專利名稱：一種靈敏負(fù)荷的控制系統(tǒng)及方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于電力系統(tǒng)及其自動化技術(shù)領(lǐng)域。 技術(shù)背景隨著經(jīng)濟(jì)的高速發(fā)展，用電量和高峰負(fù)荷持續(xù)增大，負(fù)荷峰谷差進(jìn)一步拉大，負(fù)荷率不 斷下降。與此相對應(yīng)，用戶對于電力供應(yīng)的數(shù)量和質(zhì)量要求卻都越來越高。我國目前電力不 足問題，主要問題不是電力總量不足，而是指峰值電量過大。因此，提高需求側(cè)的管理水平 是必由之路。靈敏負(fù)荷管理與控制是作為需求側(cè)的管理的一個重要手段。電能的生產(chǎn)、輸送、分配和使用可以說是在同一時(shí)刻完成的，即電力系統(tǒng)中的功率每時(shí) 每刻都是平衡的。電力負(fù)荷的大小隨時(shí)間而異，負(fù)荷隨時(shí)間變化的軌跡稱為負(fù)荷曲線，最大 負(fù)荷稱為高峰負(fù)荷，最小負(fù)荷稱為低谷負(fù)荷。由于工業(yè)電能不能存儲，電力部門的發(fā)電功率 必須實(shí)時(shí)跟蹤負(fù)荷的變化，即高峰負(fù)荷時(shí)，必須要有和高峰負(fù)荷相當(dāng)?shù)陌l(fā)電容量，而在低谷 負(fù)荷時(shí)，則要停掉很多機(jī)組。這種按最大負(fù)荷確定裝機(jī)容量的作法是很不經(jīng)濟(jì)的，而且機(jī)組 頻繁地啟動和停止對電力系統(tǒng)運(yùn)行也十分不利。電力系統(tǒng)中關(guān)鍵的問題就是維持發(fā)電和用電的平衡，傳統(tǒng)的方法是通過控制發(fā)電機(jī)的輸 出來維持系統(tǒng)平衡，傳統(tǒng)的負(fù)荷控制通過限制負(fù)荷的使用，來改善負(fù)荷曲線。經(jīng)濟(jì)的高速發(fā) 展引起了用電結(jié)構(gòu)的變化，從而導(dǎo)致電力負(fù)荷峰谷差加大、負(fù)荷率降低、發(fā)電設(shè)備利用小時(shí) 數(shù)下降、發(fā)電煤耗增加，發(fā)電成本上升、電網(wǎng)調(diào)峰困難、供電可靠性下降甚至高峰時(shí)段拉閘 限電等一系列問題。

發(fā)明內(nèi)容
針對現(xiàn)有電力系統(tǒng)負(fù)荷控制所存在的問題，本發(fā)明提供一種利用負(fù)荷資源為電力系統(tǒng)供 電服務(wù)的靈敏負(fù)荷控制系統(tǒng)及方法。所謂靈敏負(fù)荷(Responsive load)即能夠快速的響應(yīng)電網(wǎng)的需求，同時(shí)對用戶側(cè)的影響 較小的一類電氣負(fù)荷。本發(fā)明采用分布內(nèi)嵌式靈敏負(fù)荷通訊控制器和蟻群組分優(yōu)化算法模塊，用以解決不同靈 敏負(fù)荷設(shè)備的協(xié)議兼容、遠(yuǎn)程通訊、異地控制和全局尋優(yōu)等關(guān)鍵技術(shù)。本發(fā)明的控制系統(tǒng)包括設(shè)在調(diào)度中心內(nèi)的至少兩臺計(jì)算機(jī)工作站，采用光纖作為主干網(wǎng) 絡(luò)，通過分布內(nèi)嵌式靈敏負(fù)荷設(shè)備通訊控制器的串行通信/網(wǎng)絡(luò)通信轉(zhuǎn)換系統(tǒng)，利用串行方式 和被控靈敏負(fù)荷進(jìn)行通信，通過網(wǎng)絡(luò)方式接入因特網(wǎng)。1、上位機(jī)是調(diào)度中心內(nèi)至少兩臺以上的計(jì)算機(jī)，上位機(jī)擁有主機(jī)、網(wǎng)卡、顯示器、音箱 (或蜂鳴器)、打印機(jī)、鍵盤鼠標(biāo)等設(shè)施。在上位機(jī)上運(yùn)行蟻群組分全局優(yōu)化控制算法模塊，能夠顯示當(dāng)前的系統(tǒng)參數(shù)、運(yùn)行狀態(tài)、實(shí)時(shí)曲線等等，并可以把各種重要參數(shù)寫進(jìn)數(shù)據(jù)庫， 以備事后査詢。2、分布內(nèi)嵌式靈敏負(fù)荷設(shè)備通訊控制器，是基于Microchip公司PIC18F4521芯片，該 轉(zhuǎn)換器使被控負(fù)荷具有遠(yuǎn)程調(diào)度與控制的功能，并具周期自動上報(bào)數(shù)據(jù)功能對被控負(fù)荷狀 態(tài)采集數(shù)據(jù)以一定周期自動上報(bào)；人工隨機(jī)采集功能通過上位機(jī)人工采集被控符合狀態(tài)參數(shù)；主臺時(shí)鐘校時(shí)及參數(shù)設(shè)置功能通過上位機(jī)程序主動與通訊控制器進(jìn)行系統(tǒng)時(shí)鐘校時(shí)并 設(shè)置參數(shù)；自我診斷及報(bào)警功能由內(nèi)置程序進(jìn)行自檢并在出錯時(shí)向上位機(jī)發(fā)送出錯信號； 負(fù)荷控制監(jiān)測功能偵測被控負(fù)荷是否可控(即監(jiān)察網(wǎng)絡(luò)狀態(tài))，如可控則發(fā)送正常采集信息 給上位機(jī)，否則發(fā)送報(bào)警信號；串口偵聽及協(xié)議解析功能對串口進(jìn)行偵聽并完成不同通訊 協(xié)議的解析功能。并采用Microchip公司生產(chǎn)的ENC28J60作為以太網(wǎng)控制器，它遵循 IEEE802.3協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)，成本低，易于組網(wǎng)，技術(shù)支持廣泛，同時(shí)采用具有隔離變壓作用的RJ45 插座共同組成以太網(wǎng)通訊控制器及接口電路。分布內(nèi)嵌式靈敏負(fù)荷設(shè)備通訊控制器由微處理器、串口通訊芯片、電壓轉(zhuǎn)換芯片、串口 接口、以太網(wǎng)通訊控制器及接口組成。內(nèi)嵌式靈敏負(fù)荷設(shè)備控制器的工作原理如附圖3所示，其特征為主臺校時(shí)，協(xié)議解析、 通訊控制及數(shù)據(jù)采集等。本發(fā)明的內(nèi)嵌式靈敏負(fù)荷設(shè)備通訊控制器主程序流程圖如附圖7(a)所示步驟一主程序開始；步驟二單片機(jī)初始化；步驟三網(wǎng)卡初始化；步驟四監(jiān)察網(wǎng)絡(luò)連接，進(jìn)入偵聽狀態(tài)；步驟五判斷是否收到以太網(wǎng)楨，如果收到則讀取該楨，則接著執(zhí)行步驟六，如果沒接 到則開始執(zhí)行步驟七；步驟六讀取該以太網(wǎng)楨，判斷該楨是ARP包、ICMP包、還是TCP包，并根據(jù)不同的數(shù) 據(jù)包作不同的處理，如果不屬于上述三種包的任何一種，則返回步驟五；步驟七判斷是否有數(shù)據(jù)輸入，若有數(shù)據(jù)輸入則把數(shù)據(jù)封裝后發(fā)送出去，如果沒有數(shù)據(jù) 輸入則返回步驟五。本發(fā)明的內(nèi)嵌式靈敏負(fù)荷設(shè)備通訊控制器網(wǎng)卡初始化的流程圖如附圖7 (b)所示，網(wǎng)卡 初始化時(shí)執(zhí)行如下步驟步驟一先后通過硬件和軟件復(fù)位網(wǎng)卡； 步驟二設(shè)置接收、發(fā)送中斷向量；步驟三設(shè)置網(wǎng)卡的IP/MAC/組播地址； 步驟四設(shè)置DMA源地址、目的地址； 步驟五設(shè)置接受、發(fā)送寄存器。本發(fā)明的內(nèi)嵌式靈敏負(fù)荷設(shè)備通訊控制器從被控負(fù)荷接收數(shù)據(jù)再發(fā)到上位機(jī)，程序流程 圖如附圖8 (a)所示，其步驟為步驟一內(nèi)嵌式靈敏負(fù)荷設(shè)備通訊控制器接收到下位機(jī)傳送上來的數(shù)據(jù)；步驟二判斷是否需要進(jìn)行數(shù)據(jù)處理(解析數(shù)據(jù)包、數(shù)據(jù)幀類型，讀取對應(yīng)數(shù)據(jù))，如果 需要則進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，如果不需要則直接進(jìn)入下一步；步驟三根據(jù)用戶要求，判斷是否需要對數(shù)據(jù)進(jìn)行加密，如果需要則先把數(shù)據(jù)加密再把 數(shù)據(jù)發(fā)送到上位機(jī)，如果不需要，則直接發(fā)送數(shù)據(jù)；步驟四程序結(jié)束。本發(fā)明的內(nèi)嵌式靈敏負(fù)荷設(shè)備通訊控制器從上位機(jī)接收數(shù)據(jù)再發(fā)到被控負(fù)荷程序流程圖 如附圖8 (b)所示，其步驟為步驟一內(nèi)嵌式靈敏負(fù)荷設(shè)備通訊控制器接收到上位機(jī)的數(shù)據(jù)；步驟二判斷是否需要驗(yàn)證口令，如果需要則執(zhí)行驗(yàn)證口令子程序，如果不需要則直接 進(jìn)行數(shù)據(jù)處理；步驟三判斷是否需要發(fā)送數(shù)據(jù)，如果需要則把數(shù)據(jù)發(fā)送到下位機(jī)，如果不需要則執(zhí)行 下一步；步驟四程序結(jié)束。3、靈敏負(fù)荷設(shè)備蟻群組分全局優(yōu)化控制模塊，是針對空調(diào)、熱水器為代表的一類重要的 靈敏負(fù)荷，利用優(yōu)化算法實(shí)現(xiàn)優(yōu)化控制，尋找最優(yōu)的開關(guān)狀態(tài)組合，以滿足負(fù)荷削峰的需求 及使得供電公司在直接負(fù)荷控制區(qū)間造成的電費(fèi)損失最小；充分考慮反彈負(fù)荷問題；通過模 塊優(yōu)化的結(jié)果應(yīng)該保證負(fù)荷控制誤差總和最??；充分考慮控制的公平性即各個負(fù)荷受控的時(shí) 間盡量相等，實(shí)現(xiàn)負(fù)荷的分析和優(yōu)化控制。 蟻群組分全局優(yōu)化控制算法模塊本發(fā)明的上位機(jī)通過運(yùn)用蟻群組分全局優(yōu)化控制算法模塊，充分合理的對靈敏負(fù)荷進(jìn)行 控制對于靈敏負(fù)荷控制器采集反饋的信息，進(jìn)行分析，并根據(jù)全網(wǎng)絡(luò)的情況進(jìn)行調(diào)度，決 定如何調(diào)配靈敏負(fù)荷的容量，滿足負(fù)荷管理的需要。本發(fā)明蟻群分組優(yōu)化算法模塊工作流程包括以下步驟，如附圖9所示 步驟一上位機(jī)發(fā)出采樣指令，采集周期為T第i組負(fù)荷采樣數(shù)據(jù)； 步驟二目標(biāo)函數(shù)轉(zhuǎn)換；步驟三確定啟發(fā)函數(shù)； 步驟四確定轉(zhuǎn)移概率； 步驟五信息素更新規(guī)則； 步驟六可行解形成；步驟七在第k個采樣時(shí)刻預(yù)測應(yīng)轉(zhuǎn)移消減總負(fù)荷量P;步驟八分析被控負(fù)荷狀態(tài)S(k)， S(k)4且滿足P時(shí)繼續(xù)采樣返回步驟一；S (k) =0且 不滿足P時(shí)則需要消減負(fù)荷；步驟九分析采樣負(fù)荷連續(xù)受控時(shí)間t,同時(shí)分析被控負(fù)荷允許時(shí)間； 步驟十若滿足負(fù)荷允許時(shí)間則執(zhí)行消減負(fù)荷，否則繼續(xù)采樣返回步驟七。 優(yōu)化算法特征設(shè)參與直接負(fù)荷控制計(jì)劃的用戶被分為W個組，每個組可以提供用于直接負(fù)荷控制的容量分別為i,，...,^。整個負(fù)荷控制區(qū)間為 ;，采樣周期為j;，根據(jù)負(fù)荷預(yù)測得到每個采樣 時(shí)刻需要轉(zhuǎn)移削減的負(fù)荷為p(w:)j"，...,M，其中M二7;/7:.。為了簡便標(biāo)記，在不造成概念混 淆的情況下，省略 ;，將w;簡寫為"將第,組負(fù)荷在第A個采樣時(shí)刻的狀態(tài)記作w"。如果"/1)=1，則說明第/組負(fù)荷處于受控狀態(tài)，即屬于該組的靈敏負(fù)荷被關(guān)閉或減載運(yùn)行。相應(yīng)的，如果s,ot)-o，則說明第,組負(fù)荷不處于受控狀態(tài)，即屬于該組的靈敏負(fù)荷仍然處于正常 的運(yùn)行狀態(tài)。直接負(fù)荷控制優(yōu)化調(diào)度策略是針對這w組負(fù)荷，尋找最優(yōu)的開關(guān)狀態(tài)組合，以實(shí)現(xiàn)下面兩個目的1. 滿足負(fù)荷削峰的需求；2. 供電公司在直接負(fù)荷控制區(qū)間造成的電費(fèi)損失最小。記<formula>formula see original document page 7</formula>為W;時(shí)刻所有負(fù)荷組的受控狀態(tài)組合。相對于狀態(tài)組合 (*)，在第A個采樣周期負(fù)荷組可以降低的總的負(fù)荷容量<formula>formula see original document page 7</formula>(1)建立精確的負(fù)荷反彈模型是非常困難的，考慮如下的反彈負(fù)荷模型<formula>formula see original document page 7</formula> (2)其中，12a,戶》0為系數(shù)，這里取a = 0.15,〃 = 0.05?？紤]反彈負(fù)荷，第)fc時(shí)刻需要削減的負(fù)荷總量iK"為d/W + ，)l柳. (3)其中/^)是控制負(fù)荷。將在第A個采樣時(shí)刻，負(fù)荷組所能產(chǎn)生的負(fù)荷和需要轉(zhuǎn)移削減的負(fù)荷容量差記作e(A)l，, )|0W = iS(A)|0W-C附 (4) 理想情況下，優(yōu)化的結(jié)果應(yīng)該保證負(fù)荷控制誤差在M個采樣周期內(nèi)的總和最小，艮口(5)實(shí)際中需要保證負(fù)荷組所能控制的負(fù)荷必須大于需求的負(fù)荷與反彈負(fù)荷的和，即需要滿 足如下限制e亂^0，V"l,…,仏 (6)對于第Z組負(fù)荷，到第A個采樣時(shí)刻累計(jì)的連續(xù)受控時(shí)間(靈敏負(fù)荷關(guān)閉或減載運(yùn)行)和非 受控時(shí)間(靈敏負(fù)荷正常運(yùn)行)分別記作〈(/t)和^0t)。其計(jì)算公式如下(*) = (r:" (" 1) +順x ) x (7)f =(《(/t -1)+鄧)x 7;) x (8)其中，,.=1,.."W， A = 1,...,M， 〈， = 0' 〈c(" = 0，柳=1-順。同時(shí)需要考慮兩個制約因素為了保證用戶的舒適度，每組靈敏負(fù)荷關(guān)閉的時(shí)間不能太長，這里對每個靈敏負(fù)荷組限定了最大連續(xù)允許受控時(shí)間 T;相應(yīng)的，為了避免空調(diào)壓縮機(jī)(或冷卻機(jī)組)頻繁啟動造成的機(jī)械壽命降低，對每組空調(diào)規(guī)定了最小連續(xù)運(yùn)行時(shí)間r。也就 是說，需要考慮下列兩個限定條件-(9) (10)其中，f = l"..,iV， "D。對于第i組負(fù)荷，如果其處于受控狀態(tài)(s,W-i)，則根據(jù)式(7)可以計(jì)算出連續(xù)受控時(shí)間 r"(A)。如果連續(xù)受控時(shí)間《W大于r，則該組負(fù)荷應(yīng)該恢復(fù)到非受控狀態(tài)。同理，如果其 處于非受控狀態(tài)(AW = 0),則根據(jù)式(8)可以計(jì)算出連續(xù)運(yùn)行時(shí)間 。如果連續(xù)運(yùn)行時(shí)間^W小于 T，則該組負(fù)荷不能作為可選擇的受控負(fù)荷。也就是說，限制(9)和(10)任一個不滿足的時(shí)候，該組負(fù)荷就應(yīng)該處于非受控狀態(tài)，即<formula>formula see original document page 9</formula>(11)其中，"1,…，W， hl,...,Mo ②調(diào)度控制特征直接負(fù)荷控制優(yōu)化調(diào)度問題，被歸納為求解在限制(6), (9)， (IO)條件下，最小化目標(biāo)函 數(shù)(5)。由于該系統(tǒng)存在W個負(fù)荷組和M個采樣區(qū)間，因此整個解空間有2^"種解的組合。在優(yōu)化的時(shí)候，還需要考慮控制的公平性。所謂公平性即是要保證在負(fù)荷控制區(qū)間內(nèi)， 各個負(fù)荷受控的時(shí)間盡量相等。對于第/組負(fù)荷，在第A個控制時(shí)刻，累計(jì)的受控時(shí)間為<formula>formula see original document page 9</formula> (12)其中，<w = o。在第A個控制時(shí)刻，所有參與DLC的負(fù)荷組的平均累計(jì)受控時(shí)間為負(fù)荷控制時(shí)間平均方差f表示了控制的公平性，越小說明各個用戶負(fù)荷組受控的時(shí)間越 平均，對待參與直接負(fù)荷控制的用戶越公平，5 = il>,)-r(M))2. (14) 其中 < 和F的定義如式(12)和(13)所示。本發(fā)明通過調(diào)度中心的上位機(jī)直接對用戶負(fù)荷實(shí)行周期性的'控制，來修改負(fù)荷曲線，實(shí) 現(xiàn)削峰、節(jié)能的作用。靈敏負(fù)荷優(yōu)化調(diào)度問題本質(zhì)上可以歸結(jié)為一個復(fù)雜的組合優(yōu)化問題， 本發(fā)明基于國際先進(jìn)的蟻群組分全局優(yōu)化控制算法用于求解靈敏負(fù)荷優(yōu)化調(diào)度問題，并考慮 了負(fù)荷控制的公平性。蟻群算法作為一種解決組合優(yōu)化問題的尋優(yōu)算法，它具有較強(qiáng)的魯棒 型、優(yōu)良的分布式計(jì)算機(jī)制、易于和其他方法相結(jié)合等優(yōu)點(diǎn)。通過上述方法設(shè)計(jì)的分布內(nèi)嵌式靈f負(fù)荷設(shè)備全局優(yōu)化通訊控制器，實(shí)現(xiàn)對用戶側(cè)的靈 敏負(fù)荷設(shè)備供電側(cè)管理及電力系統(tǒng)的調(diào)度/配電自動化一體化設(shè)計(jì)，既能夠按照系統(tǒng)需求合理 的降低負(fù)荷，又能夠保證供電公司受電損失最小。優(yōu)化方法的具體實(shí)現(xiàn)原則是實(shí)行錯峰、避 峰用電，合理有效地削減電網(wǎng)高峰負(fù)荷，增加低谷用電，提高電網(wǎng)的使用效率。按照"缺多少、錯多少"，"先錯峰、后避llll、再限電、最后拉路"的思路，確保電力生產(chǎn)和使用安全，確保城鄉(xiāng)居民生活用電，確保重要單位和重點(diǎn)企業(yè)用電。


圖1為本發(fā)明的系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)框圖；圖2為本發(fā)明的內(nèi)嵌式靈敏負(fù)荷設(shè)備通訊控制器裝置結(jié)構(gòu)圖；圖3為本發(fā)明的內(nèi)嵌式靈敏負(fù)荷設(shè)備通訊控制器的工作原理圖； 圖4(a)為本發(fā)明的PIC18F4521單片機(jī)及外圍電路圖；—.圖4 (b)為本發(fā)明的以太網(wǎng)通訊控制器及接口電路圖； 圖5為本發(fā)明的電壓轉(zhuǎn)換芯片電路原理圖； 圖6為本發(fā)明的串口通信部分的電路原理圖；圖7 (a)為本發(fā)明的內(nèi)嵌式靈敏負(fù)荷設(shè)備通訊控制器主程序流程圖；圖7 (b)為本發(fā)明的網(wǎng)卡初始化的程序流程圖；圖8 (a)為本發(fā)明的靈敏負(fù)荷通過內(nèi)嵌式靈敏負(fù)荷設(shè)備通訊控制器向上位機(jī)發(fā)送數(shù)據(jù)程序流 程圖；圖8 (b)為本發(fā)明的上位機(jī)通過內(nèi)嵌式靈敏負(fù)荷設(shè)備通訊控制器向靈敏負(fù)荷發(fā)送數(shù)據(jù)程序流 程圖；圖9為本發(fā)明的蟻群分組優(yōu)化算法模塊程序流程圖； 圖10(a)為本發(fā)明應(yīng)用實(shí)例1的負(fù)荷組數(shù)據(jù)圖；圖10(b)為本發(fā)明應(yīng)用實(shí)例1的負(fù)荷控制誤差曲線圖； 圖IO(C)為本發(fā)明應(yīng)用實(shí)例1的實(shí)際消減負(fù)荷曲線圖； 圖ll(a)為本發(fā)明應(yīng)用實(shí)例2的負(fù)荷組數(shù)據(jù)圖； 圖ll(b)為本發(fā)明應(yīng)用實(shí)例2的負(fù)荷控制誤差曲線圖； 圖11(C)為本發(fā)明應(yīng)用實(shí)例2的實(shí)際消減負(fù)荷曲線圖；圖12(a)為本發(fā)明應(yīng)用實(shí)例3的負(fù)荷組數(shù)據(jù)圖；圖12(b)為本發(fā)明應(yīng)用實(shí)例3的負(fù)荷控油誤差曲線圖；圖12(c)為本發(fā)明應(yīng)用實(shí)例3的實(shí)際消減負(fù)荷曲線圖。
具體實(shí)施方式
下面結(jié)合附圖進(jìn)一步說明本發(fā)明本發(fā)明的系統(tǒng)框圖如附圖l所示，調(diào)度中心系統(tǒng)由至少兩臺計(jì)算機(jī)工作站構(gòu)成，它擁有主機(jī)、網(wǎng)卡、顯示器、音箱(或蜂鳴器)、打印機(jī)、鍵盤鼠標(biāo)等設(shè)施。計(jì)算機(jī)工作站內(nèi)安裝有靈敏負(fù)荷設(shè)備蟻群組分全局優(yōu)化控制模塊，能夠顯示當(dāng)前的系統(tǒng)參數(shù)、運(yùn)行狀態(tài)和靈敏負(fù)荷設(shè)備實(shí)時(shí)曲線等，并可以把各種重要參f寫進(jìn)數(shù)據(jù)庫，以備事后查詢。調(diào)度中心通過分布內(nèi) 嵌式靈敏負(fù)荷設(shè)備通訊控制器監(jiān)控靈敏符合設(shè)備并充分利用電力公司現(xiàn)有的通訊資源、光纖 作為主干網(wǎng)絡(luò)。通過分布內(nèi)嵌式靈敏負(fù)，設(shè)備通訊控制器的串行通信/網(wǎng)絡(luò)通信轉(zhuǎn)換系統(tǒng)，利 用串行方式和被控靈敏負(fù)荷進(jìn)行通信，通過網(wǎng)絡(luò)方式接入因特網(wǎng)。分布內(nèi)嵌式靈敏負(fù)荷設(shè)備通訊控制器裝置結(jié)構(gòu)如附圖2所示，由微處理器PIC18F4521"1"、串口通訊芯片MAX3232ESE "2"、電壓轉(zhuǎn)換芯片MCP1700 "3"、串口接口 "4"、以太網(wǎng) 通訊控制器ENC28J60及接口 "5"組成。其主要特征為微處理器"1"控制整個協(xié)議轉(zhuǎn)換 器協(xié)議轉(zhuǎn)換工作狀態(tài)，微處理器"1"通過串口通訊芯片"2"連接串口接口 "4"與外界設(shè)備 相連接，以此采集外部設(shè)備數(shù)據(jù)信息信號；微處理器"l"直接連接以太網(wǎng)通訊控制器及接口"5"并通過以太網(wǎng)通訊控制器及接口 "5"將數(shù)據(jù)發(fā)送到上位計(jì)算機(jī)或是接收來自上位計(jì)算 機(jī)的指令；電壓轉(zhuǎn)換芯片"3"負(fù)責(zé)給微處理器"1"以及串口通訊芯片"2"供電。1) 微處理器PIC18F4521連接以太網(wǎng)通訊控制器ENC28J60的具體連接方式為(見附圖4(a)和附圖4(b)):微處理器PIC18F4521的管腳32連接以太網(wǎng)通訊控制器ENC28J60 的管腳10; PIC18F4521的管腳35連接ENC28J60的管腳9; PIC18F4521的管腳37 連接ENC28J60的管腳8; PIC18F4521的管腳43連接ENC28J60的管腳7; ENC28J60 的管腳4連接PIC18F4521的器件U10A的管腳2; ENC28J60的管腳5連接PIC18F4521 的器件U10C的管腳10; ENC28j60的管腳6連接PIC18F4521的器件U10B的管腳5。2) 微處理器PIC18F4521連接串口通信部分的具體連接方式為(見附圖4(a)和附圖6): PIC18F4521的管腳1連接MAX3232ESE的管腳12; PIC18F4521的管腳44連接 MAX3232ESE的管腳11。3) 電壓轉(zhuǎn)換芯片MCP1700連接徼處理器PIC18F4521的具體連接方式為(見附圖4 (a) 和附圖5): MCP1700的VCC連接到PIC18F4521的7、 28腳、器件U6的2腳、器件 U10A的1腳、U10B的4腳、'U1&C的9腳。4) 電壓轉(zhuǎn)換芯片MCP1700的V(JC金接串口通信芯片MAX3232ESE的16腳(見附圖5和 附圖6)。5) 電壓轉(zhuǎn)換芯片MCP1700的+3. 3V連接以太網(wǎng)通訊控制器ENC28J60的15腳、20腳、 19腳、28腳和25腳(見附圖4 (b)和附圖5)。應(yīng)用實(shí)例 -(1).某區(qū)域的寫字間大廈中央空調(diào)靈敏負(fù)荷控制依據(jù)本發(fā)明的方法，在需要進(jìn)行靈敏負(fù)荷控制的寫字間大廈的中央空調(diào)控制室安放本發(fā)明的靈敏負(fù)荷通訊控制器并與中央空調(diào)主控制器臺相連，總計(jì)選取60處中央空調(diào)為負(fù)荷。控制時(shí)間選取了從早上10: 30開始到下午14: 30結(jié)束，采樣負(fù)荷控制釆樣周期為T=7. 5min， 在4小時(shí)控制時(shí)間段內(nèi)共進(jìn)行32次控制。60組負(fù)荷的負(fù)荷容量丄,、最大允許控制時(shí)間7T、最小連續(xù)運(yùn)行時(shí)間7T，具體數(shù)據(jù)見附圖10(a)。對控制效果的評估定義負(fù)荷控制誤差f和負(fù)荷控制時(shí)間平均方差f， F說明控制精度；f說明控制公平性。從附圖10(b)可見負(fù)荷控制誤差效果很好，實(shí)際消減負(fù)荷曲線也符合要求如附圖10(c)。(2) .某區(qū)域的星級賓館中央熱水器靈敏負(fù)荷控制依據(jù)本發(fā)明的方法，在需要進(jìn)行靈敏負(fù)荷控制的星級賓館熱水器中央控制室內(nèi)安放本發(fā) 明的靈敏負(fù)荷通訊控制器并與中央熱水器相連，總計(jì)30組被選取的中央熱水器負(fù)荷。控制時(shí) 間從早上10: 30開始到下午14: 30結(jié)束，采樣負(fù)荷控制周期為T=10min，在4小時(shí)內(nèi)共進(jìn)行了 24次控制。30組負(fù)荷容量丄,.、最大允許控制時(shí)間7T、最小連續(xù)運(yùn)行時(shí)間7T，具體數(shù) 據(jù)見附圖ll(a)，對控制效果的評估定義負(fù)荷控制誤差F和負(fù)荷控制時(shí)間平均方差f ， f說明控制精度；^說明控制公平性。從附圖ll(b)可見負(fù)荷控制誤差效果很好，實(shí)際消減負(fù)荷曲線也符合要求如附圖ll(c)。(3) .某區(qū)域內(nèi)的單位的中央空調(diào)靈敏負(fù)荷控制依據(jù)本發(fā)明的方法，在需要進(jìn)行靈敏負(fù)荷控制的單位的中央空調(diào)控制室安放本發(fā)明的靈 敏負(fù)荷通訊控制器并與中央空調(diào)主控制器臺相連，總計(jì)選取30處中央空調(diào)為負(fù)荷?？刂茣r(shí)間 選取了從早上ll: 30開始到下午15: 30結(jié)束，采樣負(fù)荷控制采樣周期為Tz7.5min，在4小 時(shí)控制時(shí)間段內(nèi)共進(jìn)行32次控制。30組負(fù)荷的負(fù)荷容量丄,、最大允許控制時(shí)間7T、最小連 續(xù)運(yùn)行時(shí)間？T，具體數(shù)據(jù)見附圖12(a)。對控制效果的評估定義負(fù)荷控制誤差F和負(fù)荷控制 時(shí)間平均方差f， F說明控制精度；^說明控制公平性。從附圖12(b)可見負(fù)荷控制誤差效果 很好，實(shí)際消減負(fù)荷曲線也符合要求如附圖12(c)。
權(quán)利要求
1、一種靈敏負(fù)荷的控制系統(tǒng)，其特征在于該系統(tǒng)包括設(shè)在調(diào)度中心的上位機(jī)，采用光纖作為主干網(wǎng)絡(luò)，上位機(jī)運(yùn)行蟻群組分優(yōu)化控制算法模塊，通過分布內(nèi)嵌式靈敏負(fù)荷設(shè)備通訊控制器的串行通信/網(wǎng)絡(luò)通信轉(zhuǎn)換系統(tǒng)，利用串行方式和被控靈敏負(fù)荷進(jìn)行通信，通過網(wǎng)絡(luò)方式接入因特網(wǎng)，所述內(nèi)嵌式靈敏負(fù)荷通訊控制器包括微處理器通過串口通訊芯片連接串口接口與外界設(shè)備相連接，以此采集外部設(shè)備數(shù)據(jù)信息信號；微處理器直接連接以太網(wǎng)通訊控制器及接口并通過以太網(wǎng)通訊控制器及接口將數(shù)據(jù)發(fā)送到上位機(jī)或是接收來自上位機(jī)的指令；電壓轉(zhuǎn)換芯片負(fù)責(zé)給微處理器以及串口通訊芯片供電。
2、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的靈敏負(fù)荷的控制系統(tǒng)，其特征在于所述內(nèi)嵌式靈敏負(fù)荷設(shè)備通 訊控制口的微處理器采用PIC18F4521芯片，串口通訊芯片采用MAX3232ESE，電壓轉(zhuǎn)換芯片 采用MCP1700，以太網(wǎng)通訊控制器采用ENC28J60及接口，其連接關(guān)系是微處理器PIC18F4521 的管腳32連接以太網(wǎng)通訊控制器ENC28J60的管腳10， PIC18F4521的管腳35連接ENC28J60 的管腳9， PIC18F4521的管腳37連接ENC28J60的管腳8， PIC18F4521的管腳43連接ENC28J60 的管腳7， ENC28J60的管腳4連接PIC18F4521的器件U10A的管腳2， ENC28J60的管腳5連 接PIC18F4521的器件U10C的管腳10， ENC28J60的管腳6連接PIC18F4521的器件U10B的管 腳5; PIC18F4521的管腳1連接區(qū)X3232ESE的管腳12，PIC18F4521的管腳44連接MAX3232ESE 的管腳11; MCP1700的VCC連接到PIC薩4521的7、 28腳、器件U6的2腳、器件U10A的 1腳、U10B的4腳、U10C的9腳；電壓轉(zhuǎn)換芯片MCP1700的VCC連接串口通信芯片MAX3232ESE 的16腳，電壓轉(zhuǎn)換芯片MCP1700的+3. 3V連接以太網(wǎng)通訊控制器ENC28J60的15腳、20腳、 19腳、28腳和25腳。
3、 權(quán)利要求1所述的靈敏負(fù)荷控制系統(tǒng)的控制方法，其特征在于內(nèi)嵌式靈敏負(fù)荷設(shè)備通 訊控制器工作流程包括以下步驟1)、主程序開始；2)、單片機(jī)初始化；3)、網(wǎng)卡初始化； 4)、監(jiān)察網(wǎng)絡(luò)連接，進(jìn)入偵聽狀態(tài)；。、判斷是否收到以太網(wǎng)楨，如果收到則讀取該楨，則 接著執(zhí)行步驟6)，如果沒接到則開始執(zhí)行步驟7); 6)、讀取該以太網(wǎng)楨，判斷該楨是ARP包、 ICMP包、還是TCP包，并根據(jù)不同的數(shù)據(jù)包作不同的處理，如果不屬于上述三種包的任何一 種，則返回步驟5); 7)、判斷是否有數(shù)據(jù)輸入，若有數(shù)據(jù)輸入則把數(shù)據(jù)封裝后發(fā)送出去，如 果沒有數(shù)據(jù)輸入則返回步驟5)。
4、 根據(jù)權(quán)利要求3所述的靈敏負(fù)荷控制系統(tǒng)的控制方法，其特征在于內(nèi)嵌式靈敏負(fù)荷設(shè) 備通訊器網(wǎng)卡初始化按以下歩驟1)、先后通過硬件和軟件復(fù)位網(wǎng)卡；2)、設(shè)置DMA源地址、 目的地址；3)、設(shè)置網(wǎng)卡的IP/MAC/磁播地址；4)、設(shè)置接受、發(fā)送寄存器；5)、設(shè)置接收、 發(fā)送中斷向量。
5、 根據(jù)權(quán)利要求3所述的靈敏負(fù)荷控制系統(tǒng)的控制方法，其特征在于內(nèi)嵌式靈敏負(fù)荷設(shè)備通訊控制器從被控負(fù)荷接收數(shù)據(jù)再發(fā)到上位機(jī)按以下步驟1)、內(nèi)嵌式靈敏負(fù)荷設(shè)備通訊器接收到下位機(jī)傳送上來的數(shù)據(jù)；2)、判斷是否需要進(jìn)行數(shù)據(jù)處理(解析數(shù)據(jù)包、數(shù)據(jù)幀類 型，讀取對應(yīng)數(shù)據(jù))，如果需要則進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，如果不需要則直接進(jìn)入下一步；3)、根據(jù)用 戶要求，判斷是否需要對數(shù)據(jù)進(jìn)行加密，如果需要則先把數(shù)據(jù)加密再把數(shù)據(jù)發(fā)送到上位機(jī)， 如果不需要，則直接發(fā)送數(shù)據(jù)；4)、程序結(jié)束。
6、 根據(jù)權(quán)利要求3所述的靈敏負(fù)荷控制系統(tǒng)的控制方法，其特征在于內(nèi)嵌式靈敏負(fù)荷設(shè) 備通訊器從上位機(jī)接收數(shù)據(jù)再發(fā)到被控負(fù)荷按以下步驟1)、內(nèi)嵌式靈敏負(fù)荷設(shè)備通訊器接 收到上位機(jī)的數(shù)據(jù)；2)、判斷是否需要驗(yàn)證口令，如果需要則執(zhí)行驗(yàn)證口令子程序，如果不 需要則直接進(jìn)行數(shù)據(jù)處理；3)、判斷是否需要發(fā)送數(shù)據(jù)，如果需要則把數(shù)據(jù)發(fā)送到下位機(jī)， 如果不需要則執(zhí)行下一步；4)、程序結(jié)束。
7、 權(quán)利要求1所述的靈敏負(fù)荷控制系統(tǒng)的控制方法，其特征在于上位機(jī)通過運(yùn)用蟻群組 分全局優(yōu)化控制算法模塊對于靈敏負(fù)荷控制器采集反饋的信息，進(jìn)行分析，并根據(jù)全網(wǎng)絡(luò)的 情況進(jìn)行調(diào)度，決定如何調(diào)配靈敏負(fù)荷的容量，滿足負(fù)荷管理的需要，其蟻群分組優(yōu)化算法 模塊工作流程按以下步驟1)、上位機(jī)發(fā)出采樣指令，采集周期為T第i組負(fù)荷采樣數(shù)據(jù)； 2)、目標(biāo)函數(shù)轉(zhuǎn)換；3)、確定啟發(fā)函數(shù)；4)、確定轉(zhuǎn)移概率；5)、信息素更新規(guī)則；6)、可 行解形成；7)、在第k個采樣時(shí)刻預(yù)測應(yīng)轉(zhuǎn)移消減總負(fù)荷量P; 8)、分析被控負(fù)荷狀態(tài)S(k), S(k)4且滿足P時(shí)繼續(xù)采樣返回步驟l)， S (k) -O且不滿足P時(shí)則需要消減負(fù)荷；9)、分 析采樣負(fù)荷連續(xù)受控時(shí)間t，同時(shí)分析被控負(fù)荷允許時(shí)間；10)、若滿足負(fù)荷允許時(shí)間則執(zhí)行 消減負(fù)荷，否則繼續(xù)采樣返回步驟7)。
全文摘要
一種靈敏負(fù)荷的控制系統(tǒng)及方法，該系統(tǒng)包括設(shè)在調(diào)度中心的上位機(jī)，采用光纖作為主干網(wǎng)絡(luò)，上位機(jī)運(yùn)行蟻群組分優(yōu)化控制算法模塊，通過分布內(nèi)嵌式靈敏負(fù)荷設(shè)備通訊控制器的串行通信/網(wǎng)絡(luò)通信轉(zhuǎn)換系統(tǒng)，利用串行方式和被控靈敏負(fù)荷進(jìn)行通信，通過網(wǎng)絡(luò)方式接入因特網(wǎng)。其方法是采用了靈敏負(fù)荷設(shè)備蟻群組分全局優(yōu)化控制模塊，利用優(yōu)化算法實(shí)現(xiàn)優(yōu)化控制，尋找最優(yōu)的開關(guān)狀態(tài)組合。本控制系統(tǒng)及方法實(shí)現(xiàn)了對用戶側(cè)的靈敏負(fù)荷設(shè)備供電側(cè)管理及電力系統(tǒng)的調(diào)度/配電自動化一體化設(shè)計(jì)，合理的降低負(fù)荷，保證供電公司受電損失最小。
文檔編號H02J1/14GK101231523SQ20081001035
公開日2008年7月30日 申請日期2008年2月3日 優(yōu)先權(quán)日2008年2月3日
發(fā)明者劉金海, 孫秋野, 宋武琦, 張化光, 楊東升, 梁志珊, 王占山, 王海峰 申請人:東北大學(xué)