一種分布式光伏的區域調控互動終端和方法與流程
本發明涉及一種互動終端和方法，具體涉及一種分布式光伏的區域調控互動終端和方法。
背景技術：
在經濟發展的過程中，伴隨著能源的消費，以化石能源為主體的資源需求結構會對地球環境的破壞，即3E問題，解決3E問題的方法就是要依靠清潔能源技術的開發，實現能源、環境、經濟的良性循環。與煤、石油、天然氣等化石燃料相比，由于太陽能的巨大的儲能能力、普遍存在性、經濟性等特點，太陽能是理想的可再生綠色能源。隨著國家審批權下發和各項政策的出臺，分布式發電技術迎來了新一輪的快速發展期，尤其是具有清潔環保、無污染、分布廣泛、可再生等優點的光伏發電，具有更廣闊的市場空間。
分布式發電的核心特征是“就地消納”。目前，全球90％的電力負荷是由集中式單一的電力系統提供，其主要特征是大機組、高電足、大電網。但是由于其固有的弱點，迭種供電系統已不能滿足負荷對供電質量與可靠性越來越高的要求。從安全角度分析，大電網中任何故降所造成的擾動將影響整個電網，甚至可能造成大面積停電甚至全網崩潰。從經濟角度分析，集中式供電系統為了調節短時的供電峰值需要建設大量造價高昂的發電機組，經濟上不合理。大電網與分布式系統相結合，不僅能夠提高系統的靈活性及安全性，而且能夠節省投資。
目前，分布式光伏發電大多以分散屋頂或建筑一體化為主，基于布線的簡便性和能源就地接入就地使用減小損耗的原則，城市電網中光伏的接入將是分散而無序的，分布式光伏的大量接入改變了原有的單電源結構，單配電網變成多電源結構，而且也給電網的調度工作帶來很大的困難。為提高電網對分布式光伏發電的接納能力，降低分布式光伏發電對電網運行的負面影響，能夠接收調度系統的調節指令，研究分布式光伏電站的調度調節系統是非常必要的。另外，在我國當前的電力市場中，用戶處于被動地位，上網電價是國家統一規定。隨著社會的不斷進步和市場的不斷開放，我們需要更加靈活的輸配電價格機制才能激勵社會的發展。
技術實現要素：
針對上述問題，本發明提出一種分布式光伏的區域調控互動終端和方法，能夠滿足分布式光伏的區域單元與調度中心的雙向通信需求，進而促進分布式光伏的區域單元參與電網互動，以達到降低配電網峰谷差，提高配電網運行效率的目標。
實現上述技術目的，達到上述技術效果，本發明通過以下技術方案實現：
一種分布式光伏的區域調控互動終端，包括通信單元、人機交互單元、主控單元、存儲單元和調度中心的主站服務器；
所述人機交互單元和存儲單元分別與主控單元相連，調度中心的主站服務器通過通信單元與主控單元相連；
所述調度中心的主站服務器用于接收用采系統中分布式光伏電站的用電信息、人機交互單元采集的分布式光伏電站的互動意愿、主控單元計算出來分布式光伏電站申報的多種互動量，還用于下發互動時間段和峰谷電價到主控單元；
所述人機交互單元，用于顯示互動時間段、分布式光伏電站的用電信息，采集分布式光伏電站的互動意愿，并發送到主控單元；
所述主控單元，用于根據互動時間段、峰谷電價，計算出分布式光伏電站申報的多種互動負荷量，然后將分布式光伏電站申報互動負荷量發送給調度中心的主站服務器；
所述存儲單元用于存儲分布式光伏電站的用電信息，調度中心的主站服務器下發的互動時間段、峰谷電價，分布式光伏電站的互動意愿，分布式光伏電站申報的互動負荷量。
所述主控單元包括MCU控制模塊，分別與MCU控制模塊相連的電源管理模塊、時鐘芯片、峰谷電價調度模塊，MCU控制模塊還分別與通信單元、人機交互單元和存儲單元相連；
電源管理模塊，用于給分布式光伏的區域調控互動終端中的各個模塊供電管理；
時鐘芯片，用于給分布式光伏的區域調控互動終端提供時鐘信號；
峰谷電價調度模塊，用于將互動時間段和峰谷電價代入到峰谷電價的響應模型和各時段的擬合負荷計算出用戶可以申報的互動負荷量；
所述通信單元包括：第一通信模塊和第二通信模塊；所述第一通信模塊用于與用采系統進行數據交互；所述第二通信模塊用于與調度中心的主站服務器進行無線通信。
所述第二通信模塊接收的數據必須要接受到設定的使能信號才能進行數據的讀取，使用Hamming Code對使能信號編碼。
一種分布式光伏的區域調控互動方法，包括如下步驟：
步驟一、將分布式光伏電站的用電信息上傳給調度中心的主站服務器；
步驟二、調度中心的主站服務器根據分布式光伏電站的用電信息計算峰谷電價、互動時間段，然后將峰谷電價和互動時間段下發給分布式光伏電站；
步驟三、人機交互單元采集用戶的互動意愿，并顯示分布式光伏電站的用電信息、互動時間段和峰谷電價；
步驟四、分布式光伏電站將互動時間段、峰谷電價代入到峰谷電價的響應模型和各時段的擬合負荷計算出用戶可以申報的多種互動負荷量，并傳送到調度中心的主站服務器；
步驟五、調度中心的主站服務器將結合互動負荷量和峰谷電價優化的數學模型的目標函數，利用設定的優化調度算法計算出最優的下發互動量；
步驟六、將最優的下發互動量發送到分布式光伏電站。
所述峰谷電價的響應模型為：
其中，j表示第j類用戶；λpvj為峰時段到谷時段的轉移率；Δpvj為峰時段電價pp與谷時段電價pv之差；點(apvj,0)為分段線性峰谷時段轉移率曲線的死區拐點，apvj為死區閾值；點為分段線性峰谷時段轉移率曲線的飽和區拐點，bpvj為飽和區閾值；為在峰谷電價差變化下峰時段到谷時段的最大負荷轉移率；Kpvj為分段線性峰谷時段轉移率曲線線性區的斜率；
基于上述3段峰谷電價響應曲線，各時段的擬合負荷可表示為：
式中：λpv、λpf、λfv分別為峰時段到谷時段的負荷轉移率、峰時段到平時段的負荷轉移率、平時段到谷時段的負荷轉移率；Tp、Tf、Tv分別為峰時段、平時段、谷時段，t為其中的任一時段；Lt0為峰谷電價實施前t時段的實測負荷，、Lt為峰谷電價實施后t時段的擬合負荷，即分布式光伏電站可申報的互動負荷量；分別為峰谷電價實施后峰、平、谷時段總負荷在相應時段內的平均值。
所述峰谷電價優化的數學模型的目標函數為：
電力公司電費收入最大：
max(LpTOUPPTOU+LfTOUPfTOU+LvTOUPvTOU)
負荷峰谷差最小：
min(max(L(PpTOU,PfTOU,PvTOU))-min(L(PpTOU,PfTOU,PvTOU)))
式中：LpTOU，LfTOU，LvTOU分別為峰谷電價實施后的峰谷平負荷；PPTOU，PfTOU，PvTOU分別為峰谷電價實施后的峰谷電價；L(PpTOU,PfTOU,PvTOU)為實施峰谷電價后分布式光伏電站按照峰谷電價響應模型削峰填谷后的負荷。
所述優化調度算法為NSGA-II算法，分布式光伏電站可以申報的多種互動負荷量作為NSGA-II算法的初始值，然后利用NSGA-II算法對峰谷電價優化的數學模型進行多目標分時電價的優化求解，獲得最優的下發互動量。
本發明的有益效果：
本發明滿足分布式光伏的區域調控終端與調度中心的雙向通信需求，進而促進分布式光伏的區域調控終端參與電網互動，降低配電網峰谷差，提高配電網運行效率的目標。
本發明的分布式光伏的區域調控終端具有開放式的人機界面，用戶不僅可以通過該界面完成互動指令接受與互動意愿申報，還可以進行歷史互動信息查詢，對以往的互動結果進行對比分析，有助于用戶調整執行方案，更好地參與互動。
附圖說明
圖1是本發明一種實施例的分布式光伏的區域調控終端的原理圖。
圖2是本發明一種實施例的分布式光伏的區域調控互動方法的原理圖。
圖3是本發明的一種分布式光伏的區域調控互動方法的峰時段到谷時段的負荷轉移率曲線。
圖4是本發明提供的一種分布式光伏的區域調控互動方法的峰谷電價實施前后配電網負荷曲線。
圖5是本發明提供的一種分布式光伏的區域調控終端的軟件架構圖。
圖6是本發明提供的一種分布式光伏的區域調控終端的功能結構圖。
圖7是本發明一種實施例的第二通信模塊的時序示意圖。
具體實施方式
為了使本發明的目的、技術方案及優點更加清楚明白，以下結合實施例，對本發明進行進一步詳細說明。應當理解，此處所描述的具體實施例僅僅用以解釋本發明，并不用于限定本發明。
下面結合附圖對本發明的應用原理作詳細的描述。
如圖1所示，一種分布式光伏的區域調控互動終端200，包括通信單元、人機交互單元201、主控單元、存儲單元203和調度中心的主站服務器300；
所述人機交互單元201和存儲單元203分別與主控單元相連，調度中心的主站服務器300通過通信單元與主控單元相連；
所述調度中心的主站服務器300用于接收用采系統中分布式光伏電站的用電信息、人機交互單元采集的分布式光伏電站的互動意愿、主控單元計算出來分布式光伏電站申報的多種互動量，還用于下發互動時間段和峰谷電價到主控單元；
所述人機交互單元201，用于顯示互動時間段、分布式光伏電站的用電信息，采集分布式光伏電站的互動意愿，并發送到主控單元；
所述主控單元，用于根據互動時間段、峰谷電價，計算出分布式光伏電站申報的多種互動負荷量，然后將分布式光伏電站申報互動負荷量發送給調度中心的主站服務器；
所述存儲單元203用于存儲分布式光伏電站的用電信息，調度中心的主站服務器下發的互動時間段、峰谷電價，分布式光伏電站的互動意愿，分布式光伏電站申報的互動負荷量。
所述主控單元包括MCU控制模塊202，分別與MCU控制模塊相連的電源管理模塊208、時鐘芯片207、峰谷電價調度模塊206，MCU控制模塊還分別與通信單元、人機交互單元201和存儲單元203相連；
電源管理模塊208，用于給分布式光伏的區域調控互動終端中的各個模塊供電管理；
時鐘芯片207，用于給分布式光伏的區域調控互動終端提供時鐘信號；
峰谷電價調度模塊206，用于將互動時間段和峰谷電價代入到峰谷電價的響應模型和各時段的擬合負荷計算出用戶可以申報的多種互動負荷量；
所述通信單元包括：第一通信模塊205和第二通信模塊204；所述第一通信模塊205用于與用采系統進行數據交互；所述第二通信模塊204用于與調度中心的主站服務器300進行無線通信。
如圖7所示，分布式光伏的區域調控終端的第二通信模塊的時序示意圖，由于分布式光伏的區域調控終端的數據傳輸速率要求不高，但其安全性要求較高。目前網絡安全問題日益突出，信息泄露、丟失或完整性被破壞，具體指敏感數據在有意或無意中被泄露出去或丟失，或者數據被刪除、修改、插入其他干擾數據等。為了避免數據傳輸錯誤，故使用第一通信模塊(也可以成為專用通信模塊)來進行數據的交互，提高數據識別的精度，不是盲目的讀取主站下發的數據，而是必須要接受到設定的使能信號才能進行數據的讀取，使用Hamming Code對使能信號編碼；比如：如果使能信號是1100，源信號為10100010，使用Hamming Code編碼(哈夫曼編碼)將1100加密成1100001，最終輸出的信號為110000110100010，具體如圖4示意圖所示。所述第一通信模塊為GPRS模塊。
如圖2所示，一種分布式光伏的區域調控互動方法，包括如下步驟：
步驟一、將分布式光伏電站的用電信息上傳給調度中心的主站服務器；
步驟二、調度中心的主站服務器根據分布式光伏電站的用電信息計算峰谷電價、互動時間段，然后將峰谷電價和互動時間段下發給分布式光伏電站；此部分為現有技術，不贅述。
步驟三、人機交互單元采集用戶的互動意愿，并顯示分布式光伏電站的用電信息、互動時間段和峰谷電價；
步驟四、分布式光伏電站將互動時間段、峰谷電價代入到峰谷電價的響應模型和各時段的擬合負荷計算出分布式光伏電站可以申報的多種互動負荷量，并傳送到調度中心的主站服務器；
步驟五、調度中心的主站服務器結合互動負荷量和峰谷電價優化的數學模型的目標函數，利用設定的優化調度算法計算出最優的下發互動量；
步驟六、將最優的下發互動量發送到分布式光伏電站。
將在實施峰谷電價后用戶負荷從高電價時段向低電價時段轉移量與高電價時段負荷之比定義為負荷轉移率。假設負荷轉移率與峰平、峰谷、平谷之間的電價差是成比例的。根據大量的社會調查數據，基于負荷轉移率的用戶響應模型可以近似擬合成分段線性函數，其中橫坐標表示各時段之間的電價差，縱坐標表示用戶的響應度，即負荷轉移率，所述峰谷電價的響應模型為：
其中，j表示第j類用戶；λpvj為峰時段到谷時段的轉移率；Δpvj為峰時段電價pp與谷時段電價pv之差；點(apvj,0)為分段線性峰谷時段轉移率曲線的死區拐點，apvj為死區閾值；點為分段線性峰谷時段轉移率曲線的飽和區拐點，bpvj為飽和區閾值；為在峰谷電價差變化下峰時段到谷時段的最大負荷轉移率；Kpvj為分段線性峰谷時段轉移率曲線線性區的斜率；圖3中，M、N分別為死區拐點和飽和區拐點。
基于上述3類響應度曲線，各時段的擬合負荷可表示為：
式中：λpv、λpf、λfv分別為峰時段到谷時段的負荷轉移率、峰時段到平時段的負荷轉移率、平時段到谷時段的負荷轉移率；Tp、Tf、Tv分別為峰時段、平時段、谷時段，t為其中的任一時段；Lt0為峰谷電價實施前t時段的實測負荷，、Lt為峰谷電價實施后t時段的擬合負荷，即分布式光伏電站可申報的互動負荷量；分別為峰谷電價實施后峰、平、谷時段總負荷在相應時段內的平均值。
為了簡化分析，使峰谷電價的優化制定過程直觀和高效，需對峰谷電價優化算法進行一些假設：
i假設實行峰谷電價前后用戶的用電量基本保持不變；
ii轉移到某一時段的電量按時間軸平均分配。
已知用戶的電價響應曲線和實施峰谷電價前的平均電價，則數學模型可描述如下
所述峰谷電價優化的數學模型的目標函數為：
電力公司電費收入最大：
max(LpTOUPPTOU+LfTOUPfTOU+LvTOUPvTOU)
負荷峰谷差最小：
min(max(L(PpTOU,PfTOU,PvTOU))-min(L(PpTOU,PfTOU,PvTOU)))
式中：LpTOU，LfTOU，LvTOU分別為峰谷電價實施后的峰谷平負荷，PPTOU，PfTOU，PvTOU分別為峰谷電價實施后的電價，L(PpTOU,PfTOU,PvTOU)為實施峰谷電價后電力用戶按照用戶響應模型削峰填谷后的負荷。
所述優化調度算法為NSGA-II算法，分布式光伏電站可以申報的多種互動負荷量作為NSGA-II算法的初始值，然后利用NSGA-II算法對峰谷電價優化的數學模型進行多目標分時電價的優化求解，獲得最優的下發互動量。
可見峰谷電價的優化問題是一個含約束的多目標優化問題，加權法、約束法、目標規劃法等處理多目標優化問題的傳統方法，都存在以下幾個明顯的不足：一般只得到一個解、找不到相同的度量標準、受決策者主觀性因素影響過大、變量間相互影響的關系往往使尋優過程異常復雜等。利用“帶精英策略的快速非支配排序遺傳算法(NSGA‐II)”進行多目標分時電價優化，能夠求得多個Pareto最優解。決策者可以根據實際需要從Pareto最優解中進行客觀選擇，從根本上克服了傳統多目標優化算法的缺陷，真正意義上實現了多目標優化。另外，得到Pareto最優解的同時還可以根據實際需要求出最優折衷解。
如圖4所示，以某地區某用戶實際歷史負荷數據為場景進行分析，可見實施峰谷電價后配電網高峰時期的部分負荷轉移到了負荷低谷時段，實施效果可用實施峰谷電價期間的最大峰谷差和負荷率衡量(負荷率指的是總用電量和最大負荷耗電量的比值)，對于如圖所示的峰谷電價實施效果，最大峰谷差由900MW降低為600MW，負荷率由0.575提高到0.695。
如圖5所示，用戶互動終端的總體軟件架構，軟件系統底層由引導程序、配置文件、設備驅動及上層接口組成，實現操作系統與硬件系統的聯系；采用Linux作為本項目軟件的下層操作系統，需要在互動終端中移植Linux系統內核、構建文件系統、實現設備管理、服務管理、圖形窗口管理及事件系統，同時，為上層應用程序提供接口APIS，用戶互動終端上層應用程序根據各用戶具體需求，實現各功能模塊，包括通信模塊、數據管理及數據處理模塊、模式庫模塊、界面管理模塊等。
如圖6所示，分布式光伏的區域調控終端功能包括：
1)用戶注冊信息維護
顯示用戶基本信息。包括：用戶名稱、用戶編號、用戶類型等。
2)用戶互動時間段和互動容量指令接收及顯示
終端可以接收調度中心下發的互動時間段和互動容量指令，接收到以后具備語音提醒功能，并顯著地顯示出來。
3)用戶電價信息查詢
終端可以顯示不同時間段的電價以及用電量。
4)用戶用電計劃歷史信息查詢
具備按照日期查詢的條件
以上顯示和描述了本發明的基本原理和主要特征和本發明的優點。本行業的技術人員應該了解，本發明不受上述實施例的限制，上述實施例和說明書中描述的只是說明本發明的原理，在不脫離本發明精神和范圍的前提下，本發明還會有各種變化和改進，這些變化和改進都落入要求保護的本發明范圍內。本發明要求保護范圍由所附的權利要求書及其等效物界定。
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