不同电价机制下含光伏发电的家庭智能用电规划方法技术

本发明专利技术公开了不同电价机制下含光伏发电的家庭智能用电规划方法，本发明专利技术研究了含光伏发电的家庭智能用电问题的两个研究难点：首先，其属于长时间跨度的多设备联合调度问题；其次，由于包含了光伏发电的上网问题，涉及到了两种电价：上网电价和下网电价的问题，对家庭能量管理系统的计算能力提出了极为苛刻的要求。为了解决上述技术难点，本发明专利技术首先根据隐式迭代方程推导归纳出了家庭温控负荷的单一显式方程，避免了收敛慢且结果不准确的智能算法的调用。本发明专利技术所提出的家庭智能用电规划方法能够在考虑分布式能源上网的基础上对不同电价机制进行智能响应，完成能源互联网到智能家庭的最后一公里融合。

Family intelligent electricity planning method with photovoltaic power generation under different electricity price mechanism

Electric home intelligent planning method is disclosed under different pricing methods including photovoltaic power generation, two difficulty of the invention of the smart home with photovoltaic electricity problems: first of all, it belongs to the long time span of the joint dispatch of multi equipment problems; secondly, due to the inclusion of the Internet problem relates to photovoltaic power generation. The two price: price and net price of Internet, calculation for home energy management system put forward strict demands. In order to solve the above technical difficulties, the invention first deduce the single explicit equation of the family temperature control load based on the implicit iterative equation, which avoids the slow convergence and inaccuracy of the intelligent algorithm. The household intelligent power planning method proposed by the invention can intelligently respond to the different price mechanism based on the distributed energy Internet access, and complete the last mile integration of the energy Internet to the intelligent family.

【技术实现步骤摘要】
不同电价机制下含光伏发电的家庭智能用电规划方法
本专利技术涉及一种用电规划方法，具体涉及不同电价机制下含光伏发电的家庭智能用电规划方法。
技术介绍
随着全球环境危机和能源紧缺状况的加剧，以化石能源为核心的传统能源利用方式越来越难以为继。推动可再生能源对化石能源的替代是可持续发展的必然要求，在此背景下，能源互联网的概念应运而生。其中，用户侧分布式能源的接入是能源互联网的重要一环。目前，分布式能源的安装费用依旧较高，经济性上与传统化石能源有较大差距。实现分布式能源规模化开发和应用的重点是技术突破，而促进分布式能源发展的关键是适宜的上网电价政策，能对时变电价做出积极响应并综合考虑分布式能源上网问题的家庭智能用电系统是目前的研究热点。家庭智能用电的复杂化使一般家庭用户既缺乏足够的时间精力也缺乏足够的专业知识技能去管理未来的智能家庭，因此须研究一套家庭智能用电优化方法嵌入到家庭能量管理系统中，帮助用户自动、智能地管理家庭电器设备。在家庭能量管理系统的设计中，含分布式能源的家庭智能用电问题的普适性建模一直是研究难点之一。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题是在家庭能量管理系统的设计中，含分布式能源的家庭智能用电问题的普适性建模，目的在于提供不同电价机制下含光伏发电的家庭智能用电规划方法，解决在家庭能量管理系统的设计中，含分布式能源的家庭智能用电问题的普适性建模的问题。本专利技术通过下述技术方案实现：不同电价机制下含光伏发电的家庭智能用电规划方法，包括以下步骤：A、分析家用电器的种类，将家用电器分为家居温控设备、可中断负荷设备和蓄电池；B、针对家居温控设备建立对应设备的热力学模型；C、分析可中断负荷设备的约束式模型：其中，AIL表示可中断负荷的集合，ta,e和ta,b分别表示可中断负荷运行区间的起始时间和终止时间，xa,n表示可中断设备在时间区间内的开关状态，La表示设备需要运行的时间区间总数；D、分析蓄电池的约束式模型：其中，Elow和Ehigh分别是蓄电池储能的下限和上限，E0为蓄电池储能的初始值，xbattery,n表示蓄电池在时间区间n时的状态，蓄电池有放电，充电，无充放三种状态，Pbattery表示蓄电池的充放电功率。E、根据家庭智能用电的目标函数是求总用电费用的最小值。所述步骤B中建立对应设备的热力学模型的方法是：B1、判断设备是否会进行分钟级的调度和开关，若会进行，则将设备归入可中断负荷设备，若不会进行，则不考虑设备开关所带来的损耗进入步骤B2；B2、仅考虑考虑热交换时所带来的热量损失建立家居温控设备热力学模型如下：θn+1＝θe,n+xnQR-(θe,n+xnQR-θn)exp[-(tn+1-tn)/(RC)]；其中时间步长Δt＝tn+1-tn，Q为电热水器的等效功率，R为其等效热阻，C为其等效热容。当家居温控设备为热水设备时还包括以下步骤：B3、引入热水设备的水箱模型，更新热水设备的热力学模型：θ’n+1＝[θn+1(M-dn)+θe，ndn]/M；其中M为水箱容量。时变电价机制能够通过电费激励用户的进行负荷转移，鼓励用户将可调节的用电行为转移到低谷时期。但是，作为非专业调度人员，用户很难也不愿意每天花费大量时间去对电价激励进行实时响应。因此，需要有自动响应功能的能量管理系统根据时变电价对家庭内部用电设备进行优化调度。在这种背景之下，研究人员提出了家庭能量管理系统的概念，本专利技术研究了含光伏发电的家庭智能用电问题，含光伏发电的家庭智能用电问题目前有两个研究难点：首先，其属于长时间跨度的多设备联合调度问题，时间和空间变量的多维性和复杂性使得其求解十分困难；其次，由于包含了光伏发电的上网问题，涉及到了两种电价：上网电价和下网电价，使得本已十分复杂的家庭智能设备调度问题变为了目标函数含分段函数的大维度非线性混合整数规划问题，对家庭能量管理系统的计算能力提出了极为苛刻的要求。为了解决上述技术难点，本专利技术所提出的不同电价机制下含光伏发电的家庭智能用电规划方法，首先根据隐式迭代方程推导归纳出了家庭温控负荷的单一显式方程，避免了收敛慢且结果不准确的智能算法的调用；然后，经过两次数学变换，通过引入辅助参数，消除了的目标函数中的分段函数，使问题能够直接快速的求解出最优解。本专利技术所提出的家庭智能用电规划方法能够在考虑分布式能源上网的基础上对不同电价机制进行智能响应，完成能源互联网到智能家庭的最后一公里融合。本专利技术首先建立了含光伏发电的家庭智能用电模型，家庭智能用电的目标函数是在满足用户舒适度的前提下达到总用电费用的最小值，所涉及的家庭智能设备包括电热水器、洗衣机、洗碗机、电动汽车和蓄电池等电器。然后通过两次数学变换，消除了由上下网电价不同所引入的分段函数问题，将含光伏发电的家庭智能用电问题转化为了能够直接快速求解的非线性混合整数规划问题。本专利技术研究了含光伏发电的家庭智能用电问题，假设所有智能设备均与家庭能量管理系统相连，当家庭能量管理系统做出负荷调度计划之后，设备可以马上响应。对于电热水器和蓄电池等设备，由于不对其进行分钟级调度，设备不会出现过于频繁开关的情况，所以在本专利技术中不考虑设备开关所带来的损耗。典型的智能家庭中一般包含电热水器、洗衣机、洗碗机、电动汽车、蓄电池等设备。其中，电热水器属于家居温控设备，家居温控负荷在居民的用电负荷中占据很高的比例，部分家庭甚至能达到50％及以上，电热水器是家居温控负荷中重要的一部分。在本专利技术中，将电热水器作为家居温控负荷的代表进行分析。所述步骤E中家庭智能用电的目标函数是求总用电费用的最小值为：其中，N为调度区间所包含的步长数，pn为第n个步长区间内的电价，xa,n为第n个步长时设备a的状态，Pa为设备a的功率，PPV,n为第n个补偿区间内的光伏出力。当电价包括上网电价和下网电价两种电价时，还包括步骤F：分析用户从电网买电的下网价格和上网价格得到分段函数：其中，pdown,n为用户从电网买电的电价，pup,n为用户卖电的上网电价；将下网价格和上网价格得到分段函数与步骤E中的总用电费用的最小值进行匹配得到：当分析对象为含光伏发电的家庭时，还包括对实际电价进行分析，分析方法包括步骤F：分析固定电价、分时电价和实时电价三种政策对用户的激励程度，为了使激励程度最大，三种电价机制应满足如下约束：即三种电价机制具有相同的平均值，其中pflat为固定电价，为分时电价，为实时电价。还包括步骤G：对上下网电价之比进行分析。所述分析方法包括以下步骤：G1、为λ进行赋值；G2、将赋值后的λ带入三种电价体系分析家庭用电总能耗。对于含光伏发电的家庭来说，电价政策包括两部分：一是采用哪一种电价机制，二是上下网电价之比，在合适的电价政策下，安装光伏发电装置后的电费的下降幅度越大，表明这种电价政策对用户的激励越强。为了使三种电价机制对安装意愿的激励比较更具有说服力，我们要求即三种电价机制具有相同的平均值，其中pflat为固定电价，为分时电价，为实时电价。一般来说，在实际中三种电价机制很难达到平均值相等的要求，但是，如果完全不考虑实际电价的信息，只通过自己经验来设定电价，会影响结论的可信性。因此，对实际电价做以下处理：其中，和为参考实际情况的分时电价和实时电价，和为调整后的分时电价和实时电价，其均值与固定电价本文档来自技高网...

【技术保护点】
不同电价机制下含光伏发电的家庭智能用电规划方法，其特征在于，包括以下步骤：A、分析家用电器的种类，将家用电器分为家居温控设备、可中断负荷设备和蓄电池；B、针对家居温控设备建立对应设备的热力学模型；C、分析可中断负荷设备的约束式模型：

【技术特征摘要】
1.不同电价机制下含光伏发电的家庭智能用电规划方法，其特征在于，包括以下步骤：A、分析家用电器的种类，将家用电器分为家居温控设备、可中断负荷设备和蓄电池；B、针对家居温控设备建立对应设备的热力学模型；C、分析可中断负荷设备的约束式模型：其中，AIL表示可中断负荷的集合，ta,e和ta,b分别表示可中断负荷运行区间的起始时间和终止时间，xa,n表示可中断设备在时间区间内的开关状态，La表示设备需要运行的时间区间总数；D、分析蓄电池的约束式模型：其中，Elow和Ehigh分别是蓄电池储能的下限和上限，E0为蓄电池储能的初始值，xbattery,n表示蓄电池在时间区间n时的状态，蓄电池有放电，充电，无充放三种状态，Pbattery表示蓄电池的充放电功率；E、根据家庭智能用电的目标函数是求总用电费用的最小值。2.根据权利要求1所述的不同电价机制下含光伏发电的家庭智能用电规划方法，其特征在于，所述步骤B中建立对应设备的热力学模型的方法是：B1、判断设备是否会进行分钟级的调度和开关，若会进行，则将设备归入可中断负荷设备，若不会进行，则不考虑设备开关所带来的损耗进入步骤B2；B2、仅考虑考虑热交换时所带来的热量损失建立家居温控设备热力学模型如下：θn+1＝θe,n+xnQR-(θe,n+xnQR-θn)exp[-(tn+1-tn)/(RC)]；其中时间步长Δt＝tn+1-tn，Q为电热水器的等效功率，R为其等效热阻，C为其等效热容。3.根据权利要求2所述的不同电价机制下含光伏发电的家庭智能用电规划方法，其特征在于，当家居温控设备为热水设备时还包括以下步骤：B3、引入热水设备的水箱模型，更新热水设备的热力学模型：θ’n+1＝[θn+1(M-dn)+θe，ndn]/M；其中M为水箱容量。4.根据权利要求2所述的不同电价机制下含光伏发电的家庭智能用电规划方法，其特征在于，所述步骤E中家庭智能用电的目标函数是求总用电费用的最小值为：

【专利技术属性】
技术研发人员：郝文斌，李银奇，
申请(专利权)人：国网四川省电力公司成都供电公司，
类型：发明
国别省市：四川,51