适用于虚拟调峰电厂调度的智能用电插座及控制方法与流程

1.本发明属于智能插座技术领域，具体涉及一种适用于虚拟调峰电厂调度的智能用电插座及控制方法。


背景技术：

2.随着国民经济的发展，电能的需求量越来越大，导致煤、天然气等一次能源过度利用。在节能减排的时代背景下，电能供需关系显得更加紧张。为了解决电能供需不平衡的问题，引入并应用了先进的虚拟电厂(virtual power plant，vpp)技术，其主要功能是聚合并调度其内部的电源出力和可控负荷出力。vpp不仅具有灵活调控性，而且在提高电力系统安全性的基础上，同时追求电力系统运行的经济性。
3.以电热水器为代表的温控负荷具有响应灵敏、调度灵活等优势，通常运用于需求侧管理技术中，用于解决削峰填谷、电网调峰和电网调频等问题。只要制定科学、合理的调度策略，使其作为响应调度资源接受vpp的调度，就可以提高电力系统的整体运行稳定性，还可以在一定程度上降低发电侧的备用容量，从而实现电力系统的经济性运行。
4.智能插座在保留普通插座所有功能的同时，其优势还在于实现某些特定功能上，比如漏电保护、定时通断和电流值计量等。但是其计量功能比较单一，市场上的智能插座多是记录每日的用电量、记录累计用电量和插座开通时的电流电压等电气信息。


技术实现要素：

5.针对上述问题，本发明提出一种适用于虚拟调峰电厂调度的智能用电插座及控制方法，能够满足虚拟电厂对电热水器负荷精准调度的要求。
6.为了实现上述技术目的，达到上述技术效果，本发明通过以下技术方案实现：
7.第一方面，本发明提供了一种适用于虚拟调峰电厂调度的智能用电插座，包括：
8.插头和插座；
9.继电器模块，设于所述插头和插座之间，控制二者之间是否导通；
10.微处理器模块，其输出端与所述继电器模块的控制端相连；
11.传感器模块，与所述微处理器模块相连，用于采集负荷的相关信息，并发送至微处理器模块；
12.电流测量模块，一端与所述插头和继电器模块之间的连接点相连，采集插头和继电器模块之间的电流值，另一端与所述微处理器模块相连；
13.通信模块，与所述微处理器模块的数据传输端相连，用于将微处理器模块中的数据传输至远端，还用于接收由远端对接收到的数据进行处理后发送的控制信息，并发送至微处理器模块，由微处理器模块根据所述控制信息控制所述智能用电插座的通断，实现调控负荷。
14.可选地，当负荷为电热水器类负荷时，所述传感器模块包括：
15.湿度传感器，用于检测环境湿度；
16.流量传感器，用于检测电热水器当前的水管流量；
17.温度传感器，用于检测电热水器当前温度。
18.可选地，所述远端包括相连的智能交互和决策终端和虚拟电厂决策控制中心；
19.所述智能交互和决策终端接收各微处理器模块发送的电热水器的环境湿度、水管流量以及插头和继电器模块之间的电流值，判断电热水器的可调度状态，辅以电热水器当前温度计算出电热水器的可调度空间；
20.所述虚拟电厂决策控制中心基于所述电热水器的可调度状态和电热水器的可调度空间，按调度计划生成电热水器类负荷的调控计划，并经所述智能交互和决策终端发送至微处理器模块。
21.可选地，定义湿度状态函数为k，当所述环境湿度高于临界值时，k＝1；当所述环境湿度低于临界值时，k＝0；
22.定义流量状态函数为y，当电热水器当前的水管流量高于临界值时，y＝1；当电热水器当前的水管流量低于临界值时，y＝0；
23.通过电流值判断电热水器是否处在加热状态，定义电流状态函数为h，当电流值高于临界值时，h＝1；当电流低于临界值时，h＝0；
24.所述可调度状态的判断规则为：
[0025][0026]
可选地，所述可调度空间的计算公式为：
[0027]
s
i
＝k*(t
max,i
‑
t
i
)
[0028]
其中，s
i
为第i台电热水器可调度空间，t
max，i
为第i台电热水器停止加热温度；t
i
为第i台电热水器当前温度。
[0029]
可选地，所述适用于虚拟调峰电厂调度的智能用电插座还包括电源管理模块，所述电源管理模块分别与所述通信模块、微处理器模块和插头相连。
[0030]
可选地，所述通信模块为无线通信模块。
[0031]
第二方面，本发明提供了一种基于第一方面中任一项所述的适用于虚拟调峰电厂调度的智能用电插座的控制方法，其特征在于，包括：
[0032]
利用传感器模块采集负荷的相关信息，并发送至微处理器模块；
[0033]
利用电流测量模块采集插头和继电器模块之间的电流值，并发送至所述微处理器模块；
[0034]
利用通信模块将微处理器模块中的数据传输至远端，还用于接收由远端对接收到的数据进行处理后发送的控制信息，并发送至微处理器模块，由微处理器模块根据所述控制信息控制所述智能用电插座的通断，实现调控负荷。
[0035]
可选地，所述远端包括相连的智能交互和决策终端和虚拟电厂决策控制中心；
[0036]
所述智能交互和决策终端接收各微处理器模块发送的电热水器的环境湿度、水管流量以及插头和继电器模块之间的电流值，判断电热水器的可调度状态，辅以电热水器当前温度计算出电热水器的可调度空间；
[0037]
所述虚拟电厂决策控制中心基于所述电热水器的可调度状态和电热水器的可调度空间，按调度计划生成电热水器类负荷的调控计划，并经所述智能交互和决策终端发送至微处理器模块；
[0038]
在智能交互和决策终端中，执行以下步骤：
[0039]
定义湿度状态函数为k，当所述环境湿度高于临界值时，k＝1；当所述环境湿度低于临界值时，k＝0；
[0040]
定义流量状态函数为y，当电热水器当前的水管流量高于临界值时，y＝1；当电热水器当前的水管流量低于临界值时，y＝0；
[0041]
通过电流值判断电热水器是否处在加热状态，定义电流状态函数为h，当电流值高于临界值时，h＝1；当电流低于临界值时，h＝0；
[0042]
所述可调度状态的判断规则为：
[0043]
开关组合(kyh)000001010011100101110111可调度状态11000000。
[0044]
可选地，所述可调度空间的计算公式为：
[0045]
s
i
＝k*(t
max,i
‑
t
i
)
[0046]
其中，s
i
为第i台电热水器可调度空间，t
max，i
为第i台电热水器停止加热温度；t
i
为第i台电热水器当前温度。
[0047]
与现有技术相比，本发明的有益效果：
[0048]
本发明提出了一种综合电流、湿度、流量和温度四种变量的电热水器调度状态判断方法，其基于电流、流量和湿度三方面信息，判断电热水器的可调度状态，辅以温度信息计算出电热水器的可调度空间，最终实现利用虚拟电厂对电热水器负荷精准调度的要求。
附图说明
[0049]
为了使本发明的内容更容易被清楚地理解，下面根据具体实施例并结合附图，对本发明作进一步详细的说明，其中：
[0050]
图1为本发明一种实施例的适用于虚拟调峰电厂调度的智能用电插座的原理示意图；
[0051]
图2为虚拟电厂决策控制中心、智能交互和决策终端与智能用电插座的原理示意图
[0052]
图3为本发明一种实施例的基于wifi技术的电热水器类负荷信息聚合技术示意图。
具体实施方式
[0053]
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明的保护范围。
[0054]
下面结合附图对本发明的应用原理作详细的描述。
[0055]
实施例1
[0056]
本发明实施例中提供了一种适用于虚拟调峰电厂调度的智能用电插座，包括：
[0057]
插头和插座；
[0058]
继电器模块，设于所述插头和插座之间，控制二者之间是否导通；
[0059]
微处理器模块，其输出端与所述继电器模块的控制端相连；
[0060]
传感器模块，与所述微处理器模块相连，用于采集负荷的相关信息，并发送至微处理器模块；
[0061]
电流测量模块，一端与所述插头和继电器模块之间的连接点相连，采集插头和继电器模块之间的电流值，另一端与所述微处理器模块相连；
[0062]
通信模块，与所述微处理器模块的数据传输端相连，用于将微处理器模块中的数据传输至远端，还用于接收由远端对接收到的数据进行处理后发送的控制信息，并发送至微处理器模块，由微处理器模块根据所述控制信息控制所述智能用电插座的通断，实现调控负荷。
[0063]
在本发明实施例的一种具体实施方式中，当负荷为电热水器类负荷时，所述传感器模块包括：
[0064]
湿度传感器，用于检测环境湿度；
[0065]
流量传感器，用于检测电热水器当前的水管流量；
[0066]
温度传感器，用于检测电热水器当前温度。
[0067]
在本发明实施例的一种具体实施方式中，所述远端包括相连的智能交互和决策终端和虚拟电厂决策控制中心；
[0068]
所述智能交互和决策终端接收各微处理器模块发送的电热水器的环境湿度、水管流量以及插头和继电器模块之间的电流值，判断电热水器的可调度状态，辅以电热水器当前温度计算出电热水器的可调度空间；
[0069]
所述虚拟电厂决策控制中心基于所述电热水器的可调度状态和电热水器的可调度空间，按调度计划生成电热水器类负荷的调控计划，并经所述智能交互和决策终端发送至微处理器模块。
[0070]
在本发明实施例的一种具体实施方式中，智能交互与决策终端通过传感器测得的流量和湿度信息，综合判断区域内的电热水器是否正在使用，定义湿度状态函数为k，当所述环境湿度高于临界值时，k＝1；当所述环境湿度低于临界值时，k＝0；
[0071][0072]
定义流量状态函数为y，当电热水器当前的水管流量高于临界值时，y＝1；当电热水器当前的水管流量低于临界值时，y＝0；
[0073][0074]
通过电流值判断电热水器是否处在加热状态，定义电流状态函数为h，当电流值高于临界值时，h＝1；当电流低于临界值时，h＝0；
[0075]
[0076]
综合电流、流量和湿度信息，三种开关状态可有8种组合，根据下表，分别判断用户的可调度状态，1表示可调度，0表示不可调度，即所述可调度状态的判断规则为：
[0077][0078]
分析可得：当单台电热水器测得的开关状态组合为“000”时，表示电热水器可用于消纳电量；当开关状态组合为“001”时，表示电热水器可用于削减负荷。
[0079]
当电热水器用于消纳电量状态，由于温度的差异，电热水器的可调度空间也有差异。智能交互与决策终端以温度测量判断可以调度的空间，根据电热水器模型，确定可调度空间系数，建立第i台电热水器可调度空间si与温度之间的函数关系为，即所述可调度空间的计算公式为：
[0080]
s
i
＝k*(t
max,i
‑
t
i
)
[0081]
其中，s
i
为第i台电热水器可调度空间，t
max，i
为第i台电热水器停止加热温度；t
i
为第i台电热水器当前温度；
[0082]
智能交互与决策终端将各台电热水器的可调度空间发送给虚拟电厂决策控制中心，并接收虚拟电厂决策控制中心的控制指令，控制智能插座的通断。
[0083]
在本发明实施例的一种具体实施方式中，所述适用于虚拟调峰电厂调度的智能用电插座还包括电源管理模块，所述电源管理模块分别与所述通信模块、微处理器模块和插头相连。
[0084]
在本发明实施例的一种具体实施方式中，所述通信模块为无线通信模块，如图3所示，所述无线通信模块可以选用wifi模块，通过wifi模块将负荷信息聚合上传到智能交互和决策终端，实现海量用户数据的聚合，实现智能插座与智能交互和决策终端的信息数据交互。
[0085]
实施例2
[0086]
本发明提供了一种基于实施例1中任一项所述的适用于虚拟调峰电厂调度的智能用电插座的控制方法，其特征在于，包括：
[0087]
利用传感器模块采集负荷的相关信息，并发送至微处理器模块；
[0088]
利用电流测量模块采集插头和继电器模块之间的电流值，并发送至所述微处理器模块；
[0089]
利用通信模块将微处理器模块中的数据传输至远端，还用于接收由远端对接收到的数据进行处理后发送的控制信息，并发送至微处理器模块，由微处理器模块根据所述控制信息控制所述智能用电插座的通断，实现调控负荷。
[0090]
在本发明实施的一种具体实施方式中，所述远端包括相连的智能交互和决策终端和虚拟电厂决策控制中心；
[0091]
所述智能交互和决策终端接收各微处理器模块发送的电热水器的环境湿度、水管流量以及插头和继电器模块之间的电流值，判断电热水器的可调度状态，辅以电热水器当前温度计算出电热水器的可调度空间；
[0092]
所述虚拟电厂决策控制中心基于所述电热水器的可调度状态和电热水器的可调
度空间，按调度计划生成电热水器类负荷的调控计划，并经所述智能交互和决策终端发送至微处理器模块；
[0093]
在本发明实施例的一种具体实施方式中，智能交互与决策终端通过传感器测得的流量和湿度信息，综合判断区域内的电热水器是否正在使用，定义湿度状态函数为k，当所述环境湿度高于临界值时，k＝1；当所述环境湿度低于临界值时，k＝0；
[0094][0095]
定义流量状态函数为y，当电热水器当前的水管流量高于临界值时，y＝1；当电热水器当前的水管流量低于临界值时，y＝0；
[0096][0097]
通过电流值判断电热水器是否处在加热状态，定义电流状态函数为h，当电流值高于临界值时，h＝1；当电流低于临界值时，h＝0；
[0098][0099]
综合电流、流量和湿度信息，三种开关状态可有8种组合，根据下表，分别判断用户的可调度状态，1表示可调度，0表示不可调度，即所述可调度状态的判断规则为：
[0100][0101]
分析可得：当单台电热水器测得的开关状态组合为“000”时，表示电热水器可用于消纳电量；当开关状态组合为“001”时，表示电热水器可用于削减负荷。
[0102]
当电热水器用于消纳电量状态，由于温度的差异，电热水器的可调度空间也有差异。智能交互与决策终端以温度测量判断可以调度的空间，根据电热水器模型，确定可调度空间系数，建立第i台电热水器可调度空间si与温度之间的函数关系为，即所述可调度空间的计算公式为：
[0103]
s
i
＝k*(t
max,i
‑
t
i
)
[0104]
其中，s
i
为第i台电热水器可调度空间，t
max，i
为第i台电热水器停止加热温度；t
i
为第i台电热水器当前温度；
[0105]
智能交互与决策终端将各台电热水器的可调度空间发送给虚拟电厂决策控制中心，并接收虚拟电厂决策控制中心的控制指令，控制智能插座的通断。
[0106]
其余部分均与实施例1相同。
[0107]
以上显示和描述了本发明的基本原理和主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。