CN107482627A - 居民分路负荷参与电网互动控制装置及其控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种居民分路负荷参与电网互动控制装置及其控制方法，其特征在于：包括智能断路器，所述智能断路器包括断路器和集成在断路器内部的智能监测组件；所述智能监测组件包括电压传感器、电流传感器、报警器、电源、微处理器、显示器、按键、存储器、时钟、通信接口电路、分合闸控制模块、电力线载波模块；本发明能够远程控制，调节用电设备实际在线运行模式，自动给出居民用电设备最优使用方式，达到节约能源，减少用户用电开支的目的。

Description

居民分路负荷参与电网互动控制装置及其控制方法

技术领域

本发明涉及电力需求管理领域，具体涉及一种居民分路负荷参与电网互动控制装置及其控制方法。

背景技术

开展电力需求管理，促进用户与供电企业的供需互动，将是降低住宅建筑能耗和电网峰谷差，实现全社会节能减排的有效途径，用电设备与电网互动控制研究还处于起步阶段，目前仅局限于电动汽车与电网互动控制的研究工作，居民分路负荷参与电网互动控制研究还没有相关技术报道，随着新一轮电力体制改革和电力需求侧管理城市综合试点对实施需求响应提出了迫切要求，针对工商业和居民用户实施需求响应，能够利用市场化手段促进电力资源优化配置，促进电力***供应侧和需求侧的实时平衡，具有广阔的市场空间和发展前景。居民用户家电设备，尤其是空调、热水器、充电桩、储能电池、分布式电源等分路负荷，具有较大的需求响应潜力，能够作为一项重要的需求侧容量资源，参与需求响应。尽管居民分路负荷在完善用电设备的联网通信性能、提高家电智能化水平方面取得了突出成绩，但大多数家电设备尚未具备电量数据采集、运行状态参数监测以及接受远程控制功能，无法支撑需求响应业务对用户侧家电设备提出的信息感知、自动控制等需求，为了解决上述问题，本发明提出一种居民分路负荷参与电网互动控制装置及其控制方法，通过具有计量、自动重合闸和数据采集功能的智能断路器，作为用户侧居民用户电器设备与电网企业的交互终端，与电器设备提供的扩展接口相连，能够接收电网公司用户用电业务应用***或第三方服务电能管理***发来的信息，并采集电器设备的用电数据、控制电器设备的运行状态，智能断路器通过电力线宽带载波通信技术接入用电信息采集***，实现用户分路负荷的计量、采集、控制和分析，并利用电价政策和电网峰谷差最优为目标的控制策略，有效实现居民用户分路负荷参与电网需求侧快速响应，使用户分路负荷与电网的协调控制达到节约电能的目的。

发明内容

为解决现有技术中的不足，本发明提供一种居民分路负荷参与电网互动控制装置及控制方法，解决了目前家电设备尚未具备电量数据采集、运行状态参数监测以及接受远程控制功能，无法支撑需求响应业务对用户侧家电设备提出的信息感知、自动控制等需求问题。

为了实现上述目标，本发明采用如下技术方案：一种居民分路负荷参与电网互动控制装置，其特征在于：包括智能断路器，所述智能断路器包括断路器和集成在断路器内部的智能监测组件；所述智能监测组件包括电压传感器、电流传感器、报警器、电源、微处理器、显示器、按键、存储器、时钟、通信接口电路、分合闸控制模块、电力线载波模块；

所述电压传感器并联在所述断路器进线的输入端，所述电流传感器串联在断路器进线回路中；所述电压传感器、电流传感器的输出端分别与微处理器的A/D端连接；

所述报警器、显示器、分合闸控制模块的输入端分别与微处理器的输出端I/O口连接；

所述按键的输出端分别与微处理器的输入端I/O口连接；

所述电源的输出端与微处理器的电源端连接；

所述存储器的输入端与微处理器的输出端I/O口连接；

所述时钟的输出端与微处理器的I/O口连接；

所述通信接口电路的输入端与微处理器的对应的通信接口连接；所述通信接口电路输出端与所述电力线载波模块的输入端连接；。

前述的一种居民分路负荷参与电网互动控制装置，其特征是：所述分合闸控制模块包括驱动电机、驱动电机控制器、齿轮、齿条和连杆；齿轮固定在驱动电机输出轴上，齿轮与齿条啮合，连杆固定在齿条上，齿轮转动带动齿条滑动，同时连杆同齿条一起滑动，当连杆滑动到顶端时触碰到断路器合闸按钮，实现断路器合闸操作，当连杆滑动到底端时触碰到断路器分闸按钮，实现断路器分闸操作，驱动电机控制器的输出端与驱动电机电源端连接，驱动电机控制器的输入端与微处理器的I/O口连接。

前述的一种居民分路负荷参与电网互动控制装置，其特征是：所述电力线载波模块为ZPLC-10模块。

前述的一种居民分路负荷参与电网互动控制装置，其特征是：居民用电设备通过所述智能断路器与电网连接。

前述的一种居民分路负荷参与电网互动控制装置，其特征是：所述电力线载波模块用于接收业务管理***的请求信息或者将电力数据信息传送给电力业务管理***。

前述的一种居民分路负荷参与电网互动控制装置，其特征是：所述分合闸控制模块用于控制断路器分闸或合闸。

一种居民分路负荷参与电网互动控制装置的控制方法，其特征是：包括步骤：

1)将装置连接在居民用电设备和电网中间，上电后，电压传感器和电流传感器读取居民用电设备的电压和电流，微处理器获得居民用电设备用电数据，并存储在存储器中；用户从显示器读取电压电流信息，通过按键设定电压、电流报警上限值，并存储在存储器中；

2)根据电价政策，结合时钟，当电网处于谷状态时，分合闸控制模块控制断路器合闸，居民用电设备使用大电网供电，并对用户的储能设备充电；当电网处于峰状态时，分合闸控制模块控制断路器分闸，居民用电设备使用分布式电源供电，若光伏发电的分布式电源仍有剩余则为大电网送电，居民获得发电差价补贴；若分布式电源电量不足，优先选用储能设备供电，若储能设备供电不足，则合闸开启大电网供电；

3)微处理器通过电力线载波模块和通信接口电路接收业务管理***的请求，采集用电设备的用电数据、控制用电设备的运行状态，具有远程控制功能；

4)通过通信接口电路将智能断路器连接居民用户通信网关，加入居民用户本地通信网络，居民用户通过终端设备查看用电设备的耗能状况，获取电器设备的能耗数据，并对电器设备的运行状态进行管理控制。

本发明所达到的有益效果：

(1)居民分路负荷参与电网互动控制装置利用具有计量、自动重合闸和数据采集功能的智能断路器，通过电力线宽带载波通信技术能够接收电网公司用户用电业务应用***或第三方服务电能管理***发来的请求信息，并采集用电设备的用电数据、控制用电设备的运行状态，具有远程业务控制模式功能；

(2)利用居民用户分路负荷参与电网需求侧快速响应的功能，结合电价政策和居民用电消费最低为目标的控制策略，快速调节用电设备实际在线运行模式，自动给出居民用电设备最优使用方式，达到节约能源，减少用户用电开支的目的。

(3)居民用户分路负荷具有本地业务控制模式，通过通信模块将智能断路器连接居民用户通信网关，加入居民用户本地通信网络，居民用户通过手机、电脑等终端设备上的客户端软件查看相应电器设备的耗能状况，获取电器设备的能效数据，并对电器设备的运行状态进行管理控制。

(4)智能断路器作为需求响应的用户侧终端设备，通过采集能效数据进行分析，实现对用电设备进行控制，使用电设备根据相应的需求响应指令进行运作。

(5)居民分路负荷参与电网互动控制装置通过采集用电设备的用电数据，分析电器设备能耗状况，粗略计算电器设备能效，并在同类型电器设备中对比分析能耗、能效数据，从而利用上述数据及分析结果为居民用户提供节能建议、制定节能管理措施等，并为第三方节能服务机构推广节能服务业务、制定节能电器设备营销策略等提供可靠数据依据。

附图说明

图1为居民分路负荷参与电网互动控制装置原理结构图；

图2为智能断路器原理结构图；

图3为智能监测组件原理结构图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本发明的技术方案，而不能以此来限制本发明的保护范围。

如图1-3所示，一种居民分路负荷参与电网互动控制装置，包括智能断路器，所述智能断路器包括断路器和集成在断路器内部的智能监测组件；所述智能监测组件包括电压传感器、电流传感器、报警器、电源、微处理器、显示器、按键、存储器、时钟、通信接口电路、分合闸控制模块、电力线载波模块；

使用时，智能断路器一端连接居民用电设备，另一端连接电网，居民用电设备通过智能断路器与电网连接。

电压传感器并联在断路器进线的输入端，电流传感器串联在断路器进线回路中，电压传感器、电流传感器的输出端分别与微处理器的A/D端连接；

报警器、显示器、分合闸控制模块的输入端分别与微处理器的输出端I/O口连接；按键的输出端分别与微处理器的输入端I/O口连接；电源的输出端与微处理器的对应的电源端连接；存储器的输入端与微处理器的输出端I/O口连接；通信接口电路的输入端与微处理器的对应的通信接口连接；通信接口电路输出端与电力线载波模块的输入端连接，所述时钟的输出端与微处理器的I/O口连接；

电力线载波模块为ZPLC-10型模块，用于将居民用户侧电力数据信息传送给电网公司的用户用电业务管理***或第三方服务电能业务管理***。

分合闸控制模块用于控制断路器分闸或合闸。另外，当突然过载引起断路器跳闸后会重新合闸(断路器跳闸后短时间内，一般小于200mS，会再次重新合闸)，若合闸后电流正常，则正常合闸运行，若合闸后电流仍然过载，则切除负载跳闸，主要防止雷击等瞬间过载造成跳闸。

分合闸控制模块包括驱动电机、驱动电机控制器、齿轮、齿条和连杆；齿轮固定在驱动电机输出轴上，齿轮与齿条啮合，连杆固定在齿条上，齿轮转动带动齿条滑动，同时连杆同齿条一起滑动，当连杆滑动到顶端时触碰到断路器合闸按钮，实现断路器合闸操作，当连杆滑动到底端时触碰到断路器分闸按钮，实现断路器分闸操作，驱动电机控制器的输出端与驱动电机电源端连接，驱动电机控制器的输入端与微处理器的I/O口连接。

电压传感器、电流传感器分别用于测量居民用电设备工作电压和电流，进而获得居民用电设备有功功率、无功功率、功率因数、电量，结合时钟模块计算峰谷电价，通常晚9点-早7点之间为谷电价，其余时间段为峰电价，利用时钟模块根据不同时段进行分时计量。

智能监测组件具备计量居民用电设备用电数据、根据居民用电设备峰谷用电情况自动重合闸，实现对用户分路负荷计量、采集、控制和分析，给出居民负荷参与电网互动策略，互动策略以电价政策和居民用电消费最低为目标：

通常在谷时开启储能设备和所需的用电设备，这时电价较低，为储能设备补充电能，峰时若日照充足首先选用分布式电源为所需的用电设备供电，若分布式电源仍有剩余开启为大电网送电，这时供电高峰居民获得发电差价补贴，峰时若日照不充足，首先选用储能设备为所需的用电设备供电，若储能设备供电不足，开启大电网供电。

居民分路负荷参与电网互动控制装置上电后，通过数据的采集判断等过程，判断出整个居民分路负荷的运行状态，具体过程如下：

1)将本装置连接在居民用电设备和电网中间，上电后，电压传感器和电流传感器读取居民用电设备的电压和电流，微处理器获得居民用电设备有功功率、无功功率、功率因数、电量数据等，存储在存储器中；用户从显示器读取电压电流信息，通过按键设定电压、电流报警上限值，并存储在存储器中；

2)根据电价政策，结合时钟模块，当电网处于谷状态时，分合闸控制模块控制断路器合闸，居民用电设备使用大电网供电，并对用户的储能设备充电；当电网处于峰状态时，分合闸控制模块控制断路器分闸，居民用电设备使用分布式电源供电，若光伏发电的分布式电源仍有剩余则为大电网送电，居民获得发电差价补贴；若分布式电源电量不足，优先选用储能设备供电，若储能设备供电不足，则合闸开启大电网供电；利用居民用户分路负荷参与电网需求侧快速响应的功能，结合电价政策和居民用电消费最低为目标的控制策略，快速调节用电设备实际在线运行模式，自动给出居民用电设备最优使用方式，达到节约能源，减少用户用电开支的目的。

3)通过电力线载波模块和通信接口电路接收业务管理***的请求，采集用电设备的用电数据、控制用电设备的运行状态，具有远程控制功能；

4)通过通信接口电路将智能断路器连接居民用户通信网关，加入居民用户本地通信网络，居民用户通过手机、电脑等终端设备查看相应电器设备的耗能状况，获取电器设备的能耗数据，并对电器设备的运行状态进行管理控制。

另外，智能断路器作为需求响应的用户侧终端设备，通过采集能效数据进行分析，实现对用电设备进行控制，使用电设备根据相应的需求响应指令进行运作。通过采集用电设备的用电数据，分析电器设备能耗状况，计算电器设备能效，并在同类型电器设备中对比分析能耗、能效数据，从而利用上述数据及分析结果为居民用户提供节能建议、制定节能管理措施等，并为第三方节能服务机构推广节能服务业务、制定节能电器设备营销策略等提供可靠数据依据。

智能断路器还具有机械寿命和电气寿命预测功能，机械寿命是通过累计断路器的分合闸次数，计算出断路器的剩余机械寿命，通常断路器机械寿命是以断路器分断次数进行评价的；电气寿命是通过对断路器分断电流平方值在分断时间内进行积分值与预定值进行比较获得剩余电气寿命。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变形，这些改进和变形也应视为本发明的保护范围。

Claims (7)

1.一种居民分路负荷参与电网互动控制装置，其特征在于：包括智能断路器，所述智能断路器包括断路器和集成在断路器内部的智能监测组件；所述智能监测组件包括电压传感器、电流传感器、报警器、电源、微处理器、显示器、按键、存储器、时钟、通信接口电路、分合闸控制模块、电力线载波模块；

所述电压传感器并联在所述断路器进线的输入端，所述电流传感器串联在断路器进线回路中；所述电压传感器、电流传感器的输出端分别与微处理器的A/D端连接；

所述报警器、显示器、分合闸控制模块的输入端分别与微处理器的输出端I/O口连接；

所述按键的输出端分别与微处理器的输入端I/O口连接；

所述电源的输出端与微处理器的电源端连接；

所述存储器的输入端与微处理器的输出端I/O口连接；

所述时钟的输出端与微处理器的I/O口连接；

所述通信接口电路的输入端与微处理器的对应的通信接口连接；所述通信接口电路输出端与所述电力线载波模块的输入端连接；。

2.根据权利要求1所述的一种居民分路负荷参与电网互动控制装置，其特征是：所述分合闸控制模块包括驱动电机、驱动电机控制器、齿轮、齿条和连杆；齿轮固定在驱动电机输出轴上，齿轮与齿条啮合，连杆固定在齿条上，齿轮转动带动齿条滑动，同时连杆同齿条一起滑动，当连杆滑动到顶端时触碰到断路器合闸按钮，实现断路器合闸操作，当连杆滑动到底端时触碰到断路器分闸按钮，实现断路器分闸操作，驱动电机控制器的输出端与驱动电机电源端连接，驱动电机控制器的输入端与微处理器的I/O口连接。

3.根据权利要求1所述的一种居民分路负荷参与电网互动控制装置，其特征是：所述电力线载波模块为ZPLC-10模块。

4.根据权利要求1所述的一种居民分路负荷参与电网互动控制装置，其特征是：居民用电设备通过所述智能断路器与电网连接。

5.根据权利要求1所述的一种居民分路负荷参与电网互动控制装置，其特征是：所述电力线载波模块用于接收业务管理***的请求信息或者将电力数据信息传送给电力业务管理***。

6.根据权利要求1所述的一种居民分路负荷参与电网互动控制装置，其特征是：所述分合闸控制模块用于控制断路器分闸或合闸。

7.一种居民分路负荷参与电网互动控制装置的控制方法，其特征是：包括步骤：

1)将装置连接在居民用电设备和电网中间，上电后，电压传感器和电流传感器读取居民用电设备的电压和电流，微处理器获得居民用电设备用电数据，并存储在存储器中；用户从显示器读取电压电流信息，通过按键设定电压、电流报警上限值，并存储在存储器中；

2)根据电价政策，结合时钟，当电网处于谷状态时，分合闸控制模块控制断路器合闸，居民用电设备使用大电网供电，并对用户的储能设备充电；当电网处于峰状态时，分合闸控制模块控制断路器分闸，居民用电设备使用分布式电源供电，若光伏发电的分布式电源仍有剩余则为大电网送电，居民获得发电差价补贴；若分布式电源电量不足，优先选用储能设备供电，若储能设备供电不足，则合闸开启大电网供电；

3)微处理器通过电力线载波模块和通信接口电路接收业务管理***的请求，采集用电设备的用电数据、控制用电设备的运行状态，具有远程控制功能；

4)通过通信接口电路将智能断路器连接居民用户通信网关，加入居民用户本地通信网络，居民用户通过终端设备查看用电设备的耗能状况，获取电器设备的能耗数据，并对电器设备的运行状态进行管理控制。