基于共享介质争用访问机制的电采暖设备自适应控制方法

石富岭; 祁琪; 冮若嘉; 刘学忠; 赵海龙; 祁兵

doi:10.7500/AEPS20221207003

您当前的位置：

首页 >

文章列表页 >

基于共享介质争用访问机制的电采暖设备自适应控制方法

学术研究 | 更新时间：2025-06-16

- 基于共享介质争用访问机制的电采暖设备自适应控制方法
- Self-adaptive Control Method for Electric Heating Equipment Based on Shared Media Contention Access Mechanism
- 电力系统自动化 2023年47卷第16期页码：76-84
- 作者机构：
  
  1.华北电力大学电气与电子工程学院,北京市102206
  2.国网辽宁省电力有限公司,辽宁省沈阳市 110006
  3.国网北京市电力公司,北京市101300
- 作者简介：
  
  石富岭(1997—)，男，硕士研究生，主要研究方向：智能用电与需求响应。E-mail：shifulingjohn@163.com
  祁琪(1992—)，女，通信作者，博士，讲师，主要研究方向：电力系统分析与控制、主动配电网规划与优化运行、智能用电。E-mail：qigx0521@163.com
  冮若嘉(1989—)，男，硕士，高级工程师，主要研究方向：智能用电、电能计量。E-mail：13940007796@163.com
- 基金信息：
  
  中央高校基本科研业务费专项资金资助项目(2022MS002)
- DOI：10.7500/AEPS20221207003
  中图分类号：
- 收稿：2022-12-07，
  
  修回：2023-02-17，
  
  网络出版：2023-03-28，
  
  纸质出版：2023-08-25
- 稿件说明：
移动端阅览
石富岭,祁琪,冮若嘉等.基于共享介质争用访问机制的电采暖设备自适应控制方法[J].电力系统自动化,2023,47(16):76-84.

SHI Fuling,QI Qi,GANG Ruojia,et al.Self-adaptive Control Method for Electric Heating Equipment Based on Shared Media Contention Access Mechanism[J].Automation of Electric Power Systems,2023,47(16):76-84.
石富岭,祁琪,冮若嘉等.基于共享介质争用访问机制的电采暖设备自适应控制方法[J].电力系统自动化,2023,47(16):76-84. DOI： 10.7500/AEPS20221207003.

SHI Fuling,QI Qi,GANG Ruojia,et al.Self-adaptive Control Method for Electric Heating Equipment Based on Shared Media Contention Access Mechanism[J].Automation of Electric Power Systems,2023,47(16):76-84. DOI： 10.7500/AEPS20221207003.

摘要

“煤改电”背景下大量电采暖设备的无序接入，极易造成尖峰负荷、引起电压波动甚至越限，影响电能质量与用电安全。针对这一问题，提出了基于共享介质争用访问机制的电采暖设备自适应控制方法。通过刻画电采暖功率变化与区域内电压分布关系函数，分析了各节点电压波动的关键影响因素。以此为基础，构建了以家庭为最小控制单元的电采暖设备自适应控制方法实施架构：采用自组织映射(SOM)神经网络得到家庭近期活跃的电采暖设备数量，进而借鉴通信网络中信道访问与数据传输冲突监测机制，使电采暖设备通过实时采集本地环境信息和电气信息进行自主控制和冲突规避，实现了无需通信的自适应控制。仿真结果验证了所提控制方法在减小用电尖峰负荷、平抑负荷曲线及抑制电压越限方面的有效性以及在实时控制方面的优越性。

Abstract

On the background of “coal-to-electricity”

the disorderly connection of a large number of electric heating equipment can easily cause peak load

voltage fluctuation or even limit violation

which aggravates the quality and safety of power supply. Aiming at this problem

this paper proposes a self-adaptive control method for electric heating equipment based on the shared media contention access mechanism. The key influencing factors of node voltage fluctuations are analyzed by depicting the relationship function between the electric heating power variation and the regional voltage distribution. On this basis

an implementation architecture of self-adaptive control method for the electric heating equipment with the family as the smallest control unit is constructed. In the architecture

the self-organizing map (SOM) neural network is used to obtain the number of recently active electric heating equipment in the family. Then

referring to the channel access and conflict monitoring mechanism on data transfer in the communication network

the electric heating equipment is enabled to carry out autonomous control and conflict avoidance through real-time collections of local environmental and electrical information

realizing the self-adaptive control without communication. Simulation results verify the effectiveness of the proposed control method in reducing the peak load of power consumption

smoothing the load curve and restraining the voltage from exceeding the limit. The superiority of the self-adaptive control in the real-time response is also verified.

关键词

Keywords

references

中华人民共和国国务院新闻办公室 . 新时代的中国能源发展［EB/OL］.［ 2022-10-30 ］. http：//www.scio.gov.cn/zfbps/32832/Document/1695117/1695117.htm http://www.scio.gov.cn/zfbps/32832/Document/1695117/1695117.htm .

State Council Information Office of the People’s Republic of China . China’s energy development in the new era ［EB/OL］. ［ 2022-10-30 ］. http：//www.scio.gov.cn/zfbps/32832/Document/1695117/1695117.htm http://www.scio.gov.cn/zfbps/32832/Document/1695117/1695117.htm .

阮前途，陈赟，潘智俊 . 新型电力系统对实现沿海城市双碳目标贡献的探讨［J］. 电力系统自动化， 2022 ， 46 （ 14 ）： 11 - 18 .

RUAN Qiantu ， CHEN Yun ， PAN Zhijun . Discussion on contributions of novel power system to achieving carbon emission peak and carbon neutrality of coastal city ［J］. Automation of Electric Power Systems ， 2022 ， 46 （ 14 ）： 11 - 18 .

LIN B ， JIA Z . Economic， energy and environmental impact of coal-to-electricity policy in China： a dynamic recursive CGE study ［J］. Science of the Total Environment ， 2020 ， 698 ： 134241 .

崔屹峰，李珍国，杨金庆，等 . 考虑需求差异的户用蓄热式电采暖优化运行策略［J］. 电力系统自动化， 2021 ， 45 （ 7 ）： 116 - 122 .

CUI Yifeng ， LI Zhenguo ， YANG Jinqing ， et al . Optimal operation strategy for household electric thermal storage heating considering demand difference ［J］. Automation of Electric Power Systems ， 2021 ， 45 （ 7 ）： 116 - 122 .

杨玉龙，王甜甜，陈祥，等 . 考虑新能源消纳的电采暖集群多功率级控制策略研究［J］. 电力系统保护与控制， 2022 ， 50 （ 10 ）： 20 - 30 .

YANG Yulong ， WANG Tiantian ， CHEN Xiang ， et al . Multi-power level control strategy of an electric heating cluster considering new energy consumption ［J］. Power System Protection and Control ， 2022 ， 50 （ 10 ）： 20 - 30 .

丁涛，牟晨璐，贺元康，等 . 西北地区清洁供暖政策现状与典型案例分析（二）：典型案例与经济性分析［J］. 中国电机工程学报， 2020 ， 40 （ 16 ）： 5126 - 5136 .

DING Tao ， MU Chenlu ， HE Yuankang ， et al . Analyzing current development and typical cases of clean heating supply in Northwest China（Ⅱ）： typical cases and techno-economic analysis ［J］. Proceedings of the CSEE ， 2020 ， 40 （ 16 ）： 5126 - 5136 .

张勇军，羿应棋，李立浧，等 . 双碳目标驱动的新型低压配电系统技术展望［J］. 电力系统自动化， 2022 ， 46 （ 22 ）： 1 - 12 .

ZHANG Yongjun ， YI Yingqi ， LI Licheng ， et al . Prospect of new low-voltage distribution system technology driven by carbon emission peak and carbon neutrality targets ［J］. Automation of Electric Power Systems ， 2022 ， 46 （ 22 ）： 1 - 12 .

王志强，王珊，张馨月，等 . 计及用户响应行为差异性的区域电采暖负荷特性建模［J］. 电力系统自动化， 2019 ， 43 （ 7 ）： 67 - 73 .

WANG Zhiqiang ， WANG Shan ， ZHANG Xinyue ， et al . Load characteristics modeling of regional electric heating system considering difference of users response behaviors ［J］. Automation of Electric Power Systems ， 2019 ， 43 （ 7 ）： 67 - 73 .

黄易君成，王志强，刘文霞，等 . 基于个体时空行为模拟的区域电供暖负荷特性建模［J］. 电力系统自动化， 2022 ， 46 （ 11 ）： 85 - 93 .

HUANG Yijuncheng ， WANG Zhiqiang ， LIU Wenxia ， et al . Characteristic modeling of regional electric heating load based on individual spatial-temporal behavior simulation ［J］. Automation of Electric Power Systems ， 2022 ， 46 （ 11 ）： 85 - 93 .

张华鲁，严干贵，石杰，等 . 蓄热式电采暖柔性负荷特性建模及可调潜力研究［J］. 高电压技术， 2022 ， 48 （ 6 ）： 2108 - 2116 .

ZHANG Hualu ， YAN Gangui ， SHI Jie ， et al . Research on the characteristics modeling and adjustable potential of regenerative electric heating flexible load ［J］. High Voltage Engineering ， 2022 ， 48 （ 6 ）： 2108 - 2116 .

黄亚峰，朱玉杰，穆钢，等 . 基于温度预报的户用电采暖负荷可调节能力评估［J］. 电网技术， 2018 ， 42 （ 8 ）： 2487 - 2493 .

HUANG Yafeng ， ZHU Yujie ， MU Gang ， et al . Evaluation of adjustable capacity of household electrical heating load based on temperature forecast ［J］. Power System Technology ， 2018 ， 42 （ 8 ）： 2487 - 2493 .

张嘉睿，穆云飞，贾宏杰，等 . 考虑停电时段用户热需求的蓄热式电采暖日前优化调度方法［J］. 电力系统自动化， 2020 ， 44 （ 21 ）： 15 - 22 .

ZHANG Jiarui ， MU Yunfei ， JIA Hongjie ， et al . Day-ahead optimal scheduling method for regenerative electric heating considering thermal demand of users during power outage ［J］. Automation of Electric Power Systems ， 2020 ， 44 （ 21 ）： 15 - 22 .

宋杰，张卫国，李树鹏，等 . 蓄热式电采暖负荷参与风电消纳运行策略研究［J］. 电力系统保护与控制， 2021 ， 49 （ 3 ）： 80 - 87 .

SONG Jie ， ZHANG Weiguo ， LI Shupeng ， et al . Research on operational strategy for regenerative electric heating load participating in wind power consumption ［J］. Power System Protection and Control ， 2021 ， 49 （ 3 ）： 80 - 87 .

GIMELLI A ， MOTTOLA F ， MUCCILLO M ， et al . Optimal configuration of modular cogeneration plants integrated by a battery energy storage system providing peak shaving service ［J］. Applied Energy ， 2019 ， 242 ： 974 - 993 .

范帅，郏琨琪，郭炳庆，等 . 分散式电采暖负荷协同优化运行策略［J］. 电力系统自动化， 2017 ， 41 （ 19 ）： 20 - 29 .

FAN Shuai ， JIA Kunqi ， GUO Bingqing ， et al . Collaborative optimal operation strategy for decentralized electric heating loads ［J］. Automation of Electric Power Systems ， 2017 ， 41 （ 19 ）： 20 - 29 .

严干贵，阚天洋，杨玉龙，等 . 基于深度强化学习的分布式电采暖参与需求响应优化调度［J］. 电网技术， 2020 ， 44 （ 11 ）： 4140 - 4149 .

YAN Gangui ， KAN Tianyang ， YANG Yulong ， et al . Demand response optimal scheduling for distributed electric heating based on deep reinforcement learning ［J］. Power System Technology ， 2020 ， 44 （ 11 ）： 4140 - 4149 .

张虹，王明晨，白洋，等 . 计及家用电器电热特性的分散式电采暖集群经济低碳调控策略［J］. 中国电机工程学报， 2022 ， 42 （ 11 ）： 4013 - 4027 .

ZHANG Hong ， WANG Mingchen ， BAI Yang ， et al . Economy low-carbon control strategy of decentralized electric heating cluster considering electrical and thermal characteristics of household appliances ［J］. Proceedings of the CSEE ， 2022 ， 42 （ 11 ）： 4013 - 4027 .

CLAUSS J ， STINNER S ， SARTORI I ， et al . Predictive rule-based control to activate the energy flexibility of Norwegian residential buildings： case of an air-source heat pump and direct electric heating ［J］. Applied Energy ， 2019 ， 237 ： 500 - 518 .

LU N . An evaluation of the HVAC load potential for providing load balancing service ［J］. IEEE Transactions on Smart Grid ， 2012 ， 3 （ 3 ）： 1263 - 1270 .

赵雪霖，何光宇 . 生活电器用电效用概念及其评估方法［J］. 电力系统自动化， 2016 ， 40 （ 1 ）： 53 - 59 .

ZHAO Xuelin ， HE Guangyu . Power utility evaluation of residential electrical appliances ［J］. Automation of Electric Power Systems ， 2016 ， 40 （ 1 ）： 53 - 59 .

仲立军，周晓琴，顾曦华，等 . 基于负荷分解技术的小区电能替代需求分析［J］. 电力系统保护与控制， 2021 ， 49 （ 17 ）： 147 - 153 .

ZHONG Lijun ， ZHOU Xiaoqin ， GU Xihua ， et al . Non-intrusive load monitoring using low sampling-rate data for electric energy substitution demand analysis ［J］. Power System Protection and Control ， 2021 ， 49 （ 17 ）： 147 - 153 .

谢希仁 . 计算机网络［M］. 8版 . 北京：电子工业出版社， 2021 .

XIE Xiren . Computer network ［M］. 8th ed . Beijing ： Publishing House of Electronics Industry ， 2021 .

ZHANG D W ， LI W L ， WU X H ， et al . Application of simulated annealing genetic algorithm-optimized back propagation （BP） neural network in fault diagnosis ［J］. International Journal of Modeling， Simulation， and Scientific Computing ， 2019 ， 10 （ 4 ）： 1950024 .

GHASEMINEZHAD M ， KARAMI A . A novel self-organizing map （SOM） neural network for discrete groups of data clustering ［J］. Applied Soft Computing ， 2011 ， 11 （ 4 ）： 3771 - 3778 .

喻莉，曹利敏，熊慧 . 改进的冲突检测算法仿真与分析［J］. 华中科技大学学报（自然科学版）， 2007 ， 35 （ 1 ）： 29 - 31 .

YU Li ， CAO Limin ， XIONG Hui . Analysis of improved collision detection algorithm ［J］. Journal of Huazhong University of Science and Technology （Natural Science Edition）， 2007 ， 35 （ 1 ）： 29 - 31 .

孔德伟，袁国顺，刘小强 . 基于FPGA的万兆以太网链路的设计与实现［J］. 微电子学与计算机， 2019 ， 36 （ 12 ）： 21 - 25 .

KONG Dewei ， YUAN Guoshun ， LIU Xiaoqiang . The design and implementation of 10 gigabit Ethernet link based on FPGA ［J］. Microelectronics & Computer ， 2019 ， 36 （ 12 ）： 21 - 25 .

赵志勇，胡德雄，毛忠阳，等 . 基于信道状态判决的随机接入协议退避算法［J/OL］. 系统工程与电子技术： 1 - 8 ［ 2022-07-14 ］. https：//kns.cnki.net/kcms/detail/11.2422.TN.20220714.1420.003.html https://kns.cnki.net/kcms/detail/11.2422.TN.20220714.1420.003.html .

ZHAO Zhiyong ， HU Dexiong ， MAO Zhongyang ， et al . Backoff algorithm for random access protocol based on channel state decision ［J/OL］. Systems Engineering and Electronics ： 1 - 8 ［ 2022-07-14 ］. https：//kns.cnki.net/kcms/detail/11.2422.TN.20220714.1420.003.html https://kns.cnki.net/kcms/detail/11.2422.TN.20220714.1420.003.html .

KUO Y ， HUANG J . A CSMA-based MAC protocol for WLANs with automatic synchronization capability to provide hard quality of service guarantees ［J］. Computer Networks ， 2017 ， 127 ： 31 - 42 .

杨玉龙，王彤，穆钢，等 . 基于实测数据的分布式电采暖负荷群调峰能力评估［J］. 电力建设， 2018 ， 39 （ 12 ）： 95 - 101 .

YANG Yulong ， WANG Tong ， MU Gang ， et al . Evaluation of peak-shaving capability of distributed electric heating load group based on measured data ［J］. Electric Power Construction ， 2018 ， 39 （ 12 ）： 95 - 101 .

浏览量

下载量

CSCD

文章被引用时，请邮件提醒。

提交

工具集

关联资源

基于联结神经网络的电力电子开关暂态模型及实时仿真方法

基于电气坐标的电力系统动态安全分区评估及模型更新

基于单机模型扩展的直驱风电场通用等值模型构建方法

基于天气相似聚类与QRNN的短期光伏功率区间概率预测