一种家庭能量优化管理方法及系统技术方案

本发明专利技术属于智能家庭能量管理技术领域，具体涉及一种家庭能量优化管理方法及系统，包括：获取家庭能量管理系统的结构；基于所获取的家庭能量管理系统的结构，构建家庭能量优化管理模型；求解所构建的家庭能量优化管理模型，实现家庭能量管理系统的优化管理；其中，所述家庭能量优化管理模型以用户用电总费用最小和供电波动最小为双层目标函数，通过对时间可调负荷的调度控制，求解所构建的家庭能量优化管理模型，得到家庭能量管理系统的优化方案。案。案。

【技术实现步骤摘要】
一种家庭能量优化管理方法及系统


[0001]本专利技术属于智能家庭能量管理
，具体涉及一种家庭能量优化管理方法及系统。

技术介绍

[0002]本部分的陈述仅仅是提供了与本专利技术相关的
技术介绍
信息，不必然构成在先技术。
[0003]能源是推动人类文明进步和发展的基础和动力，随着可再生能源的引入，能源利用上出现了大规模的转型，会接入更多的风能、太阳能、潮汐能等新型分布式能源，对电力网络提出了新的挑战。同时，随着电力设备老化及电力需求持续增长，传统电网无法满足人类电力的需求，难以应对新能源接入以及与用户之间的交互需求。因此，智能电网应运而生，发展可靠、稳定、高效的电网技术成为了热门话题。
[0004]智能电网是一种先进的电网系统，利用计算机技术和网络通信技术来实现电力传输和控制；通过智能电网，用户可以随时了解电力系统的情况，并采取相应的措施来提高电力系统的效率和稳定性。同时，智能电网还可以提高电力系统的安全性，降低运行成本，为用户提供更优质的服务。此外，智能电网还能与用户之间进行信息的实时交互，使用户能够迅速、准确地掌握电网的实时供电价，同时它还可以将用户侧电力的实时消耗数据传回电网，以便供电公司对能够更好的对用户侧实施控制。随着智能电网的发展，人们越来越关注提高用电效率和用电质量。
[0005]建立能实现双向交互的平台，以实现电力需求响应(Demand Response，DR)，从而促进电网的高效、节能发展。需求响应来源于电力需求侧管理(Demand
‑
Side Management，DSM)，是一种市场参与行为。实现需求响应需要用户的参与和技术支持，是智能电网发展的重要组成部分。
[0006]虽然智能电网已经历多年发展，但需求响应尚未实现全面的普及，主要还停留在传统的需求侧管理层面。目前，需求响应主要利用电力价格(如峰谷分时电价)和负荷控制等方式来调整负荷，用户参与的灵活性却不够充分。在需求侧管理操作时主要是削峰填谷，以直接切除负荷的方式实现，但是，这种方式容易对低级别用户造成停电风险，缺乏激励机制和补贴，从而很容易受到用户的批评。
[0007]随着智能电网的进一步发展，居民已经越来越多的参与到电能的制造过程中。目前越来越多的农村家庭会在自家的屋顶上铺设光伏电池板，这大大加快了电网与用户之间能量的交流，因此需要可靠的能量管理方式来满足用户电量需求。同时，构建电网与用户间新型、高效的供电关系与提供电网与用户间多元互动的服务是当前电网智能化发展所面临的新挑战。家庭能量管理系统(Home Energy Management System,HEMS)是对智能电网配电侧的延伸，为用户侧的光伏、风电、电动汽车、洗衣机等与电网间的互动提供了可能。它能够帮助用户对电价做出及时响应、进行负荷的协调优化，以实现提高居民用电效率、降低用电费用的目的，例如：在用电低谷即电价较低时，从电网购电储存在蓄电池等储能系统中；在
用电高峰即电价较高时优先使用家庭电源所发的电和储能系统中的电，同时可将家庭电源中多发的部分卖给电网。

技术实现思路

[0008]为了解决上述问题，本专利技术提出了一种家庭能量优化管理方法及系统，充分考虑气温、用户和负荷等因素进行了充分的考虑，构建智能家庭能量管理系统的基本结构；通过建立光伏发电系统、功率可调负荷、时间可可调度负荷、不可调度负荷、不可调度负荷和储能系统模型；以用户用电费用最小和购电供电波动最小为双层优化目标函数，实现家庭能量管理系统的优化。
[0009]根据一些实施例，本专利技术的第一方案提供了一种家庭能量优化管理方法，采用如下技术方案：
[0010]一种家庭能量优化管理方法，包括：
[0011]获取家庭能量管理系统的结构；
[0012]基于所获取的家庭能量管理系统的结构，构建家庭能量优化管理模型；
[0013]求解所构建的家庭能量优化管理模型，实现家庭能量管理系统的优化管理；
[0014]其中，所述家庭能量优化管理模型以用户用电总费用最小和供电波动最小为双层目标函数，通过对时间可调负荷的调度控制，求解所构建的家庭能量优化管理模型，得到家庭能量管理系统的优化方案。
[0015]作为进一步的技术限定，所获取的家庭能量管理系统的结构至少包括光伏发电系统、功率可调负荷、时间可调度负荷、功率不可调度负荷、时间不可调度负荷和储能系统。
[0016]进一步的，所述光伏发电系统的模型为其中，I是光伏发电系统的输出电流，V是光伏发电系统的输出电压，R
s
和R
p
分别代表光伏发电系统的串联电阻和并联电阻，n是光伏发电系统的反向饱和电流因子，V
T
是温度为T时光伏发电系统的等效温度电压，I
L
代表光照强度引起的光生电流，I0是光伏发电系统的反向饱和电流。
[0017]进一步的，所述储能系统采用蓄电池，其数学模型为
[0018]其中，SOC(t)表示蓄电池在时段t时的电池的状态；SOC(t+1)表示蓄电池在时段t+1时的电池的状态；C
net
(t)表示蓄电池在时段t时的电池的电量；C
bat
表示蓄电池的额定容量；P
ch
(t)和P
disch
(t)分别为在时
段t时蓄电池的充电功率和放电功率，η
ch
和η
disch
分别为蓄电池的充电效率和放电效率；P
ch,max
和P
disch,max
分别为蓄电池的最大充电功率和最大放电功率，SOC
min
为蓄电池的最小电池状态值；SOC
max
为蓄电池的最大电池状态值。
[0019]作为进一步的技术限定，所述用户用电总费用最小的数学模型为
[0020][0021]C
u
(t)＝P
tGTL
(t)Price
buy
(t)Δt
‑
(P
tPTG
(t)+P
tBTG
(t))Price
sale
(t)Δt
[0022]P
tGTL
(t)＝P
load
(t)
‑
P
tPTL
(t)
‑
P
tBTL
(t)；
[0023]其中，C
u
表示用户在整个调度区间内的用电总费用；C
u
(t)表示时刻为t时用户的用电费用；Price
buy
(t)表示时刻为t时向电网买电的实时电价；Price
sale
(t)表示时刻为t时向电网卖电的实时电价；Δt表示用电时间段；P
load
(t)表示时刻为t时用户的用电负荷的功率；P
tPTG
为可再生能源发电系统在时刻t时接入电网的功率；P...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种家庭能量优化管理方法，其特征在于，包括：获取家庭能量管理系统的结构；基于所获取的家庭能量管理系统的结构，构建家庭能量优化管理模型；求解所构建的家庭能量优化管理模型，实现家庭能量管理系统的优化管理；其中，所述家庭能量优化管理模型以用户用电总费用最小和供电波动最小为双层目标函数，通过对时间可调负荷的调度控制，求解所构建的家庭能量优化管理模型，得到家庭能量管理系统的优化方案。2.如权利要求1中所述的一种家庭能量优化管理方法，其特征在于，所获取的家庭能量管理系统的结构至少包括光伏发电系统、功率可调负荷、时间可调度负荷、功率不可调度负荷、时间不可调度负荷和储能系统。3.如权利要求2中所述的一种家庭能量优化管理方法，其特征在于，所述光伏发电系统的模型为其中，I是光伏发电系统的输出电流，V是光伏发电系统的输出电压，R
s
和R
p
分别代表光伏发电系统的串联电阻和并联电阻，n是光伏发电系统的反向饱和电流因子，V
T
是温度为T时光伏发电系统的等效温度电压，I
L
代表光照强度引起的光生电流，I0是光伏发电系统的反向饱和电流。4.如权利要求2中所述的一种家庭能量优化管理方法，其特征在于，所述储能系统采用蓄电池，其数学模型为其中，SOC(t)表示蓄电池在时段t时的电池的状态；SOC(t+1)表示蓄电池在时段t+1时的电池的状态；C
net
(t)表示蓄电池在时段t时的电池的电量；C
bat
表示蓄电池的额定容量；P
ch
(t)和P
disch
(t)分别为在时段t时蓄电池的充电功率和放电功率，η
ch
和η
disch
分别为蓄电池的充电效率和放电效率；P
ch,max
和P
disch,max
分别为蓄电池的最大充电功率和最大放电功率，SOC
min
为蓄电池的最小电池状态值；SOC
max
为蓄电池的最大电池状态值。5.如权利要求1中所述的一种家庭能量优化管理方法，其特征在于，所述用户用电总费用最小的数学模型为C
u
(t)＝P
tGTL
(t)Price
buy
(t)Δt
‑
(P
tPTG
(t)+P
tBTG
(t))Price
sale
(t)ΔtP
tGTL
(t)＝P
load
(t)
‑
P
tPTL
(t)
...

【专利技术属性】
技术研发人员：李昌超，
申请(专利权)人：山东科技大学，
类型：发明
国别省市：