一种基于用户负荷分析模型的用户电力调控方法
【专利摘要】本发明涉及一种用户侧进行电力调控的方法，通过在配电网侧的聚合商处设定服务器，在用户群处设定虚拟控制器，实现对下级多个家庭用户的智能家居统一远程调控。通过对家居的状态控制已达到最终电网侧和用户侧两者之间的需求响应控制。本发明实施包括：用户侧实行电力调控模型搭建和调度算法。所属的模型搭建特征是基于智能家居类型简易分类，划分多种智能家居运行模式，给出在不同情况下家居运行方式所产生的能耗模型，虚拟控制器通过对家居所有的状态分析定量对每个用户划分权重，轮询统一调控，将最终所调控的信息反馈回至家居。
【专利说明】
一种基于用户负荷分析模型的用户电力调控方法
技术领域
[0001] 本发明涉及一种在配电网供电侧进行电力调控的方法，通过在电网侧设定虚拟服 务器构建调控平台，实现对下级每个用户负荷群的调控并发送相应的调度信息，进而用户 侧的虚拟控制器对家居用能进行调节，实现对家庭用户的家居统一远程调控。本发明通过 对家居的状态控制已达到最终改变用户其用电方式和用能大小的目的。通过用户侧负荷群 调控和快速响应达到减少或者推移某时段的用电负荷而响应电力供应，从而保障电网稳 定。其中涉及到单用户多个家电负荷预测模型构建、调度算法等。
【背景技术】
[0002] 随着智能电网需求响应DR技术的发展，智能家居高效、合理、友好的参与到电网的 统一调控中，是配电网侧和用户侧之间互动的重要环节之一。合理的根据用户的智能家居 实际运行情况和符合走势特性，通过电网侧的调度算法手段实现负荷的控制，该发明是解 决电网用电高峰时错峰调度、削峰填谷、以及大规模可再生能源接入电网时辅助功能和维 护电网稳定的必要关键点。对用户的家居模型构建和调度控制研究在后续的电网生产经营 中起到重要的稳定和保护作用。
[0003] 现阶段出于在国内开展需求响应技术和研究处于起步阶段，实际上电网侧和用户 侧尚未做到真正意义上的互动，更多的是基于用户侧或者电网侧的单独调配，两者实际上 并未有效的联系。同时目前国内主要的研究方向是从用户侧实现电力调控，并且用户侧之 间属于分立的单元，未接入电网中实现统一管理。
[0004] 因此，为解决电网侧对用户侧在需求响应时的互动和调控问题。本专利提出了通 过特定单用户家居负荷预测模型构建和调度算法等思路，从家居的开关运行状态和功率不 同等一单用户为单位进行实际基本的控制。同时使用户侧的家居调控控制合理化，对现有 的需求响应分配控制策略进行研究和改善。
【发明内容】
[0005] 为解决上述现有技术中的不足，本发明的目的是提供一种配电网下用户侧智能家 居建模和调度算法，该模型和算法能够确定下级多个家庭用户的智能家居负荷基本特征和 运行走势，通过用户侧的虚拟控制器对家居集体调控。
[0006] 为此，本发明将提供以下设计方案。本文将采用为智能家居进行大类划分方式，建 立多个模型用于电网负荷预测、用户负荷预测、分析用户家居状态和数据处理方式等方面， 以更加便利实现配电网侧和用户侧之间的虚拟服务器调度目标以及用户侧家居的虚拟控 制器能耗调节。
[0007] 其中大体思想是在电网侧建立一个统一调控平台，平台核心为负责分析用户信息 的服务器，用于发送分析结果给下级多个用户群的虚拟控制器以达到对多个用户智能家居 开关运行状态进行调控。最终改变单用户其家居用电方式，达到减少或者推移某时段的用 电负荷而响应电力供应目的。智能家居可基本分为两大类:可控式智能家居和非可控式智 能家居。可控式智能家居主要指的是可在电网侧所建立的虚拟控制器发出功率调控(或者 开关）的信号时能及时响应的家居，具体包括:恒定功率的开关型家居和时变功率的家居； 非可控式家居主要指的是在电网侧的虚拟控制器发出功率调控的信号时为了维持用户日 常生活和工作而无法做出响应的家居。本发明专利施行的调度调控主体是可控式家居。并 且由于本文专利中需要对用户侧的家居负荷进行预测，同时对用户侧实际的家居负荷进行 信息采集，最后根据需求响应将两者相比较后做出调控。因此，需要对用户侧家居负荷预测 模型建模。
[0008] (1)用户侧家居负荷预测模型：本发明专利中考虑到电网侧虚拟控制器实际控制 主体是智能家居可控式家居。具体包括了恒定功率的开关型家居和时变功率的家居。恒定 功率的开关型家居功率基本保持不变，电能在家居开启的状态时会保持线性增长;而时变 功率的家居，功率在不同的时间段有不同的功率，特定家居有特定变化趋势。而专利中由于 需要虚拟控制器实时根据家居的实际负荷特性进行基本的信息收集。只有将用户侧智能家 居基本信息反馈回至调控平台虚拟控制器中分析和调度，才能将指令发送至用户侧家居控 制。因此对于单个智能家居的模型构建如下。
[0009] 设定每个家居在第k次采集的预测能耗1|?。
[0010]所有家居在第QUOTE ! !时段的预测能耗为
[0011] 其中晴为下一次采样的预测能耗数值，为采样周期，_|隐为采样时家 居的状态，为采样时的功率。设定初始采样的能耗为喊1〕，且。上式中由于 表示的是家居的状态，因此设定家居状态分为两个状态_鍵资:_顆，当％1：_:夂J时家居 处于关闭状态，** i表示的是家居处于开启状态。同时为了确定实际的每个家居的取 值区间，可设定特定范围，其中&表示的是家居i的最大能耗。考虑到多数 的家居日常运行过程中。为了保持正常的运行会有一定的处于开启状态的时间和关闭状态 的时间（如热水器、电冰箱等家居）。因此设定家居的模型中用f表示家居正常运行时处于 开启状态的最小时间值。人心}二P + f - ?二i表示的是应保持开启状 态的信号。同理奪表示家居处于关闭状态的最小时间值。为在第财段的预测能耗。 其中，
$分别表示在第i时起始采样点数和最后采样 点数。
[0012] (2)电网侧符合预测模型：设定实际在虚拟控制器中计算得到的所有的家居预期 使用能耗gfg公式如下
[0013] 式中⑴代表的是用户侧所有家居在时刻预测消耗的电能，表示的是 虚拟控制器根据响应需求响应要求而在用户侧电量上所做出的调控。馬.11当为正的时 候表示的是用户侧减耗;当焉^11为负的时候表示的是用户侧增加能耗。
[0014] (3)用户侧家居实际负荷采样方式:设定实际中所需要的采样信息为每个家居的 功率化试(幻，：?纖：为当前第次采集信息时的总能耗。 lisip|表示的是在第t次采样！时的设备功率数值。
[0015] 由上述2个的用户侧和电网侧符合预测模型，可知为了尽可能的保持多个用户所 有负荷响应电力供应的调控，应确保此时虚拟控制器应能根据本次的预计能耗和 实际能耗备"纖实现差值最小，同时虚拟控制器自适应反馈应微调将趋向于-定 的数值并小于配电网侧所设定的阈值^^go。⑦ ''乙<炎。
[0016] 通过上述2个建立的模型，以时段(h)为单位。在需求响应调控时段，进行多次采 集，每次采集都会更新当前的多用户家电负荷信息。通过实际策略的最终所有用户负荷和 预测模型所得到的预测负荷对比，得到需要调控的能耗1^羅1。然后配电网侧根据 的数值大小，在I时段内做出调控策略，使得用户群侧的虚拟控制器发出响应控制 信号。同时虚拟控制器也可以根据采集到的多用户家电负荷信息，采用权重轮询调度算法 WRRS，决定并选取当前最优可调控的用户（如相对其他用户含有更多数量的家电等并可参 与负荷调控）。参与调控的用户通过虚拟控制器确定最优家居设施调控方式(如优先调控大 功率或者可最快响应的家电等）。
[0017] 本发明提供一种自适应反馈的调度算法。进一步地，所述调度算法内包含了调控 算法。
【附图说明】
[0018] 图1是本发明提供的整体电网侧及用户侧结构图。
[0019] 图2是本发明提供的虚拟控制器调控流程图。
[0020] 图3是本发明提供的虚拟控制器内部调度的流程图。
【具体实施方式】
[0021] 下面结合附图对本发明的【具体实施方式】作进一步的详细说明。
[0022] 图1是整体电网侧及用户侧的智能家居所构成的通信结构图。图1说明了电力系统 侧的调控基本构架分别由电网侧内所包含的服务器及虚拟控制器、多个家庭用户、下级的 智能家居所构成。基本的流程为电网侧把从用户侧的家居信息采集至虚拟服务器调控平 台，经过虚拟控制器信息分析和处理，发出基本的控制信号(如开关信号)至用户侧，实现以 用户为单元的家居控制。
[0023] 图2是虚拟服务器采集和分析信息的基本流程图。图2说明了在电网侧的调控平台 通过服务器上次收集的信息初始化预期可控家居能耗已经根据需求响应需做出调控的电 能变化，无则收集家居信息，并在虚拟控制器内处理后进行WRRS算法轮询调度负荷条件的 最优设备和设备数量。最后判断此次对所有的设备处理是否结束，是则进入下一个等待状 态等待下一次的调控，否则继续对当前的家居进行信息采集。流程包括下述步骤。
[0024] 步骤S110:确定所有的家居当前第时内预期使用能耗％和需求响应所需要 调控的能耗并进入采集状态。
[0025]步骤S111:此时先重新判断即根据需求响应所需要做出的调控能耗值是 否变化，如果发生变化，则重新对下级的多个用户的家居做出调控。否则保持当前 数值。
[0026] 步骤S112:测量当前所有的家具实际使用情况并且由公式判断预期误 差。
[0027] 步骤S113:将所有信息送至调控平台（服务器），并将需要调控的能耗在虚拟控制 器内WRRS权重轮询调度算法，计算出下次的控制信号，将此时的控制信号转换为状态信号 并由调控算法决定每个用户的家居控制。
[0028] 步骤S114:最后判断信息采集时间是否结束，结束则结束当前调控，否则继续采集 信息在下一次继续调控。
[0029] 图3是虚拟服务器和虚拟控制器内部调度的基本流程图。在图3中说明了在确认用 户负荷预测和电网负荷预测之后调度用户，用户侧虚拟控制器根据调度信号从而实现对家 居负荷控制。虚拟控制器根据家居运行状态，优先把大功率的、运行时间、运行状态符合条 件的设备处理，并由算法确定最终的调控设备数量。
[0030] 图3是图2步骤S113的调度算法流程。如图3所示所述调度算法含有以下调控步骤。
[0031] 步骤S1130:初始化信息，确定当前第i次采集所有家居的运行状态集合 并且确定当前可接受调控的家居数量:??以及处于开启状态设备的数量和关闭状态 的设备数量i。
[0032] 步骤S1131:进入循环状态。通过WRRS权重轮询调度算法分别判断每个可参与调控 的家居数量和设备。
[0033] 步骤S1132:进入判断状态。当需要减耗的时候即> 〇时，从WRRS轮询调度 法中所确定的处于开启状态的设备中挑选出最优的适合调控的设备，将其开关状态信号由 %(幻=变为％機=_。同理当需要增加能耗的时候即，从WRRS轮询调度 法中所确定的处于关闭状态的设备中挑选出最优的适合调控的设备，将其开关状态信号由 s* i变为 |￡幾| 異:。
[0034] 步骤S1133:结束此次的调控算法，将控制信号发送至用户。
[0035] 在配电网下的多个用户群的用户中，每个用户都存在着不同的家居数量，不同的 类型家居（如功率值），不同的家居运行方式（如正处于运行状态但可即刻停止或者处于关 闭状态但可即刻运行)等。其中权重轮询调度算法主要思想是在本专利中选取了 4个家居类 型参量:分别是功率A1、运行状态A2、运行时间A3、家居数量A4。根据这4个参量确定用户的 权重:?，如馬' ％ 4 之类。权重值越大说明越符合当前 调控的要求。最后虚拟控制器采用循环方式不断的确定每个用户的权重，分别将需要调控 的能耗分配给高权重的用户直至分配结束。
【主权项】
1. 一种在配电网下实现电力供应商及用电侧电力调控方法:通过在电网侧设定虚拟服 务器控制系统，结合电能服务管理平台数据分析用户负荷群用能及其短期负荷预测，构建 家居状态分析模型、控制机制和虚拟控制器，以实现用户侧电能精细化管理，并达到电网侧 对用户侧用能规划及调控。2. 如权利要求1所述的电力调控方法，其特征在于，所述的方法为在权利要求1中配合 设定虚拟服务器和虚拟控制器，虚拟服务器主要功能为:获取电能服务平台数据用以分析； 虚拟控制器主要功能为:在用户接收到电网侧调控平台发出的调控信号时，对用户下的所 有家居进行状态分析，并采用开关等和调控用能大小等方式实现用户负荷的调控。3. 如权利要求1所述的电力调控方法，其特征在于，所述的方法为实现用户侧虚拟控制 器的用能控制和电网侧调控平台的资源调度分别构建了两个分析模型：（1)用电家居负荷 预测模型，（2)电网侧负荷调控预测模型;通过两个模型与实际采集到的家居总负荷信息对 比，最终实现两者的调度和微调。4. 如权利要求1所述的电力调控方法，其特征在于，所述的方法为在在调度过程中综合 考虑用户潜力，为用户进行等级划分并在该划分的权值基础上设定合理的WRRS轮循调度算 法及分配算法，实现用户侧负荷调控，以实现电网供需平衡。
【文档编号】G06Q10/04GK106096776SQ201610409213
【公开日】2016年11月9日
【申请日】2016年6月13日
【发明人】李彬, 曹望璋, 吴倩, 祁兵, 钟鸣, 陈宋宋, 韩永军, 刘福潮, 张建华, 彭晶, 王维州
【申请人】华北电力大学, 国家电网公司, 中国电力科学研究院, 国网甘肃省电力公司, 国网甘肃省电力公司电力科学研究院