一种家用电器需求响应控制装置和控制方法与流程
本发明涉及电力系统领域，具体涉及一种家用电器需求响应控制装置和控制方法。
背景技术：
近年来，电力系统供需不平衡的现象日趋严重，需求响应（简称dr）可以促进用户合理有序的用电以及电网的平稳运行，电网侧可以通过提供一些电价优惠措施和奖励政策，激励电力用户减少高峰用电，从而降低电网负荷。需求响应系统的建设对于智能电网以及能源互联网的实现具有重要的积极意义，售电企业能够通过需求响应系统实时掌握用户用电情况，通过用户侧的需求响应控制设备，可以对居民用户负荷进行精细化管控。
技术实现要素：
为解决上述问题，本发明提供一种家用电器需求响应控制装置和控制方法。
本发明的技术方案具体为：
一种家用电器需求响应控制装置，包括中央控制芯片，所述中央控制芯片分别与存储单元、计量单元、电源管理单元、通信单元、控制单元、jtag接口、按键模块、显示单元连接，采样电路与计量单元连接。
所述存储单元存储的信息主要包括用户基本信息，负荷基本信息，负荷用电信息,dr项目信息。
所述通信单元包括wi-fi模块和xbee模块，wi-fi模块和xbee模块分别通过uart串口和中央控制芯片连接。
所述控制单元主要有继电器控制电路以及红外控制电路。
所述显示单元包括显示屏以及指示灯。
计量单元的计量数据包括电压、电流、有功功率、无功功率、电量。
在电网侧设置dr服务器，在用户侧设置家用电器需求响应控制装置，其控制步骤如下：
（1）家用电器需求响应控制装置接收电网侧dr服务器推送的dr信息和电价信息；
（2）家用电器需求响应控制装置判定是处于自动状态还是手动状态；
（3）如果处于自动状态，则根据负荷管理优先级，b类和c类负荷优先通过自动需求响应策略参加需求响应；
（4）如果处于手动状态，用户可根据自己当前用电习惯，手动控制家庭所有负荷的通断，包括a类、b类、c类负荷；
（5）家用电器需求响应控制装置向用户反馈dr结果；
（6）家用电器需求响应控制装置内部生成dr事件、整理存储dr事件；
（7）家用电器需求响应控制装置上传dr事件至dr服务器；
（8）本次dr事件结束。
所述步骤（3）中，自动需求响应策略分为b类负荷adr控制策略和c类负荷adr控制策略两种。
b类负荷adr控制策略流程包括如下步骤
s1:初始化b类负荷的运行温度范围
s2:判断当前时段电价；
s3:如果平值电价和谷值电价时间段，负荷不参与自动需求响应策略，保持原有状态；
s4:若位于峰值电价时段，实时监测室温t，判断是否在
c类负荷adr控制策略流程包括如下步骤
s1:用户随机设定c类负荷工作时间；
s2:判断当前时段电价，并进行任务调整；
s3:如果p=c，c类负荷开启；
s4:如果p=b，判断c类负荷的可调节时间范围t1内是否存在更低电价时段，如果存在，则任务转移；不存在，直接执行；
s5:如果p=a，依次判断c类负荷可调节时间范围t2内是否存在低电价时段，若存在，均转移到最低电价时段执行；不存在，正常执行。
相对于现有技术，本发明的技术效果为，该控制装置可以接收电价信息和dr命令，定期读取负荷用电信息，根据设定的优先级管理负荷，执行负荷控制策略，实现居民用户和电网侧的双向互动，完成dr任务,实现用户侧的省电节能，促进电网侧的负荷平衡。同时，用户可在手机、pad等移动端监测和控制家庭负荷。
附图说明
图1是家用电器需求响应控制装置框图。
图2为家用电器需求响应控制方法流程图。
图3为b类负荷adr控制策略流程图。
图4为c类负荷adr控制策略流程图。
图5为需求响应控制装置用户界面。
具体实施方式
如图1所示，一种家用电器需求响应控制装置，包括中央控制芯片，所述中央控制芯片分别与存储单元、计量单元、电源管理单元、通信单元、控制单元、jtag接口、按键模块、显示单元连接，采样电路与计量单元连接,实现电能计量、dr信息管理、数据通信等功能，并通过控制单元实现负荷控制，完成dr任务。
所述中央控制芯片负责控制、计量、存储、通信等模块的统一调度和有序进行，能够根据用户用电习惯以及需求响应信息，合理制定负荷控制策略。
所述存储单元负责对数据的可靠存储，主要包括用户基本信息，负荷基本信息，负荷用电信息,dr项目信息。所述用户基本信息包括居民用户位置信息、家庭负荷总量、耗电量基本情况等信息。所述负荷基本信息包括负荷的负荷类型、型号、额定功率、电压、电流等信息。所述负荷用电信息包括负荷每日、每周、每月、每年的用电信息、用电曲线等。所述dr信息包括dr类型、dr发布时间、dr任务、dr进度、dr参与方、dr计划等，以方便dr项目信息进行创建、记录、查询、编辑、删除等。
所述通信单元包括wi-fi模块和xbee模块，wi-fi模块和xbee模块分别通过uart串口和中央控制芯片连接，通过相应的串口操作函数可以进行数据的接收和发送。本控制装置可通过所述wifi模块接入互联网，实现与电网侧dr服务器的互联，通过xbee模块可实现用电信息的采集。
所述控制单元主要有继电器控制电路以及红外控制电路，实现对所有家用电器的负荷控制和信息管理，包括家用电器的开机、关机、待机等模式的切换。所述继电器控制方式通过继电器的通断来实现设备的开关机，所述红外控制电路采用38khz的载波，需要学习家电的红外信号指令，进行识别记忆，以后可以实现对家用电器红外遥控操作，比如电视机、空调、热水器等，所述红外控制模式不能充分切断电源，可以控制电器进入待机模式而非关机模式。
所述显示单元包括开关、显示屏以及指示灯，用于实现与用户的友好互动以及用户对需求响应信息的可视化,显示dr结果，所述指示灯电路主要显示中央控制芯片、电源模块、通信接口运行情况，并对故障信息进行告警，亮灯提示，方便及早发现问题进行维护。
所述采样单元和计量单元可以实现对居民负荷用电数据的采样和计量，首先采样电路实现对用电信息以及温度信息的采样，之后通过计量芯片进行计量，包括电压、电流、有功功率、无功功率、电量等数据。所述电能数据进行计量之后，通过通信单元向dr服务器传输。
家用电器需求响应能力的大小，以其使用时间的可改变程度来划分。本发明根据家用电器的需求响应能力将其分为三种：（1）低响应能力负荷（简称a类负荷），使用时间可改变空间很小，包括照明、电脑、烹饪器具、电视等，一旦改变其使用时间，会给用户的生活造成极大困扰，属于刚性负荷，用户可以通过开启或者关闭电器参与需求响应。（2）普通响应能力负荷（简称b类负荷），使用时间相对灵活，如空调、热水器等。以空调为例，用户可以采用多次启停空调的方式，将室内温度保持在舒适范围内，这样既能满足用户的舒适要求，又能节省电费支出。（3）高响应能力负荷（简称c类负荷），使用时间灵活性很大，例如c类负荷、洗碗机等，用户可以将该类电器的工作时间转移到另一时段运行，在不影响用户的舒适度基础上，既可以避开用电高峰期，缓解电网负荷高峰时期的功能紧张状态，也可以通过避开峰值电价，降低用户电力成本。
如图2所示，本发明的家用电器需求响应控制方法分为自动需求响应（简称adr）策略和手动需求响应（简称hdr）策略，所述控制方法包括如下步骤：
（1）家用电器需求响应控制装置接收电网侧dr服务器推送的dr信息和电价信息；
（2）家用电器需求响应控制装置判定是处于自动状态还是手动状态；
（3）如果处于自动状态，则根据负荷管理优先级，b类和c类负荷优先通过自动需求响应策略参加需求响应；
（4）如果处于手动状态，用户可根据自己当前用电习惯，手动控制家庭所有负荷的通断，包括a类、b类、c类负荷；
（5）家用电器需求响应控制装置向用户反馈dr结果；
（6）家用电器需求响应控制装置内部生成dr事件、整理存储dr事件；
（7）家用电器需求响应控制装置上传dr事件至dr服务器；
（8）本次dr事件结束。
其中，步骤（3）中，根据负荷类型，自动需求响应策略分为两种：b类负荷adr控制策略，c类负荷adr控制策略。具体如下：
(a)b类负荷adr控制策略
该类型负荷的控制策略，主要通过设定用户舒适度温度参数，执行自动需求响应策略，在满足人体度舒适的条件下，尽量降低负荷。优化目标为：
f为优化目标函数,cp,t,t,p为电力成本，qt为用户不舒适度，优化策略为使电力成本和不舒适度之和最小。影响电力成本cp,t,t,p的因素有四种：p为电价，t为时间，t为温度，p为功率。用户对负荷控制策略的不舒适度qt，只与温度t有关。
b类负荷adr控制策略流程如图3所示,包括如下步骤：
s1:初始化b类负荷的运行温度范围
s2:判断当前时段电价；
s3:如果平值电价和谷值电价时间段，负荷不参与自动需求响应策略，保持原有状态；
s4:若位于峰值电价时段，实时监测室温t，判断是否在
(b)c类负荷adr控制策略
该类型负荷，具有负荷可转移特性，可结合分时电价信息和用户的可转移时间范围制定adr控制策略，分时电价，分时段固定电价，低谷时期价格较低，高峰时期价格较高，鼓励用户减少高峰期用电。
假定某地区分时电价政策为：峰、平、谷时段电价分别为a元/kwh、b元/kwh、c元/kwh（其中a＞b＞c）。c类负荷的可转移时间范围由用户根据电网运行状态和舒适要求自行设定。优化目标为：
f为优化目标函数，cp,t,p为电力成本，qk为用户不满意度，优化策略为使电力成本和不满意度之和最小。影响电力成本的因素有三种：p为电价，t为时间，p为负荷功率。用户不满意度qk与负荷工作时间可转移程度有关，k为时间可转移程度。
c类负荷adr控制策略流程如图4所示,包括如下步骤：
s1:用户随机设定c类负荷工作时间；
s2:判断当前时段电价，并进行任务调整；
s3:如果p=c，c类负荷开启；
s4:如果p=b，判断c类负荷的可调节时间范围t1内是否存在更低电价时段，如果存在，则任务转移；不存在，直接执行；
s5:如果p=a，依次判断c类负荷可调节时间范围t2内是否存在低电价时段，若存在，均转移到最低电价时段执行；不存在，正常执行。
步骤（7）中，电网侧dr服务器接收到dr事件后，通过整理分析dr事件，可以直观看到用户参与dr事件对电网带来的积极影响，以便电网侧制定出更合理的dr政策，这样可以调动用户参与需求响应项目的积极性，实现用户侧和电网侧更加友好的双向互动。
如图5所示，本发明提供一种需求响应控制装置用户界面，用户可以在手机、pad等移动端登陆并查看相关信息进行显示和操作。所述控制界面主对话框包括两个部分：左边部分显示家庭内所有的电器，点击图标链接可以进入下一层界面，从而显示每个电器的详细信息，右边部分为总用电量。当家庭内部添加新设备时，面板上也会相应的增加，所述控制界面具有可扩展特性。
本发明一种家用电器需求响应控制装置和控制方法，该控制装置可以接收电价信息和dr命令，定期读取负荷用电信息，根据设定的优先级管理负荷，执行负荷控制策略,实现居民用户和电网侧的双向互动，完成dr任务,实现用户侧的省电节能，促进电网侧的负荷平衡。
以上所述的仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本领域的技术人员来说，在不脱离本发明整体构思前提下，还可以作出若干改变和改进，这些也应该视为本发明的保护范围。
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