一种基于需求侧管理的电能调控方法及系统与流程

1.本发明涉及一种电力技术领域，尤其是涉及一种基于需求侧管理的电能调控方法及系统。


背景技术：

2.随着全社会用电负荷峰值不断突破记录，电网调峰压力日趋增长，为了解放多高弹电网的建设与发展，亟待开拓更广泛的需求响应手段。低压用户负荷曲线与电网负荷曲线高度匹配，峰值负荷时段相重合，其时间特性、可中断特性符合多高弹电网建设需求。
3.目前有围绕以大用户的高压需求侧响应展开，低压需求侧响应由于无法实现精准负荷远距离自动控制，响应时段内不能做出及时有效的响应，一直以来无法大规模落实。 单相费控电能表虽然具备响应控制能力，但其控制功能仅支持整户通断，不满足优质服务的理念。


技术实现要素：

4.本发明主要是解决现有技术中缺乏对低压需求侧精确实时负荷管理的问题，提供了一种基于需求侧管理的电能调控方法及系统。
5.本发明的上述技术问题主要是通过下述技术方案得以解决的：一种基于需求侧管理的电能调控方法，其特征在于：包括以下步骤：s1.电力运营端设定需调度的负荷，负荷包括签约用户负荷和邀约用户负荷，通过邀约确定候选邀约用户；s2.获取电网和候选邀约用户的历史每日负荷数据，分别拟合出电网日平均负荷曲线和各用户日平均负荷曲线；s3.根据面积比分别获取电网负荷高峰时段和各用户负荷高峰时段；s4.比较电网负荷高峰时段和各用户负荷高峰时段，获取相重合的重合时段，筛选出符合要求的重合时段记为邀约时段，将邀约时段对应的用户记为邀约用户；s5.在邀约时段中选取优选时长内用电最多时段作为该邀约用户的调度时段，生成用户动态调度指令；s6.根据固定时段生成固定调度指令，向签约用户智能断路器发送固定调度指令，向邀约用户智能断路器发送动态调度指令。
6.本发明根据电网日平均负荷曲线和用户日平均负荷曲线分析电网和用户的用电高峰期时段，获取电网和用户的负荷高峰时段重合度高的用户，在用电高峰时段进行分闸控制。由于存在有些用户用电高峰时段与电网用电高峰时段相差较远，这些用户在电网用电高峰时段用电较少，若没有进行筛选，这部分用户在用电高峰时段调度的负荷较少，电能调度效果不理想。本发明通过筛选出这部分用户负荷高峰时段与电网负荷高峰时段重合较多，对这部分用户在用电高峰期进行分闸控制，调度的负荷更多，电能调度效果更明显，能够更准确更好的起到缓解电网用电高峰期负荷。
7.作为一种优选方案，步骤s1具体包括：s11.电力运营端设定需调度的负荷，根据签约用户数量计算签约用户负荷，减去签约用户负荷计算出邀约用户负荷；需调度的负荷可以通过直接设定，定期根据情况进行调节。还可以通过负荷预测，提前预测下一日负荷值，然后根据电网运行情况，减去设定的电网负荷阈值，计算出需调度的负荷。对于已经安装了智能断路器的用户视为可以调度的用户，这些用户通过签约和邀约两种形式参与电能调度，签约方式为用户与供电企业签订协议，供电企业可在设定的调度时段进行切断和送电。邀约方式为供电企业向用户的用户端发送邀约信息，邀约信息包括需要进行断闸的时间段，用户在用户端上操作，确认接收邀约，将确认信息反馈给用电企业，有供电企业在计算出的调度时段内进行切断和送电。
8.s12.电力运营端向非签约用户的用户端发送邀约信息；s13.用户端根据用户操作向电力运营端返回邀约反馈信息，判断邀约反馈信息是否为同意，将反馈信息为同意的用户确定为候选邀约用户。
9.作为一种优选方案，步骤s2具体包括：s21.获取电网和候选邀约用户过去n天的负荷历史数据，在设定的各时间点对负荷历史数据进行采集获得采样数据，时间点之间间隔
△
t分钟，对历史每天同一时间点采样数据求平均分别获得电网日平均采样数据ai和用户日平均采样数据bi，i=1、2
……
、k，k=1440/
△
t；采样数据记录形式包括时间点和对应的负荷值。对所有候选邀约用户的符合历史数据进行采集并进行分析。
10.s22.构建电网日负荷坐标系，获取电网日平均采样数据集合ai的最小值a
min
，设定电网单位负荷，如以500万kw为单位负荷，生成负荷值500万kw、1000万kw
……
，为y轴坐标值，选取小于且最接近a
min
的负荷值确定为y轴起始值， 设定单位时间，对一天时间进行划分生成若干时间点作为x轴坐标值，如以1小时为单位时间，生成24个小时为x轴坐标值，根据电网日平均采样数据ai在电网日负荷坐标系内拟合出电网日平均负荷曲线；构建用户日负荷坐标系，获取用户日平均采用数据集合bi的最小值b
min
，设定用户单元负荷，如以1kw为单位负荷，生成负荷值1kw、2kw
……
，为y轴坐标值，选取小于且最接近b
min
的负荷值确定为y轴起始值，对一天时间进行划分生成若干时间点作为x轴坐标值，根据用户日平均采样数据bi在电网日负荷坐标系内拟合出用户日平均负荷曲线。
11.作为一种优选方案，步骤s3具体包括：s31.获取坐标系与负荷曲线所围区域为用电区域，在x轴上间隔
△
t分钟对用电区域进行划分，划分出若干分时区域；坐标系x轴、y轴和负荷曲线，以及曲线末端垂直到x轴的线条，共同围成用电区域，如
△
t设置为30分钟，则在每半个小时的时间点设置一条垂线对用电区域进行划分，这样最后划分出48个分时区域。划分分时区域的数量根据需求而定，通过对
△
t时长进行设置，
△
t时长采用分钟进行设置，分钟时长优选采用能被60分钟整除的分钟时长。
12.s32.计算每个分时区域的面积，选取面积最大的分时区域记为中心分时区域；该计算面积方法采用现有技术中对于不规则形状区域计算方法。如采用单位线条对分时区域进行分割，在每根单位线条顶端用直线进行连接，形成各梯形条，对各梯形条计算面积并相加，得到近似的分时区域面积。
13.s33.以中心分时区域为中心，向两侧逐个选取分时区域，计算该分时区域与中心
分时区域的面板占比，判断面积占比是否大于a1，若是将该分时区域记为高峰分时区域，选取下一个分时区域重复面积占比判断，若否停止选取分时区域；以中心分时区域为中心，先选取相邻的分时区域，进行面积占比判断，面积占比计算方式为：（分时区域面积/中心分时区域）100%，a1为设定的百分比值，如设定a1为85%。在面积占比大于a1时，将该分时区域记为高峰分时区域，然后选取该分时区域相邻的分时区域进行上述的面积占比判断，如此重复直到选取的分时区域面积占比小于a1，则停止选取。
14.s34.将获取的高峰分时区域和中心分时区域合并作为高峰区域，高峰区域对应的时段为高峰时段，由此分别获取电网负荷高峰时段和各用户负荷高峰时段。根据上述方法选取的高峰分时区域和中心分时区域都是相邻连成一片的，将它们合并作为高峰区域。则通过步骤s31
‑
s34的方法在电网日平均负荷曲线和各用户日平均负荷曲线上选取出电网负荷高峰时段和各用户负荷高峰时段。
15.作为一种优选方案，步骤s4具体包括：s41.筛选出与电网负荷高峰时段相重合的用户负荷高峰时段，获取相重合时段记为重合时段；s42.判断重合时段时长是否大于a2，若是将该重合时段记为邀约时段，将邀约时段对应的用户记为邀约用户。a2为时长，如设定为2小时。将重合时段与a2进行比较即判断重合时段的重合程度，该重合程度反应了电网高峰时段内用户用电负荷情况是否贴近电网用电负荷情况，重合度越高，表示用户在电网高峰时段内用电负荷较高，用户也处于负荷高峰时段，则对该用户进行用电调度，可以切实有效的减少负荷，缓解电网高峰时段负荷压力；而重合程度低时，表示用户在电网高峰时段用电负荷较低，对于该用户实行调度减少的负荷不多，对于缓解电网高峰时段负荷压力所起作用较小。通过重合判断选择高峰时段用电负荷情况贴近电网用电负荷情况的用户，对于缓解电网高峰时段负荷压力的效果更加明显。当重合时段小于2小时，重合度较低，即表示在该时段内调度负荷较少，通过重合时段时长判断将一些调度负荷较少的用户进行排除。当重合时段时长大于2小时就记为邀约时段，而该邀约时段数据信息所对应的用户记为邀约用户。
16.作为一种优选方案，步骤s5具体包括：s51.设定优选时长；s52.在邀约时段内获取时长等于优选时长的各相邻的分时区域组，计算各分时区域组的面积；分时区域组即符合优选时长的组合在一起的分时区域，这些分时区域相邻在一起的。
17.s53.选出其中面积最大的分时区域组，将该分时区域组对应的时间段记为该邀约用户的调度时段，审查用户动态调度指令。
18.另外，获取所有邀约用户，按照每个邀约用户调控1kw进行计算，获得实际邀约电负荷，将实际邀约用电负荷与设定邀约用电负荷比较，若大于设定邀约用电负荷，则可以根据分时区域组的面积大小进行排序，面积由高到低选取邀约用户，对选取的邀约用户进行电能调度控制。若小于设定邀约用电负荷，可以通过调整a2值来增加邀约用户数量。
19.一种基于需求侧管理的电能调控系统，包括通过无线网络相连接的用户端、电力运营端和电能控制端，电能控制端，包括集中器、若干用户电能采集器和若干用户户内控制电器通断的
智能断路器，集中器与电力运营端通信连接，集中器分别与各采集器连接，采集器分别与用户户内各智能断路器相连，集中器接收电力运营端调度指令，通过电力线路发送给对应用户电能采集器，由电能采集器发送给对应的智能断路器；用户端，接收电力运营端的调度信息或邀约信息，接收到邀约信息后根据用户操作向电能控制端返回邀约反馈信息；电力运营端，分配需要进行电能调度的用户，根据电网日平均负荷曲线和用户日平均负荷曲线分析电网和用户的用电高峰期时段，获取电网和用户的负荷高峰时段重合度高的用户，在用户重合的负荷高峰时段内选取优选时长内用电最多的时段，作为该用户电能调度时段，将调度时段转换成指令下发给对应用户的智能断路器进行电能调度。
20.本发明电力运营端在用电高峰时发送指令控制用户智能断路器在响应时间内进行断开，调动用户的闲置负荷，释放灵活用电负荷，增强电网度峰能力，大大缓解用电高峰时期负荷压力，达到削峰填谷，节能减排，提升设备利用率，减少输配电基建投入的效果。本发明基于电力载波通讯技术，通过电力线宽带载波通道接收指令实现对末端电路的智能断路器的管理，只需将用户电器原有的断路器换成智能断路器，无需对设备进行大改造，对用户实现了精准的负荷远程自动控制。由于大多用户日负荷曲线与电网日负荷曲线匹配度较高，峰值负荷时段重合较多，本发明中根据电网日平均负荷曲线和用户日平均负荷曲线分析电网和用户的用电高峰期时段，获取电网和用户的负荷高峰时段时长重合较多的用户，这部分用户用电峰值负荷与电网峰值负荷重合较多，筛选出这部分用户在用电高峰期进行分闸控制，能够更准确更好的缓解电网用电高峰期负荷。参与电能调度的用户为与国网签订过协议或是接收邀约的用户。
21.因此，本发明的优点是：实现了精准实时对低压需求侧的符合管理。
22.在用电高峰时发送指令控制用户智能断路器在响应时间内进行断开，调动用户的闲置负荷，释放灵活用电负荷，增强电网度峰能力，大大缓解用电高峰时期负荷压力，达到削峰填谷，节能减排，提升设备利用率，减少输配电基建投入的效果。
23.根据电网日平均负荷曲线和用户日平均负荷曲线分析电网和用户的用电高峰期时段，获取电网和用户的负荷高峰时段重合多的用户，这部分用户用电峰值负荷与电网峰值负荷重合较多，筛选出这部分用户在用电高峰期进行分闸控制，能够更准确更好的缓解电网用电高峰期负荷。
24.利用载波通讯技术接收指令实现对末端电路的智能断路器的管理，只需将用户电器原有的断路器换成智能断路器，无需对设备进行大改造，对用户实现了精准的负荷远程自动控制。
附图说明
25.图1是本发明的一种结构框示图；图2是实施例中生成的电网日负荷曲线图；图3是实施例中生成的用户日负荷曲线图；图4是实施例中获取电网负荷高峰时段的示意图；图5是实施例中获取用户负荷高峰时段的示意图。
[0026]1‑
用户端
ꢀꢀ2‑
电力运营端
ꢀꢀ3‑
电能控制端
ꢀꢀ4‑
集中器
ꢀꢀ5‑
电能采集器
ꢀꢀ6‑
智能短路器。
具体实施方式
[0027]
下面通过实施例，并结合附图，对本发明的技术方案作进一步具体的说明。
[0028]
实施例：本实施例一种基于需求侧管理的电能调控系统，如图1所示，包括通过无线网络相连接的用户端1、电力运营端2和电能控制端3，电能控制端包括集中器4、若干用户电能采集器5和若干用户户内控制电器通断的智能断路器6。集中器与电力运营端通过无线网络相连，集中器分别与每户采集器通过电力传输线路相连接，采集器分通过电力传输线路与户内各智能断路器相连，智能断路器连接需要进行调控的电器插座或电器线路。
[0029]
集中器接收电力运营端调度指令，通过电力线路发送给对应用户电能采集器，由电能采集器发送给对应的智能断路器；用户端，接收电力运营端的调度信息或邀约信息，接收到邀约信息后根据用户操作向电能控制端返回邀约反馈信息；电力运营端，分配需要进行电能调度的用户，根据电网日平均负荷曲线和用户日平均负荷曲线分析电网和用户的用电高峰期时段，获取电网和用户的负荷高峰时段重合度高的用户，在用户重合的负荷高峰时段内选取优选时长内用电最多的时段，作为该用户电能调度时段，将调度时段转换成指令下发给对应用户的智能断路器进行电能调度。
[0030]
电力运营端在用电高峰时发送指令控制用户智能断路器在响应时间内进行断开，调动用户的闲置负荷，释放灵活用电负荷，增强电网度峰能力，大大缓解用电高峰时期负荷压力，达到削峰填谷，节能减排，提升设备利用率，减少输配电基建投入的效果。
[0031]
低压用户基数庞大，调动低压用户的闲置负荷，通过低压需求侧响应，让千家万户参与到多高弹电网建设，唤醒“沉睡的资源”，为全方位向能源互联网演进，贡献巨大产品价值，对推动多元融合高弹性电网的建设和发展具有极为重要的现实意义。
[0032]
全省范围内现有低压用户2000余万，低压用户的响应潜力巨大，用户通过网上国网app具有邀约和签约两种模式参与电能调动，让低压用户自发参与响应，让出一部分非重要用电负荷（闲置负荷）。
[0033]
参与电能调度的用户用智能断路器代替原来的普通断路器，入户电力线接入智能断路器后，通过电力线宽带载波通讯（hplc）自动实现与电力运营端的互联互通（与自动搜表原理相同，集中器自动搜索智能断路器资产编号并与电力运营端通讯，建立智能断路器的档案，自动匹配到户号下）。签约方式为用户与供电企业签订协议，供电企业可在设定的调度时段进行切断和送电。邀约方式为供电企业向用户的用户端发送邀约信息，邀约信息包括需要进行断闸的时间段，用户在用户端上操作，确认接收邀约，将确认信息反馈给用电企业，由供电企业在计算出的调度时段内进行切断和送电。
[0034]
浙江目前全社会最高用电负荷9628万千瓦，按照每个低压用户响应1kw进行计算，在响应期间内，理论上能形成2000多万kw的需求响应能力，约占全省最高负荷的20%，可大大缓解用电高峰时期负荷压力，达到削峰填谷，节能减排效果。低压需求侧智能开关唤醒了“沉睡的资源”，为建设多高弹电网，全方位向能源互联网演进，贡献巨大产品价值。
[0035]
一种基于需求侧管理的电能调控方法，包括以下步骤：s1. 电力运营端设定需调度的负荷，负荷包括签约用户负荷和邀约用户负荷，通过邀约确定候选邀约用户；具体包括：s11.电力运营端设定需调度的负荷，根据签约用户数量计算签约用户负荷，减去签约用户负荷计算出邀约用户负荷；需调度的负荷可以通过直接设定，定期根据情况进行调节，例如根据电位用电负荷情况设定需调度的符合为1000万kw。还可以通过负荷预测，提前预测下一日用电负荷，然后根据电网运行情况，减去设定的电网负荷阈值，计算出需调度的负荷。本实施例假设全省2000万户低压用户安装了智能断路器，进行负荷总量统计，即响应池内可以参与调度的负荷总量，响应池内负荷总量包括签约用户负荷和邀约用户负荷，例如总共2000万kw，签约用户为500万户，签约用户负荷为500万kw，需要邀约的为1500万kw。本实施例采用设定需调度的负荷为1000万kw，根据上述假设，减去已经签约用户负荷500万kw，还剩500万kw需要通过进行邀约。
[0036]
s12.电力运营端向非签约用户的用户端发送邀约信息；其中非限于用户即剩下的1500万户用户。用户端可以为安装有国网app的手机。
[0037]
s13.用户在收到邀约信息后，该邀约信息包括要进行调度的调度时段信息，用户选择接受或拒绝。用户端根据用户操作向电力运营端返回邀约反馈信息，电力运营端判断邀约反馈信息是否为同意，将反馈信息为同意的用户确定为候选邀约用户。
[0038]
s2.获取电网和候选邀约用户的历史每日负荷数据，分别拟合出电网日平均负荷曲线和各用户日平均负荷曲线；具体过程包括：s21.获取电网和候选邀约用户过去n天的负荷历史数据，本实施例采用过去30天的负荷历史数据。在设定的各时间点对负荷历史数据进行采集获得采样数据，时间点之间间隔
△
t分钟，
△
t为20分钟。对历史每天同一时间点采样数据求平均分别获得电网日平均采样数据ai和用户日平均采样数据bi，i=1、2
……
、72；采样数据记录形式包括时间点和对应的负荷值。
[0039]
s22.构建电网日负荷坐标系，获取电网日平均采样数据集合ai的最小值a
min
，设定电网单位负荷，生成若干负荷值作为y轴坐标值，选取小于且最接近a
min
的负荷值确定为y轴起始值， 设定单位时间，对一天时间进行划分生成若干时间点作为x轴坐标值，根据电网日平均采样数据ai在电网日负荷坐标系内拟合出电网日平均负荷曲线；如图2所示电网负荷曲线图，以500万kw为单位负荷，生成负荷值500万kw、1000万kw
……
，其最小值a
min
位于4500万kw和5000万kw之间，则选取4500万kw为y轴起始值。以1小时为单位时间，生成时间点1、2
……
24为x轴坐标值。然后构建电网日负荷坐标系，根据电网日平均采样数据ai在电网日负荷坐标系内拟合出电网日平均负荷曲线。
[0040]
构建用户日负荷坐标系，获取用户日平均采用数据集合bi的最小值b
min
，设定用户单元负荷，生成若干负荷值作为y轴坐标值，选取小于且最接近b
min
的负荷值确定为y轴起始值，对一天时间进行划分生成若干时间点作为x轴坐标值，根据用户日平均采样数据bi在电网日负荷坐标系内拟合出用户日平均负荷曲线。如图3所示以1kw为单位负荷，生成负荷值1kw、2kw
……
，其最小值b
min
位于0和1kw之间，则0为y轴起始值，同样以1小时为单位时间，生成时间点1、2
……
24为x轴坐标值。然后构建用户日负荷坐标系，根据用户日平均采样数据bi在电网日负荷坐标系内拟合出用户日平均负荷曲线。
[0041]
s3.根据面积比分别获取电网负荷高峰时段和各用户负荷高峰时段；具体过程包括：s31.获取坐标系与负荷曲线所围区域为用电区域，在x轴上间隔
△
t分钟对用电区域进行划分，划分出若干分时区域；如图4所示，选取电网日平均负荷曲线在坐标系内的用电区域，根据坐标系x轴、y轴、负荷曲线，以及曲线末端垂直到x轴的线条所围成的区域作为用电区域。
△
t设置为30分钟，则在每半个小时的时间点设置一条垂线对用电区域进行划分，这样划分出48个分时区域。
[0042]
s32.计算每个分时区域的面积，选取面积最大的分时区域记为中心分时区域；计算面积方法采用现有技术中对于不规则形状区域计算方法。如采用单位线条对分时区域进行分割，在每根单位线条顶端用直线进行连接，形成各梯形条，对各梯形条计算面积并相加，得到近似的分时区域面积。
[0043]
s33.以中心分时区域为中心，向两侧逐个选取分时区域，计算该分时区域与中心分时区域的面板占比，判断面积占比是否大于a1，若是将该分时区域记为高峰分时区域，选取下一个分时区域重复面积占比判断，若否停止选取分时区域；以中心分时区域为中心，先选取相邻的分时区域，进行面积占比判断，面积占比计算方式为：（分时区域面积/中心分时区域）*100%，a1为设定的百分比值，本实施例中设定a1为85%。在面积占比大于a1时，将该分时区域记为高峰分时区域，然后选取该分时区域相邻的分时区域进行上述的面积占比判断，如此重复直到选取的分时区域面积占比小于a1，则停止选取。
[0044]
s34.将获取的高峰分时区域和中心分时区域合并作为高峰区域，高峰区域对应的时段为高峰时段，由此分别获取电网负荷高峰时段和各用户负荷高峰时段。如图4所示，图中阴影部分为高峰区域，则获得其对应的高峰时段为18:30
‑
22:00。图5所示，同样根据上述步骤在用户日平均负荷曲线上获得为高峰时段为18:30
‑
21:30。
[0045]
s4.比较电网负荷高峰时段和各用户负荷高峰时段，获取相重合的重合时段，筛选出符合要求的重合时段记为邀约时段，将邀约时段对应的用户记为邀约用户；具体包括：s41.筛选出与电网负荷高峰时段相重合的用户负荷高峰时段，获取相重合时段记为重合时段；根据上述例子，获得重合时段为18:30
‑
21:30，本例子中电网负荷高峰时段完全覆盖了用户负荷高峰时段，当然也存在相错重合的情况。
[0046]
s42.判断重合时段时长是否大于a2，若是将该重合时段记为邀约时段，将邀约时段对应的用户记为邀约用户。对用户电能调度至少需要两个小时，a2设置为2小时，通过比较选取其中时长大于等于2小时的重合时段作为邀约时段，然后将对应的用户记为邀约用户。重复上述过程，从候选邀约用户中选出所有邀约用户。
[0047]
在邀约时段中选取优选时长内用电最多时段作为该邀约用户的调度时段，生成用户动态调度指令；获取的邀约时段很多大于2小时，而电能调度过程中只需要2小时，因此需要从邀约时段中选取用电最多的2小时。具体过程包括：s51.设定优选时长；优选时长设定为2小时。
[0048]
s52.在邀约时段内获取时长等于优选时长的各相邻的分时区域组，计算各分时区域组的面积；通过面积来比较用电量，面积越大表示用电越多，根据优选时长，计算相邻在一起的四个分时区域构成的分时区域组的面积，获取其中面积最大的分时区域组。
[0049]
s53.选出其中面积最大的分时区域组，将该分时区域组对应的时间段记为该邀约
用户的调度时段，生成用户动态调度指令。本例子中获取19:00
‑
21:00时段内分时区域组面积最大，对应的时段为19:00
‑
21:00，将该时段作为对应邀约用户的调度时间。
[0050]
s6.根据固定时段生成固定调度指令，向签约用户智能断路器发送固定调度指令，向邀约用户智能断路器发送动态调度指令。其中固定时段即预先在电网高峰时段内设定一个时段，如本实施例选取18点到20点，每天在固定的时间对签约用户进行调度。
[0051]
本文中所描述的具体实施例仅仅是对本发明精神作举例说明。本发明所属技术领域的技术人员可以对所描述的具体实施例做各种各样的修改或补充或采用类似的方式替代，但并不会偏离本发明的精神或者超越所附权利要求书所定义的范围。
[0052]
尽管本文较多地使用了用户端、电力运营端、电能控制端、集中器、电能采集器等术语，但并不排除使用其它术语的可能性。使用这些术语仅仅是为了更方便地描述和解释本发明的本质；把它们解释成任何一种附加的限制都是与本发明精神相违背的。