智能微電網(wǎng)中住宅用戶需求側(cè)管理系統(tǒng)研究

鄭雷

摘要：需求側(cè)管理是智能電網(wǎng)的重要功能之一。提出智能微電網(wǎng)中需求側(cè)管理策略，提出一種基于負荷轉(zhuǎn)移技術(shù)的住宅用戶需求側(cè)管理系統(tǒng)，以有效控制和管理各種設備的運行，將總消耗保持在閾值以下，并根據(jù)優(yōu)先級對負荷進行管理。經(jīng)試驗驗證，用電需求側(cè)管理策略是有效的。

關鍵詞：微網(wǎng);需求側(cè)管理;需求側(cè)響應;策略;系統(tǒng)

中圖分類號：TM73 ? ?文獻標識碼：A ? ?文章編號：1674-1161（2020）01-0033-02

在過去的幾十年中，電力需求不斷增長，而發(fā)電和輸電設備使用效率低，使得電力系統(tǒng)面臨著運行壓力。智能電網(wǎng)的部分問題是通過需求側(cè)管理來解決的，電力需求側(cè)管理的重點是最小化電網(wǎng)的峰值負荷，通過將用電量從高峰時段轉(zhuǎn)移到非高峰時段，可以避免昂貴的發(fā)電，從而降低生產(chǎn)成本。需求側(cè)管理算法的實現(xiàn)很大程度上取決于供電企業(yè)與最終用戶之間的雙向通信，并且最終用戶是否愿意減少/轉(zhuǎn)移其用電量。為此，本課題提出一種基于負荷轉(zhuǎn)移技術(shù)的住宅用戶需求側(cè)管理策略，該系統(tǒng)考慮用戶的負載優(yōu)先級和舒適度偏好，有助于管理和降低電力消耗。

1 住宅用戶需求側(cè)管理系統(tǒng)設計

設計思路是開發(fā)具有用戶友好界面的智能需求側(cè)管理系統(tǒng)，并提供控制功能，通過負載控制器從設備中采集電能利用率數(shù)據(jù)，實現(xiàn)基于需求響應的本地控制。

該系統(tǒng)未開放居民用戶手動執(zhí)行需求側(cè)響應的功能。因此，基于圖形用戶界面的系統(tǒng)在執(zhí)行區(qū)域內(nèi)自動化需求側(cè)響應時起著至關重要的作用。系統(tǒng)使用不同的負載，并根據(jù)負載的優(yōu)先級調(diào)整相應的控制策略。每個負載均通過繼電器連接。繼電器將收到降低負載的命令，并使總功耗低于指定的門檻。系統(tǒng)允許房主在需要時驅(qū)動他們的負載，只要家庭總消費量保持在指定的限制以下即可。圖形用戶界面將用于監(jiān)視和控制設備狀態(tài)，并計算實時成本功耗。為了控制終端用戶的能源消耗，采用分時定價方案，高峰時段的電費高于非高峰時段的電費，非高峰時段的能源使用成本更低。

2 需求側(cè)管理策略

制定需求側(cè)管理策略，以滿足供電企業(yè)的能源供應要求。首先從微控制器讀取每個用戶的電壓、電流和功率，并繪制相應的圖表。然后計算兩個用戶的總功率（P）和瞬時電費，功率極限作為決策值（Z）給出。最后取決策值和總功率之差，根據(jù)差值進行負載控制。負載的削減按照負載優(yōu)先級進行，可移動負荷先于不可移動負荷。

利用微電網(wǎng)驗證所提出的系統(tǒng)。微電網(wǎng)由一個電源和兩個相同的居民用戶組成。每個用戶有兩個設備。電器分為不可移除負載和可移除負載。本硬件平臺下，負載為照明負載。依使用時長計算電費。24 h分為兩個時段：非高峰時段和高峰時段。

需求側(cè)管理在硬件上借助PIC16F877A單片機和具有MATLAB軟件環(huán)境的計算機，通過UART轉(zhuǎn)USB 連接器使計算機與控制器通信，單片機發(fā)送命令給控制器，并接收控制器上傳的數(shù)據(jù)。

用戶界面用于監(jiān)視和控制設備狀態(tài)和功耗。用戶界面是在MATLAB中設計的，用戶可以從中查看系統(tǒng)運行數(shù)據(jù)。用戶界面圖像包含用于控制和監(jiān)視設備的ON和OFF狀態(tài)的按鈕。有手動模式和自動模式兩種操作模式。在手動模式下，每個電器都可以根據(jù)用戶要求直接操作，一旦用戶觸摸到任何設備，就會將該命令發(fā)送到控制器板，手動模式將在任何災難中發(fā)揮重要作用。在自動模式下，電路板從能源供應商處接收到需求響應信號，該信號用作控制器單元的輸入。

3 系統(tǒng)硬件測試結(jié)果

系統(tǒng)電壓如圖1所示。

根據(jù)負荷優(yōu)先級減少負荷：先是可移除負荷，然后是不可移除負荷。不可移除負載在減少負載方面的優(yōu)先級較低。電源的限制被用作決策值。當決策值（Z）小于用戶的總功耗時，則進行減負荷操作。這里考慮兩種情況。

1） Z

2） Z>P。用戶的功耗小于決策值（如圖3所示）。如果決策值更大，則不會進行縮減。系統(tǒng)允許所有負載。

4 結(jié)論

具有需求響應的需求方管理系統(tǒng)在有效管理負荷端能源浪費方面發(fā)揮著重要作用。本課題提出的用于控制住宅用戶功耗的需求側(cè)管理系統(tǒng)，以有效地控制和管理各種設備的運行，將總消耗保持在閾值以下，并根據(jù)優(yōu)先級對負荷進行管理。該系統(tǒng)考慮負載優(yōu)先級和用戶偏好，為實施需求側(cè)管理提供了一種低成本、靈活、用戶友好且非常安全的體系結(jié)構(gòu)。硬件測試結(jié)果表明，所提出的用電需求側(cè)管理策略是有效的。

參考文獻

[1] 周新軍.基于能耗實時監(jiān)測的電力需求側(cè)管理[J].電力需求側(cè)管理，2014（4）：30-33.

[2] 陳政，王麗華，曾鳴，等.國內(nèi)外售電側(cè)改革背景下的電力需求側(cè)管理[J].電力需求側(cè)管理，2016，18（3）：62-64.

[3] 李金超，牛東曉，李金穎，等.基于節(jié)電潛力分析的需求側(cè)管理研究[J].華東電力，2009，37（2）：240-242.

[4] 曹陳生.電力系統(tǒng)需求側(cè)管理的探索和應用[J].現(xiàn)代工業(yè)經(jīng)濟和信息化，2018，8（18）：14-15.

Abstract： One of the important functions of smart grids in managing energy is demand-side management. This paper proposes demand-side management strategies in smart microgrids， and proposes a residential user demand side management system based on load transfer technology and a residential user demand side management system based on load transfer technology is proposed to effectively control and manage the operation of various equipment， keep the total consumption below the threshold， and manage the load according to the priority. Experiments on the actual experimental platform prove the effectiveness of the proposed algorithm.

Key words： microgrid; demand side management; demand side response; strategy; system