技术领域
[0001] 本
发明属于智能用电终端领域，具体涉及一种用于低压电力负荷参与需求侧响应能力聚合监测装置。
背景技术
[0002] 需求侧响应(DR：Demand Response)的概念是针对需求侧管理(DSM：Demand Side Management)如何在竞争电力市场中发挥充分作用以维持电力系统可靠性和提高电力市场运行效率而提出的。通过需求侧管理的手段，可以引导用户在高峰高电价期减少用电，在低谷低电价期增加用电，这样对于用户来说可以降低用电成本，减少用电负担，对于电力公司来说可以减小用电高峰期的供
电压力，这对于用户和电力公司来说都是双赢的选择。
[0003] 对于我国的电力负荷来说，千千万万的低压用户占据了电力负荷的主流。而几乎每一户低压用户都包含着电
空调、电
热水器等可中断温控负荷。如果大规模低压用户集体参与需求响应，那么就形成了大规模响应用户群。对于需求侧响应来说，大规模的可中断负荷的存在代表着有着很强的需求侧响应的能力。当大规模用户群参与需求侧响应时，对于需求侧响应来说，可以明显提升参与响应用户的收益，也可以明显降低电力公司的供电压力及供电效率。
[0004] 在目前的电力系统的负荷侧中，缺少对可中断电力负荷需求侧响应能力聚合监测的技术方案，缺少对可中断电力负荷需求侧响应能力聚合监测的方法及相应的装置。因此，如何科学合理地辨识低压电力负荷中的可中断负荷并监测其参与需求侧响应的能力就成为一个亟需解决的问题。
发明内容
[0005] 针对目前尚未有具体的用于辨识低压电力负荷中的可中断负荷并监测其参与需求侧响应能力的监测装置，本发明提供了用于低压电力负荷参与需求侧响应能力聚合监测方法及装置，以实现能够在装置中读取低压电力负荷的成分，尤其是可中断负荷的比重以及其监测其参与需求侧响应的能力。
[0006] 为实现上述发明的目的，本发明采用的技术方案是：
[0007] 一种低压电力负荷需求侧响应能力聚合监测方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：
[0008] 步骤1：负荷用电
数据采集；其中，所述负荷用电数据包括电力传输
导线上的电压、
电流数据；对所采集的负荷用电数据进行
模数转换后进行需求量计算；
[0009] 步骤2：预先存储各类低压电力负荷固定特征参数；
[0010] 步骤3：对负荷加入或退出事件进行检测；
[0011] 步骤4：对步骤3检测到的事件结果基于功率特征匹配进行非侵入式负荷辨识；
[0012] 步骤5：计算家庭需求侧响应能力；
[0013] 步骤6：计算并监测
云端需求侧响应能力。
[0014] 本发明进一步包括以下优选方案。
[0015] 在步骤1中，按照6400点每秒的速率的采集t时刻电力负荷的电压u、电流i。
[0016] 所述需求量计算包括计算t时刻电力负荷的电压u、电流i的有效值Ut,It、有功功率Pt、
无功功率Qt、功率因数
[0017] 在步骤2中，低压电力负荷固定特征参数包括电力负荷稳态有功功率，无功功率，事件检测
阈值c，及有功功率系数c1，无功功率系数c2；即设有N种电力负荷，第i种电力负荷稳态运行有功功率和无功功率为Pi，Qi，其中1≤i≤N。
[0018] 其中检测阈值c的取值范围为(20W,200W)，针对绝大多数的家用低压电力负荷，功率
波动阈值都在50W以下，所以检测阈值c的优选值为50W。
[0019] 有功功率系数c1的取值范围为(0,1)，无功功率系数c2的取值范围为(0,1)，c1+c2＝1。一般家用低压电力负荷无功功率均远小于有功功率，为保证在辨识过程中c1,c2可以对辨识的作用相当，可取c1＝0.3，c2＝0.7。
[0020] 在步骤3中，计算t+1时刻与t时刻的有功功率差ΔP＝Pt+1-Pt，当|ΔP|＞c时，可以判定，事件发生，即有负荷加入或退出，同时计算无功功率差ΔQ＝Qt+1-Qt。
[0021] 在步骤4中，将步骤3计算处理得到的结果与步骤2预存的各类低压电力负荷固定特征参数进行比对判断，构建基于功率特征匹配的非侵入式负荷辨识模型L1，所述负荷辨识模型如下所示：
[0022]
[0023] 通过求得模型L1目标函数取得最小值时对应的负荷编号i，即可判定当前负荷种类。
[0024] 在步骤5中，设定步骤4中辨识出可中断负荷为M种，所述可中断负荷包括家庭电空调、电热水器等，其中第j种可中断负荷的有功功率为Pj，则衡量t时刻家庭需求侧响应能力的模型L2为：
[0025]
[0026] 其中，xt为t时刻家庭可中断负荷占总低压电力负荷的比重，Pt，j为t时刻第j种可中断负荷的有功功率；通过可中断负荷功率相加，然后求出占得总低压负荷功率的比重，实现可中断负荷的聚合。
[0027] 在步骤6中，将步骤5计算出的家庭可中断负荷占总低压电力负荷的比重xt，及t时刻电力负荷的电压u、电流i的有效值Ut,It、有功功率Pt、无功功率Qt上传至云端监控平台，在云端实现同一
馈线或同一变电站下可中断负荷的聚合，从而获得监测区域的总需求侧响应能力。
[0028] 在步骤6中，衡量t时刻同一馈线或同一变电站需求侧响应能力的模型L3为：
[0029]
[0030] 其中，yt为t时刻同一馈线或同一变电站下总可中断负荷占总低压电力负荷的比重，xt，k为t时刻同一馈线或同一变电站下第k个家庭可中断负荷占总低压电力负荷的比重，Pt,k为t时刻第k个家庭总有功功率，K为同一馈线或同一变电站下家庭总数。
[0031] 本
申请同时公开了一种利用前述低压电力负荷需求侧响应能力聚合监测方法的低压电力负荷需求侧响应能力聚合监测装置，其至少包括终端箱壳1；其特征在于：
[0032] 在所述终端箱壳1内设置测量模
块5、
能量存储模块8、数据存储模块4、
微处理器模块2、
键盘3、显示屏幕7和无线传输模块6；
[0033] 所述测量模块5用于采集电力传输导线上的各路电压、电流等用电数据并进行
信号处理计算需求量，并把计算得到的需求量输出给微处理器模块2；
[0034] 所述测量模块5包括模拟量信号采集单元、模/数转换单元和需求量计算单元，其中通过模拟量信号采集单元采集用电数据模拟量信号，模/数转换单元对采集的
模拟信号进行模数转换，然后计算出需求量，所述需求量包括电压有效值、电流有效值、有功功率、无功功率、功率因数以及
频率；
[0035] 所述微处理器模块2还分别与数据存储模块4、键盘3、显示屏幕7和无线传输模块6相连；
[0036] 所述微处理器模块2接收到测量模块5上传的用电数据后，使用预存的各类低压电力负荷固定特征参数辨识低压电力负荷的成分及对本装置监测的家庭可中断负荷进行聚合；所述数据存储模块4用于预先存储各类低压电力负荷固定特征参数；
[0037] 所述微处理器模块包括负荷辨识单元和负荷聚合单元，其中所述负荷辨识单元接收模拟量信号采集单元上送的需求量以及预存在数据存储模块中的各类低压电力负荷固定特征参数，对低压负荷进行辨识，并将辨识结果上传至负荷聚合单元对家庭可中断负荷进行聚合；
[0038] 所述微处理器模块2通过屏幕7显示低压电力负荷成分信息及本装置监测的家庭可中断负荷占低压电力负荷的比重信息。
[0039] 所述微处理器模块2通过无线传输模块6把低压电力负荷成分及本装置监测的家庭可中断负荷占低压电力负荷的比重等信息上传到电力公司所属云端监控平台，在云端实现同一馈线或同一变电站下可中断温控负荷的聚合，从而获得监测区域的总需求侧响应能力。
[0040] 所述装置箱壳上还包括键盘3，所述键盘3与处理器相连，包括“电源(P)”键、“屏幕
开关”键、“换页(R)”键、“方向”键；其中“电源”键为开机及关机键；
[0041] 其中，所述“电源”键与低压电力负荷需求侧响应能力聚合监测装置输入电源相连，在开机状态中，按动一次为关机；在关机状态中，按动一次为开机；其中，所述“屏幕开关”键，与低压电力负荷需求侧响应能力聚合监测装置屏幕7相连，在开机状态中，屏幕关闭时，按动一次为打开屏幕；在开机状态中，按动一次为关闭屏幕；在关机状态中，“屏幕开关”键没有作用。
[0042] 按动“换页(R)”键时，所述键盘3向微处理器2发出换页
请求，微处理器2控制屏幕7显示下一页本装置监测的家庭可中断负荷占低压电力负荷的比重信息，再次按动“换页”键，屏幕再次显示上一页低压电力负荷成分信息。
[0043] 按动“方向”键时，所述键盘3向微处理器2发出屏幕滚动请求，微处理器2控制屏幕7上下左右滚动每一行或每一列以详细显示本装置监测的家庭可中断负荷占低压电力负荷的比重信息。
[0044] 所述能量存储模块8是
电池，为微处理器模块2提供所需电源。
[0045] 本发明具有以下有益的技术效果是，本发明提出了一种低压电力负荷需求侧响应能力聚合监测装置，基于非侵入式电力负荷分解方法提取出可中断负荷的有功功率和无功功率，再计算出可中断负荷所占的比例。通过读取低压电力负荷的成分，尤其是可中断负荷的比重，从而可以监测其参与需求侧响应的能力。本发明为评估电力系统低压负荷参与需求侧响应的能力提供了可参考的方法及装置。
附图说明
[0046] 图1是本发明低压电力负荷需求侧响应能力聚合监测方法的流程示意图；
[0047] 图2是一种用于低压电力负荷参与需求侧响应能力聚合监测装置结构示意图；
[0048] 图3是用于低压电力负荷参与需求侧响应能力聚合监测装置的微处理器控制逻辑
框图；
[0049] 图4是所提出的一种用于低压电力负荷参与需求侧响应能力聚合监测方法及装置微处理器辨识出的当前用电负荷的可中断负荷构成及其他负荷含量示意图(其中突出的是可中断负荷)；
[0050] 图5是所提出的一种用于低压电力负荷参与需求侧响应能力聚合监测方法及装置微处理器辨识出的当前用电负荷的可中断负荷构成及其他负荷含量示意图(其中突出的是聚合可中断负荷)；
[0051] 图6是所提出的云端实现同一馈线下可中断温控负荷聚合后可中断负荷构成及其他负荷含量示意图(其中突出的是可中断负荷)；
[0052] 图7是所提出的云端实现同一馈线下负荷聚合后可中断负荷构成及其他负荷含量示意图(其中突出的是聚合可中断负荷)。
具体实施方式
[0053] 下面结合附图和
实施例对本发明做进一步阐述和说明。本发明中各个实施方式的技术特征在没有相互冲突的前提下，均可进行相应组合。
[0054] 一种低压电力负荷需求侧响应能力聚合监测方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：
[0055] 步骤1：负荷用电数据采集。其中，所述负荷用电数据包括电力传输导线上的电压、电流数据；按照6400点每秒的速率的采集t时刻电力负荷的电压u、电流i，对所采集的负荷用电数据进行模数转换后，计算t时刻电力负荷的电压u、电流i的有效值Ut,It、有功功率Pt、无功功率Qt、功率因数
[0056] 步骤2：预先存储各类低压电力负荷固定特征参数。各类低压电力负荷固定特征参数在数据存储模块4中存储。低压电力负荷固定特征参数包括电力负荷稳态有功功率，无功功率，事件检测阈值c，及有功功率系数c1，无功功率系数c2。即设有N种电力负荷，第i种电力负荷稳态运行有功功率和无功功率为Pi，Qi，其中1≤i≤N。
[0057] 其中检测阈值c的取值范围为(20W,200W)，针对绝大多数的家用低压电力负荷，功率波动阈值都在50W以下，所以检测阈值c的优选值为50W。
[0058] 有功功率系数c1的取值范围为(0,1)，无功功率系数c2的取值范围为(0,1)，c1+c2＝1。一般家用低压电力负荷无功功率均远小于有功功率，为保证在辨识过程中c1,c2可以对辨识的作用相当，可取c1＝0.3，c2＝0.7。
[0059] 步骤3：事件检测。所提出的步骤1输出的用电数据信息输入到微处理器2中，计算t+1时刻与t时刻的有功功率差ΔP＝Pt+1-Pt，当|ΔP|＞c时，可以判定，事件发生，即有负荷加入或退出。同时计算无功功率差ΔQ＝Qt+1-Qt。
[0060] 步骤4：基于功率特征匹配的非侵入式负荷辨识。在微处理器2中，将步骤3计算处理得到的结果与步骤2预存的各类低压电力负荷固定特征参数进行比对判断，构建基于功率特征匹配的非侵入式负荷辨识模型L1，形如：
[0061]
[0062] 通过求得模型L1目标函数取得最小值时对应的负荷编号i，即可判定当前负荷种类。
[0063] 步骤5：家庭需求侧响应能力计算。设定步骤4中辨识出的家庭电空调、电热水器等可中断负荷为M种，其中第j种可中断负荷的有功功率为Pj，则衡量t时刻家庭需求侧响应能力的模型L2为：
[0064]
[0065] 其中，xt为t时刻家庭可中断负荷占总低压电力负荷的比重，Pt，j为t时刻第j种可中断负荷的有功功率。通过可中断负荷功率相加，然后求出占得总低压负荷功率的比重，实现可中断负荷的聚合。
[0066] 步骤6：云端需求侧响应能力监测。通过无线传输模块将步骤5计算出的家庭可中断负荷占总低压电力负荷的比重xt，及t时刻电力负荷的电压u、电流i的有效值Ut,It、有功功率Pt、无功功率Qt上传至云端监控平台，在云端实现同一馈线或同一变电站下可中断负荷的聚合，从而获得监测区域的总需求侧响应能力。则衡量t时刻同一馈线或同一变电站需求侧响应能力的模型L3为：
[0067]
[0068] 其中，yt为t时刻同一馈线或同一变电站下总可中断负荷占总低压电力负荷的比重，xt，k为t时刻同一馈线或同一变电站下第k个家庭可中断负荷占总低压电力负荷的比重，Pt,k为t时刻第k个家庭总有功功率。K为同一馈线或同一变电站下家庭总数。通过可中断负荷功率相加，然后求出占得总低压负荷功率的比重，实现可中断负荷的聚合。
[0069] 一种利用前述低压电力负荷需求侧响应能力聚合监测方法的低压电力负荷需求侧响应能力聚合监测装置，其至少包括终端箱壳1；其特征在于：
[0070] 在所述终端箱壳1内设置测量模块5、能量存储模块8、数据存储模块4、微处理器模块2、键盘3、显示屏幕7和无线传输模块6；
[0071] 所述测量模块5用于采集电力传输导线上的各路电压、电流等用电数据并进行
信号处理计算需求量，并把计算得到的需求量输出给微处理器模块2；
[0072] 所述测量模块5包括模拟量信号采集单元、模/数转换单元和需求量计算单元，其中通过模拟量信号采集单元采集用电数据模拟量信号，模/数转换单元对采集的模拟信号进行模数转换，然后计算出需求量，所述需求量包括电压有效值、电流有效值、有功功率、无功功率、功率因数以及频率；
[0073] 所述微处理器模块2还分别与数据存储模块4、键盘3、显示屏幕7和无线传输模块6相连；
[0074] 所述微处理器模块2接收到测量模块5上传的用电数据后，基于上述方法，使用预存的各类低压电力负荷固定特征参数辨识低压电力负荷的成分及对本装置监测的家庭可中断负荷进行聚合；所述数据存储模块4用于预先存储各类低压电力负荷固定特征参数；
[0075] 所述微处理器模块2通过屏幕7显示低压电力负荷成分信息及本装置监测的家庭可中断负荷占低压电力负荷的比重信息。
[0076] 所述微处理器模块2通过无线传输模块6把低压电力负荷成分及本装置监测的家庭可中断负荷占低压电力负荷的比重等信息上传到电力公司所属云端监控平台，在云端实现同一馈线或同一变电站下可中断温控负荷的聚合，从而获得监测区域的总需求侧响应能力。
[0077] 所述装置箱壳上还包括键盘3，所述键盘3与处理器相连，包括“电源(P)”键、“屏幕开关”键、“换页(R)”键、“方向”键；其中“电源”键为开机及关机键；
[0078] 其中，所述“电源”键与低压电力负荷需求侧响应能力聚合监测装置输入电源相连，在开机状态中，按动一次为关机；在关机状态中，按动一次为开机；其中，所述“屏幕开关”键，与低压电力负荷需求侧响应能力聚合监测装置屏幕7相连，在开机状态中，屏幕关闭时，按动一次为打开屏幕；在开机状态中，按动一次为关闭屏幕；在关机状态中，“屏幕开关”键没有作用。
[0079] 按动“换页(R)”键时，所述键盘3向微处理器2发出换页请求，微处理器2控制屏幕7显示下一页本装置监测的家庭可中断负荷占低压电力负荷的比重信息，再次按动“换页”键，屏幕再次显示上一页低压电力负荷成分信息。
[0080] 按动“方向”键时，所述键盘3向微处理器2发出屏幕滚动请求，微处理器2控制屏幕7上下左右滚动每一行或每一列以详细显示本装置监测的家庭可中断负荷占低压电力负荷的比重信息。
[0081] 所述能量存储模块8是电池，为微处理器模块2提供所需电源。
[0082] 实施例
[0083] 为了验证本发明所提出的低压电力负荷需求侧响应能力聚合监测方法及装置的有效性。
发明人基于STM32F4系列微处理器的低压电力负荷需求侧响应能力聚合监测装置，在装置内的微处理器中使用C编程语言开发，并使用一台装配有Intel Xeon-X5650 2.6GHz CPU和24G内存的PC机完成了本实施例的测试和验证。
[0084] 本发明的实施例围绕为三个居民负荷供电的某条馈线开展技术验证。其中该馈线下共有3户家庭。家庭内部包含负荷有电炉、电灯、电
烤箱、插座、
微波炉、
烘干机、
白炽灯、空调、烟雾报警器、电熔炉变流装置等。其中，电炉、白炽灯、电烤箱、电熔炉、空调被认为是可中断负荷。
[0085] 图1展示了本发明方法的实施
流程图。图2展示了采用框图方式展示了一则实施例。图3展示了所展示的实施例装置的控制逻辑框图。首先，在装置侧，进行负荷用电数据采集，采集周期为每秒6400点；其次，根据采集得到的负荷用电数据，进行事件检测，检测到事件后，依据装置中预存的电力负荷特征参数，进行基于功率特征匹配的非侵入式负荷辨识，可以得出当前开启(或关闭)的电器类型及功率。根据当前家庭中的电器类型及功率，计算当前家庭的需求侧响应能力(可中断负荷占总负荷比重)，将其与当前家庭中的电器类型及功率等信息一起在装置屏幕7上显示。最后，每个装置上传以上信息。馈线(变电站、云端)侧通过
无线通信模块与安装在家庭侧的装置通信。馈线(变电站、云端)侧收到装置上传信息后进行低压电力负荷需求侧响应能力聚合，通过可中断负荷功率相加，然后求出占得馈线总低压负荷功率的比重，实现可中断负荷的聚合及需求侧响应能力监测。
[0086] 图4，图5展示了基于图2所展示的实施例、图3展示的实施例的方法辨识出的当前家庭低压电力负荷的可中断负荷构成及其他负荷含量示意图。从图4可以得知，此家庭可中断负荷中的电炉、电灯及电烤箱中，此时电炉所占负荷有功功率比例为4％，电烤箱所占负荷有功功率比例为14％，电灯所占有功功率比例为20％。基于图4结果，可中断负荷所占有功功率比例为38％；基于图5结果，可中断负荷所占有功功率比例为39％。由此可以，此家庭中可中断负荷参与需求侧响应的能力很强。图6，图7展示了基于图2所展示的实施例、图3展示的实施例的方法和同一馈线上3户家庭用电数据辨识出的当前用电负荷的可中断负荷构成及其他负荷含量示意图。从图6可以得知，此家庭可中断负荷中的电炉、电灯、电熔炉及电烤箱中，其中此时电炉所占负荷有功功率比例为4％，电烤箱所占负荷有功功率比例为12％，电熔炉所占有功功率比例为2％，电灯所占有功功率比例为22％。基于图3结果，可中断负荷所占有功功率比例为40％；基于图7结果，可中断负荷所占有功功率比例为40％。由此可以，此馈线的3户美国家庭可中断负荷参与需求侧响应的能力仍然很强。
[0087] 尽管本发明的内容已经通过上述实施例作了详细介绍，但应当认识到上述的描述不应被认为是对本发明的限制。在本领域技术人员阅读了上述内容后，对于本发明的多种
修改和替代都将是显而易见的。因此，本发明的保护范围应由所附的
权利要求来限定。
