[0001] 本发明涉及一种基于新能源和市电供电的家庭 负荷接入控制装置及方法。

背景技术

[0002] 随着新能源发电技术的快速发展， 越来越多的风、 光等新能源接入到家庭供电 系统中， 与此同时， 家庭中使用的负荷如冰箱、 空调、 电视、 电脑、 电热水器 等的种类变得越来越多， 由于这些负荷的特性差异很大， 其运行时对电源的要 求和影响也不相同。

[0003] 目前的研究主要集中在如何将新能源接入到家 庭微电网中， 使新能源电源与市 电电源共同向家庭负荷供电， 然而很少从家庭负荷侧考虑。 如果能够通过合适 的分类控制装置及方法， 达到既能高效利用新能源发出的电能， 又尽可能减少 新能源电能中的谐波、 电压波动等造成配电网电能质量下降的问题， 将会大大 地提高家庭电网的供电可靠性。

发明概述

技术问题

问题的解决方案

技术解决方案

[0004] 本发明的目的在于提出一种基于新能源和市电 供电的家庭负荷接入控制装置， 以同时兼顾新能源电能的利用效率以及新能源 电能对配电网电能质量造成的影 响。

[0005] 本发明为了实现上述目的， 采用如下技术方案：

[0006] 基于新能源和市电供电的家庭负荷接入控制装 置， 包括多个结构相同的电源选 择控制器， 每个电源选择控制器的输出端连接有一类负荷 ；

[0007] 各个电源选择控制器的输入端同时接入到新能 源供电线和市电供电线上；

[0008] 每个电源选择控制器包括一个电信号采集单元 、 一个数据处理单元、 一个开关 选择单元以及一个无线通信单元； 其中： [0009] 开关选择单元， 被配置为用于将新能源电能或市电电能接入并 为相应的负荷供 电；

[0010] 电信号采集单元， 被配置为用于采集市电电能或新能源电能供电 时的负荷数据 信息；

[0011] 无线通信单元， 被配置为用于实现不同电源选择控制器之间的 无线通信；

[0012] 该开关选择单元、 电信号采集单元以及无线通信单元均与数据处 理单元连接； [0013] 其中， 各类负荷是按照负荷的自身特性以及运行时负 荷对电源的要求进行划分 的。

[0014] 优选地， 所述开关选择单元包括一个一号开关和一个二 号开关； 其中：

[0015] 一号开关， 被配置为用于将市电电能接入并为相应的负荷 进行供电；

[0016] 二号开关， 被配置为用于将新能源电能接入并为相应的负 荷进行供电；

[0017] 数据处理单元分别与一号开关、 二号开关连接， 且一号开关和二号开关的开关 状态相反。

[0018] 优选地， 所述电源选择控制器还包括与数据处理单元连 接的键盘和显示器。

[0019] 此外， 本发明还提出了一种基于新能源和市电供电的 家庭负荷接入控制方法， 其采用上述基于新能源和市电供电的家庭负荷 接入控制装置， 具体技术方案如 下：

[0020] 基于新能源和市电供电的家庭负荷接入控制方 法， 包括如下步骤：

[0021] si.按照负荷的自身特性以及运行时负荷对电源 的要求对家庭负荷进行划分， 通过划分， 将家庭负荷分为四类， 分别为 A类、 B类、 C类和 D类； 其中；

[0022] A类负荷为对电源的供电质量要求高以及不经� �使用的家庭负荷；

[0023] B类负荷为需要长时间运行的家庭负荷；

[0024] C类负荷为电热水器类的家庭负荷；

[0025] D类负荷为待机时负荷较小但运行时负荷较大� �家庭负荷；

[0026] 电源选择控制器有四个， 分别定义为一号、 二号、 三号和四号电源选择控制器

[0027] 其中， 一号电源选择控制器连接有 A类负载； 二号电源选择控制器连接有 B类 负载； 三号电源选择控制器连接有 C类负载； 四号电源选择控制器连接有 D类负 载；

[0028] 各个电源选择控制器之间通过无线方式进行组 网通信；

[0029] s2.各类负荷在投入运行时， 按照下述步骤选择接入新能源电能或市电电能 ：

[0030] s2.1.根据各个电源选择控制器中电信号采集单� ��采集的负荷数据信息， 计算出 当前新能源电能的输出功率， 将该当前新能源电能的输出功率记为 Pnew;

[0031] 定义新能源电能的最大允许输出功率为 Pnewmax， 定义 A类负荷的功率为 PA， 定义 B类负荷的功率为 PB， 定义 C类负荷的功率为 PC， 定义 D类负荷的功率为 PD

[0032] s2. 2.若 A类负荷要投入运行， 一号电源选择控制器首先判断是否有市电电能 接 入：

[0033] 如果有市电电能接入， 则优先接入市电电能；

[0034] 如果没有市电电能接入， 则判断 Pnew+PA是否小于等于 Pnewmax:

[0035] 若满足条件， 则一号电源选择控制器将新能源电源接入为 A类负荷供电；

[0036] 若不满足条件， 则通过无线网络将信息传递至三号电源选择控 制器和四号电源 选择控制器， 通过将已经接入新能源的 C、 D类负荷按照顺序依次断开， 直到满 足条件为止， 此时， 一号电源选择控制器将新能源电能接入为 A类负荷供电； [0037] s2. 3.若 B类负荷要投入运行， 二号电源选择控制器首先判断新能源电源是否 正 常：

[0038] 如果新能源电能不正常， 则二号电源选择控制器将 B类负荷接入市电电能； [0039] 如果新能源电能正常， 则判断 Pnew+PB是否小于等于 Pnewmax:

[0040] 若满足条件， 则二号电源选择控制器将 B类负荷接入新能源电源；

[0041] 若不满足条件， 则通过无线网络将信息传递至三号电源选择控 制器和四号电源 选择控制器， 通过将已经接入新能源的 C、 D类负荷按照顺序依次断开， 直到满 足条件为止， 此时， 二号电源选择控制器将新能源电能接入为 B类负荷供电； [0042] s2.4.若 C类负荷要投入运行， 三号电源选择控制器首先与四号电源选择控制 器 联动， 并判断是否有 D类负荷接入到新能源电能中：

[0043] 若有 D类负荷且满足 Pnew-PD+PC^Pnewmax， 则在 D类负荷处于待机状态时将 C类负荷接入到新能源电源投入运行， 当 D类负荷处于运行状态时将 C类负荷从 新能源电源断开；

[0044] 若新能源电能中没有 D类负荷， 则判断 Pnew+PC是否小于等于 Pnewmax:

[0045] 如果满足条件， 则三号电源选择控制器将 C类负荷接入新能源电能；

[0046] 如果不满足条件， 则三号电源选择控制器将 C类负荷接入市电电能；

[0047] s2.5.

若 D类负荷要投入运行， 四号电源选择控制器判断 Pnew+PD是否小于等于 Pnewm ax：

[0048] 若满足条件， 则四号电源选择控制器将 D类负荷接入新能源电能；

[0049] 若不满足条件， 则四号电源选择控制器将 D类负荷接入市电电能。

发明的有益效果

有益效果

[0050] 本发明按照负荷的自身特性以及运行时负荷对 电源的要求， 将家用负荷分为四 类， 针对每一类负荷设计一个电源选择控制器， 各个电源选择控制器之间通过 无线方式进行通信。 本发明通过对家庭负荷进行分类控制， 并且针对不同的负 荷给出最优化的接入控制方式， 使得家庭电网中新能源发出的电能在家庭范围 内尽可能的消纳使用， 减少了向配电网回馈电能， 从而最大限度地减少了新能 源电能中的谐波、 电压波动等造成的配电网电能质量下降等问题 。

对附图的简要说明

附图说明

[0051] 图 1为本发明实施例中基于新能源和市电供电的� �庭负荷接入控制装置的结构 框图；

[0052] 图 2为本发明实施例中电源控制器的结构框图。

发明实施例

本发明的实施方式

[0053] 下面结合附图以及具体实施方式对本发明作进 一步详细说明：

[0054] 如图 1所示， 基于新能源和市电供电的家庭负荷接入控制装 置包括多个结构相 同的电源选择控制器， 每个电源选择控制器的输出端连接有一类负荷 。 [0055] 各个电源选择控制器的输入端同时接入到新能 源供电线和市电供电线上。 此种 设计， 可以保证每个电源选择控制器均可以选择新能 源电能接入或者市电供电 接入。

[0056] 电源选择控制器的数量与负荷的类数相同， 二者实现了一对一控制。

[0057] 在本实施例中， 按照负荷的自身特性以及运行时负荷对电源的 要求， 可以将家 庭负荷划分为四类， 分别为 A类、 B类、 C类和 D类。 其中；

[0058] A类负荷为对电源的供电质量要求高以及不经� �使用的家庭负荷， 供电质量要 求高的负荷例如可以是电脑和打印机等， 不经常使用的家庭负荷例如可以是电 吹风等。

[0059] B类负荷为需要长时间运行的家庭负荷， 例如可以是照明灯具等。

[0060] C类负荷为电热水器类的家庭负荷。

[0061] D类负荷为待机时负荷较小但运行时负荷较大� �家庭负荷， 例如冰箱、 空调和 洗衣机。

[0062] 通过将家庭负荷按照上述原则进行分类， 便于实现对各类家庭符合的精细化控 制， 在兼顾家庭负荷对电能质量要求的前提下， 最大程度的在家庭范围内充分 利用新能源电能， 以此， 减小新能源电能中的谐波、 电压波动等造成配电网电 能质量下降的问题。

[0063] 为了与各类负荷相适应， 本实施例中的电源选择控制器数量为四个， 分别定义 为一号、 二号、 三号和四号电源选择控制器。

[0064] 其中， 一号电源选择控制器连接有 A类负载； 二号电源选择控制器连接有 B类 负载； 三号电源选择控制器连接有 C类负载； 四号电源选择控制器连接有 D类负 载。

[0065] 如此设计， 实现了各个电源选择控制器对相应类负荷的一 对一控制。

[0066] 另外， 本实施例中各个电源选择控制器之间通过无线 方式进行组网通信， 以便 实现各类负荷在新能源和市电供电接入时的联 动， 从而保证了最优化接入分配

[0067] 如图 2所示， 每个电源选择控制器包括一个电信号采集单元 、 一个数据处理单 元、 一个开关选择单元以及一个无线通信单元。 其中： [0068] 开关选择单元， 被配置为用于将新能源电能或市电电能接入并 为相应的负荷供 电。

[0069] 具体的， 该开关选择单元包括一个一号开关和一个二号 开关； 其中：

[0070] 一号开关， 被配置为用于将市电电能接入并为相应的负荷 进行供电。

[0071] 二号开关， 被配置为用于将新能源电能接入并为相应的负 荷进行供电。

[0072] 数据处理单元分别与一号开关、 二号开关连接， 且一号开关和二号开关的开关 状态相反。 通过数据处理单元控制一号开关和二号开关， 使得新能源电能和市 电电能只能择一接入。

[0073] 电信号采集单元， 被配置为用于采集市电电能或新能源电能供电 时的负荷数据 信息， 该负荷数据信息包括电能接入类型以及当前负 荷的功率等信息。

[0074] 此处的电信号， 例如可以为电压信号， 当然也可以为电流信号。

[0075] 无线通信单元， 被配置为用于实现不同电源选择控制器之间的 无线通信， 使得 各个电源选择控制组成一个分布式家庭供电控 制网络， 从而实现联动控制。

[0076] 本实施例中的无线通信单元例如可以是 Zigbee网络等。

[0077] 该开关选择单元、 电信号采集单元以及无线通信单元均与数据处 理单元连接。

电能接入的选择、 负荷数据信息的采集以及无线通信连接均是由 数据处理单元 控制的。

[0078] 当然， 电源选择控制器还包括与所述数据处理单元连 接的键盘和显示器。 键盘 以及显示器可用于用户向控制器输入运行指令 或查询信息。

[0079] 本发明中各个电源选择控制器的联动过程为：

[0080] 每个电源选择控制器的数据处理单元将从电信 号采集单元、 用户从键盘输入以 及其他电源选择控制器处获得的数据信息处理 后， 一方面用于电源的切换控制 及监测保护； 另一方面， 通过无线通信单元传递给同一个控制局域网中 的其他 控制器。

[0081] 此外， 本实施例还提出了一种基于新能源和市电供电 的家庭负荷接入控制方法 ， 其采用上述基于新能源和市电供电的家庭负荷 接入控制装置。

[0082] 基于新能源和市电供电的家庭负荷接入控制方 法， 包括如下步骤：

[0083] si.按照负荷的自身特性以及运行时负荷对电源 的要求对家庭负荷进行划分， 通过划分， 将家庭负荷分为四类， 分别为 A类、 B类、 C类和 D类； 其中；

[0084] A类负荷为对电源的供电质量要求高以及不经� �使用的家庭负荷；

[0085] B类负荷为需要长时间运行的家庭负荷；

[0086] C类负荷为电热水器类的家庭负荷；

[0087] D类负荷为待机时负荷较小但运行时负荷较大� �家庭负荷。

[0088] 电源选择控制器有四个， 分别定义为一号、 二号、 三号和四号电源选择控制器

[0089] 其中， 一号电源选择控制器连接有 A类负载； 二号电源选择控制器连接有 B类 负载； 三号电源选择控制器连接有 C类负载； 四号电源选择控制器连接有 D类负 载。

[0090] 各个电源选择控制器之间通过无线方式进行组 网通信。

[0091] s2.各类负荷在投入运行时， 按照下述步骤选择接入新能源电能或市电电能 ：

[0092] s2.1.根据各个电源选择控制器中电信号采集单� ��采集的负荷数据信息， 计算出 当前新能源电能的输出功率， 将该当前新能源电能的输出功率记

[0093] 定义新能源电能的最大允许输出功率 SP _ _max ， 定义 A类负荷的功率 SP _A ， 定 义 B类负荷的功率为 P _B ， 定义 C类负荷的功率为 P _c ， 定义 D类负荷的功率为 P _D 。

[0094] 其中， 此处的 D类负荷的功率是指 D类负荷在运行时的功率 （待机功率可忽略

[0095] s2. 2.若 A类负荷要投入运行， 一号电源选择控制器首先判断是否有市电电能 接 入：

[0096] 如果有市电电能接入， 则优先接入市电电能；

[0097] 如果没有市电电能接入， 则判断？_+? 是否小于等于？_ :

[0098] 若满足条件， 则一号电源选择控制器将新能源电源接入为 A类负荷供电；

[0099] 若不满足条件， 则通过无线网络将信息传递至三号电源选择控 制器和四号电源 选择控制器， 通过将已经接入新能源的 C、 D类负荷按照顺序依次断开， 直到满 足条件为止， 此时， 一号电源选择控制器将新能源电能接入为 A类负荷供电。

[0100] s2. 3.若 B类负荷要投入运行， 二号电源选择控制器首先判断新能源电源是否 正 常： [0101] 如果新能源电能不正常， 则二号电源选择控制器将 B类负荷接入市电电能；

[0102] 如果新能源电能正常， 则判断 P _new +P _B 是否小于等于 P _{newmax :}

[0103] 若满足条件， 则二号电源选择控制器将 B类负荷接入新能源电源；

[0104] 若不满足条件， 则通过无线网络将信息传递至三号电源选择控 制器和四号电源 选择控制器， 通过将已经接入新能源的 C、 D类负荷按照顺序依次断开， 直到满 足条件为止， 此时， 二号电源选择控制器将新能源电能接入为 B类负荷供电。

[0105] s2.4.若 C类负荷要投入运行， 三号电源选择控制器首先与四号电源选择控制 器 联动， 并判断是否有 D类负荷接入到新能源电能中：

[0106] 若有 D类负荷且满 SP _-P _D +P _c ^P _ _max ， 则在 D类负荷处于待机状态时将 C类 负荷接入到新能源电源投入运行， 当 D类负荷处于运行状态时将 C类负荷从新能 源电源断开；

[0107] 若新能源电能中没有 D类负荷， 贝判断 _+P _c 是否小于等于 P _n-ax:

[0108] 如果满足条件， 则三号电源选择控制器将 C类负荷接入新能源电能；

[0109] 如果不满足条件， 则三号电源选择控制器将 C类负荷接入市电电能。

[0110] s2.5.若 D类负荷要投入运行， 四号电源选择控制器判断？_^。是否小于等于 P newmax _*

[0111] 若满足条件， 则四号电源选择控制器将 D类负荷接入新能源电能；

[0112] 若不满足条件， 则四号电源选择控制器将 D类负荷接入市电电能。

[0113] 本方法通过对家庭负荷进行分类控制， 并且针对不同的负荷给出最优化的接入 控制方式， 使得家庭电网中新能源发出的电能在家庭范围 内尽可能的消纳使用 ， 减少了向配电网回馈电能， 减少了新能源电能中的谐波、 电压波动等造成的 配电网电能质量下降等问题。

[0114] 当然， 以上说明仅仅为本发明的较佳实施例， 本发明并不限于列举上述实施例 ， 应当说明的是， 任何熟悉本领域的技术人员在本说明书的教导 下， 所做出的 所有等同替代、 明显变形形式， 均落在本说明书的实质范围之内， 理应受到本 发明的保护。