面向户用风光互补电站的智能用电管理系统及其管理方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及智能家居系统的技术领域，尤其是指一种面向户用风光互补电站的智 能用电管理系统及其管理方法。
【背景技术】
[0002] 随着信息和通信技术的发展，智能电网、能源互联网等等新概念和技术的提出，居 民智能用电受到了越来越多的重视。走进用户侧，鼓励用户侧的主动参与电力系统的运行 和管理，是智能电网发展的重要内容。目前，国家电网公司正在大力推动居民智能用电建 设。传统的智能家居主要利用电脑、网络和综合布线技术等，实现对家庭用电设备的控制。 然而，目前的研究主要集中在以单个家庭为单位，用户和电网之间的互动不足，由于信息反 馈机制的限制，用户不能及时响应电网的电价政策。随着分时电价、实时电价政策的推广以 及负荷的多样化趋势，现有技术已无法适应需求侧管理、节能减排、可再生能源接入等方面 的要求。因此，推出一种面向可再生能源接入的家庭用电管理、具备与电网互动功能的智能 家居系统和方法势在必行，从而实现合理指导用户用电计划，加强负荷管理，电网供求关系 平衡，实现社会低碳环保的用户、电网、社会三方共赢的局面。
【发明内容】
[0003] 本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供了一种面向户用风光互补电站的智 能用电管理系统及其管理方法，通过多目标日前优化的方法，实现接入风光可再生能源，对 居民用电情况的智能采集与有序管理。
[0004] 为实现上述目的，本发明所提供的技术方案其面向户用风光互补电站的智能用电 管理系统，包括智能电表、采集器、集中器、主站服务器、短信平台、人机交互端、风光电站、 智能控制终端、智能插座、智能开关、智能家电、温度监测器、湿度监测器、烟雾监测器;所述 智能电表的输入端接入光纤复合电缆，输出端通过市电接入开关连接到母线;风光电站的 输入端通过风力发电机、光伏阵列、储能设备对应的控制开关连接对应的发电设备，输出端 通过RS485接口连接主站服务器;所述智能电表通过电力传输线与采集器相连，所述采集器 通过RS485接口将智能电表信息传输至集中器，所述集中器利用网络信号与主站服务器进 行通讯;所述主站服务器通过短信平台向用户传递信息，用户通过人机交互端进行相应的 操作;所述主站服务器通过以太网通讯接口接入互联网或者网关，通过智能控制终端控制 智能插座、智能开关，实现控制智能家电;所述温度监测器、湿度监测器、烟雾监测器通过接 入点与主站服务器通讯。
[0005] 所述主站服务器包括数据采集模块、数据存储模块、能量管理策略模块、数据上传 模块;所述能量管理策略模块的各种信息汇总到数据上传模块后通过以太网通讯接口连接 Internet上传到互联网，以太网通讯接口能扩展为有线以太网通讯接口和无线以太网通讯 接口，有线以太网通讯接口通过网关连接互联网，网关能连接家庭中的PC，无线以太网通讯 接口通过无线路由接入互联网。
[0006]所述能量管理策略模块选择的优化模型为：
[0008]目标函数Fitl:用户支付费用最低
[0010]目标函数Fit2:用户用电满意度最大
[0012] 等式约束条件为电网运行功率平衡约束：
[0013] Pi，t+Pgrid，t-(WS+Wu)=0
[0014] 不等式约束条件为：
[0015] ①风力发电机运行约束
[0016] 0 < Pwt, t < PwTmax.t
[0017] ②光伏阵列运行约束
[0018] 0 < Ppv, t < Ppvmax.t
[0019] ③蓄电池最大允许充放电电量约束
[0020] -〇.2Ec< PBatjt · lh<0.2Ec
[0021] ④蓄电池的放电深度约束
[0023] 其中，Cm表示风光电站的运行维护成本，Cgrid表示风光电站和外电网的电量交互成 本，Pi, t表不风光电站中第i类发电设备在t时刻的输出功率，Ki表不第i类发电设备的运行 维护系数，Rgrid, t表不t时段内外电网的实时电价，Pgrid, t表不t时段内微电网与外电网交互 电量，Ws表示日供给可中断负荷的电量;Wi表示日可中断负荷的最大需求电量;Wu表示日不 可中断负荷的需求电量;Ws+Wu即日供给负荷的总电量;Prr, t表不第t时刻风机实际输出功 率，PWTmax,t表示第t时刻风机最大允许输出功率;Ppv, t表示第t时刻光伏阵列实际输出功率， PpVmax,t表不第t时刻光伏阵列最大允许输出功率;PBat, t表不蓄电池在t时刻充放电功率，Ec 表示蓄电池的额定容量;soc(t)表示t时刻荷电状态，PhPd为蓄电池的充、放电功率，η。、^ 为蓄电池的充、放电效率90%，△ t为蓄电池充、放电时间。
[0024] 所述能量管理策略模块通过以下步骤制定有序用电方案：
[0025] I)输入风光电站传输的未来一天的温度、光照强度、风速，以及智能电表传输的总 负荷、重要负荷预测数据，计算光伏阵列和风力发电机未来一天的最大允许出力；
[0026] 2)输入优化模型的目标函数和约束条件;如果风光电站发电量大于用户负荷需求 量，多余电量售出给电网，如果风光电站发电量小于用户负荷需求量，用户向电网购入电 量；
[0027] 3)使用NSGA-Π 智能方法对多目标问题进行求解；
[0028] 4)对NSGA- Π 方法求得的Pareto解进行选取;从用电方的角度进行评估:用电方所 必须承担的费用包括微电网的运行费用和电量不足引起的损失。
[0029]所述智能电表内安装有无线射频设备，具备通讯能力，给用户提供实时的电网信 息，同时也能够将用户的用电信息上传给电网公司，实现信息的双向流动;所述采集器内部 设有无线接收端口，对应于智能电表中的无线射频设备，用于接收智能电表发送的信息;所 述人机交互端的界面采用触摸屏；智能插座、智能开关具备用电设备运行状态测量的功能， 并将用电设备状态信息传送至智能控制终端，智能插座、智能开关可以接受智能控制终端 的无线控制命令，实现电能的导通和开断，也即实现了电力流的控制；智能控制终端中设有 无线射频接口，与智能插座、智能开关进行通讯。
[0030] 所述风光电站由光伏阵列、风力发电机、储能元件以及控制开关组成;所述光伏阵 列、风力发电机、储能元件分别对应控制开关，能够控制电路的导通和断开;所述风光电站 通过RS485接口与主站服务器通讯，将信号传递至主站服务器，主站服务器通过其能量管理 策略模块的分析处理，生成相应的供电方案，之后发出指令控制风光电站中各分布式设备 的工作或停运，从而实现光伏发电、风力发电这些分布式电源发出电能的接入与切除。
[0031] 本发明所述的面向户用风光互补电站的智能用电管理系统的管理方法，如下：
[0032] 安装在各用电设备处的智能电表根据交流采样和功率积分结果产生电量、有无功 功率、开关状态这些数据量，并将以上数据量转换成电力载波信号，将电力载波信号通过电 力线传输到采集终端中，采集终端收到电力载波信号后，将其转换为RS485信号，通过RS485 接口传输到集中器中；集中器收集、分析、储存多个采集终端的信号，并根据主站服务器的 指令，将数据转变为WIFI信号，通过无线方式发送到主站服务器的数据采集模块中；另一方 面，风光电站同样将发电数据信号转换为RS485信号，通过RS485接口上传至主站服务器;主 站服务器将用户数据，包括用电性质、重要程度、负荷类型、用电峰谷时段记录在数据存储 模块;主站服务器的能量管理策略模块分析历史用电数据、当前运行情况以及风光电站传 输至主站服务器的可再生能源发电数据，生成有序用电方案；主站服务器根据供电方案控 制风光电站的控制开关，实现可再生能源发出电能的接入与切除；同时，主站服务器将用电 方案传递至智能控制终端，通过控制智能插座、智能开关实现调整智能家电设备用电方案， 同时系统通过短信平台将用电方案以短信形式告知用户，或通过由以太网通讯接口连接至 Internet，将系统中的各种信息由数据上传模块上传到互联网供给用户查看，用户通过人 机交互端进行相应的操作;温度监测器、湿度监测器、烟雾监测器通过接入点与主站服务器 通讯;主站服务器也会根据监测器传递来的信息进行相应的优化控制。
[0033]