一种分散式柔性负荷监控系统及监控方法与流程

本发明涉及电力负荷控制技术领域，具体涉及一种分散式柔性负荷监控系统及监控方法。

背景技术：

伴随着经济的高速发展，电力高峰负荷持续增长以及间歇式能源的迅猛发展增加了电网调度运行的难度，对电力系统调节能力提出新的重大挑战。近年来，具有与电网双向互动能力的电动汽车、储能等带有“源”和“荷”双重特征的新型负荷的比重呈不断上升趋势；部分传统负荷也能够根据激励或者电价调节自身的用电需求,具备“虚拟电厂”的特性。未来智能电网需要能够容纳较大比例的主动负荷，以双向性、不确定性和可控性为特点。能够改变用电时间或负荷大小以配合电力运行,从而获得经济效益。柔性负荷是指用电量可在指定区间内变化或在不同时段间平移的负荷,包含具备需求弹性的可调节负荷或可转移负荷、具备双向调节能力的电动汽车、储能、蓄能以及分布式电源、微网等.作为发电调度的补充,柔性负荷调度能够削峰填谷、平衡间歇式能源波动和提供辅助服务,有利于丰富电网调度运行的调节手段。传统电力调度中,机组需按照电力需求调控指令进行响应,负荷调度一方面要满足电网调度指令的需求,另一方面还需对用户的正常用电影响较小。我国目前处于市场发展的初级阶段,还缺乏完整的市场运营规则和电价形成机制,尚不能通过经济手段及时有效地调节市场供需,负荷调度更多表现为以分时电价和有序用电为代表的需求侧管理,强调集中调度过程中电网的安全性、可靠性。从广义上说,需求侧可互动的资源很多,例如各类照明、空调、电动机等负荷,各类蓄冷、蓄热、蓄电等储能设备,以及分布式电源、电动汽车等能源替换设备等。其中公共楼宇空调具有负荷容量大、可调性较好以及对社会生产影响较小等特点,成为负荷资源参与电网调峰的优选对象。然而目前还未有一种专门针对分散式柔性负荷的监控系统及监测方法。

技术实现要素：

为了解决上述问题，本发明提供了一种分散式柔性负荷监控系统及监控方法，具体技术方案如下：

一种分散式柔性负荷监控系统包括负荷监控装置、视频监控装置、主站平台；所述主站平台包括通信模块、负荷信息采集模块、调控策略生成模块、调控策略下发模块、效果评估模块；所述通信模块用于与电网调度系统、负荷监控装置、视频监控装置通信连接并进行数据交互；所述负荷监控装置用于对用电设备进行负荷监测及控制；所述视频监控装置用于通过视频采集人流信息、车流信息；所述负荷信息采集模块用于采集负荷监控装置监测到的负荷信息以及视频监控装置采集到的信息进行区域整合生成区域的当前负荷信息；所述调控策略生成模块用于根据负荷采集模块采集到的负荷信息、视频监控模块采集的信息及电网调度系统下达的调整指标生成调控策略；所述调控策略下发模块用于下发调控策略生成模块生成的调控策略至负荷监控装置，实现对用电设备的控制；所述效果评估模块用于根据负荷监控装置采集到的调控后的负荷信息进行效果评估，如果还未达到调控指标，则反馈至调控策略生成模块再次生成调控策略对用电设备再次调整，直至达到电网调度系统下达的调整指标；所述通信模块分别与负荷监控装置、负荷信息采集模块、电网调度系统、视频监控装置连接；所述负荷信息采集模块分别与效果评估模块、调控策略生成模块连接；所述调控策略生成模块分别与调控策略下发模块、效果评估模块连接；所述调控策略下发模块与通信模块连接。

优选地，所述用电设备包括照明系统、充电桩、空调系统、公共用电设备。

优选地，所述负荷监控装置包括分时电价模块、时钟模块、监测模块、存储模块、控制模块，所述分时电价模块用于接收主站平台下发的电价信息；所述时钟模块用于实现远程校时；所述监测模块用于对环境参数进行监测以及电网频率进行监测并将监测数据上传至主站平台；所述存储模块用于存储主站平台下达的调控参数；所述控制模块用于根据存储模块存储的调控参数对用电设备进行调控。

优选地，所述监测模块包括温湿度传感器、照明度传感器、电能计量装置；所述电能计量装置用于采集用电设备的用电数据。

优选地，所述控制模块包括照明控制模块、充电桩控制模块、空调控制模块、公共用电设备控制模块；所述照明控制模块用于根据主站平台下发的调控策略控制照明灯的开闭；所述充电桩控制模块用于根据主站平台下发的调控策略控制充电桩的通断电；所述空调控制模块用于根据主站平台下发的调控策略控制空调的温度升降；所述公共用电设备控制模块用于根据主站平台下发的调控策略控制公共用电设备的通断电。

优选地，通信模块采用有线通信或无线通信的方式与负荷监控装置；所述无线通信的方式包括rs485、lonworks、gprs、4g、wifi。

一种分散式柔性负荷监控系统的监控方法包括以下步骤：

（1）主站平台接收电网调度系统下发的价格信号，并将价格信号以及控制策略下发至负荷监控装置；负荷监控装置根据价格信号控制用电设备投入或退出使用；

（2）在用电高峰期对电网各节点的负荷在时间、空间上重新安排，通过时间上的有序移动实现移峰填谷、平缓系统负荷曲线,通过空间上的协调配合实现消除阻塞、降低系统网损；

（3）监测电网频率，在不影响用户用电体验的前提下，根据电网频率主站平台控制负荷监控装置对用电设备调整运行参数以改变用电量，在频率偏低时减少用电或退出用电，待电网频率恢复正常时再有序投入。

优选地，所述步骤（2）具体包括以下步骤：

（1）结合人流及室外光照度的监测数据，负荷监控装置根据预先设定的调控参数自动对分区域开关的亮度、色温调整，根据照明片区功能的不同划分合理工作时间段，采用定时段的方式自动开启、关闭照明系统；

（2）对充电桩的充电时间加以限定，根据上下班时间段、车流量规划充电时间段以及充电桩投入运行的台数；

（3）在用电高峰期根据环境的温湿度对空调系统的运行参数进行调整，对公共区域的空调负荷结合人流数据信息进行动态调整，人少时降低负荷投入，人流大时增加负荷；

（4）对公共用电设备采用定时间段、分片区投入或退出的服务模式进行控制。

优选地，所述步骤（3）具体为：当电网实时供电频率低于频率下限极值时，切断除生产生活必需负荷外的所有电力负荷；设置动作阀值f1，f2，f3，其中50hz>f1>f2>f3，当电网频率下降到f1时，进行一阶负荷调整，将空调系统的制冷设定温度上调2度；关闭无人区公共配套用电设施；当电网频率下降到f2时，进行二阶负荷调整，将空调系统的制冷设定温度上调5度；对公共区域的照明系统进行调光控制根据环境光照度降低；当电网频率下降到f3时，进行三阶负荷调整，只保留生产生活必需的负荷供电，切断其余空调系统、公共区域的照明系统、公共配套用电设施的供电。

本发明的有益效果为：本发明可广泛应用于公共楼宇对内部分体空调、照明系统、充电桩以及各种公共配套用电设备进行科学管控，提高能效，积极配合需求侧管理接收调峰指令，并可组网集群管理。作用如下：

（1）负荷监控装置实时监测用电设备用能负荷数据、环境数据。例如室内温度、湿度、光照度，视频、人流、车流，并通过有线或无线通讯接口将数据上传主站平台，接收主站平台下发的需求侧控制命令，实现调峰功能，通过多种控制手段降低能耗、提升效率。

（2）负荷监控装置结合设备用能参数，实行运行状态及室内温度监测信息，在收到需求侧调控指令后，快速灵活的选择最优的调控策略，完成空调负荷的需求相应，并通过实时参数上传反馈调控效果至主站平台。按季节进行限温控制防止现场人员设置制冷温度过低或制热温度过高。

（3）本发明的主站平台通过设置工作、非工作时段定时开关，分区域分组按需调度实现负荷的分布式、智能化控制，同时也能有效平移设备工作时间段，避开用电高峰期。

（5）本发明的负荷监控装置具有分时、实时电价功能，参与市场竞价实现调峰功能。

（6）本发明可以参与频率控制实时监测线路频率变化，根据预设电网频率动作阈值及负荷调控规则，符合条件时会负荷进行投入、退出或对空调温度、照明亮度进行调节。

附图说明

图1为本发明的系统结构示意图；

图2为本发明中负荷监控装置的原理示意图。

具体实施方式

为了更好的理解本发明，下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步说明：

如图1所示，一种分散式柔性负荷监控系统包括负荷监控装置、视频监控装置、主站平台。主站平台包括通信模块、负荷信息采集模块、调控策略生成模块、调控策略下发模块、效果评估模块。通信模块用于与电网调度系统、负荷监控装置、视频监控装置通信连接并进行数据交互；负荷监控装置用于对用电设备进行负荷监测及控制；视频监控装置用于通过视频采集人流信息、车流信息。

负荷信息采集模块用于采集负荷监控装置监测到的负荷信息以及视频监控装置采集到的信息进行区域整合生成区域的当前负荷信息。

调控策略生成模块用于根据负荷采集模块采集到的负荷信息、视频监控模块采集的信息及电网调度系统下达的调整指标生成调控策略；调控策略生成模块具备自学习能力，通过负荷采集结合现场环境，例如温湿度、光照度以及视频人流、车流监控，及用电设备负荷调控特性。给出最佳的控制模式控制策略。

调控策略下发模块用于下发调控策略生成模块生成的调控策略至负荷监控装置，实现对用电设备的控制。

效果评估模块用于根据负荷监控装置采集到的调控后的负荷信息进行效果评估，如果还未达到调控指标，则反馈至调控策略生成模块再次生成调控策略对用电设备再次调整，直至达到电网调度系统下达的调整指标。

通信模块分别与负荷监控装置、负荷信息采集模块、电网调度系统、视频监控装置连接；负荷信息采集模块分别与效果评估模块、调控策略生成模块连接；调控策略生成模块分别与调控策略下发模块、效果评估模块连接；调控策略下发模块与通信模块连接。

用电设备包括照明系统、充电桩、空调系统、公共用电设备。

负荷监控装置包括分时电价模块、时钟模块、监测模块、存储模块、控制模块，分时电价模块用于接收主站平台下发的电价信息；时钟模块用于实现远程校时；监测模块用于对环境参数进行监测以及电网频率进行监测并将监测数据上传至主站平台；存储模块用于存储主站平台下达的调控参数；控制模块用于根据存储模块存储的调控参数对用电设备进行调控，即使通信故障控制模块也能按预设参数进行自主控制。

其中，监测模块包括温湿度传感器、照明度传感器、电能计量装置；电能计量装置用于采集用电设备的用电数据。湿度传感器用于测量楼层环境的温湿度并反馈至主站平台；照明度传感器用于测量楼层的光照度并反馈至主站平台。

如图2所示，控制模块包括照明控制模块、充电桩控制模块、空调控制模块、公共用电设备控制模块；照明控制模块用于根据主站平台下发的调控策略控制照明灯的开闭，可以分区域对照明系统进行亮度、色温的调整。充电桩控制模块用于根据主站平台下发的调控策略控制充电桩的通断电，根据上下班时间段、车流量规划充电时间段以及充电桩投入运行的台数。空调控制模块用于根据主站平台下发的调控策略控制空调的温度升降，具体通过红外遥控实现。公共用电设备控制模块用于根据主站平台下发的调控策略控制公共用电设备的通断电。

通信模块采用有线通信或无线通信的方式与负荷监控装置；无线通信的方式包括rs485、lonworks、gprs、4g、wifi。

一种分散式柔性负荷监控系统的监控方法包括以下步骤：

1、主站平台接收电网调度系统下发的价格信号，并将价格信号以及控制策略下发至负荷监控装置；负荷监控装置根据价格信号控制用电设备投入或退出使用。通过价格信号引导用户合理调节和改善用电结构和用电方式。分时电价实现了调度中心对机组和负荷资源的统一调配。实时电价是一种动态定价机制，动态更新周期可以达到1h甚至更短。其通过买方市场与卖方市场的竞价，最终获得市场出清价格，实现卖方与买方的联动，可以精确反映出每天各个时段的电价变化并有效地在供需双方之间传达电价信号。能及时反映供电边际成本，可以给用户和供电公司带来诸多效益，诸如节省用户开支和实现电力系统的削峰填谷等。

2、在用电高峰期对电网各节点的负荷在时间、空间上重新安排，通过时间上的有序移动实现移峰填谷、平缓系统负荷曲线,通过空间上的协调配合实现消除阻塞、降低系统网损。具体包括：

（1）结合人流及室外光照度的监测数据，负荷监控装置根据预先设定的调控参数自动对分区域开关的亮度、色温调整，根据照明片区功能的不同划分合理工作时间段，采用定时段的方式自动开启、关闭照明系统；

（2）对充电桩的充电时间加以限定，如夜间充电，谷时充电，根据上下班时间段、车流量规划充电时间段以及充电桩投入运行的台数；

（3）在用电高峰期根据环境的温湿度对空调系统的运行参数进行调整，对公共区域的空调负荷结合人流数据信息进行动态调整，人少时降低负荷投入，人流大时增加负荷。在用电高峰期空调系统对房间温度进行微调而不影响舒服度，例如：空调室温从25℃提高到26℃,对人体舒适度的影响可以忽略不计,然而空调能耗可减少23%。空调负荷具有快速响应能力，停止运行后一段时间(15~30min)内,对用户的用电体验影响甚微，却能够节约大量的电力。

（4）对公共用电设备采用定时间段、分片区投入或退出的服务模式进行控制。根据视频监控装置采集的人流信息调控，避免长期无人流的区域设备长时间通电而导致的毫无意义的能源浪费及设备老化。

3、监测电网频率，在不影响用户用电体验的前提下，根据电网频率主站平台控制负荷监控装置对用电设备调整运行参数以改变用电量，在频率偏低时减少用电或退出用电，待电网频率恢复正常时再有序投入。频率响应负荷的快速调节特性使其能发挥类似于机组一次调频的作用，频率响应负荷可以有两种方式参与系统功率频率调节：一是开关型调节方式，当电网频率低于事先给定的阈值时直接切断负荷；二是温控型调节方式，当电网频率低于事先给定的阈值时，提高空调等温控型用电设备的设定温度,以降低用电功率。与开关型调节方式相比，温控型调节方式对用户用电的舒适度影响较小，但调节量相对较小。为防止大量频率响应负荷同时动作对电网频率造成新的冲击,以及避免频率来回振荡，需要根据电网需求对频率响应负荷的响应装置设置不同的动作阈值、动作/恢复时延等参数。这样能在用户用电舒适度和电网频率稳定之间达到更好的平衡。具体为：

当电网实时供电频率低于频率下限极值时，切断除生产生活必需负荷外的所有电力负荷；设置动作阀值f1，f2，f3，其中50hz>f1>f2>f3，当电网频率下降到f1时，进行一阶负荷调整，将空调系统的制冷设定温度上调2度；关闭无人区公共配套用电设施；当电网频率下降到f2时，进行二阶负荷调整，将空调系统的制冷设定温度上调5度；对公共区域的照明系统进行调光控制根据环境光照度降低；当电网频率下降到f3时，进行三阶负荷调整，只保留生产生活必需的负荷供电，切断其余空调系统、公共区域的照明系统、公共配套用电设施的供电。

本发明不局限于以上所述的具体实施方式，以上所述仅为本发明的较佳实施案例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。