一种计及用户舒适度的智能化低频减载控制方法

摘要

本发明公开了一种计及用户舒适度的智能化低频减载控制方法，包括以下步骤：（A）电网控制中心以固定的时间间隔对电网的频率信息进行采集，并计算出频率变化率；（B）对用户设定的智能家电设备舒适度理想值及可接受范围、智能家电设备的重要程度以及智能家电负荷工作状态进行检测；（C）计算电网故障严重程度指标、智能家电设备的舒适度越限指标；（D）根据频率变化、电网故障严重程度指标、智能家电设备的舒适度越限指标和智能家电设备的重要程度对智能家电设备进行控制。该算法利用电网实时信息判断电网的运行状态，允许用户设定被控智能家电的舒适度范围及响应的优先级，进行智能家电设备的自动中断控制。

说明书

技术领域

本发明属于电力系统领域，具体涉及一种在智能终端和智能家电设备协调 控制下的新型低频减载控制方法。

背景技术

长期以来，作为安全稳定第三道防线的重要技术装备，低频减载装置为保 证电力系统安全稳定运行发挥了重要作用。而智能电网环境下智能电表和智能 家电等智能终端设备在用户侧的推广应用，为电力系统安全稳定控制提供了丰 富的动态响应信息。

通过对智能需求响应技术和第三道防线中的低频减载方法研究后发现，智 能需求响应能够调动负荷侧的快速响应资源以应对电网的紧急情况，而且通过 智能终端的中断控制，不会使用户的舒适度明显降低。目前，配置的低频减载 装置基于就地电气量进行动作，虽有利于保证装置本身动作的可靠性，但不利 于系统整体控制行为的协调和优化，也没有充分合理地利用负荷侧的可中断资 源。

传统低频减载装置只能在电网频率跌落达到一定程度时才会动作，而且没 有协调负荷侧可利用的可中断资源，故需要与智能需求响应技术相结合，在保 证用户舒适度的前提下，寻找负荷侧快速响应资源与第三道防线的协调控制机 制。

发明内容

本发明的目的是找到智能家电负荷控制与低频减载控制的协调方法，该方 法既能够在电网发生后的短时间内，对负荷侧的智能家电设备进行中断控制， 防止电网运行工况继续恶化；又能在用户舒适度受到影响的情况下，恢复智能 负荷的运行，使用户舒适度保持在可接受范围内。

本发明基于传统低频减载装置的动作原理，利用算法将智能终端收集到的 电网状态信息和用户智能家电设备的工作状态进行计算分析，得到用户的舒适 度越限指数，从而对用户的智能家电设备进行中断控制。

本发明的目的是采用下述方案予以实现的：

一种计及用户舒适度的智能化低频减载控制方法，其特征是，包括以下步 骤：

(A)电网控制中心以固定的时间间隔Δt对电网的频率f信息进行采集，并 计算出频率变化率Δf_i；

(B)对用户设定的智能家电设备i舒适度理想值P_i及可接受范围、智能家 电设备的重要程度以及智能家电负荷工作状态进行检测；

(C)计算电网故障严重程度指标K、智能家电设备i的舒适度越限指标C_i；

(D)根据频率变化、电网故障严重程度指标K、智能家电设备i的舒适度 越限指标C_i和智能家电设备的重要程度对智能家电设备进行控制。

与现有技术相比，本发明所达到的有益效果：

本发明公开了一种计及用户舒适度的新型智能化低频减载控制算法，该算 法用于智能终端设备在第三道防线下的响应控制及使用管理。智能终端设备根 据电网故障情况的严重等级以及用户设定的舒适度范围，控制智能家电负荷进 行不同模式的响应，直至电网恢复正常运行状态。该算法能利用电网实时信息 判断电网的运行状态，允许用户设定被控智能家电的舒适度范围及响应的优先 级，进行自动中断控制，并对舒适度越限指数进行监视。智能终端通过接收的 电网状态信息，通过比较智能家电的工作状态和用户的设定的舒适度范围，执 行控制算法，做出控制决策，实现智能家电设备的中断控制。

附图说明

图1本发明的流程图；

图2测试系统电网结构；

图3故障1时受端系统频率响应曲线；

图4智能家电负荷功率消耗曲线；

图5故障2时受端系统频率响应曲线；

图6智能家电负荷功率消耗曲线。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明 本发明的技术方案，而不能以此来限制本发明的保护范围。

为了充分利用智能家电负荷的可中断特性，本发明提供一种以用户舒适度 为前提的智能化低频减载算法，基于电网控制中心的下发的电网状态信息以及 用户智能家电设备的运行信息，基于电网故障的严重程度以及用户的舒适度评 价，对用户的智能家电负荷进行智能化的中断控制，以提高电网应对故障风险 的能力。

所述方法包括以下步骤：

(A)电网控制中心的智能终端设备以固定的时间间隔对电网的频率进行采 集，并计算频率变化率；

(B)智能终端检索用户设定的智能家电设备i舒适度理想值P_i及可接受范 围、智能家电设备的重要程度以及智能家电负荷工作状态进行检测；

(C)智能终端设备根据用户的设定，智能家电负荷运行状态以及电网的频 率变化信息，计算电网故障严重程度以及舒适度越限指数；

(D)根据频率变化、电网故障严重程度指标K、智能家电设备i的舒适度 越限指标C_i和智能家电设备的重要程度对智能家电设备进行控制。

所述步骤(A)主要用来对电网的频率变化状况进行监视，检测固定时间间 隔内电网频率的相对变化量，计算电网故障严重程度指标K；电网故障严重程 度指标可以在步骤(A)中计算，也可以在步骤(C)中计算。

所述步骤(B)基于步骤A得到的电网的运行状态，对用户的设定以及智能 家电负荷工作状态进行检测，用户的设定包括设备的重要程度、舒适度理想值 及可接受范围。充分考虑用户的设定，保证控制结果尽量不影响用户的正常生 活习惯；

智能家电负荷类型可由用户设定，分为重要和普通两个级别。普通响应模 式由用户设定为普通重要程度的智能家电负荷响应，紧急响应模式下用户的所 有智能家电负荷均参与响应；

步骤(D)中，根据智能终端的检测信息，区域中心计算系统故障严重程度 指标K，并下发至各智能终端，智能终端接收用户设备信息计算智能家电设备i舒 适度越限指数C_i，当频率f下降到智能家电设备i响应启动频率f_s及以下时，若 舒适度越限指数不在可接受范围内，则相应该智能家电设备i不参与响应；若舒 适度越限指数在可接受范围内，电网故障严重程度指标K小于设定值K_set时，进 入普通响应模式，普通级别的智能家电设备响应，而当电网故障严重程度指标K 在设定值K_set以上时，进入紧急响应模式，用户的所有智能家电设备均参与响应。

本发明中提出了两个评价指标用于控制决策：

(1)电网故障严重程度指标K

考虑到电网频率变化率与系统功率缺额的简单量化关系，利用智能终端中 设定好的该地区的发电机惯性常数H_i以及固定时间间隔Δt内测到的频率变化率 Δf_i估算系统的功率缺额，如下式所示：

${\mathrm{\Delta P}}_i=2\frac{H_i}{f_0}\times \frac{{\mathrm{\Delta f}}_i}{\Delta t}$

其中f₀为电网标准频率，ΔP_i为估算的功率缺额；

$K=\frac{{\mathrm{\Delta P}}_i}{{\mathrm{\Delta P}}_{LS}}$

f_s＝min{49.5-(1-K),49.5}

ΔP_LS指使电网频率下降到低频减载动作起始值(49.0Hz)的最小功率缺额， 由电力公司设定。若K≥K_set时为大扰动，所有的可控智能家电负荷均参与响应， 若K＜K_set时为小扰动，只需普通的可控智能家电负荷参与响应即可。

(2)智能家电设备舒适度越限指标C_i

用户舒适度越限指数的数学模型，利用用户设定的智能设备i理想值P_i(或 由供电商提供的规定值，依靠经验或者相关标准设定)以及可接受的舒适度变 化范围，智能终端检测的智能设备i的状态信息P_r,i，进行计算，得出用户智能家 电设备i的舒适度越限指数C_i，其计算公式如下

$C_i=r\times \frac{\left|P_i-P_{r,i}\right|}{P_{i}max-P_{i}min}$

其中r为用户舒适度裕度控制系数，可以由电力管理部门设定，通常大于1； P_imax和P_imin分别代表用户或供电商规定的舒适度变化可接受的上限和下限。

本发明算法的控制对象主要为居民用户中智能家电负荷设备，包括热水器、 空调等。执行算法前，用户首先设定所有被控家电的舒适度范围以及理想值。 例如，对热水器，水温最适温度为40℃—50℃；对空调室温可设为22℃—26℃。

舒适度越限指数计算方法如下所示：

1.电热水器WH：设定普通负荷，设定水温理想值T_WH,s；其舒适度越限指标C_WH如 下式所示：

$C_{WH}=r\times \frac{T_{WH,S}-T_{WH,n}}{{\mathrm{\Delta T}}_{WH}}$

式中，ΔT_WH水温舒适度范围；

T_WH,n表示时间段n时水温；

r舒适度越限裕度控制系数。

2.空调AC：设定重要负荷，设定室温理想值T_AC,s，其舒适度越限指标C_AC如下式 所示：

$C_{AC}=r\times \frac{T_{AC,S}-T_{AC,n}}{{\mathrm{\Delta T}}_{AC}}$

式中，ΔT_AC室温舒适度范围；

T_AC,n表示时间段n时室温；

r舒适度越限裕度控制系数。

进一步，将所提智能化低频减载算法用仿真算例进行说明分析，由于仿真 软件中没有智能家电负荷的模型，因此根据测试的实际智能家电负荷的特性， 假设普通智能家电的舒适度越限时间约为1—10分钟，重要智能家电的舒适度 越限时间约为10s—40s。测试系统的结构如图2所示。

该区域包括4个发电机组和12条母线，电网负荷总量1200MW，联络线故 障断开后形成两个孤网，A区和B区。假设分区B中智能家电负荷共120MW， 其中100MW为非重要负荷，20MW为重要负荷。利用本发明提出的智能化低频 减载算法与传统的低频减载方案进行比较。

传统低频减载按照系统最大功率缺额情况下整定，各轮次动作值如表1所 示。

表1传统低频减载方案

故障1：BUS6-BUS11之间发生三相短路故障，保护误动同时断开联络线 BUS6-BUS11和BUS7-BUS12，导致系统形成两个孤网，受端系统功率缺额较大， 约为200MW。新型低频减载方法时系统的频率跌落深度减少，并缓解了频率超 调现象，比传统的低频减载方法更具优越性，故障1时受端系统频率响应曲线 如图3所示。

故障后，由电网频率信息估算的功率缺额约为180MW，而当系统功率缺额达 到180MW时，系统频率将会下降到49.0Hz，故智能家电响应的起始频率定为 49.5Hz。在这种故障下，重要类型的智能家电负荷在10s—40s时间重新投入运 行，得到的智能家电负荷功率消耗曲线如图4所示。

故障2：BUS8-BUS11之间发生三相短路故障，保护误动同时断开联络线 BUS8-BUS11和BUS7-BUS12，受端系统功率缺额较小，约为120MW。从图5所示 的频率曲线可以看出，所提智能化低频减载方法在对普通智能家电负荷进行控 制后，有更好的频率响应，有效地防止了电网频率的跌落。

故障2中，电网的严重故障指标约为0.87，故确定智能化低频减载算法的 启动值为49.4Hz。从图6的智能家电负荷消耗曲线中可以发现，只有普通类型 的家电负荷参与了中断响应，且中断后1分钟内均没有投入运行。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通 技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变 形，这些改进和变形也应视为本发明的保护范围。