[发明专利]一种用于家庭能量管理系统的智能控制算法

说明书

技术领域

本发明涉及一种智能控制算法，具体是一种用于家庭能量管理系统的智能控制算法，属于需求侧响应控制技术领域。

背景技术

为实现电力供需平衡，传统方法是电力公司根据预测的用电负荷，来确定发电容量，从而满足电力需求水平。该方法可以保证高峰时段的用电需要，但非峰荷期间，大量发电机处于闲置状态，这大大降低了发电机的效率，也造成了资源浪费。

20世纪70年代，随着石油危机的出现，初级能源价格大幅上涨，西方国家开始针对用电侧，展开了通过削减需求侧负荷来解决电力供需矛盾的探索与实践，需求侧响应（demandresponse,DR）的理念随之诞生。

根据激励方式的不同，DR可分为价格型和激励机制型两大类。其中，高峰负荷期间，起决定作用的DR事件都属于激励型DR，如直接负荷控制、可中断负荷等，通过用户接收相关控制信号作出响应，而非通过电价实施DR。

目前，大部分激励型DR事件的研究对象是一些大电力用户，如工业及商业用户等，且其控制方式一般为半自动化或人工实施；而针对居民用户研究较少。鉴于此，有必要针对居民用电，展开相关DR控制方面的研究。美国的A.H Mohsenian等人提出了针对小功率家电开展DR响应，但其研究对总体家电功耗并无太大影响。

此外，智能电网的发展也可以解决精确供能、电力需求侧管理、电网自由接入、多电源互动以及分散储能等问题，它不仅服务于大电网而且服务于电力终端用户。因此，借助智能电网中的智能量测装置，针对居民用户中的大功率非重要负荷，通过相关智能控制算法，可实现居民用户中需求侧管理的自动控制，而非电力公司通过拉闸限电来被动控制用电量，提高用户参与需求侧管理的积极性与主动性。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种用于家庭能量管理系统的智能控制算法，该算法主要用于家庭网络中对大功率电器的DR自动控制。该算法充分考虑了用户对家电优先级及舒适度的设定，提高了用户参与DR的主动性、积极性，而且实现了DR控制的自动化。

为了解决上述技术问题，本发明的技术方案是：

根据家电作用，可将家电分为重要负荷（如电炉、照明设备等）和可控负荷（如热水器、空调、烘干器等）两部分。本算法针对大功率可控负荷进行控制，一方面可对居民生活造成最小影响；另一方面通过控制大功率家电，可对整体耗电量产生较大影响，从而使居民用户的DR事件具有更大的实际意义。

家庭能量管理系统包括家电管理控制系统和家电接口单元两大部分。家电管理控制系统执行智能控制算法，实现家庭中所有大功率用电器的管理及决策控制。家电接口单元实现大功率家电的功率数据采集、与家电管理控制系统通信、根据算法结果执行本地负荷状态控制等。

本发明用于家庭能量管理系统的智能控制算法：

（1）家电接口单元采集所有被控家电的相关数据，包括家电开关状态、家电功率数据（电压电流幅值、相角、有功功率、无功功率、视在功率等），并将上述数据上送至家电管理控制系统；

（2）用户输入相关设定，包括家电负荷优先级、舒适度设定等；控制时，应首先考虑用户设定，从而使控制结果给用户带来最小的影响；

（3）电热水器、空调类负载的温度传感器采集相关温度数据，包括水温、室温等数据，上送至家电接口单元；检测各家电舒适度是否超出设定值，包括热水温度、室温、烘干器最大断电时间、电动汽车充电时间等，当某家电发生状态改变请求时，作出决策；

（4）家电管理控制系统接收电力公司相关控制信号，包括用电限制（单位KW）、DR响应时间要求，将用电限制与用户实际耗电功率相比较，若实际耗电量小，则不改变家电状态；若实际用电量超出限制，作出决策；

所述决策具体流程如下：

1）当某负荷出现状态改变请求时，若总耗电量低于用电限制，则该请求允许；

2）若总耗电量高于用电限制，且此时无状态改变请求，则智能家庭用电管理系统将从优先级最低的家电开始控制，直至总用电功率满足要求；

3）若用电功率高于用电限制，且某家电舒适度超出了设定范围，则家庭能量管理系统首先将该用电器优先级与其他工作中的用电器相比较，找出其中优先级最低的用电器，然后开始动作；逐次关闭低优先级用电器，在保证总用电功率低于限制时，控制家电通电工作。

算法假定电动汽车可随时充电或结束充电，以满足用户的使用需求；当有高优先级负荷需要工作时，可随时停止电动汽车充电；当家庭能量管理系统预测到在规定时间内，电动汽车不能完成充电时，可提高电动汽车优先级，提前对其充电。