需求響應(yīng)的家庭用電負(fù)荷控制策略研究論文(PDF 56頁).pdf

工學(xué)碩士學(xué)位論文 基于需求響應(yīng)的家庭用電負(fù)荷控制策 略研究 劉寶石 哈爾濱理工大學(xué) 2 0 1 4 年3 月 國內(nèi)圖書分類號 T M 7 3 工學(xué)碩士學(xué)位論文 基于需求響應(yīng)的居民用電負(fù)荷控制策 略研究 碩士研究生 劉寶石 導(dǎo)師 韋琦 申請學(xué)位級別 工學(xué)碩士 學(xué)科 專業(yè) 信號與信息處理 所在單位 電氣與電子工程學(xué)院 答辯日期 2 0 1 4 年3 月 授予學(xué)位單位 哈爾濱理工大學(xué) C l a s s i f i e dI n d e x 硼M 7 3 D i s s e r t a t i o nf o rt h eM a s t e r D e g r e ei nE n g i n e e r i n g R e s e a r c ho nH o u s e h o l d E l e c t r i c i t yL o a d C o n t r o lS t r a t e g yBa s e do nD e m a n d R e s p o n s e C a n d i d a t e3 S u p e r v i s o r L i uB a o s h i W e iQ i A c a d e m i cD e g r e e A p p l i e df o r M a s t e ro f E n g i n e e r i n g S p e c i a l i t y S i g n a la n dI n f o r m a t i o nP r o c e s s i n g D a t eo fO r a lE x a m i n a t i o n M a r c h 2 014 U n i v e r s i t y H a r b i nU n i v e m i t yo fS c i e n c ea n d T e c h n o l o g y 哈爾濱理工大學(xué)碩士學(xué)位論文原創(chuàng)性聲明 本人鄭重聲明 此處所提交的碩士學(xué)位論文 基于需求響應(yīng)的居民用電 負(fù)荷控制策略研究 是本人在導(dǎo)師指導(dǎo)下 在哈爾濱理工大學(xué)攻讀碩士學(xué) 位期間獨(dú)立進(jìn)行研究工作所取得的成果 據(jù)本人所知 論文中除已注明部分 外不包含他人已發(fā)表或撰寫過的研究成果 對本文研究工作做出貢獻(xiàn)的個人 和集體 均已在文中以明確方式注明 本聲明的法律結(jié)果將完全由本人承 擔(dān) 作者簽名 匆1 反矽 日期 伊弓月習(xí)曰 哈爾濱理工大學(xué)碩士學(xué)位論文使用授權(quán)書 基于需求響應(yīng)的居民用電負(fù)荷控制策略研究 系本人在哈爾濱理工大 學(xué)攻讀碩士學(xué)位期間在導(dǎo)師指導(dǎo)下完成的碩士學(xué)位論文 本論文的研究成果 歸哈爾濱理工大學(xué)所有 本論文的研究內(nèi)容不得以其它單位的名義發(fā)表 本 人完全了解哈爾濱理工大學(xué)關(guān)于保存 使用學(xué)位論文的規(guī)定 同意學(xué)校保留 并向有關(guān)部門提交論文和電子版本 允許論文被查閱和借閱 本人授權(quán)哈爾 濱理工大學(xué)可以采用影印 縮印或其他復(fù)制手段保存論文 可以公布論文的 全部或部分內(nèi)容 本學(xué)位論文屬于 保密 口 在 年解密后適用授權(quán)書 不保密囹 請?jiān)谝陨舷鄳?yīng)方框內(nèi)打4 作者簽名 刮瘃乃 刷磴名名嗚 日期 W 年 日期 少礦 日 日 7 7 月 月 鄉(xiāng) 7 哈爾濱理工大學(xué)工學(xué)碩士學(xué)位論文 基于需求響應(yīng)的居民用電負(fù)荷控制策略研究 摘要 隨著電力改革的逐步深入 打破壟斷 引入良好的競爭機(jī)制 優(yōu)化電網(wǎng) 的資源配置 提高電力市場的運(yùn)行效率成為我國電力改革的方向 一個發(fā)展 良好的電力市場必不可少的是需求側(cè)的電價反饋 微觀經(jīng)濟(jì)學(xué)相關(guān)理論指 出 當(dāng)價格由供需兩側(cè)共同決定的時候 市場的收益最大 因此未來電網(wǎng)引 入需求響應(yīng)機(jī)制是必然的 需求響應(yīng)項(xiàng)目鼓勵用戶積極參與電網(wǎng)的管理 對 需求響應(yīng)信號做出積極的響應(yīng) 從而實(shí)現(xiàn)維護(hù)電力系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行 解決用電 高峰電力供應(yīng)不足及用電低谷電力資源利用率過低的問題 那么普通的家庭 用戶 在實(shí)施的需求響應(yīng)項(xiàng)目中應(yīng)該如何更好地根據(jù)價格信號控制家庭負(fù) 荷 管理好家庭能源 從而在減少能源消耗和電價花費(fèi)的基礎(chǔ)上更進(jìn)一步的 實(shí)現(xiàn)削峰填谷以及優(yōu)化資源配置 這是未來電力市場能否成功的關(guān)鍵問題之 一a 首先 本文介紹了需求響應(yīng)的概念 實(shí)施所需的技術(shù)條件與國家現(xiàn)有的 相關(guān)政策 針對我國在某些省市對大工業(yè)用戶已經(jīng)實(shí)施的需求響應(yīng)項(xiàng)目及國 外現(xiàn)行較成熟的需求響應(yīng)項(xiàng)目做了詳細(xì)的研究分析 其次 結(jié)合已有的技術(shù)條件和需求響應(yīng)項(xiàng)目實(shí)施情況 針對我國居民用 戶的家用電器負(fù)荷的使用習(xí)慣 提出分時電價需求響應(yīng)項(xiàng)目 對參與該項(xiàng)目 的家庭負(fù)荷進(jìn)行分類分析 針對不同負(fù)荷的不同特點(diǎn)提出不同的控制目標(biāo)函 數(shù) 根據(jù)目標(biāo)函數(shù)設(shè)計(jì)家庭能源管理優(yōu)化算法 并對該算法進(jìn)行可行性分 析 最后 在M A T L A B 平臺下 對不同的負(fù)荷控制目標(biāo)函數(shù) 本文對家庭 能源控制優(yōu)化算法進(jìn)行編程仿真驗(yàn)證 針對單用戶目標(biāo) 多用戶目標(biāo) 控制 優(yōu)化算法的多個約束條件以及實(shí)施的需求響應(yīng)項(xiàng)目的價格高低等對家庭能源 控制結(jié)果會產(chǎn)生影響的各種因素進(jìn)行仿真分析 仿真結(jié)果顯示本文提出的基 于需求響應(yīng)的控制策略可以達(dá)到控制家庭負(fù)荷用電 優(yōu)化資源配置 削峰填 谷 節(jié)約電費(fèi)的效果 關(guān)鍵詞需求響應(yīng) 負(fù)荷分析 能源管理 優(yōu)化算法 哈爾濱理工大學(xué)工學(xué)碩士學(xué)位論文 R e s e a r c ho nH o u s e h o l d E l e c t r i c i t y S t r a t e g yB a s e do nD e m a n dR A b s t r a c t L o a dC o n t r o l e s p o n s e W i t ht h eg r a d u a ld e e p e n i n go ft h ee l e c t r i c i t yr e f o r m b r e a k i n gm o n o p o l y i n t r o d u c i n gc o m p e t i t i o nm e c h a n i s mg o o d o p t i m i z i n gr e s o u r c ea l l o c a t i o ng r i d a n di m p r o v i n gt h e o p e r a t i n ge f f i c i e n c yo ft h ee l e c t r i c i t ym a r k e tb e c o m et h e d i r e c t i o no fe l e c t r i c i t yr e f o r mi nC h i n a T h ep r i c ef e e d b a c ko fe l e c t r i c i t y d e m a n d s i d ei Se s s e n t i a l f o rag o o dm a r k e t M i c r o e c o n o m i c st h e o r yp o i n t e dt h a t t h eb i g g e s tb eg a i n e di nm a r k e tw h e nt h ee n e r g yp r i c eo nac o m m o nd e c i s i o no f t h es u p p l ya n dd e m a n ds i d e s T h e r e f o r e t h ei n t r o d u c t i o no f g r i dd e m a n d r e s p o n s e D R m e c h a n i s m si si n e v i t a b l ei nf u t u r e I no r d e rt om a i n t a i ns t a b l e o p e r a t i o no ft h ep o w e rs y s t e m s o l v et h ep e a kp o w e rs h o r t a g ea n dl o wp o w e r c o n s u m p t i o nl o wr e s o u r c eu t i l i z a t i o np r o b l e m s d e m a n dr e s p o n s ep r o g r a m s e n c o u r a g eu s e r st oa c t i v e l yp a r t i c i p a t ei nt h em a n a g e m e n tg r i da n dm a k ea p o s i t i v er e s p o n s e t od e m a n dr e s p o n s ep r o g r a m H o wo r d i n a r yh o m eu s e r s r e s p o n dt od e m a n dt h ei m p l e m e n t a t i o no ft h ep r o je c tc o u l db eb e t t e rt oc o n t r o l h o u s e h o l dl o a da n dm a n a g eh o m ee n e r g yb a s e do np r i c es i g n a l s S Ot h a tr e d u c i n g e n e r g yc o n s u m p t i o na n de l e c t r i c i t yc o s tw h i l ef u r t h e ra c h i e v i n gl o a ds h i f t i n ga n d o p t i m i z i n gt h ea l l o c a t i o no fr e s o u r c e s T h i sp r o b l e mi so n eo ft h ek e yi s s u e s w h i c hw i l Id e t e r m i n et h ee l e c t r i c i t ym a r k e tS u c c e s so rn o ti nt h ef u t u r e F i r s t t h i sp a p e ri n t r o d u c e st h ec o n c e p to fd e m a n dr e s p o n s e t h eD R i m p l e m e n tr e q u i r e dt ot e c h n i c a lc o n d i t i o n sa n dc o u n t r y Se x i s t i n gp o l i c i e sa b o u t D R D e t a i l e da n a l y s i sb em a d ea b o u tD Rw h i c ho n e sh a v eb e e ni m p l e m e n t e di n l a r g ei n d u s t r i a lu s e r si ns o m ep r o v i n c e so fC h i n a Sa n df o r e i g nc o u n t r y S e c o n d A c c o r d i n gt ot h eh a b i t so fr e s i d e n t so fC h i n au s eh o m ea p p l i a n c e s T O UD Rp r o j e c tw a sp r o p o s e dc o m b i n e dw i t ht h ee x i s t i n gt e c h n i c a lc o n d i t i o n s a n dd e m a n dr e s p o n s ep r o j e c ti m p l e m e n t a t i o n C l a s s i f i c a t i o na n a l y s i sw a sm a d e i nh o m el o a d sw h i c hi n v o l v e di nt h eT O Up r o je c t D i f f e r e n tc o n t r o lo b je c t i v e f u n c t i o n sw e r ep r o p o s e df o rt h ed i f f e r e n tc h a r a c t e r i s t i c so fd i f f e r e n t 1 0 a d s A c c o r d i n g t ot h e o b j e c t i v e f u n c t i o nt h i s p a p e rd e s i g n s ah o m e e n e r g y m a n a g e m e n to p t i m i z a t i o na l g o r i t h m a n dc a l c u l a t ef e a s i b i l i t ya n a l y s i so ft h e 1 1 哈爾濱理工大學(xué)工學(xué)碩士學(xué)位論文 a l g o r i t h m F i n a l l y A c c o r d i n gt ol o a dc o n t r o lo b je c t i v ef u n c t i o n t h i sp a p e rp r o g r a m a n ds i m u l a t eh o m ee n e r g yc o n t r o lo p t i m i z a t i o na l g o r i t h mi nM A T L A Bp l a t f o r m I n c l u d i n gs i n g l e u s e r m u l t i u s e r c o n s t r a i n t so fo p t i m i z a t i o na l g o r i t h ma n dt h e p r i c el e v e lo fd e m a n dr e s p o n s ep r o g r a m se ta l v a r i o u sf a c t o r sw h i c ho n e sc o u l d a f f e c tt h es i m u l a t i o nr e s u l t so fh o m ee n e r g yc o n t r o lt h ew i l lb ea n a l y z e d T h e r e s u l t ss h o wh o u s e h o l de l e c t r i c i t yl o a dc o n t r o l o p t i m i z er e s o u r c ea l l o c a t i o n l o a ds h i f t i n ga n de l e c t r i c i t ys a v i n g sc a nb ea c h i e v e dt h r o u g ht h ec o n t r o ls t r a t e g y t h i sp a p e rp r o p o s e db a s e do nd e m a n dr e s p o n s e K e y w o r d s D e m a n d r e s p o n s e L o a d a n a l y s i s E n e r g ym a n a g e m e n t O p t i m i z a t i o na l g o r i t h m 哈爾濱理工大學(xué)工學(xué)碩士學(xué)位論文 目錄 摘要 I A b s t r a c t I I 第1 章緒論 1 1 1 課題研究的背景 1 1 2 課題研究意義 2 1 3 國內(nèi)外需求響應(yīng)研究現(xiàn)狀 3 1 4 課題研究內(nèi)容 5 第2 章引入需求響應(yīng)的技術(shù)條件 7 2 1 需求響應(yīng)的定義與應(yīng)用 7 2 2 需求響應(yīng)技術(shù)支持 8 2 2 1 先進(jìn)計(jì)量技術(shù) 9 2 2 2 遠(yuǎn)程通信技術(shù) 1 0 2 2 3 智能控制技術(shù) 1 3 2 3 本章小結(jié) 1 4 第3 章居民負(fù)荷特性及用電舒適度分析 1 5 3 1 引言 15 3 2 居民負(fù)荷特性 1 5 3 2 1 家用電器負(fù)荷 1 5 3 2 2 分布式電源及儲能設(shè)備 1 7 3 3 居民用電舒適度分析 1 9 3 3 1 環(huán)境舒適度 2 0 3 3 2 時間舒適度 2 5 3 4 本章小結(jié) 2 5 第4 章優(yōu)化算法設(shè)計(jì) 2 6 4 1 引言 2 6 4 2 用電設(shè)備調(diào)度策略 2 6 4 2 1 問題描述 2 6 4 2 2 用電負(fù)荷調(diào)度策略 2 7 4 3 差值最小化算法 3 0 哈爾濱理工大學(xué)工學(xué)碩士學(xué)位論文 4 3 1 算法目標(biāo)函數(shù) 3 0 4 3 2 算法仿真程序流程 31 4 4 仿真結(jié)果與分析 3 3 4 4 1 單用戶仿真 3 3 4 4 2 多用戶仿真 3 6 4 5 本章小結(jié) 3 9 結(jié)論 4 0 參考文獻(xiàn) 4 l 攻讀碩士期間發(fā)表的學(xué)術(shù)論文 4 5 致謝 4 6 哈爾濱理工大學(xué)工學(xué)碩士學(xué)位論文 1 1 課題研究的背景 第1 章緒論 進(jìn)入2 1 世紀(jì) 隨著科技的進(jìn)步和經(jīng)濟(jì)的發(fā)展 全球?qū)﹄娏δ茉吹男枨罅?也逐年遞增 而且電力缺口有逐漸增大的趨勢 電力負(fù)荷峰谷差進(jìn)一步增大 各地對能源需求的增長遠(yuǎn)超電力生產(chǎn)能力的增長 供需雙方的矛盾日益加深 同時很多新的問題一一出現(xiàn) 如煤炭資源緊張 電力需求量快速增長引起的電 網(wǎng)容量不足及環(huán)境污染等 這些問題導(dǎo)致了在電力需求高峰時候頻繁的功率限 制和停電 傳統(tǒng)應(yīng)對方法如高峰時部分區(qū)域拉閘限電和啟動備用發(fā)電機(jī)組不僅 會增加發(fā)電的成本 給人民日常生活帶來不便同時還會造成環(huán)境污染 與傳統(tǒng)方法相比 需求響應(yīng) D e m a n dR e s p o n s e D R 具有反應(yīng)迅速 成本 小及保護(hù)環(huán)境等優(yōu)點(diǎn) 更能使電力系統(tǒng)的運(yùn)行的經(jīng)濟(jì)性和安全性得到進(jìn)一步的 提高 通過不同的激勵引導(dǎo)用戶在系統(tǒng)用電高峰或者系統(tǒng)穩(wěn)定性受到威脅時減 少用電負(fù)荷 在用電低谷時段增加用電 從而保護(hù)電力系統(tǒng)供電可靠性并提高 系統(tǒng)的資源利用率 長遠(yuǎn)來看還可以減少電廠及輸電線路的投資壓力 并且提 高服務(wù)質(zhì)量 更進(jìn)一步的帶來節(jié)能減排和降低環(huán)境污染的社會效益 而對于用 戶來講需求響應(yīng)項(xiàng)目會使供需價格趨于穩(wěn)定 規(guī)避了價格轉(zhuǎn)移的風(fēng)險 并且是 需求響應(yīng)帶來的環(huán)境效益的直接受益者l l J 需求無論對發(fā)電公司還是用戶的作用都十分突出 并且其能帶來的多方面 效益已經(jīng)得到國外需求響應(yīng)項(xiàng)目的實(shí)際應(yīng)用當(dāng)中得到證明 但是在我國目前需 求響應(yīng)項(xiàng)目實(shí)踐非常少 只有幾個城市有過探索嘗試 2 0 1 1 年我國首個智能電 網(wǎng)需求響應(yīng)示范與可行性研究項(xiàng)目在天津泰達(dá)經(jīng)濟(jì)技術(shù)開發(fā)區(qū)展開 全國僅有 上海等少數(shù)幾個城市探索實(shí)行峰谷電價等需求響應(yīng)機(jī)制 這種情況與我國電力 市場的現(xiàn)狀有關(guān) 我國的電力市場開放程度不高 僅限于電網(wǎng)和發(fā)電廠參與市 場 我國用戶側(cè)龐大的需求響應(yīng)資源完全沒有得到開發(fā) 其作用遠(yuǎn)遠(yuǎn)未得到體 現(xiàn) 當(dāng)然 我國也在不斷學(xué)習(xí)國外的經(jīng)驗(yàn)教訓(xùn) 積極探索電力改革之路 隨著 電力改革的不斷深化 電力市場體制的逐步完善 智能電網(wǎng)的不斷建設(shè) 我國 的電力系統(tǒng)也將由以前的供應(yīng)側(cè)管理逐漸轉(zhuǎn)為供應(yīng)側(cè)和需求側(cè)共同管理 電力 市場的建設(shè)者和眾多專家學(xué)者 也正在積極研究探討需求響應(yīng)項(xiàng)目實(shí)踐需要的 相關(guān)政策機(jī)制與技術(shù)條件 哈爾濱理工大學(xué)工學(xué)碩士學(xué)位論文 1 2 課題研究意義 需求響應(yīng)使得終端用戶可以參與到電力系統(tǒng)的運(yùn)營中來 例如通過智能電 網(wǎng)中的遠(yuǎn)程雙向通信技術(shù)可以實(shí)行實(shí)時電價項(xiàng)目 讓用戶迅速得知當(dāng)前電價信 息 讓用戶根據(jù)當(dāng)前電價以及個人習(xí)慣來合理制定每天不同時段的用電計(jì)劃 從而節(jié)約電費(fèi)的同時盡可能的滿足用戶用電需求 而家用局域網(wǎng)中的智能控制 中心能自動對環(huán)境變化及激勵信號做出響應(yīng) 只需要用戶提前設(shè)定 系統(tǒng)就可 根據(jù)優(yōu)化程序自動控制家庭用電負(fù)荷可以給用戶帶來極大的便利 同時 電力 系統(tǒng)可以根據(jù)全部用戶的歷史數(shù)據(jù)做出的預(yù)測以及實(shí)時用電情況 調(diào)整各時段 電價來引導(dǎo)用戶改變用電模式 從而維護(hù)電力系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行 我國的清潔能源發(fā)展也十分迅速 如風(fēng)力發(fā)電和光伏發(fā)電 但這些能源的 波動性 隨機(jī)性和間歇性使它們并網(wǎng)運(yùn)行時會威脅到電力系統(tǒng)的安全穩(wěn)定 通 過需求響應(yīng)就能很好地解決這一難題 以光伏發(fā)電為例 隨著光伏發(fā)電系統(tǒng)的 電量輸出的變化 可以通過需求響應(yīng)中的實(shí)時電價項(xiàng)目調(diào)整當(dāng)前電價 從而使 終端用戶根據(jù)電價引導(dǎo)調(diào)整用電負(fù)荷 最終實(shí)現(xiàn)發(fā)電和用電的平衡 由此可見 需求響應(yīng)不僅能夠維護(hù)電網(wǎng)運(yùn)行 優(yōu)化資源配置 還能促進(jìn)新能源產(chǎn)業(yè)的發(fā)展 建設(shè) 隨著智能電網(wǎng)的技術(shù)不斷進(jìn)步 分布式電源以及儲能設(shè)備并入大電網(wǎng)運(yùn)行 已經(jīng)能夠?qū)崿F(xiàn)無縫連接 電力來源的多元化給用戶更多的選擇的同時也給需求 響應(yīng)對負(fù)荷的調(diào)度帶來了新的問題 需求響應(yīng)項(xiàng)目的參與用戶如何在根據(jù)響應(yīng) 信號來制定儲能裝置的充放電時間 以便能夠達(dá)到最佳的節(jié)約花費(fèi)目標(biāo) 對于 峰谷電價的參與用戶可以考慮在高峰放電低谷充電的方式 但對于可中斷負(fù)荷 的參與用戶來說 這個策略顯然是不可行的 因?yàn)樗麄儽仨氝_(dá)到一定的負(fù)荷削 減量才能得到價格補(bǔ)償 需求響應(yīng)還能促進(jìn)電力系統(tǒng)供需兩側(cè)的雙向互動 用 戶可以在用電高峰期向電網(wǎng)出售儲能裝置的富余電力而獲得收益從而減少高峰 時段系統(tǒng)的發(fā)電量 因此 如何根據(jù)用戶的習(xí)慣和電力系統(tǒng)的實(shí)際情況來設(shè)計(jì) 需求響應(yīng)機(jī)制 發(fā)揮需求響應(yīng)的最大作用值得深入研究 在智能電網(wǎng)基礎(chǔ)上的 需求響應(yīng)研究已經(jīng)成為國際研究熱點(diǎn)之一 我國在需求響應(yīng)方面的理論和實(shí)踐 都要落后于國外 因此面對不斷發(fā)展的智能電網(wǎng)需求側(cè)響應(yīng)項(xiàng)目 本文針對智 能電網(wǎng)用戶端如何在需求響應(yīng)項(xiàng)目的框架下進(jìn)行負(fù)荷管理 改變用電模式的研 究具有十分重大的意義 哈爾濱理工大學(xué)工學(xué)碩士學(xué)位論文 1 3 國內(nèi)外需求響應(yīng)研究現(xiàn)狀 美國在2 0 世紀(jì)七十年代率先提出用戶需求側(cè)的管理這一概念 2 0 0 1 年美 國加州電力危機(jī)爆發(fā) 此次危機(jī)過后隨著全球經(jīng)濟(jì)的迅速發(fā)展 全球面對頻發(fā) 的電力危機(jī) 需求側(cè)響應(yīng)逐漸登上了各國電力市場建設(shè)的舞臺 自2 0 0 1 年以 后 國外在需求響應(yīng)方面的研究步伐逐漸加快 國際能源機(jī)構(gòu) I n t e r n a t i o n a l E n e r g yA g e n c y I E A 于2 0 0 3 年發(fā)布了第一份需求側(cè)響應(yīng)的研究報告 報告總 結(jié)了一些國家需求響應(yīng)發(fā)展過程中獲得的成果和遇到的問題 2 j 國際能源組 織需求側(cè)響應(yīng)專項(xiàng)工作小組在2 0 0 6 年編寫發(fā)布了需求側(cè)響應(yīng)指南書 同年美 國能源部也發(fā)布了需求側(cè)響應(yīng)專項(xiàng)研究報告 美國電力市場是世界發(fā)展最成熟 的電力市場 目前各類需求響應(yīng)在多個地區(qū)都有市場化項(xiàng)目的運(yùn)行 美國最新 研究表明 美國現(xiàn)行的各種能源方案中 與需求響應(yīng)有關(guān)的能源貢獻(xiàn)容量約達(dá) 到3 7 5 0 0 M W 大約相當(dāng)于美國夏季的總用電計(jì)劃需求量的5 l j J 2 0 0 9 年2 月美國簽署了 美國復(fù)蘇與再投資法案 美國能源部將獲得4 5 億美元的投 資 用于促進(jìn)D R 設(shè)備的發(fā)展 推進(jìn)智能電網(wǎng)技術(shù)的研究 歐盟委員會在2 0 1 0 年發(fā)布了3 個2 0 2 0 年歐洲氣候和能源目標(biāo)時指出需求響應(yīng)是幫助歐盟委員會 實(shí)現(xiàn)這些目標(biāo)的一個重要手段 這將大力加快需求響應(yīng)的在歐洲的發(fā)展速度 隨著需求響應(yīng)的不斷研究和實(shí)踐 用戶需求側(cè)響應(yīng)研究有了新的內(nèi)容 在智能 電網(wǎng)中技術(shù)的不斷進(jìn)步 用戶與電力公司不僅可以進(jìn)行實(shí)時雙向通信 還可以 通過智能控制技術(shù)更好的維護(hù)系統(tǒng)和控制負(fù)載 因此需要設(shè)計(jì)更靈活的需求響 應(yīng)策略以充分發(fā)揮先進(jìn)技術(shù)的有利作用 目前國際上有很多關(guān)于需求響應(yīng)電價設(shè)計(jì)及D R 下的用電設(shè)備調(diào)度的研究 成果 文獻(xiàn) 4 5 都采用了分布式梯度算法解決最小化電費(fèi)成本和功耗限制引 起的用戶不滿 的問題 從而實(shí)現(xiàn)社會整體效益最大化的目標(biāo) 實(shí)際過程是通過 算法設(shè)計(jì)電價促使用戶更合理調(diào)度其用電設(shè)備以減少發(fā)電峰荷 從而減少電力 公司總發(fā)電成本 增加總體收益 其中文獻(xiàn) 5 對幾種常用的家電設(shè)備建立了函 數(shù)模型 還考慮了電動汽車等充電設(shè)備的調(diào)度 但其沒有考慮推遲用電設(shè)備使 用對用戶的影響 文獻(xiàn) 6 則是對D R 中的實(shí)時電價定價策略進(jìn)行研究 通過能 量管理控制器對用電設(shè)備進(jìn)行調(diào)度 實(shí)現(xiàn)供應(yīng)端的利益最大 文中注意到了推 遲電器使用降低了用戶滿意度的問題 但對功率可調(diào)的家用電器該如何調(diào)度沒 有考慮到 文獻(xiàn) 7 8 研究了針對電力出現(xiàn)短缺情況時基于激勵的需求響應(yīng)項(xiàng) 目的定價機(jī)制 文獻(xiàn) 9 1 f 1 0 1 1 1 2 運(yùn)用博弈論的相關(guān)知識對需求響應(yīng)進(jìn)行研 究 其中文獻(xiàn) 9 還提出了一種分布式策略 利用用戶的需求響應(yīng)降低高峰時段 哈爾濱理工大學(xué)工學(xué)碩士學(xué)位論文 負(fù)載率從而彌補(bǔ)電力短缺 但這幾篇文章都沒有考慮清潔可再生能源參與需求 響應(yīng)時對用戶和系統(tǒng)的影響 也并未提出具體設(shè)備的調(diào)度方法 文章 1 2 提出 了一種基于V C G 拍賣機(jī)制的設(shè)計(jì)方法使得電力系統(tǒng)中資源得到合理分配 達(dá) 到效益最大 作者同樣沒有將功率可調(diào)節(jié)設(shè)備考慮到分配中去 國外對需求響應(yīng)機(jī)制下的負(fù)荷調(diào)度問題研究成果也很多 文獻(xiàn) 1 3 1 4 基 于實(shí)時電價需求響應(yīng)項(xiàng)目和電價預(yù)測提出了功率可調(diào)節(jié)的用電設(shè)備的調(diào)度策 略 文章中考慮了設(shè)備可延時使用的情況 其中文獻(xiàn) 1 3 研究在電費(fèi)最小和電 器延遲時間最小兩個目標(biāo)綜合考慮的調(diào)度策略 并提出了一種自治住宅能耗調(diào) 度框架 而 1 4 則提出了電價不確定時的調(diào)度策略 但沒有提出針對具體家電 的調(diào)度措施 文獻(xiàn) 1 5 同樣基于電價不確定情形研究了可推遲使用的設(shè)備的調(diào) 度問題 文獻(xiàn) 1 6 1 提出了一個基于家庭局域網(wǎng)的需求響應(yīng)框架 文獻(xiàn) 1 7 1 針對 需求響應(yīng)對發(fā)電廠擴(kuò)建計(jì)劃決策的影響進(jìn)行建模研究 引入一個指數(shù)函數(shù)對新 發(fā)電機(jī)組的建設(shè)做全面的評估 文獻(xiàn) 1 8 1 提出了一種基于需求響應(yīng)的工業(yè)能量 管理系統(tǒng) 并且以鋼鐵工業(yè)為例說明了該系統(tǒng)的工作過程 文獻(xiàn)f 1 9 設(shè)計(jì)了一 種適用于需求響應(yīng)的基于自適應(yīng)神經(jīng)模糊推理的能量管理系統(tǒng) 其控制采用的 是分支界定調(diào)度算法 國內(nèi)在需求側(cè)響應(yīng)方面的研究起步較晚 2 0 0 4 年剛開始接觸到需求響應(yīng)相 關(guān)的理論 2 例 但研究和實(shí)踐發(fā)展速度迅猛 華北電力大學(xué) 上海交通大學(xué)和哈 爾濱工業(yè)大學(xué)等高校都在積極研究探索需求側(cè)響應(yīng)的理論和實(shí)踐機(jī)制 需求響 應(yīng)相關(guān)的研究成果也在逐年增多 目前我國在電力市場管理方面沒有全面開 放 用戶需求響應(yīng)的實(shí)踐還沒有形成規(guī)模 我國在投入實(shí)際應(yīng)用的需求響應(yīng)僅 有可中斷負(fù)荷 峰谷電價 季節(jié)性豐枯電價等 文獻(xiàn) 2 1 2 2 2 3 1 介紹了需求響 應(yīng)的概念 分類 所涉及的技術(shù)以及國外電力市場中需求響應(yīng)項(xiàng)目的實(shí)踐和運(yùn) 行機(jī)制等內(nèi)容 文獻(xiàn) 2 4 詳細(xì)介紹了需求側(cè)競價的相關(guān)理論知識 并結(jié)合國際 上的實(shí)際案例闡述了其實(shí)施模式 并探討了其在電力市場中的實(shí)施機(jī)制 國內(nèi)對需求響應(yīng)的價格和機(jī)制研究成果較多 文獻(xiàn) 2 5 提出了一種基于上 網(wǎng)與銷售兩種電價聯(lián)動的經(jīng)濟(jì)學(xué)優(yōu)化模型 并根據(jù)相關(guān)的實(shí)例分析提出電價聯(lián) 動方案的建議 文獻(xiàn) 2 6 根據(jù)峰谷分時電價下用戶響應(yīng)的歷史數(shù)據(jù) 用響應(yīng)數(shù) 據(jù)建立矩陣表示用戶對價格信號的響應(yīng)程度 綜合考慮了用戶用電滿意度 提 出了一種峰谷分時電價的優(yōu)化決策模型 文獻(xiàn) 2 7 則根據(jù)用戶滿意度建立了需 求側(cè)競價的價格決策模型 文獻(xiàn) 2 8 則提出了一個基于舒適度的家庭能源管理 算法 但是沒有考慮新能源對家庭能源的影響 而 2 9 3 0 3 1 則研究解決了建 立可中斷負(fù)荷項(xiàng)目的數(shù)學(xué)模型和價格決策模型的問題 文獻(xiàn)f 3 2 總結(jié)了當(dāng)前國 哈爾濱理工大學(xué)工學(xué)碩士學(xué)位論文 際上智能電網(wǎng)方面的一些研究成果 探索了智能電網(wǎng)中實(shí)施需求響應(yīng)的相互作 用 并提出了一些關(guān)于智能電網(wǎng)與需求響應(yīng)發(fā)展的建議 文章t 3 3 1 基于對偶分 解算法提出了一種分布式算法 用于實(shí)時電價的定價策略 文獻(xiàn) 3 4 詳細(xì)介紹 了需求響應(yīng)期權(quán)的原理 交易形式及其價值 并提出了智能電網(wǎng)下多種用戶需 求響應(yīng)的期權(quán)形式 文獻(xiàn) 3 5 建立了協(xié)調(diào)優(yōu)化模型 在智能電網(wǎng)下將緊急需求 響應(yīng)項(xiàng)目加入系統(tǒng)備用 近年來智能電表的大范圍使用 先進(jìn)計(jì)量技術(shù)的逐漸普及 也促進(jìn)了智能 控制技術(shù)的發(fā)展 國內(nèi)對于需求響應(yīng)視角下智能控制系統(tǒng)的相關(guān)研究也慢慢重 視起來 文獻(xiàn) 3 6 設(shè)計(jì)并實(shí)現(xiàn)了基于高級計(jì)量架構(gòu) A M I 的面向家庭用戶的家 庭能源管理軟件系統(tǒng) 并搭建了硬件平臺 文獻(xiàn) 3 7 1 研究了在分時電價項(xiàng)目 下 新能源汽車儲蓄電池的集中充電策略 文獻(xiàn) 3 8 設(shè)計(jì)了用戶端能源管理框 架 從軟硬件層面實(shí)現(xiàn)對用戶的需求響應(yīng)和需量控制 文獻(xiàn) 4 q 在建立人體舒 適度調(diào)節(jié)空間的基礎(chǔ)上研究空調(diào)系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)需求側(cè)管理的方法 國內(nèi)也在探究用一些新的算法和策略進(jìn)行需求響應(yīng)研究 如模式分類算法 和經(jīng)濟(jì)學(xué)方法等 文獻(xiàn) 3 9 運(yùn)用粒子群算法對別墅用戶的需求響應(yīng)做出決策 達(dá)到節(jié)能的目的 文獻(xiàn) 4 0 將遺傳算法交叉驗(yàn)證和支持向量回歸的方法用于實(shí) 施電價的預(yù)測 并在此基礎(chǔ)上通過混合整數(shù)規(guī)劃的方法幫助用戶進(jìn)行用電決 策 文獻(xiàn) 4 2 通過博弈論方法研究了實(shí)施電價的定價機(jī)制 并提出了 種用于 家庭能源調(diào)度的分布式在線學(xué)習(xí)算法 文獻(xiàn) 4 3 通過博弈論中的雙寡頭模型來 研究供電商和用戶之間的相互作用 從而提出需求響應(yīng)項(xiàng)目方案 1 4 課題研究內(nèi)容 本課題研究來源于哈爾濱科技創(chuàng)新人才研究專項(xiàng)資金 R C 2 0 1 3 L X 0 0 7 0 0 3 本文的主要研究內(nèi)容如下 1 本文首先對需求響應(yīng)的概念與內(nèi)容做了論述 系統(tǒng)闡述了需求響應(yīng)對電 力供需兩側(cè)的影響及其對于電力系統(tǒng)和用戶的重要作用和巨大效益 詳細(xì)的介 紹了課題的研究背景以及國內(nèi)外關(guān)于需求響應(yīng)的研究成果 并細(xì)致分析了各個 研究的優(yōu)缺點(diǎn) 2 詳細(xì)研究了國外電力市場實(shí)施的需求相應(yīng)項(xiàng)目實(shí)例 通過這些實(shí)例引出 了家庭能源管理系統(tǒng)所需要的技術(shù)基礎(chǔ)及標(biāo)準(zhǔn) 從計(jì)量 通信 控制三個方 面 分析了現(xiàn)行的主要技術(shù)手段及該技術(shù)在需求響應(yīng)中的作用和影響 3 對普通家庭用戶的用電負(fù)荷分為兩類 分別進(jìn)行負(fù)荷特性數(shù)學(xué)分析 對 哈爾濱理工大學(xué)工學(xué)碩士學(xué)位論文 于用戶用電舒適度分為環(huán)境舒適度和時間延遲舒適度兩方面進(jìn)行建模分析 根 據(jù)分析結(jié)果確定環(huán)境參數(shù)和時間參數(shù)兩個約束條件的設(shè)定 4 對于家庭能源管理調(diào)度問題進(jìn)行數(shù)學(xué)模型分析 建立差值最小化算法公 式 在M A T L A B 平臺上 針對差值最小化算法應(yīng)用于家庭能源調(diào)度問題進(jìn)行編 程 針對單用戶 多用戶 不同的分時電價價格比和不同的時間約束條件進(jìn)行 細(xì)致的仿真 并對仿真結(jié)果做出分析 哈爾濱理工大學(xué)工學(xué)碩士學(xué)位論文 第2 章引入需求響應(yīng)的技術(shù)條件 2 1 需求響應(yīng)的定義與應(yīng)用 需求響應(yīng)的定義由美國首先提出 是指通過提高價格或其他激勵措施促使 電網(wǎng)終端用戶主動改變固有的用電習(xí)慣 從而達(dá)到在電力價格高漲或者電力系 統(tǒng)可靠性受到威脅時利用先進(jìn)智能化計(jì)量裝置降低用電負(fù)載的短期行為 按照電力終端用戶根據(jù)價格信號或激勵機(jī)制做出的響應(yīng)方式的不同 可以 將需求響應(yīng)可以分為基于價格和基于激勵兩種 基于價格的需求響應(yīng)項(xiàng)目是通 過改變電力價格的方式促使終端用戶自主做出用電時間和方式的改變 包括分 時電價 T O U 尖峰電價 C P P 實(shí)時電價 R T P 等m 舶 基于激勵的需求響應(yīng) 項(xiàng)目是指D R 運(yùn)營機(jī)構(gòu)根據(jù)電力供需情況制定相應(yīng)政策 使得用戶在系統(tǒng)需要 或電力緊張時減少電力需求 以此獲得直接補(bǔ)償或其他時段的優(yōu)惠電價 包括 直接負(fù)荷控制 需求側(cè)競價 緊急需求響應(yīng)計(jì)劃 可中斷負(fù)荷控制 容量 市 場輔助服務(wù)計(jì)劃等1 4 7 4 8 1 這兩種需求響應(yīng)是可以相互促進(jìn)實(shí)施的 國外很多公司都是兩種需求響應(yīng) 共同實(shí)施 以達(dá)到更好的效益 英國實(shí)行的是分時電價和可中斷負(fù)荷項(xiàng)目 其 中分時電價提供給用戶多種不同的分時電價 可中斷負(fù)荷則提供3 種合同形式 給用戶 快速備用 短期運(yùn)行備用和穩(wěn)定電網(wǎng)頻率響應(yīng) 芬蘭的分時電價包含 6 種不同的時段電價 電力高峰時段的峰 平電價 中等時段的峰 平電價以 及低谷時段的平 谷電價 而可中斷負(fù)荷項(xiàng)目則根據(jù)提前通知時間和可中斷持 續(xù)時間的不同將合同劃分成5 種類型 合同規(guī)定一年內(nèi)用戶中斷用電時間需要 達(dá)到2 4 0h 但對用戶的中斷次數(shù)是有限制的 挪威需求響應(yīng)有可中斷負(fù)荷控 制和需求側(cè)競價 可中斷負(fù)荷控制根據(jù)提前通知時間和中斷持續(xù)時間可分為 1 提前1 5m i n 通知用戶 中斷持續(xù)時間無限制 削減5 負(fù)荷 2 提前2h 通 知用戶 中斷持續(xù)時間無限制 削減2 5 負(fù)荷 3 提前1 5m i n 通知用戶 中 斷持續(xù)時間2h 削減7 5 負(fù)荷 若用戶違反協(xié)議用電 則用戶在模式 1 2 3 時的電價分別是2 7 5 歐元 k W h 1 0 8 3 歐元 k W h 和3 2 6 3 歐元 k W h 需求側(cè)競價即電力調(diào)頻容量市場項(xiàng)目 需求側(cè)資源可以與發(fā)電機(jī)組競價從而實(shí) 現(xiàn)電力平衡 西班牙也是分時電價和可中斷負(fù)荷項(xiàng)目共同實(shí)施 法國的分時電 價項(xiàng)目也獨(dú)有特色 電價的高低由電價標(biāo)記顏色和用電的峰谷時段共同決定 哈爾濱理工大學(xué)工學(xué)碩士學(xué)位論文 需求響應(yīng)在歐美的廣泛建設(shè)源于其對電力系統(tǒng)和用戶的眾多有利的作用 需求響應(yīng)在用電高峰時對負(fù)荷的削減作用十分巨大 美國電力市場十分成熟 有多種需求響應(yīng)項(xiàng)目的實(shí)際應(yīng)用經(jīng)驗(yàn) 表2 1 是在美國實(shí)施的不同的需求響應(yīng) 項(xiàng)目實(shí)現(xiàn)的負(fù)荷削減情況 4 9 1 通過表格2 1 我們能更直觀的了解需求響應(yīng)的負(fù) 荷削減效果 表2 l 需求響應(yīng)在美國實(shí)現(xiàn)的負(fù)荷削減 M W l T a b 2 1D e m a n dR e s p o n s el o a dr e d u c t i o n sa c h i e v e di nt h eU n i t e dS t a t e s 類型項(xiàng)目名稱工商用戶居民 批發(fā)市場 其他合計(jì) 基于價尖峰電價 4 0 l3 01 0 08 86 1 9 格的需結(jié)合D L C 1 2 98 0 1 3 1 5 0 求響應(yīng)的尖峰電價 項(xiàng)目實(shí)時電價 1 1 1 7400 1 1 2 1 分時電價 2 1 3 21 0 03 51 92 2 8 6 其他 2 4 21 4 21 0 0 05 61 4 4 0 基于激 需求側(cè)競價 1 2 5 102 5 7 01 73 8 3 8 勵的需 回購計(jì)劃 求響應(yīng)直接負(fù)荷控 1 6 8 75 5 6 87 9 39 5 79 0 0 5 項(xiàng)目制 緊急需求響 1 3 7 51 6 31 1 4 9 31 11 3 0 4 2 應(yīng) 可中斷負(fù)荷 9 5 2 45 01 0 3 33 7 l1 0 9 7 8 容量備用 3 5 3 01 1 2 44 11 05 38 8 1 7 調(diào)頻服務(wù) 001 001 0 其他 4 601 5 6 001 6 0 6 總計(jì) 2 1 4 3 4 7 1 8 12 2 7 1 2 1 5 8 55 2 9 1 2 2 2 需求響應(yīng)技術(shù)支持 需求側(cè)資源的開發(fā)需要先進(jìn)智能電網(wǎng)技術(shù)的支持 需求響應(yīng)項(xiàng)目的開展和 推廣很大程度上取決于智能電網(wǎng)基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)的先進(jìn)程度 需求響應(yīng)需要智能 電網(wǎng)技術(shù)可以支持的功能包括 能夠分時段測量并有遠(yuǎn)程通信功能的智能電 表 高速度高可靠性高安全性的電力通信技術(shù) 用來通知用戶端需求響應(yīng)事件 的發(fā)生 并能夠近乎實(shí)時的通知用戶最新的電價信息和各家用電器用電量 能 夠根據(jù)歷史數(shù)據(jù)及實(shí)時獲得的負(fù)荷數(shù)據(jù) 分析一般情境下的負(fù)荷削減獲得的效 益 同時為供電側(cè)和需求側(cè)提供負(fù)荷削減建議及電價預(yù)測信息 在用戶側(cè)擁有 方便快捷的可以實(shí)現(xiàn)用電負(fù)荷的自動化控制的控制中心或者植入式的能源調(diào)度 控制系統(tǒng) 以上的這些功能可以歸類為先進(jìn)計(jì)量技術(shù) 電力通信技術(shù)及與軟硬 哈爾濱理工大學(xué)工學(xué)碩士學(xué)位論文 件相關(guān)的智能控制技術(shù) 先進(jìn)計(jì)量技術(shù)與電力通信技術(shù)構(gòu)成了高級計(jì)量架構(gòu) f A d v a n c e dM e t e r i n gI n f r a s t r u c t u r e A M I 通信技術(shù)與智能控制技術(shù)構(gòu)成了能 源管理系統(tǒng) 2 2 1 先進(jìn)計(jì)量技術(shù) 高級計(jì)量架構(gòu)A M I 是智能電網(wǎng)的和核心組成部分 是能夠在智能電表和 電力公司之間實(shí)現(xiàn)自動通信的系統(tǒng) 它能夠給電力公司提供電表實(shí)時測量到的 電力系統(tǒng)和用戶終端用電的各種電能參數(shù) 同時也幫助用戶了解電價變化和家 用電器的用電情況 實(shí)現(xiàn)更明智的用電 A M I 系統(tǒng)可以在檢查電網(wǎng)線路 監(jiān)控 電能質(zhì)量 防竊電 支持響應(yīng)型需求響應(yīng)項(xiàng)目 處理停電事故以及提升顧客服 務(wù)質(zhì)量等方面起到重要作用 高級計(jì)量架構(gòu)A M I 通常由4 個部分組成 如圖 2 1 所示 包括智能電表 遠(yuǎn)程通信網(wǎng)絡(luò) 數(shù)據(jù)收集系統(tǒng)和包含數(shù)據(jù)處理功能 的主棚 系統(tǒng) 用 o 圖2 1A M I 組成圖 F i g 2 1A M ls y s t e ms t r u c t u r ed i a g r a m 終端智能電表測量到的用戶用電或其他計(jì)量任務(wù)的相關(guān)數(shù)據(jù)發(fā)送到數(shù)據(jù)集 中器中 通過遠(yuǎn)程通信網(wǎng)絡(luò)將數(shù)據(jù)傳送到主機(jī)系統(tǒng)進(jìn)行數(shù)據(jù)處理 電力公司再 哈爾濱理工大學(xué)工學(xué)碩士學(xué)位論文 通過獲得的分析數(shù)據(jù)進(jìn)行決策 A M I 的數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)使得電力公司對大量數(shù)據(jù) 的存儲和分析能力大大提升 在需求響應(yīng)項(xiàng)目中 在計(jì)量時間間隔及電價波動 的時間都大大縮短后 終端用戶的計(jì)量數(shù)據(jù)量將大幅度增長 例如計(jì)量時間從 每月縮短為每小時后 一個終端用戶的一年采集數(shù)據(jù)量便從1 2 個增長到8 7 6 0 個 A M I 的數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)還可以進(jìn)行快速的數(shù)據(jù)處理 通過強(qiáng)大的數(shù)據(jù)分析能 力電力公司更清晰的掌握系統(tǒng)和用戶用電情況 這為更合理高效的管理電力系 統(tǒng)提供了便利 對電力機(jī)制的改進(jìn)及電價的制定提供了更準(zhǔn)確參考數(shù)據(jù) 更有 力的促進(jìn)需求響應(yīng)項(xiàng)目的實(shí)施 智能電表是A M I 系統(tǒng)基礎(chǔ)設(shè)施中最重要的一環(huán) 近年來 智能電表的發(fā) 展也十分迅速 技術(shù)也十分成熟 相對于傳統(tǒng)的機(jī)電式電表 為了適應(yīng)智能電 網(wǎng)和新能源的使用智能電表具備更先進(jìn)的功能 包括雙向多種費(fèi)率的計(jì)量 用 戶終端控制功能 計(jì)量精度也得到了有效提高 并具有雙向通信功能 可以用 多種數(shù)據(jù)傳輸模式來傳遞信息 終端用戶可以根據(jù)自身的用電習(xí)慣和需求響應(yīng) 項(xiàng)目來設(shè)定具體參數(shù)來進(jìn)行用電管理 為了配合A M I 系統(tǒng)的建設(shè) 建立智能 電表網(wǎng)絡(luò) 智能電表還支持實(shí)時讀取 遠(yuǎn)程控制的功能 通過集成在電表內(nèi)的 傳感和測量技術(shù) 智能電表還可以實(shí)現(xiàn)電力系統(tǒng)竊電檢測 電能質(zhì)量檢測和故 障定位等功能 智能電表這些智能化功能對智能電網(wǎng)和需求響應(yīng)的發(fā)展都有積 極的促進(jìn)作用 2 2 2 遠(yuǎn)程通信技術(shù) 智能電網(wǎng)的通信技術(shù)分為單向通信技術(shù)和雙向通信技術(shù)兩類 通信網(wǎng)絡(luò)按 照適用范圍可以分為用于電力生產(chǎn)過程的通信網(wǎng)絡(luò)和面向用戶服務(wù)的通信網(wǎng) 絡(luò) 如圖2 2 2 3 所示 通信技術(shù)的選擇使用主要由當(dāng)?shù)氐牡乩砗腿丝趤頉Q 定 例如在沿海大城市 人口密度高 數(shù)據(jù)采集量大 這種環(huán)境要求必須有完 備的網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)設(shè)施 要安裝數(shù)據(jù)集成裝置和數(shù)據(jù)路由裝置 這樣才能滿足大數(shù) 據(jù)的存儲和發(fā)送的需求 單向通信通常是指遠(yuǎn)程抄表 但現(xiàn)在通信技術(shù)迅猛發(fā) 展 單向通信逐漸被取代 未來的電力通信趨勢必然是雙向通信方式 完全的 雙向通信可以供電測和需求側(cè)都能同時接受和發(fā)送數(shù)據(jù) 是需求響應(yīng)供應(yīng)側(cè)和 需求側(cè)雙側(cè)互動的前提 當(dāng)前A M I 系統(tǒng)的遠(yuǎn)方通信主要形式有 光纖通信 電力線通信 無線電R F G P R S 和3 G 似G 移動通信等 哈爾濱理工大學(xué)工學(xué)碩士學(xué)位論文 數(shù)據(jù)服務(wù)器 H bJ J E 務(wù)器 智能電剛數(shù) 7 7 據(jù)采集 j 7 輸電線路監(jiān)測 一 一 一 一 一 t 發(fā)電廠監(jiān)測 1 j 配電網(wǎng)監(jiān)測j 二 一一 變電站監(jiān)測 7 一一一一一一一一一 一7 7 二 一一一一一一一一 7 i用電信息監(jiān)測 一一一一一一一 圖2 2 智能電網(wǎng)生產(chǎn)過程的監(jiān)測通信網(wǎng)絡(luò)架構(gòu) F i g 2 2M o n i t o r i n gc o m m u n i c a t i o nn e t w o r ka r c h i t e c t u r eo fs m a r tg r i dp r o d u c t i o np r o c e s s 電力公司 調(diào)瞳主站光端設(shè)備i 一 專一 一一一一一一 一 I n t e r n e t 一 一7 7 圖2 3 智能電網(wǎng)用戶服務(wù)的通信網(wǎng)絡(luò)架構(gòu) F i g 2 3C o m m u n i c a t i o nn e t w o r ka r c h i t e c t u r eo fs m a r tg r i du s e rs e r v i c e 哈爾濱理工大學(xué)工學(xué)碩士學(xué)位論文 1 光纖通信是以光導(dǎo)纖維作為傳輸介質(zhì) 以光波作為信息載體的先進(jìn)通 信技術(shù) 光纖通信具有速度快 安全性高 抗干擾和性價比高的優(yōu)勢 十分適 用于電力通信 目前光纖通信技術(shù)發(fā)展應(yīng)用十分的成熟 有較為統(tǒng)一的國際標(biāo) 準(zhǔn) 使用范圍也十分的廣泛 我國現(xiàn)在已經(jīng)擁有世界上規(guī)模最大的電力專用光 纖通信網(wǎng)絡(luò) 但是我國光纖通信也有一些缺點(diǎn) 骨干網(wǎng)強(qiáng) 接入網(wǎng)弱 高 電壓端強(qiáng) 低端弱 的問題亟待解決 另外采用光纖通信作為智能電網(wǎng)的電力 通信技術(shù) 還需要解決 最后一公里 的問題 即從通信服務(wù)提供商的機(jī)房 交換機(jī)到用戶終端設(shè)備之間的連接問題 2 電力載波通信 P o w e rL i n eC o m m u n i c a t i o n P L C P L C 電力載波通 信是電力系統(tǒng)特有的通信技術(shù) 通過載波方式如在電壓和電流信號中加入通信 信號來實(shí)現(xiàn)電力通信 它的優(yōu)點(diǎn)是不需要額外架設(shè)通信線路 利用原有的電力 線即可實(shí)現(xiàn)傳輸 P L C 具有一定的局限性 但是P L C 系統(tǒng)特別適用于交通不 便架設(shè)線路困難的農(nóng)村地區(qū) 有的供電公司的供電系統(tǒng)覆蓋范圍同時包含了農(nóng) 村和城市兩種環(huán)境 這種情況下采用P L C 通信技術(shù)可以在全部服務(wù)區(qū)中通過 一種通信技術(shù)就建立一個統(tǒng)一完整的先進(jìn)計(jì)量系統(tǒng) 智能控制技術(shù)的發(fā)展也給 P L C 的發(fā)展帶來了新的前景 在家庭區(qū)域網(wǎng)H A N 中大家都看好無線通信技 術(shù) 但是墻對無線信號的削減問題難以解決 于是不用重新架設(shè)線路的P L C 通信進(jìn)成為了最佳選擇方案之一 同時其成本也遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于無線通信 3 射頻無線電通信 R a d i oF r e q u e n c y R F R E 信號一般頻率較高 使 用R F 進(jìn)行電力通信的過程是使用一個固定的頻率的射頻信號通過一個非公共 網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)智能電表的通信功能 2 0 世紀(jì)9 0 年代末 美國在供電網(wǎng)絡(luò)中大幅度 推廣自動抄表系統(tǒng) 而這些系統(tǒng)的通信都采用固定無線電頻率R F 通信 有些 R F 網(wǎng)絡(luò)具有 自愈 功能 自愈 功能對于維護(hù)配電網(wǎng)絡(luò)穩(wěn)定運(yùn)行具有重要 的作用 配電網(wǎng)有時因?yàn)榄h(huán)境因素因素如雷擊 暴風(fēng)雨或人為原因