一种基于分时电价响应的交互式家电智能控制方法和系统技术方案

本发明专利技术是一种基于分时电价响应的交互式家电智能控制方法和系统，其方法的特点是，包括根据家电负荷类型自主设置家电分类；根据采集到的30天的历史家电运行状态数据，确定用户的家电使用习惯；根据接收电网的分时电价政策信息，预测确定用户各时段对应的基本负荷需求范围；根据已求的用户家电使用习惯特征和负荷设定，计算家电可控度指数，并确定各家电的运行状态模型；根据家电可控度指数，确定家电动态控制优先级和控制算法，实现家电的智能控制等步骤。具有交互性好，用户接收度高，并且可指导用户合理错峰用电，显著减少用电费用等优点。

【技术实现步骤摘要】
一种基于分时电价响应的交互式家电智能控制方法和系统
本专利技术涉及家电智能控制领域，是一种基于分时电价响应的交互式家电智能控制方法和系统。
技术介绍
随着智能电网的快速发展，家庭用户智能家电持有量增多，家电负荷不断增加，为了合理减少用电支出，科学的引导用户削峰填谷，家电的智能控制势在必行，同时，智能双向交互技术和需求响应技术的出现，使得用户通过控制家电来主动参与分时电价响应成为可能。目前家庭智能控制方式有：中国专利技术专利申请号：201110044875.8，公开了一种控制家用电器运行模式的方法、装置及智能家电控制器，它以实现根据电网负荷变化的情况，对家电进行自动控制的技术问题，从而提高能源的使用效率。它是从电网中提取窄带电力线载波通信PLC信号，之后将PLC信号转化成逻辑电平TTL，根据转化的逻辑电平TTL来确定当前的电网电价信息，再将所诉的电价信息转换成与家用电器对应的控制命令，最后通过电器的控制接口将命令发送给电器以达到控制电器的作用，但是，它仅考虑电网负荷变化因素对家用电器控制的影响，而忽略了用户的用电习惯、分时电价响应和满意度等因素，其控制过程不够人性化，对用户的正常用电生活影响较大，用户接收程度有限。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题之一是：提供一种基于分时电价响应的交互式家电智能控制方法，这种方法基于智能用电双向交互技术,从分时电价响应、电费支出、用户的用电习惯和舒适度四个角度来分析家电运行控制特性，并根据分时电价信息和家电的实时运行状态信息计算家电可控度指数，确定家电的动态控制优先级，在满足用户正常用电生活的基础上，以改变用户的用电习惯和满足用户的舒适度。本专利技术所要解决的技术问题之二是：提供一种基于分时电价响应的交互式家电智能控制系统。解决其技术问题采用的技术方案之一是：一种基于分时电价响应的交互式家电智能控制方法，其特征是，它包括以下步骤：1)根据家电负荷类型自主设置家电分类按照家电使用对用户生活的影响程度将家电分为重要负荷家电和可控负荷家电，所述重要负荷家电指电炉、照明类，一旦断电会给用户生活造成较大影响的家电；所述可控负荷家电指空调、热水器用电时间及规律比较稳定、且其短时间断电几乎不影响居民正常生活的家电，对于用户所拥有的全部家电的负荷分类设定可由用户自主调整；2)根据采集到的30天的历史家电运行状态数据，确定用户的家电使用习惯特征用户的家电使用习惯特征：由家电的使用优先级表征用户的电器使用偏好；由家电的模糊用电时段表征用户的电器习惯运行区间；由家电使用的最低时长表征电器运行时间的最低界限值；由家电使用的最高时长表征电器运行时间的最低界限值，由于用户在工作日与休息日的家电使用行为差异性较大，因此，其电器使用习惯有工作日和休息日之分，各个家电的使用习惯特征的具体求解过程如下：(1)选取用户的家电使用行为分析的样本从存储模块中的历史的家电状态数据集中选取近30天内的家电状态数据按工作日和非工作日进行划分作为分析样本，其家电运行状态数据的主要属性包括家电编号，家电名称，家电开启时间，家电关闭时间，家电的运行功率等，家电的状态数据由可控智能插座采集，传输到智能交互终端暂时存储并发送给小区的智能控制中心统一存储，其采集间隔为1min；(2)建立基于用户习惯的家电使用优先级映射表首先，确定家电使用优先级，假设该用户的家电总量为n，则其基于用户习惯的家电使用优先级划分为n级，其次，求解各家电的使用频率，根据当前日确定日期类型，即休息日或工作日，计算求出某家电i在样本数据中的使用频率为fi：其中，di为家电在td天内的使用次数，td为按当日日期类型对应的家电使用行为分析样本中的天数，最后，确定优先级，建立映射表，通过对fi进行升序排列，其对应家电的优先级分别为1到n，n表示的优先级最大，进而建立优先级映射表；(3)求解基于用户习惯的家电使用基本参数基于第一步得到的样本数据，计算并求出各个家电的最小用电时长Δti,min，最大用电时长Δti,max，平均时长平均用电功率根据各个家电的用电时段(ti,s,ti,e)的均值时间点ti,mid进行K-Means聚类分析，算法步骤如下：①选取特征向量，构建样本特征向量集，由于同一家电的用电时段差异性不大，所以，家电使用均值时间点最能反映出用户的家电使用行为，且同一电器不同日期具有相似的家电使用特性，故选取家电的用电时段均值点ti,mid作为特征向量，以该家电的所有样本的用电时段均值点的按时间升序排列作为样本特征向量集；②初始化，设样本特征向量集中有N个均值点，选取上一天的出现的k个均值点作为初始聚类中心，聚类中心矩阵为：Ui＝[Ui,1,Ui,2,...,Ui,k](2)对数据集中家电i第j个样本点ti,j，计算其与各聚类中心的时差距离,并获取所属的类别标号，计算公式如下：式中，Um(j)代表样本点ti,j与k个簇距离最近的簇；③重新计算k个聚类中心，计算公式如下：式中，Nm是以Ui,m为聚类中心的簇的样本个数；④重复计算，直到准则函数收敛为止，收敛评判依据如下：式中，E是样本集中所有对象的平方误差的总和，t是空间中的点，mj是簇Ui,m的平均值，最终求出的家电i的聚类中心矩阵Ui，对其均值点按平均时长等值扩展，确定该家电的模糊用电时段矩阵Ti，本步骤整体由智能交互端的用电分析模块实现；3)根据接收电网的分时电价政策信息，预测确定用户各时段对应的基本负荷需求范围分时电价指根据系统负荷水平，每时段执行不同电费标准的电价制度，分时电价可表示为Pt＝P0·(1+Pr,t),t＝1,2,...,Np(6)式中，t表示时段，Np为划分的总时段数，Pt表示t时刻的费率标准，单位￥/KW·h，P0表示基础电价，Pr,t表示各时段相对费率标准相对基础电价的浮动比率，分时电价响应是以通过对各时段的进行负荷电量分配限制体现，其约束条件是满足用户电费相对较少的限制，以近30天的日平均电费支出M作为电费支出额度来判断；负荷分配过程如下：(a)根据用电习惯特征，求解各个家电各时段对应的标准用电量Qb,i,t；(b)求解各时段的总负荷Qsum,t，求解公式如下：式中，Ne为家电个数；(c)求解总电费支出Ms，求解公式如下：(d)判断Ms是否超过电费支出额度M，若超出，根据家电使用优先级由低到高的顺序的对单个家电的使用时间向相邻低电价时段，时间差在一小时以内进行适度偏移，其偏移时长为时间差，若无相邻低电价时段，继续对下一个家电进行判断，调整完一个家电的运行时段后，重复(b)和(c)，直到Ms在电费支出额度M之内，各时段的总负荷Qsu本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于分时电价响应的交互式家电智能控制方法，其特征是，它包括以下步骤：1)根据家电负荷类型自主设置家电分类按照家电使用对用户生活的影响程度将家电分为重要负荷家电和可控负荷家电，所述重要负荷家电指电炉、照明类，一旦断电会给用户生活造成较大影响的家电；所述可控负荷家电指空调、热水器用电时间及规律比较稳定、且其短时间断电几乎不影响居民正常生活的家电，对于用户所拥有的全部家电的负荷分类设定可由用户自主调整；2)根据采集到的30天的历史家电运行状态数据，确定用户的家电使用习惯特征用户的家电使用习惯特征：由家电的使用优先级表征用户的电器使用偏好；由家电的模糊用电时段表征用户的电器习惯运行区间；由家电使用的最低时长表征电器运行时间的最低界限值；由家电使用的最高时长表征电器运行时间的最低界限值，由于用户在工作日与休息日的家电使用行为差异性较大，因此，其电器使用习惯有工作日和休息日之分，各个家电的使用习惯特征的具体求解过程如下：(1)选取用户的家电使用行为分析的样本从存储模块中的历史的家电状态数据集中选取近30天内的家电状态数据按工作日和非工作日进行划分作为分析样本，其家电运行状态数据的主要属性包括家电编号，家电名称，家电开启时间，家电关闭时间，家电的运行功率等，家电的状态数据由可控智能插座采集，传输到智能交互终端暂时存储并发送给小区的智能控制中心统一存储，其采集间隔为1min；(2)建立基于用户习惯的家电使用优先级映射表首先，确定家电使用优先级，假设该用户的家电总量为n，则其基于用户习惯的家电使用优先级划分为n级，其次，求解各家电的使用频率，根据当前日确定日期类型，即休息日或工作日，计算求出某家电i在样本数据中的使用频率为fi：fi=ditd---(1)]]>其中，di为家电在td天内的使用次数，td为按当日日期类型对应的家电使用行为分析样本中的天数，最后，确定优先级，建立映射表，通过对fi进行升序排列，其对应家电的优先级分别为1到n，n表示的优先级最大，进而建立优先级映射表；(3)求解基于用户习惯的家电使用基本参数基于第一步得到的样本数据，计算并求出各个家电的最小用电时长Δti,min，最大用电时长Δti,max，平均时长平均用电功率根据各个家电的用电时段(ti,s,ti,e)的均值时间点ti,mid进行K‑Means聚类分析，算法步骤如下：①选取特征向量，构建样本特征向量集，由于同一家电的用电时段差异性不大，所以，家电使用均值时间点最能反映出用户的家电使用行为，且同一电器不同日期具有相似的家电使用特性，故选取家电的用电时段均值点ti,mid作为特征向量，以该家电的所有样本的用电时段均值点的按时间升序排列作为样本特征向量集；②初始化，设样本特征向量集中有N个均值点，选取上一天的出现的k个均值点作为初始聚类中心，聚类中心矩阵为：Ui＝[Ui,1,Ui,2,...,Ui,k]     (2)对数据集中家电i第j个样本点ti,j，计算其与各聚类中心的时差距离,并获取所属的类别标号，计算公式如下：Um(j)←argminj|ti,j-Ui,m|,m=1,...,k;j=1,...,N---(3)]]>式中，Um(j)代表样本点ti,j与k个簇距离最近的簇；③重新计算k个聚类中心，计算公式如下：Ui,m=1NmΣti,j∈Ui,mti,j---(4)]]>式中，Nm是以Ui,m为聚类中心的簇的样本个数；④重复计算，直到准则函数收敛为止，收敛评判依据如下：E=Σj=1kΣUi,m|t-mj|2---(5)]]>式中，E是样本集中所有对象的平方误差的总和，t是空间中的点，mj是簇Ui,m的平均值，最终求出的家电i的聚类中心矩阵Ui，对其均值点按平均时长等值扩展，确定该家电的模糊用电时段矩阵Ti，本步骤整体由智能交互端的用电分析模块实现；3)根据接收电网的分时电价政策信息，预测确定用户各时段对应的基本负荷需求范围分时电价指根据系统负荷水平，每时段执行不同电费标准的电价制度，分时电价可表示为Pt＝P0·(1+Pr,t),t＝1,2,...,Np     (6)式中，t表示时段，Np为划分的总时段数，Pt表示t时刻的费率标准，单位￥/KW·h，P0表示基础电价，Pr,t表示各时段相对费率标准相对基础电价的浮动比率，分时电价响应是以通过对各时段的进行负荷电量分配限制体现，其约束条件是满足用户电费相对较少的限制，以近30天的日平均电费支出M作为电费支出额度来判断；负荷分配过程如下：(a)根据用电习惯特征，求解各个家电各时段对应的标准用电量Qb,i,t；(b)求解各时段的总负荷Qsum,t，求解公式如下：Qsum,t=Σi=1NeQb,i,t---(7)]]>式中，Ne为家电个数；...

【技术特征摘要】
1.一种基于分时电价响应的交互式家电智能控制方法，其特征是，它包括以下步骤：1)根据家电负荷类型自主设置家电分类按照家电使用对用户生活的影响程度将家电分为重要负荷家电和可控负荷家电，所述重要负荷家电指电炉、照明类，一旦断电会给用户生活造成较大影响的家电；所述可控负荷家电指空调、热水器用电时间及规律比较稳定、且其短时间断电几乎不影响居民正常生活的家电，对于用户所拥有的全部家电的负荷分类设定可由用户自主调整；2)根据采集到的30天的历史家电运行状态数据，确定用户的家电使用习惯特征用户的家电使用习惯特征：由家电的使用优先级表征用户的电器使用偏好；由家电的模糊用电时段表征用户的电器习惯运行区间；由家电使用的最低时长表征电器运行时间的最低界限值；由家电使用的最高时长表征电器运行时间的最低界限值，由于用户在工作日与休息日的家电使用行为差异性较大，因此，其电器使用习惯有工作日和休息日之分，各个家电的使用习惯特征的具体求解过程如下：(1)选取用户的家电使用行为分析的样本从存储模块中的历史的家电状态数据集中选取近30天内的家电状态数据按工作日和非工作日进行划分作为分析样本，其家电运行状态数据的主要属性包括家电编号，家电名称，家电开启时间，家电关闭时间，家电的运行功率，家电的状态数据由可控智能插座采集，传输到智能交互终端暂时存储并发送给小区的智能控制中心统一存储，其采集间隔为1min；(2)建立基于用户习惯的家电使用优先级映射表首先，确定家电使用优先级，假设该用户的家电总量为n，则其基于用户习惯的家电使用优先级划分为n级，其次，求解各家电的使用频率，根据当前日确定日期类型，即休息日或工作日，计算求出某家电i在样本数据中的使用频率为fi：其中，di为家电在td天内的使用次数，td为按当日日期类型对应的家电使用行为分析样本中的天数，最后，确定优先级，建立映射表，通过对fi进行升序排列，其对应家电的优先级分别为1到n，n表示的优先级最大，进而建立优先级映射表；(3)求解基于用户习惯的家电使用基本参数基于第一步得到的样本数据，计算并求出各个家电的最小用电时长Δti,min，最大用电时长Δti,max，平均时长平均用电功率根据各个家电的用电时段(ti,s,ti,e)的均值时间点ti,mid进行K-Means聚类分析，算法步骤如下：①选取特征向量，构建样本特征向量集，由于同一家电的用电时段差异性不大，所以，家电使用均值时间点最能反映出用户的家电使用行为，且同一电器不同日期具有相似的家电使用特性，故选取家电的用电时段均值点ti,mid作为特征向量，以该家电的所有样本的用电时段均值点的按时间升序排列作为样本特征向量集；②初始化，设样本特征向量集中有N个均值点，选取上一天的出现的k个均值点作为初始聚类中心，聚类中心矩阵为：Ui＝[Ui,1,Ui,2,...,Ui,k](2)对数据集中家电i第j个样本点ti,j，计算其与各聚类中心的时差距离,并获取所属的类别标号，计算公式如下：式中，Um(j)代表样本点ti,j与k个簇距离最近的簇；③重新计算k个聚类中心，计算公式如下：式中，Nm是以Ui,m为聚类中心的簇的样本个数；④重复计算，直到准则函数收敛为止，收敛评判依据如下：式中，E是样本集中所有对象的平方误差的总和，t是空间中的点，mj是簇Ui,m的平均值，最终求出的家电i的聚类中心矩阵Ui，对其均值点按平均时长Δti等值扩展，确定该家电的模糊用电时段矩阵Ti，本步骤整体由智能交互端的用电分析模块实现；3)根据接收电网的分时电价政策信息，预测确定用户各时段对应的基本负荷需求范围分时电价指根据系统负荷水平，每时段执行不同电费标准的电价制度，分时电价可表示为Pt＝P0·(1+Pr,t),t＝1,2,...,Np(6)式中，t表示时段，Np为划分的总时段数，Pt表示t时刻的费率标准，单位￥/KW·h，P0表示基础电价，Pr,t表示各时段相对费率标准相对基础电价的浮动比率，分时电价响应是以通过对各时段的进行负荷电量分配限制体现，其约束条件是满足用户电费相对较少的限制，以近30天的日平均电费支出M作为电费支出额度来判断；负荷分配过程如下：(a)根据用电习惯特征，求解各个家电各时段对应的标准用电量Qb,i,t；(b)求解各时段的总负荷Qsum,t，求解公式如下：式中，Ne为家电个数；(c)求解总电费支出Ms，求解公式如下：(d)判断Ms是否超过电费支出额度M，若超出，根据家电使用优先级由低到高的顺序的对单个家电的使用时间向相邻低电价时段，时间差在一小时以内进行适度偏移，其偏移时长为时间差，若无相邻低电价时段，继续对下一个家电进行判断，调整完一个家电的运行时段后，重复(b)和(c)，直到Ms在电费支出额度M之内，各时段的总负荷Qsum,t即各时段对应的负荷电量限制上限，重要负荷家电的总负荷Qimp,t与Qsum,t求解相同，即其负荷电量限制下限；4)根据已求的的用户家电使用习惯特征和负荷设定，计算家电可控度指数，并确定各家电的运行状态模型用户被控家电的通断电状态往往与用户的满意度有关，同时用户的满意度又受其家电使用情况和用电习惯影响，采用家电可控度指数Kc来表征该家电实时状态对用户用电行为的影响，其值越大，用户的满意度越低，其控制就越有必要，根据1)中的家...

【专利技术属性】
技术研发人员：吴云，曲朝阳，王健，王蕾，曲楠，杨杰明，娄建楼，郭晓利，
申请(专利权)人：东北电力大学，
类型：发明
国别省市：吉林;22