[发明专利]基于用户行为的电器需求响应潜力分析方法

摘要

本发明公开了电器需求响应潜力分析技术领域的基于用户行为的电器需求响应潜力分析方法，根据智能插座收集的历史用电数据，考虑用户行为、设备用电特性和设备可控性，计算电器的需求响应潜力，通过最小化对用户设备使用习惯的影响来衡量电器的需求响应潜力，定义方法同设备可控性，然后，基于设备可控性和在任何给定时段中预测的能消来计算电器的需求响应潜力；本发明通过在家庭能效管理系统背景下，电器需求响应潜力分析可以在不损害用户用电满意程度的前提下，仅借助智能插座有效完成电器使用调度，实用性强。

主权项

1.基于用户行为的电器需求响应潜力分析方法，包括电器类型对需求响应潜力的影响和电器运行时长对需求响应潜力的影响，其特征在于，根据不同电器类型对需求响应的贡献程度，可以分为不可控负载、可延迟负载和温控型负载，电力系统调度拥有多时间尺度的特性，因此为了提高电网可靠性，需要进行短至几秒、长达几小时的不同时间尺度的需求响应分析，由于调频需要，需求响应不仅要求能在较短时间尺度中控制、调度资源，还支持预留10‑30分钟之内的后备功率，所述较短时间尺度为几秒至几分钟内，不仅如此，用电高峰期实施减载甚至可能需要长达一小时的资源支持，因此，电器的需求响应潜力分析不仅取决于功耗情况，还跟电器的使用时长有关，电器的需求响应潜力应该是电器开启时间t_start，运行时长Δt，功率p的函数，不同用户、相同类型电器的需求响应潜力往往是不同的，首先表现在幅值和时间尺度上，因此它们可能适合不同的需求响应项目，具体步骤如下：第一步，电器状态组合家用电器可能包含多种状态，每种状态可能都对应于不同的用户行为，因此，对不同状态应该单独分析，而电器的需求响应潜力应该是各种状态下需求响应潜力的组合，将电器分为以下两类，第一类，周期性工作类电器，例如洗碗机、电脑、洗衣机，所述周期性工作类电器通常表现为在任意给定时段内工作在多种状态中的某一状态，并且在不同的状态之间进行切换，大多数周期性工作类电器都属于多状态、持续型电器，需要注意的是周期性工作类电器在任意时刻不可能工作在两种状态，很显然，周期性工作类电器的需求响应潜力应该是各种状态下需求响应潜力之和第二类，固定工作状态类电器，一些电器也有多种状态，但在运行时它们并不在这些状态之间切换，而是保持固定的工作状态，例如，空调设备不可能在一天内工作在制冷模式和制热模式，对于固定工作状态类电器，应该总结、考量它们的使用规律，因为影响需求响应潜力的应当是该类电器状态集合的子集；只存在运行、关闭两种状态的电器也属于固定工作状态类电器，例如台灯、面包机等；第二步，电器状态的可控性电器的需求响应潜力是基于对用户用电影响程度最小化的原则进行分析的，电器的可控性指的是在不违背用户意愿即不降低用户的用电满意度的前提下，能否对该电器实行状态控制，因此，电器可控性是基于用户行为的；此外，将电器可控性划分为开启可控性和关闭可控性，定义方法类似于其他研究工作中的可转移负荷、可中断负荷；电器的开启可控性指的是在不违背用户意愿的前提下，该电器的开启时间能否提前或者延迟，如果电器的运行概率分布较为集中，那么它的开启可控性f_on较低，例如，某用户会在某一固定时间打开电视观看；与开启可控性类似，如果某电器的关闭时间变化较小，则认为该电器的关闭可控性f_off较低，例如，某用户可能每天会在某一固定时间离开家时关闭空调；总之，电器的开启/关闭可控性取决于该电器开启/关闭时刻的不确定性，基于电器开启/关闭时间的分布情况，电器的开启、关闭可控性用信息熵的定义如下，f_on＝‑∫N_s(t)log₂N_s(t)dtf_off＝‑∫N_e(t)log₂N_e(t)dt其中，N_s和N_e分别为开始运行时刻和关闭时刻的分布；基于上面的电器可控性可知，如果开启可控性较高，这种电器状态参与需求响应的可能性也较高，拥有较高f_on和f_off的电器状态分别指的是运行状态和关闭状态；需要注意的是，一种电器可以要么处于运行状态、要么处于关闭状态，或者二者兼而有之；第三步，电器状态的功耗预测根据电器的功率损耗、使用时间基本完成了电器需求响应潜力的定义，例如，如果用户习惯在睡觉前沐浴，那么热水器在夜晚的功耗会较高，因此热水器在夜晚的需求响应潜力会比一天中的其他时间段要高很多，相同类型的电器设备可能对应着相同的用户行为，例如，冰箱通常情况下是24小时不间断运行的，而不同家庭的某些电器，对应着不同的用户行为，因此此类电器不适合建立统一的用户行为模型。另外，电器运行的相关性矩阵对于电器的需求响应潜力也具有重要的参考价值。