一種面向需求響應(yīng)的居民用戶用電模式優(yōu)化方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種面向需求響應(yīng)的居民用戶用電模式優(yōu)化方法，屬于用電服務(wù)技術(shù) 領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002] 隨著居民用戶用電設(shè)備的增加，用電需求的增長(zhǎng)，居民負(fù)荷對(duì)電網(wǎng)高峰產(chǎn)生的影 響越來(lái)越大。近年來(lái)，通過(guò)政策措施和經(jīng)濟(jì)激勵(lì)來(lái)引導(dǎo)用戶優(yōu)化用電模式，在用電高峰時(shí)期 少用電、低谷時(shí)多用電的需求響應(yīng)方式，已經(jīng)在大的工業(yè)用戶和商業(yè)用戶中得到了應(yīng)用。實(shí) 施負(fù)荷協(xié)調(diào)優(yōu)化，不僅能夠快速響應(yīng)電網(wǎng)側(cè)的調(diào)度，降低高峰時(shí)段的電力需求，而且成本較 低，對(duì)于提高電力能源利用效率有重要意義。
[0003] 由于居民側(cè)用戶數(shù)量眾多，單個(gè)用戶用電量較小，調(diào)控模式復(fù)雜，目前對(duì)居民負(fù)荷 的優(yōu)化主要集中在設(shè)備節(jié)能改造方面。然而居民負(fù)荷存在用電元素多樣化，用電方式不合 理等問(wèn)題，造成居民負(fù)荷用電能效偏低，其用電模式存在很大優(yōu)化潛力。為優(yōu)化居民用戶的 用電模式，實(shí)現(xiàn)居民側(cè)用電能效的提升，通過(guò)研宄用電模式的優(yōu)化方法，為居民用戶參與需 求響應(yīng)提供具體的參考方案。目前，針對(duì)居民負(fù)荷參與需求響應(yīng)的研宄集中在直接負(fù)荷控 制策略方面，對(duì)于從建立負(fù)荷響應(yīng)模型的角度進(jìn)行負(fù)荷優(yōu)化的研宄尚不全面。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)存在的不足，本發(fā)明目的是提供一種面向需求響應(yīng)的居民用戶用電 模式優(yōu)化方法，基于典型用電設(shè)備空調(diào)、照明以及熱水器的負(fù)荷響應(yīng)模型，建立居民用戶用 電模式優(yōu)化模型，可以應(yīng)用于居民用戶不同場(chǎng)景的用電模式優(yōu)化。
[0005] 為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明是通過(guò)如下的技術(shù)方案來(lái)實(shí)現(xiàn)：
[0006] 本發(fā)明的一種面向需求響應(yīng)的居民用戶用電模式優(yōu)化方法，具體包括以下幾個(gè)步 驟：
[0007] (1)建立居民用戶典型用電設(shè)備的負(fù)荷響應(yīng)動(dòng)態(tài)模型，包括空調(diào)負(fù)荷響應(yīng)模型、熱 水器負(fù)荷響應(yīng)模型和照明負(fù)荷響應(yīng)模型；
[0008] (2)以用戶用電成本最小和用電方式滿意度最大為目標(biāo)確定用電模式優(yōu)化模型的 目標(biāo)函數(shù)；
[0009] (3)建立用電模式優(yōu)化模型的約束條件，包括室內(nèi)溫度約束，熱水器水溫約束，照 明系統(tǒng)可調(diào)性約束；
[0010] (4)采用結(jié)合灰色理論的粒子群算法進(jìn)行模型求解，得到各個(gè)時(shí)段內(nèi)空調(diào)負(fù)荷、熱 水器負(fù)荷、照明負(fù)荷的狀態(tài)控制變量，確定各個(gè)用電設(shè)備的最優(yōu)運(yùn)行方式。
[0011] 步驟（1)中，所述空調(diào)負(fù)荷響應(yīng)模型為：
[0012]
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種面向需求響應(yīng)的居民用戶用電模式優(yōu)化方法，其特征在于，具體包括以下幾個(gè) 步驟： (1) 建立居民用戶典型用電設(shè)備的負(fù)荷響應(yīng)動(dòng)態(tài)模型，包括空調(diào)負(fù)荷響應(yīng)模型、熱水器 負(fù)荷響應(yīng)模型和照明負(fù)荷響應(yīng)模型； (2) 以用戶用電成本最小和用電方式滿意度最大為目標(biāo)確定用電模式優(yōu)化模型的目標(biāo) 函數(shù)； (3) 建立用電模式優(yōu)化模型的約束條件，包括室內(nèi)溫度約束，熱水器水溫約束，照明系 統(tǒng)可調(diào)性約束； (4) 采用結(jié)合灰色理論的粒子群算法進(jìn)行模型求解，得到各個(gè)時(shí)段內(nèi)空調(diào)負(fù)荷、熱水器 負(fù)荷、照明負(fù)荷的狀態(tài)控制變量，確定各個(gè)用電設(shè)備的最優(yōu)運(yùn)行方式。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的面向需求響應(yīng)的居民用戶用電模式優(yōu)化方法，其特征在于， 步驟（1)中，所述空調(diào)負(fù)荷響應(yīng)模型為：
其中：Tint+1為t+l時(shí)段的室內(nèi)溫度；r/#為t+l時(shí)段的室外溫度；為t+l時(shí)段 空調(diào)的功率；Tint為t時(shí)段的室內(nèi)溫度；C,為t時(shí)段的室外溫度；〃為t時(shí)段空調(diào)的功率；P&.w為空調(diào)開(kāi)啟時(shí)額定制冷消耗功率；n&為空調(diào)能效比；^尤:1為t+1時(shí)段空調(diào)的額定 制冷量;A&為導(dǎo)熱系數(shù)；e&為散熱函數(shù)，心t為控制時(shí)間間隔，Tc為時(shí)間常數(shù)； sair(t)為t時(shí)段空調(diào)的控制狀態(tài)變量：開(kāi)啟時(shí)sair(t) = 1，關(guān)閉時(shí)sair(t) = 0 ; 所述熱水器負(fù)荷響應(yīng)模型為：
其中：為t+1時(shí)段的水箱內(nèi)熱水水溫；T為t時(shí)段的水箱內(nèi)熱水水溫；Tint為t -=?-4：^- xvmter 時(shí)段的室內(nèi)溫度；P二，為t時(shí)刻熱水器的額定功率；Pwate.w為熱水器開(kāi)啟時(shí)額定功率；T為 時(shí)間段間隔；hwatOT為水箱熱對(duì)流轉(zhuǎn)移系數(shù)；s為空氣能熱水器的等效散熱面積；mwatOT為水箱 內(nèi)水的質(zhì)量；水的比熱容cwatOT= 4. 2103J(kg°C) ;Swate(t)為t時(shí)段熱水器的控制狀態(tài)變 量：開(kāi)啟時(shí)Swate(t) = 1，關(guān)閉時(shí)SwatOT(t) = 0 ; 所述照明負(fù)荷響應(yīng)模型為：
其中為t時(shí)刻照明系統(tǒng)功率；axW為檔位因子，x(t) = 0, 1，2分別對(duì)應(yīng)不同的檔 位，其中2檔功率最大，1檔功率小，0檔表示關(guān)閉；Plig.￥為t時(shí)段內(nèi)最大檔位即2檔時(shí)的照明 系統(tǒng)消耗的總功率；Slig(t)為t時(shí)段照明系統(tǒng)的控制狀態(tài)變量：參與優(yōu)化調(diào)控時(shí)Slig(t) =1，不參與調(diào)控時(shí)slig(t) = 0。
3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的面向需求響應(yīng)的居民用戶用電模式優(yōu)化方法，其特征在于， 步驟（2)中，建立用電模式優(yōu)化模型的目標(biāo)函數(shù)包括用戶用電成本最小目標(biāo)函數(shù)和用 電方式滿意度最大目標(biāo)函數(shù)； 所述用戶用電成本最小目標(biāo)函數(shù)具體為：
其中：N為需求響應(yīng)時(shí)段數(shù)目；p(t)為t時(shí)段的電價(jià)； 所述用電方式滿意度最大目標(biāo)函數(shù)具體為：
其中：P為優(yōu)化后的總負(fù)荷，
：為優(yōu)化前的總負(fù)荷； 若各時(shí)段的用電量沒(méi)有改變，0US"= 1，表示用電方式最滿意；若各個(gè)時(shí)段的用電量改 變最大，9USOT=〇,表示用戶對(duì)用電方式最不滿意； 根據(jù)以上兩個(gè)優(yōu)化目標(biāo)，所述用電模式優(yōu)化模型的目標(biāo)函數(shù)為：
4. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的面向需求響應(yīng)的居民用戶用電模式優(yōu)化方法，其特征在于， 步驟⑶中，根據(jù)對(duì)溫度舒適度PMV的研宄，人體感覺(jué)到舒適的溫度范圍在[21，30]之 間，對(duì)室內(nèi)溫度的約束定為[22, 28]，所述室內(nèi)溫度約束為： 22 ^Tin^ 28 (7) 為了確保熱水器在使用時(shí)間達(dá)到理想溫度，對(duì)熱水器水溫進(jìn)行約束，保證用戶在開(kāi)始 使用時(shí)熱水器水溫
不低于60°C，同時(shí)根據(jù)家庭熱水供應(yīng)需求，熱水器開(kāi)啟時(shí)長(zhǎng)必須 達(dá)到3小時(shí)，才能保證用戶用電的舒適度和滿意度，所述熱水器水溫約束為：
其中：tKg為用戶開(kāi)始使用熱水器的時(shí)間； 當(dāng)照明負(fù)荷關(guān)閉時(shí)，可以不進(jìn)行調(diào)控優(yōu)化，所述照明系統(tǒng)可調(diào)性約束為： ifax(t)= 〇 5iig(t) = 〇 (1〇)。
5. 根據(jù)權(quán)利要求4所述的面向需求響應(yīng)的居民用戶用電模式優(yōu)化方法，其特征在于， 步驟（4)中，采用結(jié)合灰色理論的粒子群算法進(jìn)行模型求解的方法包括以下幾個(gè)步驟： A. 以空調(diào)負(fù)荷、熱水器負(fù)荷以及照明負(fù)荷的狀態(tài)控制變量作為粒子，并進(jìn)行種群初始 化； B. 將用電方式滿意度最大目標(biāo)函數(shù)進(jìn)行變換，
C. 輸入適應(yīng)度函數(shù)，即優(yōu)化模型中的兩個(gè)目標(biāo)函數(shù)； D. 在當(dāng)前迭代次數(shù)下，計(jì)算粒子適應(yīng)度值，根據(jù)當(dāng)前粒子的位置計(jì)算目標(biāo)函數(shù)值，多個(gè) 目標(biāo)函數(shù)則組成目標(biāo)函數(shù)序列； E. 在當(dāng)前迭代次數(shù)下，根據(jù)關(guān)聯(lián)度計(jì)算公式計(jì)算每個(gè)粒子形成的目標(biāo)矢量關(guān)聯(lián)度，比 較關(guān)聯(lián)度大小，求出個(gè)體最優(yōu)值和全局最優(yōu)值； 關(guān)聯(lián)度計(jì)算公式：
其中：eQj(t)為Yj對(duì)于t點(diǎn)的灰色關(guān)聯(lián)系數(shù)；YQ={yQ(t)|t= 1，2, . . .k}為基 準(zhǔn)矢量序列；Yj={y」(t) 11 = 1，2,. . .，k,j= 1，2,. . .n}為目標(biāo)矢量序列；k為目標(biāo)矢量 的個(gè)數(shù)；j為粒子編號(hào)；n為種群規(guī)模，#為分辨系數(shù)； F. 判定是否達(dá)到最大迭代次數(shù)，若滿足條件執(zhí)行步驟H，若不滿足則執(zhí)行步驟G; G. 更新種群粒子位置和速度，返回執(zhí)行步驟D; H. 輸出匹配位置，即設(shè)備的狀態(tài)控制變量矩陣。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的面向需求響應(yīng)的居民用戶用電模式優(yōu)化方法，其特征在于， 所述全局最優(yōu)值的選取方法如下： 將當(dāng)前迭代次數(shù)時(shí)的所有粒子代入目標(biāo)函數(shù)值進(jìn)行計(jì)算，形成目標(biāo)函數(shù)序列，并根據(jù) 關(guān)聯(lián)度計(jì)算公式計(jì)算該目標(biāo)序列的關(guān)聯(lián)度，選取使關(guān)聯(lián)度最大的粒子作為全局最優(yōu)值； 所述個(gè)體最優(yōu)值的選取方法如下： 將當(dāng)前迭代次數(shù)時(shí)的單個(gè)粒子代入目標(biāo)函數(shù)，計(jì)算該粒子各次迭代時(shí)的目標(biāo)函數(shù)，形 成目標(biāo)函數(shù)序列，并根據(jù)關(guān)聯(lián)度計(jì)算公式計(jì)算該目標(biāo)序列的關(guān)聯(lián)度，選取直至該迭代次數(shù) 時(shí)使關(guān)聯(lián)度最大的粒子作為個(gè)體最優(yōu)值。
【專利摘要】本發(fā)明公開(kāi)了一種面向需求響應(yīng)的居民用戶用電模式優(yōu)化方法，包括以下步驟：建立居民用戶典型用電設(shè)備的負(fù)荷響應(yīng)動(dòng)態(tài)模型，包括空調(diào)負(fù)荷響應(yīng)模型、熱水器負(fù)荷響應(yīng)模型和照明負(fù)荷響應(yīng)模型；以用戶用電成本最小和用電方式滿意度最大為目標(biāo)確定用電模式優(yōu)化模型的目標(biāo)函數(shù)；建立用電模式優(yōu)化模型的約束條件，包括室內(nèi)溫度、熱水器水溫、照明系統(tǒng)可調(diào)性約束；采用結(jié)合灰色理論的粒子群算法進(jìn)行模型求解，得到各個(gè)時(shí)段內(nèi)空調(diào)、熱水器、照明負(fù)荷的狀態(tài)控制變量，確定各個(gè)用電設(shè)備的最優(yōu)運(yùn)行方式。本發(fā)明能應(yīng)用于居民不同用電場(chǎng)景的優(yōu)化實(shí)例，為居民用戶參與需求響應(yīng)項(xiàng)目提供具體的參考方案，實(shí)現(xiàn)在滿足用電需求的同時(shí)降低用電成本和負(fù)荷峰值的優(yōu)化效果。
【IPC分類】G06Q50-06
【公開(kāi)號(hào)】CN104778631
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201510106226
【發(fā)明人】史媛, 陳璐, 楊永標(biāo), 謝敏, 王春寧, 薛璐
【申請(qǐng)人】國(guó)家電網(wǎng)公司, 南京南瑞集團(tuán)公司, 國(guó)電南瑞科技股份有限公司, 江蘇省電力公司南京供電公司
【公開(kāi)日】2015年7月15日
【申請(qǐng)日】2015年3月11日