[发明专利]一种家庭电力用户能量管理方法

摘要

一种家庭电力用户能量管理方法，首先根据不同电器的运行特性，将家庭常见的电器分为三种类型：非热控制类不可中断电器、非热控制类可中断电器和热控制类电器；定义由家庭电力用户日用电费用目标优化函数J₁和用户不满意惩罚函数J₂加权组成的电力用户能量管理优化模型目标优化函数J；针对描述热控制类电器的不满意度的分段函数，引入非负数、0或1，将分段函数进行线性化表达；确定目标优化函数J所应满足的不同约束，获取电力用户能量管理优化模型所需数据；采用CPLEX求解器对电力用户能量管理优化模型的目标函数求解；获取当日预计电费，各电器的预计运行时段和启停开始时刻等优化结果，将其通过人机交互界面反馈用户。

主权项

1.一种家庭电力用户能量管理方法，其特征在于：所述的家庭电力用户能量管理控制方法包括以下步骤：(1)根据电器的不同特点，将家庭电力用户常用电器分为三种类型：1)非热控制类不可中断电器，这类电器一旦开始工作，将持续工作直至任务结束；2)非热控制类可中断电器，在完成任务的工作过程中，这类电器可以随时启停，即可以中断；3)热控制类电器，这类电器的工作状态与空气或热水的温度有关；(2)构建电力用户能量管理优化目标函数J，所述的电力用户能量管理优化目标函数J由家庭电力用户日用电费用目标优化函数J₁和用户不满意惩罚函数J₂加权组成，即：式中，为权重因子，取值范围为0到1，权重因子表征用户的舒适度需求，越大，用户的舒适需求越高；(3)针对描述热控制类电器i的不满意度的分段函数(7)，引入非负数w_1,i(t)、w_2,i(t)、w_3,i(t)，以及0或1的整数z_1,i(t)、z_2,i(t)，将分段函数(7)进行线性化表达；(4)构建电力用户能量管理优化目标函数所需要满足的各种约束；所述的电力用户能量管理优化目标函数J应满足的约束包括：非热控制类不可中断电器运行约束、非热控制类可中断电器运行约束、热控制类电器运行约束、屋顶光伏发电系统约束、注入功率约束，以及售电和购电约束；(5)通过用户输入或基于历史数据预测方式获取电力用户能量管理优化模型所需要的数据，包括：1)运算周期内用户的用电需求；2)运算周期内的光伏发电功率；3)家庭内各控制电器的额定功率、额定容量；4)用户的舒适度需求、电器优先度以及允许电器工作的时间段；5)储能电池和电动汽车初始容量；(6)采用CPLEX求解器对电力用户能量管理优化模型目标函数求解；(7)获取当日预计电费，各电器的预计运行时段和启停开始时刻优化结果，将其通过人机交互界面反馈给用户；步骤(4)中电力用户能量管理优化目标函数J应满足的约束具体如下：(1)对于非热控制类不可中断电器，应满足如下约束：上式中，为电器开关状态，1为工作状态，0为关闭状态；为非热控制类不可中断电器的集合，L_i为非热控制类不可中断电器允许开始工作时刻，U_i为非热控制类不可中断电器最晚完成任务时刻；N_T为优化时段最后一个时间间隔；为电器额定功率；T_L,i为非热控制类不可中断电器完成任务所需要的时长，j为(L_i,U_i‑T_L,i+1]范围内的整数；(2)对于非热控制类可中断电器，应满足如下约束：上式中，为非热控制类可中断电器的集合，为优化时段；E_i^APP为非热控制类可中断电器完成任务所需要消耗电能；为非热控制类可中断电器的额定功率；P_i^APP为非热控制类可中断电器的实际平均功率；L_i为非热控制类可中断电器允许开始工作时刻，U_i为非热控制类可中断电器最晚完成任务时刻；N_T为优化时段最后一个时间间隔，Δt为优化时间片段长；(3)对于热控制类电器之一的空调，应满足如下约束：上式中，P_i^APP为空调实际功率；为空调额定功率；T_u,i为实际房间温度；η、γ为房间温度表达式的参数；W_out为屋外空气温度；AC为家庭内所有空调集合；和分别为用户设定的，空调所在房间所期望的最高温度和最低温度；(4)对于热控制类电器之一的热水器，应满足如下约束：上式中，P_i^APP为热水器平均功率；为热水器额定功率；ρ_wh为热水器所需求功率；λ＝1/3600000；m为用户热水需求；c_w为水的比热容；T_u,i为用户使用热水的温度；T_cold为热水器进水的温度；M为热水器容量；为热水器物理允许最高温度；T₀为热水器内初始水温；和分别为允许水温下限和上限；上式中，为储能供给家庭负荷的功率；储能馈入电网的功率；为储能的放电效率，为储能的充电效率；μ_ESS为储能的充放电标志，为0、1变量，1为充电，0为放电；为储能充放电最大功率；为储能放电功率，为储能充电功率；S_ESS为储能容量状态；Δt为时间间隔；为储能初始容量；为储能能量下限，为储能能量上限；(5)对于屋顶光伏发电系统，应满足如下约束：上式中，为光伏发电供给家用电器使用的功率；为光伏系统馈入电网的功率；P_PV为预测的光伏发电功率；同时，还需满足功率守恒约束：上式中，P_i^APP为第i个电器的耗电功率；P_must为电力用户家庭不可控电器的运行功率；(6)注入电网的功率必须满足如下约束：上式中，P_sell为家庭售电给电网时的总功率；为屋顶光伏系统向电网馈电时的功率；为为储能系统向电网馈电时的功率；(7)如下约束保证家庭不能同时向电网售电和购电：上式中P_buy和P_sell分布为向电网购电或售电时的功率；μ_grid为0、1变量为向电网购电标志，1表示向电网购电，0表示向电网售电；N₁和N₂均为整数，当其为实变实数时，能够实现电网需求侧响应。