局域配电系统负荷调控方法、装置及局域配电系统与流程

1.本发明涉及一种局域配电系统负荷调控方法，属于电力自动控制技术领域。


背景技术：

2.智能电网技术不断提高，对配电终端进行电能管理优化及控制也提出了更高要求，目前已大量通过电费管理方式，如：最大需量计费方式，来达到促进用户调节用电负荷，使电网负荷平衡，控制用电尖峰负荷及稳定供电电压的目的。电能需量表计费最大需量是指一段规定时间内的平均功率值，需量周期一般为15分钟，有固定区间式和滑差式两种计费方式，国外多数采用固定区间式，我国较多使用滑差式。
3.为了使局域配电系统的总负荷在人为设定的负荷需量限值下运行，就需要对各可控分负荷进行负荷调控。现有的各类负荷调控方案通常都是依据实际测量的系统总功率来进行负荷调控，优先保证高优先级负荷运行，且可按用户设定的时段进行负荷限值控制。然而，若在最大需量的规定周期内，根据测量到的瞬时总功率进行负荷的投入和切除控制，当有负荷工作方式为较短的脉冲式负荷时，若负荷的峰值高，但是脉宽较窄，那么在负荷需量周期的需量功率并不高，那么就会引起不必要的负荷投入和切除动作，而分负荷的频繁投切动作会大幅增加各负荷配电馈线开关动作引起的损耗，从而减少馈线开关的使用寿命，降低系统的安全可靠性。
4.此外，现有的各类负荷调控方案都需要用到各分支负荷的功率信息，通常都是采用测量方式得到。然而，在负荷局域网中,若增加各分支负荷功率测量装置则会增加硬件成本,而且在已经设计好的负荷配电系统中,断路器等电气装置通常都已经安装,有的断路器并不具备测量功率的功能,那么在无法获取分功率信息情况下，现有的负荷调控方法往往难以实现；如果能够无需安装各分支负荷功率测量装置就可以获得各分支负荷的功率信息，则可以更灵活的设计和配置负荷调控系统，降低系统实现成本。


技术实现要素：

5.本发明所要解决的技术问题在于克服现有技术所存在的不足，提供一种局域配电系统负荷调控方法，可以在保证负荷满足总功率需量限值要求的前提下，大幅度减少负荷切除和接入动作频次，延长各分负荷馈线开关的使用寿命。
6.本发明具体采用以下技术方案解决上述技术问题：一种局域配电系统负荷调控方法，所述局域配电系统包括可分别控制其切除和接入的一组分负荷；所述方法包括：步骤1、测量所述局域配电系统当前控制周期的总功率信息并预测负荷总需量功率；步骤2、根据预测的负荷总需量功率和预设的需量功率限值进行当前控制周期的需量超限风险评估；步骤3、根据当前控制周期的需量超限风险评估结果确定当前控制周期的初步负
荷调控指令；步骤4、根据各分负荷运行功率信息及当前控制周期的初步负荷调控指令预估下一控制周期的负荷总需量功率，并根据预估的负荷总需量功率和预设的需量功率限值进行下一控制周期的需量超限风险评估；步骤5、如当前控制周期的需量超限风险低于预设的第一风险指标，且下一控制周期的需量超限风险高于预设的第二风险指标，则以减少负荷切除和接入动作频次为优化目标，对当前控制周期的初步负荷调控指令进行优化调整，得到当前控制周期的最终负荷调控指令；否则，以当前控制周期的初步负荷调控指令作为当前控制周期的最终负荷调控指令；步骤6、依据当前控制周期的最终负荷调控指令对各分负荷的切除和接入进行控制。
7.进一步地，所述各分负荷运行功率信息是根据总功率信息随各分负荷状态变化的历史数据估计得到。
8.优选地，所述需量超限风险通过以下任一方式进行度量：负荷总需量功率与需量功率限值的比值；需量功率限值与负荷总需量功率的差值；需量功率限值与负荷总需量功率的差值除以需量功率限值。
9.优选地，需量计量方式、需量周期、需量功率限值、各分负荷的负荷优先级和负荷禁用时段均为可配置参数。
10.根据同一发明构思还可以得到以下技术方案：一种局域配电系统负荷调控装置，所述局域配电系统包括可分别控制其切除和接入的一组分负荷；该装置包括：预测单元，用于根据所述局域配电系统的总功率信息来预测负荷总需量功率；风险评估单元，用于根据预测的负荷总需量功率和预设的需量功率限值进行当前控制周期的需量超限风险评估；负荷调控单元，用于根据当前控制周期的需量超限风险评估结果确定当前控制周期的初步负荷调控指令；预估单元，用于根据各分负荷运行功率信息及当前控制周期的初步负荷调控指令预估下一控制周期的负荷总需量功率，并根据预估的负荷总需量功率和预设的需量功率限值进行下一控制周期的需量超限风险评估；指令优化单元，如当前控制周期的需量超限风险低于预设的第一风险指标，且下一控制周期的需量超限风险高于预设的第二风险指标，则以减少负荷切除和接入动作频次为优化目标，对当前控制周期的初步负荷调控指令进行优化调整，得到当前控制周期的最终负荷调控指令；否则，以当前控制周期的初步负荷调控指令作为当前控制周期的最终负荷调控指令；控制单元，用于依据当前控制周期的最终负荷调控指令对各分负荷的切除和接入进行控制。
11.进一步地，所述各分负荷运行功率信息是根据总功率信息随各分负荷状态变化的历史数据估计得到。
12.优选地，所述需量超限风险通过以下任一方式进行度量：负荷总需量功率与需量功率限值的比值；需量功率限值与负荷总需量功率的差值；需量功率限值与负荷总需量功率的差值除以需量功率限值。
13.进一步地，该装置还包括：配置单元，用于配置以下可配置参数：需量计量方式、需量周期、需量功率限值、各分负荷的负荷优先级和负荷禁用时段。
14.一种局域配电系统，包括可分别控制其切除和接入的一组分负荷；使用如上任一技术方案所述局域配电系统负荷调控装置对所述分负荷的切除和接入进行控制。
15.相比现有技术，本发明技术方案及其进一步改进、优选方案具有以下有益效果：本发明根据当前控制周期的需量超限风险评估结果确定当前控制周期的初步负荷调控指令，并在此基础上对下一控制周期的需量超限风险进行预估，然后结合两次需量超限风险预估情况，以减少负荷切除和接入动作频次为优化目标，对当前控制周期的初步负荷调控指令进行优化调整，从而可在保证负荷满足总功率需量限值要求的前提下，大幅度减少负荷切除和接入动作频次，延长各分负荷馈线开关的使用寿命，提高系统安全可靠性。
16.本发明进一步摒弃了依靠直接测量的传统方式，根据总功率信息随各分负荷状态变化的历史数据通过数据分析的方式估计得到各分负荷功率信息，实现了在无需额外的分负荷测量功率装置的情况下对负荷功率进行辨识和估测，从而可以较低成本实现局域配电系统的需量负荷调控，对已有的配电系统无需太多增设和改动，即可灵活扩展和构建局域负荷调控系统，具有极好的适用性和极大的推广价值。
附图说明
17.图1为具体实施例中的局域配电系统结构示意图；图2为具体实施例中的负荷调控效果，其中的曲线1为需量功率限值、曲线2为需量功率，曲线3为总功率瞬时采样值pm；图3为具体实施例中5个负荷所对应开关k_1～k_5在负荷调控过程中的分合闸状态。
具体实施方式
18.针对现有技术所存在的分负荷频繁投切动作的不足，本发明的解决思路是根据当前控制周期的需量超限风险评估结果确定当前控制周期的初步负荷调控指令，并在此基础上对下一控制周期的需量超限风险进行预估，然后结合两次需量超限风险预估情况，以减少负荷切除和接入动作频次为优化目标，对当前控制周期的初步负荷调控指令进行优化调整，从而可在保证负荷满足总功率需量限值要求的前提下，大幅度减少负荷切除和接入动作频次，延长各分负荷馈线开关的使用寿命，提高系统安全可靠性。
19.具体而言，本发明所提出的局域配电系统负荷调控方法，所述局域配电系统包括可分别控制其切除和接入的一组分负荷；所述方法包括：步骤1、测量所述局域配电系统当前控制周期的总功率信息并预测负荷总需量功
率；步骤2、根据预测的负荷总需量功率和预设的需量功率限值进行当前控制周期的需量超限风险评估；步骤3、根据当前控制周期的需量超限风险评估结果确定当前控制周期的初步负荷调控指令；步骤4、根据各分负荷运行功率信息及当前控制周期的初步负荷调控指令预估下一控制周期的负荷总需量功率，并根据预估的负荷总需量功率和预设的需量功率限值进行下一控制周期的需量超限风险评估；步骤5、如当前控制周期的需量超限风险低于预设的第一风险指标，且下一控制周期的需量超限风险高于预设的第二风险指标，则以减少负荷切除和接入动作频次为优化目标，对当前控制周期的初步负荷调控指令进行优化调整，得到当前控制周期的最终负荷调控指令；否则，以当前控制周期的初步负荷调控指令作为当前控制周期的最终负荷调控指令；步骤6、依据当前控制周期的最终负荷调控指令对各分负荷的切除和接入进行控制。
20.为了便于公众理解，下面通过一个具体实施例并结合附图来对本发明的技术方案进行详细说明：本实施例的局域配电系统包括有5路负载，其电气拓扑图如图1所示。k_0为局域负荷总进线开关，pm为总进线开关馈线上的所测得的总功率，load_1、load_2、load_3、load_4、load_5分别是5路负荷，k_1、k_2、k_3、k_4、k_5是每路可控负荷所对应连接的电源馈线开关。pmax为总进线处要求的总负荷需量限值。我国计费周期有两种方式固定区间式及滑差式，滑差时间可以设定为1分钟、2分钟、3分钟、5分钟，需量周期可设定为5分钟、10分钟、15分钟、20分钟、30分钟、60分钟，需量周期与滑差周期的比值为整数且大等于5。该实施案例滑差周期1分钟，需量周期15分钟，实际应用时，根据不同情况可以由用户自行配置需量计量方式和需量周期。
21.本实施例的负荷调控装置包括预测单元、风险评估单元、负荷调控单元、预估单元、指令优化单元、控制单元及配置单元。负荷调控装置持续采集总馈线上的总功率pm，并进行pm的数据信息存储；可以通过设置单元由用户设置需量功率限值pmax及需量周期td、各负荷load_1、load_2、load_3、load_4、load_5所对应的负荷优先级顺序p1、p2、p3、p4、p5（优先级从高到低为 p1> p2> p3> p4> p5），及负荷禁用时段等要求；设置单元可以采用本地设置的方式，也可以采用通过通信总线由上位机配置的方式。
22.该装置在进行负荷调控，具体按照以下步骤：步骤1、测量所述局域配电系统当前控制周期的总功率信息并预测负荷总需量功率；预测单元根据存储单元所存储的总功率信息pm，预测负荷未来时刻的总功率信息p(k+1)，从而预估出负荷总当前滑差需量周期的需量功率pe(k+1)；具体的预测方法可采用现有的各种技术，例如时间序列分析法、灰色预测模型、神经网络预测模型等，优选采用简单明了的时间序列分析法。
23.步骤2、风险评估单元根据预测的负荷总需量功率和预设的需量功率限值进行当
前控制周期的需量超限风险评估；风险评估单元根据用户设置的需量功率限值p
max
及预测单元的所预估需量功率p
e
(k+1)对当前控制周期需量超限的风险进行评估，可根据实际需要设计合适的需量超限风险度量方式，只要能量化体现需量超限风险即可。本发明优选采用以下几种比较简单直观的度量方式：负荷总需量功率与需量功率限值的比值；需量功率限值与负荷总需量功率的差值；需量功率限值与负荷总需量功率的差值除以需量功率限值。
24.本实施例中通过预测的需量功率p
e
(k+1)与需量限值p
max
的比值作为能表述当前控制周期需量功率与限值关系的风险评估系数kg1；当kg1>1为风险评估高风险，m<kg1<1为风险评估中风险,其中m可调整，也可以通过优化计算得出，m的取值范围：0<m<1,当kg1<m为风险评估低风险。
25.步骤3、负荷调控单元根据当前控制周期的需量超限风险评估结果确定当前控制周期的初步负荷调控指令；负荷调控单元根据需量风险评估系数kg1进行当前控制周期的初步负荷调控，若kg1风险系数较高则根据分负荷优先级顺序p1、p2、p3、p4、p5、及禁用选择时段要求等信息，通过负荷调控算法给出当前控制周期切除负荷的调控指令；若kg风险系数较低通过负荷调控算法优先供给优先级高的负荷，给出当前控制周期所要投入负荷的调控指令。
26.所述负荷调控算法（即初步负荷调控算法）可以采用现有的各种负荷调控算法，如《智能楼宇需求侧管理的负荷与成本优化》一文中的基于均峰比约束条件、基于能耗限值的负荷调控方法；《基于动态规划法的厂级负荷经济分配的研究》一文中的基于动态规划法的负荷调控方法等；而这其中的大多数算法都需要用到各分负荷运行功率信息，如果使用传统的直接测量方式来获得这些信息，则需要为每个分负荷都设置额外的功率测量装置或者需要相应的断路器都具有功率测量功能，这显然会大幅增加系统构建成本，降低系统的可扩展性。
27.为解决这一问题，本发明进一步摒弃了依靠直接测量的传统方式，根据总功率信息随各分负荷状态变化的历史数据通过数据分析的方式估计得到各分负荷功率信息。更具体地，当前控制周期负荷控制指令发出,总负荷功率产生变化,多次记录每次所发出的负荷控制前后所对应的总负荷功率变化值，并根据已知的负荷投入和切除的控制动作,记录各分负荷的动作和总功率变化的数据,根据此数据序列进行数据分析或求解,即可估测该分负荷的功率或范围及均值，例如：控制投入一台负荷为k_1，那么记取总负荷功率在控制投切前后的变化值为δp1,则该分负荷k_1的功率一次采集数据为l1pm1,记取多次各分负荷投切的总功率变化数据组成各负荷的负荷采集数据集:[l1pm1 l2pm1
ꢀ……
lnpm1],[l1pm2 l2pm2
ꢀ……
lnpm2]
……
[l1pmk l2pmk
ꢀ……
lnpmk],将该数据集进行数据处理,去掉异常数据点,通过数据分析计算得到k_1所对应的负荷估测功率的范围及功率均值。
[0028]
步骤4、预估单元根据各分负荷运行功率信息及当前控制周期的初步负荷调控指令预估下一控制周期的负荷总需量功率，并根据预估的负荷总需量功率和预设的需量功率限值进行下一控制周期的需量超限风险评估；预估单元根据估测的所控各分负荷功率pm1、pm2、pm3、pm4、pm5及负荷调控单元给出的当前控制周期的初步负荷调控指令，预估下一控制周期的负荷总需量功率，并根据预估的负荷总需量功率和预设的需量功率限值计算出下一控制周期的风险评估系数kg2。
[0029]
步骤5、指令优化单元进行指令优化：如当前控制周期的需量超限风险低于预设的第一风险指标，且下一控制周期的需量超限风险高于预设的第二风险指标，则以减少负荷切除和接入动作频次为优化目标，对当前控制周期的初步负荷调控指令进行优化调整，得到当前控制周期的最终负荷调控指令；否则，以当前控制周期的初步负荷调控指令作为当前控制周期的最终负荷调控指令；当风险评估系数kg1较高或处于中风险评估结果，即高于预设的第一风险指标，则以当前控制周期的初步负荷调控指令作为当前控制周期的最终负荷调控指令；当风险评估系数kg1较低，低于预设的第一风险指标，则需要进一步判断下一控制周期的风险评估系数kg2是否高于预设的第二风险指标，如是，则表明投入的负荷在下一控制周期将导致风险评估系数kg2高，预期需量上升较快，则需要调整当前控制周期的负荷调控指令，具体为：以减少负荷切除和接入动作频次为优化目标，对当前控制周期的初步负荷调控指令进行优化调整；从而用以减少负荷投切引起的需量功率波动及负荷投切动作频次。
[0030]
步骤6、控制单元依据当前控制周期的最终负荷调控指令对各分负荷的切除和接入进行控制；控制单元根据指令优化单元优化调整后的当前控制周期的最终负荷调控指令，控制所需投切的各所控分负荷对应的馈线开关k_1、k_2、k_3、k_4、k_5的分合闸控制，以此实现总功率负荷需量满足低于用户所设定的负荷需量功率限值。
[0031]
图2、图3显示了以上实施例的负荷调控效果。如图2所示，在负荷运行过程中虽然总功率瞬时值偶尔超出需量限值，在负荷调控下，总功率的需量功率始终低于需量限值。如图3所示，由负荷开关的投切状态看，优先供给负荷1，负荷需量风险系数高的时候较先切除负荷5，经过负荷调控，总负荷需量功率稳定运行于需量限值以下，且负荷没有非常频繁的投切动作。
[0032]
从以上优选方案可得出：本发明负荷调控方法及装置无需采样各分负荷的功率，减少了负荷调控系统的购建成本，用户操作简单，只需配置好所要求的需量功率限值、计量周期及负荷优先级、时段要求等，即可自动实现局域负荷的调控功能，保证优先级高的负荷优先供电，且减少了负荷的开关动作频次。该负荷调控方法可有效对负荷进行调控以保证需量限值要求，负荷调控系统易于扩展实现。