本發(fā)明涉及一種家庭能量管理系統(tǒng)的智能調(diào)度方法，屬于新能源發(fā)電及需求側(cè)響應(yīng)控制技術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)：

21世紀(jì)以來，依托科技的發(fā)展、經(jīng)濟(jì)水平的提升，人民的生活水平越來越高，生活需求也越來越廣泛。伴隨著大量電子設(shè)備的廣泛使用，家庭中的能源消費(fèi)出現(xiàn)急劇的增加，近年來我國(guó)的家庭用戶用電總量增加迅速，每年增加量達(dá)數(shù)百億千瓦時(shí)。國(guó)家致力于建設(shè)的“資源節(jié)約型”還處于初始階段，在能耗的有效利用和減少無故浪費(fèi)上，還主要依賴大家主觀形成的良好習(xí)慣。減少能耗，特別是家庭減能近來己逐漸成為應(yīng)對(duì)能源危機(jī)和全球變暖問題的一個(gè)重要解決途徑。

在電力公司，電網(wǎng)與家庭用戶的信息交換愈加的頻繁，用戶對(duì)供給穩(wěn)定和使用體驗(yàn)的要求越來越高，分布式光伏發(fā)電等新型清潔能源和儲(chǔ)能設(shè)備在家庭中的逐漸部署，配電網(wǎng)在用戶側(cè)的重要組成部分——家庭能量管理系統(tǒng)也應(yīng)運(yùn)而生。

在家庭能量?jī)?yōu)化方面，前人曾嘗試過采用增強(qiáng)能耗信息可視度的方法，通過觀察家用電器的日常運(yùn)行狀態(tài)和家庭成員的活動(dòng)來設(shè)計(jì)相關(guān)的優(yōu)化模型，實(shí)現(xiàn)節(jié)能減排的目標(biāo)，這種方法能起到一定的作用但由于頻繁的用戶操作會(huì)影響到用戶體驗(yàn)的滿意度；伴隨著分布式光伏等新型清潔能源和儲(chǔ)能設(shè)備在家庭用戶中的逐步應(yīng)用，會(huì)出現(xiàn)用戶可選擇的不止一個(gè)供能設(shè)備，在相應(yīng)的家庭能量?jī)?yōu)化模型上有人提出在保證家用電器運(yùn)行滿意度的情況下進(jìn)行分析，該模型在基于電力公司實(shí)時(shí)電價(jià)的基礎(chǔ)上進(jìn)行相應(yīng)的調(diào)度研究，最終實(shí)現(xiàn)用電總費(fèi)用最省的目標(biāo)，但其未考慮到電網(wǎng)規(guī)定的需求響應(yīng)約束，未能實(shí)時(shí)保障用戶用電的可靠性。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

發(fā)明目的：為了克服現(xiàn)有技術(shù)中存在的不足，本發(fā)明提供了一種家庭能量管理系統(tǒng)的智能調(diào)度方法，用于解決現(xiàn)有技術(shù)中家庭能量的管理和智能調(diào)度方法無法提供良好的用電可靠性的技術(shù)問題。

技術(shù)方案：為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案為：

一種家庭能量管理系統(tǒng)的智能調(diào)度方法，以下包括以下步驟：在家庭中設(shè)置家庭管理系統(tǒng)控制器、光伏發(fā)電系統(tǒng)、分布式儲(chǔ)能設(shè)備和智能電表；并按照如下步驟進(jìn)行電能調(diào)度：

步驟(1)、用戶預(yù)先將用戶需求輸入至家庭管理系統(tǒng)控制器中，包括符合其生活規(guī)律的家電負(fù)載參數(shù)并設(shè)定各個(gè)家電負(fù)載所期望的工作時(shí)間段和所需工作時(shí)長(zhǎng)；同時(shí)家庭管理系統(tǒng)控制器通過聯(lián)網(wǎng)獲取電網(wǎng)實(shí)時(shí)電價(jià)及其規(guī)定的需求響應(yīng)功率約束，并采集次日天氣信息；

步驟(2)、綜合次日天氣信息、智能電表的歷史用電情況和光伏發(fā)電系統(tǒng)的歷史發(fā)電信息得到預(yù)測(cè)信息，包括次日的用電量和發(fā)電量；

步驟(3)、在步驟(1)中的用戶需求和步驟(2)中的預(yù)測(cè)信息的基礎(chǔ)上，以電費(fèi)最省為調(diào)度目標(biāo)并以滿足電網(wǎng)規(guī)定的需求響應(yīng)功率約束條件，家庭管理系統(tǒng)控制器擬定次日各家電負(fù)載和分布式儲(chǔ)能設(shè)備的優(yōu)化調(diào)度計(jì)劃，并按照上述調(diào)度結(jié)果進(jìn)行對(duì)各家電負(fù)載和分布式儲(chǔ)能設(shè)備的控制運(yùn)行。

進(jìn)一步的，在本發(fā)明中，為保證分布式儲(chǔ)能設(shè)備投入運(yùn)行的穩(wěn)定持續(xù)性，所述分布式儲(chǔ)能設(shè)備設(shè)置有電量最低閾值，即無論儲(chǔ)能設(shè)備工作狀態(tài)如何，都必須保證儲(chǔ)能設(shè)備中的電能存儲(chǔ)不低于這個(gè)閾值，并且分布式儲(chǔ)能設(shè)備在某一個(gè)確定時(shí)刻的狀態(tài)若為工作狀態(tài)則只能完成充電或者放電其中一項(xiàng)操作，二者不可同時(shí)進(jìn)行；當(dāng)家電負(fù)載運(yùn)行時(shí)，所述光伏發(fā)電系統(tǒng)優(yōu)先向家電負(fù)載提供電能，并且用戶不能將電力出售給電網(wǎng)，光伏發(fā)電系統(tǒng)多余的發(fā)電量向分布式儲(chǔ)能設(shè)備充電直至分布式儲(chǔ)能設(shè)備中存儲(chǔ)的電量達(dá)到閾值上限則光伏發(fā)電系統(tǒng)將多余的電量釋放；電網(wǎng)和分布式儲(chǔ)能設(shè)備不可同時(shí)給家用電器供電，當(dāng)光伏發(fā)電系統(tǒng)所發(fā)電量無法滿足家電負(fù)載運(yùn)行時(shí)，判斷分布式儲(chǔ)能設(shè)備中的電能大于最低閾值以上的部分是否能夠滿足家電負(fù)載運(yùn)行，若能，則分布式儲(chǔ)能設(shè)備放電向家電負(fù)載供電，若不能，則分布式儲(chǔ)能設(shè)備不放電而選擇向電網(wǎng)購電。

進(jìn)一步的，在本發(fā)明中，步驟(2)中，通過遺傳算法預(yù)測(cè)次日用電量和發(fā)電量。

進(jìn)一步的，在本發(fā)明中，步驟(1)中，把一天分為24個(gè)連續(xù)的時(shí)間段，每個(gè)時(shí)間段的時(shí)長(zhǎng)為T＝1小時(shí)，獲取次日每個(gè)時(shí)間段的實(shí)時(shí)電價(jià)。

有益效果：

本方法在基于實(shí)時(shí)電價(jià)的基礎(chǔ)上，引入整數(shù)規(guī)劃方法和遺傳算法，同時(shí)滿足用戶預(yù)先設(shè)定的家電運(yùn)行時(shí)間和電網(wǎng)規(guī)定的約束響應(yīng)要求，實(shí)現(xiàn)對(duì)各家電負(fù)載和分布式儲(chǔ)能設(shè)備的優(yōu)化控制運(yùn)行，將家庭用戶，電網(wǎng)，光伏系統(tǒng)和分布式儲(chǔ)能設(shè)備有機(jī)聯(lián)系起來，實(shí)現(xiàn)了能量的流動(dòng)。

附圖說明

圖1為本發(fā)明方法的流程示意圖。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明作更進(jìn)一步的說明。

本發(fā)明方法全面的考慮到了不同特性的家用電器的實(shí)際運(yùn)行情況，同時(shí)考慮一類例如洗衣機(jī)、熱水器、洗碗機(jī)等在一定條件下對(duì)這些設(shè)備的運(yùn)行進(jìn)行調(diào)度不會(huì)影響用戶舒適度的可調(diào)度負(fù)載，還包括另一類例如打印機(jī)、照明設(shè)備、電冰箱等對(duì)這些設(shè)備的運(yùn)行進(jìn)行調(diào)度會(huì)嚴(yán)重影響用戶舒適度的不可調(diào)度負(fù)載。由于家用電器實(shí)際運(yùn)行的特性差異，對(duì)于電器的最低連續(xù)工作時(shí)間(當(dāng)該電器啟動(dòng)后所至少運(yùn)行的時(shí)長(zhǎng))，可視為不可調(diào)度負(fù)載最低的連續(xù)工作時(shí)間即為當(dāng)天所需工作時(shí)長(zhǎng)。

調(diào)度采用把一天分為24個(gè)連續(xù)的時(shí)間段(即每個(gè)時(shí)間段的時(shí)長(zhǎng)為T＝1小時(shí))，并采用實(shí)時(shí)電價(jià)體系來獲取第二天的每時(shí)段電價(jià)。每天各時(shí)段的電價(jià)信息會(huì)由電力公司提前通過網(wǎng)絡(luò)傳輸給家庭用戶，鑒于電網(wǎng)安全考慮及削峰需要，傳輸給家庭用戶的信息還包括各時(shí)段電網(wǎng)規(guī)定的功率限制，來滿足需求相應(yīng)約束。

在本智能調(diào)度方法中，將用電費(fèi)用最省定為本系統(tǒng)的基本調(diào)度目標(biāo)，在基于提前獲知實(shí)時(shí)電價(jià)的基礎(chǔ)上，由于T＝1,使用j對(duì)24個(gè)時(shí)間段進(jìn)行編號(hào)，在時(shí)間段j里，處于工作狀態(tài)的家用電器總耗電量(可調(diào)度負(fù)載與不可調(diào)度負(fù)載耗電量之和)為L(zhǎng)oad_j，

Load_j＝∑_i∈AW_i×S_ij+M_j+CG_j (1)

式中，A表示處于調(diào)度狀態(tài)中的家用電器總集合，使用下標(biāo)i來表示家用電器總集合A中的第i個(gè)電器。W_i表示電器i的實(shí)際平均工作功率。S_ij用來識(shí)別第i個(gè)電器在第j個(gè)時(shí)間段是否在工作，它是一個(gè)二維的二進(jìn)制向量，若該電器在工作則S_ij＝1，反之S_ij＝0。M_j表示每個(gè)時(shí)間段中不可調(diào)度家用電器的耗電總功率。CG_j表示在時(shí)間段j中向電網(wǎng)購買并存儲(chǔ)至分布式儲(chǔ)能設(shè)備的電量。

家用電器在每個(gè)時(shí)間段中所需的電能，一部分由光伏發(fā)電系統(tǒng)發(fā)電產(chǎn)生，光伏發(fā)電系統(tǒng)的輸出功率記為G_j，一部分由分布式儲(chǔ)能設(shè)備通過放電來供給，其放電量為DCG_j，電器剩下的電能則需要向電網(wǎng)購電來滿足需求，可計(jì)算出家庭用戶需要向電力公司購電的電量為L(zhǎng)oad_j-G_j-DCG_j，則需要支付的相應(yīng)費(fèi)用為(Load_j-G_j-DCG_j)×Pb_j(其中Pb_j為電力公司的售電價(jià)格)。

分布式儲(chǔ)能設(shè)備中，用BCRT_j來表示處于時(shí)間段j時(shí)的存儲(chǔ)電能，其定義如下：

式中：BI表示在一個(gè)調(diào)度周期內(nèi)分布式儲(chǔ)能設(shè)備的初始存儲(chǔ)電能量。

對(duì)分布式儲(chǔ)能設(shè)備的放電過程設(shè)定一定要求，設(shè)BR為分布式儲(chǔ)能設(shè)備中電能的最低存儲(chǔ)量，無論分布式儲(chǔ)能設(shè)備處于何種運(yùn)行狀態(tài)，都必須使其至少保有BR的電能，且此時(shí)存儲(chǔ)的電能不能超過其容量BC。即：

當(dāng)某時(shí)間段j中出現(xiàn)僅通過光伏發(fā)電系統(tǒng)出力不能滿足電器的使用時(shí)(G_j<Load_j)，同時(shí)分布式儲(chǔ)能設(shè)備中可用電量未超過其放電率時(shí)(Load_j-G_j≤BDCG，其中BDCG為儲(chǔ)能設(shè)備的放電率)，且分布式儲(chǔ)能設(shè)備足夠放電來供給用電設(shè)備時(shí)(BCRT_j-BR≥Load_j-G_j)才可進(jìn)行放電操作(BS_j＝1)，該時(shí)間段放電量為DCG_j＝Load_j-G_j；反之不允許進(jìn)行放電操作，放電量置0。某時(shí)間段是否放電及相應(yīng)的放電量定義為：

當(dāng)儲(chǔ)能設(shè)備中電能存儲(chǔ)量達(dá)到上限時(shí)，光伏發(fā)電系統(tǒng)中產(chǎn)生的多余電能會(huì)被浪費(fèi)掉，則計(jì)算出的用戶實(shí)際購電量Load_j-G_j-DCG_j可能會(huì)出現(xiàn)負(fù)值，這與現(xiàn)實(shí)情況矛盾。在此種情況下，令用戶向電力公司的購電價(jià)格為0。采用Pbf_j來表示實(shí)際的購電價(jià)格，定義如下：

在計(jì)算各個(gè)時(shí)間段實(shí)際購電費(fèi)用COST_j時(shí)，買電價(jià)格用Pbf_j來替代Pb_j，對(duì)COST_j的定義如下：

COST_j＝(Load_j-G_j-DCG_j)×Pbf_j (9)

在第j個(gè)時(shí)間段內(nèi)，電網(wǎng)的需求響應(yīng)約束限制其可提供的功率為D_j，同時(shí)記及光伏發(fā)電系統(tǒng)和儲(chǔ)能設(shè)備中可供調(diào)度的電能，該時(shí)間段的可工作家用電器的總功率上限值為D_j+G_j+DCG_j，即：

對(duì)于每個(gè)家用電器i而言，規(guī)定其需工作的時(shí)間段數(shù)為N_i，且該調(diào)度方法要確保任意電器都能完成工作，所以各個(gè)家用電器的工作時(shí)間段數(shù)之和為N_i，即：

現(xiàn)規(guī)定某電器在開始工作后需至少完成連續(xù)L_i個(gè)時(shí)間段，令電器開始啟動(dòng)的符號(hào)為B_ij(表示電器i在時(shí)間段j時(shí)刻開始啟動(dòng))，則電器的實(shí)際運(yùn)行狀態(tài)S_ij定義如下：

S_i(j+x)＝1,且B_ij＝1 (12)

如果某電器在某一時(shí)間段的運(yùn)行狀態(tài)是0，而在下一個(gè)時(shí)間段的運(yùn)行狀態(tài)檢測(cè)出是1，則說明在下一個(gè)時(shí)間段該電器開始投入工作，其中，B_ij可以由式(13)來確定：

B_ij＝1，當(dāng)S_i(j-1)＝0且S_ij＝1,或S_ij＝1且j＝1 (13)

結(jié)合上述討論因素和條件，該調(diào)度方法可簡(jiǎn)化成：

目標(biāo)函數(shù)：

約束條件：

以上所述僅是本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方式，應(yīng)當(dāng)指出：對(duì)于本技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說，在不脫離本發(fā)明原理的前提下，還可以做出若干改進(jìn)和潤(rùn)飾，這些改進(jìn)和潤(rùn)飾也應(yīng)視為本發(fā)明的保護(hù)范圍。