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)響應控制技術領域。
背景技術:
21世紀以來,依托科技的發(fā)展、經(jīng)濟水平的提升,人民的生活水平越來越高,生活需求也越來越廣泛。伴隨著大量電子設備的廣泛使用,家庭中的能源消費出現(xiàn)急劇的增加,近年來我國的家庭用戶用電總量增加迅速,每年增加量達數(shù)百億千瓦時。國家致力于建設的“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上,還主要依賴大家主觀形成的良好習慣。減少能耗,特別是家庭減能近來己逐漸成為應對能源危機和全球變暖問題的一個重要解決途徑。
在電力公司,電網(wǎng)與家庭用戶的信息交換愈加的頻繁,用戶對供給穩(wěn)定和使用體驗的要求越來越高,分布式光伏發(fā)電等新型清潔能源和儲能設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)也應運而生。
在家庭能量優(yōu)化方面,前人曾嘗試過采用增強能耗信息可視度的方法,通過觀察家用電器的日常運行狀態(tài)和家庭成員的活動來設計相關的優(yōu)化模型,實現(xiàn)節(jié)能減排的目標,這種方法能起到一定的作用但由于頻繁的用戶操作會影響到用戶體驗的滿意度;伴隨著分布式光伏等新型清潔能源和儲能設備在家庭用戶中的逐步應用,會出現(xiàn)用戶可選擇的不止一個供能設備,在相應的家庭能量優(yōu)化模型上有人提出在保證家用電器運行滿意度的情況下進行分析,該模型在基于電力公司實時電價的基礎上進行相應的調(diào)度研究,最終實現(xiàn)用電總費用最省的目標,但其未考慮到電網(wǎng)規(guī)定的需求響應約束,未能實時保障用戶用電的可靠性。
技術實現(xiàn)要素:
發(fā)明目的:為了克服現(xiàn)有技術中存在的不足,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問題。
技術方案:為實現(xiàn)上述目的,本發(fā)明采用的技術方案為:
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:在家庭中設置家庭管理系統(tǒng)控制器、光伏發(fā)電系統(tǒng)、分布式儲能設備和智能電表;并按照如下步驟進行電能調(diào)度:
步驟(1)、用戶預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)律的家電負載參數(shù)并設定各個家電負載所期望的工作時間段和所需工作時長;同時家庭管理系統(tǒng)控制器通過聯(lián)網(wǎng)獲取電網(wǎng)實時電價及其規(guī)定的需求響應功率約束,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)電信息得到預測信息,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)中的預測信息的基礎上,以電費最省為調(diào)度目標并以滿足電網(wǎng)規(guī)定的需求響應功率約束條件,家庭管理系統(tǒng)控制器擬定次日各家電負載和分布式儲能設備的優(yōu)化調(diào)度計劃,并按照上述調(diào)度結果進行對各家電負載和分布式儲能設備的控制運行。
進一步的,在本發(fā)明中,為保證分布式儲能設備投入運行的穩(wěn)定持續(xù)性,所述分布式儲能設備設置有電量最低閾值,即無論儲能設備工作狀態(tài)如何,都必須保證儲能設備中的電能存儲不低于這個閾值,并且分布式儲能設備在某一個確定時刻的狀態(tài)若為工作狀態(tài)則只能完成充電或者放電其中一項操作,二者不可同時進行;當家電負載運行時,所述光伏發(fā)電系統(tǒng)優(yōu)先向家電負載提供電能,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)電量向分布式儲能設備充電直至分布式儲能設備中存儲的電量達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)和分布式儲能設備不可同時給家用電器供電,當光伏發(fā)電系統(tǒng)所發(fā)電量無法滿足家電負載運行時,判斷分布式儲能設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載運行,若能,則分布式儲能設備放電向家電負載供電,若不能,則分布式儲能設備不放電而選擇向電網(wǎng)購電。
進一步的,在本發(fā)明中,步驟(2)中,通過遺傳算法預測次日用電量和發(fā)電量。
進一步的,在本發(fā)明中,步驟(1)中,把一天分為24個連續(xù)的時間段,每個時間段的時長為T=1小時,獲取次日每個時間段的實時電價。
有益效果:
本方法在基于實時電價的基礎上,引入整數(shù)規(guī)劃方法和遺傳算法,同時滿足用戶預先設定的家電運行時間和電網(wǎng)規(guī)定的約束響應要求,實現(xiàn)對各家電負載和分布式儲能設備的優(yōu)化控制運行,將家庭用戶,電網(wǎng),光伏系統(tǒng)和分布式儲能設備有機聯(lián)系起來,實現(xiàn)了能量的流動。
附圖說明
圖1為本發(fā)明方法的流程示意圖。
具體實施方式
下面結合附圖對本發(fā)明作更進一步的說明。
本發(fā)明方法全面的考慮到了不同特性的家用電器的實際運行情況,同時考慮一類例如洗衣機、熱水器、洗碗機等在一定條件下對這些設備的運行進行調(diào)度不會影響用戶舒適度的可調(diào)度負載,還包括另一類例如打印機、照明設備、電冰箱等對這些設備的運行進行調(diào)度會嚴重影響用戶舒適度的不可調(diào)度負載。由于家用電器實際運行的特性差異,對于電器的最低連續(xù)工作時間(當該電器啟動后所至少運行的時長),可視為不可調(diào)度負載最低的連續(xù)工作時間即為當天所需工作時長。
調(diào)度采用把一天分為24個連續(xù)的時間段(即每個時間段的時長為T=1小時),并采用實時電價體系來獲取第二天的每時段電價。每天各時段的電價信息會由電力公司提前通過網(wǎng)絡傳輸給家庭用戶,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段電網(wǎng)規(guī)定的功率限制,來滿足需求相應約束。
在本智能調(diào)度方法中,將用電費用最省定為本系統(tǒng)的基本調(diào)度目標,在基于提前獲知實時電價的基礎上,由于T=1,使用j對24個時間段進行編號,在時間段j里,處于工作狀態(tài)的家用電器總耗電量(可調(diào)度負載與不可調(diào)度負載耗電量之和)為Loadj,
Loadj=∑i∈AWi×Sij+Mj+CGj (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i來表示家用電器總集合A中的第i個電器。Wi表示電器i的實際平均工作功率。Sij用來識別第i個電器在第j個時間段是否在工作,它是一個二維的二進制向量,若該電器在工作則Sij=1,反之Sij=0。Mj表示每個時間段中不可調(diào)度家用電器的耗電總功率。CGj表示在時間段j中向電網(wǎng)購買并存儲至分布式儲能設備的電量。
家用電器在每個時間段中所需的電能,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Gj,一部分由分布式儲能設備通過放電來供給,其放電量為DCGj,電器剩下的電能則需要向電網(wǎng)購電來滿足需求,可計算出家庭用戶需要向電力公司購電的電量為Loadj-Gj-DCGj,則需要支付的相應費用為(Loadj-Gj-DCGj)×Pbj(其中Pbj為電力公司的售電價格)。
分布式儲能設備中,用BCRTj來表示處于時間段j時的存儲電能,其定義如下:
式中:BI表示在一個調(diào)度周期內(nèi)分布式儲能設備的初始存儲電能量。
對分布式儲能設備的放電過程設定一定要求,設BR為分布式儲能設備中電能的最低存儲量,無論分布式儲能設備處于何種運行狀態(tài),都必須使其至少保有BR的電能,且此時存儲的電能不能超過其容量BC。即:
當某時間段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(Gj<Loadj),同時分布式儲能設備中可用電量未超過其放電率時(Loadj-Gj≤BDCG,其中BDCG為儲能設備的放電率),且分布式儲能設備足夠放電來供給用電設備時(BCRTj-BR≥Loadj-Gj)才可進行放電操作(BSj=1),該時間段放電量為DCGj=Loadj-Gj;反之不允許進行放電操作,放電量置0。某時間段是否放電及相應的放電量定義為:
當儲能設備中電能存儲量達到上限時,光伏發(fā)電系統(tǒng)中產(chǎn)生的多余電能會被浪費掉,則計算出的用戶實際購電量Loadj-Gj-DCGj可能會出現(xiàn)負值,這與現(xiàn)實情況矛盾。在此種情況下,令用戶向電力公司的購電價格為0。采用Pbfj來表示實際的購電價格,定義如下:
在計算各個時間段實際購電費用COSTj時,買電價格用Pbfj來替代Pbj,對COSTj的定義如下:
COSTj=(Loadj-Gj-DCGj)×Pbfj (9)
在第j個時間段內(nèi),電網(wǎng)的需求響應約束限制其可提供的功率為Dj,同時記及光伏發(fā)電系統(tǒng)和儲能設備中可供調(diào)度的電能,該時間段的可工作家用電器的總功率上限值為Dj+Gj+DCGj,即:
對于每個家用電器i而言,規(guī)定其需工作的時間段數(shù)為Ni,且該調(diào)度方法要確保任意電器都能完成工作,所以各個家用電器的工作時間段數(shù)之和為Ni,即:
現(xiàn)規(guī)定某電器在開始工作后需至少完成連續(xù)Li個時間段,令電器開始啟動的符號為Bij(表示電器i在時間段j時刻開始啟動),則電器的實際運行狀態(tài)Sij定義如下:
Si(j+x)=1,且Bij=1 (12)
如果某電器在某一時間段的運行狀態(tài)是0,而在下一個時間段的運行狀態(tài)檢測出是1,則說明在下一個時間段該電器開始投入工作,其中,Bij可以由式(13)來確定:
Bij=1,當Si(j-1)=0且Sij=1,或Sij=1且j=1 (13)
結合上述討論因素和條件,該調(diào)度方法可簡化成:
目標函數(shù):
約束條件:
以上所述僅是本發(fā)明的優(yōu)選實施方式,應當指出:對于本技術領域的普通技術人員來說,在不脫離本發(fā)明原理的前提下,還可以做出若干改進和潤飾,這些改進和潤飾也應視為本發(fā)明的保護范圍。