鄭煒楠，陳柏熹，王德志，余濤

（華南理工大學(xué)電力學(xué)院，廣州510640）

0 引 言

在當(dāng)前能源危機(jī)的大背景下，具有信息共享、低碳經(jīng)濟(jì)特點(diǎn)的智能電網(wǎng)，正成為未來世界電網(wǎng)的發(fā)展趨勢(shì)［1］。智能電網(wǎng)的一個(gè)重要內(nèi)容是智能用電，它意味著需求側(cè)用電管理成為電網(wǎng)的一項(xiàng)重要工作內(nèi)容。目前電力需求側(cè)管理的考核指標(biāo)主要是兩個(gè)“千分之三”指標(biāo)，但由于缺乏精確實(shí)時(shí)的計(jì)量和用電大數(shù)據(jù)的分析，實(shí)際工作開展缺乏依據(jù)，也使得需求側(cè)管理陷入電網(wǎng)公司單方面努力的困局，而缺少最關(guān)鍵的需求側(cè)的響應(yīng)和配合。

面對(duì)以上困局，在新一輪電力改革的時(shí)局下，亟需引入互聯(lián)網(wǎng)思維和大數(shù)據(jù)分析，推動(dòng)電力產(chǎn)業(yè)從中低端的電力供應(yīng)商提升為綜合能源，通訊和信息服務(wù)商［2］。信息物理系統(tǒng)（Cyber Physical System，CPS）是實(shí)現(xiàn)計(jì)算、通信以及控制技術(shù)深度融合的下一代工程系統(tǒng)［3］。以此為基礎(chǔ)發(fā)展而來的電網(wǎng)CPS，被認(rèn)為是電力系統(tǒng)的未來發(fā)展方向［4］。信息物理系統(tǒng)需要海量數(shù)據(jù)的接入，因此不僅在通信、存儲(chǔ)和計(jì)算等方面要能夠予以技術(shù)支持，還需要對(duì)需求側(cè)用戶的數(shù)據(jù)接入進(jìn)行激勵(lì)，通過政策機(jī)制和市場(chǎng)機(jī)制結(jié)合推動(dòng)需求側(cè)響應(yīng)朝更加深入的層面發(fā)展。

有關(guān)需求側(cè)用電管理，近年來提出了家庭能量管理系統(tǒng) （Home Energy Management System，HEMS），但它初期主要是面向家庭內(nèi)部及社區(qū)范圍，對(duì)全電網(wǎng)數(shù)據(jù)的信息互通涉及較少。結(jié)合能源互聯(lián)網(wǎng)的大趨勢(shì)，又逐步引入了需求側(cè)與電網(wǎng)側(cè)之間互動(dòng)機(jī)制和響應(yīng)模式研究。文獻(xiàn)［5］提出了家庭用電響應(yīng)模式的運(yùn)行流程，并構(gòu)建了經(jīng)濟(jì)模式和節(jié)能模式下的數(shù)學(xué)模型。文獻(xiàn)［6］引入了電動(dòng)汽車和分布式光伏發(fā)電，對(duì)家庭用、發(fā)電間的信息雙向互動(dòng)進(jìn)行了分析研究。文獻(xiàn)［7］和文獻(xiàn)［8］分析了電價(jià)信息在用戶響應(yīng)中的影響。但是大部分文獻(xiàn)都是基于機(jī)制和模型的理論研究，相關(guān)配套系統(tǒng)應(yīng)用也僅提出架構(gòu)設(shè)計(jì)，很少涉及軟件應(yīng)用的開發(fā)實(shí)現(xiàn)和效果驗(yàn)證，使得相關(guān)理論研究無(wú)法落地，不能與實(shí)際應(yīng)用結(jié)合展現(xiàn)。

基于以上事實(shí)需求，本文以需求側(cè)與電網(wǎng)側(cè)的用電數(shù)據(jù)交互技術(shù)為基礎(chǔ)，開發(fā)了基于Android和Java Web的家庭智能用電管理系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)對(duì)用戶用電數(shù)據(jù)的全面采集和傳輸存儲(chǔ)，并基于用電數(shù)據(jù)分析用戶用電行為模式，實(shí)現(xiàn)對(duì)分布式設(shè)備的智能調(diào)度。

1 系統(tǒng)框架及通信和數(shù)據(jù)接口設(shè)計(jì)

家庭智能用電管理系統(tǒng)包含用戶側(cè)移動(dòng)端的APP和電網(wǎng)側(cè)的雙向互動(dòng)平臺(tái)，本文將著重介紹用戶側(cè)APP的功能應(yīng)用。下面先介紹整個(gè)系統(tǒng)的框架以及通信和數(shù)據(jù)接口設(shè)計(jì)。

1.1 系統(tǒng)框架設(shè)計(jì)

智能用電管理系統(tǒng)的整體框架如圖1所示。整個(gè)系統(tǒng)采用C/S架構(gòu)（Client/Server），用戶側(cè)為基于Android編寫的移動(dòng)客戶端APP，用于查看其所有的監(jiān)測(cè)裝置采集的實(shí)時(shí)電氣數(shù)據(jù)及統(tǒng)計(jì)圖表；電網(wǎng)側(cè)為基于Java編寫的服務(wù)器端應(yīng)用程序，包括全區(qū)域的用戶用電數(shù)據(jù)庫(kù)和針對(duì)用戶的用電優(yōu)化控制算法和電網(wǎng)峰谷平衡的優(yōu)化控制算法都部署于服務(wù)器云平臺(tái)，此外還有電網(wǎng)公司查看的站端監(jiān)測(cè)應(yīng)用程序。

移動(dòng)端APP和小型智能監(jiān)測(cè)裝置雖然都?xì)w屬于用戶側(cè)，對(duì)應(yīng)的是一戶家庭范圍內(nèi)的用電數(shù)據(jù)采集監(jiān)測(cè)和統(tǒng)計(jì)，但監(jiān)測(cè)裝置采集的數(shù)據(jù)并不直接向APP傳遞，而是通過互聯(lián)網(wǎng)集中上傳到服務(wù)器云端，再由云端依據(jù)請(qǐng)求返送數(shù)據(jù)給客戶端。這樣可以確保用戶隨時(shí)隨地都可以查看到自己賬戶下所屬的分布式設(shè)備的電氣數(shù)據(jù)，同時(shí)也便于對(duì)區(qū)域內(nèi)全部用戶的用電數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)一管理和維護(hù)。此外，對(duì)于家庭用電設(shè)備的智能調(diào)度和優(yōu)化控制算法也部署在云端，因此可以說整個(gè)系統(tǒng)是基于云平臺(tái)來開展智能管理的。

圖1 家庭智能用電管理系統(tǒng)框架圖Fig.1 Framework of the household intelligent electricity management system

1.2 通信和數(shù)據(jù)接口設(shè)計(jì)

系統(tǒng)的通信采用的是WiFi和以太網(wǎng)結(jié)合的方式。小型智能監(jiān)測(cè)裝置內(nèi)置WiFi模塊，將其與家庭的路由器綁定，即可與外網(wǎng)互聯(lián)，將采集的電氣數(shù)據(jù)上傳至云端。路由器之后的傳輸采用有線以太網(wǎng)傳輸。云端下發(fā)的優(yōu)化調(diào)度控制指令同樣經(jīng)由路由器傳遞給家庭內(nèi)各智能監(jiān)測(cè)裝置。

此外，監(jiān)測(cè)裝置預(yù)留了Zigbee通信接口，當(dāng)應(yīng)用于樓宇內(nèi)時(shí)可滿足覆蓋范圍更大的通信傳輸。未來結(jié)合低壓載波在居民住宅用戶中的推廣和成熟，還可以通過Zigbee—低壓載波通信方式實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)中的數(shù)據(jù)傳遞和控制命令下發(fā)。

每個(gè)智能監(jiān)測(cè)裝置（智能插座）都有一個(gè)預(yù)設(shè)定的唯一標(biāo)識(shí)碼（序碼），當(dāng)其通過路由器與外網(wǎng)連接后，該監(jiān)測(cè)裝置即存在于服務(wù)器上，但尚未與任一用戶綁定。通過如圖2的界面，當(dāng)某一已登錄的用戶準(zhǔn)確輸入該監(jiān)測(cè)裝置的序碼，及想要設(shè)置其所連接的電器信息和編號(hào)后，該監(jiān)測(cè)裝置才綁定在該用戶賬戶下并有了對(duì)應(yīng)的信息，由此建立了用戶與裝置的唯一從屬關(guān)系。已被綁定的監(jiān)測(cè)裝置只有其所屬的用戶才對(duì)其有控制權(quán)，此外部署于電網(wǎng)側(cè)站端的監(jiān)測(cè)應(yīng)用程序則擁有對(duì)全部用戶所擁有的全部裝置的控制權(quán)，以方便電網(wǎng)公司從全網(wǎng)角度對(duì)負(fù)荷進(jìn)行智能調(diào)度管控。

圖2 小型智能監(jiān)測(cè)裝置與用戶的綁定Fig.2 Binding of the small intelligent monitoring device and the user

移動(dòng)設(shè)備的客戶端APP與服務(wù)器之間的互動(dòng)采取的是Http通信方式，通過請(qǐng)求/響應(yīng)的模式，由客戶端發(fā)送請(qǐng)求鏈接給服務(wù)器，服務(wù)器接收到請(qǐng)求進(jìn)行處理響應(yīng)，響應(yīng)結(jié)果再返回給客戶端作后續(xù)處理顯示。例如，用戶Lab312user要查詢賬戶下編號(hào)為002插座的功率曲線，則客戶端APP發(fā)送請(qǐng)求鏈接http：//epqes.com/OpenSocket.do?type=getP&user=Lab312user&dID=002&date=2016-05-29&int=3給云端服務(wù)器，鏈接中已包含請(qǐng)求類型即獲取功率曲線getP以及發(fā)送請(qǐng)求的用戶名、查詢的插座編號(hào)和查詢的時(shí)間等信息，服務(wù)器收到請(qǐng)求后即可根據(jù)這些參數(shù)進(jìn)行檢索處理并將查得的數(shù)據(jù)返送給用戶Lab312user的客戶端。

服務(wù)器的請(qǐng)求處理和數(shù)據(jù)響應(yīng)是通過Servlet接口實(shí)現(xiàn)的，通過一系列的 HttpServlet，判斷請(qǐng)求的type類型，實(shí)現(xiàn)不同的請(qǐng)求功能。對(duì)應(yīng)于上述的查詢功率請(qǐng)求，服務(wù)器端程序的Servlet判斷type=getP后，進(jìn)一步通過user、d ID等鍵值對(duì)，以語(yǔ)句rs=conn.executeQuery（"selectP，Date，Timefrom"+dt+"where-DeviceID=′+deviceID+"′andDate=′"+date+"′orderbyTime"）；訪問數(shù)據(jù)庫(kù)層層查詢到相應(yīng)的數(shù)據(jù)。

查詢的結(jié)果通過json數(shù)據(jù)形式發(fā)送給客戶端。如查詢某插座某天的功率返回的json數(shù)據(jù)為［{"getdata"：1，"time"："00：01：36"，"p"："108.9048"}，…，{"getdata"：1，"time"："22：04：26"，"p"："185.6413"}］，即一個(gè)包含一系列時(shí)刻點(diǎn)數(shù)據(jù)和對(duì)應(yīng)的功率數(shù)據(jù)的鍵值對(duì)數(shù)組。這種格式的數(shù)據(jù)不僅能以輕量的方式傳遞足夠的數(shù)據(jù)內(nèi)容，而且在數(shù)據(jù)對(duì)應(yīng)關(guān)系上也十分清晰，有利于數(shù)據(jù)的傳遞和解析。

客戶端和服務(wù)器間的數(shù)據(jù)通信傳遞完整過程如圖3所示。

圖3 數(shù)據(jù)通信傳遞全過程Fig.3 Whole process of data communication and transmission

2 軟件功能模塊設(shè)計(jì)

目前家庭智能用電管理系統(tǒng)中服務(wù)器端執(zhí)行后臺(tái)計(jì)算和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)功能，前端UI交互主要由客戶端APP實(shí)現(xiàn)。圖4為家庭智能用電管理系統(tǒng)APP的主界面，其包含了設(shè)備管理、電氣監(jiān)測(cè)、電能質(zhì)量、統(tǒng)計(jì)信息、用電模式、能效評(píng)估六個(gè)模塊，以下逐一介紹各模塊功能。

圖4 家庭智能用電管理系統(tǒng)APP主界面Fig.4 Main interface of the household intelligent electricity management system APP

2.1 設(shè)備管理模塊

設(shè)備管理模塊如圖5所示，以列表形式展示當(dāng)前用戶名下的所有智能監(jiān)測(cè)裝置（插座）的基本信息和開閉狀態(tài)。如前文圖2所示，用戶可在當(dāng)前賬號(hào)下添加新的插座，輸入新增插座的編號(hào)和所連接電器的類型等信息，提交后則新增插座自動(dòng)關(guān)聯(lián)到該用戶名下，除了電網(wǎng)站端的用于全局調(diào)控的監(jiān)測(cè)應(yīng)用程序平臺(tái)之外，只有該用戶對(duì)名下插座有唯一控制權(quán)。此外，當(dāng)已有的插座連接的電器發(fā)生變動(dòng)時(shí)，用戶也可通過點(diǎn)擊“修改”按鈕對(duì)其所連的電器類型進(jìn)行修改，以方便自己和電網(wǎng)更準(zhǔn)確地對(duì)設(shè)備進(jìn)行管理和監(jiān)測(cè)。

圖5 設(shè)備管理模塊界面Fig.5 Interface of the device management module

2.2 電氣監(jiān)測(cè)模塊

電氣監(jiān)測(cè)模塊主要實(shí)現(xiàn)智能監(jiān)測(cè)裝置所采集的電器有功功率曲線和電壓曲線的查看功能。圖6和圖7所示分別為日有功曲線圖和日電壓曲線圖。有功曲線圖和電壓曲線圖分別由客戶端按一定間隔取監(jiān)測(cè)裝置采集儲(chǔ)存于云端數(shù)據(jù)庫(kù)的各時(shí)刻的有功功率和電壓有效值值散點(diǎn)值，再擬合成對(duì)應(yīng)的曲線圖（測(cè)量點(diǎn)實(shí)際電壓較市電偏高，為232 V～239 V）。

輸入指定日期后，用戶可以查詢?nèi)我庖惶斓挠泄η€圖。智能監(jiān)測(cè)裝置的數(shù)據(jù)采集是隨采隨傳的，硬件采集頻率在保證數(shù)據(jù)完整準(zhǔn)確前提下，最快可設(shè)置為0.5 s/次，在考慮云端儲(chǔ)存和遠(yuǎn)方通信的傳輸條件下，為保證每個(gè)數(shù)據(jù)點(diǎn)傳輸不丟失，會(huì)適當(dāng)調(diào)寬采集間隔，但最快仍可達(dá)到1 s/次。而客戶端每次查詢有功曲線都會(huì)發(fā)送一個(gè)即時(shí)請(qǐng)求，因此所獲得的返回?cái)?shù)據(jù)都是數(shù)據(jù)庫(kù)最新更新的。如果以分鐘為尺度考量，忽略數(shù)據(jù)傳輸?shù)臅r(shí)延滯后，可以說用戶查詢所見數(shù)據(jù)是完全實(shí)時(shí)的。而且客戶端與服務(wù)器云端的通信是經(jīng)由互聯(lián)網(wǎng)，無(wú)需依賴固定地點(diǎn)局部網(wǎng)絡(luò)，因此可以真正實(shí)現(xiàn)用戶隨時(shí)隨地了解自己各家用電器的用電情況。而電壓曲線則主要面向一些實(shí)驗(yàn)性工作場(chǎng)所，在對(duì)電壓穩(wěn)定性有一定要求的時(shí)候，展示的電壓曲線可以幫助其了解實(shí)時(shí)的電壓波動(dòng)情況。

此外，該模塊還整合了監(jiān)測(cè)裝置的開閉功能，用戶通過滑動(dòng)按鈕即可向服務(wù)器發(fā)送開閉命令請(qǐng)求。在本系統(tǒng)中，無(wú)論是用戶手動(dòng)開閉控制，還是電網(wǎng)端統(tǒng)一調(diào)度的自動(dòng)開閉控制，控制命令都是經(jīng)由服務(wù)器再下達(dá)給個(gè)監(jiān)測(cè)裝置的，因此同樣無(wú)需依賴局部網(wǎng)絡(luò)，可以隨時(shí)隨地控制各插座的開閉。

圖6 日有功曲線圖Fig.6 Daily active power curve

圖7 日電壓曲線圖Fig.7 Daily voltage curve

2.3 電能質(zhì)量模塊

電能質(zhì)量模塊主要用于觀測(cè)插座采集的電能質(zhì)量。目前電能質(zhì)量普遍關(guān)注的內(nèi)容包括諧波、三相不平衡、頻率偏差、電壓偏差、波動(dòng)和閃變等。智能用電管理系統(tǒng)軟件觀測(cè)的是對(duì)電能質(zhì)量影響比較明顯的諧波。

監(jiān)測(cè)裝置能采集到電壓和電流的30次以內(nèi)諧波，在實(shí)際使用中并不需要用到全部的數(shù)據(jù)。表1是從數(shù)據(jù)庫(kù)摘出的2016-10-10編號(hào)081插座的部分點(diǎn)的電壓和電流的基波及2次和3次諧波。

表1 插座081采集的部分諧波數(shù)據(jù)Tab.1 Some harmonic data collected by socket081

與電氣測(cè)量模塊類似，客戶端通過獲取諧波數(shù)據(jù)的離散點(diǎn)，擬合出諧波的曲線。顯示電壓諧波曲線的界面如圖8所示。其中粗線為基波電壓，深色細(xì)線為3次諧波電壓，淺色細(xì)線為5次諧波電壓。由于諧波的幅值相對(duì)于基波小很多，為了比較清晰地顯示諧波的曲線變化情況，采取雙Y軸顯示。

圖8 電壓諧波曲線圖Fig.8 Voltage harmonic curve

2.4 統(tǒng)計(jì)信息模塊

目前統(tǒng)計(jì)信息模塊統(tǒng)計(jì)的是家庭用戶最關(guān)注的用電量信息。如圖9所示，用戶可以選定查看任意一段時(shí)期內(nèi)自己賬戶下的各插座所連電器的用電情況。統(tǒng)計(jì)結(jié)果采用餅圖顯示，通過點(diǎn)擊任一扇形塊可切換查看具體用電量數(shù)值和百分比數(shù)值。

此外模塊也預(yù)留了故障記錄和節(jié)電統(tǒng)計(jì)接口，可與具備相應(yīng)功能的硬件設(shè)備配合，實(shí)現(xiàn)更全面的統(tǒng)計(jì)信息歸集。

2.5 用電模式模塊

用電模式模塊實(shí)際上包含用戶用電模式和發(fā)電模式的選擇，是適配含發(fā)電、儲(chǔ)能、用電設(shè)備的主動(dòng)負(fù)荷用戶的一個(gè)模塊。如圖10所示，該模塊是一個(gè)協(xié)議訂制的模塊。

圖9 統(tǒng)計(jì)信息模塊界面Fig.9 Interface of statistical information module

圖10 用電模式界面Fig.10 Interface of power consumption mode

在用電模式部分，用戶可以選擇節(jié)省電費(fèi)、節(jié)約用電、響應(yīng)中斷和最小排放四個(gè)模式中的一個(gè)。節(jié)省電費(fèi)模式是基于分時(shí)電價(jià)機(jī)制下的負(fù)荷轉(zhuǎn)移調(diào)度，用戶本身的用電量并不減少，但總電費(fèi)會(huì)更趨經(jīng)濟(jì)。節(jié)約用電模式則是兼顧了經(jīng)濟(jì)性和用戶舒適性的模式，會(huì)綜合考慮耗能成本和不適成本做出調(diào)度決策。響應(yīng)中斷模式［9］是電網(wǎng)公司通過發(fā)布激勵(lì)信息進(jìn)行刺激或者預(yù)先簽訂控制和補(bǔ)償協(xié)議，來使用戶對(duì)其作出響應(yīng)，在用電高峰期關(guān)停部分用電設(shè)備，這種模式在某些情況下會(huì)影響到用戶舒適度，但用戶也會(huì)從積極響應(yīng)或預(yù)簽協(xié)議中獲得相應(yīng)補(bǔ)償。最小排放模式則以碳排放量為最主要優(yōu)化目標(biāo)，對(duì)用電負(fù)荷進(jìn)行優(yōu)化調(diào)度。用電設(shè)備的可調(diào)控時(shí)段目前暫由用戶手動(dòng)設(shè)定，當(dāng)系統(tǒng)通過學(xué)習(xí)掌握了用戶的用電行為習(xí)慣后，將自動(dòng)形成負(fù)荷調(diào)度安排。

在發(fā)電模式部分，用戶可以選擇余電上網(wǎng)、余電儲(chǔ)存或者全額上網(wǎng)三種模式之一，分別對(duì)應(yīng)“自發(fā)自用，余電上網(wǎng)”和“自發(fā)自用，余電儲(chǔ)存”以及“所發(fā)電量完全上網(wǎng)”三種模式。

2.6 能效評(píng)估模塊

能效評(píng)估模塊是依據(jù)前面幾個(gè)模塊的各項(xiàng)電氣數(shù)據(jù)做出綜合能效評(píng)估的總結(jié)性模塊。如圖11所示為能效評(píng)估的兩級(jí)指標(biāo)體系。

圖11 用戶能效評(píng)估體系Fig.11 Energy efficiency evaluation system for users

軟件對(duì)能效的評(píng)估參考了文獻(xiàn)［10］中的基于遞階綜合評(píng)價(jià)方法的能效評(píng)估模型，先建立評(píng)估體系，再對(duì)各級(jí)指標(biāo)值均分別進(jìn)行了兩次加權(quán)綜合，同時(shí)將專家經(jīng)驗(yàn)和客觀數(shù)據(jù)有機(jī)結(jié)合，保證評(píng)價(jià)模型的科學(xué)性和可靠性。

綜合能效評(píng)估的結(jié)果可生成為文本格式文件供用戶自身查閱，同時(shí)將上傳至服務(wù)器后臺(tái)數(shù)據(jù)庫(kù)進(jìn)行保存，作為后續(xù)開展節(jié)能工作和服務(wù)的基礎(chǔ)依據(jù)。

3 實(shí)例分析

家庭智能用電管理系統(tǒng)對(duì)家用電器用電信息的采集實(shí)例已經(jīng)在前一章做了詳細(xì)展示。下面以一戶兼具發(fā)電、用電、儲(chǔ)能的家庭作為實(shí)例，分析智能用電管理系統(tǒng)通過智能調(diào)度控制，對(duì)此類具有主動(dòng)負(fù)荷特征的家庭的用電曲線的優(yōu)化效果。

該家庭同時(shí)具有光伏電源和蓄電池，具體設(shè)備參數(shù)如表2所示。其一日的負(fù)荷與發(fā)電曲線及電價(jià)信息如圖12所示。用電峰荷在7：00～9：00和17：00～21：00兩個(gè)時(shí)段，而光伏發(fā)電則在正午達(dá)到峰值。電價(jià)變化較負(fù)荷變化稍有延后。

家庭智能用電管理系統(tǒng)設(shè)計(jì)可對(duì)用電設(shè)備和發(fā)電、儲(chǔ)能設(shè)備均進(jìn)行優(yōu)化，但在實(shí)際場(chǎng)景中，除了照明設(shè)備以外，多數(shù)家用電器僅能通過插座斷電實(shí)現(xiàn)關(guān)停，而無(wú)法通過插座重新合通來重新啟動(dòng)，因此在實(shí)例中，只控制發(fā)電和儲(chǔ)能設(shè)備來分析系統(tǒng)的應(yīng)用效果，對(duì)家電不作調(diào)度控制。

表2 某家庭用戶發(fā)電及儲(chǔ)能設(shè)備參數(shù)Tab.2 Power generation and energy storage device parameters of a household user

圖12 負(fù)荷及發(fā)電曲線及電價(jià)信息Fig.12 Load and power generation curve and power price information

只使用儲(chǔ)能設(shè)備時(shí)，系統(tǒng)對(duì)用戶負(fù)荷曲線優(yōu)化的效果如圖13所示?？梢娡ㄟ^對(duì)儲(chǔ)能設(shè)備的控制，在電價(jià)較低時(shí)充電，電價(jià)高時(shí)放電，不僅可顯著降低負(fù)荷峰谷差，也可降低用戶的總電費(fèi)支出。對(duì)于電網(wǎng)公司和用戶都起到有利影響。

圖13 只使用儲(chǔ)能設(shè)備時(shí)系統(tǒng)對(duì)負(fù)荷曲線優(yōu)化效果Fig.13 Optimization effect of the system to the load curve only with energy storage device

當(dāng)同時(shí)投入光伏電源和儲(chǔ)能設(shè)備時(shí)，系統(tǒng)對(duì)用戶負(fù)荷曲線優(yōu)化的效果如圖14所示。用戶選擇自發(fā)自用，余電優(yōu)先儲(chǔ)存的模式。在夜間0：00～6：00負(fù)荷低谷期，由于此時(shí)電價(jià)低且沒有光伏發(fā)電量，儲(chǔ)能設(shè)備放電，其填補(bǔ)效果與圖13大致相同。在8：00～19：00時(shí)段內(nèi)，儲(chǔ)能設(shè)備為充電狀態(tài)，光伏電量存入儲(chǔ)能設(shè)備中，因此該時(shí)段內(nèi)優(yōu)化前后的負(fù)荷曲線重疊。20：00～24：00無(wú)光伏電量，儲(chǔ)能設(shè)備進(jìn)入放電模式，既可降低負(fù)荷高峰，同時(shí)也避開了電價(jià)高位，達(dá)到較好的經(jīng)濟(jì)節(jié)能效益。

圖14 使用光伏電源和儲(chǔ)能設(shè)備時(shí)系統(tǒng)對(duì)負(fù)荷曲線優(yōu)化效果Fig.14 Optimization effect of the system to the load curve with PV source and energy storage device

通過實(shí)例可以發(fā)現(xiàn)。智能用電管理系統(tǒng)通過優(yōu)化控制，能一定程度優(yōu)化負(fù)荷曲線，實(shí)現(xiàn)節(jié)能降損、減少電費(fèi)的效果。同時(shí)投入光伏電源和儲(chǔ)能設(shè)備的對(duì)負(fù)荷曲線的優(yōu)化效果雖然不如單獨(dú)使用儲(chǔ)能設(shè)備，但能實(shí)現(xiàn)對(duì)光伏電能的充分利用，對(duì)可再生能源的利用和提高用電經(jīng)濟(jì)性有積極作用。

4 結(jié)束語(yǔ)

介紹的家庭智能用電管理系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)家庭用戶用電數(shù)據(jù)的采集管理，以及對(duì)發(fā)電、儲(chǔ)能、用電設(shè)備的綜合優(yōu)化控制，有利于提高需求側(cè)響應(yīng)水平，促進(jìn)電網(wǎng)公司朝綜合能源，通信和信息服務(wù)的新定位轉(zhuǎn)型。通過對(duì)具有主動(dòng)負(fù)荷性質(zhì)的家庭用戶的設(shè)備優(yōu)化控制，能夠提升其用電的節(jié)能性和經(jīng)濟(jì)性，也利于配電網(wǎng)的降損和安全運(yùn)行。