一種基于延遲的啟發式峰荷削減方法
【技術領域】
[0001] 本發明涉及智能電網中家居負荷控制領域，具體講涉及智能用電中的一種基于延 遲的啟發式峰荷削減方法。
【背景技術】
[0002] 信息通信技術已經深入電網和樓宇單元，為必需的基礎設施提供能源管理和負荷 控制。智能電網的一個最重要的特點就是用戶與電網運行者之間通過一個雙向的通信鏈路 提供數據流和命令流的支持。智能設備被部署在用戶端來提供智能設備到智能電網的用戶 接口。新的標準和智能傳感器/執行器網絡已經應用在了智能電網和智能設備之間的通信 基礎設施上，并且支持智能電網中最基本的操作，提供負荷控制和需求響應等用電服務。智 能電網由控制器組成，這些控制器能夠實時監控一組智能樓宇，然后協調和控制其管理區 域內的智能設備。
[0003] 智能電網最重要的功能之一就是通過電網與用戶之間的交互式通信實現需求響 應和負荷控制，需求響應是基于動態算法來緩和尖峰負荷需求，削除尖峰或平衡負荷。這些 應用可以通過關閉部分負荷需求，利用儲能設備或通過實時電價控制需求來實現。在現有 的負荷優化控制中，大部分還是在負荷直接控制和有序用電的基礎上實施，通過對用戶的 用電設備實施簡單的二進制開關控制，極大的影響了用戶的舒適度。
[0004] 本方法通過一個常用智能傳感器的計量單元，測量到典型能量消耗設備的功率負 載可以被準確的描述為周期性的脈沖波。基于此提出了一個新型算法，它能夠以對用戶透 明的方法，在智能設備的工作周期中施以小的相位延遲。主要的目標是減少周期性負載的 重疊和最小化周期性脈沖波的最大疊加值，以保證瞬時負載盡可能的低。
【發明內容】
[0005] 為克服上述現有技術的不足，本發明提供一種基于延遲的啟發式峰荷削減方法， 通過對智能樓宇內的周期性柔性負荷進行優化控制，獲得可觀的峰荷削減，降低電網的運 行壓力。
[0006] 本發明采用的技術方案為：
[0007] -種基于延遲的啟發式峰荷削減方法，包括如下步驟：
[0008] (1)調控中心對負荷代理機構下達峰荷削減指令；
[0009] (2)負荷代理機構獲取其管理區域內周期性柔性負荷的功率幅值、占空比和周期；
[0010] (3)建立周期性柔性負荷模型、所有參與峰荷削減的負荷疊加模型和基于延遲的 峰荷削減模型；
[0011] (4)計算出各個周期性柔性負荷的啟動時延δ，并將控制信號下達到各個用電設 備；
[0012] (5)用電設備接收到負荷控制信號后，根據啟動時延δ，調整自身啟動時間。
[0013]優選的，所述步驟(3)中，所述周期性柔性負荷模型，即周期性分段函數為：
[0014]
[0015] 其中心⑴表示設備在t時刻的瞬時功率;仏表示設備的功率幅值;τ表示設備的啟 動時間;T表示設備的運行周期；
[0016] 所述所有參與峰荷削減的負荷疊加模型為：
[0017]
[0018] 其中，I表示一個負荷代理機構所管理的設備的集合，設備iel，ie U，2，...NhN 表示設備的最大個數J1表示一個特殊的時間間隔，用來調整柔性負荷i的開啟時間；fjt+ S1)表示負荷的功率調整方程;F(t)為調整后功率的疊加值；
[0019] 所述基于延遲的峰荷削減模型為：
[0020]
[0021 ] S (Si，k)為功率峰值，k表示k次迭代，Tw表示時間窗口。
[0022]優選的，所述步驟(4)中，所述計算包括：
[0023] (4-1)、計算參與負荷控制的所有周期性柔性設備的功率疊加；
[0024] (4-2)、計算出總負荷曲線中，峰值功率出現的時刻；
[0025] (4-3)、計算各周期性柔性負荷的函數在該時刻的時延調整系數M;
[0026] (4-4)、根據時延調整系數M，對時延31進行連續的修正；
[0027] (4-5 )、經過對各個負荷的曲線在時間軸上的相位調整后，返回第一步，迭代k次。
[0028] 進一步的，所述步驟(4-2)在每次迭代計算中，均以時間窗口 Tw內總功率分布中的 最高點的時刻作為計算柔性設備啟動時延的起始點。
[0029] 講一步的，所沭步驟(4-3)中，所述時延調整系數Ai如下：
[0030]
[0031 ] 若0 < f <τ/2，則& = λ，表示負荷啟動時間向后調整，負荷曲線向右平移；
[0032] 若τ/2 < f < τ，則Ai = -λ，表示負荷啟動時間向前調整，負荷曲線向左平移；
[0033I 若τ ^ f < Τ，則Ai = 0,負荷處于非啟動狀態，不用進行調整；f表示當前峰荷所在 時刻。
[0034]進一步的，所述步驟(4-4)中，
[0035] 所述修正為：
[0036] 5u+i = 5u+Ai · dt ,0 < u < k~l
[0037] 5U表示第u次迭代中的啟動時延(δ〇 = 〇)，每一次迭代都對上一次的啟動時延進行 修正，直到經過k次迭代后為止;δυ+1為修正后的值，dt為時間步長。
[0038] 進一步的，所述步驟(4-5)中，找出k次迭代中，功率峰值達到最小時的迭代次數， 并將這次迭代后計算得到的啟動時延作為周期性柔性負荷的最終啟動時延，由控制器發送 給周期性柔性設備。
[0039] 與現有技術相比，本發明具有以下有益效果：
[0040] 本發明，通過在智能用電設備的工作周期中施以小的相位延遲。實現了減少周期 性負載的重疊和最小化周期性脈沖波的最大疊加值，以實現峰荷削減。并在仿真實驗中，驗 證了該算法在多種場景下不僅實現了可觀的峰荷削減，能夠實現30%的峰荷削減，而且隨 著參與控制的負荷數量的增多，峰谷差率也會逐漸減小，實現了整體負荷曲線的均衡化。
【附圖說明】
[0041 ]圖1為本發明提供的方法的流程圖；
[0042] 圖2為本發明方法實施例中采用的負荷控制系統結構圖；
[0043] 圖3為本發明方法實施例中的優化算法流程圖。
【具體實施方式】
[0044] 為使本發明的實施例要解決的技術問題、技術方案和優點更加清楚，下面將結合 附圖及具體實施例進行詳細描述。
[0045] 如圖1所示，是本發明智能用電中基于延遲的峰荷削減方法的流程圖，包括如下步 驟：
[0046] (1)調控中心對負荷代理機構下達峰荷削減指令;其中，該指令為0-1二進制指令， 表示是否要求負荷代理機構對其管理區域內的周期性柔性負荷實施負荷控制算法；
[0047] (2)負荷代理機構獲取其管理區域內周期性柔性負荷的功率幅值、占空比和周期； [0048] (3)負荷代理機構根據周期性柔性負荷的參數，建立周期性柔性負荷模型和所有 參與峰荷削減的負荷疊加模型和基于延遲的峰荷削減模型；
[0049] (4)計算出各個周期性柔性負荷的啟動時延δ，并將控制信號下達到各個用電設 備；
[0050] (5)用電設備接收到負荷控制信號后，根據時延參數δ，調整自身啟動時間。
[0051] 如圖2所示，智能電網中包含調控中心和負荷代理機構。每一個控制器在它的管理 域中都有一組智能樓宇，這些智能樓宇中的智能單元就是一個代理。智能樓宇由家用電器 組成，這些電器與智能電表/執行器相連接。它們形成了一個家庭局域網(ΗΑΝ)。每一個智能 電表可以實時監控重要的數據，比如實時的電力負荷，環境信息以及與代理之間的傳輸數 據。代理的功能是匯集數據并將數據傳送給調控中心。通常是使用一個雙向的TCP/IP通信 鏈路。目的是在網絡中提供命令流根據給定的目標來控制用電設備。
[0052] 每一個智能樓宇內包含兩類設備，非柔性設備和柔性設備。非柔性設備就是那些 智能電網無法控制的負荷，這些負荷通常是照明，娛樂設備，PC等。柔性設備就是那些在不 會顯著影響用戶舒適度的情況下，可以被智能電網所控制以達到平衡電網運行的目的的負 荷。柔性負荷通常是可調節溫度的負荷。
[0053]這種設備的功率分布是周期性的，f(t + T)=f(t)，周期為Τ。其功率消耗函數為： [0054]
[0055]其中fdt)表示設備在t時刻的瞬時功率;仏表示設備的功率幅值;τ表示設備的啟 動時間;T表示設備的運行周期；
[0056] 在實際測量中，5個智能傳感器通過一個Zigbee網狀網絡與代理PC相聯，建立設備 與設備之間的通信。負荷測量每2秒鐘采一回數據，測量設備為空調，烤箱，冰箱，電爐和洗 衣機。測量結果如表：