基于电力需求响应的智能家电管理控制方案

基于电力需求响应的智能家电管理控制方案

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（1.南瑞集团(国网电力科学研究院)有限公司211000；2.国电南瑞科技股份有限公司211000）

摘要：随着电力需求的日益增长，给电力系统正常运行带来了巨大的压力。为了解决这一问题，国家启动了智能电力需求响应（DR）技术，在满足广大电力用户用电需求的基础上，逐步实现了电网调峰需求的目标。对于智能家电来说，可通过相关的节电省电控制策略，达到节省用电量的目的，同时提高电能资源的合理利用率。本文首先对电力需求响应模式进行了相关研究，并基于需求响应的智能家电管理控制方案进行了探讨与分析，希望可在一定程度上促进电力需求响应技术的有效实行。

关键字：电力需求响应；智能家电；管理控制方案

传统的电力需求响应，主要是针对工业、商业等用电大户而展开，对于居民用电大多采用拉闸限电方式的进行调峰，居民在管理控制用电的方式上较为被动。而随着城乡居民家电数量的逐年增长，居民用电总和实现了快速提升，电能资源成为居家生活中的主要消耗品。例如在夏季，如果一个家庭将房间内空调的温度提高2℃，就可以削减10%-15%的空调电力负荷，即削减了大约50万-75万kW的电力需求量。由此可见，在智能家电快速发展的过程中，要着重研究其用电响应模式，增强广大居民的节约用电、合理用电的意识，这对于促进我国电力需求响应的长期健康发展是非常必要的。

1.需求响应的模型

首先，当用电负荷具备较高的自动化程度时，可根据电价的高低制定出相应的需求响应策略，达到控制整体用电量的目的；对于可转移性的用电负荷，可根据优先级程度进行用电时间上的调整，缩短峰值电价时段，延长谷值电价时段；这里所说的可转移负荷是指某项工作的整体推迟，前提是不影响到居民的正常生活，也可以通过时间转移率对其进行描述。即：转移率s=t/T，其中T为工作时长，t为可推迟的时长。一般情况下，负荷的某项工作在时刻T0开始，经过特定的工作时长T后结束，其工作时间段则为T0～T0+T。但是，该负荷工作由于经历了t的延时，则其起始时间应是由T0+t，终止时间为T0+t+T。但要保证在T0+t+T之前不需要该项工作，否则该时间段的推迟，就会影响到居民的正常生活。以全自动洗衣机为例，这台洗衣机完成一次洗涤任务需要T=45min，要想让它在第2天早上6点之前完成一次洗涤，可在晚8点对推迟时间进行设定：t=(12-8)+(6)-45/60(h)，而s=t/T=12.33。转移率越大，越表明该项工作具有较强的可转移性；对于可调控性负荷，在峰值时段，可通过多次中断其工作达到控制电价的目的。以家用空气加湿器为例：在峰值电价时段，恰好是白天室内湿度变化不明显的时段，即使中断其工作，也不会给人们的正常生活带来过大的影响。而在谷值电价时段，夜间居民需要通过加湿器的不间断工作调整室内空气湿度，则不适合中断加湿器的正确运行；对于连续调节性负荷，可适当降低峰值时段的功率，达到节约用电量的目的，再通过谷值电价时段的高功率运行来完成其工作。以电冰箱为例，在夜间，可适当降低冰箱内的温度，提高冰箱的冷藏效果。相反，在电价较高的白天，则可适当地提升冰箱内的温度，降低其运行功率。在这样的调整下，冰箱的整体温度并没有发生过大的变化，同时还达到了节约用电的目的。

2.基于电力需求响应的智能家电管控策略

2.1整体管控策略

基于电力需求响应的智能家电管理与控制策略，主要是基于分时电价机制，进行负荷转移并制定调控策略，整体控制策略如图1所示。

图1整体管控策略示意图

智能家电的管理现控制策略主要由电价响应方式和激励响应方式共同组成。其中，电价响应主要是基于分时电价机制，通过节电省电和节能省电两种途径实现；而激励响应是为了维持峰值时段电力系统的稳定性，对牺牲掉部分电能供应的电力用户进行奖励。因此，智能家电节省电费的策略主要包括以下几种：节电省电、节能省电、激励轻度及重度响应等。

2.2节电省电控制策略

2.2.1负荷分布

从电力部门发布的电力负荷分布情况来看，在全天24小时电能供应的过程中，存在明显的峰值时段和谷值时段，这两个时段不但用电量差距悬殊还具有很强的周期性。电力部门为了缓解峰值时段电力供应异常紧张的局面，并对谷值时段的电力资源利用率进行调节，提出了分时电价的计算电价方式，并制定了峰值、平值和谷值三种电价。其中，峰值电价和平值电价的差值不是很明显，但与谷值电价之间却存在较大的差值，峰值电价约是谷值电价4倍。在这种电价计算方式下，可有效再听电力用户将用电负荷转移至谷值时段。

2.2.2负荷转移策略

在智能家电中，会涉及到各种各样的用电负荷，在对它们进行整体调度时，必须结合各个用电负荷的特点，确定最终的调度方案。只有遵循这样的原则，才能在不影响家用电器使用性能的前提下，达到节省电费的目的。以某智能家电的电量使用情况为例，在对未对其峰值、平值和谷值三个时段的电量进行优化之前，所占比例分别为40％、35％和25％。此时的峰值时段的用电量最大，谷值时段的用电量最小，并没有很好的利用分时电价的优势。相关技术人员通过负荷转移策略，抢建起负荷转移及调控仿真模型（如图3、图4所示），优化前后的用电量比例如图5所示。

图2负荷转移前后仿真图

图3负荷调控前后仿真图

图4优化前后对比图

结束语

近些年来，需求响应在我国得到了快速推广，人们的用电理念也发生了巨大的变化。同时，智能家电、新能源家电也被越来越多的家庭所接受。在这种背景下，亟待推出相关的优化用电方案及管控策略，提高智能家电的用电效率、降低用电量，做到资源的合理利用。同时提高电网运行的可靠性、安全性与经济性。在今后的发展中，相关技术人员应致力于发展电网区域控制中心与所有用户之间的协调互动技术，为智能电网的发展建设提供可靠的技术支持。

参考文献

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