需求響應(yīng)的家庭用電負(fù)荷控制策略研究論文(PDF 56頁(yè)).pdf

工學(xué)碩士學(xué)位論文 基于需求響應(yīng)的家庭用電負(fù)荷控制策 略研究 劉寶石 哈爾濱理工大學(xué) 2 0 1 4 年3 月 國(guó)內(nèi)圖書(shū)分類號(hào) T M 7 3 工學(xué)碩士學(xué)位論文 基于需求響應(yīng)的居民用電負(fù)荷控制策 略研究 碩士研究生 劉寶石 導(dǎo)師 韋琦 申請(qǐng)學(xué)位級(jí)別 工學(xué)碩士 學(xué)科 專業(yè) 信號(hào)與信息處理 所在單位 電氣與電子工程學(xué)院 答辯日期 2 0 1 4 年3 月 授予學(xué)位單位 哈爾濱理工大學(xué) C l a s s i f i e dI n d e x 硼M 7 3 D i s s e r t a t i o nf o rt h eM a s t e r D e g r e ei nE n g i n e e r i n g R e s e a r c ho nH o u s e h o l d E l e c t r i c i t yL o a d C o n t r o lS t r a t e g yBa s e do nD e m a n d R e s p o n s e C a n d i d a t e3 S u p e r v i s o r L i uB a o s h i W e iQ i A c a d e m i cD e g r e e A p p l i e df o r M a s t e ro f E n g i n e e r i n g S p e c i a l i t y S i g n a la n dI n f o r m a t i o nP r o c e s s i n g D a t eo fO r a lE x a m i n a t i o n M a r c h 2 014 U n i v e r s i t y H a r b i nU n i v e m i t yo fS c i e n c ea n d T e c h n o l o g y 哈爾濱理工大學(xué)碩士學(xué)位論文原創(chuàng)性聲明 本人鄭重聲明 此處所提交的碩士學(xué)位論文 基于需求響應(yīng)的居民用電 負(fù)荷控制策略研究 是本人在導(dǎo)師指導(dǎo)下 在哈爾濱理工大學(xué)攻讀碩士學(xué) 位期間獨(dú)立進(jìn)行研究工作所取得的成果 據(jù)本人所知 論文中除已注明部分 外不包含他人已發(fā)表或撰寫(xiě)過(guò)的研究成果 對(duì)本文研究工作做出貢獻(xiàn)的個(gè)人 和集體 均已在文中以明確方式注明 本聲明的法律結(jié)果將完全由本人承 擔(dān) 作者簽名 匆1 反矽 日期 伊弓月習(xí)曰 哈爾濱理工大學(xué)碩士學(xué)位論文使用授權(quán)書(shū) 基于需求響應(yīng)的居民用電負(fù)荷控制策略研究 系本人在哈爾濱理工大 學(xué)攻讀碩士學(xué)位期間在導(dǎo)師指導(dǎo)下完成的碩士學(xué)位論文 本論文的研究成果 歸哈爾濱理工大學(xué)所有 本論文的研究?jī)?nèi)容不得以其它單位的名義發(fā)表 本 人完全了解哈爾濱理工大學(xué)關(guān)于保存 使用學(xué)位論文的規(guī)定 同意學(xué)校保留 并向有關(guān)部門(mén)提交論文和電子版本 允許論文被查閱和借閱 本人授權(quán)哈爾 濱理工大學(xué)可以采用影印 縮印或其他復(fù)制手段保存論文 可以公布論文的 全部或部分內(nèi)容 本學(xué)位論文屬于 保密 口 在 年解密后適用授權(quán)書(shū) 不保密囹 請(qǐng)?jiān)谝陨舷鄳?yīng)方框內(nèi)打4 作者簽名 刮瘃乃 刷磴名名嗚 日期 W 年 日期 少礦 日 日 7 7 月 月 鄉(xiāng) 7 哈爾濱理工大學(xué)工學(xué)碩士學(xué)位論文 基于需求響應(yīng)的居民用電負(fù)荷控制策略研究 摘要 隨著電力改革的逐步深入 打破壟斷 引入良好的競(jìng)爭(zhēng)機(jī)制 優(yōu)化電網(wǎng) 的資源配置 提高電力市場(chǎng)的運(yùn)行效率成為我國(guó)電力改革的方向 一個(gè)發(fā)展 良好的電力市場(chǎng)必不可少的是需求側(cè)的電價(jià)反饋 微觀經(jīng)濟(jì)學(xué)相關(guān)理論指 出 當(dāng)價(jià)格由供需兩側(cè)共同決定的時(shí)候 市場(chǎng)的收益最大 因此未來(lái)電網(wǎng)引 入需求響應(yīng)機(jī)制是必然的 需求響應(yīng)項(xiàng)目鼓勵(lì)用戶積極參與電網(wǎng)的管理 對(duì) 需求響應(yīng)信號(hào)做出積極的響應(yīng) 從而實(shí)現(xiàn)維護(hù)電力系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行 解決用電 高峰電力供應(yīng)不足及用電低谷電力資源利用率過(guò)低的問(wèn)題 那么普通的家庭 用戶 在實(shí)施的需求響應(yīng)項(xiàng)目中應(yīng)該如何更好地根據(jù)價(jià)格信號(hào)控制家庭負(fù) 荷 管理好家庭能源 從而在減少能源消耗和電價(jià)花費(fèi)的基礎(chǔ)上更進(jìn)一步的 實(shí)現(xiàn)削峰填谷以及優(yōu)化資源配置 這是未來(lái)電力市場(chǎng)能否成功的關(guān)鍵問(wèn)題之 一a 首先 本文介紹了需求響應(yīng)的概念 實(shí)施所需的技術(shù)條件與國(guó)家現(xiàn)有的 相關(guān)政策 針對(duì)我國(guó)在某些省市對(duì)大工業(yè)用戶已經(jīng)實(shí)施的需求響應(yīng)項(xiàng)目及國(guó) 外現(xiàn)行較成熟的需求響應(yīng)項(xiàng)目做了詳細(xì)的研究分析 其次 結(jié)合已有的技術(shù)條件和需求響應(yīng)項(xiàng)目實(shí)施情況 針對(duì)我國(guó)居民用 戶的家用電器負(fù)荷的使用習(xí)慣 提出分時(shí)電價(jià)需求響應(yīng)項(xiàng)目 對(duì)參與該項(xiàng)目 的家庭負(fù)荷進(jìn)行分類分析 針對(duì)不同負(fù)荷的不同特點(diǎn)提出不同的控制目標(biāo)函 數(shù) 根據(jù)目標(biāo)函數(shù)設(shè)計(jì)家庭能源管理優(yōu)化算法 并對(duì)該算法進(jìn)行可行性分 析 最后 在M A T L A B 平臺(tái)下 對(duì)不同的負(fù)荷控制目標(biāo)函數(shù) 本文對(duì)家庭 能源控制優(yōu)化算法進(jìn)行編程仿真驗(yàn)證 針對(duì)單用戶目標(biāo) 多用戶目標(biāo) 控制 優(yōu)化算法的多個(gè)約束條件以及實(shí)施的需求響應(yīng)項(xiàng)目的價(jià)格高低等對(duì)家庭能源 控制結(jié)果會(huì)產(chǎn)生影響的各種因素進(jìn)行仿真分析 仿真結(jié)果顯示本文提出的基 于需求響應(yīng)的控制策略可以達(dá)到控制家庭負(fù)荷用電 優(yōu)化資源配置 削峰填 谷 節(jié)約電費(fèi)的效果 關(guān)鍵詞需求響應(yīng) 負(fù)荷分析 能源管理 優(yōu)化算法 哈爾濱理工大學(xué)工學(xué)碩士學(xué)位論文 R e s e a r c ho nH o u s e h o l d E l e c t r i c i t y S t r a t e g yB a s e do nD e m a n dR A b s t r a c t L o a dC o n t r o l e s p o n s e W i t ht h eg r a d u a ld e e p e n i n go ft h ee l e c t r i c i t yr e f o r m b r e a k i n gm o n o p o l y i n t r o d u c i n gc o m p e t i t i o nm e c h a n i s mg o o d o p t i m i z i n gr e s o u r c ea l l o c a t i o ng r i d a n di m p r o v i n gt h e o p e r a t i n ge f f i c i e n c yo ft h ee l e c t r i c i t ym a r k e tb e c o m et h e d i r e c t i o no fe l e c t r i c i t yr e f o r mi nC h i n a T h ep r i c ef e e d b a c ko fe l e c t r i c i t y d e m a n d s i d ei Se s s e n t i a l f o rag o o dm a r k e t M i c r o e c o n o m i c st h e o r yp o i n t e dt h a t t h eb i g g e s tb eg a i n e di nm a r k e tw h e nt h ee n e r g yp r i c eo nac o m m o nd e c i s i o no f t h es u p p l ya n dd e m a n ds i d e s T h e r e f o r e t h ei n t r o d u c t i o no f g r i dd e m a n d r e s p o n s e D R m e c h a n i s m si si n e v i t a b l ei nf u t u r e I no r d e rt om a i n t a i ns t a b l e o p e r a t i o no ft h ep o w e rs y s t e m s o l v et h ep e a kp o w e rs h o r t a g ea n dl o wp o w e r c o n s u m p t i o nl o wr e s o u r c eu t i l i z a t i o np r o b l e m s d e m a n dr e s p o n s ep r o g r a m s e n c o u r a g eu s e r st oa c t i v e l yp a r t i c i p a t ei nt h em a n a g e m e n tg r i da n dm a k ea p o s i t i v er e s p o n s e t od e m a n dr e s p o n s ep r o g r a m H o wo r d i n a r yh o m eu s e r s r e s p o n dt od e m a n dt h ei m p l e m e n t a t i o no ft h ep r o je c tc o u l db eb e t t e rt oc o n t r o l h o u s e h o l dl o a da n dm a n a g eh o m ee n e r g yb a s e do np r i c es i g n a l s S Ot h a tr e d u c i n g e n e r g yc o n s u m p t i o na n de l e c t r i c i t yc o s tw h i l ef u r t h e ra c h i e v i n gl o a ds h i f t i n ga n d o p t i m i z i n gt h ea l l o c a t i o no fr e s o u r c e s T h i sp r o b l e mi so n eo ft h ek e yi s s u e s w h i c hw i l Id e t e r m i n et h ee l e c t r i c i t ym a r k e tS u c c e s so rn o ti nt h ef u t u r e F i r s t t h i sp a p e ri n t r o d u c e st h ec o n c e p to fd e m a n dr e s p o n s e t h eD R i m p l e m e n tr e q u i r e dt ot e c h n i c a lc o n d i t i o n sa n dc o u n t r y Se x i s t i n gp o l i c i e sa b o u t D R D e t a i l e da n a l y s i sb em a d ea b o u tD Rw h i c ho n e sh a v eb e e ni m p l e m e n t e di n l a r g ei n d u s t r i a lu s e r si ns o m ep r o v i n c e so fC h i n a Sa n df o r e i g nc o u n t r y S e c o n d A c c o r d i n gt ot h eh a b i t so fr e s i d e n t so fC h i n au s eh o m ea p p l i a n c e s T O UD Rp r o j e c tw a sp r o p o s e dc o m b i n e dw i t ht h ee x i s t i n gt e c h n i c a lc o n d i t i o n s a n dd e m a n dr e s p o n s ep r o j e c ti m p l e m e n t a t i o n C l a s s i f i c a t i o na n a l y s i sw a sm a d e i nh o m el o a d sw h i c hi n v o l v e di nt h eT O Up r o je c t D i f f e r e n tc o n t r o lo b je c t i v e f u n c t i o n sw e r ep r o p o s e df o rt h ed i f f e r e n tc h a r a c t e r i s t i c so fd i f f e r e n t 1 0 a d s A c c o r d i n g t ot h e o b j e c t i v e f u n c t i o nt h i s p a p e rd e s i g n s ah o m e e n e r g y m a n a g e m e n to p t i m i z a t i o na l g o r i t h m a n dc a l c u l a t ef e a s i b i l i t ya n a l y s i so ft h e 1 1 哈爾濱理工大學(xué)工學(xué)碩士學(xué)位論文 a l g o r i t h m F i n a l l y A c c o r d i n gt ol o a dc o n t r o lo b je c t i v ef u n c t i o n t h i sp a p e rp r o g r a m a n ds i m u l a t eh o m ee n e r g yc o n t r o lo p t i m i z a t i o na l g o r i t h mi nM A T L A Bp l a t f o r m I n c l u d i n gs i n g l e u s e r m u l t i u s e r c o n s t r a i n t so fo p t i m i z a t i o na l g o r i t h ma n dt h e p r i c el e v e lo fd e m a n dr e s p o n s ep r o g r a m se ta l v a r i o u sf a c t o r sw h i c ho n e sc o u l d a f f e c tt h es i m u l a t i o nr e s u l t so fh o m ee n e r g yc o n t r o lt h ew i l lb ea n a l y z e d T h e r e s u l t ss h o wh o u s e h o l de l e c t r i c i t yl o a dc o n t r o l o p t i m i z er e s o u r c ea l l o c a t i o n l o a ds h i f t i n ga n de l e c t r i c i t ys a v i n g sc a nb ea c h i e v e dt h r o u g ht h ec o n t r o ls t r a t e g y t h i sp a p e rp r o p o s e db a s e do nd e m a n dr e s p o n s e K e y w o r d s D e m a n d r e s p o n s e L o a d a n a l y s i s E n e r g ym a n a g e m e n t O p t i m i z a t i o na l g o r i t h m 哈爾濱理工大學(xué)工學(xué)碩士學(xué)位論文 目錄 摘要 I A b s t r a c t I I 第1 章緒論 1 1 1 課題研究的背景 1 1 2 課題研究意義 2 1 3 國(guó)內(nèi)外需求響應(yīng)研究現(xiàn)狀 3 1 4 課題研究?jī)?nèi)容 5 第2 章引入需求響應(yīng)的技術(shù)條件 7 2 1 需求響應(yīng)的定義與應(yīng)用 7 2 2 需求響應(yīng)技術(shù)支持 8 2 2 1 先進(jìn)計(jì)量技術(shù) 9 2 2 2 遠(yuǎn)程通信技術(shù) 1 0 2 2 3 智能控制技術(shù) 1 3 2 3 本章小結(jié) 1 4 第3 章居民負(fù)荷特性及用電舒適度分析 1 5 3 1 引言 15 3 2 居民負(fù)荷特性 1 5 3 2 1 家用電器負(fù)荷 1 5 3 2 2 分布式電源及儲(chǔ)能設(shè)備 1 7 3 3 居民用電舒適度分析 1 9 3 3 1 環(huán)境舒適度 2 0 3 3 2 時(shí)間舒適度 2 5 3 4 本章小結(jié) 2 5 第4 章優(yōu)化算法設(shè)計(jì) 2 6 4 1 引言 2 6 4 2 用電設(shè)備調(diào)度策略 2 6 4 2 1 問(wèn)題描述 2 6 4 2 2 用電負(fù)荷調(diào)度策略 2 7 4 3 差值最小化算法 3 0 哈爾濱理工大學(xué)工學(xué)碩士學(xué)位論文 4 3 1 算法目標(biāo)函數(shù) 3 0 4 3 2 算法仿真程序流程 31 4 4 仿真結(jié)果與分析 3 3 4 4 1 單用戶仿真 3 3 4 4 2 多用戶仿真 3 6 4 5 本章小結(jié) 3 9 結(jié)論 4 0 參考文獻(xiàn) 4 l 攻讀碩士期間發(fā)表的學(xué)術(shù)論文 4 5 致謝 4 6 哈爾濱理工大學(xué)工學(xué)碩士學(xué)位論文 1 1 課題研究的背景 第1 章緒論 進(jìn)入2 1 世紀(jì) 隨著科技的進(jìn)步和經(jīng)濟(jì)的發(fā)展 全球?qū)﹄娏δ茉吹男枨罅?也逐年遞增 而且電力缺口有逐漸增大的趨勢(shì) 電力負(fù)荷峰谷差進(jìn)一步增大 各地對(duì)能源需求的增長(zhǎng)遠(yuǎn)超電力生產(chǎn)能力的增長(zhǎng) 供需雙方的矛盾日益加深 同時(shí)很多新的問(wèn)題一一出現(xiàn) 如煤炭資源緊張 電力需求量快速增長(zhǎng)引起的電 網(wǎng)容量不足及環(huán)境污染等 這些問(wèn)題導(dǎo)致了在電力需求高峰時(shí)候頻繁的功率限 制和停電 傳統(tǒng)應(yīng)對(duì)方法如高峰時(shí)部分區(qū)域拉閘限電和啟動(dòng)備用發(fā)電機(jī)組不僅 會(huì)增加發(fā)電的成本 給人民日常生活帶來(lái)不便同時(shí)還會(huì)造成環(huán)境污染 與傳統(tǒng)方法相比 需求響應(yīng) D e m a n dR e s p o n s e D R 具有反應(yīng)迅速 成本 小及保護(hù)環(huán)境等優(yōu)點(diǎn) 更能使電力系統(tǒng)的運(yùn)行的經(jīng)濟(jì)性和安全性得到進(jìn)一步的 提高 通過(guò)不同的激勵(lì)引導(dǎo)用戶在系統(tǒng)用電高峰或者系統(tǒng)穩(wěn)定性受到威脅時(shí)減 少用電負(fù)荷 在用電低谷時(shí)段增加用電 從而保護(hù)電力系統(tǒng)供電可靠性并提高 系統(tǒng)的資源利用率 長(zhǎng)遠(yuǎn)來(lái)看還可以減少電廠及輸電線路的投資壓力 并且提 高服務(wù)質(zhì)量 更進(jìn)一步的帶來(lái)節(jié)能減排和降低環(huán)境污染的社會(huì)效益 而對(duì)于用 戶來(lái)講需求響應(yīng)項(xiàng)目會(huì)使供需價(jià)格趨于穩(wěn)定 規(guī)避了價(jià)格轉(zhuǎn)移的風(fēng)險(xiǎn) 并且是 需求響應(yīng)帶來(lái)的環(huán)境效益的直接受益者l l J 需求無(wú)論對(duì)發(fā)電公司還是用戶的作用都十分突出 并且其能帶來(lái)的多方面 效益已經(jīng)得到國(guó)外需求響應(yīng)項(xiàng)目的實(shí)際應(yīng)用當(dāng)中得到證明 但是在我國(guó)目前需 求響應(yīng)項(xiàng)目實(shí)踐非常少 只有幾個(gè)城市有過(guò)探索嘗試 2 0 1 1 年我國(guó)首個(gè)智能電 網(wǎng)需求響應(yīng)示范與可行性研究項(xiàng)目在天津泰達(dá)經(jīng)濟(jì)技術(shù)開(kāi)發(fā)區(qū)展開(kāi) 全國(guó)僅有 上海等少數(shù)幾個(gè)城市探索實(shí)行峰谷電價(jià)等需求響應(yīng)機(jī)制 這種情況與我國(guó)電力 市場(chǎng)的現(xiàn)狀有關(guān) 我國(guó)的電力市場(chǎng)開(kāi)放程度不高 僅限于電網(wǎng)和發(fā)電廠參與市 場(chǎng) 我國(guó)用戶側(cè)龐大的需求響應(yīng)資源完全沒(méi)有得到開(kāi)發(fā) 其作用遠(yuǎn)遠(yuǎn)未得到體 現(xiàn) 當(dāng)然 我國(guó)也在不斷學(xué)習(xí)國(guó)外的經(jīng)驗(yàn)教訓(xùn) 積極探索電力改革之路 隨著 電力改革的不斷深化 電力市場(chǎng)體制的逐步完善 智能電網(wǎng)的不斷建設(shè) 我國(guó) 的電力系統(tǒng)也將由以前的供應(yīng)側(cè)管理逐漸轉(zhuǎn)為供應(yīng)側(cè)和需求側(cè)共同管理 電力 市場(chǎng)的建設(shè)者和眾多專家學(xué)者 也正在積極研究探討需求響應(yīng)項(xiàng)目實(shí)踐需要的 相關(guān)政策機(jī)制與技術(shù)條件 哈爾濱理工大學(xué)工學(xué)碩士學(xué)位論文 1 2 課題研究意義 需求響應(yīng)使得終端用戶可以參與到電力系統(tǒng)的運(yùn)營(yíng)中來(lái) 例如通過(guò)智能電 網(wǎng)中的遠(yuǎn)程雙向通信技術(shù)可以實(shí)行實(shí)時(shí)電價(jià)項(xiàng)目 讓用戶迅速得知當(dāng)前電價(jià)信 息 讓用戶根據(jù)當(dāng)前電價(jià)以及個(gè)人習(xí)慣來(lái)合理制定每天不同時(shí)段的用電計(jì)劃 從而節(jié)約電費(fèi)的同時(shí)盡可能的滿足用戶用電需求 而家用局域網(wǎng)中的智能控制 中心能自動(dòng)對(duì)環(huán)境變化及激勵(lì)信號(hào)做出響應(yīng) 只需要用戶提前設(shè)定 系統(tǒng)就可 根據(jù)優(yōu)化程序自動(dòng)控制家庭用電負(fù)荷可以給用戶帶來(lái)極大的便利 同時(shí) 電力 系統(tǒng)可以根據(jù)全部用戶的歷史數(shù)據(jù)做出的預(yù)測(cè)以及實(shí)時(shí)用電情況 調(diào)整各時(shí)段 電價(jià)來(lái)引導(dǎo)用戶改變用電模式 從而維護(hù)電力系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行 我國(guó)的清潔能源發(fā)展也十分迅速 如風(fēng)力發(fā)電和光伏發(fā)電 但這些能源的 波動(dòng)性 隨機(jī)性和間歇性使它們并網(wǎng)運(yùn)行時(shí)會(huì)威脅到電力系統(tǒng)的安全穩(wěn)定 通 過(guò)需求響應(yīng)就能很好地解決這一難題 以光伏發(fā)電為例 隨著光伏發(fā)電系統(tǒng)的 電量輸出的變化 可以通過(guò)需求響應(yīng)中的實(shí)時(shí)電價(jià)項(xiàng)目調(diào)整當(dāng)前電價(jià) 從而使 終端用戶根據(jù)電價(jià)引導(dǎo)調(diào)整用電負(fù)荷 最終實(shí)現(xiàn)發(fā)電和用電的平衡 由此可見(jiàn) 需求響應(yīng)不僅能夠維護(hù)電網(wǎng)運(yùn)行 優(yōu)化資源配置 還能促進(jìn)新能源產(chǎn)業(yè)的發(fā)展 建設(shè) 隨著智能電網(wǎng)的技術(shù)不斷進(jìn)步 分布式電源以及儲(chǔ)能設(shè)備并入大電網(wǎng)運(yùn)行 已經(jīng)能夠?qū)崿F(xiàn)無(wú)縫連接 電力來(lái)源的多元化給用戶更多的選擇的同時(shí)也給需求 響應(yīng)對(duì)負(fù)荷的調(diào)度帶來(lái)了新的問(wèn)題 需求響應(yīng)項(xiàng)目的參與用戶如何在根據(jù)響應(yīng) 信號(hào)來(lái)制定儲(chǔ)能裝置的充放電時(shí)間 以便能夠達(dá)到最佳的節(jié)約花費(fèi)目標(biāo) 對(duì)于 峰谷電價(jià)的參與用戶可以考慮在高峰放電低谷充電的方式 但對(duì)于可中斷負(fù)荷 的參與用戶來(lái)說(shuō) 這個(gè)策略顯然是不可行的 因?yàn)樗麄儽仨氝_(dá)到一定的負(fù)荷削 減量才能得到價(jià)格補(bǔ)償 需求響應(yīng)還能促進(jìn)電力系統(tǒng)供需兩側(cè)的雙向互動(dòng) 用 戶可以在用電高峰期向電網(wǎng)出售儲(chǔ)能裝置的富余電力而獲得收益從而減少高峰 時(shí)段系統(tǒng)的發(fā)電量 因此 如何根據(jù)用戶的習(xí)慣和電力系統(tǒng)的實(shí)際情況來(lái)設(shè)計(jì) 需求響應(yīng)機(jī)制 發(fā)揮需求響應(yīng)的最大作用值得深入研究 在智能電網(wǎng)基礎(chǔ)上的 需求響應(yīng)研究已經(jīng)成為國(guó)際研究熱點(diǎn)之一 我國(guó)在需求響應(yīng)方面的理論和實(shí)踐 都要落后于國(guó)外 因此面對(duì)不斷發(fā)展的智能電網(wǎng)需求側(cè)響應(yīng)項(xiàng)目 本文針對(duì)智 能電網(wǎng)用戶端如何在需求響應(yīng)項(xiàng)目的框架下進(jìn)行負(fù)荷管理 改變用電模式的研 究具有十分重大的意義 哈爾濱理工大學(xué)工學(xué)碩士學(xué)位論文 1 3 國(guó)內(nèi)外需求響應(yīng)研究現(xiàn)狀 美國(guó)在2 0 世紀(jì)七十年代率先提出用戶需求側(cè)的管理這一概念 2 0 0 1 年美 國(guó)加州電力危機(jī)爆發(fā) 此次危機(jī)過(guò)后隨著全球經(jīng)濟(jì)的迅速發(fā)展 全球面對(duì)頻發(fā) 的電力危機(jī) 需求側(cè)響應(yīng)逐漸登上了各國(guó)電力市場(chǎng)建設(shè)的舞臺(tái) 自2 0 0 1 年以 后 國(guó)外在需求響應(yīng)方面的研究步伐逐漸加快 國(guó)際能源機(jī)構(gòu) I n t e r n a t i o n a l E n e r g yA g e n c y I E A 于2 0 0 3 年發(fā)布了第一份需求側(cè)響應(yīng)的研究報(bào)告 報(bào)告總 結(jié)了一些國(guó)家需求響應(yīng)發(fā)展過(guò)程中獲得的成果和遇到的問(wèn)題 2 j 國(guó)際能源組 織需求側(cè)響應(yīng)專項(xiàng)工作小組在2 0 0 6 年編寫(xiě)發(fā)布了需求側(cè)響應(yīng)指南書(shū) 同年美 國(guó)能源部也發(fā)布了需求側(cè)響應(yīng)專項(xiàng)研究報(bào)告 美國(guó)電力市場(chǎng)是世界發(fā)展最成熟 的電力市場(chǎng) 目前各類需求響應(yīng)在多個(gè)地區(qū)都有市場(chǎng)化項(xiàng)目的運(yùn)行 美國(guó)最新 研究表明 美國(guó)現(xiàn)行的各種能源方案中 與需求響應(yīng)有關(guān)的能源貢獻(xiàn)容量約達(dá) 到3 7 5 0 0 M W 大約相當(dāng)于美國(guó)夏季的總用電計(jì)劃需求量的5 l j J 2 0 0 9 年2 月美國(guó)簽署了 美國(guó)復(fù)蘇與再投資法案 美國(guó)能源部將獲得4 5 億美元的投 資 用于促進(jìn)D R 設(shè)備的發(fā)展 推進(jìn)智能電網(wǎng)技術(shù)的研究 歐盟委員會(huì)在2 0 1 0 年發(fā)布了3 個(gè)2 0 2 0 年歐洲氣候和能源目標(biāo)時(shí)指出需求響應(yīng)是幫助歐盟委員會(huì) 實(shí)現(xiàn)這些目標(biāo)的一個(gè)重要手段 這將大力加快需求響應(yīng)的在歐洲的發(fā)展速度 隨著需求響應(yīng)的不斷研究和實(shí)踐 用戶需求側(cè)響應(yīng)研究有了新的內(nèi)容 在智能 電網(wǎng)中技術(shù)的不斷進(jìn)步 用戶與電力公司不僅可以進(jìn)行實(shí)時(shí)雙向通信 還可以 通過(guò)智能控制技術(shù)更好的維護(hù)系統(tǒng)和控制負(fù)載 因此需要設(shè)計(jì)更靈活的需求響 應(yīng)策略以充分發(fā)揮先進(jìn)技術(shù)的有利作用 目前國(guó)際上有很多關(guān)于需求響應(yīng)電價(jià)設(shè)計(jì)及D R 下的用電設(shè)備調(diào)度的研究 成果 文獻(xiàn) 4 5 都采用了分布式梯度算法解決最小化電費(fèi)成本和功耗限制引 起的用戶不滿 的問(wèn)題 從而實(shí)現(xiàn)社會(huì)整體效益最大化的目標(biāo) 實(shí)際過(guò)程是通過(guò) 算法設(shè)計(jì)電價(jià)促使用戶更合理調(diào)度其用電設(shè)備以減少發(fā)電峰荷 從而減少電力 公司總發(fā)電成本 增加總體收益 其中文獻(xiàn) 5 對(duì)幾種常用的家電設(shè)備建立了函 數(shù)模型 還考慮了電動(dòng)汽車等充電設(shè)備的調(diào)度 但其沒(méi)有考慮推遲用電設(shè)備使 用對(duì)用戶的影響 文獻(xiàn) 6 則是對(duì)D R 中的實(shí)時(shí)電價(jià)定價(jià)策略進(jìn)行研究 通過(guò)能 量管理控制器對(duì)用電設(shè)備進(jìn)行調(diào)度 實(shí)現(xiàn)供應(yīng)端的利益最大 文中注意到了推 遲電器使用降低了用戶滿意度的問(wèn)題 但對(duì)功率可調(diào)的家用電器該如何調(diào)度沒(méi) 有考慮到 文獻(xiàn) 7 8 研究了針對(duì)電力出現(xiàn)短缺情況時(shí)基于激勵(lì)的需求響應(yīng)項(xiàng) 目的定價(jià)機(jī)制 文獻(xiàn) 9 1 f 1 0 1 1 1 2 運(yùn)用博弈論的相關(guān)知識(shí)對(duì)需求響應(yīng)進(jìn)行研 究 其中文獻(xiàn) 9 還提出了一種分布式策略 利用用戶的需求響應(yīng)降低高峰時(shí)段 哈爾濱理工大學(xué)工學(xué)碩士學(xué)位論文 負(fù)載率從而彌補(bǔ)電力短缺 但這幾篇文章都沒(méi)有考慮清潔可再生能源參與需求 響應(yīng)時(shí)對(duì)用戶和系統(tǒng)的影響 也并未提出具體設(shè)備的調(diào)度方法 文章 1 2 提出 了一種基于V C G 拍賣機(jī)制的設(shè)計(jì)方法使得電力系統(tǒng)中資源得到合理分配 達(dá) 到效益最大 作者同樣沒(méi)有將功率可調(diào)節(jié)設(shè)備考慮到分配中去 國(guó)外對(duì)需求響應(yīng)機(jī)制下的負(fù)荷調(diào)度問(wèn)題研究成果也很多 文獻(xiàn) 1 3 1 4 基 于實(shí)時(shí)電價(jià)需求響應(yīng)項(xiàng)目和電價(jià)預(yù)測(cè)提出了功率可調(diào)節(jié)的用電設(shè)備的調(diào)度策 略 文章中考慮了設(shè)備可延時(shí)使用的情況 其中文獻(xiàn) 1 3 研究在電費(fèi)最小和電 器延遲時(shí)間最小兩個(gè)目標(biāo)綜合考慮的調(diào)度策略 并提出了一種自治住宅能耗調(diào) 度框架 而 1 4 則提出了電價(jià)不確定時(shí)的調(diào)度策略 但沒(méi)有提出針對(duì)具體家電 的調(diào)度措施 文獻(xiàn) 1 5 同樣基于電價(jià)不確定情形研究了可推遲使用的設(shè)備的調(diào) 度問(wèn)題 文獻(xiàn) 1 6 1 提出了一個(gè)基于家庭局域網(wǎng)的需求響應(yīng)框架 文獻(xiàn) 1 7 1 針對(duì) 需求響應(yīng)對(duì)發(fā)電廠擴(kuò)建計(jì)劃決策的影響進(jìn)行建模研究 引入一個(gè)指數(shù)函數(shù)對(duì)新 發(fā)電機(jī)組的建設(shè)做全面的評(píng)估 文獻(xiàn) 1 8 1 提出了一種基于需求響應(yīng)的工業(yè)能量 管理系統(tǒng) 并且以鋼鐵工業(yè)為例說(shuō)明了該系統(tǒng)的工作過(guò)程 文獻(xiàn)f 1 9 設(shè)計(jì)了一 種適用于需求響應(yīng)的基于自適應(yīng)神經(jīng)模糊推理的能量管理系統(tǒng) 其控制采用的 是分支界定調(diào)度算法 國(guó)內(nèi)在需求側(cè)響應(yīng)方面的研究起步較晚 2 0 0 4 年剛開(kāi)始接觸到需求響應(yīng)相 關(guān)的理論 2 例 但研究和實(shí)踐發(fā)展速度迅猛 華北電力大學(xué) 上海交通大學(xué)和哈 爾濱工業(yè)大學(xué)等高校都在積極研究探索需求側(cè)響應(yīng)的理論和實(shí)踐機(jī)制 需求響 應(yīng)相關(guān)的研究成果也在逐年增多 目前我國(guó)在電力市場(chǎng)管理方面沒(méi)有全面開(kāi) 放 用戶需求響應(yīng)的實(shí)踐還沒(méi)有形成規(guī)模 我國(guó)在投入實(shí)際應(yīng)用的需求響應(yīng)僅 有可中斷負(fù)荷 峰谷電價(jià) 季節(jié)性豐枯電價(jià)等 文獻(xiàn) 2 1 2 2 2 3 1 介紹了需求響 應(yīng)的概念 分類 所涉及的技術(shù)以及國(guó)外電力市場(chǎng)中需求響應(yīng)項(xiàng)目的實(shí)踐和運(yùn) 行機(jī)制等內(nèi)容 文獻(xiàn) 2 4 詳細(xì)介紹了需求側(cè)競(jìng)價(jià)的相關(guān)理論知識(shí) 并結(jié)合國(guó)際 上的實(shí)際案例闡述了其實(shí)施模式 并探討了其在電力市場(chǎng)中的實(shí)施機(jī)制 國(guó)內(nèi)對(duì)需求響應(yīng)的價(jià)格和機(jī)制研究成果較多 文獻(xiàn) 2 5 提出了一種基于上 網(wǎng)與銷售兩種電價(jià)聯(lián)動(dòng)的經(jīng)濟(jì)學(xué)優(yōu)化模型 并根據(jù)相關(guān)的實(shí)例分析提出電價(jià)聯(lián) 動(dòng)方案的建議 文獻(xiàn) 2 6 根據(jù)峰谷分時(shí)電價(jià)下用戶響應(yīng)的歷史數(shù)據(jù) 用響應(yīng)數(shù) 據(jù)建立矩陣表示用戶對(duì)價(jià)格信號(hào)的響應(yīng)程度 綜合考慮了用戶用電滿意度 提 出了一種峰谷分時(shí)電價(jià)的優(yōu)化決策模型 文獻(xiàn) 2 7 則根據(jù)用戶滿意度建立了需 求側(cè)競(jìng)價(jià)的價(jià)格決策模型 文獻(xiàn) 2 8 則提出了一個(gè)基于舒適度的家庭能源管理 算法 但是沒(méi)有考慮新能源對(duì)家庭能源的影響 而 2 9 3 0 3 1 則研究解決了建 立可中斷負(fù)荷項(xiàng)目的數(shù)學(xué)模型和價(jià)格決策模型的問(wèn)題 文獻(xiàn)f 3 2 總結(jié)了當(dāng)前國(guó) 哈爾濱理工大學(xué)工學(xué)碩士學(xué)位論文 際上智能電網(wǎng)方面的一些研究成果 探索了智能電網(wǎng)中實(shí)施需求響應(yīng)的相互作 用 并提出了一些關(guān)于智能電網(wǎng)與需求響應(yīng)發(fā)展的建議 文章t 3 3 1 基于對(duì)偶分 解算法提出了一種分布式算法 用于實(shí)時(shí)電價(jià)的定價(jià)策略 文獻(xiàn) 3 4 詳細(xì)介紹 了需求響應(yīng)期權(quán)的原理 交易形式及其價(jià)值 并提出了智能電網(wǎng)下多種用戶需 求響應(yīng)的期權(quán)形式 文獻(xiàn) 3 5 建立了協(xié)調(diào)優(yōu)化模型 在智能電網(wǎng)下將緊急需求 響應(yīng)項(xiàng)目加入系統(tǒng)備用 近年來(lái)智能電表的大范圍使用 先進(jìn)計(jì)量技術(shù)的逐漸普及 也促進(jìn)了智能 控制技術(shù)的發(fā)展 國(guó)內(nèi)對(duì)于需求響應(yīng)視角下智能控制系統(tǒng)的相關(guān)研究也慢慢重 視起來(lái) 文獻(xiàn) 3 6 設(shè)計(jì)并實(shí)現(xiàn)了基于高級(jí)計(jì)量架構(gòu) A M I 的面向家庭用戶的家 庭能源管理軟件系統(tǒng) 并搭建了硬件平臺(tái) 文獻(xiàn) 3 7 1 研究了在分時(shí)電價(jià)項(xiàng)目 下 新能源汽車儲(chǔ)蓄電池的集中充電策略 文獻(xiàn) 3 8 設(shè)計(jì)了用戶端能源管理框 架 從軟硬件層面實(shí)現(xiàn)對(duì)用戶的需求響應(yīng)和需量控制 文獻(xiàn) 4 q 在建立人體舒 適度調(diào)節(jié)空間的基礎(chǔ)上研究空調(diào)系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)需求側(cè)管理的方法 國(guó)內(nèi)也在探究用一些新的算法和策略進(jìn)行需求響應(yīng)研究 如模式分類算法 和經(jīng)濟(jì)學(xué)方法等 文獻(xiàn) 3 9 運(yùn)用粒子群算法對(duì)別墅用戶的需求響應(yīng)做出決策 達(dá)到節(jié)能的目的 文獻(xiàn) 4 0 將遺傳算法交叉驗(yàn)證和支持向量回歸的方法用于實(shí) 施電價(jià)的預(yù)測(cè) 并在此基礎(chǔ)上通過(guò)混合整數(shù)規(guī)劃的方法幫助用戶進(jìn)行用電決 策 文獻(xiàn) 4 2 通過(guò)博弈論方法研究了實(shí)施電價(jià)的定價(jià)機(jī)制 并提出了 種用于 家庭能源調(diào)度的分布式在線學(xué)習(xí)算法 文獻(xiàn) 4 3 通過(guò)博弈論中的雙寡頭模型來(lái) 研究供電商和用戶之間的相互作用 從而提出需求響應(yīng)項(xiàng)目方案 1 4 課題研究?jī)?nèi)容 本課題研究來(lái)源于哈爾濱科技創(chuàng)新人才研究專項(xiàng)資金 R C 2 0 1 3 L X 0 0 7 0 0 3 本文的主要研究?jī)?nèi)容如下 1 本文首先對(duì)需求響應(yīng)的概念與內(nèi)容做了論述 系統(tǒng)闡述了需求響應(yīng)對(duì)電 力供需兩側(cè)的影響及其對(duì)于電力系統(tǒng)和用戶的重要作用和巨大效益 詳細(xì)的介 紹了課題的研究背景以及國(guó)內(nèi)外關(guān)于需求響應(yīng)的研究成果 并細(xì)致分析了各個(gè) 研究的優(yōu)缺點(diǎn) 2 詳細(xì)研究了國(guó)外電力市場(chǎng)實(shí)施的需求相應(yīng)項(xiàng)目實(shí)例 通過(guò)這些實(shí)例引出 了家庭能源管理系統(tǒng)所需要的技術(shù)基礎(chǔ)及標(biāo)準(zhǔn) 從計(jì)量 通信 控制三個(gè)方 面 分析了現(xiàn)行的主要技術(shù)手段及該技術(shù)在需求響應(yīng)中的作用和影響 3 對(duì)普通家庭用戶的用電負(fù)荷分為兩類 分別進(jìn)行負(fù)荷特性數(shù)學(xué)分析 對(duì) 哈爾濱理工大學(xué)工學(xué)碩士學(xué)位論文 于用戶用電舒適度分為環(huán)境舒適度和時(shí)間延遲舒適度兩方面進(jìn)行建模分析 根 據(jù)分析結(jié)果確定環(huán)境參數(shù)和時(shí)間參數(shù)兩個(gè)約束條件的設(shè)定 4 對(duì)于家庭能源管理調(diào)度問(wèn)題進(jìn)行數(shù)學(xué)模型分析 建立差值最小化算法公 式 在M A T L A B 平臺(tái)上 針對(duì)差值最小化算法應(yīng)用于家庭能源調(diào)度問(wèn)題進(jìn)行編 程 針對(duì)單用戶 多用戶 不同的分時(shí)電價(jià)價(jià)格比和不同的時(shí)間約束條件進(jìn)行 細(xì)致的仿真 并對(duì)仿真結(jié)果做出分析 哈爾濱理工大學(xué)工學(xué)碩士學(xué)位論文 第2 章引入需求響應(yīng)的技術(shù)條件 2 1 需求響應(yīng)的定義與應(yīng)用 需求響應(yīng)的定義由美國(guó)首先提出 是指通過(guò)提高價(jià)格或其他激勵(lì)措施促使 電網(wǎng)終端用戶主動(dòng)改變固有的用電習(xí)慣 從而達(dá)到在電力價(jià)格高漲或者電力系 統(tǒng)可靠性受到威脅時(shí)利用先進(jìn)智能化計(jì)量裝置降低用電負(fù)載的短期行為 按照電力終端用戶根據(jù)價(jià)格信號(hào)或激勵(lì)機(jī)制做出的響應(yīng)方式的不同 可以 將需求響應(yīng)可以分為基于價(jià)格和基于激勵(lì)兩種 基于價(jià)格的需求響應(yīng)項(xiàng)目是通 過(guò)改變電力價(jià)格的方式促使終端用戶自主做出用電時(shí)間和方式的改變 包括分 時(shí)電價(jià) T O U 尖峰電價(jià) C P P 實(shí)時(shí)電價(jià) R T P 等m 舶 基于激勵(lì)的需求響應(yīng) 項(xiàng)目是指D R 運(yùn)營(yíng)機(jī)構(gòu)根據(jù)電力供需情況制定相應(yīng)政策 使得用戶在系統(tǒng)需要 或電力緊張時(shí)減少電力需求 以此獲得直接補(bǔ)償或其他時(shí)段的優(yōu)惠電價(jià) 包括 直接負(fù)荷控制 需求側(cè)競(jìng)價(jià) 緊急需求響應(yīng)計(jì)劃 可中斷負(fù)荷控制 容量 市 場(chǎng)輔助服務(wù)計(jì)劃等1 4 7 4 8 1 這兩種需求響應(yīng)是可以相互促進(jìn)實(shí)施的 國(guó)外很多公司都是兩種需求響應(yīng) 共同實(shí)施 以達(dá)到更好的效益 英國(guó)實(shí)行的是分時(shí)電價(jià)和可中斷負(fù)荷項(xiàng)目 其 中分時(shí)電價(jià)提供給用戶多種不同的分時(shí)電價(jià) 可中斷負(fù)荷則提供3 種合同形式 給用戶 快速備用 短期運(yùn)行備用和穩(wěn)定電網(wǎng)頻率響應(yīng) 芬蘭的分時(shí)電價(jià)包含 6 種不同的時(shí)段電價(jià) 電力高峰時(shí)段的峰 平電價(jià) 中等時(shí)段的峰 平電價(jià)以 及低谷時(shí)段的平 谷電價(jià) 而可中斷負(fù)荷項(xiàng)目則根據(jù)提前通知時(shí)間和可中斷持 續(xù)時(shí)間的不同將合同劃分成5 種類型 合同規(guī)定一年內(nèi)用戶中斷用電時(shí)間需要 達(dá)到2 4 0h 但對(duì)用戶的中斷次數(shù)是有限制的 挪威需求響應(yīng)有可中斷負(fù)荷控 制和需求側(cè)競(jìng)價(jià) 可中斷負(fù)荷控制根據(jù)提前通知時(shí)間和中斷持續(xù)時(shí)間可分為 1 提前1 5m i n 通知用戶 中斷持續(xù)時(shí)間無(wú)限制 削減5 負(fù)荷 2 提前2h 通 知用戶 中斷持續(xù)時(shí)間無(wú)限制 削減2 5 負(fù)荷 3 提前1 5m i n 通知用戶 中 斷持續(xù)時(shí)間2h 削減7 5 負(fù)荷 若用戶違反協(xié)議用電 則用戶在模式 1 2 3 時(shí)的電價(jià)分別是2 7 5 歐元 k W h 1 0 8 3 歐元 k W h 和3 2 6 3 歐元 k W h 需求側(cè)競(jìng)價(jià)即電力調(diào)頻容量市場(chǎng)項(xiàng)目 需求側(cè)資源可以與發(fā)電機(jī)組競(jìng)價(jià)從而實(shí) 現(xiàn)電力平衡 西班牙也是分時(shí)電價(jià)和可中斷負(fù)荷項(xiàng)目共同實(shí)施 法國(guó)的分時(shí)電 價(jià)項(xiàng)目也獨(dú)有特色 電價(jià)的高低由電價(jià)標(biāo)記顏色和用電的峰谷時(shí)段共同決定 哈爾濱理工大學(xué)工學(xué)碩士學(xué)位論文 需求響應(yīng)在歐美的廣泛建設(shè)源于其對(duì)電力系統(tǒng)和用戶的眾多有利的作用 需求響應(yīng)在用電高峰時(shí)對(duì)負(fù)荷的削減作用十分巨大 美國(guó)電力市場(chǎng)十分成熟 有多種需求響應(yīng)項(xiàng)目的實(shí)際應(yīng)用經(jīng)驗(yàn) 表2 1 是在美國(guó)實(shí)施的不同的需求響應(yīng) 項(xiàng)目實(shí)現(xiàn)的負(fù)荷削減情況 4 9 1 通過(guò)表格2 1 我們能更直觀的了解需求響應(yīng)的負(fù) 荷削減效果 表2 l 需求響應(yīng)在美國(guó)實(shí)現(xiàn)的負(fù)荷削減 M W l T a b 2 1D e m a n dR e s p o n s el o a dr e d u c t i o n sa c h i e v e di nt h eU n i t e dS t a t e s 類型項(xiàng)目名稱工商用戶居民 批發(fā)市場(chǎng) 其他合計(jì) 基于價(jià)尖峰電價(jià) 4 0 l3 01 0 08 86 1 9 格的需結(jié)合D L C 1 2 98 0 1 3 1 5 0 求響應(yīng)的尖峰電價(jià) 項(xiàng)目實(shí)時(shí)電價(jià) 1 1 1 7400 1 1 2 1 分時(shí)電價(jià) 2 1 3 21 0 03 51 92 2 8 6 其他 2 4 21 4 21 0 0 05 61 4 4 0 基于激 需求側(cè)競(jìng)價(jià) 1 2 5 102 5 7 01 73 8 3 8 勵(lì)的需 回購(gòu)計(jì)劃 求響應(yīng)直接負(fù)荷控 1 6 8 75 5 6 87 9 39 5 79 0 0 5 項(xiàng)目制 緊急需求響 1 3 7 51 6 31 1 4 9 31 11 3 0 4 2 應(yīng) 可中斷負(fù)荷 9 5 2 45 01 0 3 33 7 l1 0 9 7 8 容量備用 3 5 3 01 1 2 44 11 05 38 8 1 7 調(diào)頻服務(wù) 001 001 0 其他 4 601 5 6 001 6 0 6 總計(jì) 2 1 4 3 4 7 1 8 12 2 7 1 2 1 5 8 55 2 9 1 2 2 2 需求響應(yīng)技術(shù)支持 需求側(cè)資源的開(kāi)發(fā)需要先進(jìn)智能電網(wǎng)技術(shù)的支持 需求響應(yīng)項(xiàng)目的開(kāi)展和 推廣很大程度上取決于智能電網(wǎng)基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)的先進(jìn)程度 需求響應(yīng)需要智能 電網(wǎng)技術(shù)可以支持的功能包括 能夠分時(shí)段測(cè)量并有遠(yuǎn)程通信功能的智能電 表 高速度高可靠性高安全性的電力通信技術(shù) 用來(lái)通知用戶端需求響應(yīng)事件 的發(fā)生 并能夠近乎實(shí)時(shí)的通知用戶最新的電價(jià)信息和各家用電器用電量 能 夠根據(jù)歷史數(shù)據(jù)及實(shí)時(shí)獲得的負(fù)荷數(shù)據(jù) 分析一般情境下的負(fù)荷削減獲得的效 益 同時(shí)為供電側(cè)和需求側(cè)提供負(fù)荷削減建議及電價(jià)預(yù)測(cè)信息 在用戶側(cè)擁有 方便快捷的可以實(shí)現(xiàn)用電負(fù)荷的自動(dòng)化控制的控制中心或者植入式的能源調(diào)度 控制系統(tǒng) 以上的這些功能可以歸類為先進(jìn)計(jì)量技術(shù) 電力通信技術(shù)及與軟硬 哈爾濱理工大學(xué)工學(xué)碩士學(xué)位論文 件相關(guān)的智能控制技術(shù) 先進(jìn)計(jì)量技術(shù)與電力通信技術(shù)構(gòu)成了高級(jí)計(jì)量架構(gòu) f A d v a n c e dM e t e r i n gI n f r a s t r u c t u r e A M I 通信技術(shù)與智能控制技術(shù)構(gòu)成了能 源管理系統(tǒng) 2 2 1 先進(jìn)計(jì)量技術(shù) 高級(jí)計(jì)量架構(gòu)A M I 是智能電網(wǎng)的和核心組成部分 是能夠在智能電表和 電力公司之間實(shí)現(xiàn)自動(dòng)通信的系統(tǒng) 它能夠給電力公司提供電表實(shí)時(shí)測(cè)量到的 電力系統(tǒng)和用戶終端用電的各種電能參數(shù) 同時(shí)也幫助用戶了解電價(jià)變化和家 用電器的用電情況 實(shí)現(xiàn)更明智的用電 A M I 系統(tǒng)可以在檢查電網(wǎng)線路 監(jiān)控 電能質(zhì)量 防竊電 支持響應(yīng)型需求響應(yīng)項(xiàng)目 處理停電事故以及提升顧客服 務(wù)質(zhì)量等方面起到重要作用 高級(jí)計(jì)量架構(gòu)A M I 通常由4 個(gè)部分組成 如圖 2 1 所示 包括智能電表 遠(yuǎn)程通信網(wǎng)絡(luò) 數(shù)據(jù)收集系統(tǒng)和包含數(shù)據(jù)處理功能 的主棚 系統(tǒng) 用 o 圖2 1A M I 組成圖 F i g 2 1A M ls y s t e ms t r u c t u r ed i a g r a m 終端智能電表測(cè)量到的用戶用電或其他計(jì)量任務(wù)的相關(guān)數(shù)據(jù)發(fā)送到數(shù)據(jù)集 中器中 通過(guò)遠(yuǎn)程通信網(wǎng)絡(luò)將數(shù)據(jù)傳送到主機(jī)系統(tǒng)進(jìn)行數(shù)據(jù)處理 電力公司再 哈爾濱理工大學(xué)工學(xué)碩士學(xué)位論文 通過(guò)獲得的分析數(shù)據(jù)進(jìn)行決策 A M I 的數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)使得電力公司對(duì)大量數(shù)據(jù) 的存儲(chǔ)和分析能力大大提升 在需求響應(yīng)項(xiàng)目中 在計(jì)量時(shí)間間隔及電價(jià)波動(dòng) 的時(shí)間都大大縮短后 終端用戶的計(jì)量數(shù)據(jù)量將大幅度增長(zhǎng) 例如計(jì)量時(shí)間從 每月縮短為每小時(shí)后 一個(gè)終端用戶的一年采集數(shù)據(jù)量便從1 2 個(gè)增長(zhǎng)到8 7 6 0 個(gè) A M I 的數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)還可以進(jìn)行快速的數(shù)據(jù)處理 通過(guò)強(qiáng)大的數(shù)據(jù)分析能 力電力公司更清晰的掌握系統(tǒng)和用戶用電情況 這為更合理高效的管理電力系 統(tǒng)提供了便利 對(duì)電力機(jī)制的改進(jìn)及電價(jià)的制定提供了更準(zhǔn)確參考數(shù)據(jù) 更有 力的促進(jìn)需求響應(yīng)項(xiàng)目的實(shí)施 智能電表是A M I 系統(tǒng)基礎(chǔ)設(shè)施中最重要的一環(huán) 近年來(lái) 智能電表的發(fā) 展也十分迅速 技術(shù)也十分成熟 相對(duì)于傳統(tǒng)的機(jī)電式電表 為了適應(yīng)智能電 網(wǎng)和新能源的使用智能電表具備更先進(jìn)的功能 包括雙向多種費(fèi)率的計(jì)量 用 戶終端控制功能 計(jì)量精度也得到了有效提高 并具有雙向通信功能 可以用 多種數(shù)據(jù)傳輸模式來(lái)傳遞信息 終端用戶可以根據(jù)自身的用電習(xí)慣和需求響應(yīng) 項(xiàng)目來(lái)設(shè)定具體參數(shù)來(lái)進(jìn)行用電管理 為了配合A M I 系統(tǒng)的建設(shè) 建立智能 電表網(wǎng)絡(luò) 智能電表還支持實(shí)時(shí)讀取 遠(yuǎn)程控制的功能 通過(guò)集成在電表內(nèi)的 傳感和測(cè)量技術(shù) 智能電表還可以實(shí)現(xiàn)電力系統(tǒng)竊電檢測(cè) 電能質(zhì)量檢測(cè)和故 障定位等功能 智能電表這些智能化功能對(duì)智能電網(wǎng)和需求響應(yīng)的發(fā)展都有積 極的促進(jìn)作用 2 2 2 遠(yuǎn)程通信技術(shù) 智能電網(wǎng)的通信技術(shù)分為單向通信技術(shù)和雙向通信技術(shù)兩類 通信網(wǎng)絡(luò)按 照適用范圍可以分為用于電力生產(chǎn)過(guò)程的通信網(wǎng)絡(luò)和面向用戶服務(wù)的通信網(wǎng) 絡(luò) 如圖2 2 2 3 所示 通信技術(shù)的選擇使用主要由當(dāng)?shù)氐牡乩砗腿丝趤?lái)決 定 例如在沿海大城市 人口密度高 數(shù)據(jù)采集量大 這種環(huán)境要求必須有完 備的網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)設(shè)施 要安裝數(shù)據(jù)集成裝置和數(shù)據(jù)路由裝置 這樣才能滿足大數(shù) 據(jù)的存儲(chǔ)和發(fā)送的需求 單向通信通常是指遠(yuǎn)程抄表 但現(xiàn)在通信技術(shù)迅猛發(fā) 展 單向通信逐漸被取代 未來(lái)的電力通信趨勢(shì)必然是雙向通信方式 完全的 雙向通信可以供電測(cè)和需求側(cè)都能同時(shí)接受和發(fā)送數(shù)據(jù) 是需求響應(yīng)供應(yīng)側(cè)和 需求側(cè)雙側(cè)互動(dòng)的前提 當(dāng)前A M I 系統(tǒng)的遠(yuǎn)方通信主要形式有 光纖通信 電力線通信 無(wú)線電R F G P R S 和3 G 似G 移動(dòng)通信等 哈爾濱理工大學(xué)工學(xué)碩士學(xué)位論文 數(shù)據(jù)服務(wù)器 H bJ J E 務(wù)器 智能電剛數(shù) 7 7 據(jù)采集 j 7 輸電線路監(jiān)測(cè) 一 一 一 一 一 t 發(fā)電廠監(jiān)測(cè) 1 j 配電網(wǎng)監(jiān)測(cè)j 二 一一 變電站監(jiān)測(cè) 7 一一一一一一一一一 一7 7 二 一一一一一一一一 7 i用電信息監(jiān)測(cè) 一一一一一一一 圖2 2 智能電網(wǎng)生產(chǎn)過(guò)程的監(jiān)測(cè)通信網(wǎng)絡(luò)架構(gòu) F i g 2 2M o n i t o r i n gc o m m u n i c a t i o nn e t w o r ka r c h i t e c t u r eo fs m a r tg r i dp r o d u c t i o np r o c e s s 電力公司 調(diào)瞳主站光端設(shè)備i 一 專一 一一一一一一 一 I n t e r n e t 一 一7 7 圖2 3 智能電網(wǎng)用戶服務(wù)的通信網(wǎng)絡(luò)架構(gòu) F i g 2 3C o m m u n i c a t i o nn e t w o r ka r c h i t e c t u r eo fs m a r tg r i du s e rs e r v i c e 哈爾濱理工大學(xué)工學(xué)碩士學(xué)位論文 1 光纖通信是以光導(dǎo)纖維作為傳輸介質(zhì) 以光波作為信息載體的先進(jìn)通 信技術(shù) 光纖通信具有速度快 安全性高 抗干擾和性價(jià)比高的優(yōu)勢(shì) 十分適 用于電力通信 目前光纖通信技術(shù)發(fā)展應(yīng)用十分的成熟 有較為統(tǒng)一的國(guó)際標(biāo) 準(zhǔn) 使用范圍也十分的廣泛 我國(guó)現(xiàn)在已經(jīng)擁有世界上規(guī)模最大的電力專用光 纖通信網(wǎng)絡(luò) 但是我國(guó)光纖通信也有一些缺點(diǎn) 骨干網(wǎng)強(qiáng) 接入網(wǎng)弱 高 電壓端強(qiáng) 低端弱 的問(wèn)題亟待解決 另外采用光纖通信作為智能電網(wǎng)的電力 通信技術(shù) 還需要解決 最后一公里 的問(wèn)題 即從通信服務(wù)提供商的機(jī)房 交換機(jī)到用戶終端設(shè)備之間的連接問(wèn)題 2 電力載波通信 P o w e rL i n eC o m m u n i c a t i o n P L C P L C 電力載波通 信是電力系統(tǒng)特有的通信技術(shù) 通過(guò)載波方式如在電壓和電流信號(hào)中加入通信 信號(hào)來(lái)實(shí)現(xiàn)電力通信 它的優(yōu)點(diǎn)是不需要額外架設(shè)通信線路 利用原有的電力 線即可實(shí)現(xiàn)傳輸 P L C 具有一定的局限性 但是P L C 系統(tǒng)特別適用于交通不 便架設(shè)線路困難的農(nóng)村地區(qū) 有的供電公司的供電系統(tǒng)覆蓋范圍同時(shí)包含了農(nóng) 村和城市兩種環(huán)境 這種情況下采用P L C 通信技術(shù)可以在全部服務(wù)區(qū)中通過(guò) 一種通信技術(shù)就建立一個(gè)統(tǒng)一完整的先進(jìn)計(jì)量系統(tǒng) 智能控制技術(shù)的發(fā)展也給 P L C 的發(fā)展帶來(lái)了新的前景 在家庭區(qū)域網(wǎng)H A N 中大家都看好無(wú)線通信技 術(shù) 但是墻對(duì)無(wú)線信號(hào)的削減問(wèn)題難以解決 于是不用重新架設(shè)線路的P L C 通信進(jìn)成為了最佳選擇方案之一 同時(shí)其成本也遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于無(wú)線通信 3 射頻無(wú)線電通信 R a d i oF r e q u e n c y R F R E 信號(hào)一般頻率較高 使 用R F 進(jìn)行電力通信的過(guò)程是使用一個(gè)固定的頻率的射頻信號(hào)通過(guò)一個(gè)非公共 網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)智能電表的通信功能 2 0 世紀(jì)9 0 年代末 美國(guó)在供電網(wǎng)絡(luò)中大幅度 推廣自動(dòng)抄表系統(tǒng) 而這些系統(tǒng)的通信都采用固定無(wú)線電頻率R F 通信 有些 R F 網(wǎng)絡(luò)具有 自愈 功能 自愈 功能對(duì)于維護(hù)配電網(wǎng)絡(luò)穩(wěn)定運(yùn)行具有重要 的作用 配電網(wǎng)有時(shí)因?yàn)榄h(huán)境因素因素如雷擊 暴風(fēng)雨或人為原因