智能电力控制

智能电力控制（精选10篇）

智能电力控制 篇1

随着电气化和自动化水平的提高, 电力系统自动化智能控制也在不断的发展着。其中, 模糊技术、神经网络和专家系统等智能技术的发展, 使智能控制技术更先进的、新的发展空间。在电力系统中, 能够充分运用现代控制理论, 已经逐渐发展成令人关注的的活跃的分支。

一、模糊技术在电力系统中的自动化控制中的应用

将经典集合理论模糊化是“模糊理论” (FT) , 它是一个经典集合论。

模糊语言变量, 模糊逻辑和模糊推理, 是有完整的推理系统的智能技术。模糊控制是一种切实可行的方法, 控制的模拟模糊推理和决策过程。它的原理是根据已知规则的控制和数据, 由模糊输入量推导出模糊控制输出主要包括模糊化、模糊推理与模糊判决三部分。根据这三个部分的分析, 做出正确的决策。

随着科技的进步和社会的不断发展, 进而模糊控制理论也在随之改进, 日益突出的模糊控制的优点, 并且已被广泛认可。模糊理论在电力系统中的应用越来越多, 显示了模糊理论在解决电力系统问题上未来的发展潜能。在国外的成功案例中也不断在使用这一控制技术。例如, 在爱尔兰的国家调度中心, 研究用模糊控制的方法描述调度员的负荷预测方法, 并且取得了令人满意的效果。

模糊控制理论的应用非常广泛, 在家用电器中也显示出优越性, 例如我们日常所用的电热炉、电风扇等电器。建立模型来实现控制是现代比较先进的方法, 但建立常规的数学模型, 有时十分困难, 而建立模糊关系模型十分简易, 实践证明它有巨大的优越性。

在应用控制中, 大多依据模型来进行, 并且这一方法已经渐渐的被广泛接受。模型有简单的也有复杂的。一般线性模型为简单模型, 但是实际应用中大多为复杂的非线性系统。在模拟非线性过程中, 模糊关系模型 (FRM) 是一个简单而有效的方法, 仍然只是“次优”方法。模糊关系模型来直接描述的输入和输出之间的关系, 单输出系统是容易实现的, 但实现多输出系统仍然是困难的。如果要为了克服这些缺点, 要与其他人工智能技术和模糊理论相结合, 并且在实际应用中取得良好的效果。

二、专家系统在电力系统中的自动化控制中的应用

由于专家系统 (ES) 是较早的人工智能技术发展, 也比较成熟的一类。专家系统的知识基础和特殊领域的知识和推理的推理引擎, 它是根据一个领域的专家, 来模拟人类专家的决策过程, 为客户提供专家级的答案。到目前为止, 大多数的电力系统的运行和控制, 是由自动化技术经验丰富的调度人员完成。一方面是由于传统的数值方法启发式推理能力的缺乏, 但也可以不是必要的知识, 数学模型和状态量的积累, 在另一方面, 对电力系统的复杂性是很难获得, 一个简单的数值的方法是难以满足要求的电力系统。

专家系统正处在投入试运行或进入实用推广阶段, 在实际个工程控制运用正在日渐成熟。如果想取得了更良好的效果, 还需要进一步的研究和探索一下问题:

1) 如果当系统规模较大、规则较多时, 那么完成推理速度是受到时间限制的, 不能很快的解决问题。到目前为止, 大多数现有的专家系统离线或在线解决。但是刚刚起步的并且是最理想化的实时控制应用, 如果得到广泛的运用, 还需要进一步的研究。

2) 有的专家系统, 缺乏一个有效的、良好的学习机制, 应该以一个适应变化的角度研究。以应对新状况况、新能力有限, 而且容错性差。

3) 大型专家系统的建立周期长, 需要很长的时间去建立系统, 并且确保系统的完整性, 同时知识获取和验证是比较难建立一个完整的知识基地维修比较困难, 这些问题必须充分考虑施工前的专家系统。

三、人工神经网络在电力系统自动化控制中的应用

人工神经网络1943年出现, (ANN) 它是一个模拟的传输和处理, 由人工模仿大量的简单的控制, 以神经元信息的人的基本特征连接而成。经历了六、七十年代的研究低潮发展到现在, 在模型结构、学习算法等方面取得了许多重大的研究成果。与ES相比有三点优势, ANN的特点是用神经元和它们之间的有向权重来隐含处理问题的知识:

首先, 人工神经网络可以把信息分布存储, 而且容错能力强;其次, 人工神经网络有很强的学习能力, 可以把知识实现自我组织, 以适应不同的信息处理的需求;还有就是, 人工神经网络计算神经元之间是相对独立性的, 以方便的并行处理, 执行速度更快。

人工神经网络的应用仍然存在一些问题, 如果想更好的运用人工神经网络就要找到它的弱点。所以人工神经网络的应用研究方向重心就要去处理如何利用人工神经网络的优点, 克服其缺点, 以达到更好的效果。如果人工神经网络理论想在电力系统自动化及控制领域的应用发展的更加广阔, 就需要更进一步的深入的研究。

四、结论

在本文介绍了电力系统自动化智能控制方法专家系统、人工神经网络、模糊理论等人工智能技术的研究与应用现状。广泛应用智能技术促进了电力系统自动化的过程。我们相信, 在人们的各种智能控制理论的进一步深入研究, 他们也将更紧密的联系, 在电力系统中, 相信它们利用各自优势和综合智能控制系统将扮演更重要的角色。

摘要：随着电气化和自动化水平的提高, 电力系统越来越迅速地从数量和质量两个方面的变化, 现代高科技也越来越多的交叉渗透的发展。在中国电力系统应用, 是碧口水电站100MW机组上最优励磁控制的实现揭开了现代控制理论的序幕。本文一般了描述现代电力系统, 将带来革命性影响的前沿研究课题-人工智能控制, 研究现状和发展趋势的重要性。

关键词：电力,系统,智能控制,工业自动化

参考文献

[1]肖成刚.浅论电力系统控制方法[J].宁夏电力, 2003.

[2]杨正瓴.21世纪的电力系统控制[J].宁夏电力, 1999.

[3]姚建国, 杨胜春, 高宗和, 杨志宏.电网调度自动化系统发展趋势展望[J].电力系统自动化, 2007.

[4]刘进升.智能控制方法在电力系统自动化中的应用.科技创新导报.

智能电力控制 篇2

关键词：智能插座 集中器 电力线载波 智能家电控制

中图分类号：TU855 文献标识码：A 文章编号：1007-3973（2012）010-034-02

1 基于电力线载波的智能家电控制系统的应用背景

作为重要的能源基础产业，电力工业对节能减排、绿色能源、可持续发展的实现承担着重要责任和义务。近年来随着智能电网走上历史舞台，智能家电控制将成为未来家居发展的主流。与传统家居相比，拥有智能家电控制系统的新式家居会给人们带来更多的生活享受。它不仅能提供舒适宜人、安全环保的家庭生活空间，而且使家用电器由原本的被动结构转变为具有安全意识的主动个体，提供多角度的信息交换功能，实现家居内部与外部畅通的信息交流。在节能减排的前提下，智能家电控制系统的实现需要较少的经济投入，符合大众人群的经济水平要求。

电力线载波通信（Power Line Communication）是指利用中、低压电力线作为通信介质，实现数据、语音、图像等综合业务传输的通信技术。利用电力线载波通信实现智能家居的网络化控制无需架线，不破坏住宅结构；同时，具有价格低廉、线路遍布整个住宅、连接方便的优势，能够通过电力线将整个家庭中的用电器与智能集中器联为一体，在室内设备之间构建可自由交换信息的局域网，使人们可以通过网络来控制家里的用电设备，成为智能家居走进寻常百姓家的基础。

2 智能家电控制系统的构成

智能家电控制系统的硬件系统由智能插座，集中器，手机终端三部分组成。以电力线载波作为信息传输介质，智能插座采集数据，集中器集中处理数据并发送报警信息及命令，智能插座响应命令执行相应操作。手机终端获得家庭中数据信息，通过设定的命令实现对家电的智能控制。

2.1 智能插座

对用电器进行实时电量计量，采集家庭中温度及煤气浓度；将上述数据传送给智能集中器，由集中器对数据进行集中处理。该智能插座以AVR单片机为处理器，外部扩展电量计量芯片、各种传感器、串口、继电器和电力载波模块。

2.1.1 电量计量模块

电量计量模块实现电压和电流的实时监测。设计中使用ATT7022B三相电能专用计量芯片。该芯片集成了七路二阶sigma-delta ADC，其中三路用于三相电压采样，三路用于三相电流采样，还有一路可用于零线电流或其他防窃电参数的采样，输出采样数据和有效值，使用方便，该芯片适用于三相三线和三相四线应用。系统设计中根据需要进行单相或三相的电量计量。

2.1.2 传感器

传感器的使用主要有两种：温度传感器和煤气浓度探测器。

温度传感器采用数字温度传感器DS18B20，其具有3引脚TO-92小体积封装形式；温度测量范围为-55℃～+125℃，可编程为9位～12位A/D转换精度，测温分辨率可达0.0625℃，被测温度用符号扩展的16位数字量方式串行输出，占用微处理器的端口较少，可节省大量的引线和逻辑电路。

煤气浓度探测器进口优质电化学CO专用传感器，可以检测可燃气体也可以检测有毒气体，当环境中被测气体浓度达到或者超过预置报警值时，会将空气中的气体浓度信号转化为电信号，具有精度高、准确误报率低、功耗小、稳定持久耐用等特点。

2.1.3 继电器

当智能插座检测到用电器电流出现异常，或接收到集中器的断电命令，通过继电器切断用电器的供电。继电器需要足够的电流使其正常工作，不能由普通单片机IO口直接驱动。设计中使用八路达林顿管阵列ULN2803芯片来驱动继电器。

2.1.4 电力线载波模块

电力线载波模块提供数据链路层和物理层的协议服务，负责将数字信号调制成扩频载波信号或将扩频载波信号解调为数字信号，调制后的扩频载波信号在220V交流电力线上传输。

设计中使用的LME2210电力载波芯片集电力线载波通信及CPU于一体。电力线载波通信部分采用先进的正交四载波调制与编码技术，有效对付电网干扰。支持48KHz-500KHz电力线通信专用频段，支持CENELEC-A/B/C/、ARIB及FCC波段，载波频点用户可编程。CPU部分为增强型单周期指令8051兼容内核，并带有32KB片内程序FLASH存储器及48KB RAM，可实现各种PLC通信MAC层协议，单一芯片构建完整的PLC通信节点。

2.2 集中器

收集由家庭网络中各智能插座采集得到的数据；对电量计量数据进行计算及存储，对温度及煤气浓度数据值进行判断，在各种异常情况下，智能插座发出断电操作命令；同时，将报警信息通过无线传输到住户手机中。该部分包括对电量数据的存储和对报警数据进行动作处理、显示、断电及报警，并且根据用户的按键设置对各种参数进行修改。

电路设计上以AVR单片机为主控芯片，外部扩展了矩阵键盘、串口、电力线载波模块以及手机通信模块等。部分模块内容在智能插座硬件设计中已提及。其手机通讯模块设计中采用TC35/TC35I双频900/1800MHZ高度集成的GSM短信模块。其易于集成，可在较短的时间内花费较少的成本进行产品开发。该模块可以实现集中器中对用户进行报警信息的传送。

3 软件系统实现

智能插座软件程序首先初始化，自身修订ID号，实现与集中器的正确ID对应，等待接收集中器的命令对其作出响应；检测传感器传来的数据，判断是否存在异常情况，进而决定是否向集中器进行报警信号的传送。

集中器上电加载ID及用户设置数据，定时对智能插座进行用电状态检测；接收智能插座传送过来的报警信号，随后向智能插座发送命令对用电器实行断电操作，同时，向用户发送报警信息。

4 现场应用

由于现有市面所售的各类家用电器（例如：冰箱、电视、空调、洗衣机及微波炉等）并不支持电力线载波传输，为了让现有的家用电器支持电力线载波通讯，设计中包含了内部带有电力线载波模块的智能插座，使其可以有效地控制电器的工作状态，并通过计量芯片可以得到其使用电能的数据，同时利用传感器可以检测到一些必要的报警信息。这样通过电力线发送到集中器，并从电力线接收集中器发来的控制命令，对其实现实时控制。系统研制成功后，在实验室对其进行了技术和功能测试，用户可以通过集中器液晶部分察看监控软件界面。测试结果表明，系统运行稳定，达到了较好的实时监控效果。本设计中集中器利用电力线来监控整个家庭中的各类主要电器设备，同时借助手机通讯模块实现家庭外部对内部电器的控制操作，避免了有线通信方式的额外布线，也解决了无线信号穿透墙壁是严重衰减的缺点，具有良好的实用价值。

5 结束语

本文立足于实际，以电力线和无线网络为通信载体，实现电器电量实时计量、电器设備状态监测、家庭安防和报警等功能。该系统是电子、通信、电力等技术结合的产物，适应了智能电网发展趋势，是一种有效的智能家居实现方式。

参考文献：

[1] 李鸿.几种智能家居网络控制系统方案的分析与比较[J].现代电子技术，2010（3）：143-146.

[2] 花铁森.智能家居系统核心技术探讨[J].智能建筑电气技术，2009（1）：92-98.

[3] 曹建刚，王鸣.基于嵌入式系统的智能家居网络实现[J].安徽工程科技学院学报，2006，21（4）：43-47.

[4] 仲元昌，刘勇，李飞，等.电力线载波通信的远程控制系统[J].重庆大学学报，2010，33（2）：47-50.

[5] 崔娟，李平周，孙磊，等.基于ATT7022B高精度智能电表设计[J].电子科技，2010，23（2）：46-48.

智能电力控制 篇3

为满足电力峰荷需求,需要大量备用电能,这将造成非峰荷时段资源的浪费。此外,分布式电源可能存在的反调峰特性以及电动汽车集中并网[1]聚合效应等可能对平滑负荷曲线造成一定影响。智能用电双向交互技术[2]可指导用户合理用电,有效调节电网负荷峰谷差,从而提高电能利用率及电网运行效率[3]。

为改善电网负荷曲线,传统的需求响应(DR)主要针对工商业等大型电力用户展开[4,5],针对居民用户主要采用拉闸限电的调峰策略,用电方式较为被动。智能电网环境下,智能终端设备的接入、电力通信技术的发展以及高级量测架构的建设[6,7,8],促进了智能用电双向交互技术的发展,双向交互为居民参与自动DR、实现智能用电提供了技术基础。智能用电双向交互技术充分考虑了居民用电的自主性、差异性特征,可为用户提供智能化、多样化、便利化服务,同时又可实现电力公司对居民用电的有效管理与控制[9]。居民用户中智能可控负荷比例的不断增加[10],为采用新型负荷控制手段主动响应电网需求提供了可能。

结合智能电网及电力DR技术,国内外学者对智能小区用电[11,12]、用户侧能量管理[13,14,15]、负荷建模及控制技术[16,17,18]、发用电互动调度[19,20]等展开了相关研究。文献[21]结合智能电网关键技术,对智能小区配用电建设进行了探讨,着重从概念、理论入手,并未涉及具体技术的实现方法;文献[22]从节能与转移负荷的角度,提出了用户侧能量管理系统(U-EMS)的软硬件设计及实施方案,但该系统未实现与电网间的通信,所控负荷不能参与电力DR;文献[23-24]针对居民用户,提出了家庭能量管理系统,实现了对不同家电进行管理以参与电力DR,然而其控制过程未考虑家电实时状态的变化,且过多的用户输入也降低了其友好性。

本文基于智能用电双向交互技术,针对居民用户参与DR,在满足用电要求的基础上,以尽量满足用户舒适度为目标,提出了智能家电管理(home appliances management,HAM)控制方案。分析了不同类型家电在改善负荷曲线中的作用。

1 智能HAM控制系统

居民用电时间及专业知识的限制对其参与DR造成了不便,智能HAM可实现DR自动控制,同时尽量不影响居民正常生活。据统计,居民可控负荷约占总负荷的60%,其中主要有空调、热水器及电动汽车3类[10]。本文基于文献[19]家电负荷模型进行研究,且仅考虑上述3类负荷。

智能HAM系统包括家电控制器、通信模块、控制主机等,系统结构如图1所示。

图1中,该系统采用基于智能电网的通信技术,与小区电力控制中心、小区控制中心与电网控制中心间都可进行双向通信。

智能家电控制器位于被控家电端,包括数据采集处理模块、控制模块及通信模块。其功能如下。

1)数据采集及处理,实时采集被控家电运行状态信息,并进行数据处理。

2)控制功能,针对不同的家电实现通断电控制。

3)通信功能,可与控制主机进行双向通信。一方面,将实时采集的家电状态数据传送至控制主机;另一方面,可接收控制主机下发的各项家电控制命令。

为实现电网削峰填谷或其他负荷控制目的,小区电力控制中心接收电网控制中心命令,并根据不同用户用电特性向用户控制主机下发DR命令;控制主机接收到DR信号后,对比分析实时家电数据,当总用电功率高于DR用电要求时,执行算法做出负荷控制决策。此外,用户可通过控制主机的人机交互界面,预先对被控家电进行负荷需求设定,提高用户参与DR的主动性。

2 智能HAM控制算法

2.1 负荷模型分类

家电可分为重要负荷与可控负荷2类。重要负荷如电炉、照明类家电等,其断电会给用户生活造成较大影响,因此不参与DR控制;可控负荷如空调、电动汽车等,用电时间及规律较为稳定,且其短时间断电几乎不影响居民正常生活,便于参与DR控制。

本文研究的被控负荷有空调、热水器和电动汽车3类。根据用电特点,在DR中其作用可分为2类:一是削减负荷,如空调断电时,由于不具备储能特点,再次通电后达到舒适度范围时其耗电量将减少;二是转移负荷,如热水器和电动汽车,由于能够储能,再次通电达到舒适度设定时,其总体耗电量基本不变。

2.2 智能家电控制模型

被控家电的通断电状态与家电舒适度有关,同时家电舒适度又受其功率影响。本文所述家电模型数据采样周期为1 min。对于每种被控家电,用户可预先进行负荷需求设定。在满足DR用电要求的前提下,为实现智能家电合理控制,本文提出了家电舒适度指数KAPP来表征家电实时状态,其计算公式如下:

由式(1)可知,舒适度指数越大,说明用户满意度越低,相应家电用电优先级越高,而其参与DR的优先级则越低。KAPP已经过标幺化处理,可作为所有被控家电的典型状态参数进行比较处理。

2.2.1 空调

假定空调工作于制冷模式,空调运行状态与室温设定有关。当室温高于最高值时,空调通电;低于最低值时,空调断电;处于设定范围内时,空调保持原来状态。其控制模型及其舒适度指数KAC,t计算如下:

式中:SAC,t为t时段空调的工作状态(值为0表示断电,值为1 表示通电);TAC,s为最低室温设定值;ΔTAC为室温设定范围;TAC,t为t时段室温。

KAC,t为标幺化后当前室温与最低设定值之差,室温越高,舒适度指数KAC,t越大,用户的满意度越低,因此其用电优先级越高。DR期间,根据空调优先级控制其通断电状态。

2.2.2 热水器

热水器运行状态与水温设定有关。当水温高于最高温度TWH,s时,热水器断电;低于最低温度时,热水器通电;处于设定范围内时,热水器保持原来状态。热水器控制模型及其舒适度指数KWH,t如下:

式中:SWH,t为t时段热水器工作状态(值为0表示断电,值为1 表示通电);TWH,s为最高水温设定值;ΔTWH为水温设定范围;TWH,t为t时段水温。

KWH,t为标幺化后当前水温与最高设定值之差,水温越低,舒适度指数KWH,t越大,用户满意度越低,因此其用电优先级越高。DR期间,根据热水器优先级控制其通断电状态。

2.2.3 电动汽车

假设电动汽车为即插即充式。根据其充电特点,其负荷需求设定为:规定时刻前电动汽车应达到满充。如假设从21:00开始充电,设定为次日04:00达到满充。式(6)表示电动汽车控制模型;电动汽车的舒适度指数计算方式与空调、热水器不同。规定,当预计电动汽车在规定时间前不能完成充电时,其舒适度指数趋于无穷大;反之,若可以完成充电,则该指数为0。

式中:SEV,t为t时段电动汽车状态(值为0 表示断电,值为1表示通电);Qt为t时段电动汽车的电量;Qmax为电池荷电状态(SOC)最大值;Qmin,t为t时段电池SOC最小值。

KEV,t趋于无穷大时,表明电动汽车不能在规定时间前完成充电,此时可将其用电优先级设为最高。DR期间,根据电动汽车优先级控制其通断电状态。

2.3 家电动态优先级

为实现合理的家电控制,需对家电优先级进行设定,本文所提优先级均指家电用电优先级。优先级最低的家电最先参与DR控制。文献[24]提出由用户预先设定家电优先级,控制主机据此执行控制算法。然而,该方案不能体现家电状态实时变化,且过多的用户输入也给实际应用造成了不便。

鉴于此,本文提出了家电动态优先级K,K可随家电状态实时变化。对于每种家电,舒适度指数KAPP越大,说明用户满意度越低,则其动态优先级越高。因此,可以用舒适度指数KAPP来表征家电动态优先级K。K值计算如下。

式中:为小于x的最小整数;N(x)为x的排序函数;KAPP0(t)为t时段K的采样值。

先对KAPP以n min为采样周期得到KAPP0,再对3种家电KAPP0排序并将其划分为1,2,3等级,其中3表示优先级最高。分析可知:当n=1时,每分钟更新1次K值,可能造成家电通断电状态的频繁变化,影响家电正常工作;当n较大时,K值的更新周期较长,该动态优先级有一定滞后性,将影响用户舒适度。因此,合理选择n值可防止家电运行状态频繁变化,同时保证控制的实时性。

2.4 控制算法

控制主机接收到DR信息后,执行控制算法,作出智能家电响应决策。算法目标是:DR期间,在满足用电要求的前提下,按照家电动态优先级K由低到高执行控制决策,尽量满足用户舒适度需求。具体流程如图2所示。图中:P1为被控家电总功率;P2为DR给定功率限制;i为算例模型。

步骤1:当P1>P2时,根据家电数据进行KAPP和K的计算排序。

步骤2:按照动态优先级由低到高顺序,若该家电为通电状态,则令其断电并更新P1,然后重复步骤1;否则,若该家电处于断电状态,则判定较高优先级家电状态并进行决策;直至P1

步骤3:根据2.2节中家电工作状态模型更新所有家电功率状态,进入下一轮控制过程。

3 智能HAM控制方案

本文的智能HAM控制方案如下。

1)在接收到电网控制中心DR命令后,小区控制中心根据不同居民用电特点,向用户控制主机下发DR信息,包括DR时间、用电功率要求等。

2)用户通过控制主机设置被控家电舒适度,同时控制主机接收家电控制器上送的家电状态信息。

3)控制主机进行数据处理,包括计算被控家电的KAPP和K;比较P1与P2大小,执行控制算法,作出控制决策。

4)控制主机向家电智能控制器下发决策命令,智能控制器动作完成通断电控制。

4 算例分析

4.1 算例参数

算例中,被控负荷功率及负荷需求设定如表1所示。

电动汽车初始充电时间可人为设定,电池SOC初始值Q0=10%,完成充电时Qmax=90%。额定功率下,6h可完成充电;由于22:00左右,居民热水用量较大,因此水温下降较快。给定DR用电功率PDR=6kW,响应时段为20:00—00:00。

4.2 算例仿真

4.2.1 算例1

K更新周期n为1 min,电动汽车从17:00 开始充电。采用所提负荷控制方案后,负荷工作状态仿真结果见图3,家电动态优先级K见图4。

由图3和图4可知,17:00开始,水温处于设定范围内,此时热水器不耗电;DR期间,20:00—22:00时段内,热水器处于断电状态,此时空调动态优先级最高,因此空调与电动汽车交替工作;22:00—23:30时段内,水温下降,热水器动态优先级升高,因此热水器通电工作,空调断电;之后,热水器与空调根据动态优先级交替工作;DR结束后,电动汽车持续充电,直至次日凌晨约01:40满充。

22:00—00:00时段内,空调与热水器舒适度指数十分接近,导致两种家电通断电状态频繁切换,这将对家电正常运行造成不利影响。

4.2.2 算例2

为避免开关频繁动作,设家电动态优先级每10min更新一次,电动汽车17:00开始充电。负荷工作状态仿真结果见图5,家电动态优先级见图6。

由图5和图6可知,所有家电起始工作状态与算例1相同;22:00—00:00时段内,热水器与空调动态优先级随其状态不断变化,不再出现通断电状态的频繁切换,控制结果较算例1更为理想;由于电动汽车SOC始终满足Qmin,t要求,因此其动态优先级一直最低。DR结束后电动汽车开始充电,次日01:40左右完成充电。

4.2.3 算例3

设定电动汽车从21:00开始充电,动态优先级更新周期为10 min,采用负荷控制方案后,负荷工作状态仿真结果见图7,家电动态优先级见图8。

由图7和图8可知,22:30时电动汽车SOC不满足设定要求,即在次日04:00前不能满充,因此其优先级变为最高;此后电动汽车持续充电,空调与热水器断电。DR结束后,空调与热水器恢复工作并达到负荷设定要求。

4.3 仿真结果分析

4.3.1 DR前后区域负荷曲线变化

假设参与DR的用户数目为400户,可控智能负荷渗透率为50%。当参与DR的用户比例分别为100%和50%时,区域负荷曲线变化见图9。

可知,DR前,21:30—23:00为区域用电峰期,最大功率为8.8 MW;DR后,负荷曲线趋于平缓,50%用户参与DR的最大功率和100%用户参与DR最大功率分别降为7.3 MW和6.2 MW,且23:30—次日02:00谷时段用电量明显增加。随着参与DR用户比例的提高,电网区域负荷曲线移峰填谷效果更为显著。负荷峰谷差的变化有助于减少系统峰荷备用、提高电网运行的安全稳定裕度。

4.3.2 DR前后用户效益

考虑居民侧分时电价,DR控制将对用户用电量及电费产生影响。算例1中家电频繁动作不利于其正常工作,因此不考虑该方式的实际应用效果。分时电价如下[25]:09:00—23:00 时段电价0.595元/(kW·h);23:00—次日09:00 时段电价0.315元/(kW·h)。算例2中,17:00—次日04:00的被控家电耗电量、电费情况如表2所示。

由表2可知,被控负荷总耗电量基本不变。热水器工作情况发生变化,耗电量增加了0.4kW·h;空调具有负荷削减作用,耗电量减少了0.5kW·h;电动汽车起转移负荷作用,其耗电量不变。DR前后被控负荷总电费分别为25.05元和22.34元,大约减少10.82%。

算例3相应耗电量及电费情况如表3所示。被控家电总耗电量减少了1.69kW·h;考虑分时电价,DR前后被控家电总电费分别为25.05 元和17.67元,大约减少了29.46%。

综上,智能家电参与DR后,从电网运行角度,负荷曲线的移峰填谷有助于减少峰荷备用,提高电能利用率;从用户角度,分时电价实施背景下,在尽量不影响用户正常生活前提下,可显著节约电费。

5 结语

以居民用户参与电力DR为例,本文系统地介绍了智能HAM系统及其控制方案。在满足DR给定用电功率要求的前提下,提出了家电舒适度指数的概念,并根据被控负荷实时动态优先级执行用电决策。仿真结果表明以下几点。

1)随着智能可控负荷参与DR比例的提高,所提控制方案可显著改善电网负荷曲线,减少峰谷差。

2)允许用户预先设定负荷需求范围,并据此实时计算负荷动态优先级,使控制结果尽量不影响用户正常生活。

3)在考虑分时电价背景下,本文提出的控制方案可指导用户合理错峰用电,显著减少用电费用。

本文所提智能HAM方案为用户参与电网互动、实现智能用电提供了技术支撑。下一步研究将考虑电网区域控制中心与所有用户间的协调互动技术,以及HAM系统普及后,设备投资与节电效益相比所带来的经济效益、环境效益等,为HAM系统广泛应用奠定基础,也为智能用电网建设提供依据。

摘要：运用智能电力需求响应(DR)技术,有效整合用户侧电网响应潜力以提升电网运行的安全性、稳定性和经济性值得深入研究。以居民用户为例,利用智能电网双向交互能力,提出了智能家电管理(HAM)系统及其控制方案。建立了不同家电的控制模型,并根据家电运行特点提出了家电舒适度指数的概念。在满足DR用电要求并尽量满足用户舒适度的前提下,根据家电实时状态在线计算其动态优先级,并按照优先级顺序执行负荷控制决策。分析了不同家电参与DR后,对改善电网负荷曲线的作用。从电力公司与用户两方面分析了所提控制方案的控制效果。仿真结果验证了智能家电控制方案的合理性。

浅谈智能电网电力需求侧管理 篇4

关键词：智能电网 电力需求侧管理 削峰填谷 分时电价

中图分类号：TM7 文献标识码：A 文章编号：1674-098X（2014）12（c）-0162-01

传统电力需求侧管理是指用户和电力公司共同管理用电需求，以科学合理的能源利用方式，既满足用户用电需求又提高能源利用效率，最终使每个需求侧管理参与者受益的用电管理技术。智能电网相较于传统电网的优越性之一就是强化电网与用户互动、支持用户服务和需求响应。智能电网下需求侧管理能更好引导用户优化用电，提升供电企业负荷管理水平。

1 智能电网下电力需求侧管理

1.1 智能电网需求侧管理特点

与传统电网的需求侧管理相比，智能电网下的电力需求侧管理有如下特点。

1.1.1 电力和信息的双向流动

传统电网中电能是以“发、输、配、用”为核心单向传输，信息流也是从设备到监控中心单向流动，使电网的高峰和低谷负荷难以避免。智能电网采用先进通信、计算机技术使其实现了电力和信息的双向流动，使智能电网下需求侧管理能真正由供电企业与用户共同进行。供电企业通过先进的通信网络与用户及时沟通，为用户提供多种用电选择并传递给用户；用户通过智能电表获悉电能优惠、供电情况等信息后，结合自身实际情况调整用电行为，共同参与需求侧管理，极大提高用户改善用电行为的积极性。

1.1.2 电能选择多元化

随着太阳能、风能、潮汐能等多种清洁能源发电的兴起，智能电网中不同能源形势分布式电源接入也日益增多，用户可根据实际需求选择不同的电能，促进了需求侧管理工作全面开展。智能电网通过对煤电、新能源发电等进行科学合理的调度，在保证用户供电可靠性基础上，提高能源利用效率，实现经济利益最大化。

1.1.3 资源配置优化

在供电企业的引导和鼓励下，用户与供电企业共同参与需求侧管理，将所节约电能与多种能源发电进行竞争，强化电能市场属性，实现资源优化配置。

1.2 智能电网需求侧管理内容

智能电网需求侧管理涉及负荷管理、能效管理、能源替代及回收和分布式能源利用等内容，负荷管理是需求侧管理主要内容，主要表现在如下三方面。

1.2.1 消减高峰时段用电负荷

智能电网需求侧管理消减高峰时段负荷的主要措施有直接负荷控制和可中断负荷控制。直接负荷控制是在高峰负荷时调度中心通过随机甩负荷来降低峰荷，之后对被甩负荷进行经济补偿。由于该甩负荷方法是随机行为，对用户影响较大，特别是对于供电可靠性要求较高的用户，可能产生不可弥补的后果。可中断负荷控制是在高峰负荷时供电企业按照与用户签订的中断供电协议对其断电，减小对被断电用户的影响，同时保证了对重要负荷的供电，该方法得到广泛使用。随着分布式发电及储能设备的应用，可中断负荷供电可靠性也有所提高，在负荷高峰时段由储能装置等继续供电，避开用电高峰、提高了用电满意度。

1.2.2 增加低谷用电负荷

该方法适用于电网峰谷负荷变化较大的情况，通过一系列措施鼓励用户在电网负荷低谷时段增加电能使用。电动汽车等设备可在电网低谷负荷时进行充电储能，有效增加低谷负荷，既降低了用户电费又提高了供电企业收入。

1.2.3 移峰填谷

移峰填谷指通过有效的电价政策，引导用户避开用电高峰、选择低谷用电、减小峰谷差，从而起到削峰和填谷的双重作用。该方法可减少用户电费支出，优化负荷曲线，实现用户和供电企业双赢。电动车储能装置、蓄冷蓄热装置、自备供电储能装置等可用于移峰填谷。

2 峰谷分时电价

价格杠杆是实施电力需求侧管理最有效的经济手段，峰谷分时电价凭借其较强的可操作性，仍是智能电网电力需求侧管理的核心内容。

2.1 峰谷分时电价的含义

峰谷分时电价是指根据电网在每天不同时段的实际负荷情况和用户需求，将时间划分为高峰、平段、低谷三个时段，并设立与之对应的峰、平、谷电价。峰谷分时电价又可以分为工业用户、商业用户和居民用户峰谷分时电价。峰电价较高谷电价较低有利于调动用户削峰填谷、转移用电负荷和降低峰谷时段的负荷差，提高设备容量利用率和节约能源。

2.2 峰谷分时电价的数学模型

2.2.1 优化目标

实行分时电价的主要目的是为了削峰填谷，减小峰谷差，从而提高电力系统的负荷率、电力系统的运行效率和稳定性。为了便于优化比较，取优化目标为：

min（Lmax=max（L（t，ζ，Δ））

min（max（L（t，ζ，Δ）-min（L（t，ζ，Δ））

其中：t为划分时段的总数；

ζ为峰时段电价对平时段电价拉开度与谷时段电价对平时段电价拉开度的比值；

Δ为谷时段电价对平时段电价的拉开度；

L（t，ζ，Δ）为实行分时电价后，在给定ζ和Δ条件下用户的反应负荷。

2.2.2 约束条件

（1）使供电方获利：MTOU≥M0- M?

其中：MTOU为实行分时电价后供电方的销售收入，即实行分时电价后用户电费支出；M为实行分时电价后供电方通过削峰可以节约的电力建设投资；M0为实行分时电价前用户电费支出。

（2）使用户受益：MTOU≤M0

（3）用电总量不变：Lf’+Lp’+Lg’=Lf+Lp+Lg

其中Lf、Lp、Lg 分别为实施峰谷电价后峰时段、平时段和谷时段的用电量， Lf’、Lp’、Lg’分别为实施峰谷电价前峰时段、平时段和谷时段的用电量。

（4）峰谷分时电价的约束：考虑了发电成本和用户的承受能力，峰谷差的范围应为2～5倍之间，即2≤pf/pg5

其中pf和pg分别为峰时段电价和谷时段电价。

3 结语

智能电网通过应用先进的通信、传感、计量技术和计算方法，采用智能化电表、电器与用户紧密相连，有效地促进了需求侧管理全面开展。智能家居、智能楼宇、智能小区等建设及节能设备使用可大量削减电网高峰时段负荷，有效缓解供电压力并提高电能使用效率，对需求侧管理水平提升有积极作用。

参考文献

[1]梁甜甜，高赐威，王蓓蓓.智能电网下需求侧管理应用[J].电力自动化设备，2012，32（5）：81-85.

[2]赵鸿图，朱治中，于尔铿.电力市场中需求侧响应市场与需求侧响应项目研究[J].电网技术，2010，34（5）：146-153.

[3]王蓓蓓，李扬，高赐威.智能电网框架下的需求侧管理展望与思考[J].电力系统自动化，2009，33（20）：17-22.

[4]汤墨竹.智能电网电力需求侧管理系统研究[J].电力学报，2011，26（4）：322-324.

智能电力控制 篇5

电力载波通信PLC(Power Line Communication)是利用现有电力线,通过载波方式将模拟或者数字信号进行传输的技术。 电力载波在远程抄表,电力猫方面上有着广泛的应用。电力载波通信有一定的局限性,其信号受耦合方式影响比较大,比如变压器对信号有阻隔作用,以及电力线上的大功率电器对通信信号的干扰等。但是智能家居的发展,正好非常的契合电力载波的应用。电力载波通信不需要额外架设网络就可以传输信号;相对于现有的内部网络通信方式如Zig Bee通讯1,Wi-Fi通讯2,3等,电线穿墙布满房间,不受墙体阻隔,比无线通信方式可靠性更高,覆盖面更广;以家庭为中心的电力载波通信,正好不跨越变压器或者电表,并且变压器或电表正好阻隔了其他家庭的电力载波通信信号,具有良好的屏蔽效果。因此,电力载波通信在智能家居的控制系统中应用越来越广泛。

1系统设计

本文将设计了一套智能家居的控制系统,包含一个主控制器和一个终端控制器,对空调进行红外遥控,实现空调的开/关控制和温度调节,来验证电力载波通信的实用性。

控制系统采用电力线作为总线的方式,所有的智能家居设备通过电力线和主控制器进行通信,每个产品都带有自己的终端控制器4。主控制器中的主控制电路接收外部通讯信息,并将信息发送给电力载波模块。电力载波模块将通讯信息调制到电力线上发送出去。终端家居产品中的电力载波模块将收到的通讯信息发送给终端控制电路,终端控制电路对收到的数据进行判断,分析是否是本模块命令,如果是,则执行相应的操作;如果不是,则不执行,保持当前状态。控制系统框图见图1。

2硬件设计

2.1电力载波模块

国内常见 的电力载 波芯片有SCG- THOMSIN公司的ST7536、Echelon公司的PLT-22,Intellon公司的SSCP300等5,也有提供专门的电力载波通讯模块的,如本设计使用的是国内厂家四川科强公司生产的电力载波数据收发模块KQ-130F。 KQ130F模块可以直接连接220V交流电使用,抑制能力≥60d B,接收灵敏度≤1m V,工作频率在120~135KHz。KQ130F模块供电电源为+5V供电,接收≤11m A,发送时≤300m A。KQ-130与处理器之间采用UART通信方式,接口简单常见,使用起来非常方便,UART的接口波特率为9600bps,TTL电平,可以直接和控制器的UART接口连接。KQ-130F一帧连续发送长度≤252个字节,字节长度从1到252可以用户自定义,模块不会发送多余的数据,对于用户定义通讯的接口十分方便。KQ-130F可以自定义工作模式,也可以默认设定为透明工作模式6。本设计中的KQ-130F工作在透明工作模式下。

2.2主控器设计

本设计的主控制器采用了以ARM7系列的LPC2131芯片为核心搭建的控制平台7。LPC2131有两个串口,UART0和UART1。UART0接收外部的通讯信息,UART1与电力载波模块通讯。外部信息用电脑模拟发送,与主控制器LPC2131的UART0之间通过RS232连接,LPC2131外围RS232驱动芯片选用MAX3232ID。电路连接框图如图2所示。

PC端通过串口助手来模拟发送电器的控制命令给主控器LPC2131,LPC2131接收UART0的数据后,将数据通过UART1转发给电力载波模块KQ-130F。控制命令的帧长度定义为8个字节,UART0/UART1的每帧的通讯格式定义见表1。

其中家居编码为命令识别码,终端控制器根据该编号,识别是否是自身的命令。控制编码根据不同家居,定义了唯一的识别码。本文中中空调的识别码定义为0x01。控制编码针对空调的开关,温度,设定了开/关和温度两种基本的控制命令, 如表1中第4个字节0x01为开启,0x00为关闭。第5个字节为温度编码,从16℃~36℃对应为0x00~0x14。第6,7字节未定义, 填补0x00。第1,2,8字节为帧头和帧尾,其设定是因为电力线上干扰多,容易接收到噪声数据,在终端控制器的程序中增加进行帧头和帧尾判断,可以增加电力载波通讯的抗干扰的能力,帧尾也可以根据需要修改设定为校验字节。

2.3终端控制器设计

本系统中的终端控制器设计了一个用于空调的控制的控制终端。主要功能是解析接收到的命令,同时发出空调的红外遥控信号,控制空调的开/关和温度变化。

由于需要模拟产生红外遥控信号,为方便产生红外波形信号,终端控制器采用了FPGA为核心的控制电路。FPGA采用Altera公司的Cyclone系列的EP1C6Q240C8,这是一款常用的FPGA,有5980个逻辑单元,92160位存储器资源和2个PLL。 FPGA与电力载波模块KQ-130F之间通过UART连接,同时FP-GA控制输出高低电平变化电平CTL_S,控制三极管的开断,从而控制红外二极管的发出变化的红外光信号,电路如图3所示。

3程序设计

本设计中主控制器LPC2131软件只需将UART0收到的数据发送到对应的UART1的发送寄存器中即可。软件流程图见图4。

终端控制器的FPGA开发采用Verilog HDL语言,设计框图如图5所示。电路主要由UART协议电路、数据处理电路、信号调制电路和38K基频发生器电路构成。UART协议电路负责接收KQ-130F发送来的数据,发送给数据处理电路。数据处理电路解析收到的数据,判断命令识别码,正确后将有用的控制信号数据发送给信号调制电路。信号调制电路将数据逐位移出, 每位与38K基频发生器产生的基频调制信号进行调制,生成红外控制信号输出。

FPGA中的数据处理电路是整个电路设计的核心,采用状态机进行设计。电路判断是否UART的缓冲区中是否有数据, 如果有,从缓冲区中读取数据,并判断是否是帧头。如果不是帧头,则跳回上一状态继续判断缓冲区;如果是帧头,则读取判断缓冲区数据,判断是否是本产品的命令识别码,如果不是则跳回状态机初始状态,如果是则继续读取缓冲区数据,状态机随后将读取控制编码的数据,读取开关数据和温度数据,并将数据发送给信号调制电路。状态机自动判断读取的字节个数, 当读取完控制编码的数据,状态机读取并判断帧尾。如果帧尾判断正确,等待红外信号电路发送完毕后,跳回初始状态;如果判断不正确,则进入报故状态,产生报故信号,并复位电路,状态机回到初始状态。

信号调制电路对编码数据进行左移位操作,并根据最左边的数据位,产生代表“1”或“0”的脉冲,并将该脉冲信号与38K基频调制信号进行与操作8,从而产生最终的控制信号CTL_S, 调制原理图见图7。

4电路验证和结论

按照表1的通讯格式,通过PC端的串口助手模拟发送控制命令,成功的遥控了空调的开启、关断和温度调节。为验证电力载波通讯的抗干扰能力,在实验室中,同时开启多台用电设备时,如电脑,示波器,空调,电动执行机构,高低温箱等,多次测试发现依然能够稳定地传输控制命令。

绝大多数的智能家居并不需要复杂的控制指令,如空调, 冰箱,窗帘,灯等,UART的通信速率完全能够满足控制的需要, 并不需要专门新研各种复杂的硬件。本文中的主控器可以根据实际需要更换成其他的平台,基本上所有的平台都能有UART接口,能够很好地支持电力载波模块KQ-130。主控器的命令可以是来自互联网,手机等各个方面。终端控制器方面, 现有的家居产品,一般都带有控制器芯片,只需在现有的控制电路中基础上加入电力载波模块,就可以很容易升级为具有电力载波通讯功能的智能家居产品,无需新研,升级成本很低,非常适合智能家居产品的发展。

摘要：智能家居的许多控制方式实现起来复杂而且昂贵,而电力载波通信正好克服了上述缺点,在智能家居领域逐渐被重视起来。以红外控制空调为例,设计了一套控制系统,以ARM7为主控制器,现场可编程门阵列(FPGA)为终端控制器,分别结合电力载波模块KQ-130F,设计了主控制电路和终端控制电路。主控制电路接收PC端的指令,发送控制命令给电力载波模块KQ-130F,终端控制电路接收KQ-130F收到的数据,并对数据进行判断和处理,产生相应的红外控制信号,从而控制空调的变化。试验结果表明电力载波通讯技术的应用简单,稳定和可靠,非常适合智能家居。

智能电力控制 篇6

在传统的教学实践中, 数字电路、单片机与电力拖动课程知识没有很大的关联。近几年, 随着高职院校对教研教改, 项目性教学的不断深入, 智能化教学新概念通过教学实践已具备一定的基础。由顺序控制程序设计的分界线划分到根据依次通, 全通后, 依次断原则, 确定辅助继电器个数, 再经数字电路的卡诺图化简成简单的控制电路过程中使我们得到启示, 通过项目将数字电路、单片机与电力拖动教学取得联系。掌握数字电路及单片机, 成了我们专业任课老师最关心、重视和值得研究、探讨的课题。本人从事多年数字电路、单片机教学, 突破传统, 对电力拖动自动控制线路原理采用智能化教学, 取得了良好的教学效果。下面以“双重联锁正反转控制线路”的教学为例, 讲述电拖智能化教学的实施过程。

1 双重联锁正反转控制线路

在电力拖动课程中, 为了克服接触器联锁正反转控制线路和按钮联锁正反转控制线路的不足, 在按钮联锁的基础上, 又增加了接触器联锁, 构成了按钮、接触器双重联锁正反转控制线路。实施的器件改造图和控制流程图如图1、图2。

传统的教学方法, 上课流程普遍是教师先对着电路图讲解, 但大多数学生是一脸惘然, 教师再讲授一遍, 他们仍然半知半解, 即使学生把书本上的原理背诵完, 但实践接线时还是一团糟, 不是接错就是接漏, 很难试车成功。考核时, 学生也不过是默写文字而已。结果表明, 学生对电路的原理没有真正理解。怎样教得活, 让课堂生气勃勃?怎样让学生不是被动地接受, 而是通过理解思维来记忆?当我们开发出单片控制的电工智能接线电板后用在实训课和考证训练的实际操作上收到可喜的成绩。以前学生要接一个下午才接好的电路, 用我们的智能电板仅需15分钟就可接完。因为智能电板加入了模拟接线、仿真考试、故障诊断模块, 全为单片机控制, 以智能化的渐进式教学理念促使学生更快地理解电路原理。其次由于单片机程序已定死电工接线规范, 当学员在模拟接线模块训练时, 一旦不按电工规范接线时, 报警指示灯会闪烁提示。在电工上岗证培训方面, 以前因实验室工位限制一期只能培训50人的实训室, 现用这设备可以培训150人, 培训效率高出三倍, 目前该设备已获得了实用新型专利, 专利号是201520203608.4。

2 原理分析与设计思路

该控制电路原理的要点是:当线圈通电时, 常闭触头先断开, 常开触头随后闭合。而线圈断电时, 常开触头首先恢复断开, 随后常闭触头恢复闭合。无论是正转还是反转, 关键是能够区分两种触头在改变工作状态时动作的先后顺序, 应用单片机技术可以对这种逻辑的判断和顺序的控制。

我们按照控制线路原理, 为每个触头设定一个初始状态, 常开为1, 常闭为0。上电后, 设每一触头状态的改变为一动作步序, 并将每一触头的状态组合成一个8位的动作步值 (采用16进制表示) , 通过单片机对各触头状态进行循环扫描, 对比实际步值与理论步值, 相同则操作正确, 显示OK;不同则操作错误, 显示Err。如此循环判断, 直至操作结束。

程序流程图如图3。

3 硬件接线与输入状态

智能化教学通过“智能教学示教板”实现。教学“智能教学示教板”制作过程, 智能面板画上双重联锁正反转控制线路图, 在控制线路对应的按钮和触头符号位置开孔安装开关 (或按钮) 和LED实物, 各开关 (或按钮) 分别并行连接到单片机的P1口和P3口, 接好单片机外围电路, 最后连接电源。操作时通过拨动开关改变状态输入单片机 (低电平有效, 相应LED亮) , 单片机经过逻辑判断, 若操作正确, OK灯亮, 否则Err灯亮报错, 复位后再操作再判断。

操作过程可以先按SB1电机正转, 再按SB2切换到反转, 亦可先按SB2再按SB1, 电机从反转到正转。电路动作步序表如表1。

4 智能化教学的实施

(1) 理论课:控制线路原理的讲解时, “智能教学示教板”作示教, 将触头连贯动作逐一分解, 不但能激发学生学习兴趣, 而且能帮助学生理解控制线路原理。

(2) 实践课:理解原理后学生再进行实物接线, 既节约接线时间耗材成本, 又提高了接线成功率, 大大提高了学生们的学习兴趣。每位同都可尝试按动作顺序拨动“智能教学示教板”开关, “智能教学示教板”自动判断操作正确与否。根据学生的好胜心理, 他们会不断尝试, 直到最后正确操作完成。

(3) 考核:直接让学生根据控制线路原理动作顺序拨动开关, “智能教学示教板”判断操作正确与否, 直观反映学生对知识的掌握情况。

5 结语

通过将《数字电路》、《单片机》整合后的项目化教学应用到《电力拖动》实践教学当中去, 《电力拖动》教学中采用“智能教学”, 这是笔者在教学模式上的一种尝试和探索, 它最大的突破在于教、学、练三位一体, 运用于整个教学过程, 能收到事半功倍的效果。在高职院校, 高职电气自动化及应用电子专业的学生学好电力拖动课程极为重要, 面对当前工业自动化生产的高速发展, 培养新一代的机电专业技术人才, 这是社会的需要, 时代的召唤。作为专业任课教师应紧跟时代的步伐, 要有高度的责任感和事业性, 把爱岗敬业作为行动的准则, 把培养学生掌握专业技能作为大事来抓, 一丝不苟, 决不放松。为社会培养出一专多能的高素质专业技术人才, 这是教师最大的心愿, 也是人生奋斗的目标。

参考文献

[1]李敬梅, 等主编.电力拖动控制线路与技能训练[M].中国劳动社会保障出版社.

[2]阮毅主编.电力拖动自动控制系统[M].清华大学出版社.

智能电力控制 篇7

目前,城市交通路灯的利用率不高,造成非常大的能源浪费,落后的控制方式让路灯的检修方式和应用都滞后于其它行业。基于电力载波技术的路灯智能控制系统有如下主要功能:

(1)远程控制,在控制中心就可以控制整条路或整个城市的任何一台路灯;

(2)兼容性好,不需外加通信线,直接通过电力线通信;

(3)检修方便,当一台灯坏了后,控制中心可以直接定位此路灯的精确位置,且有可能确定路灯故障的原因;

(4)道路照度报警,当遇到恶劣气候,出现道路照度异常变化时,集中器会及时把信息报告控制中心,中心可以根据实际情况,打开或半打开此路段的路灯;

(5)实时控制,控制中心根据各路段、各时段车辆和人流状况,调节路灯亮度。

智能化路灯控制系统能够弥补当前路灯控制器的不足。该系统将现代计算机技术、单片机技术及电力载波技术应用于路灯控制领域,实现路灯控制的智能化,并且成本低,易于推广应用。

1 路灯节能控制系统的构成

路灯节能控制系统主要由控制中心、集中器、信号中继、路灯终端构成,如图1所示。

1.1 控制中心部分

控制中心采用电脑与GSM模块连接,GSM模块将电脑的命令转换成GSM信号,通过移动或联通机站,转发到集中器上。控制中心向外发送一系列的路灯控制指令,接收从控制终端(路灯端)发来的路灯工作状态信息并作出相应的反应。该部分主要解决了微机与主控制终端的数据双向传输、主控制终端向电力网发射控制信号及从电力网接收路灯状态信号的问题。

1.2 中继器部分

中继器部分主要完成路灯控制信号、路灯状态信号的再生与放大。中继器有同一变压器内中继器和跨变压器中继器两种。

1.3 信号集中器

信号集中器主要用于一条路段的路灯信息接收和转达中心的控制命令,以便于大规模路灯控制的建网。功能图如图2所示。

1.4 控制终端部分

控制终端用于接收信号集中器发来的路灯控制指令,并根据指令控制路灯的工作状态,将路灯的工作状态信号发送给控制中心,根据天气的实际明暗状况将传感器信号转化为控制信号,控制路灯的亮与灭。其控制终端路灯功能图如图3所示。

2 控制原理

采用主控制终端直接控制方式时,控制中心只有一个主控制终端即可完成对路灯的控制,控制信号由单片机发出,经SC1128进行FSK调制,然后经信号放大电路、耦合电路到电力网。路灯工作状态信号由电力网经耦合电路、滤波电路传至SC1128,SC1128对信号解调后送至单片机。

采用微机控制方式时,主控制终端的控制开关打到微机控制方式(断开单片机),控制信号由微机发出,经串口传至SC1128,SC1128对信号进行FSK调制,然后经信号放大电路、耦合电路到电力网。路灯工作状态信号的传输与单片机控制方式基本相同,只是信号最后经串口传送至微机。

3 路灯节能控制系统的部分电路图

主控制终端原理电路图如图4所示,本电路由单片机构成的主控部分、SC1128构成的信号调制解调部分、三极管构成的放大电路部分、耦合变压器构成的耦合电路部分及由232芯片和串口组成的GSM模块通信端口组成。发送信号时,控制信号由单片机发出,通过SC1128便将控制信号调制到125～131kHz。载波信号经三极管Q41放大后,由耦合变压器T40耦合到电力线上。接收信号时,将GSM模块接收到的信号由232串口发送给单片机,经解码后发送到电力总线。各路灯终端接收到电力线上的信号后,控制路灯实现各种功能。

4 结束语

智能电力控制 篇8

1 相控开关技术的必要性

在电力系统运行过程中, 需要通过高压开关对电压系统进行控制和保护, 并调节电力系统在运行过程中所产生的负荷。工作人员主要是利用高压开关来对相应的电力设备或者相关的线路进行投切, 其中包括空载变压器、电抗器、空载线路以及并联电容器组的投切, 还有快速自动重合闸等操作行为。但是高压开关的投切在实施过程中开关都会出现暂态现象, 而且会产生过高的电压和涌流, 会对电力系统以及电力设备产生严重的损害, 如缩减了电力设备的使用寿命、容损坏电力设备的绝缘功能、输送的电能质量下降、继电保护系统出现紊乱等[1]。为了解决这些问题, 研发者使用了多种方法, 在高压开关中加入并联合闸电阻或者是避雷器, 但是这些方法都不能有效地抑制过度的电压和涌流, 通过多年的研发, 人们终于研发出一种相控开关技术。

2 相控开关技术的涵义以及工作原理

2.1 涵义

相控开关技术也可以称为同步开关技术, 相控开关技术主要是根据线路电压或电流相位的原理来对高压开关进行合理的控制, 尤其是在高压开关的合分时刻, 这样才能够有效地抑制电力系统在运行过程中所产生的过高的电压和涌流。一般来说, 为了能够解决电力系统中大功率器件在运作时开关出现损耗的问题, 都会采用软开关技术, 即零电压开关技术。相控开关技术也是一种软开关技术, 而且主要解决高压开关在操作过程中出现的电磁暂态问题。

2.2 工作原理

相控开关的结构主要包括两个方面, 高压开关以及相位控制单元。相位控制单元是关键部分, 也是关键技术, 相位控制单元主要是由电压或电流时间参考点检测电路、微机、报警和显示电路、操作命令的输入和输出接口等几部分组成的。相控开关技术的运作过程为, 首先, 控制单元接收到了随机的投入命令, 接着就会选择一个最近的参考电压的过零点作为时间起点, 并在此停留一段恰当的时间再发出控制指令, 当合闸涌流较小的时候就将电容器组投入到开关中的某个预期断口电压过零点[2]。将电容器组投入到控制单元中, 不仅可以让电力系统中的电压和合闸涌流以及电压和电流中的谐波含量减少, 还可以将电能质量提高。

3 相控开关技术的关键技术难题

相控开关技术能否在电力系统中发挥作用, 关键就在于能否准确地控制开关相位。电力系统在运行过程中, 相控开关技术会受到一些因素的影响, 尤其是控制单元。如控制单元容易受到数据处理时间、控制时间、开关的关合时间等。控制单元的数据处理和控制时间都是由微机完成的, 其准确度是以微秒级计算的, 由此可以看出其对于准确度的要求非常的高。在相控开关技术应用过程中面临着两大难题, 一是参考电压过零点的准确度检测方法;二是相控开关的合分时间分散性的处理技术。这两个关键问题都会严重影响电力系统的正常运行。下面我们就这两个关键问题进行分析, 并提出相应的解决方案。

3.1 参考电压过零点检测方法

为了更好地区分, 我们可以将参考电压看作是严格的工频正弦信号, 将电压峰值设为Um, 将初相位设为, 得出公式

当参考电压过零点的电压变化率达到最大值 (w Um) 时, 就会得到t2, 判别规则为

在 (3) 中k是常系数, 而且在实际测量中我们获取的是参考电压的采样序列, 采样点并不一定会直接落在过零点上, 这时候就需要采样线性插值法求得过零点, 最大误差的计算公式为

只要采样频率大于50k Hz, 所得到的误差就会在0.01ms之内, 完全不会影响电力系统的正常运作。

但是在实际应用过程中, 开关会受到噪声、脉冲以及谐波的影响, 所以参考电压的波形不可能是严格的正弦关系, 那么以上公式就会出现很大的偏差, 就需要进行改进。对于谐波影响的解决方法主要是采取在线的数字滤波技术方法, 这种方法的实施主要是以平滑参考电压为采样点, 并将数字低通滤波器的最低频率设置为100Hz。通过数字滤波技术滤波后的电压和电压导数波形都会变平滑, 这个时候在应用公式 (3) 就可以很简单地判别电压零点。

为了解决噪声对相控开关技术的影响, 我们进行了仿真分析, 通过分析后我们得出, 如果不利用数字滤波技术对其进行滤波就直接进行计算的话, 就无法进行参考电压零过点的判别, 而且随机背景噪声峰的峰值无法达到0.5pu[3]。但是如果通过滤波后参考电压和导数波形就会得到平滑, 再利用公式 (3) 就可以很简单地判别电压零点。而且就算峰值低于0.5pu, 也可以准确地检测出参考电压的过零点。

电力系统在进行运作时, 其母线电压易受到各种瞬态脉冲的干扰, 就会影响参考电压过零点的检测结果。这时候就需要采用数字滤波技术, 微机通过使用在线滤波技术只要存储5个采样点, 这样就可以得到正确的导数波形, 就可以得到最准确的参考电压过零点的结果。

3.2 相控开关的智能控制策略

另外一个制约着相控开关技术应用的关键难题就是开关的关合或开断时间的分散性, 影响开关关合的因素主要是温度、海拔高度、湿度、操动机构控制线圈电压等。为了将相控开关技术实体化, 工作人员要将关合时间的分散性必须控制在0.5ms以内, 才能够准确地控制合闸相位, 但是这个要求非常难以实现。通过无数次的实验, 我们终于发现可以采用快速驱动的开关技术来控制分散性, 而且有时候分散性甚至能够控制在2.3ms以内。而且为了更准确地实现相位控制的准确度, 我们可以将人工神经网络技术应用于相控开关技术, 这种技术不仅可以控制开关的分散性, 还可以提高电能质量[4]。

4 结语

为了使相控开关技术在电力系统中发挥出最大的功能, 就必须了解相控开关技术的涵义及工作原理, 并了解影响其发挥的两个关键技术问题, 利用数字滤波技术准确地判别出参考电压零过点, 采取快速驱动的开关技术或者是人工神经网络技术来准确控制开关合分时间的分散性。

参考文献

[1]王凯, 李庆民.电力系统相控开关技术及其应用[J].安徽电力, 2011, 21 (4) :5-7

[2]李庆民, 刘卫东, 徐国政.高压快速转换开关的研制[J].高压电器, 2013, 39 (6) :1-2

[3]李庆民, 王冠, 李清泉.电力系统相控开关技术及其智能控制策略[J].电气开关, 2010 (3) :42-46

基于智能电网的电力设计工作研究 篇9

摘要：智能电网是指采用动态优化技术、具有自愈能力的电网，该电网能够利用实时测量技术，使网络损耗最小化、维持电压水平、提高系统可靠性以及改善资产管理，目前已被广泛的应用于实践当中。电力设计是保证电力系统安全稳定运行的重要环节，在智能电网的背景下，如何提高电力设计的水平，缓解电力资源紧张的局面已成为了电力工作者深入研究的课题。本文以智能电网为研究背景，结合相关理论，研究了电力设计的相关内容，希望为智能电网的发展提供参考。

关键词：智能电网；电力设计；研究

前言

智能电网的实现显著提高电网抵御日益频繁自然灾害和外界干扰的能力。先进调度技术、自动化技术和柔性输电技术的成熟发展，能为可再生能源和分布式电源的开发利用提供技术保障。通信网络的完善和用户信息采集技术的推广应用，可促进电网与用户的双向互动。灵活兼容电力网络的实现，能使电网接入、输送和消纳更多的清洁能源发电。对用电设备的合理智能控制可降低设备的运营成本、促进节能减排。电力设计是影响电力系统的正常运行的直接因素，因此我们需要深入的研究电力设计工作，不断解决智能电网背景下所面临的新的挑战，这样才能保障智能电网的有效运行。

1智能电网及电力设计概述

1.1智能电网的特征

智能电网技术是建立在电力市场交易功能之上的，基于信息技术、网络的电气技术进步，在此基础上的电网公司才能成为引领电力市场潮流和带动宏观经济增长的风向标。智能电网作为电网新技术的主导设计的特征包含以下三点：

一是数字化程度高，有更多的传感器连接更多的资产和设备；

二是更加智能化的数据整合体系和采集体系；

三是更具决策分析的能力，即依据已经掌握的数据进行相关分析，实现优化运行和管理[1]。

1.2智能电网下电力设计的重要性

（1）有利于实现电网的可靠、安全、经济、高效运行

电力设计应确保智能电网在受到攻击或发生故障后的快速恢复能力，进而最大限度地降低危害，并实现电网的自愈。这对于确保电网的可靠性、安全性、电能质量和效率具有重要意义。这就要求在电力设计过程中应尽量减少供电服务中断的概率，使得智能电网能够充分应用数据获取技术，执行决策支持算法，避免或限制电力供应的中断，迅速恢复供电服务。此外，当系统出现故障或发生其他问题时，在电网设备中的先进的传感器确定故障并和附近的设备进行通信，切除故障元件或将用户迅速地切换到另外可靠的电源上，同时传感器还有检测故障前兆的能力，在故障实际发生前，将设备状况告知系统，系统就会及时地提出预警信息。

（2）有利于提高电网生产力水平

智能电网最基本的任务是提高生产力，通过网络和信息促进存储、处理和高效率、可靠地实现电能的最佳配置，既减少失误也最大限度地减少电网运营成本。

传统电网的用电信息系统运营是集成化地输入信息、处理信息和更新当前信息。但是，在这种条件下，如果电网或计算机出故障，客户就会受到停电困扰或服务暂停，满意度下降。因此智能电网的设计要充分考虑减少由于闪电、开关涌流、线路故障和谐波源引起的电能质量的扰动，应用超导、储能以及电力电子等先进技术和控制方法，改善和保证电能质量[2]。

（3）节能环保的设计原则

智能电网节能和环保优势，体现在设计中就是必须要树立节能环保的意识。通过利用绿色材料、合理的布线使设计符合节能环保的原则。此外其它干净的可再生能源，如太阳能、风能、地热能等，也可以轻松地被转化整合并输入到国家电网中，节能减排，改善气候；而超导输电可减少占地、降低电磁环境污染等。

（4）设计方案要能够兼容

智能电网应支持可再生能源的有序、合理接入，适应分布式电源和微电网的接入，能够实现与用户的交互和高效互动，满足用户多样化的电力需求并对用户提供增值服务。

智能电网在能源用户和电网之间将会出现可靠的广泛联系。建立这种联系将使用户了解能耗使用情况并做出选择，从而有利于自身和电力企业。相比较传统电网，智能电网在风力发电、核电等地区覆盖率较高，电网的承受力较大，既增加了系统的可靠性，又避免了资源的浪费，因此在智能电网的设计过程中要考虑兼容性，以满足现代社会对对电力的需求，并提高智能电网的环境承受力。

2智能电网背景下的具体电力设计

2.1基于智能电网电力设计的整体思路

按照“稳步实施、示范带动、效益评估”的思路，从基础研究着手，明确我国智能电网发展的关键问题、战略重点和布局以及阶段性目标，合理引导各相关产业有序发展，有组织有计划地开展智能电网的研究与建设；通过局部地区示范工程项目试点，组织关键技术攻坚，探索行之有效的应用推广方案，为全面推进我国智能电网的建设奠定坚实的基础；建立智能电网建设的实施效果指标评价体系，评估智能电网试点工程的投资建设效益，为我国智能电网的建设进程和科学发展提供决策依据与决策支持。

2.2具体电力设计方法

（1）短路电流和设备的设计：总体来说，电力设计工作必须要遵循新建变电站的设计补充规定，如：对于220、110 屋外配电装置来说，均可采用双母线设计，管母线、断路器等可进行中型布置；但对于35 的屋外配电装置来说，設计方法应采用单母分段接线，对配电装置进行单列布置。因此对于智能电网应根据工程实际情况选择相应的设计方法。

（2）电气二次部分的设计：电气二次部分的设计要结合智能变电站建设设计指导意见来进行。为了做好电力设计的优化工作，集成变电站的辅助控制系统在对故障录波和网络分析系统进行一体化配置时，还要在线监测主机。监控系统的原则包括：计算机监控系统采用分层分布式网络结构，变电站采用具有远方控制功能的计算机监控系统，不设置远动专用设备；计算机监控系统完成对变电站内所有设备的实时监视和控制，数据统一采集处理，资源共享，不再另外设置其他控制屏及模拟屏；计算机监控系统的电气模拟量采集采用交流采样；装置报警等重要信号输入测控单元；远动数据传输设备，与计算机监控主站信息资源共享，不重复采集[3]。

（3）自动化系统的设计：智能变电站是智能电网的重要环节，其设计和建设必须满足我国智能电网建设和发展的要求，应该体现智能电网信息化、数字化、自动化、互动化的特征。智能变电站的设备应向信息数字化、功能集成化、结构紧凑化、状态可视化等方向发展；系统结构应考虑易扩展、易升级、易改造、易维护等发展的需要。变电站自动化系统作为调度自动化的一个子系统，在进行系统功能规划设计时，应服从电网调度自动化总体设计的要求，其功能、配置，包括通信网络、设备布置等，应满足电网优质、经济运行，数据和信息的筛选、预处理以及分层传输、资源共享等要求。智能变电站自动化系统应该具有根据需要支持电网实时自动控制、智能调节、在线分析决策、协同互动等高级功能。为此必须开展一系列智能设备和智能决策软件的研究，才能从结构上、功能上、技术上实现由变电站自动化向变电站智能化的发展。

3.结语

总的来说，电力设计工作是确保电力系统的正常稳定运行的重要环节。设计质量的好坏直接影响着电力系统功能的实现。在具体工程实践中，设计工作者必须深入了解智能电网设计的概念和重要性；智能电网的特点和设计要点，充分了解智能电网设计的全部内容，才能真正促进我国电力行业的发展和我国国民经济的稳步增长。但由于我国智能化起步较晚，智能化发展水平不高，因此在智能设计工作中要应充分考虑既要实现智能化全面开展，又要确保与原有设备兼容。这样才能实现电力行业的经济和社会效益。

参考文献：

【1】张建平，胡建绩.面向智能电网的多适应性规划体系设计[J].电力系统自动化.2011（10）.

【2】杜贵和，王正风.智能电网调度一体化设计与研究[J].电力系统保护与控制.2011（15）.

智能电力控制 篇10

日前, “甘肃新能源智能有功控制系统”正式投运。该系统是对原有“甘肃风电智能有功控制系统”进行升级改造, 增加了对光伏电站的上网控制, 实现对调管风电、光伏电站的联合协调控制, 填补了国内新能源调度控制技术的空白, 标志着甘肃省电力公司新能源运行管理再上一个新的台阶。

近年来, 甘肃风电项目建设突飞猛进, 给电网运行、管理带来巨大压力。“甘肃风电有功智能控制系统”于2010年3月正式投运, 取得了可观的安全、经济效益, 截至2012年12月底, 平均提高风电上网能力8%, 风电最大发电出力及日最大发电量分别达到302万kW和6 676万kW·h。

目前, “甘肃新能源有功智能控制系统”共接入风电场22家, 接入容量2 512 MW, 占风电总装机39%;光伏电站1家, 接入容量106 MW, 占光伏总装机27%。下一步, 公司将继续加强新能源并网管理, 进一步优化系统策略及功能, 扩大接入容量比例, 发挥系统优越性, 提升新能源上网效益, 有力助推新能源的有序发展, 为电网安全做出积极贡献。