面向戶用風(fēng)光互補電站的智能用電管理系統(tǒng)及其管理方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及智能家居系統(tǒng)的技術(shù)領(lǐng)域，尤其是指一種面向戶用風(fēng)光互補電站的智 能用電管理系統(tǒng)及其管理方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 隨著信息和通信技術(shù)的發(fā)展，智能電網(wǎng)、能源互聯(lián)網(wǎng)等等新概念和技術(shù)的提出，居 民智能用電受到了越來越多的重視。走進用戶側(cè)，鼓勵用戶側(cè)的主動參與電力系統(tǒng)的運行 和管理，是智能電網(wǎng)發(fā)展的重要內(nèi)容。目前，國家電網(wǎng)公司正在大力推動居民智能用電建 設(shè)。傳統(tǒng)的智能家居主要利用電腦、網(wǎng)絡(luò)和綜合布線技術(shù)等，實現(xiàn)對家庭用電設(shè)備的控制。 然而，目前的研究主要集中在以單個家庭為單位，用戶和電網(wǎng)之間的互動不足，由于信息反 饋機制的限制，用戶不能及時響應(yīng)電網(wǎng)的電價政策。隨著分時電價、實時電價政策的推廣以 及負荷的多樣化趨勢，現(xiàn)有技術(shù)已無法適應(yīng)需求側(cè)管理、節(jié)能減排、可再生能源接入等方面 的要求。因此，推出一種面向可再生能源接入的家庭用電管理、具備與電網(wǎng)互動功能的智能 家居系統(tǒng)和方法勢在必行，從而實現(xiàn)合理指導(dǎo)用戶用電計劃，加強負荷管理，電網(wǎng)供求關(guān)系 平衡，實現(xiàn)社會低碳環(huán)保的用戶、電網(wǎng)、社會三方共贏的局面。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003] 本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供了一種面向戶用風(fēng)光互補電站的智 能用電管理系統(tǒng)及其管理方法，通過多目標日前優(yōu)化的方法，實現(xiàn)接入風(fēng)光可再生能源，對 居民用電情況的智能采集與有序管理。
[0004] 為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明所提供的技術(shù)方案其面向戶用風(fēng)光互補電站的智能用電 管理系統(tǒng)，包括智能電表、采集器、集中器、主站服務(wù)器、短信平臺、人機交互端、風(fēng)光電站、 智能控制終端、智能插座、智能開關(guān)、智能家電、溫度監(jiān)測器、濕度監(jiān)測器、煙霧監(jiān)測器;所述 智能電表的輸入端接入光纖復(fù)合電纜，輸出端通過市電接入開關(guān)連接到母線;風(fēng)光電站的 輸入端通過風(fēng)力發(fā)電機、光伏陣列、儲能設(shè)備對應(yīng)的控制開關(guān)連接對應(yīng)的發(fā)電設(shè)備，輸出端 通過RS485接口連接主站服務(wù)器;所述智能電表通過電力傳輸線與采集器相連，所述采集器 通過RS485接口將智能電表信息傳輸至集中器，所述集中器利用網(wǎng)絡(luò)信號與主站服務(wù)器進 行通訊;所述主站服務(wù)器通過短信平臺向用戶傳遞信息，用戶通過人機交互端進行相應(yīng)的 操作;所述主站服務(wù)器通過以太網(wǎng)通訊接口接入互聯(lián)網(wǎng)或者網(wǎng)關(guān)，通過智能控制終端控制 智能插座、智能開關(guān)，實現(xiàn)控制智能家電;所述溫度監(jiān)測器、濕度監(jiān)測器、煙霧監(jiān)測器通過接 入點與主站服務(wù)器通訊。
[0005] 所述主站服務(wù)器包括數(shù)據(jù)采集模塊、數(shù)據(jù)存儲模塊、能量管理策略模塊、數(shù)據(jù)上傳 模塊;所述能量管理策略模塊的各種信息匯總到數(shù)據(jù)上傳模塊后通過以太網(wǎng)通訊接口連接 Internet上傳到互聯(lián)網(wǎng)，以太網(wǎng)通訊接口能擴展為有線以太網(wǎng)通訊接口和無線以太網(wǎng)通訊 接口，有線以太網(wǎng)通訊接口通過網(wǎng)關(guān)連接互聯(lián)網(wǎng)，網(wǎng)關(guān)能連接家庭中的PC，無線以太網(wǎng)通訊 接口通過無線路由接入互聯(lián)網(wǎng)。
[0006]所述能量管理策略模塊選擇的優(yōu)化模型為：
[0008]目標函數(shù)Fitl:用戶支付費用最低
[0010]目標函數(shù)Fit2:用戶用電滿意度最大
[0012] 等式約束條件為電網(wǎng)運行功率平衡約束：
[0013] Pi，t+Pgrid，t-(WS+Wu)=0
[0014] 不等式約束條件為：
[0015] ①風(fēng)力發(fā)電機運行約束
[0016] 0 < Pwt, t < PwTmax.t
[0017] ②光伏陣列運行約束
[0018] 0 < Ppv, t < Ppvmax.t
[0019] ③蓄電池最大允許充放電電量約束
[0020] -〇.2Ec< PBatjt · lh<0.2Ec
[0021] ④蓄電池的放電深度約束
[0023] 其中，Cm表示風(fēng)光電站的運行維護成本，Cgrid表示風(fēng)光電站和外電網(wǎng)的電量交互成 本，Pi, t表不風(fēng)光電站中第i類發(fā)電設(shè)備在t時刻的輸出功率，Ki表不第i類發(fā)電設(shè)備的運行 維護系數(shù)，Rgrid, t表不t時段內(nèi)外電網(wǎng)的實時電價，Pgrid, t表不t時段內(nèi)微電網(wǎng)與外電網(wǎng)交互 電量，Ws表示日供給可中斷負荷的電量;Wi表示日可中斷負荷的最大需求電量;Wu表示日不 可中斷負荷的需求電量;Ws+Wu即日供給負荷的總電量;Prr, t表不第t時刻風(fēng)機實際輸出功 率，PWTmax,t表示第t時刻風(fēng)機最大允許輸出功率;Ppv, t表示第t時刻光伏陣列實際輸出功率， PpVmax,t表不第t時刻光伏陣列最大允許輸出功率;PBat, t表不蓄電池在t時刻充放電功率，Ec 表示蓄電池的額定容量;soc(t)表示t時刻荷電狀態(tài)，PhPd為蓄電池的充、放電功率，η。、^ 為蓄電池的充、放電效率90%，△ t為蓄電池充、放電時間。
[0024] 所述能量管理策略模塊通過以下步驟制定有序用電方案：
[0025] I)輸入風(fēng)光電站傳輸?shù)奈磥硪惶斓臏囟?、光照強度、風(fēng)速，以及智能電表傳輸?shù)目?負荷、重要負荷預(yù)測數(shù)據(jù)，計算光伏陣列和風(fēng)力發(fā)電機未來一天的最大允許出力；
[0026] 2)輸入優(yōu)化模型的目標函數(shù)和約束條件;如果風(fēng)光電站發(fā)電量大于用戶負荷需求 量，多余電量售出給電網(wǎng)，如果風(fēng)光電站發(fā)電量小于用戶負荷需求量，用戶向電網(wǎng)購入電 量；
[0027] 3)使用NSGA-Π 智能方法對多目標問題進行求解；
[0028] 4)對NSGA- Π 方法求得的Pareto解進行選取;從用電方的角度進行評估:用電方所 必須承擔(dān)的費用包括微電網(wǎng)的運行費用和電量不足引起的損失。
[0029]所述智能電表內(nèi)安裝有無線射頻設(shè)備，具備通訊能力，給用戶提供實時的電網(wǎng)信 息，同時也能夠?qū)⒂脩舻挠秒娦畔⑸蟼鹘o電網(wǎng)公司，實現(xiàn)信息的雙向流動;所述采集器內(nèi)部 設(shè)有無線接收端口，對應(yīng)于智能電表中的無線射頻設(shè)備，用于接收智能電表發(fā)送的信息;所 述人機交互端的界面采用觸摸屏；智能插座、智能開關(guān)具備用電設(shè)備運行狀態(tài)測量的功能， 并將用電設(shè)備狀態(tài)信息傳送至智能控制終端，智能插座、智能開關(guān)可以接受智能控制終端 的無線控制命令，實現(xiàn)電能的導(dǎo)通和開斷，也即實現(xiàn)了電力流的控制；智能控制終端中設(shè)有 無線射頻接口，與智能插座、智能開關(guān)進行通訊。
[0030] 所述風(fēng)光電站由光伏陣列、風(fēng)力發(fā)電機、儲能元件以及控制開關(guān)組成;所述光伏陣 列、風(fēng)力發(fā)電機、儲能元件分別對應(yīng)控制開關(guān)，能夠控制電路的導(dǎo)通和斷開;所述風(fēng)光電站 通過RS485接口與主站服務(wù)器通訊，將信號傳遞至主站服務(wù)器，主站服務(wù)器通過其能量管理 策略模塊的分析處理，生成相應(yīng)的供電方案，之后發(fā)出指令控制風(fēng)光電站中各分布式設(shè)備 的工作或停運，從而實現(xiàn)光伏發(fā)電、風(fēng)力發(fā)電這些分布式電源發(fā)出電能的接入與切除。
[0031] 本發(fā)明所述的面向戶用風(fēng)光互補電站的智能用電管理系統(tǒng)的管理方法，如下：
[0032] 安裝在各用電設(shè)備處的智能電表根據(jù)交流采樣和功率積分結(jié)果產(chǎn)生電量、有無功 功率、開關(guān)狀態(tài)這些數(shù)據(jù)量，并將以上數(shù)據(jù)量轉(zhuǎn)換成電力載波信號，將電力載波信號通過電 力線傳輸?shù)讲杉K端中，采集終端收到電力載波信號后，將其轉(zhuǎn)換為RS485信號，通過RS485 接口傳輸?shù)郊衅髦?；集中器收集、分析、儲存多個采集終端的信號，并根據(jù)主站服務(wù)器的 指令，將數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)變?yōu)閃IFI信號，通過無線方式發(fā)送到主站服務(wù)器的數(shù)據(jù)采集模塊中；另一方 面，風(fēng)光電站同樣將發(fā)電數(shù)據(jù)信號轉(zhuǎn)換為RS485信號，通過RS485接口上傳至主站服務(wù)器;主 站服務(wù)器將用戶數(shù)據(jù)，包括用電性質(zhì)、重要程度、負荷類型、用電峰谷時段記錄在數(shù)據(jù)存儲 模塊;主站服務(wù)器的能量管理策略模塊分析歷史用電數(shù)據(jù)、當前運行情況以及風(fēng)光電站傳 輸至主站服務(wù)器的可再生能源發(fā)電數(shù)據(jù)，生成有序用電方案；主站服務(wù)器根據(jù)供電方案控 制風(fēng)光電站的控制開關(guān)，實現(xiàn)可再生能源發(fā)出電能的接入與切除；同時，主站服務(wù)器將用電 方案傳遞至智能控制終端，通過控制智能插座、智能開關(guān)實現(xiàn)調(diào)整智能家電設(shè)備用電方案， 同時系統(tǒng)通過短信平臺將用電方案以短信形式告知用戶，或通過由以太網(wǎng)通訊接口連接至 Internet，將系統(tǒng)中的各種信息由數(shù)據(jù)上傳模塊上傳到互聯(lián)網(wǎng)供給用戶查看，用戶通過人 機交互端進行相應(yīng)的操作;溫度監(jiān)測器、濕度監(jiān)測器、煙霧監(jiān)測器通過接入點與主站服務(wù)器 通訊;主站服務(wù)器也會根據(jù)監(jiān)測器傳遞來的信息進行相應(yīng)的優(yōu)化控制。
[0033]