前预测的区域电网供应缺口，即对每一时段t都有：

其中表示***日前预测的次日最大电力供应能力，为预测的各时段***负荷大小。由于存在多种负荷交互方式，式中为几种不同交互方式下负荷变化量的总和，如下式所示，式中，分别表示用户i由时段错峰、移峰填谷、削峰分别造成的在t时段造成的负荷削减量，当负荷削减时为正值，负荷增加时为负值

。

电力公司在进行电价调整时，会影响负荷的需求，负荷需求的价格弹性情况如下：

式中：

—电力用户的负荷需求弹性；

p—用户的需求电价；

Q—用户的负荷需求量。

根据的大小可以将需求价格弹性分为五种：

①完全无弹性，即刚性负荷：时，表示不管价格如何变动，需求量保持不变；

②缺乏弹性：当0<<1时，表示随价格变动，引起需求量较小程度的变动；

③线性弹性：=1，表示p的任一变动，会引起Q的同等程度的变动；

④指数弹性：，表示p的任一变动，会引起Q的较大程度的变动；

⑤完全弹性：，表示p的任一变动，会引起Q的无限变动。

负荷需求的价格弹性反应出需求变化与电价变化的关联性，负荷需求会随着电价的上升而减少，而且在不同的价格水平上用户需求的弹性是不同的。

负荷根据各用户的不同类型进行支付。购电成本为：

式中

C—总购买成本；

—发电备用容量出清电价；

—购买第i个发电厂的备用容量；

—支付第j个用户的可中断补偿：

—购买第j个可中断负荷的容量；

用户为了满足其自身对电力高的可靠性要求，就必须支付高价电费。

用户在电能可靠性的花费F为：

为购电费用，为可靠性损失费用

用户在不参加可中断负荷管理时，购电费用为购电电价与购电量的积：

为电价，e表示购买的电能

可靠性损失费用为与购电电价相对应的供电不可用电能与单位电能的缺电损失之积：

为与对应的电能的可靠性，表示不在可中断管理条件下的单位电能损失费用。

用户在参加可中断负荷管理时，购电费用为在不参加可中断负荷时的购电费用与电力公司对用户的补偿之差：

为电力公司对用户的补偿；

可靠性损失费用为购电电价相对应的供电不可用电能与单位电能的缺电损失之积，

表示在可中断管理条件下的单位电能损失费用；在明确了电价的调节与负载需求的关系后，通过负荷管理装置来进行负载的测量、监控与控制。

负荷管理装置由主控单元、显示操作单元、通信单元、输入输出单元、交流采样单元、监测告警单元及开关电源等组成。

主控单元：完成所有的数据采集及处理、控制、数据通信、语音提示功能及协调其他智能模块的工作。

显示操作单元：用于负荷管理终端实现必要的数据、状态、信息显示输出以及键盘输入，是终端的人机界面部分。

输入输出单元：完成信号的调理及隔离、输出信号的驱动及隔离；在电力负荷管理终端具体是指遥信、遥控、脉冲、模拟量、抄表等。

通信单元：实现数据通信及语音传输，是由调制调解电路及无线基站组成，可以采用很多不同的通信方式，如GPRS、CDMA、光纤等。

交流采样单元：通过电压或者电流互感器采集实时电网交流信号，用以计算电流、电压、功率、电量、相角、周波、谐波等。

监测告警单元：对遥测数据进行分析比对，当数据异常时进行报警。

电源***：由高可靠性电源将交流输入转换为各模块所需要的直流供电，包括开关电源和线性电源两种，要求高可靠性和较高的转换效率。

主控单元是由微处理器CPU电路、存储器、时钟电路、定时器、输入输出电路、通信接口电路、语音电路等组成。主控电路是终端的心脏，所有的采集、运算、控制指令发布等工作，均曲主控单元完成。主控单元主要实现模拟量、脉冲量、遥信的采集，完成与主站的通信，实现数据计算、抄表、打印、语音、控制等功能。

交流采样单元完成对来自电流互感器、电压互感器交流信号的实时采样，计算电流、电压、功率、电量、周波、相角、谐波等数据。输入的各路交流电压和各路交流电流，经由电压、电流互感器，分别转换为小电流信号，经由放大和调理电路，再将信号送到采样保持电路，然后送入模数转换电路进行转换，最后由处理器芯片通过软件，计算出各类数据。同时，对其某相电压信号经过施密特比较器整形为方波，送入中央处理器，进行频率跟踪，来调整采样间隔，保证测量的精度。

显示操作单元用于实现数据的输入及键盘输入。显示操作单元负责管理几个主要用于项目显示选择和功能切换的面板按键。另外还控制多个LED面板指示灯，这些面板指示灯可以用于指示：运行、允许通话、控制投入等状态。

输入输出单元对输入的模拟量进行缓冲，对输入的数字量进行隔离，对抄表口进行隔离及电平转换，对输入的信号进行驱动后带预动作继电器及执行继电器。

输入输出单元具有模拟量输入接口电路、抄表接口电路、脉冲接口电路和遥信接口电路、遥控接口电路。

通信单元可以通过基站、光纤、CDMA、GPRS等公用无线通信技术，在远方主站可以对实时的采集数据、记录数据进行遥测；监测与告警是指***各监测点应能监测负荷、电能量、抄表状况、工况、电能质量等数据，当发生异常时应能产生告警并记录事件，以供相关单位或用户及时处理。报警的方式除文字、图像、声音外，还应支持短消息、Email等远程告警方式。利用终端设备的存储功能将计量曲线和保护回路曲线存在终端内，在每天设定的时间进行日数据遥测时，将数据曲线取回并进行比较分析。实时监测、表计异常告警、通讯异常告警和用户自定义告警。监控用电方计量柜、电表用电异常情况，一旦出现窃电情况，对异常情况告警，并记录发生时刻及恢复时刻。根据错峰、避峰管理需要以及大用户的用电计划，进行用电上下限额设定。当实际用电数据超过上下限额，则自动发出告警信息，并提供一定的负载控制功能(如：支持图形、文字、声音告警)，同时可根据用户设置进行告警。

负荷管理装置可动态监测用户电力负荷，为电力需求侧管理提供准确、及时的电力负荷数据，根据需要通知客户并通过拉闸进行控制负荷。用来平整负荷曲线，从而达到均衡的使用电力负荷，提高电网运行的经济性、安全性，以及提高电力企业的投资效益的目的。

以上所述仅为本发明的优选并不用于限制本发明，显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。

Claims (6)

1.一种负荷管理方法，其特征在于，方法包括用户分类、调峰、电价补偿计算以及价格需求关系计算。

2.如权利要求1所述的负荷管理方法，其特征在于，用户分类包括电力公司对智能表计获取的用户负荷数据进行聚类分析后，将用户按照不同的负荷形态进行精细化用户分类，电力公司根据不同类别的负荷形态为该类的用户提供交互方式选择，用户则按照其意愿申报相关交互方式需要的参数，电力公司在与用户协商校验用户申报参数的可行性之后将申报的互动负荷编入交互负荷备用库，当用户都按照其自身负荷形态以及自身意愿编入负荷互动备用库之后，电力公司能够根据上级调度部门日前下达的电力供应缺口大小，按照一定的优化规划原则选择次日用户负荷互动计划，调峰包括削峰、填谷、移峰填谷，时段错峰通过提前或者延后工作时段从而将自身用电高峰与***负荷高峰错开，移峰填谷指用户安排一部分生产计划至低谷时段，削峰是由用户申报最大承受削峰比例与可削峰时段，电力公司确认后在日前规划时对参与削峰负荷进行调用。

3.如权利要求2所述的负荷管理方法，其特征在于，负荷的交互需要消纳日前预测的区域电网供应缺口，即对每一时段t都有：

其中表示***日前预测的次日最大电力供应能力，为预测的各时段***负荷大小，式中为不同交互方式下负荷变化量的总和，

式中，分别表示用户i由时段错峰、移峰填谷、削峰分别造成的在t时段造成的负荷削减量，当负荷削减时为正值，负荷增加时为负值。

4.如权利要求3所述的负荷管理方法，其特征在于，负荷需求的价格弹性情况如下：

式中：

—电力用户的负荷需求弹性；

p—用户的需求电价；

Q—用户的负荷需求量，

根据的大小将需求价格弹性分为五种：

①完全无弹性，即刚性负荷：时，表示不管价格如何变动，需求量保持不变；

②缺乏弹性：当0<<1时，表示随价格变动，引起需求量较小程度的变动；

③线性弹性：=1，表示p的任一变动，会引起Q的同等程度的变动；

④指数弹性：，表示p的任一变动，会引起Q的较大程度的变动；

⑤完全弹性：，表示p的任一变动，会引起Q的无限变动。

5.如权利要求4所述的负荷管理方法，其特征在于，负荷根据各用户的不同类型进行支付，购电成本为：

式中

C—总购买成本；

—发电备用容量出清电价；

—购买第i个发电厂的备用容量；

—支付第j个用户的可中断补偿：

—购买第j个可中断负荷的容量；

用户在电能可靠性的花费F为：

为购电费用，为可靠性损失费用；

用户在不参加可中断负荷管理时，购电费用为购电电价与购电量的积：

为电价，e表示购买的电能；

可靠性损失费用为与购电电价相对应的供电不可用电能与单位电能的缺电损失之积：

为与对应的电能的可靠性，表示不在可中断管理条件下的单位电能损失费用，

用户在参加可中断负荷管理时，购电费用为在不参加可中断负荷时的购电费用与电力公司对用户的补偿之差：

为电力公司对用户的补偿

可靠性损失费用为购电电价相对应的供电不可用电能与单位电能的缺电损失之积，

表示在可中断管理条件下的单位电能损失费用。

6.一种应用如权利要求1-5任一项所述的负荷管理方法的负荷管理装置，其特征在于，负荷管理装置由主控单元、显示操作单元、通信单元、输入输出单元、交流采样单元、监测告警单元及开关电源组成，主控单元由微处理器CPU电路、存储器、时钟电路、定时器、输入输出电路、通信接口电路、语音电路组成，完成所有的数据采集及处理、控制、数据通信、语音提示功能及协调其他智能模块的工作，显示操作单元：用于负荷管理终端实现必要的数据、状态、信息显示输出以及键盘输入，输入输出单元具有模拟量输入接口电路、抄表接口电路、脉冲接口电路和遥信接口电路、遥控接口电路，完成信号的调理及隔离、输出信号的驱动及隔离；

通信单元：实现数据通信及语音传输，是由调制调解电路及无线基站组成，交流采样单元通过电压或者电流互感器采集实时电网交流信号，用以计算电流、电压、功率、电量、相角、周波、谐波，将输入的各路交流电压和各路交流电流，经由电压、电流互感器，分别转换为小电流信号，经由放大和调理电路，再将信号送到采样保持电路，然后送入模数转换电路进行转换，最后由处理器计算出各类数据；

监测告警单元：对遥测数据进行分析比对，当数据异常时进行报警；

电源***：由高可靠性电源将交流输入转换为各模块所需要的直流供电。