一种智能家电的低频减载控制方法
【专利摘要】本发明提供了一种智能家电的低频减载控制方法，该方法包括以下步骤：智能终端设备监测电网固定的时间间隔内的频率变化，检测用户要求设定和智能家电负荷的运行状态；所述智能终端设备根据所述用户要求设定、所述智能家电负荷运行状态和所述频率变化的信息，计算电网故障严重程度和舒适度越限指数；所述智能终端设备检测所述智能家电，获得检测信息，确定控制方案。该方法既能够在电网发生后的短时间内，对负荷侧的智能家电设备进行中断控制，防止电网运行工况继续恶化；又能在用户舒适度受到影响的情况下，恢复智能负荷的运行，使用户舒适度保持在可接受范围内。
【专利说明】
-种智能家电的低频减载控制方法
技术领域
[0001] 本发明涉及一种电力系统领域的方法，具体讲涉及一种智能家电的低频减载控制 方法。
【背景技术】
[0002] 长期W来，作为安全稳定第Η道防线的重要技术装备，低频减载装置为保证电力 系统安全稳定运行发挥了重要作用。而智能电网环境下智能电表和智能家电等智能终端设 备在用户侧的推广应用，为电力系统安全稳定控制提供了丰富的动态响应信息。
[0003] 通过对智能需求响应技术和第Η道防线中的低频减载方法研究后发现，智能需求 响应能够调动负荷侧的快速响应资源W应对电网的紧急情况，而且通过智能终端的中断控 巧||，不会使用户的舒适度明显降低。目前，配置的低频减载装置基于就地电气量进行动作， 虽有利于保证装置本身动作的可靠性，但不利于系统整体控制行为的协调和优化，也没有 充分合理地利用负荷侧的可中断资源。
[0004] 传统低频减载装置只能在电网频率跌落达到一定程度时才会动作，而且没有协调 负荷侧可利用的可中断资源，故需要与智能需求响应技术相结合，在保证用户舒适度的前 提下，寻找负荷侧快速响应资源与第Η道防线的协调控制机制。
[0005] 针对上述问题，需要提供一种计及用户舒适度的新型智能终端负荷低频减载控制 方法。
【发明内容】
[0006] 为克服上述现有技术的不足，本发明提供一种智能家电的低频减载控制方法。
[0007] 实现上述目的所采用的解决方案为：
[0008] -种智能家电的低频减载控制方法，所述方法包括W下步骤；
[0009] I、智能终端设备监测电网固定的时间间隔内的频率变化，检测用户要求设定和智 能家电负荷的运行状态；
[0010] II、所述智能终端设备根据所述用户要求设定、所述智能家电负荷运行状态和所 述频率变化的信息，计算电网故障严重程度和舒适度越限指数；
[0011] III、所述智能终端设备检测所述智能家电，获得检测信息，确定控制方案。
[0012] 优选地，所述步骤；监测电网固定的时间间隔内的频率变化，包括：
[0013] 监视电网固定的时间间隔内的频率变化状况，确定频率的相对变化量。
[0014] 优选地，所述用户要求设定包括；设备的重要程度、舒适度的理想值和舒适度变化 的可接受范围。
[0015] 优选地，确定所述电网故障严重程度指标Κ的方法包括：
[0016] 按下式，根据所述智能终端设备中设定的地区发电机惯性常数Hi和时间间隔内 Δ t测到的频率变化Δ 确定电网的功率缺额Δ P 1;
，f。为电网标准频率；
[0017] 按下式，确定所述电网故障严重程度指标Κ :
AP,s为电网频率下降到 低频减载动作起始值的最小功率缺额；
[0018] 按下式，确定智能家电进行响应的启动值f,;f ,= 49. 5-α-Κ)。
[0019] 优选地，确定所述智能家电的所述舒适度越限指标的方法包括：
[0020] 建立用户舒适度越限指数的数学模型，根据舒适度的理想值Pi、舒适度变化的可 接受范围和智能终端检测的智能设备的状态信息Pf，按下式确定所述舒适度越限指数C :
[0021]
[0022] 其中，r为用户舒适度裕度控制系数，Pimin和PiHiax分别为舒适度变化的可接受 范围的最小值和最大值。
[0023] 优选地，所述步骤III中，基于用户舒适度越限指数决定用户的智能家电负荷是 否参与中断控制，并根据电网频率信息和电网故障严重程度指标决定智能家电的响应模 式。
[0024] 优选地，响应模式包括；普通响应模式和紧急响应模式；
[00巧]所述普通响应模式为：设定为普通重要程度的智能家电响应；
[0026] 所述紧急响应模式为；所有智能家电均参与响应。
[0027] 优选地，所述步骤III包括W下步骤：
[0028] S301、比较所述舒适度指数和所述用户要求设定的可接受范围，若所述舒适度越 限指数不在所述可接受范围内，则相应的智能家电不参与响应，否则进入步骤S302 ;
[0029] S302、比较电网频率和智能家电进行响应的启动值fg，若所述电网频率大于所述 启动值，则相应智能家电不参与相应，否则进入步骤S303 ;
[0030] S303、判断所述故障严重程度指标是否超过设定值Kwt，若未超过，进入普通响应 模式；当频率变化超过设定值Kwt时，进入紧急响应模式。
[0031] 与现有技术相比，本发明提供的方案具有W下优异效果：
[0032] 1、本发明提供的方法，实现基于智能家电负荷控制和低频减载控制的协调控制， 该方法既能够在电网发生后的短时间内，对负荷侧的智能家电设备进行中断控制，防止电 网运行工况继续恶化；又能在用户舒适度受到影响的情况下，恢复智能负荷的运行，使用户 舒适度保持在可接受范围内。
[0033] 2、本发明提供的方法基于传统低频减载装置的动作原理，利用算法将智能终端收 集到的电网状态信息和用户智能家电设备的工作状态进行计算分析，得到用户的舒适度越 限指数，从而对用户的智能家电设备进行中断控制。即保证的用户使用的舒适度，又能防止 电网运行工况继续恶化。
【附图说明】
[0034] 图1为本发明提供的方法流程图；
[0035] 图2为本实施例中测试系统电网结构示意图；
[0036] 图3为本实施例中故障1时受端系统频率响应曲线示意图；
[0037] 图4为本实施例中智能家电负荷功率消耗曲线示意图；
[003引图5为本实施例中故障2时雙端系统频率响应曲线不;意图；
[0039] 图6为本实施例中智能家电负荷功率消耗曲线示意图。
【具体实施方式】
[0040] 下面结合附图对本发明的【具体实施方式】做进一步的详细说明。
[0041] 如图1本发明提供的方法流程图所示，本发明提供的智能家电的低频减载控制方 法包括W下步骤；
[0042] 步骤一、智能终端设备监测电网固定的时间间隔内的频率变化，检测用户要求设 定，并检测智能家电负荷的运行状态；
[0043] 步骤二、所述智能终端设备根据所述用户要求设定、所述智能家电负荷运行状态 和所述频率变化的信息，计算电网故障严重程度和舒适度越限指数；
[0044] 步骤H、所述智能终端设备检测所述智能家电，获得检测信息，确定控制方案。
[0045] 步骤一中，监测电网固定的时间间隔内的频率变化，包括：
[0046] 监视电网固定的时间间隔内的频率变化状况，确定频率的相对变化量，即确定最 高和最低的差值。
[0047] 检测用户要求设定，并检测智能家电负荷的运行状态；包括：
[0048] 基于电网的运行状态，对所述用户要求设定和所述智能家电负荷的运行状态进行 检测；
[0049] 所述用户要求设定包括：设备的重要程度、舒适度的理想值和舒适度变化的可接 受范围。
[0050] 步骤二中，计算电网故障严重程度和舒适度越限指数，包括
[0051] 1、确定所述电网故障严重程度指标K的方法包括：
[0052] S201、按下式，根据所述智能终端设备中设定的地区发电机惯性常数Hi和时间间 隔内At测到的频率变化Afi确定电网的功率缺额ΔΡι;
f。为电网标准 频率；
[0053] S202、按下式，确定所述电网故障严重程度指标K :
ΔΡ^为电网频率下 降到低频减载动作起始值（49. 5监）的最小功率缺额。由电力公司设定。
[0054] S203、按下式，确定智能家电进行响应的启动值f,;f ,= 49. 5-α-Κ)。
[0055] 2、确定所述智能家电的所述舒适度越限指标的方法包括：
[0056] 建立用户舒适度越限指数的数学模型，根据舒适度的理想值Pi、舒适度变化的可 接受范围和智能终端检测的智能设备的状态信息Pf，按下式确定所述舒适度越限指数C :
[0057]
[0058] 其中，其中，r为用户舒适度裕度控制系数。可由电力管理部口设定，通常大于1。
[0059] Pimin和Pimax分别为舒适度变化的可接受范围的最小值和最大值。
[0060] 步骤Η中，基于用户舒适度越限指数决定用户的智能家电负荷是否参与中断控 巧||，并根据电网频率信息和电网故障严重程度指标决定智能家电的响应模式。
[0061] 其中，响应模式包括；普通响应模式和紧急响应模式；所述普通响应模式为：设定 为普通重要程度的智能家电响应；所述紧急响应模式为；所有智能家电均参与响应。
[0062] 步骤Η具体包括W下步骤：
[0063] S301、比较所述舒适度指数和所述用户要求设定的可接受范围，若所述舒适度越 限指数不在所述可接受范围内，则相应的智能家电不参与响应，否则进入步骤S302 ;
[0064] S302、比较电网频率和智能家电进行响应的启动值fg，若所述电网频率大于所述 启动值，则相应智能家电不参与相应，否则进入步骤S303 ;
[0065] S303、判断所述故障严重程度指标是否超过设定值Kwt，若未超过，进入普通响应 模式；当频率变化超过设定值Kwt时，进入紧急响应模式。
[0066] 本发明提供一种应用实施例，该实施例中控制对象为居民用户中智能家电负荷设 备，包括热水器、空调等。
[0067] 首先，在智能终端设备上设定所有家电的舒适度变化的可接受范围和舒适度的理 想值。例如，对热水器，舒适度变化的可接受范围为：水温最适温度为4(TC一5(TC ;对空调 室温可设为22°C-26°C。
[0068] 然后，按W下方式，计算智能家电负荷的舒适度越限指数，包括：
[0069] 1、电热水器：设定为普通负荷，设定水温秘7,.;;其舒适度越限指标如下式所示：
[0070]
[0071] 式中，T?,康示用户设定的水温理想值；Δ T ?水温舒适度范围；T ?,。表示时间段η 时水温；r舒适度越限裕度控制系数。
[0072] 2、空调；设定重要负荷，设定室温Τα。,g，其舒适度越限指标如下式所示：
[0073]
[0074] 式中，V康示用户设定的室温理想值；Λ T A違温舒适度范围；T AC,。表示时间段η 时室温；r舒适度越限裕度控制系数。
[0075] 进一步，将所提智能化低频减载算法用仿真算例进行说明分析，根据测试的实际 智能家电负荷的特性，假设普通智能家电的舒适度越限时间约为1-10分钟，重要智能家 电的舒适度越限时间约为10s - 40s。
[0076] 如图2测试系统电网结构示意图所示。该区域包括4个发电机组和12条母线，电 网负荷总量1200MW，联络线故障断开后形成两个孤网，A区和B区。假设分区B中智能家电 负荷共120MW，其中100MW为非重要负荷，20MW为重要负荷。
[0077] 利用本发明提出的智能化低频减载控制方法与传统的低频减载方案进行比较。
[0078] 传统低频减载按照系统最大功率缺额情况下整定，各轮次动作值如表1所示。
[0079] 表1传统低频减载方案
[0080]
[0081] 故障1 :脚S6-BUS11之间发生Η相短路故障，保护误动同时断开联络线 脚S6-BUS11和脚S7-BUS12,导致系统形成两个孤网，受端系统功率缺额较大，约为200MW。 新型低频减载方法时系统的频率跌落深度减少，并缓解了频率超调现象，比传统的低频减 载方法更具优越性。图3为故障1时受端系统频率响应曲线示意图。
[0082] 故障后，由电网频率信息估算的功率缺额约为180丽，而当系统功率缺额达到 180MW时，系统频率将会下降到49. 0化，故智能家电响应的起始频率定为49. 5化。
[0083] 在送种故障下，进入紧急响应模式。重要类型的智能家电负荷在10s-40s时间重 新投入运行，得到的智能家电负荷功率消耗曲线，如图4智能家电负荷功率消耗曲线示意 图所示。
[0084] 故障2 ;脚S8-BUS11之间发生S相短路故障，保护误动同时断开联络线 脚S8-BUS11和脚S7-BUS12,受端系统功率缺额较小，约为120MW。从图5所示的频率曲线可 W看出，所提智能化低频减载方法在对普通智能家电负荷进行控制后，有更好的频率响应， 有效地防止了电网频率的跌落。图5为故障2时受端系统频率响应曲线示意图。
[0085] 故障2中，计算出电网的严重故障指标约为0. 87,进而确定智能化低频减载算法 的启动值为49. 4化。
[0086] 采用普通响应模式，只有普通类型的家电负荷参与了中断响应，且中断后1分钟 内均没有投入运行。如图6智能家电负荷消耗曲线示意图所示。
[0087] 最后应当说明的是：W上实施例仅用于说明本申请的技术方案而非对其保护范 围的限制，尽管参照上述实施例对本申请进行了详细的说明，所本领域技术人员阅读本申 请后依然可对申请的【具体实施方式】进行种种变更、修改或者等同替换，但送些变更、修改或 者等同替换，均在申请待批的权利要求保护范围之内。
【主权项】
1. 一种智能家电的低频减载控制方法，其特征在于：所述方法包括以下步骤；1. 智能终端设备监测电网固定的时间间隔内的频率变化，检测用户要求设定和智能家 电负荷的运行状态； II、 所述智能终端设备根据所述用户要求设定、所述智能家电负荷运行状态和所述频 率变化的信息，计算电网故障严重程度和舒适度越限指数； III、 所述智能终端设备检测所述智能家电，获得检测信息，确定控制方案。2. 如权利要求1所述的方法，其特征在于：所述步骤：监测电网固定的时间间隔内的频 率变化，包括： 监视电网固定的时间间隔内的频率变化状况，确定频率的相对变化量。3. 如权利要求1所述的方法，其特征在于：所述用户要求设定包括：设备的重要程度、 舒适度的理想值和舒适度变化的可接受范围。4. 如权利要求1所述的方法，其特征在于：确定所述电网故障严重程度指标K的方法 包括： 按下式，根据所述智能终端设备中设定的地区发电机惯性常数私和时间间隔内△t测 到的频率变化Δ匕确定电网的功率缺额Λ P 1:句电网标准频率； 按下式，确定所述电网故障严重程度指标Κ:> ΛΡμ为电网频率下降到低频 减载动作起始值的最小功率缺额； 按下式，确定智能家电进行响应的启动值fs:f s= 49. 5-(1-Κ)。5. 如权利要求1所述的方法，其特征在于：确定所述智能家电的所述舒适度越限指标 的方法包括： 建立用户舒适度越限指数的数学模型，根据舒适度的理想值Pi、舒适度变化的可接受 范围和智能终端检测的智能设备的状态信息匕，按下式确定所述舒适度越限指数C :其中，r为用户舒适度裕度控制系数，Pi min和？1 max分别为舒适度变化的可接受范 围的最小值和最大值。6. 如权利要求1所述的方法，其特征在于：所述步骤III中，基于用户舒适度越限指数 决定用户的智能家电负荷是否参与中断控制，并根据电网频率信息和电网故障严重程度指 标决定智能家电的响应模式。7. 如权利要求6所述的方法，其特征在于：响应模式包括：普通响应模式和紧急响应模 式； 所述普通响应模式为：设定为普通重要程度的智能家电响应； 所述紧急响应模式为：所有智能家电均参与响应。8. 如权利要求6所述的方法，其特征在于：所述步骤III包括以下步骤： S301、比较所述舒适度指数和所述用户要求设定的可接受范围，若所述舒适度越限指 数不在所述可接受范围内，则相应的智能家电不参与响应，否则进入步骤S302 ; 5302、 比较电网频率和智能家电进行响应的启动值fs，若所述电网频率大于所述启动 值，则相应智能家电不参与相应，否则进入步骤S303 ; 5303、 判断所述故障严重程度指标是否超过设定值Κ^，若未超过，进入普通响应模式； 当频率变化超过设定值KMt时，进入紧急响应模式。
【文档编号】H02J13/00GK105870930SQ201510031409
【公开日】2016年8月17日
【申请日】2015年1月22日
【发明人】易俊, 贺庆, 马士聪, 曾兵, 杜勉, 杨艳晨, 任大伟
【申请人】国家电网公司, 中国电力科学研究院, 东南大学, 江苏省电力公司