本发明专利技术公开了一种基于建筑热力学模型的家庭能量管理算法，首先建立了建筑的室内外热传递模型；并建立了家庭主要用电负荷空调、热水器和冰箱的热力学模型，模型中考虑了热交换速率，太阳热辐射强度，材料热容量等多种因素，优化过程中考虑了电网电价的变化情况以达到在满足居民用电要求的前提下经济最优的目标，同时从电网角度看，用户降低了在用电高峰时段的用电量并转移至低谷时段使用，提高了电力设备的利用率，降低了电网的调峰压力，其效果是互利共赢的。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及智能电网
，特别是涉及一种基于建筑热力学模型的家庭能量 管理算法。
技术介绍
在我国，由于大量消费电子产品以及电器的使用，家庭和办公领域的能源消耗正 在剧烈增长，近年来我国居民生活用电量以每年几百亿千瓦时的速度增长。为到目前为止， 我们所要创建的"绿色环保型社会"还处于最初级的阶段。节约能量消费主要靠人们形成良 好的习惯，如关闭没有使用的电灯、提高/降低l°c空调温度的设定等。但是，上述方式节约 的能量有限，对人们生活质量产生的损害也使其难以大范围推广。大量的使用节能电器虽 然也可以达到减少用户电能消耗的目的，然而这种方式没有建立一个用户电能网络，使用 户的所有电器可以协调运行，从而达到节能最大化的目的。基于上述问题，建立一个能量管 理系统用以监测和管理电器能量使用显然是必要的。 家庭能量管理系统（Home energy management system,HEMS)作为智能电网在用 户消费侧的重要组成部分，是指以信息和通信技术为手段，以在实现用户电器管理、监测和 减少能量消费为目标，包括实现节约能量消费的所有必要元素的智能化系统。但是，现有的 家庭能量管理系统中，不能很好地实现对家庭用电器的精确控制，无法保证居民用电与电 网的价格信号相适应，最大限度的节省开支。 因此，需要一种新的技术方案以解决上述技术问题。
技术实现思路
本专利技术目的是针对现有技术的不足，提供一种基于建筑热力学模型的家庭能量管 理算法，解决了可实现对家庭用电器的精确控制，在保证居民用电舒适度的前提下响应电 网的价格信号，最大限度地节省用电支出的问题。 为实现本专利技术的目的，，包括以下 步骤:建立计算建筑用电负荷的热力学模型;建立家庭主要用电负荷的热力学模型，所述家 庭主要用电负荷的热力学模型包括家用空调、热水器和冰箱的热力学模型;将建筑用电负 荷的热力学模型与家庭主要用电负荷的热力学模型与电网电价的变化情况相响应，从而控 制用电支出。 本专利技术的与现有技术相比，可实现 对家庭用电器的精确控制，在保证居民用电舒适度的前提下，响应电网电价的变化情况，达 到在满足居民用电要求的前提下经济最优的目标，最大限度地节省用电支出。同时，从电网 角度看，用户降低了在用电高峰时段的用电量并转移至低谷时段使用，提高了电力设备的 利用率，降低了电网的调峰压力。【附图说明】 图1是太阳热辐射功率与室外温度曲线图。 图2是家庭负荷优化仿真结果图。 图3是家庭负荷优化前后对比图。【具体实施方式】 下面结合附图和【具体实施方式】，进一步阐明本专利技术，应理解下述【具体实施方式】仅 用于说明本专利技术而不用于限制本专利技术的范围，在阅读了本专利技术之后，本领域技术人员对本 专利技术的各种等价形式的修改均落于本申请所附权利要求所限定的范围。 本专利技术提出了，包括以下步骤:建 立计算建筑用电负荷的热力学模型；建立家庭主要用电负荷的热力学模型，所述家庭主要 用电负荷的热力学模型包括家用空调、热水器和冰箱的热力学模型;将建筑用电负荷的热 力学模型与家庭主要用电负荷的热力学模型与电网电价的变化情况相响应，从而控制用电 支出。 -、建筑用电负荷的热力学模型 建筑用电负荷的计算，包括受到太阳热辐射强度，材料热容量、热传递速率的影 响，将建筑的住宅分为住宅内部和住宅墙体两部分;住宅内部的热容量、住宅墙体的热容量 均与住宅面积、住宅高度有关，其数学模型如下： Ca = 5.2X103AsH(J/K)； Cs = 1.44X102AsH(J/K), 住宅内部、住宅外部与外界之间的热传递包括三部分:住宅内部与外界的热传递 速率;住宅墙体与外界的热传递速率;住宅内部与墙体的热传递速率，住宅内部与外界的热 传递速率，住宅墙体与外界的热传递速率及住宅内部与墙体的热传递速率包括与住宅外墙 面积、空气流通率、住宅面积、住宅高度的影响有关，具体计算公式如下： Rae = 0.34VaAsH(ff/K)； Ras = 7.69S(ff/K), 其中：(^为住宅内部的热容量，(^为住宅墙体的热容量，Ra为住宅内部与外界的热 传递速率，Rse为住宅墙体与外界的热传递速率，Ras为住宅内部与墙体的热传递速率，Va为 空气流通率，As为住宅面积，Η为住宅高度，S为住宅外墙面积。二、家庭主要用电负荷，包括家用空调、热水器和冰箱的热力学模型 1、家用空调的控制参数为室内温度，所述室内气温包括受到室内空气流动性、外 界气温、太阳光照辐射的影响，数学模型表示如下： 其中：QAC为空调的热功率，(^为住宅内部的热容量，(^为住宅墙体的热容量，Ta为住 宅内部的温度，T s为住宅墙体的温度，Te为外界温度;Qs为太阳能辐射的热量，为太阳能辐 射的效率;W为住宅窗户面积;C。为空调冷凝剂的热容量，T。表示空调冷凝剂的温度，R a。为空 调冷凝剂与室内空气的热传递速率。 2、冰箱的热力学模型包括冰箱内部模块之间和冰箱与室内空气的热传递模型，数 学模型如下： 其中：Qrf为冰箱的热功率，Cfi与Tfi、Cf2与Tf2、Cf与Tf、Cf 4与Tf 4分别表不冰箱箱体、 冷藏箱体、冰箱内部和制冷结构的热容量与温度，Rf 1 f、Rf 24、Rf f 4、Raf分别表不冰箱箱体与冰 箱内部、冷藏箱体与制冷结构、冰箱内部与制冷结构、冰箱内部与室内空气的热传递速率。 3、电热水器可分为箱体和内部蓄水两部分，热力学模型包括热传递速率、蓄水量 的影响，数学模型如下： Q·为电热水器的热功率。考虑到用户的实际需求，家用空调、电冰箱和电热水器等温度控制型负荷在一定 的温度范围内具有调度灵活性，超出该范围后就无法被灵活调度，可控负荷的当前第1页1 2 本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种基于建筑热力学模型的家庭能量管理算法，其特征在于，包括以下步骤：建立计算建筑用电负荷的热力学模型；建立家庭主要用电负荷的热力学模型，所述家庭主要用电负荷的热力学模型包括家用空调、热水器和冰箱的热力学模型；将建筑用电负荷的热力学模型与家庭主要用电负荷的热力学模型与电网电价的变化情况相响应，从而控制用电支出。
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：朱庆，杨永标，陈璐，谢敏，周静，王春宁，薛璐，祝明乐，李奕杰，王金明，王冬，颜盛军，
申请(专利权)人：国家电网公司，国电南瑞科技股份有限公司，江苏省电力公司南京供电公司，南京南瑞集团公司，国电南瑞南京控制系统有限公司，
类型：发明
国别省市：江苏;32
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