一种基于需求响应的配电变压器智能电压调节系统及方法

摘要

本发明涉及一种基于需求响应的配电变压器智能电压调节系统及方法，属于智能配电技术领域。本发明根据用电负荷时段调整调压配电变压器的电压设定参考值，当处于用电高峰时段时，降低电压设定参考值，即在用电高峰时段降低低压侧的供电电压以减少用电负荷，当处于用电低谷时段时，提高电压设定参考值，即在用电低谷时段提高低压侧的供电电压以增加用电负荷，本发明具备主动需求响应能力，可实现在系统用电高峰时段主动降低用电负荷，在系统用电低谷时段主动提升用户用电负荷的功能。为公共机构、商业楼宇、工业企业以及居民小区的主动需求响应的实施创造条件。

说明书

技术领域

本发明涉及一种基于需求响应的配电变压器智能电压调节系统及方法，属于 智能配电技术领域。

背景技术

为了保持供电电压的稳定，在配电变压器的高压侧一般都配置有主变分接 头，通过调节主变的高压侧分接头位置可以实现在电网电压波动情况下供电电压 的稳定，对于10KV配电变压器一般设置5个调压分接抽头，每个分接抽头之间 的电压为±2.5％额定电压，对于油浸式配电变压器采用端部抽头的方式实现，对 于干式配电变压器则采用中间抽头的方式实现。

目前的配电变压器(不论是油浸式或是干式变压器)的分接头调整大部分是 采用在停电的情况下手动调节分接头连接片来实现调压，也有一少部分采用了有 载调压开关来实现配电变压器的分接头自动调节，有载调压开关采用电机等电动 执行机构来实现调压，以保证在用电高峰时段和用电低谷时段的供电电压稳定， 有载调压开关一般配置有有载调压自动控制装置(即自动控制器)。该自动控制 器一般设定了配变副边的参考电压值(如Vref＝380V)，设定了副边电压的最大变 化范围±1.25％，在配电变压器低压侧电压超出该范围后即执行调压动作，调压 后将低压侧电压控制在该范围内。

目前的配电变压器的自动有载调压开关虽然在保持用户的供电电压稳定方 面起到了积极的作用，但其不具备需求响应功能，不能实现需求侧响应，同时在 实施需求侧响应时起到了相反的作用，即在用电高峰期间低压侧供电电压应该降 低以减少用电负荷，而此时有载调压开关偏偏向上调压以达到恒定供电电压的作 用，在用电低谷时情况则与用电高峰时刚好相反，有载调压开关向下调压。这样 的有载调压控制方式及有载调压控制器不具备高峰用电时降低用电负荷，系统用 电低谷时段提升用电负荷的作用。

因此，到目前为止，虽然在配电变压器的调压技术上存在着有载调压开关 自动控制器，该控制器在配变低压侧供电电压的稳定控制上起到了积极的作用， 但该自动控制器不具备需求响应控制功能。

发明内容

本发明的目的是提供一种基于需求响应的配电变压器智能电压调节系统 及方法，以解决目前配电变压器的智能电压调节过程无法实现需求侧响应的问 题。

本发明为解决上述技术问题提供了一种基于需求响应的配电变压器智能电 压调节系统，，该调节系统包括微处理器和电流、电压检测模块，电流、电压检 测模块输出端与微处理器连接，微处理器的输出端用于控制有载调压开关，所述 微处理器根据用电负荷时段调整调压配电变压器的电压设定参考值，当处于用电 高峰时段时，微处理器降低电压设定参考值，当处于用电低谷时段时，微处理器 提高电压设定参考值，微处理器以调整后的电压设定参考值为基准根据电流、电 压检测模块采集到的配电变压器的低压侧供电信号控制有载调压开关。

所述调节系统还包括有载调压开关执行状态检测模块，该有载调压开关执行 状态检测模块的输出端与微处理器的输入端连接，用于采集有载调节开关上分接 头调节动作的执行情况和分接头的档位信息，微处理器根据采集到的上述信息控 制是否进行下一步的调整操作，以确保分接头调整到最大档位或最小档位后不再 进一步发出相应的上调或下调操作指令。

所述用电负荷时段包括用电高峰时段、用电低谷时段、用电平时段和用电尖 峰时段，所述用电负荷时段的设定可采用时段设定模块来完成，该时段设定模块 的输出端与微处理器连接，时段设定模块由按键或通信芯片实现。

所述电流、电压检测模块由电压互感器和电流互感器及电平转换电路组成， 所述电压互感器用于采集配电变压器的低压侧供电电压信号，所述电流互感器用 于采集配电变压器的低压侧供电电流信号，电平转换电路用于将采集到电压信号 与电流信号转换为微处理器可以接收的电平信号，为智能电压调节系统的电压调 整提供依据。

所述当处于用电高峰时段时，微处理器降低电压设定参考值至原来的0.95倍， 当处于用电低谷时段时，微处理器提高电压设定参考值至原来的1.05倍。

本发明还提供了一种基于需求响应的配电变压器智能电压调节方法，该调节 方法根据用电负荷时段调整调压配电变压器的电压设定参考值，当处于用电高峰 时段时，降低电压设定参考值，当处于用电低谷时段时，提高电压设定参考值， 并以调整后的电压设定参考值为基准根据配电变压器的低压侧供电信号控制有 载调压开关。

所述调节方法还包括对有载调压开关执行状态的检测，根据检测的有载调节 开关上分接头调节动作的执行情况和分接头的档位信息，控制是否进行下一步的 调整操作，以确保分接头调整到最大档位或最小档位后不再进一步发出相应的上 调或下调操作指令。

所述用电负荷时段包括用电高峰时段、用电低谷时段、用电平时段和用电尖 峰时段，所述用电负荷时段的设定可根据分时峰谷电价政策或尖峰电价政策确 定。

所述当处于用电高峰时段时，降低电压设定参考值至原来的0.95倍，当处 于用电低谷时段时，提高电压设定参考值至原来的1.05倍。

本发明的有益效果是：本发明根据用电负荷时段调整调压配电变压器的电压 设定参考值，当处于用电高峰时段时，降低电压设定参考值，即在用电高峰时段 降低低压侧的供电电压以减少用电负荷，当处于用电低谷时段时，提高电压设定 参考值，即在用电低谷时段提高低压侧的供电电压以增加用电负荷，本发明具备 主动需求响应能力，可实现在系统用电高峰时段主动降地用电负荷，在系统用电 低谷时段主动提升用户用电负荷的功能。为公共机构、商业楼宇、工业企业以及 居民小区的主动需求响应的实施创造条件。

附图说明

图1是本发明基于需求响应的配电变压器智能电压调节系统的原理接线框 图；

图2是本发明基于需求响应的配电变压器智能电压调节系统的构成示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的具体实施方式做进一步的说明。

本发明的一种基于需求响应的配电变压器智能电压调节系统的实施例

如图1所示，本发明的基于需求响应的配电变压器智能电压调节系统用于调 节变压器电压，包括微处理器和电流、电压检测模块，电流、电压检测模块输出 端与微处理器连接，微处理器的输出端用于控制有载调压开关，微处理器根据用 电负荷时段调整调压配电变压器的电压设定参考值，当处于用电高峰时段时，微 处理器降低电压设定参考值，当处于用电低谷时段时，微处理器提高电压设定参 考值，微处理器以调整后的电压设定参考值为基准根据电流、电压检测模块采集 到的配电变压器的低压侧供电信号控制有载调压开关，实现基于配电变压器需求 响应的智能电压调节。

其中微处理器是整个需求响应型智能电压调节系统的核心，它负责进行数据 的采集与处理、电价信息及峰谷时段时间的存储、电压调整策略的制定及调节条 件的判断，并负责发出相应的电压调节指令。电价信息及峰谷时段时间设定可采 用时段设定模块来完成，该时段设定模块的输出端与微处理器连接，时段设定模 块由按键或通信芯片实现，该设定可以在控制器出厂时设置完成或在现场运行时 设置完成，也可以由内置通信芯片接收通信信息进行设定。电流、电压检测模块 由电压互感器和电流互感器及电平转换电路组成，电压互感器用于采集配电变压 器的低压侧供电电压信号，电流互感器用于采集配电变压器的低压侧供电电流信 号，电平转换电路用于将采集到电压信号与电流信号转换为微处理器可以接收的 电平信号，为智能电压调节系统的电压调整提供依据。

微处理器在判断当前时段属于哪种类型时，可利用时钟芯片来实现，该芯片 能准确地表示当前的年、月、日、小时、分、秒信息，并且该芯片时钟信息是掉 电自保持的，当该时钟芯片的时间信息处于微处理器中存储的峰电价时段时，微 处理器执行相应的峰时段电压调整策略，同样当时钟芯片的时间处于微处理器中 存储的谷电价时段或平电价时段时，微处理器执行相应的谷时段电压调整策略或 平时段电压调整策略。

为了实时了解调压开关的执行状态和分接头的档位信息，该调节系统还包括 有载调压开关执行状态检测模块，有载调压开关执行状态检测模块的输出端与微 处理器的输入端连接，用于采集有载调节开关上分接头调节动作的执行情况和分 接头的档位信息，微处理器根据采集到的上述信息控制是否进行下一步的调整操 作，以确保分接头调整到最大档位或最小档位后不再进一步发出相应的上调或下 调操作指令。

该系统的工作过程如下：

将实施需求响应的分时峰谷电价政策或尖峰电价政策所确定峰时段、谷时 段、平时段以及尖峰电价的对应日期及时间段存储到时段设定模块中，微处理器 根据始终芯片所确定的准确时间信息和时段设定模块中存储时段信息判断当前 时间处于用电负荷的哪个时段，并根据不同时段进行相应的调整控制。

在用电负荷的平时段，微处理器按目前的有载调压开关控制方式即设定配 变低压供电电压参考值为Vref的方式实施调压；在用电负荷的峰时段，微处理 器通过设定配电变压器供电电压参考值为0.95Vref的方式实施调压；在用电负 荷的谷时段，微处理器通过设定配电变压器供电电压参考值为1.05Vref的方式 实施调压；峰时段是在原来的峰谷电价的高峰时间段中划分出一个特殊的时间 段，在该时间段内用电负荷特别高(即所谓的用电尖峰)，通常将每年的7～8月 两个月份中的高峰用电时段中的一个负荷特别高时间段定义为尖峰时段(如下午 16.00～17.00、上午11.00～13.00)，尖峰时间段的具体时间和日期根据我国不同 地域的地域特点而有所不同，可由每个省单独定义其尖峰电价时段，尖峰时段电 价高于峰时段电价(如峰电价1.00元/度，尖峰电价1.40元/度),在尖峰电价对 应的日期及时间段内，微处理器按照配电变压器的高、低压侧绕组变比为最大值 的工作方式来实施调压；以上表述用数学表达式表示为

设V_ref为目前的有载调压配电变压器的低压侧电压设定参考值，V_REF1为需求 响应智能电压调节器的配电变压器的低压侧电压设定参考值，V_RATIO为配电变压 器的变比。

本发明所采用的调整原理是基于配电变压器的用电负荷可以近似地用一个 复阻抗Z＝R+jX来表示，R表示负荷的有功分量，X表示负荷的无功分量，负荷用 电功率的表达式为P＝U*U/R，供电电压改变时其用电负荷近似地与供电电压成正 比，这样U＝1.05V_ref时的用电负荷近似为1.1倍的U＝V_ref的用电负荷，U＝0.95V_ref时的用电负荷近似为0.90倍的U＝V_ref的用电负荷。

本发明的一种基于需求响应的配电变压器智能电压调节方法的实施例

本发明根据用电负荷时段调整调压配电变压器的电压设定参考值，当处于用 电高峰时段时，降低电压设定参考值，即在用电高峰时段降低低压侧的供电电压 以减少用电负荷，当处于用电低谷时段时，提高电压设定参考值，即在用电低谷 时段提高低压侧的供电电压以增加用电负荷，并以调整后的电压设定参考值为基 准根据配电变压器的低压侧供电信号控制有载调压开关。

在用电负荷的平时段，微处理器按目前的有载调压开关控制方式即设定配 变低压供电电压参考值为Vref的方式实施调压；在用电负荷的峰时段，微处理 器通过设定配电变压器供电电压参考值为0.95Vref的方式实施调压；在用电负 荷的谷时段，微处理器通过设定配电变压器供电电压参考值为1.05Vref的方式 实施调压；峰时段是在原来的峰谷电价的高峰时间段中划分出一个特殊的时间 段，在该时间段内用电负荷特别高(即所谓的用电尖峰)，通常将每年的7～8月 两个月份中的高峰用电时段中的一个负荷特别高时间段定义为尖峰时段(如下午 16.00～17.00、上午11.00～13.00)，尖峰时间段的具体时间和日期根据我国不同 地域的地域特点而有所不同，可由每个省单独定义其尖峰电价时段，尖峰时段电 价高于峰时段电价(如峰电价1.00元/度，尖峰电价1.40元/度),在尖峰电价对 应的日期及时间段内，微处理器按照配电变压器的高、低压侧绕组变比为最大值 的工作方式来实施调压；以上表述用数学表达式表示为

设V_ref为目前的有载调压配电变压器的低压侧电压设定参考值，V_REF1为需求 响应智能电压调节器的配电变压器的低压侧电压设定参考值，V_RATIO为配电变压 器的变比。