智能微电网中住宅用户需求侧管理系统研究

郑雷

摘要：需求侧管理是智能电网的重要功能之一。提出智能微电网中需求侧管理策略，提出一种基于负荷转移技术的住宅用户需求侧管理系统，以有效控制和管理各种设备的运行，将总消耗保持在阈值以下，并根据优先级对负荷进行管理。经试验验证，用电需求侧管理策略是有效的。

关键词：微网;需求侧管理;需求侧响应;策略;系统

中图分类号：TM73    文献标识码：A    文章编号：1674-1161（2020）01-0033-02

在过去的几十年中，电力需求不断增长，而发电和输电设备使用效率低，使得电力系统面临着运行压力。智能电网的部分问题是通过需求侧管理来解决的，电力需求侧管理的重点是最小化电网的峰值负荷，通过将用电量从高峰时段转移到非高峰时段，可以避免昂贵的发电，从而降低生产成本。需求侧管理算法的实现很大程度上取决于供电企业与最终用户之间的双向通信，并且最终用户是否愿意减少/转移其用电量。为此，本课题提出一种基于负荷转移技术的住宅用户需求侧管理策略，该系统考虑用户的负载优先级和舒适度偏好，有助于管理和降低电力消耗。

1 住宅用户需求侧管理系统设计

设计思路是开发具有用户友好界面的智能需求侧管理系统，并提供控制功能，通过负载控制器从设备中采集电能利用率数据，实现基于需求响应的本地控制。

该系统未开放居民用户手动执行需求侧响应的功能。因此，基于图形用户界面的系统在执行区域内自动化需求侧响应时起着至关重要的作用。系统使用不同的负载，并根据负载的优先级调整相应的控制策略。每个负载均通过继电器连接。继电器将收到降低负载的命令，并使总功耗低于指定的门槛。系统允许房主在需要时驱动他们的负载，只要家庭总消费量保持在指定的限制以下即可。图形用户界面将用于监视和控制设备状态，并计算实时成本功耗。为了控制终端用户的能源消耗，采用分时定价方案，高峰时段的电费高于非高峰时段的电费，非高峰时段的能源使用成本更低。

2 需求侧管理策略

制定需求側管理策略，以满足供电企业的能源供应要求。首先从微控制器读取每个用户的电压、电流和功率，并绘制相应的图表。然后计算两个用户的总功率（P）和瞬时电费，功率极限作为决策值（Z）给出。最后取决策值和总功率之差，根据差值进行负载控制。负载的削减按照负载优先级进行，可移动负荷先于不可移动负荷。

利用微电网验证所提出的系统。微电网由一个电源和两个相同的居民用户组成。每个用户有两个设备。电器分为不可移除负载和可移除负载。本硬件平台下，负载为照明负载。依使用时长计算电费。24 h分为两个时段：非高峰时段和高峰时段。

需求侧管理在硬件上借助PIC16F877A单片机和具有MATLAB软件环境的计算机，通过UART转USB 连接器使计算机与控制器通信，单片机发送命令给控制器，并接收控制器上传的数据。

用户界面用于监视和控制设备状态和功耗。用户界面是在MATLAB中设计的，用户可以从中查看系统运行数据。用户界面图像包含用于控制和监视设备的ON和OFF状态的按钮。有手动模式和自动模式两种操作模式。在手动模式下，每个电器都可以根据用户要求直接操作，一旦用户触摸到任何设备，就会将该命令发送到控制器板，手动模式将在任何灾难中发挥重要作用。在自动模式下，电路板从能源供应商处接收到需求响应信号，该信号用作控制器单元的输入。

3 系统硬件测试结果

系统电压如图1所示。

根据负荷优先级减少负荷：先是可移除负荷，然后是不可移除负荷。不可移除负载在减少负载方面的优先级较低。电源的限制被用作决策值。当决策值（Z）小于用户的总功耗时，则进行减负荷操作。这里考虑两种情况。

1） Z

2） Z>P。用户的功耗小于决策值（如图3所示）。如果决策值更大，则不会进行缩减。系统允许所有负载。

4 结论

具有需求响应的需求方管理系统在有效管理负荷端能源浪费方面发挥着重要作用。本课题提出的用于控制住宅用户功耗的需求侧管理系统，以有效地控制和管理各种设备的运行，将总消耗保持在阈值以下，并根据优先级对负荷进行管理。该系统考虑负载优先级和用户偏好，为实施需求侧管理提供了一种低成本、灵活、用户友好且非常安全的体系结构。硬件测试结果表明，所提出的用电需求侧管理策略是有效的。

参考文献

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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